1000

Доклад на тему "Планета Сатурн и его магнитное поле"

Предпросмотр материала:

Планета Сатурн               

Бронников Евгений Русланович

zhenya.bronnikov.00@mail.ru

 

Аннотация

Благодаря таким аппаратам, как «Кассини» учёные могут исследовать Сатурн и другие газовые гиганты, и может быть, в дальнейшем, мы всё же узнаем их точное происхождение. 

Ключевые слова: происхождение, строение, магнитное поле



Происхождение:
 
Происхождение Сатурна объясняется двумя основными гипотезами. Гипотеза «контракции» заключается в сопоставлении газового гиганта с Солнцем по количеству вращающихся вокруг них тел и наличию значительной доли водорода в химическом составе. Объясняют это тем, что при формировании планет в ранней Солнечной системе также образовывались массивные «сгущения». Именно из этого материала и стали в дальнейшем формироваться планеты. То есть, согласно первой теории, они формировались аналогичным способом, что и само Солнце. Однако с помощью этой гипотезы невозможно объяснить причину различия в химическом составе Солнца и Сатурна.


По гипотезе «аккреции» формирование Сатурна происходило в два этапа. Сторонники этого мнения считают, что сначала гигант сформировался по тому же принципу, по какому образовывались твёрдые планеты. Но потом в область Сатурна из области Юпитера стали регулярно попадать потоки газа, сильно изменившие химический состав планеты. Начался второй этап становления Сатурна. В более поздний период вблизи поверхности гиганта происходил процесс аккреции газа. Температура наружных слоёв планеты в это время достигала 2000 °C.
Атмосфера Сатурна и её строение


Верхние слои атмосферы гиганта лишь на 3,5% состоят из гелия, а оставшиеся 96,5% - из водорода. Также в некотором количестве имеются примеси фосфина, аммиака, этана и метана. 
Во время миссий «Вояджеров» было обнаружено, что на Сатурне присутствуют сильнейшие потоки ветра. С помощью орбитальных аппаратов учёным удалось установить их примерную скорость - 500 м/с. Такие ветры, как правило, дуют в восточном направлении. Их мощь ослабевает с удалением от экватора. Потенциал потоков значительно уменьшается ввиду того, что им начинают противостоять западные ветры. Учёные обнаружили также тот факт, что «движение» происходит как в верхних слоях атмосферы Сатурна, где находятся облака, так и в нижних. На глубине до 2 тысяч километров также присутствует определённая активность. С помощью измерений, сделанных «Вояджером», учёным удалось установить, что ветры всегда направлены вдоль экватора как в северном, так и в южном полушариях.


Астрофизики из Британии обнаружили ещё один тип полярного сияния, который также присутствует на Сатурне. Оно представляет собой кольцо, опоясывающее один из полюсов газового гиганта.


Также в атмосфере планеты время от времени появляются устойчивые образования в виде сверхмощных ураганов. Такие же объекты ранее наблюдались и у других газовых планет нашей системы. Что касается Сатурна, то впервые «Большой белый овал» аппаратам удалось зафиксировать около 15 лет назад. Проявляется он на планете также с определённой частотой - один раз в 30 лет.


В 2008 году межпланетная автоматическая станция «Кассини» сделала фотографии северного полюса планеты. Съёмка на момент исследования велась в инфракрасном диапазоне. Учёные заметили полярные сияния, которые также были признаны «уникальным» явлением для планет, входящих в Солнечную систему. Новые снимки сияний также удалось получить в видимом и ультрафиолетовом диапазонах. Сияния, обнаруженные в области полюсов Сатурна, почти всегда имеют кольцеобразную форму, редко спиральную или овальную. Полярные сияния имеют голубой цвет, а облака, лежащие внизу - красный.


По сравнению с полярными сияниями Юпитера, на Сатурне их происхождение не вызвано неравномерностью вращения плазменных слоёв магнитосферы. Многие учёные придерживаются мнения, что возникновение сияний как раз связано с воздействием солнечных ветров. Вид и форма сияний Сатурна время от времени изменяются.


В определённые периоды, сопровождающиеся сильными магнитными штормами и бурями, на Сатурне можно наблюдать мощные разряды молнии. Известно, что они влияют на электромагнитную активность планеты, которая всегда нестабильна. 
В 2010 году космический аппарат «Кассини» сумел отчетливо снять шторм, который напоминал дым от сигареты. Подобный по мощности шторм был также зафиксирован станцией в середине 2011 года.

Внутреннее строение Сатурна:


Для нижних слоёв атмосферы Сатурна характерны более высокая температура и давление. Водород здесь переходит в жидкое состояние. Этот переход не происходит резко. На глубине 30 тысяч км водород под давлением приблизительно 3 миллиона атмосфер становится металлическим. Циркуляция токов в таком водороде начинает формировать магнитное поле. В центральной части планеты располагается крупное ядро из металлов, льда и силикатов. Его температура равна 11,7 тысячи °C. При этом энергия, высвобождаемая планетой в космическое пространство, примерно в 2,5 раза превышает энергию, которую Сатурну даёт Солнце. Определённая часть энергии генерируется. Сжимаясь, она начинает преобразовываться в тепло. Но такое явление - не единственный источник энергии газового гиганта. Считается, что часть тепла создаётся на планете из-за процесса конденсации гелия и дальнейшего проникновения его капель (соединений) через менее плотный водородный слой. Результат - переход потенциальной энергии капель гелия в тепловую энергию.

Особенности магнитного поля:


К счастью, у Сатурна имеется магнитное поле. Ведь именно колебания магнитного поля Юпитера предоставляют возможность точно измерить период суточного обращения этой планеты. Наблюдения непосредственно по факту на самом деле не дали бы практически никакой информации, так как увидеть его поверхность очень сложно, что, впрочем, можно сказать и о поверхности Сатурна, то есть чрезвычайно большая облачность тотально мешает увидеть ее, хотя не факт, что она вообще там есть.

Но по сравнению с Юпитером, у которого магнитные полюса достаточно сильно смещены по отношению к географическим, на Сатурне в свою очередь и те и те совпадают, а магнитное поле чуть ли не симметрично по отношению к оси вращения. Пожалуй, самым надежным способом для определения настоящего периода вращения планеты – использовать радиосигналы. Речь идет о том, что магнитное поле по теории Максвелла создает электрическое поле (переменное), а оно снова магнитное. Это есть ничто иное как электромагнитная волна и ее можно обнаружить за счет космического зонда.

Структура магнитного поля Сатурна:

Магнитную сферу Сатурна открыли при выполнении миссии орбитального комплекса «Пионер-11». Это произошло в 1979 году. Оказалось, что магнитосфера планеты по своим размерам уступает лишь магнитосфере Юпитера. Зона между магнитосферой планеты и областью, которой достигает солнечный ветер, находится от Сатурна на удалении, равном 20-ти его радиусам. Хвост магнитосферы измеряется несколькими сотнями таких радиусов. Магнитосфера планеты состоит из плазмы, которую продуцируют Сатурн и его спутники. Среди спутников важную роль играет Энцелад, точнее, его гейзеры. Они выбрасывают водяной пар, который подвергается ионизации магнитным полем планеты.


Видимым признаком «контакта» магнитосферы Сатурна и солнечного ветра являются яркоокрашенные полярные сияния овальной формы, окружающие полюса планеты. Они образуются путём генерации энергии, освобождающейся вследствие взаимодействия магнитосферы и солнечного ветра. В атмосфере Сатурна полярные сияния можно наблюдать в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах. Магнитное поле Сатурна, равно как и Юпитера, формируется вследствие эффекта динамики во время циркуляции металлического водорода во внешних слоях ядра планеты.


Магнитное поле Сатурна можно охарактеризовать как дипольное (как у Земли), где всегда присутствуют два полюса - южный и северный. Магнитный диполь газового гиганта напрямую связан с вращением его оси. Именно это и делает поле ассиметричным. У этого диполя наблюдается небольшое смещение вдоль оси планеты по направлению к северному полюсу. 
Внутреннее магнитное поле газового гиганта способствует отклонению солнечного ветра от его поверхности, препятствуя его «контакту» с атмосферой. Оно также влияет на состав плазмы магнитосферы планеты, которая становится отличной от плазмы солнечного ветра. Как и в случае с Землёй, область, создающая границу между магнитосферой и солнечным ветром, называют магнитопаузой. Дистанция от магнитопаузы до «сердца» Сатурна находится в промежутке 16-27 Rs. На это расстояние оказывает влияние давление солнечного ветра, которое напрямую зависит от активности звезды на данный момент. Принято считать, что среднее расстояние от планеты до магнитопаузы - 22 Rs. Длинный хвост магнитосферы образовывается из-за влияния мощных потоков солнечного ветра.

 



0%

Доклад на тему "Планета Сатурн и его магнитное поле"

    DOCX

28.05.2018

3627

Файл будет скачан в формате:

    DOCX

Автор материала

Бронников Евгений Русланович

Бронников Евгений Русланович

Преподаватель по физике

  • На сайте: 8 лет и 1 месяц
  • Всего просмотров: 5802
  • Подписчики: 0
  • Всего материалов: 3
  • 5802
    просмотров
  • 3
    материалов
  • 0
    подписчиков

Настоящий материал опубликован пользователем Бронников Евгений Русланович.
Инфоурок является информационным посредником. Всю ответственность за опубликованные материалы несут пользователи, загрузившие материал на сайт. Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете на материал.

ИИ для создания материалов

Создавайте материалы с ИИ

Если готовые материалы не подошли — помогут нейросети

Конспекты, тесты, презентации, рабочие листы и другие материалы по ФГОС — под ваш урок, класс и цели занятия за пару минут.

Попробовать бесплатно

Выберите инструмент

~160

Нейросети могут ошибаться. Обязательно проверяйте ответы.

Курсы по теме

Перейти в каталог курсов

Мини-курсы по теме

Перейти в каталог мини-курсов

Найдите подходящий для Вас курс

Найдите подходящий для Вас курс

В каталоге 7 450 курсов по разным направлениям

Другие материалы

Вам будут интересны эти курсы: