Плутон-планета или астероид?

Категория реферата: Рефераты по астрономии
Теги реферата: курсовик, компьютерные рефераты
Добавил(а) на сайт: Аникин.

12 марта 1930 г., т. е. менее чем через год после начала осуществления новой программы, обсерватория Лоуэлла, через Гарвардское бюро протелеграфировала астрономическим обсерваториям следующее сообщение:
"Систематически начатые много лет назад поиски, в связи с исследованиями
Лоуэллом планеты за орбитой Нептуна, привели к открытию объекта, скорость движения и траектория которого в течение семи недель последовательно соответствовали телу, находящемуся за орбитой Нептуна приблизительно на том расстоянии, которое ему приписывал Лоуэлл. Пятнадцатая звездная величина.
Положение на 3 часа всемирного времени 12 марта было 7" к западу от d
Близнецов, что согласуется с предсказанной Лоуэллом долготой."

Астрономический мир вскоре единодушно принял для этой планеты название:
Плутон, которое подходит ей, так как она движется во внешних не освещенных
Солнцем областях солнечной системы.

Почему ее назвали Плутон? Все дело в том, что первые две буквы названия соответствуют инициалам Персиваля Лоуэлла, умершего в 1916 г., т. е. всего через два года после того, как им было опубликовано подробное предсказание движения новой планеты.

Последующие вычисления орбиты, выполненные на основании фотографий новой планеты, сделанных еще до ее открытия, показали, что она движется вокруг
Солнца с периодом 246,5 года по орбите, наклоненной на 17" к средней плоскости других планет. Представьте насколько это много земного года, ни один человек не смог бы встретить плутоновский “Новый год“.Я сомневаюсь, что это даже кому-нибудь захотелось.

В перигелии орбита Плутона проходит внутри орбиты Нептуна, но вследствие большого наклона орбиты эти два тела столкнуться не могут. Только несчастливая случайность помешала открыть Плутон в 1919 г. астрономам обсерватории Маунт Вильсон. В это время Милтон Хьюмасон по поручению
Уильяма Пикеринга (1858 -1938), который независимо осуществил вычисления предполагаемого положения планеты, сфотографировал области вокруг предсказанного положения планеты и действительно получил изображение планеты на некоторых пластинках. Однако изображение Плутона на одной из двух лучших пластинок попало как раз на небольшой брак эмульсии (на первый взгляд оно казалось частью этого брака), в то время как на другой пластинке изображение планеты оказалось частично наложенным на какую-то звезду! Даже в 1930 г., когда положение планеты в 1919 г. было довольно хорошо известно из вычисленной орбиты, с трудом удалось сравнить те изображения Плутона, которые были получены 11 лет назад.

Если только Плутон не обладает фантастически большой плотностью или же не является исключительно плохим отражателем света, то его масса недостаточно велика, чтобы вызывать те отклонения в движении Нептуна, на основе которых было предсказано существование Плутона. Вот почему скорей всего многие астрономы ныне полагают, что открытие Плутона было случайным. Тем не менее, открытие, последовавшее в результат неустанных поисков планеты, представляет собой еще один шаг на пути прогресса науки. В 1995 г. американские учёные с помощью специальной аппаратуры, смонтированной на орбитальном Хаббловском космическом телескопе, сфотографировали всю поверхность Плутона и составили его карту. Северный полюс планеты покрыт шапкой из замёрзших газов. В других областях светлые и тёмные районы перемежаются яркими вытянутыми полосами. Предполагается, что это связано с отложениями инея- древнейшим из них, успевшим разложиться под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца соответствует более тёмная окраска, а более свежим – светлая.

Все сотрудники обсерватории Лоуэлла достойны высшей похвалы за свою кропотливую работу и полученные результаты. Томбо распространил начатые на обсерватории Лоуэлла поиски на все небо, но установил, что в пределах, доступных наблюдениям с 13-дюймовым телескопом, больше планет нет. Но даже если другие планеты и существуют, то они должны были или находиться гораздо дальше или быть гораздо меньше. Поэтому продолжение поисков гораздо более слабых планет с одним из больших телескопов, например, с 5-метровым, неоправданно с практической точки зрения. Чем больше телескоп, тем пропорционально меньшую область неба он фотографирует. Поиски по всему небу с охватом всех объектов, блеск которых является предельным для наблюдения с
5-метровым телескопом, потребовали бы его непрерывного использования в течение всех безлунных ночей на протяжении долгих веков. Поэтому открытие планет, возможно, и существующих за орбитой Плутона, представляется весьма трудным делом, если только не сыграет роли какой-либо счастливый случай или же не будут применены новые методы наблюдений. Для радиолокационных телескопов такие расстояния слишком велики. Большой оптический телескоп, запущенный в межпланетное пространство или установленный на Луне и работающий в сочетании с телевизионной техникой а также автоматической аппаратурой, предназначенной для поисков планет, я думаю, возможно, и мог бы способствовать успеху, однако некоторые астрономы вообще сомневаются в том, что будут найдены еще какие-то планеты значительных размеров.

Самая далекая от Солнца из всех открытых до сих пор планет совершенно не похожа на другие планеты, находящиеся во внешних областях солнечной системы. Чужестранцем-карликом выглядит Плутон среди планет-гигантов. Что- то есть в ней мистическое и непонятное, а потому, что мы очень и очень мало знаем о ней, поэтому нас она притягивает, манит и зовет, что мы собственно и делаем: подчиняемся ее зову. Наши сведения о Плутоне весьма ограничены; помимо орбиты, а, следовательно, и расстояния нам известны его блеск и цвет, но масса Плутона неизвестна. Согласно определению Койпера видимый диаметр Плутона равен 0",2 - 0",3, что соответствует примерно 5800 км. Если считать, что масса Плутона хотя бы примерно соответствует вычисленной величине (0,8 массы Земли), то средняя плотность планеты получается больше плотности золота! Так как металлы и другие вещества, плотность которых выше, чем у железа, по-видимому, встречаются в звездах, так же как и на
Земле, в небольших количествах, представляется совершенно невероятным, чтобы плотность Плутона была гораздо выше плотности железа, которая в 7,8 раза выше плотности воды. Сразу становится ясно, что или его масса или диаметр определены с большой ошибкой. Но если предположить, что плотность
Плутона близка к плотности Земли, то это предположение с неизбежностью влечет за собой увеличение его диаметра вдвое, но так как такой диаметр вполне измерим, мы вынуждены вместе с Брауэром и Клеменсом сделать вывод, что масса Плутона определена пока еще ненадежно.

Совершенно иное объяснение тем же данным о Плутоне предложил Олтер, согласно которому диаметр Плутона больше его видимого диаметра, но благодаря тому, что планета имеет довольно гладкую поверхность, солнечный свет отражается лишь от ее небольшой центральной области. Так, например, отполированные сферические или овальные поверхности при освещении их точечным источником света дают отблеск с концентрацией света к центру поверхности. Однако объяснение Олтера все же не решает проблемы довольно слабого блеска Плутона. Если бы Плутон имел отражательную способность столь же низкую, как Луна, альбедо которой равно 0,07, то и тогда он должен был бы выглядеть вдвое более ярким, чем наблюдается в действительности. В результате мы вынуждены сделать маловероятный вывод о том, что поверхность у Плутона довольно гладкая, но ее отражательная способность равна всего 3 -
4%. Так как температура Плутона, по-видимому, ниже 220°С т. е. всего лишь на каких-нибудь 50 - 60° С выше температуры абсолютного нуля, то на его поверхности большинство обычных газов должно было перейти в жидкое состояние или замерзнуть.

Можно, конечно, представить себе, что Плутон покрыт океаном из жидкого (или твердого) кислорода (если бы кислород не был столь химически активен) или из азота, а водород и гелий, которые могли бы остаться на Плутоне газообразными, поэтому, я думаю, скорей всего отсутствуют.

Хотя и можно представить себе, что отражательная способность поверхности планеты благодаря наличию льда из кристаллов аммиака и других распространенных соединений будет довольно высокой, мы все же на практике должны быть готовы к тому, что эта поверхность подобно лунной, вследствие выпадения на нее метеоритного и кометного вещества в особенности на ранних этапах истории планеты, довольно неровная. Судя по желтовато-белой окраске, можно утверждать, что поверхность Плутона покрыта не слишком пигментными материалами. Поэтому очень трудно согласиться с предположением Олтера о сравнительно гладкой поверхности Плутона в сочетании с рекордно низким значением альбедо. Безусловно, эта планета негостеприимна для пребывания на ней человека, а очень жаль; смертельно холодная ночь продолжается там 76,5 часа, а вслед за нею наступает такой же длинный день, но и днем блеск
Солнца будет в 1600 раз слабее, чем на Земле.

Высказывалось даже предположение, что Плутон-вообще не настоящая планета, а всего лишь спутник, потерянный Нептуном. Однако этот вопрос не может быть разрешен, пока мы не будем располагать большими сведениями о механизме появления у планет спутников. Так что давайте, попытаемся разобраться в этом вместе.

2. Открытие “странной планеты”.

23 сентября 1846 года Иоганн Готфрид Галле (1812 г. – 1910 г.) в
Берлинской обсерватории при помощи расчётов астронома Жана Жозефа Леверье
(1811–1877гг), работавшего в Парижской политехнической школе, открыл восьмую планету Солнечной системы – Нептун.
В 1905 году, изучив возмущения (неправильности) в движении Урана по его орбите американский теоретик Персиваль Лоуэлл (1855–1916гг) решил, что за
Нептуном должна находится ещё одна планета, и рассчитал её предполагаемую орбиту.
Однако поиски новой планеты не ограничились одним вечером. Дело всё в том, что девятая планета, как впоследствии, оказалось, обладает свечением в
600 раз меньшим, чем у Нептуна. Поэтому, несмотря на все усилия собранного на Флагстаффе коллектива, понадобилось почти тридцать лет, чтобы открыть
Плутон. Удача пришла к молодому астроному Клайду Уильяму Томбо (родился в
1906 г.). В 1930 году, когда Лоуэлла уже давно не было в живых, на обсерватории его имени, где за год до этого был установлен новый современный 13-дюймовый (33 см.) рефрактор, Томбо нашёл девятую планету почти там (по космическим меркам), где ей и полагалось быть по расчётам Лоуэлла. Плутон получил своё название по имени древнегреческого бога земных недр (подземного царства), поскольку она очень скудно освещается Солнцем. Любопытно, что это имя для вновь открытой планеты предложено … 11-летней девочкой, дочерью английского профессора астрономии.
Но Лоуэлл не совсем точно рассчитал орбиту Плутона. Её никак не удавалось
“подогнать” (по земным меркам) под его вычисления. Орбита проходила в среднем всего в 5 900 000 000 км от Солнца, то есть на полмиллиарда километров ближе, чем должно быть по Лоуэллу. Вообще, Плутон и его движение крайне странные!

2.1. Гипотезы происхождения планеты.

Плутон имеет много особенностей, он абсолютно не схож со своими соседями.
Может “владыка подземелья” спутник? Но чей же? Откуда взялся Плутон?
На такие вопросы отвечает следующий факт. На каждые три полных оборота
Нептуна вокруг Солнца приходится точно два таких же оборота Плутона.
Значит, не исключено, что Плутон был некогда “приурочен” Нептуном и в отдалённейшие времена “морской владыка” имел, помимо Тритона и Нереиды, ещё одного прислужника, которому удалось стать более независимым, но следы прежнего рабства в его биографии всё же остались.
Одним из первых, кому пришло на ум увидеть в Плутоне “беглого прислужника” Нептуна, был японский астроном, директор Квасанской обсерватории в Киото И. Ямамото (1889–1959гг). Он предложил следующий сценарий этой драмы. Некогда Нептун обращался вокруг Солнца на расстоянии, более подобающем девятой планете (включая и “несостоявшуюся” – пояс астероидов). Затем из глубин Вселенной появился пришелец – некое крупное небесное тело. Оно вторглось царство Нептуна и своим тяготением отняло у него один из спутников. Совсем увести добычу с собой оно не смогло, но с
“околонептунной” орбиты сорвать спутник ему оказалось под силу. Пришелец на границе Солнечной системы бросил свою жертву, которая, перестав быть спутником, с тех пор и стала независимой планетой. А Нептун под влиянием потери тоже изменил свою орбиту, приблизившись к Солнцу.
Другую сторону аналогичной гипотезы разработал в 1936 году английский астрофизик Р. А. Литлтон. Он задумался над причиной очень медленного вращения Плутона вокруг его собственной оси. Действительно, шесть с небольшим суток для такого мелкого тела, да ещё лежащего столь далеко от тормозящего влияния Солнца, – это уж слишком. Нептун – вот кто виноват в подобной странности. Если у него есть такой массивный спутник, как Тритон, то что могло помешать Нептуну в прошлом временно обладать и ещё одним, не более крупным, а именно Плутоном? Притяжение Нептуна, “мстящего” Плутону за его бегство, могло замедлить вращение его бывшего спутника, да заодно ещё и заставить его вечно глядеть на покинутого хозяина одной и той же стороной.
Если так, то период вращения Плутона вокруг оси должен был совпадать с периодом обращения его вокруг Нептуна. Обходя планету за 6,39 суток, Плутон находился в 375 000 км от неё. Но ведь и нынешний, более верный
“прислужник” Нептуна, Тритон, тоже не уходит от планеты в среднем более чем на 355 000 км.
Явление редкостное: у Нептуна в прошлом было два очень крупных спутника, причём почти на одинаковых по протяжённости орбитах. Близкие друг к другу большие тела должны были тяготением влиять одно на другое, приводя к нарушению стабильности всей системы. Тут, согласно такой гипотезе, и могло произойти что-то не очень уж невероятное, чтобы равновесие нарушилось.
Плутон в результате катастрофы “вылетел” на свою нынешнюю орбиту, а орбита
Тритона так наклонилась, что он стал фактически вращаться в обратную сторону.
Предположение интересное, но оно порождает новые загадки. Что за катастрофа привела к нарушению сложившейся системы? Почему Плутон вышел на орбиту, так сильно удалённую от Нептуна? И что заставило Тритон ходить по такой, во всём остальном искажённой, но почти круговой орбите? Все эти вопросы висели в воздухе.
Обе гипотезы, хотя и несколько умозрительные, но приемлемые. Но есть им и альтернативы. Так, немецкий астроном Э. Мёдлов предполагает, что за орбитой
Нептуна спряталась от наших глаз ещё одно кольцо астероидов, вполне сходное с тем, что лежит между Марсом и Юпитером. И тайна Плутона заключается просто в том, что он всего лишь член этого огромного скопления в основном мелких тел – один из многих, но более крупный, чем остальные, почему и был, в отличие от них, астрономами замечен. Есть же такая малая планета, астероид Эрот (Эрос), орбита которого частично так же лежит внутри орбиты
Марса, и его можно рассматривать как члена известного нам астероидного кольца. Есть также малые планеты, пересекающие орбиту Земли (диаметром более 1000 км – свыше 1000 штук)… И Тритон когда-то, возможно, был тоже одним из тел, входящих в гипотетическое внешнее кольцо астероидов, а затем его захватил Нептун и превратил в своего спутника. Кстати, это объяснило бы и загадку обратного движения Тритона.
Конечно, всё это лишь гипотезы. Для того, чтобы приобрести титул теории им недостаёт ещё многого. В первую очередь – наблюдательных фактов. А они- то в таком удалении от Земли достаются нелегко.

2.2. Открытие спутника.

А тем временем произошло событие, которое, казалось бы, всё разъяснило.
22 июня 1978 года Дж. У. Кристи из Морской обсерватории в Вашингтоне
(США) решил просмотреть пластинки со снимками Плутона, сделанными за месяц, чтобы уточнить орбиту этой всё ещё слабоизученной планеты.
Тут Кристи бросилось в глаза, что тело Плутона выглядит как-то странно: оно вроде бы вытянуто в одну сторону, примерно с севера на юг. Гора? Но даже представить невозможно такую гигантскую вершину, чтобы она была заметна за миллиарды километров, пускай и в наилучший телескоп. Кристи решил: спутник!
Коллега первооткрывателя (хотя открытие ещё нуждалось в подтверждении) Р.
С. Харригон занялся вычислениями. Его вывод был тот же. Опираясь на определение времени, за которое “выступ”, исчезнув с одной стороны Плутона, появлялся с другой, он подсчитал период обращения новичка вокруг его планеты. Оказалось 6 суток 9 часов 17 минут, то есть то же самое время, которое тратит Плутон, чтобы обернуться собственной оси. Значит “луна”
Плутона постоянно “висит” над одной и той же точкой поверхности планеты.
Первооткрыватель предложил для спутника имя Харон…. На берегах Стикса, реки забвения и скорби, поселила фантазия древних греков перевозчика
Харона. Он в своей лодчонке доставлял тени умерших в царство Плутона, так что предложение выглядело вполне уместным. Единственный недостаток – сходство с названием незадолго до этого открытого астероида Хирона. Но мифический Хирон был не лодочником, а кентавром, и греки их не путали.
В сентябре 1980 года французские астрономы Д. Бонно и Р. Фуа получили серию фотографий и обработали их при помощи ЭВМ. В результате было установлено, что радиус орбиты Харона равен 19 000 километров.
Диаметр Плутона получился равным примерно 4 000 км, а диаметр Харона около
2 000 км.
Очень близко поселился “перевозчик теней” к самому владыке загробного мира. Даже Луна с Землёй представляют собой менее компактную систему. Да и отношения масс у этих двух тел очень необычны. В случае, если их средняя плотность одинакова (около 0,4 г/смі), масса Плутона составляет 0,005, а
Харона – около 0,0008 массы Земли. Тем самым Харон становится массивнейшей
“луной” в Солнечной системе, если считать в отношении к массе её центрального тела (масса нашей Луны, для сравнения, составляет всего 1,2% массы Земли).
Поэтому множество специалистов предпочитают считать эту систему парной, двойной планетой “Плутон – Харон”, известны же двойные звёзды, тоже обращающиеся вокруг центра масс, так что такие мысли астрономов выглядят вполне логично.

II. Физика, механика, химия и внутреннее строение Плутона.

1. Особенности Плутона.
Орбита новой планеты оказалась невероятно сильно наклонённой – на 17° 2’
– ни у одной известной планеты ничего подобного не было. Наклон оси составляет 50°. Мало того, орбита обладает необычной вытянутостью. Потому и получается, что Плутон то проходит всего в 4 400 000 000 км от светила, то удаляется от него на 7 400 000 000 км. В результате складывается совсем уж парадоксальное положение…
…Спросите образованного человека, но не специалиста в небесных делах: какая планета является наиболее удалённой от Солнца? Он, скорее всего, ответит: разумеется, Плутон. И будет прав. Но не всегда, а лишь в течение двухсот двадцати восьми земных лет из тех каждых двухсот сорока восьми, за которые эта планета делает один полный оборот вокруг светила. Остальные 20 лет Плутону на смену приходит Нептун.
В 1979 году такая “смена караула” и произошла; на два десятка лет стражем далёких окраин Солнечной системы стал Нептун. 23 января 1979 года эти планеты оказались на равном расстоянии от Солнца – в 30,3 астрономической единицы, а затем как бы поменялись местами. На схемах это выглядит как пересечение орбит. На самом же деле оно не существует, и одна планета проходит в миллионах километров от другой.
К сентябрю 1989 года Плутон достиг своего перигелия (ближайшей к Солнцу точки) и начал удаляться от светила. 15 марта 1999 года Плутон и Нептун вернулись на свои более привычные места, и самой далёкой планетой вновь стал Плутон.
Весь этот “контрданс” небесных тел, конечно же, неспроста. Чтобы в нём разобраться, желательно было бы знать размеры Плутона. Сперва полагали, что он примерно с Землю или даже побольше. Но в 1950 году Койпер установил, что его размеры много меньше, и диаметр Плутона не превышает 5800 км. Лет через
25 – новость: Плутон отражает свет так, как будто он покрыт размороженным болотным газом. А если есть метановый иней, то тело планеты холодное, и в случае, если Плутон весь состоит из метана, плотность его должна быть меньше единицы. К концу 70-х годов учёные пришли к выводу, что Плутон – совсем небольшое тело, меньше даже, чем наша Луна, и, хотя в 1980 году поступили сведения, что его диаметр составляет 4000 км (на 500 км больше лунного), по массе он в несколько раз уступает Луне. По самым последним данным его диаметр составляет примерно 3100 – 3200 км. Словом, по размерам, по орбите и другим характеристикам – скорее не планета, а … спутник.
Действительно, Плутон представляет собой как бы неполноценную планету.
В пользу такого предположения говорят и странности в периоде вращения
Плутона вокруг собственной оси. На полный оборот у него уходит 6 суток 9 часов 17 минут, а это слишком много для столь небольшого тела, так что и скорость вращения выдаёт его с головой как самозванца в семье планет.
Ещё одно свидетельство: все четыре планеты, лежащие непосредственно за
Марсом и за поясом астероидов: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун – гигантскими размерами, огромными размерами, общим газожидким строением решительно отличаются от внутренней орбиты Марса – Меркурия, Венеры, Земли и Марса. А вот Плутон, хотя и расположен во внешней части Солнечной системы, всеми этими параметрами, как кажется, схож с меньшими и твердотельными околосолнечными планетами, а не со своими соседями. Если полностью расплавить Плутон, то он даже не заполнит ниши водного океана Земли.
Скорость, с которой движется Плутон по своей орбите, примерно равна 16,8 км/ч. Орбита очень протяжённая и поэтому один плутоновский год равен 247,7 земным годам. К примеру, если вам сейчас 17 лет, то на Плутоне вам было бы
0,07 лет.
Ускорение свободного падения над поверхностью Плутона равняется 0,49 м/сІ. Если ваша масса примерно равна 70 кг, то на этой планете вы бы весили
4 кг!

2. Внутреннее строение и тепловая история.

Принимая в расчет данные о плотности, радиусе и периоде вращения
Плутона, а также учитывая большое количество воды и силикатов на такой отдаленности от Солнца, ученые гипотетически определили внутреннюю структуру планеты. На сегодняшний день существуют две версии о структуре, и пока ученые не отдали ни одной из них предпочтение. Согласно первой, под поверхностью, состоящей из различных элементов с преобладанием азота, метана и оксида углерода, находится слой толщиной до 230 км изо льда
(130км) и из молекулярных структур.

Под ними расположено ядро из силикатно-каменистых образований и частично из гидритных. Вторая версия также предусматривает первый слой изо льда толщиной до 250 км. Но между ними и силикатным ядром считается возможным существование слоя органических веществ толщиной до 100км.

Наличие льда может быть вследствие его отделении от первичных окаменелостей планеты в результате удара астероида. Если исключить столкновение, подъем воды к верхним слоям планеты мог произойти из-за тепла, выделяемого радиоактивными элементами, входящими в состав каменистых образований.

Еще несколько лет назад на поверхности планеты были замечены яркие зоны.
Их с большой точностью зафиксировал космический телескоп Хаббл. Есть предположение, что вещество, предающим яркость, является твердый азот с присоединившемся к нему другими молекулами. Спектроскопические исследования, проведенные с Земли, свидетельствуют, что метан составляет около 1% массы планеты. Похоже, что он образует хорошо различимые пятна.
Следующим компонентом поверхности может быть оксид углерода, при этом % его содержания намного меньше 1%.
Лабораторные исследования условий, специально воссозданных и имитирующих плутониевые, позволяет сделать вывод, что кристаллы азота измеряются метрами.

Поделитесь этой записью или добавьте в закладки