Реферат: Плутон

Введение.

Согласитесь, сегодня человек, в какой бы самой отдалённой области науки или народного хозяйства он ни работал, должен иметь представление, хотя бы общее, о нашей Солнечной системе, звёздах и современных достижениях астрономии.

Сравнительное изучение планет и их спутников – “лун” – имеет первостепенное значение и для познания природы Земли. Нам ещё не ясны те условия, которые привели к формированию разнообразных природных комплексов, в том числе благоприятствовавших зарождению и развитию жизни на Земле.

В этом реферате пойдёт речь о самой загадочной планете нашей Солнечной системы – Плутоне. Эта планета имеет множество особенностей и странностей, её сложно изучать, её нашли самой последней и так далее…

В качестве источников информации я выбрал максимум книг и компьютерных программ, которые были мне доступны, постарался выбрать максимально важную информацию. Насколько это мне удалось – судить вам…

I. Новые рубежи преподносят сюрпризы.

1. 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 г. – 1877 г.), работавшего в Парижской политехнической школе, открыл восьмую планету Солнечной системы – Нептун. [3]

В 1905 году, изучив возмущения (неправильности) в движении Урана по его орбите американский теоретик Персиваль Лоуэлл (1855 г. – 1916 г.)^* 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 в последствии 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 ( род. 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.[1] [3]

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 5900000000 км. от Солнца, то есть на полмиллиарда километров ближе, чем должно быть по Лоуэллу. Вообще, Плутон и его движение крайне странные! Но об этом читайте в главе III.

2. 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 г. – 1959 г.). 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 375000 км. от неё. Но ведь и нынешний, более верный “прислужник” Нептуна, Тритон, тоже не уходит от планеты в среднем более чем на 355000 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 приёмлемые. 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 которой 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. [3]

3. 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. Впрочем, последнее слово, как всегда, за Международным Астрономическим Союзом; его специальная комиссия обладает правом окончательно утверждать названия новооткрытых небесных тел.

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 19000 километров. Диаметр Плутона получился равным примерно 4000 км., а диаметр Харона около 2000 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/см³), масса Плутона составляет 0,005, а Харона – около 0,0008 массы Земли. [4] 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. [3] [1]

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° [4]. Мало того, орбита обладает необычной вытянутостью. Потому и получается, что Плутон то проходит всего в 4400000000 км. от светила, то удаляется от него на 7400000000 км. В результате складывается совсем уж парадоксальное положение… [3]

…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. [3] Словом, по размерам, по орбите и другим характеристикам – скорее не планета, а … спутник. Действительно, Плутон представляет собой как бы неполноценную планету.[3]

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 стронием решительно отличаются от внутренних – 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/с². Если ваша масса примерно равна 70 кг., то на этой планете вы бы весили 4 кг! [4]

2. Внутреннее строение и тепловая история.

При зарождении и эволюции планеты. В её недрах происходили менее активные процессы, нежели на других планетах Солнечной системы. В рамках модели равновесной конденсации из протопланетной туманности при температуре около 40 Кельвин это тело, очевидно, аккумулировалось преимущественно из метанового льда, и слагающее его вещество не претерпело в дальнейшем заметной дифференциации. Другая возможность – формирование из гидратов метана (CH_4? 8H₂O) при температуре конденсации около 70 Кельвин с последующим их разложением в процессе внутренней эволюции, дегазацией CH₄ и образованием метанового льда на поверхности. Отождествление его в спектре отражения Плутона благоприятствует обеим этим моделям, не позволяя, однако, сделать между ними выбор. При этом для любой из них средняя плотность планеты оказывается не выше 1,2 г/см³, а альбедо не менее 0,4, что соответственно уменьшает вероятный диаметр Плутона до размеров Луны, а массу ограничивает несколькими тысячными долями от массы Земли. Если же плотность всего 0,7 г/см³, как это следует из анализа соотношений масс Плутона со спутником, то нужно дополнительно допустить, что слагающие его замёрзшие летучие вещества типа водно-метанового льда находятся в довольно рыхлом состоянии.[2]

3. Поверхность планеты.

В отличие от спутников планет-гигантов, у Плутона отождествлены спектральные признаки метанового конденсата. По результатам узкополосной фотометрии отношение интенсивности отражения в двух спектральных областях, в одной из которых расположены полосы поглощения водяного и аммиачного льда, а в другой – сильная полоса поглощения метанового льда, оказалось равным 1,6. Если взять чистый метановый лёд и снять те же спектры в лаборатории, то отношение оказывается лишь немного больше, в то время как для спутников гигантов с признаками водяного льда на поверхности это отношение существенно меньше единицы. Этот факт служит довольно сильным аргументом в пользу наличия метана. Обнаружение метанового льда на Плутоне меняет существовавшие до недавнего времени представления о его поверхности, образованной скальными породами, в сторону более реальных предположений о покрывающем её протяжённом ледяном слое. [2]

4. Атмосфера и климат Плутона.

На Плутоне не обнаружено видимых признаков атмосферы. Маловероятно, что неон может там концентрироваться хотя бы в малых количествах, так как столь малая планета не способна удержать столь лёгкий газ.

Над поверхностью планеты максимальная температура примерно равна –212° С, а минимальная –273° С, то есть постоянно приближается к абсолютному нулю. [2]

Заключение.

Плутон является уникальной и самой интересной планетой Солнечной системы. По прежнему остаётся множество загадок о точном происхождении, химическом составе Плутона. На “владыку подземелья” ещё ни разу не приземлялся ни один исследовательский комплекс с Земли, естественно фотографий поверхности тоже нет. Нахождение на Плутоне живых организмов равно нулю, так как с точки зрения современной науки ни один организм Земли не смог бы выжить в таких суровых условиях, а других форм жизни мы пока не находили. Есть малая вероятность нахождения там полезных ископаемых в виде дефицитного газа, но такие химические элементы есть на более близких к Земле планетах.

Человечество является полноправным хозяином своей звезды, хозяином пока ещё безжизненных планет, и, несомненно, что не в столь уж отдалённой перспективе сможет овладеть их богатствами.

Список литературы

Допаев М. М. Наблюдения звёздного неба. – М.: Наука, 1978 г., стр. 90-91.

Маров М. Я. Планеты Солнечной системы. – М.: Наука, 1986 г., стр. 27, 30-31, 44, 137, 234, 266.

Силкин Б. И. В мире множества лун. – М.: Наука, 1982 г., стр. 10-11, 194-195, 196-197, 205.

The Computer Guide To The Solar System, Winter Tech, Version 1.20, 1989 г.

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://referat2000.bizforum.ru/