Орбитальные характеристики планет

Орбитальные характеристики планет

В. В. Орленок, доктор геолого-минералогических наук

Физические условия на поверхности каждой из девяти планет всецело определяются их положением на орбите относительно Солнца. Ближайшие к светилу четыре планеты – Меркурий, Венера, Земля и Марс – имеют сравнительно небольшие массы, заметное сходство в составе слагающего их вещества и получают большое количество солнечного тепла, ощутимо влияющего на температуру поверхности планет. Две из них – Венера и Земля – имеют плотную атмосферу, Меркурий и Марс атмосферы практически не имеют.

Планеты-гиганты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун значительно удалены от Солнца, имеют гигантские массы и плотную мощную атмосферу. Все они отличаются высокой осевой скоростью вращения. Солнечное тепло почти не достигает этих планет. На Юпитере оно составляет 0,018-103 Вт/м2, на Нептуне – 0,008-103 Вт/м2.

Все планеты, за исключением Меркурия и Венеры, имеют спутники, общее число известных на сегодняшний день достигает 57. Наибольшее количество спутников имеют Юпитер – 16, Сатурн – 17 и Уран – 15. Остальные планеты имеют один – два спутника.

Большая часть массы вещества Солнечной системы сосредоточена в самом Солнце – более 99%. На долю планет приходится менее 1% общей массы. Остальное вещество рассеяно в астероидах, кометах, метеоритах, метеорной и космической пыли.

Все планеты имеют сравнительно небольшие размеры и в сравнении с расстояниями между ними их можно представлять в виде материальной точки. Из курса физики известно, что произведение массы тела на его скорость называется импульсом:

, (I.19)

А произведение радиуса-вектора на импульс – моментом импульса:

. (I.20)

Из приведенного выражения видно, что скорость V движения планеты по эллиптической орбите меняется вместе с изменением радиуса-вектора r. При этом на основании второго закона Кеплера имеет место сохранение моментов импульса:

. (I.21)

Из (I.21) видно, что при увеличении r1 скорость V1 должна уменьшаться, и... наоборот (масса т планеты неизменна). Если выразить линейную скорость V через угловую скорость w

, (I.22)

То выражение для момента импульса планеты примет вид:

. (I.23)

Из последней формулы следует, что при сжатии вращающихся систем, т. е. при уменьшении r и постоянстве т, угловая скорость вращения w неизбежно возрастает.

В табл. I.1 приведены орбитальные параметры планет. Хорошо видно, как по мере возрастания радиуса орбиты (гелиоцентрического расстояния) уменьшается период обращения и, следовательно, скорость движения планет.

При движении планеты вокруг Солнца сила притяжения последнего уравнивается центростремительной силой, приложенной к планете:

. (I.24)

Отсюда легко найти среднюю орбитальную скорость движения планеты, которая совпадает с круговой скоростью:

, (I.25)

Где r = a – расстояние от Солнца;

Т – период обращения планеты вокруг светила.

В качестве примера найдем среднюю орбитальную скорость вращения Земли, положив в формулу (I.25) Т = 365,2564-86400 с = 31,56-106 с, а = 149,6-106 км, получим V = 29,78 км/с.

В табл. I.2 приведены параметры всех известных на сегодня спутников планет. Обращаем внимание на наиболее крупные из них. Луна – спутник Земли, Ио, Европа, Ганимед и Каллисто – спутники Юпитера, Титан – спутник Сатурна, Тритон – спутник Нептуна. Это самый крупный спутник в Солнечной системе. Диаметр Тритона 6000 км. Три последние планеты имеют также своеобразные кольца, исследование которых с американской межпланетной станции “Вояджер-2” показало, что они состоят из темного материала, частицы которого имеют размеры порядка метра и более. Не исключено, что это каменные обломки разрушившихся небольших спутников или продукты выбросов мощных вулканических взрывов.

Таблица I.2

Орбитальные параметры спутников планет

Название Орбитальный радиус, км Радиус, 103 м

Масса,

1020 кг

Плотность,

103 кг/м3

Спутник Земли
Луна 384,4 1738 734,9 (±0,7) 3,34
Спутники Марса
Фобос 9,378 13,5×10,7×9,6 1,26(±0,1)×10-4 2,2(±0,5)
Деймос 23,459 7,5×6,0×5,5 1,8(±0,15)×10-5 1,7(±0,5)
Спутники Юпитера
Метис (Метида) 127,96 ?×20×20
Адрастея 128,98 12,5×10×7,5
Амальтея 181,3 135×82×75
Теба (Фива) 221,9 ?×55×45
Ио 421,6 1815 894±2 3,57
Европа 670,9 1569 480±2 2,97
Ганимед 1070 2631 1482,3±0,5 1,94
Каллисто 1883 2400 1076,6±0,5 1,86
Леда 11094 8
Гималия 11480 90
Лиситея 11720 20
Элара 11737 40
Ананке 21200 15
Карме 22600 22
Пасифае 23500 35
Синопе 23700 20
Спутники Сатурна
Атлас (Атлант) 136,64 19×?×14
Прометей 139,35 70×50×37
Пандора 141,70 55×43×33
Эпиметей 151,422 70×58×50
Янус 151,472
Мимас 185,52 197 0,38±0,01 1,24
Энцелад 238,02 251 0,8±0,3 1,24
Тефия (Тетис) 294,66 524 7,6±0,9 1,26
Телесто 294,66 ?×12×11
Калипсо 294,66 15×13×8
Диона 377,40 559 10,5±0,3 1,44
Елена (Хелен) 377,40 18×?×15
Рея 527,04 764 24,9±1,5 1,33
Титан 1221,85 2575 1345,7±0,3 1,881
Гиперион 1481,1 175×120×100
Япет 3561,3 718 18,8±1,2 1,21
Феба 12952 115×110×105
Спутники Урана
Корделия 49,75 ~25
Афелия 53,77 ~25
Бианка 59,16 ~25
Крессида 61,77 ~30
Дездемона 62,65 ~30
Джульетта 64,63 ~40
Порция 66,10 ~40
Розалинда 69,93 ~30
Беллинда 75,25 ~30
Пак 86,00 85
Миранда 129,8 242 0,71 1,26±0,39
Ариэль 191,2 580 14,4 1,65±0,30
Умбриэль 266,0 595 11,8 1,44±0,28
Титания 435,8 800 34,3 1,59±0,09
Обертон 582,6 775 28,7 1,50±0,10
Спутники Нептуна
Тритон 354,3 1750 1300±250 (5)
Нереида 5515 ~200
Спутник Плутона
Харон 19,1 ~500 (0,8)

Примечание: В скобках – неточные данные, знак вопроса – нет данных.


Зараз ви читаєте: Орбитальные характеристики планет