11.E: Планети-гіганти (вправи)

Last updated

Oct 27, 2022
Save as PDF
- 11.3: Атмосфера планет-гігантів
- 12: Кільця, супутники та Плутон

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Для подальшої розвідки

Статті

Юпітер

Агірре, Едвін. «Хаббл збільшує нову червону пляму Юпітера». Небо і Телескоп (серпень 2006): 26.

Бітті, Дж. «У велетня». Небо і Телескоп (квітень 1996): 20. На зонді Галілео.

Бібі, Р. «Королева гігантських бур». Небо і телескоп (жовтень 1990): 359. Відмінний огляд Червоної плями.

Джонсон, Т. «Місія Галілео до Юпітера та його супутників». Американський науковий (лютий 2000): 40. Результати про Юпітера, Іо, Ганімеда та Каллісто.

Саймон, А. «Не дуже велика червона пляма». Небо і Телескоп (березень 2016): 18. Про те, як з часом розвивається величезна буря на Юпітері.

Сміт, Б. «Подорож століття». Національний географічний (серпень 1990): 48. Прекрасний підсумок місії «Вояджер» на всі чотири зовнішні планети.

Стерн, С. «Юпітер Близько і особисто». Астрономія (серпень 2007): 28. На місію «Нові горизонти» пролітає в лютому 2007 року.

Сатурн

Гор, Р. «Загадка кілець». Національний географічний (липень 1981): 3. Барвистий звіт про місію «Вояджер».

Макьюен, А. «Кассіні розкриває Сатурн». Астрономія (липень 2006): 30. Доповідь про перші два роки відкриттів в системі Сатурна.

Спілкер, Л. «Революція Сатурна». Астрономія (жовтень 2008): 34. Про результати місії Кассіні.

Талкотт, Р. «Солодкі сюрпризи Сатурна». Астрономія (червень 2007): 52. Про результати місії Кассіні.

Уран і Нептун

Каулінг, Т. «Великий синій: Близнюкові світи Урана і Нептуна». Астрономія (жовтень 1990): 42. Приємний, довгий огляд двох планет.

Гор, Р. «Нептун: Останнє фото шоу вояджера». Національний географічний (серпень 1990): 35.

Лунін, Дж. «Нептун в 150.» Небо і телескоп (вересень 1996): 38. Приємний відгук.

Веб-сайти

Юпітер

Дослідження сонячної системи НАСА: http://Solarsystem.nasa.gov/planets/jupiter

Сайт дев'яти планет: http://nineplanets.org/jupiter.html

Сайт планетарних наук: http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary...piterpage.html

Сатурн

Дослідження сонячної системи НАСА: http://Solarsystem.nasa.gov/planets/saturn

Сайт дев'яти планет: http://nineplanets.org/saturn.html

Сайт планетарних наук: http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary...aturnpage.html

Уран

Дослідження сонячної системи НАСА: http://Solarsystem.nasa.gov/planets/uranus

Сайт дев'яти планет: http://nineplanets.org/uranus.html

Сайт планетарних наук: http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary...ranuspage.html

Нептун

Дослідження сонячної системи НАСА: http://Solarsystem.nasa.gov/planets/neptune

Сайт дев'яти планет: http://nineplanets.org/neptune.html

Сайт планетарних наук: http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary...ptunepage.html

Місії

Сайт місії Кассіні в Лабораторії реактивного руху: http://saturn.jpl.nasa.gov/index.cfm

Сайт місії Кассіні-Гюйгенс в Європейському космічному агентстві: http://sci.esa.int/cassini-huygens/

Сайт місії «Галілео» НАСА: http://Solarsystem.nasa.gov/galileo/

Місія Юнони НАСА до Юпітера: http://www.nasa.gov/mission_pages/ju...ain/index.html

Сайт місії «Вояджер» в Лабораторії реактивного руху: http://voyager.jpl.nasa.gov/

Відео

Кассіні: 15 років розвідки: https://www.youtube.com/watch?v=2z8fzz_MBAw. Короткий візуальний підсумок основних моментів місії (2:29).

У Країні Чарівності: Епічна історія місії Кассіні до Сатурна: https://www.youtube.com/watch?v=Vx135n8VFxY. Надихаюча ілюстрована лекція Місії Кассіні, що уявляє провідного вченого Каролін Порко (1:37:52).

Юпітер: Найбільша планета: http://www.youtube.com/watch?v=s56pxa9lpvo. Вироблено Центром космічних польотів Годдарда НАСА та наукою про сферу (7:29).

Спільна групова діяльність

Новий член Конгресу попросив вашу групу розслідувати, чому зонд Галілео, запущений в атмосферу Юпітера в 1995 році, пережив лише 57 хвилин і чи був це прикладом жахливого скандалу. Складіть список всіх причин, за якими зонд не прослужив довше, і чому його не зробили довговічніше. (Пам'ятайте, що зонд повинен був зачепити поїздку до Юпітера!)
Виберіть одну з планет jovian і організуйте свою групу, щоб написати сценарій для вечірнього звіту про погоду для обраної вами планети. Обов'язково ви приблизно вказуєте, наскільки високо в атмосфері лежить регіон, за який ви даєте звіт.
Що, на думку вашої групи, має бути наступним кроком, щоб дізнатися більше про планети-гіганти? Відкладіть міркування витрат на мить: Яку місію ви б порекомендували НАСА, щоб дізнатися більше про ці гігантські світи? Який світ чи світи повинні отримати найвищий пріоритет і чому?
Припустимо, що надзвичайно відданий (і трохи божевільний) астроном добровольцем стане людським зондом в Юпітер (і якось встигає пережити подорож по магнітосфері Юпітера живим). Коли вона потрапляє у верхню атмосферу Юпітера, чи буде вона падати швидше чи повільніше, ніж вона впаде, роблячи той самий суїцидальний стрибок у атмосферу твердої Землі? Групи, які мають певний фон алгебри, могли б навіть обчислити силу, яку вона відчувала б порівняно з силою на Землі. (Бонусне питання: Якби вона була в капсулі, спочатку впавши в ноги Юпітера, а підлога капсули мала шкалу, що б показувала шкала як її вага в порівнянні з її вагою на Землі?)
Чи хотіли б ви чи хтось із вашої групи добровільно виконувати односторонню, довічну місію до космічної станції, що обертається навколо будь-якого з газових гігантів, не маючи змоги повернутися на Землю? Які виклики такої місії? Чи варто залишати всі дослідження зовнішньої Сонячної системи безпілотним космічним зондам?

Переглянути питання

Які основні проблеми пов'язані з відправкою зондів на планети-гіганти?
Чому складно скинути такий зонд, як Галілео? Як інженери вирішували цю проблему?
Поясніть, чому візуальне спостереження за газовими гігантами недостатньо для визначення періодів їх обертання, і які докази використовувалися для виведення правильних періодів.
Які бувають пори року на Юпітері?
Що є наслідком того, що вісь спіна Урана знаходиться на відстані 98° від перпендикуляра до його орбітальної площини?
Опишіть пори року на планеті Уран.
При тисках у внутрішніх приміщеннях Юпітера опишіть фізичний стан знайденого там водню.
Хто з газових гігантів має найбільше крижано/скелясте ядро порівняно з його загальним розміром?
У контексті планет-гігантів і умов в їх інтер'єрах, що мається на увазі під «скелею» і «льодом»?
Що є первинним джерелом внутрішнього тепла Юпітера?
Опишіть внутрішнє джерело тепла Сатурна.
Яка планета має найсильніше магнітне поле, а значить і найбільшу магнітосферу? У чому його джерело?
З чого складаються видимі хмари на чотирьох планетах-гігантах, і чому вони відрізняються один від одного?
Порівняйте атмосферну циркуляцію (погоду) чотирьох планет-гігантів.
Які основні атмосферні джерела тепла кожної з планет-гігантів?
Чому верхні рівні атмосфери Нептуна здаються синіми?
Чим шторми на Юпітері відрізняються від штормових систем на Землі?

Думка питання

Опишіть відмінності в хімічному складі внутрішньої і зовнішньої частин Сонячної системи. Яка залежність між тим, з чого складаються планети, і температурою, де вони утворилися?
Як планети-гіганти виросли такими великими?
Юпітер щільніше води, але складається здебільшого з двох легких газів, водню і гелію. Що робить Юпітер таким же щільним, як і є?
Чи очікуєте ви знайти вільний газ кисню в атмосферах планет-гігантів? Чому чи чому ні?
Чому туристичну брошуру (майбутнього), що описує найбільш драматичні природні пам'ятки планет-гігантів, потрібно переглядати частіше, ніж одну для планет земної планети?
Водні хмари, які, як вважають, присутні на Юпітері та Сатурні, існують при температурах та тиску, подібних до хмар земної атмосфери. Як би було відвідати таку локацію на Юпітері або Сатурні? Чим би навколишнє середовище відрізнялося від навколишнього середовища в хмарах Землі?
Опишіть різні процеси, які призводять до значних внутрішніх джерел тепла для Юпітера і Сатурна. Оскільки ці два об'єкти генерують більшу частину своєї енергії внутрішньо, чи слід їх називати зірками замість планет? Обґрунтуйте свою відповідь.
Досліджуйте місію Галілео. Які технічні проблеми виникли між запуском місії і приходом корабля в систему Юпітера, і як з ними справлялися інженери місії? (Хороші джерела інформації включають статті про астрономію та Sky & Telescope, а також веб-сайт місії.)

Подумавши для себе

У скільки разів більший тиск існує у надрах Юпітера порівняно з Землею?
Обчисліть швидкість вітру на краю Великої темної плями Нептуна, яка склала 10 000 км в діаметрі і оберталася за 17 д.
Обчисліть, скільки Землі вписуються в обсяги Сатурна, Урана і Нептуна.
Коли космічний корабель «Вояджер» проникав у зовнішню Сонячну систему, освітленість від Сонця зменшувалася. Щодо ситуації на Землі, наскільки яскравим є сонячне світло на кожній з планет Джовіана?
Іони у внутрішніх частинок магнітосфери Юпітера обертаються з тим же періодом, що і Юпітер. Обчисліть, наскільки швидко вони рухаються по орбіті Місяця Юпітера Іо (див. Додаток G). Чи вдарять ці іони Іо ззаду або спереду, коли він рухається навколо Юпітера?