Определение диаметров планет, обладающих малыми угловыми размерами, сопряжено с весьма значительными трудностями. Прямые микрометрические измерения с помощью наземных телескопов не могут обеспечить высокой точности прежде всего из-за помех, создаваемых земной атмосферой. Легко подсчитать, что даже при идеальном спокойствии атмосферы и разрешении в 0,05" погрешность в определении диаметра Нептуна составляет около 1000 км. Поэтому в последние годы астрономы старались использовать для этих целей наблюдения таких явлений, как покрытия планетами звезд или покрытия планет лунным диском. К сожалению, такие явления случаются крайне редко.
При покрытии звезды планетой наблюдается постепенное ослабление ее блеска, вызванное преломлением света звезды во внешних зонах планетной атмосферы. Лучи, входящие в атмосферу параллельным пучком, выходят из нее в виде расходящегося пучка, так как плотность атмосферы, а следовательно, и ее преломляющая способность увеличиваются с глубиной. Таким образом, фотометрические измерения блеска звезды при покрытии дают важную информацию о распределении плотности в верхней атмосфере планеты.
Однако, наблюдая покрытие звезды Ураном или Нептуном, имеющими атмосферу, мы можем измерить диаметр (или хорду, если покрытие нецентральное), соответствующий только некоторому уровню в атмосфере, ниже которого преломление проходящих через нее лучей приводит к полному исчезновению звезды. Этот уровень у планет лежит выше, чем верхняя граница облачного покрова или дымки в атмосфере, которая создает видимые очертания диска планеты.
В 1970 г. были получены фотоснимки диска Урана с помощью 91-сантиметрового телескопа, поднятого с помощью баллона на высоту 24 км. По измерениям снимков с учетом эффекта потемнения к краю диска экваториальный диаметр был найден равным 51 800 + 600 км. Эта величина оказалась заметно выше, чем давали старые оценки по наземным микрометрическим измерениям (49100 + 1000 км). При массе Урана, равной 8,67 1028 г (в 14,5 раза больше массы Земли), средняя плотность планеты получается около 1,2 г/см3 (средняя плотность Земли - 5,52 г/см3).
Масса Нептуна несколько больше, чем у Урана, - 1,03 1029 г, хотя по размерам Нептун меньше. Соответственно средняя плотность Нептуна составляет около 1,6 г/см3. Но уточнение диаметра этих планет может заметным образом повлиять на величины их средней плотности.
Интересно, что на расстоянии от центра планеты, соответствующем ее видимому радиусу (мы не говорим о поверхности, поскольку пока неясно, имеется ли у Урана и Нептуна твердая поверхность), ускорение силы тяжести мало отличается от земного: на Уране оно примерно на 1-2% меньше, а на Нептуне - на 20% больше. Для сравнения можно вспомнить, что на Юпитере гравитационное ускорение приблизительно в 2,5 раза больше земного.
Весьма непростым делом оказалось определение периодов вращения Урана и Нептуна вокруг своей оси. Установить, что планета вращается, в принципе несложно: достаточно пронаблюдать перемещение каких-либо деталей на ее диске или, получив спектрограммы экваториального пояса планеты, определить наклон линий в спектре, вызванный эффектом Доплера. Однако для первого способа необходимо, чтобы на видимом диске планеты присутствовали устойчивые детали, которых нет на Уране и Нептуне. А уверенно определить период вращения по наклону спектральных линий можно лишь в случае, если планета вращается не слишком медленно. Кроме того, малые угловые размеры дисков Урана и Нептуна делают и этот способ трудно реализуемым.
Тем не менее попытки спектрального определения периодов вращения обеих планет предпринимались не раз с использованием крупнейших телескопов и спектрографов с высокой дисперсией. К сожалению, результаты таких измерений пока остаются плохо согласующимися между собой. По одним наблюдениям, получаются периоды около 22-24 ч для обеих планет, другие исследователи получали периоды от 11 до 16 ч у Урана и около 15 ч у Нептуна.
К несколько более определенным значениям периода вращения Нептуна удалось прийти благодаря наблюдениям этой планеты в инфракрасных лучах. Хотя на диске Нептуна в видимой области спектра не удается заметить явные неоднородности, в инфракрасной области спектра в длинах волн от 1 до 2,5 мкм такие фотометрические неоднородности были обнаружены (об их природе будет рассказано позже).
По наблюдениям американского астронома Д. Крукшенка, вариации яркости Нептуна в области одной из сильных инфракрасных полос поглощения метана приводят к оценке периода вращения от 18 ч 10 мин до 19 ч 31 мин. Близкую величину (18 ч 26 мин) получили Д. Славский и X. Смит из наблюдений вариаций блеска Нептуна в менее интенсивной, но тоже достаточно сильной полосе метана с длиной волны 0,62 мкм. По самой последней оценке, сделанной Р. Брауном, Д. Крукшенком и А. Токунагой из наблюдений 1980 г., период вращения Нептуна равен 17 ч 44 мин.
Для Урана пока наиболее вероятный период вращения, оцененный Р. Брауном и Р. Гуди, составляет 16 ч 10 мин с погрешностью около 20 мин.
Совершенно необычна ориентация оси вращения Урана. У Нептуна, как и у других планет Солнечной системы, ось вращения отклоняется от перпендикуляра к плоскости его орбиты на сравнительно небольшой угол (Для Нептуна этот угол равен 29е, для Сатурна - около 27°, у Юпитера он не превосходит 3°, у Земли и Марса - соответственно около 23° и 24°.). Уран же имеет ось вращения, наклоненную на угол 98°. Это означает, что северный полюс планеты расположен не с северной, а с южной стороны от плоскости орбиты Урана (рис. 1), причем при своем движении по орбите планета оказывается обращенной к Солнцу либо экваториальной областью, либо одним из полюсов. В ближайшие годы благодаря этому мы сможем видеть только обращенное к нам северное полушарие Урана и северную полярную область.
Очевидно, что такое расположение оси вращения Урана должно влиять определенным образом на режим притока солнечной лучистой энергии на планету. В отличие от других планет максимальное количество энергии на Уране получают не экваториальные, а полярные области, поскольку в течение длительного периода одна из полярных областей непрерывно освещается почти отвесными солнечными лучами.
Все спутники Урана также обращаются вокруг планеты в одной плоскости, совпадающей с плоскостью его экватора, т. е. почти перпендикулярной к плоскости орбиты планеты (плоскости эклиптики). Направление их движения совпадает с направлением вращения Урана, и если принять, что прямым вращением является движение против часовой стрелки для наблюдателя, находящегося к северу от плоскости эклиптики, то и Уран и его спутники обладают обратным вращением.
Всего пока известно 5 спутников Урана. Нептун же в этом отношении гораздо беднее: пока мы знаем лишь о существовании всего двух его спутников, один из которых, правда, по диаметру заведомо превосходит Луну, а может быть, даже является и крупнейшим из всех спутников в Солнечной системе (в самое последнее время появились сообщения о возможном третьем спутнике Нептуна).
| << Предыдущая глава | Следующая глава >> |
