Орбитальные характеристики планет

В. В. Орлёнок, 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 

, (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  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.