Jupiters: Jupiters ir Saules sistēmas lielākā planēta.
Neptūns: Neptūns pēc fizikālajām īpašībām ir līdzīgs Urānam.
Saturns: Saturnu citu planētu vidū izceļ lielais gredzens.
Urāns: Urāna rotācijas ass ir gandrīz horizontāla, tāpēc planēta it kā “veļas” pa orbītu.
Plutons: Pundurplanēta, kas kādreiz tika uzskatīta par planētu
Jupiters
Jupiters ir Saules sistēmas lielākā planēta (1. att.). Tā patiešām ir planēta - milzis. Jupitera tilpumā varētu ievietot 1000 zemeslodes! Tā lielās masas dēļ Jupters ir kā sargeņģelis Zemei, jo tas pasargā mūs no komētām un asteroīdiem, mainot to trajetoriju prom no Zemes. Pēc ķīmiskā sastāva planēta ir līdzīga zvaigznēm. Tā sastāv galvenokārt no gāzēm - ūdeņraža un hēlija, bet par tā kodolu vēljoprojām nav skaidrs. Ir divas teorijas - ja Jupitera veidošanās laikā tas no sākuma izveidoja cietveida ķermeni, un ar to pievilka aizvien vairāk un vairāk gāzi, tad kodols ir karsts, izkusis, no iežiem un metāliem sastāvošs kodols (2. att.). Ja Jupiters izveidojās, kolapsējot milzīgam gāzes mākonim protoplanēta, tad planētas centrālajā daļā nav kodola, bet gan šķidrveida centrālā daļa, kas paliek aizvien blīvāka un blīvāka . Spiediens un temperatūra Jupitera dzīlēs ir tik lieli, ka gāze atrodas sašķidrinātā stāvoklī, bet vēl dziļāk – metāliskā stāvoklī. Planētas atmosfērā sastopams arī metāns un amonjaks. Jupiteram ir visspēcīgākais magnētiskais lauks no visām milzu planētām. Tas ir 10 reižu spēcīgāks nekā Zemes magnētiskais lauks un tā polaritāte sakrīt ar ģeogrāfisko polu izvietojumu. Jupiteram ir milzīga magnetosfēra, kas planētas nakts pusē stiepjas daudzu miljonu kilometru attālumā līdz pat Saturna orbītai.
1. att. Jupiters (NASA/JPL attēls)
Tabula 1: Jupitera fizikālie raksturlielumi
3. att. Jupitera iespējamā iekšējā struktūra
Jupiters strauji griežas, veicot vienu apgriezienu ap asi 10 stundās, tādēļ planēta ir ievērojami saplacināta pie poliem. Uz tās redzamas paralēlas, dažādu krāsu mākoņu svītras, starp kurām īpaši izceļas liels atmosfēras veidojums - Lielais Sarkanais plankums (4. att.). Tas ir gigantisks virpulis, kas ir lielāks par Zemi un kuru nepārtraukti novēro jau vairāk nekā 350 gadus. Tas ir anticikloniska virpulis ar vējiem, kas pūš ar ātrumu aptuveni 430 - 680 kilometri stundā. Lielā Sarkā plankuma dziļums un ilgstošā esamība joprojām ir mistērija, lai gan nesenie pētījumi norāda, ka tas varētu būt simtiem kilometru dziļš. Virpuļs izteiktā sarkanā krāsa, iespējams, ir saistīta ar sarežģītiem organiskiem savienojumiem, sarkano fosforu vai vēl kādu sēra savienojumu, kas pacelts no dziļākām Jupitera atmosfēras slāņiem.
4. att. Lielais sarkanais plankums (NASA/JPL attēls)
Mākoņu joslas kustas ar atšķirīgu ātrumu, tāpēc uz to robežas rodas virpuļi (4. att.). Joslu izskats un nokrāsa visu laiku mainās. Uz Jupitera ir auksts - temperatūra mākoņu segas līmenī ir -130°C. Jupiters nes romiešu dievu valdnieka vārdu. Atbilstošais grieķu dievu valdnieks bija Zevs. Pēc grieķu mītiem zibeņmetis Zevs bija bargs valdnieks. Viņš pārvaldīja gan dievus Olimpā, gan mirstīgos Zemes virsū. Cilvēku likteņi - laime un nelaime, ļaunais un labais, arī dzīvība un nāve - viss bija viņa rokās.
5. att. Jupitera Magnetosfēra (zilā krāsā)
Jupiters ir bijis astronomisku pētījumu centrā gadsimtiem ilgi, ar misijām, piemēram, "Pioneer", "Voyager" un "Galileo", sniedzot milzīgu daudzumu datu. Kosmiskais aparāts "Juno", kas pašlaik riņķo ap Jupiteru, turpina atklāt daudz ko jaunu par planētas atmosfēru, magnētisko lauku un struktūru. Juno misija ir bijusi īpaši revolucionāra, piedāvājot neredzēti tuvus attēlus un datus.
6. att. "Juno" uzņemtais attēls ar Jupitera dienvidpolu. Ovālās struktūras ir cikloni 1000km diametrā. Attēls izveidots sakombinējot trīs dažādu instrumentu novērojumus, tāpēc tas neatbilst Jupitera reālajam izskatam (NASA/JPL attēls)
Jupiters izpēte turpināsies ar ambiciozām nākotnes misijām. Eiropas Kosmosa aģentūras "JUICE" (JUpiter ICy moons Explorer) tika palaista 2023. gadā un ieradīsies pie Jupitera 2029. gadā, galvenokārt koncentrējoties uz Ganimēda, Eiropas un Kalisto pētīšanu. NASA misija "Europa Clipper", savukārt, rūpīgi izpētīs Eiropas ledus slāni un zem tās esošo okeānu, meklējot pazīmes, kas liecinātu par dzīvību.
Jupiteram ir 95 pavadoņi un gredzens. Gredzens ir plāns un caurspīdīgs. To veido neskaitāms daudzums atsevišķu daļiņu. Četri lielākie Jupitera pavadoņi attālumu secībā no planētas ir Jo, Eiropa, Ganimēds un Kallisto. Tie ir lieli Saules sistēmas objekti, kas varētu pretendēt uz planētas statusu, ja vien neriņķotu ap Jupiteru.
Jupitera pavadonis Jo
Jo ir neparasts pavadonis. Uz tā darbojas vairāki vulkāni, kas izverd sēru un sēra dioksīdu. Jo ir pats vulkāniski aktīvākais debess ķermenis Saules sistēmā. Tā dzīlēs ir daudz sēra, bet citu pavadoņu sastāvā ir daudz ledus un ūdens. Tā virsma ir klāta ar simtiem vulkānu, daži izsveiž lavu augstu kosmosā, radot iespaidīgus dūmu mākoņus. Pavadoņa spilgtās krāsas un dramatiskās virsmas izmaiņas ir saistītas ar sēru un sēra dioksīdu. Šie materiāli krāso Jo dzeltenos, sarkanos un zaļos toņos, kā redzams no vairākām kosmosa misijām (7. att.). Jo ekstrēmo ģeoloģisko aktivitāti galvenokārt veicina intensīvā Jupitera gravitācija, kā arī orbitālās rezonanses ar Eiropu un Ganimēdu, kas kopā rada ievērojamas plūdmaiņas - rezultātā Jo iekšiene kārtīgi sakarst.
7. att. Jupitera pavadonis Jo (NASA/JPL attēls)
Jupitera pavadonis Eiropa
Eiropa ir viena no labākajām vietām Saules sistēmā, kur meklēt dzīvības pazīmes, pateicoties tās zemledus okeānam. Zem tās ledus slāņa, kas ir pilns ar grēdām un plaisām, atrodas plašs sāļā ūdens okeāns, kas iespējams ir divreiz lielāks par Zemes okeāniem. Gludā ledus virsma ir viena no jaunākajām Saules sistēmā, kas liecina, ka ūdens regulāri izplūst uz tās no iekšpuses. Ūdens plūsmu avots varētu būt no ledus vulkāniem - kriovulkāniem -, kas novēroti uz Saturna mēness Encelada. Šis process varētu radīt potenciāli apdzīvojamu vidi zemāk esošajā okeānā, kas tiek sasildīta plūdmaiņu dēļ.
8. att. Jupitera pavadonis Eiropa (NASA/JPL attēls)
Jupitera pavadonis Ganimēds
Ganimēds ir lielākais mēness Saules sistēmā (9. att.) un tas ir vienīgais pavadonis, kuram ir savs magnētiskais lauks. Tas pārspēj izmēros pat Merkuru un Plutonu. Tā daudzveidīgā virsma ir veca un kārtīgi noklāta ar krāteriem, bet uz tā arī ir atrodamas salīdzinoši jaunākas un gaišākas zonas, kurām raksturīgas plašas grēdas un ielejas. Šī ģeoloģiskā daudzveidība liecina par sarežģītu vēsturi, kurā notikusi ievērojama tektoniskā aktivitāte. Ganimēda iekšējais okeāns, kurā varētu būt vairāk ūdens nekā visos Zemes okeānos kopā, atrodas starp ledus slāņiem - varētu iztēloties to kā ledus sviestmaizi (nav pārāk apetīti rosinoši) (10.att.). Ledus kārtas var sniegties līdz pat 150km biezumam, bet okeānu dziļums līdz 100km - 10 reizes dziļāks nekā Zemes okēani!
9. att. Jupitera pavadonis Ganimēds (NASA/JPL attēls)
10. att. Ganimēda sviestmaizes tipa okeānu iekšējā struktūra
Jupitera pavadonis Kallisto
Kalisto stipri krāterainā virsma liecina par senām sadursmēm un tiek uzskatīta par krāteru pārklātāko objektu Saules sistēmā. Ar aptuveni četru miljardu gadu veco virsmu tā kalpo kā detalizēta hronika Saules sistēmas agrīnajai vēsturei. Atšķirībā no citiem Galileja pavadoņiem, Kallisto struktura, šķiet, vienkāršāka; tās iekšējā struktūra ir silikātiežu un ledus maisījums, iespējams, ar nelielu silikātiežu kodolu un zemledus okeānu. Tās nelielā ģeoloģiskā aktivitāte un virsmas iezīmju nenoteiktība padara to par "mirušu" pasauli, veidojot asu kontrastu ar tās dinamiskākajiem brāļiem un māsām.
11. att. Jupitera pavadonis Kallisto (NASA/JPL attēls)
Saturns
Saturns ir otra lielākā Saules sistēmas planēta (12. att.). Citu planētu vidū Saturnu izceļ izteiktais gredzens. Uz Saturna virsmas nevar saskatīt tik daudz detaļu kā uz Jupitera, jo to klāj dūmaka. Pēc fizikālajām īpašībām Saturns ir līdzīgs Jupiteram. Arī Saturna dzīlēs ir šķidra un metāliska ūdeņraža un hēlija slānis. Saturna magnētiskais lauks ir nedaudz vājāks nekā Zemei, bet, tāpat kā Jupiteram, planētai ir plaša magnetosfēra. Saturna atmosfēra sastāv no ūdeņraža, hēlija un neliela daudzuma metāna. Temperatūra mākoņu segas augšējā līmenī ir -175°C. Saturnam ir izteikts saplakums. Planēta veic vienu apgriezienu ap asi nepilnās 11 stundās.
Tabula 2: Saturna fizikālie raksturlielumi
12. att. Saturns un tā gredzeni (NASA/JPL attēls)
Saturns ir pēdējā no senatnē zināmajām planētām. Senie grieķi tam piešķīra Zeva tēva Krona vārdu. Krons - tas ir laiks (Hronoss), kas visu aprij. Krons baidījās, ka viņa bērni atņems tam varu, tāpēc viņš tos bez žēlastības aprija. Tikai Zevam izdevās izglābties, jo māte viņa vietā iedeva aprīt Kronam akmeni. Romiešu mitoloģijā Kronam atbilst Saturns, kura vārds tad piešķirts planētai.
Saturnam ir zemākais blīvums no visām Saules sistēmas planētām - tās blīvums ir mazāks nekā ūdenim, kas teorētiski nozīmē, ka tas varētu peldēt virs ūdens, ja vien mēs varētu atrast pietiekami lielu ūdens tilpni. Tā iekšējā struktūra ir blīvs kodols no dzelzs un niķeļa, ko ieskauj silikātiežu slānis, kas ir sacietējis no milzīgā spiediena un karstuma. Tālāk ir mētāliskā un šķidrā ūdeņraža slānis, kas turpinās ar gāzveida ārējo slāni (13. att.).
13. att. Saturna iekšējā struktūra. Redzams arī tā magnētiskais lauks un ziemeļblāzmas polos (ESA attēls)
Saturna gredzenus varētu dēvēt par ikoniskāko struktūru Saules sistēmā. Tie sastāv no tūkstošiem atsevišķu gredzentiņu, kas izkārtoti vairākās joslās. Tos veido dažāda lieluma ledus gabali vai ar ledu klāti klinšu bluķi. Gredzens ir plats, bet ļoti plāns, kas izmērā ir no mikrometra līdz pat pāris metrus lieli. Reizi 15 gados gredzens pagriežas pret Zemi ar šķautni un kādu laiku nav saskatāms. Tie nav vienmērīgi, bet gan ar dažādu blīvumu tie sniedzas no 7'000km līdz 80'000km no Saturna virsmas (14. att.). Kaut gan tie sniedzas tik tālu, biezumā tie ir nieka 10 metri.
Saturna gredzenu izcelsme joprojām ir atvērta diskusijai. Dažas teorijas apgalvo, ka tie ir kāda pavadoņa vai pat vairāku pavadoņu atliekas, kas tika sadrumstalotas no meteorītu triecieniem vai sarauti gabalos no Saturna gravitācijas spēka, vai arī no savstarpējām sadursmēm. Citi priekšlikumi norāda, ka gredzeni ir palikuši no Saules sistēmas veidošanās laikiem, kā pāri palikušais materiāls, kas neformatējās ne planētas, ne pavadoņu veidolā.
Tomer galvenais uzskats ir, ka gredzeni ir salīdzinoši jauni un varētu pakāpeniski izjukt miljonu gadu laikā. Jo, kā jau minēts iepriekš, arī Jupiteram un pat arī Urānam un Neptūnam ir gredzenu sistēmas, bet tās ir daudz retinātākas, tāpēc arī grūtāk saredzamas. Tas lieciena, ka tā ir ierasta struktūra gāžu milžiem, un, iespējams, laikā mainīga.
14. att. Ilustrācija Saturna gredzeniem tuvplānā
Neapšaubāmi visnozīmīgākā un ietekmīgākā misija uz Saturnu ir bijusi "Cassini-Huygens" misija (15. att.), kas ir NASA, Eiropas Kosmosa aģentūras (ESA) un Itālijas Kosmosa aģentūras kopprojekts. Palaista 1997. gadā, "Cassini" ieradās pie Saturna 2004. gadā un sāka detalizēti pētīt šo planētu, tās gredzenus un pavadoņus. Misijas mērogs un tās zinātniskās programmas plašums to ir padarījis par stūrakmeni planētu zinātnē. "Cassini" 2005. gadā nolaida "Huygens" zondi, kas nolaidās uz Titāna, Saturna lielākā pavadoņa, virsmas. Tas bija cilvēces pirmā un vienīgā nolaišanās uz citu pavadoni tajā laikā, kas nav Mēness, sniedzot būtisku informāciju par Titāna atmosfēras un virsmas īpašībām. Pats "Cassini" turpināja orbītēt ap Saturnu, nosūtot atpakaļ plašu un iespaidīgu attēlu un datu klāstu, kas pārveidoja mūsu izpratni par Saturna sistēmu. Tad tas tika ielaists Saturna atmosfērā 2017. gadā, lai izvairītos no tā potenciāli apdzīvojamo pavadoņu piesārņošanas.
15. att. Saturna misijas "Cassini" attēlojums (ESA attēls)
Skatoties nākotnē, ir vairākas ierosinātās misijas, kas cenšas turpināt "Cassini" iesākto. Viena no ambiciozākajām ir "Titāna Saturna sistēmas misija" (TSSM), kas ir konceptuāls priekšlikums par misiju, kas iekļaujot orbitālo instrumentu, nolaižamo moduli un balonu, lai rūpīgāk izpētītu Titānu (16. att.). Orbitālais instruments pētītu Saturnu, Titānu un citus ledainos pavadoņus no orbītas, kamēr nolaižamais modulis nosēstos uz Titāna virsmas, tieši analizējot tā sastāvu. Aerobots (balons) atrastos Titāna atmosfērā, piedāvājot unikālu perspektīvu tā laikapstākļiem un vispārīgajai ainavai.
Vēl viens aizraujošs ierosināts projekts ir "Encelada dzīvības meklētājs" (ELF), kas plāno iziet cauri ūdens tvaika un ledus strūklām, kas izvirst no Encelada dienvidpola, analizējot materiālu dzīvības pazīmes. Uzskata, ka strūklas nāk no zemledus okeāna, kas varētu uzturēt mikrobu dzīvību, padarot šo mēnesi par galveno mērķi astrobioloģiskajos pētījumos.
16. att. Saturna potenciālās misijas TSSM ilustrācija (NASA/ESA attēls)
Saturnam ir visbagātīgākā pavadoņu saime Saules sistēmā - 146 pavadoņi. Tie sastāv no ledus un silikātiežiem. Lielākais Saturna pavadonis ir Titāns. Tas ir vienīgais pavadonis Saules sistēmā, kam ir blīva atmosfēra. Necaurspīdīgie mākoņi un dūmaka neļauj saskatīt tā virsmu. Vēl četri samērā lieli Saturna pavadoņi ir Reja, Japets, Diona un Tētija.
Saturna pavadoņi
Titāns
Titāns ir lielākais Saturna pavadonis un otrais lielākais Saules sistēmā, kas izceļas ar savu biezo, slāpekļa bagāto atmosfēru, kas ir piesātināta ar organiskajām molekulām un metāna mākoņiem (17. att.). Šī bieza atmosfēra padara Titānu par vienu no Zemei līdzīgākajiem ķermeņiem Saules sistēmā, kur ir līdzīgi laikapstākļu fenomeni, kā arī virsma klāta ar metāna un etāna ezariem un upēm. Titāna virsma, ko aptumšo tā necaurspīdīgā atmosfēra, daļēji ir datēta ar radiolokācijas instrumentiem no kosmosa kuģa "Cassini", atklājot sarežģītu ainavu ar kalniem, kāpām un plašām ogļūdeņražu jūrām (18. att.).
15. 17. att. Saturna pavadonis Titāna attēls infrasarkanajā diapazonā (NASA/JPL attēls)
18. att. Titāna virsmas ilustrācija (Benjamin de Bivort attēls)
Encelads
Encelads ir sestais lielākais Saturna pavadonis (19. att.), taču tas izceļas ar zinātnisko interesi, pateicoties tā dramatiskajiem geizeriem. Šie strūklas izsviež ledu un organiskos savienojumus zem tā ledus slāņā, liecinot par iekšējā okeāna klātbūtni, kas varētu uzturēt mikrobu dzīvību. Kosmosa kuģis "Cassini" atklāja šīs aktīvās kriovulkāniskās iezīmes, padarot Enceladu par galveno kandidātu meklējot ārpuszemes dzīvību mūsu Saules sistēmā.
16. 19. att. Saturna pavadonis Encelads (NASA/JPL attēls)
Reja
Reja ir otrs lielākais Saturna pavadonis un galvenokārt tas sastāv no ledus un silikātiežiem . Tās virsma ir stipri krāteraina un klāta ar gaišām, baltiem "triepieniem", kas varētu būt ledus klintis, ko radījuši tektoniskie procesi. Rejas salīdzinoši nemainītā, pelēkā virsma ziņo par senām sadursmēm, piedāvājot ieskatus agrīnā Saules sistēmas evolūcijā. Šis pavadonis varētu būt viens no vienīgajiem pavadoņiem, kuram ir pašam sava gredzenu sistēma (20. att.). Tas ir ļoti netipiski pavadoņu mazās masas un veidošanās procesa dēļ.
20. att. Saturna pavadonis Reja ar tā potenciālo gredzenu sistēmu (ESA attēls)
Japets
Japets ir atšķirīgs ar savu dramatisko divtoņu krāsojumu, kur viena puslode ir daudz tumšāka nekā otra, radot iesauku "jiņ un jaņ pavaodnis" (21. att.). Šī neparastā īpašība varētu būt saistīta ar materiālu, kas nokrīt uz Japetu no viena no Saturna ārējiem pavadoņiem, vai arī tā lēnās rotācijas dēļ, kas ļauj tam uzkrāt kosmisko putekļus vienā pusē. Japetam ir arī unikāla ekvatoriālā klints, kas iet cauri tā centram, sasniedzot 20 kilometru augstumu un piešķirot tam rieksta līdzīgu paskatu.
21. att. Saturna pavadonis Japets(NASA/JPL attēls)
Urāns
Urānam ir neparasti novietota rotācijas ass - tā ir gandrīz horizontāla, tāpēc planēta it kā "veļas" pa orbītu, pārmaiņus pievēršot Saulei gan ekvatora apvidu, gan polus. Urāna mākoņu sega ir zilganzaļā krāsā un ļoti viendabīga - uz tās nevar saskatīt gandrīz nekādas detaļas (22. att.). Temperatūra mākoņu līmenī ir zema: -210°C. Atmosfēras ķīmiskais sastāvs ir milzu planētām tipisks – ūdeņradis, hēlijs, metāns un amonjaks. Metāna gāze absorbē sarkano gaismu, tāpēc arī Urāns ir zilgani zaļā krāsā. Urāna dzīles nav tik karstas kā Jupiteram un Saturnam, tāpēc tam zem gāzveida apvalka acīmredzot ir no ūdens vai no ledus sastāvošs slānis. Tās centrā atrodas cietveida kodols, un ap to temperatura var sasniegt 5000 grādus. Urāns veic vienu apgriezienu ap asi 17 stundās.
Tabula 3: Urāna fizikālie raksturlielumi
22. att. Urāns (NASA/JPL attēls)
Urāns ir vienīgā planēta, kuras ekvators ir gandrīz 90 grādu leņķī ar tās orbītu. Tās varētu būt sekas ar Zemes izmēra planētas sadursmi pagātnē. Šī dīvainā slīpuma dēļ uz Urāna var novērot visekstremālākos gadalaikus - katru ceturto daļu no Urāna gada Saules spīd tieši uz katru nu poliem, atstājot otro Urāna pusi tumšā, aukstā, 21 gadus ilgā ziemā.
Planētas magnētiskais lauks nav pārāk spēcīgs, bet ir neparasts ar to, ka magnētiskā lauka ass atrodas 60 grādu leņķī attiecībā pret planētas rotācijas asi, kā arī tas ir nobīdīts no centra gandrīz par trešdaļu no planētas rādiusa (23. att.). Tas ir ļoti netipiski planētām, bet arī Neptūnam ir šāda īpatnība. Šī iemelsa dēļ, piemēram, ziemeļblāzmas nebūs vispēcīgākās polos. Kā arī magnetosfēras aste, kas atrodas pretējā virzienā Saulei, ir spirālveida, kas ir skaidrojams ar Urāna neparasto velšanās tipa orbītu.
23. att. Urāna un Zemes magnētiskā lauka ass salīdzinājums
Urānu atklāja angļu astronoms Viljams Heršels 1781. gadā. Interesanti, ka atklājums tika izdarīts nejauši, veicot novērojumus ar citu mērķi. No sākuma Heršels gribēja nosaukt planētu karaļa Georga III vārdā, bet beigās planētai dots grieķu dievu ciltstēva, debess valdnieka Urāna vārds. Urāns tiek pieminēts grieķu mītos par pasaules radīšanu. No Urāna (Debess) un Gejas (Zemes) savienības radušās daudzas lietas un parādības: upes un okeāni, Saule un Mēness, zvaigznes pie debesīm, visi vēji u.c.
Līdz šim nozīmīgākā misija uz Urānu izpildīja NASA kosmosa kuģis "Voyager 2", kas veica planētas garāmlidojumu 1986. gada janvārī. Šī īsā garāmlidojuma laikā "Voyager 2" nodrošināja cilvēcei pirmos un vienīgos tuvplāna attēlus un datus par Urānu, atklājot tā unikālo gaiši zilo krāsu, vienmērīgo atmosfēru, šķībo magnētiskā lauka asi un negaidīti lielo pavadoņu un blāvo gredzenu skaitu (24. att.). Misija būtiski paplašināja mūsu izpratni par Urānu, tā gredzeniem, pavadoņiem un magnetosfēru, un izvirzīja daudzus jautājumus par planētas iekšējo struktūru un atmosfēras dinamiku, kas joprojām paliek neatbildēti.
Arvien vairāk pieaug interese izveidot jaunu misiju Urānam, lai papildinātu "Voyager 2" veiktos atklājumus. NASA Planētu zinātnes desmitgades pārskats ir identificējis potenciālo Urāna orbitera un zondes misijas kā augstas prioritātes. Šīs misijas, kā piemēru var minēt HORUS vai MUSE, mērķētu uz orbitera novietošanu ap Urānu, lai veiktu ilgtermiņa pētījumus par tā atmosfēru, magnetosfēru, gredzeniem un pavadoņiem. Turklāt varētu tikt nosūtīta zonde Urāna atmosfērā, lai mērītu tās sastāvu un dinamiku. Šāda misija nodrošinātu plašu informāciju, lai izprastu ledus milža veidošanos, evolūciju un tā pavadoņu potenciālo apdzīvojamību, aizpildot nozīmīgu zināšanu trūkumu par ārējo Saules sistēmu.
24. att. "Voyager 2" uzņemto attēlu mozaīka (NASA/JPL attēls)
Urānam ir divas gredzenu sistēmas (25 att.) - iekšējā sastāv no deviņiem pelēkiem un šauriem gredzeniem, bet ārējā no sarkanīga un zilgana gredzena. To dažādās krāsas ir to dažādo sastāvu dēļ.
25. att. Urāna gredzenu sistēma (NASA/ESA attēls)
Urāna pavadoņi
Planētai 28 dažāda diametra pavadoņi. Lielākie Urāna pavadoņi ir Titānija, Oberons, Umbriels un Ariels. Lielākā daļa Urāna pavadoņu nosaukti angļu rakstnieka V. Šekspīra un Aleksandra Poupa lugu varoņu vārdos. Visi iekšējie Urāna pavadoņu sastāvs ir savstarpēji līdzīgs - puse ūdens ledus un puse iežu. Tikmēr par ārējiem pavadoņiem nav zināms, bet tie visticamāk ir "noķerti" asteroīdi.
Miranda
Miranda ir viens no mazākajiem Urāna pavadoniem, bet ģeoloģiski tas ir viens no daudzveidīgākajiem Saules sistēmā (26. att.). Tā virsma ir ļoti dažāda,klāta ar milzīgām kanjonu ielejām, kuru dziļums sasniedz 20 kilometrus, kalniem un ielejām, un vecu un jaunu virsmu sajaukumu. Dažādais reljefs liecina par intensīvu ģeoloģisko aktivitāti tā pagātnē, kas iespējams bija saistīta ar aktīvu plūdmaiņu periodu, kad tā orbīta bija ekscentriskāka. Mirandas virsma ir raksturīga ar grēdām un rievām, radot dīvainu, mozaīkas izskata ainavu, kas sākotnēja mulsināja astronomus.
26. att. Urāna pavadonis Miranda (NASA/JPL attēls)
Ariels
Ariels, ceturtais lielākais Urāna pavadonis, izceļas ar spožāko un jaunāko virsmu starp tā brāļiem un māsām, kas norāda uz salīdzinoši nesenām ģeoloģiskām aktivitātēm (27. att.). To raksturo sarežģīts kanjonu, ieleju un gludu līdzenumu tīkls. Uz tās atrodas daudz mazu krāteru, kā arī redzamas kriovulkānu pazīmes uz tā virsmas. Ariela orbitālais un rotācijas periods ir vienāds, līdz ar to, līdzīgi kā Mēness, tas vienmēr ir pavērsts ar vienu un to pašu pusi pret Urānu. Tā kā tas ir ieskauts Urāna magnetosfērā, pavērstā puse konstanti tiek bombardēta ar jonizētām daļiņām no tā, padarot šo pusi tumšāku.
27. att. Urāna pavadonis Ariels(NASA/JPL attēls)
Umbriels
Umbriels ir tumšākais no Urāna pavadoņiem - tas atstaro tikai 16% no saņemtās gaismas, kas ir daudz mazāk nekā pārējie pavadoņi. Tam ir visvecākā un ar visvairāk krāteriem pārklātākā virsma. Tā izteiksmīgākā iezīme ir Vunda (28. att.) - liels, gaišu materiālu gredzens krātera bāzē, kas iespējams ir ledus, tomēr tā izcelsme vēljoprojām ir mistērija. Umbriela vienmērīgi tumšā virsma ir pārklāta ar ievērojamu skaitu liela izmēra krāteriem, bet, atšķirībā no Ariela, tajā ir redzamas mazāk ģeoloģiskas pārveidošanās pazīmes.
28. att. Urāna pavadonis Umbriels ar riņķveida struktūru ziemeļpolā Vunda (NASA/JPL attēls)
Titānija
Titānija ir lielākais no Urāna pavadoņiem un tā virsma sniedz daudzveidīgu ģeoloģisko elementu klāstu, tostarp milzīgas rifta ielejas jeb lūzumzonas, kas liecina par nozīmīgām tektoniskajām aktivitātēm. Tā virsma ir mēreni noklāta ar krāteriem, kas liecina, ka pagātnē Titānija ir bijusi ģeoloģiski aktīva, iespējams, tāpat kā Miranda, pateicoties sasilšanai no plūdmaiņām. Starp tās nozīmīgajām iezīmēm ir mizlīga kanjonu sistēma vārdā "Messina Chasma" (29. att.), kas stiepjas vairāk nekā 1500 kilometrus garumā, liecinot par Titānijas ledus slāņa paplašināšanos un plaisāšanu.
29. att. Urāna pavadonis Titānija ar norādīto kanjonu sistēmu "Messina Chasma" (NASA/JPL attēls)
Neptūns
Neptūns, astotā un pēdējā planēta Saules sistēmā (30. att.), pēc fizikālajām īpašībām ir līdzīgs Urānam. Tā ir ceturtā lielākā planēta pēc diametra un trešā masīvākā. Tas ir nedaudz mazāks, taču blīvāks, tāpēc planētas masa ir nedaudz lielāka, nekā Urānam. Uz Neptūna ir ļoti auksts: -215°C. Uz planētas zilās mākoņu segas dažviet redzami gaiši un tumši plankumi. Atmosfēra sastāv no ūdeņraža, hēlija, metāna un amonjaka - metāns dod planētai zilgano krāsu, jo tas abosrbē sarkano. Arī Neptūnam zem gāzveida apvalka acīmredzot ir no ūdens vai ledus sastāvošs slānis. Neptūna rotācijas periods ir 16 stundas. Tāpat kā Urānam, Neptūna magnētiskā lauka ass atrodas lielā leņķī attiecībā pret rotācijas asi, kā arī tā nobīdīta pat vēl vairāk no centra nekā Urānam.
Atšķirībā no Zemes, Jupitera un Saturna, kur rotācijas ass sakrīt ar magnētiskā lauka asi, Neptūna un Urāna magnētiskā lauka izscelsmes vieta varētu būt cita. Zemei, piemēram, tas veidojas no ārējā kodola, kur spēkā ir ģeodinamo teorija. Savukārt Neptūnam un Urānam tā izcelsme varētu būt mantijā, tātad tālāk no centra. Tas, savukārt, nozīmē, ka magnētiskais lauks nemitīgi mainās, un ir dinamisks.
Tabula 4: Neptūna fizikālie raksturlielumi
30. att. Neptūns (NASA/JPL attēls)
Neptūna atmosfēra ir nemierīga un dinamiska, kurā plosās vieni no spēcīgākajiem vējiem Saules sistēmā. Šo vēju ātrums var pārsniegt 2100 km/h, kas ir ievērojami ātrāk nekā spēcīgākās vētras uz Zemes. Šo spēcīgo vēju cēlonis vēl nav pilnībā izprasts, taču tiek uzskatīts, ka tos veicina gan planētas iekšējais siltums, gan saules enerģijas absorbcija.
Viena no Neptūna atmosfēras ievērojamākajām struktūrām ir Lielais Tumšais Plankums (31. att.), anticiklons, kas līdzīgs Jupitera Lielajam Sarkanajam Plankumam. Atklāts 1989. gadā, Lielais Tumšais Plankums bija milzīgs, tumši zils ovāls, kura izmērs bija līdzīgs Zemei. Tomēr, atšķirībā no Jupitera pastāvīgā plankuma, Lielais Tumšais Plankums izzuda dažu gadu laikā, demonstrējot Neptūna atmosfēras dinamisko dabu.
Papildus Lielajam Tumšajam Plankumam Neptūna atmosfērā novērojamas arī citas vētras, piemēram, "Scooter" - gaišs mākonis, kas ātri pārvietojas ap planētu, un "Dark Spot 2" - vēl viena anticikloniska vētra, kas parādījās un izzuda 1990. gados.
31. att. Neptūna Lielais Tumšais Plankums (NASA/JPL attēls)
Neptūnu apņem vairāki vāji gredzeni, kas galvenokārt sastāv no putekļu daļiņām un maziem akmeņiem. Šie gredzeni ir nosaukti par godu astronomiem, kuri snieguši nozīmīgu ieguldījumu planētas izpētē: Galle, Le Verrier, Lassell, Arago un Adams. Gredzeni ir salīdzinoši jauni un īslaicīgi, salīdzinot ar Saturna gredzeniem, un tiek uzskatīts, ka tie tiek pastāvīgi papildināti ar atlūzām no Neptūna pavadoņiem un planētas gravitācijas mijiedarbību ar šiem pavadoņiem. Gredzeni nav vienmērīgi; dažas daļas ir blīvākas un spožākas, veidojot atšķirīgus lokus.
32. att. Neptūns un tā gredzeni uzņemti ar JWST teleskopu infrasarkanajā diapazonā (NASA attēls)
Neptūnu apmeklējis tikai viens kosmosa kuģis, "Voyager 2", kas aizlidoja gar planētu 1989. gada augustā. Šis vēsturiskais pārlidojums sniedza cilvēcei pirmos tuvplāna attēlus no Neptūna un tā pavadoņiem, atklājot planētas dinamisko atmosfēru un sarežģīto gredzenu sistēmu. "Voyager 2" novērojumi ievērojami paplašināja mūsu zināšanas par Neptūnu, ieskaitot Lielā Tumšā plankuma atklāšanu.
Pašlaik nav apstiprinātu misiju uz Neptūnu, taču vairākas ierosinātās un plānotās misijas tiek izskatītas un izpētītas, lai izpētītu šo tālo un noslēpumaino planētu. NASA ir ierosinājusi misiju, kas pazīstama kā "Neptūna Odiseja". Šī misija plāno nosūtīt orbitālu zondi uz Neptūnu, lai pētītu planētu un tās pavadoņus detalizētāk. Misijas mērķi ietver atmosfēras struktūras un dinamikas izpēti, magnētiskā lauka izpēti, kā arī gredzenu un pavadoņu izpēti, īpašu uzmanību pievēršot lielākajam Neptūna pavadonim Tritonam. Misija tiek apspriesta kā potenciāls palaišanas kandidāts 2030. gados.
Eiropas Kosmosa aģentūra (ESA) ir arī apspriedusi iespēju nosūtīt misiju uz Neptūnu. Šī misija, kurai vēl nav piešķirts oficiāls nosaukums, varētu iekļaut orbītā ievietojamu zondi un nolaišanās moduli, lai izpētītu Neptūna atmosfēru, magnētisko lauku un pavadoņus. Tā kā Neptūns atrodas tik tālu no Zemes, šāda misija būtu sarežģīta un dārga, bet iegūtā informācija būtu to vērta.
33. att. "Neptūna Odiseja" misijas ilustrācija ar Neptūnu un Tritonu (NASA attēls)
Interesanti, ka Neptūnu vispirms atklāja “uz papīra”, izmantojot vispasaules gravitācijas likumu. Urāna kustībā pastāvēja novirzes, ko varēja izskaidrot, ja pieņēma, ka aiz tā pastāv vēl viena planēta. Divi astronomi - francūzis Žans Irbēns Leverjē un anglis Džons Kūčs Adamss nolēma pēc šīm novirzēm noteikt jaunās planētas atrašanās vietu. Pirmais aprēķinus pabeidza Dž. Adamss, taču jaunā planēta tika atklāta pamatojoties uz Ž. Leverjē iegūtajiem rezultātiem. Planētu atrada pie debess 1846. gadā pavisam netālu no viņa norādītās vietas. Tomēr par Neptūna atklājējiem uzskata abus astronomus. Neptūnu nosauca romiešu jūras dieva vārdā. Neptūns ir ūdeņu pavēlnieks. Pietiek viņam pacelt trijžuburi, lai jūrā sāktos vētra, taču, līdzko viņš pamāj ar roku, viļņi atkal norimst un kuģi var mierīgi turpināt ceļu.
Neptūnam ir 16 zināmi pavadoņi, no kuriem lielākais un interesantākais ir Tritons, bet arī citi ir interesanti ar to formu, orbītu, virsmu un to iespējamo evolūciju.
Tritons
Tritons ir lielākais un interesantākais Neptūna pavadonis (33. att.), izceļoties ar savu neparasto retrogrāda orbītu, kas liecina, ka to, iespējams, "noķēra" Neptūns no Koipera josla. Tritona virsma ir ļoti auksta un sastāv no slāpekļa ledus, ūdens ledus un sausā ledus (oglekļa dioksīda ledus). Tā ir arī ģeoloģiski aktīva, ar daudziem kriovulkāniem, kas izdala slāpekļa gāzi. "Voyager 2" misija atklāja, ka Tritonam ir plāna atmosfēra un gluda virsma, kas liecina par pastāvīgu ģeoloģisko aktivitāti, padarot to par vienu no interesantākajiem objektiem Saules sistēmā.
33. att. Neptūna pavadonis Tritons (NASA/JPL attēls)
Proteus
Proteus ir otrais lielākais Neptūna pavadonis (34. att.) un ir tumšs, neregulāras formas objekts ar diametru aptuveni 420 kilometru. Tā virsma ir pārklāta ar daudziem krāteriem, liecinot par tā vecumu un sadursmju vēsturi. Proteus ir neparasts, jo tas ir tik liels, cik tas var būt, nepārvēršoties sfēriska formā, kas norāda, ka tam nav bijusi pietiekama gravitācija, lai izveidotu sfērisku formu. "Voyager 2" atklāja, ka Proteus ir ļoti tumšs objekts ar atstarošanas spēju līdzīgu oglēm, padarot to par vienu no tumšākajiem objektiem Saules sistēmā.
34. att. Neptūna pavadonis Proteus (NASA/JPL attēls)
Nereīda
Nereīda ir viens no tālākajiem Neptūna pavadoņiem (35. att.) un ir ievērojama ar savu ļoti ekscentrisko orbītu, kas svārstās no 1,353 līdz 9,623 miljoniem kilometru attālumā no Neptūna. Tā ekscentriskā orbīta liecina, ka Nereīda, iespējams, caur mijiedarbību ar citiem pavadoņiem vai pat Neptūnu drastiski mainīja savu orbītu. Ļoti iespējams, ka tieši Tritona noķeršana Neptūna orbīta mainīja Nereīdas orbītu. Tā virsma ir pārklāta ar ūdens ledu un ir ļoti tumša, līdzīga citiem Neptūna pavadoņiem. Nereīda ir maza, ar diametru aptuveni 340 kilometru, un to ir grūti pētīt, ņemot vērā tās tālumu un mazo izmēru.
35. att. Neptūna pavadonis Nereīda (NASA/JPL attēls)
Larisa
Larisa ir viens no mazākajiem Neptūna pavadoņiem ar diametru aptuveni 200 kilometru. Tā atrodas tuvu Neptūnam un ir neregulāras formas, ar stipri krāterainu virsmu, kas liecina par senu un intensīvu triecienu vēsturi. Pavadonis Larisa pirmo reizi tika atklāta 1981. gadā, kad tas pārklājās ar kādu zvaigzni astronomisko novērojumu laikā, bet tika vēlreiz apstiprināts un detalizēti pētīts "Voyager 2" misijas laikā. Tas ir cieši saistīts ar Neptūna gredzenu sistēmu, un tā gravitācija palīdz uzturēt gredzenu struktūru.
36. att. Neptūna pavadonis Larisa (NASA/JPL attēls)
Plutons
Plutons, kas agrāk tika uzskatīts par Saules sistēmas devīto planētu, ir fascinējoša un noslēpumaina pasaule ar kalniem, grēdiem, ielejām un krāteriem (37.att. un 38. att.). Tas nepieder ne pie Zemes grupas planētām, ne pie milzu planētām, un atrodas tālu ārpus Neptūna orbītas Kuipera joslā – reģionā, kas ir piepildīts ar ledus ķermeņiem un maziem, planētveidīgiem objektiem. Lai gan 2006. gadā "Starptautiskā Astronomijas savienība"pazemināja Plutona statusu uz pundurplanētu, tas joprojām fascinē zinātniekus un astronomijas entuziastus ar saviem unikālajiem raksturlielumiem un noslēpumiem.
Plutona iekšējā struktūra ir ļoti interesanta un sarežģīta. Tas sastāv no akmeņainas kodola, kas ir apmēram 70% no tā diametra, un apkārt tam atrodas ledus apvalks. Plutona atmosfēra ir galvenokārt veidota no slāpekļa, metāna un oglekļa monoksīda ledus. Iekšējā kodola temperatūra ir augstāka nekā virsmas temperatūra, kas varētu nozīmēt, ka Plutona iekšienē varētu būt šķidra ūdens okeāni. Šie potenciālie zemledus okeāni varētu būt viens no visinteresantākajiem Plutona izpētes mērķiem nākotnē.
Tabula 5: Plutona fizikālie raksturlielumi
37. att. Plutona uzņēmums ar Habla kosmisko teleskopu (NASA/JPL attēls)
Plutona orbīta ir samērā eliptiska, tādēļ planētas attālums no Saules mainās plašās robežās. Viens Plutona orbītas posms atrodas Neptūna orbītas iekšpusē, tāpēc dažkārt Plutons atrodas tuvāk Saulei nekā Neptūns, taču abas planētas sadurties nevar, jo to kustība ir saskaņota tā, ka planētas nekad nepienāk tuvu viena otrai. Kad Plutons atrodas perihēlija tuvumā, tam pastāv retināta atmosfēra, ko veido no virsmas iztvaikojis metāns. Temperatūra uz Plutona ir aptuveni -230°C.
Plutons ir apmēram piektā daļa no Zemes platuma. Tas ir apmēram 39 reizes tālāk nekā Zeme no Saules. Šādā attālumā Saules gaismai nepieciešamas 5,5 stundas, lai azceļotu no Saules līdz Plutonam. Ja jūs stāvētu uz Plutona virsmas pusdienlaikā, Saule būtu aptuveni 1000 reizes blāvāka nekā uz Zemes, vai aptuveni 300 reizes spožāka nekā mūsu pilnmēness (38. att.). Katru dienu uz Zemes, neilgi pirms saulrieta, ir brīdis, kad gaisma ir tikpat spilgta kā pusdienlaikā uz Plutona.
38. att. Plutona virsmas ilustrācija (ESA attēls)
Plutona augstākie kalni sasniedz 2000 līdz 3000 metru augstumu (39 .att.). Šie kalni ir lieli ūdens ledus bloki, kas dažkārt pārklāti ar sasalušām gāzēm, piemēram, metānu. Garas gravas un ielejas, kas stiepjas līdz pat 600 kilometriem, piešķir šai tālajai pundurplanētai vēl vairāk interesantu ainavu. Daži krāteri Plutona ainavā sasniedz līdz pat 260 kilometru diametru, un daži no tiem uzrāda erozijas un aizpildīšanas pazīmes. Tas liecina, ka tektoniskie spēki lēnām pārveido Plutona virsmu.
39. att. Plutona virsa rekonstruēta no "New Horizons" pārlidojuma (NASA/JPL attēls)
Tam dots grieķu pazemes valstības dieva vārds, kas labi piestāv šai tālajai, aukstajai un tumšajai planētai. Pēc grieķu mītiem drūmajā Plutona valstībā, kur nekad neiespīd saule un neiekļūst zemes dzīves prieki un bēdas, mīt mirušo dvēseles. Tām nekad nav lemts atgriezties zemes virsū.
Šo tālo valstību mums ir izdevies izpētīt pateicoties NASA "New Horizons" misijai (40. att.), kas 2015. gadā lidoja gar Plutona sistēmu un sniedza pirmos tuvos attēlus un datus par šo tālo pasauli. Misija atklāja daudz jaunu informāciju par Plutona virsmu, atmosfēru un mēnešiem. Piemēram, tieši šīs misijas dēļ mēs zinām, ka uz Plutona virsmas ir kalni, kas veidoti no ūdens ledus, un plaši līdzenumi, kas pārklāti ar slāpekļa ledu. "New Horizons" dati turpina būt izpētes un atklājumu avots, sniedzot jaunu izpratni par šo unikālo pundurplanētu.
Nākotnes misijas uz Plutonu solās sniegt vēl vairāk ieskatu par šo noslēpumaino pundurplanētu. Pētnieki plāno nosūtīt jaunus zondes un orbitālos aparātus, lai padziļināti izpētītu Plutona virsmu, atmosfēru un iespējamos zemledus okeānus. Viena no potenciālajām misijām ir NASA " Fusion-Enabled Pluto Orbiter and Lander" piedāvātais orbiteris un nolaišanās aparāts, kas varētu ilgstoši pētīt Plutonu un tā pavadoņus, nodrošinot detalizētus attēlus un datu paraugus, kas palīdzēs labāk izprast Saules sistēmas veidošanās un evolūcijas procesus. Šī misija, izmantojot kodolsintēzes enerģiju, varētu nonākt līz Plutonam divreiz ātrāk nekā "New Horizons". Šāda tipa misijas varētu atklāt jaunus noslēpumus par Plutona ģeoloģiju, klimatu un iespējamo dzīvojamību, paplašinot mūsu zināšanas par šo tālo un noslēpumaino pasauli.
40. att. "New Horizons" kosmosa kuģis (NASA/JPL attēls)
Plutonam ir pieci pavadoņi: Harons, Stiksa, Nikte, Kerbers un Hidra. Šie pavadoņi varētu būt izveidojušies agrīnajā Saules sistēmas veidošanās laikā, kad Plutons saskrējas ar līdzīga izmēra objektu. Plutona pavadoņi ir nosaukti mitoloģisku tēlu vārdos, kas saistīti ar pazemes valstību. Piemēram, Harons ir nosaukts par godu mitoloģiskajam varonim, kurš pārved dvēseles pāri Stiksas upei pazemē.
Harons
Harons ir lielākais no Plutona pavadoņiem un ir aptuveni puse no Plutona izmēra. Šis milzīgais pavadonis ir tik liels, ka Plutons un Harons tiek uzskatīti par dubultplanētu sistēmu, kurā abi objekti riņķo ap kopēju masas centru, kas atrodas ārpus Plutona virsmas. Harons ir pārklāts ar ūdens ledu, un tā virsma ir pilna ar dziļiem kanjoniem un plaisām, kas norāda uz spēcīgiem ģeoloģiskiem procesiem. Šis pavadonis ir viens no visinteresantākajiem izpētes objektiem ap Plutonu, jo tas var sniegt informatīvu ieskatu par agrīnās Saules sistēmas veidošanos.
41. att. Plutona pavadonis Harons (NASA/JPL attēls)
Nikte
Nikte ir otrais lielākais Plutona pavadonis, un tas ir tikai 50 kilometrus plats tā diametrā. Tā virsma ir pārklāta ar ūdens ledu, un tā ir ārkārtīgi atstarojoša. Nikte ir īpaši interesants ar to, ka tā rotācijas periods ir ļoti īss, padarot to par vienu no ātrāk rotējošajiem pavadoņiem Saules sistēmā. Šīs straujās rotācijas rezultātā, Niktes forma ir izstiepta un neregulāra. Turklāt, Nikte izstaro sarkanīgu nokrāsu, kas varētu norādīt uz organisko vielu klātbūtni uz tā virsmas. Hidra un Stiksa ir ļoti līdzīgi, tikai mazāki savos izmēros.
42. att. Plutona pavadonis Nikte (NASA/JPL attēls)
Kerbers
Kerbers ir viens no mazākajiem Plutona pavadoņiem, ar diametru tikai aptuveni 13 kilometri. Tas ir ļoti tumšs un mazāk atstarojošs nekā citi Plutona pavadoņi, kas liecina par atšķirīgu virsmas sastāvu. Kerberos sastāv no divām lodveida daļām, kas varētu būt saistītas ar divu mazāku ķermeņu saplūšanu kopā. Šī īpatnējā forma un tumšā virsma padara Kerberos par interesantu objektu turpmākiem pētījumiem.
43. att. Plutona pavadonis Kerbers (NASA/JPL attēls)
