اقمار منظومه شمسي
تحقيق زمين شناسي سال سوم راهنمايي
استاد راهنما: آقاي مجيد فرح آبادي
محققين : محمد حسين سبحاني_ امين رفعت_ سيد مصطفي فاطمي نسب- سيدعباس موسوي_ محسن احمدي
نام مدرسه : راهنمايي شهيد قدوسي(تيز هوشان)
فهرست
قمر………………………………………… ماه………………………………………… مقدمه…………………………………… ماه در مدار خود……………………… جزر و مد………………………………… قمرهاي مريخ…………………………… سياركها…………………………………قمرهاي مشتري……………………… حلقه هاي زحل……………………………………… قمرهاي زحل………………………………………… قمرهاي اورانوس……………………………………قمرهاي نپتونقمر پلوتن، كارون…………………………………… قمر:جرم آسماني است كه به دور جسم بسيار بزرگي ميگردد. سيارات منظومهي شمسي قمرهاي طبيعي خورشيد هستند و ماهها اقمار طبيعي سيارات هستند. قمرهاي مصنوعي هم براي تحقيق، رصد و ارتباطات، توليد و به مدار زمين يا يك سياره و يا يك قمر طبيعي پرتاب ميشود.
در اينجا به بررسي قمرهاي سيارات منظومهي شمسي ميپردازيم.
در اطراف سيارات خاكي(زمين گون) تنها 3 قمر در گردش است. اما در مقابل در اطراف سيارات مشتريگون بيش از 50 قمر ميچرخند. علاوه بر 50 قمر داراي حلقه نيز هستند. حال چون عطارد و زهره قمر ندارند به سراغ زمين خودمان ميرويم.
ماه:اطلاعات اساسي :
خروج از مركز مدار: 55/0
دورة تناوب گردش به دور زمين:
نجومي 32/27 روز
هلالي 53/29 روز
سرعت مداري : يك كيلومتر بر ثانيه
فاصله از زمين:
حداقل 360000 كيلومتر
حداكثر 400000 كيلومتر
قطر زاويهاي: متوسط 31 دقيقه و 2/5 ثانيه
قطر 3460 كيلومتر
جرم: يك هشتاد و يكمِ جرم زمين
چگالي: 61/0 چگالي زمين
سرعت گريز: 38/2 كيلومتر بر ثانيه
دورة تناوب حركت وضعي به دور محور: 31/27 روز
زاوية ميل استوا با صفحه مدار: 5/1 درجه
دما:
حداقل 140ــ درجه سانتيگراد
حدااكثر 150 درجه سانتيگراد
نسبت بازتاب: 07/0
مقدمه :زمين يك قمر دارد و اين قمر در حالي كه زمين خود به دور خورشيد ميگردد. بر گرد زمين حركت ميكند. اگرچه حجم ماه فقط02/0 حجم زمين و جرم آن يك هشتاد و يكم جرم زمين است. تأثيرش بر زمين، شايستة اعتناي بيشتري است. خيز و افت تناوبي اقيانوسها(جذر و مد) نمونهاي از اثرهاي ماه بر زمين است.
نزديكي زياد ماه به زمين، مطالعة آن را از نخستين روزهاي پيدايش نجوم، امكان پذير ساخته است.فاصله متوسط آن فقط 60 برابر شعاع زمين است.
البته اطلاعاتي به كمك تلسكوپ بدست آمده است، ولي بخش زيادي از آنچه ميدانيم از مشاهده با چشم برهنه حاصل شده است. در واقع بسياري از اين اطلاعات، دانش همگاني شده است. از جمله اينكه ماه هر ماهه دور كاملي از حالتهاي مختلف از ماه نو تا هلال و تربيع و غيره را در مينوردد. و نيز اينكه ما تقريبا همان مسيري را ميپيمايد كه خورشيد طي ميكند.
همه ميدانند كه ماه هرروز بطور متوسط 51 دقيقه ديرتر از روز قبل طلوع ميكند و نيز اينكه همواره يك روي ماه بسوي زمين است و روي ديگر آن هميشه پوشيده است.
ماه در مدار خود:ماه در مدار بيضي شكل، كه زمين در يكي از كانونهاي آن است، به دور زمين ميگردد. نقطهاي براين مدار كه از همة نقاط ديگر به زمين نزديكتر است حضيض زميني ناميده ميشود. فاصله ماه از زمين در حضيض زميني آن 360000 كيلومتر است. نقطهاي بر اين بيضي كه از همة نقاط ديگر آن زمين دورتر است اوج زميني نام دارد و فاصلهي آن از زمين 400000 كيلومتر است. صفحة مدار ماه بسيار نزديك به صفحهي دايرهالبروج، يعني مسير ظاهري خورشيد بر كرهي آسمان است و با آن زاوية 5 درجه ميسازد. دو نقطهاي كه در آن مسير ماه صفحهي دايرهالبروج را قطع ميكند، نقاط گره يا عقدتين ناميده ميشود. اين نقاط در فضا ثابت نيستند بلكه در جهت حركت عقربههاي ساعت در امتداد دايرهالبروج حركت ميكنند و هر دور كامل اين حركت نوزده سال طول ميكشد.
چنين بنظر ميرسد كه ماه مسير خود را بسيار سريعتر از خورشيد ميپيمايد: يك سال تمام طول ميكشد تا خورشيد دور كامل را طي كند ولي ماه يك ماهه چنين ميكند. در نيمي از اين مدت ماه بالاي دايرهالبروج است و در نيم ديگر زير آن.
اين حركت ظاهراً تندتر موجب ميشود كه ماه هرروز كمي، در حدود 51 دقيقه ديرتر از روز قبل طلوع كند.
جزر و مد( كشند)سطح اقيانوسها، در تمام نقاط به فواصل زماني كم و بيش منظم بالا ميآيد و پائين ميرود. بطور متوسط فاصله زماني بين دو مد متوالي 12 ساعت و 5/25 دقيقه است. درست نصف زماني طول ميكشد تا ماه ظاهراً يك دور كامل را به دور زمين بپيمايد يعني نصف 24 ساعت و 51 دقيقه. اين امر يك تصادف نيست. علت اصلي جزرو مد اقيانوسها، نيروي گرانش ماه است. خورشيد نيز در اين پديده سهمي دارد.
جزر و مد همراه با حركات ظاهري ماه، از افق شرقي ناظر به سمت افق غربي او پيش ميروند. صرفنظر از تاخيرهايي كه معلول اصطكاك و آثار ثانوي ديگر هستند ( و ممكن است به شش ساعت هم برسند) جزر و مد در هر نقطهي زمين ، زماني روي ميدهد كه ماه در نصفالنهار مكان (يا در نيمدايرة متقابل آن) باشد.
اثر خورشيد در جزر و مد نسبت به اثر ماه از درجهي دوم اهميت برخوردار است. زيرا فاصلهي آن بسي بيشتر است. نسبت نيروي مولد جزر و مد خورشيد فقط در حدود 7% نيروي ماه است.
وقتي كه نيروهاي مولد جزر و مد ماه و خورشيد هماهنگ با يكديگر عمل كنند، مثلاً به هنگام ماهنو كه هردو در يك طرف زمين هستند، جزر و مدهاي حاصل در حداكثر خود هستند. اين جزر و مدها، جزر و مدهاي بهاري يا مهكشند ناميده ميشوند. حد ديگر هنگامي است كه خورشيدو ماه با هم زاوية 90 درجه بسازند. دراين هنگام جزر و مد در حداقل و به جزر و مدهاي خفيف يا كهكشند موسوم است.
نزديكي ماه نيز تاثيري در ارتفاع جزر و مد دارد. هنگامي كه ماه در حضيض زميني قرار دارد نيروي مولد جزر و مد آن به اندازة 20% بيش از حد عادي است.
قمرهاي مريخ:مريخ دو قمر كوچك دارد كه نامهاي خود فوبوس(ترس) و ديموس(وحشت) را از ياران اسطورهاي مارس(مريخ) خداي جنگ گرفتهاند.
فوبوس، قمر بزرگتر، قطري در حدود 16 كيلومتر دارد در حاليكه قطر ديموس فقط 11 كيلومتر است. هردو در صفحهي استوائي مريخ در جهت متعارف خلاف حركت عقربههاي ساعت به دور آن ميگردند.
فوبوس 9250 كيلومتر از مركز سياره و فقط 5900 كيلومتر از سطح آن فاصله دارد. دورة تناوب حركت انتقالي آن به دور سياره 7 ساعت و 39 دقيقه است و اين كمتر از مدت دوران خود مريخ به دور محورش است. فوبوس در مغرب طلوع و 5/4 ساعت بعد در مشرق غروب ميكند.
ديموس 250000 كيلومتر از مركز مريخ فاصله دارد. دوره تناوب حركت انتقالي آن به دور سياره 30 ساعت و 18دقيقه فقط اندكي با دوره تناوب حركت وضعي خود سياره (24 ساعت و 37دقيقه ) تفاوت دارد. ديموس از مشرق طلوع ميكند، اندكي از سياره در حال دوران عقب ميافتد و پيش از آنكه در مغرب غروب كند، دو دور كامل اهله را سپري ميكند.
سياركها:سيارهاي مفقود است. بر اساس نظريه بايد بين مريخ و مشتري سيارهاي در مدار باشد. تاكنون سيارهاي در آنجا يافت نشده است. اما در عوض تعداد بسيار زيادي اجرام خرد وجود دارد كه به نامهاي سيارات خرد، سيارات صغار و سياركها موسومند. بعضي از اين اجرام قطري به بزرگي 800 كيلومتر دارند و برخي ديگر كمتر از 5/1 كيلومتر.
سرس نخستين سياركي بود كه در سلا 1801 كشف شد. سهتاي بعدي (پالاس ، جونو و وستا) در سالهاي 1802،1804 و 1807 كشف شدند. عدة سياركهاي شناخته شده بالغ بر دهها هزار ميشود كه بسياري از آنها شكلهاي نامتعارفي دارند حاكي از آن ممكن است اجزا و قطعات سيارهاي باشند كه بر اثر نيروي كشندي سيارة مشتري از هم پاشيده باشد.
قمرهاي مشتري:16 قمر برگرد مشتري حركت ميكنند. چهارتاي اول كه به قمرهاي گاليلهاي موسومند در 1610 بوسيله گاليله كشف شدند. اين قمرها با نامهاي يو، اروپا،گانيميد و كاليستو مشخص ميشوند. قمر پنجم آمالتهآ يا JV در سال 1893 بوسيلهي منجم برجستهي آمريكايي ادوارد امرسن بارنارد(1923ــ 1857) كشف شد.قمر چهاردهم(JXIV) در اكتبر 1975 بوسيلهي چارلز.ت.كوال كشف گرديد. قمرهاي JI تا JXIII بطور طبيعي به سه دسته تقسيم ميشوند:
(1)اقمار داخلي، (ب) اقمار مياني، (پ) اقمار بروني، ردهبندي JXIV ، كه در كداميك در اين دستهها جاي ميگيرد، تا پايان سال 1975 مشخص نشده بود.
(ا) اقمار دروني. اين گروه قمرها JI تا JV يعني چهار قمر گاليلهاي و قمري را كه پروفسور بارنارد كشف كرد. شامل ميشود.
قمرهاي گاليلهاي مدارهايي تقريباً مستدير دارند و در فواصلي بني 420000 كيلومتر و 1880000 كيلومتر از مشتري با دورههاي تناوبي بين يك و سه چهارم روز تا شانزده و دوسوم روز حركت ميكنند. دورة تناوب حركت وضعي و انتقالي آنها برابر است. بنابراين ناظري كه بر مشتري قرار دارد همواره يك روي اين چهار قمر را ميبيند. هر چهار قمر به اندازهي كافي بزرگ هستند كه در تلسكوپ قرصهاي قابل مشاهدهاي را پديد آورند و اگر تلالو چيرة سيارة اصلي نبود با چشم برهنه ميشد آنها را ديد. در پارهاي مواقع هر جهار آنها در طرف غرب سيارهاند. در مواقع ديگر فقط سهتا، دوتا، يكي يا هيچكدامشان، و بقيه در طرف شرقي سياره جاي دارند. بسيار اتفاق ميافتد كه يكي از قمرها در خسوف باشد(از پشت سياره بگذرد) يا در عبور(از برابر سياره بگذرد) تغييرات موضع اين چهار را ميتوان با چند ساعت رصد تلسكوپي ملاحظه كرد. دنبال كردن عبور اين اقمار دشوار است. اما سايههايي كه بر سطح مشتري مياندازند بسيار شاخص است و در شرايط رويت خوب آنها را حتي با تلسكوپ نسبتاً كوچكي ميتوان دنبال كرد.
قمر پنجم از چهار قمر گاليلهاي به مشتري نزديكتر است. فاصلهي آن از مركز سياره فقط 180 هزار كيلومتر، و از سطح آن فقط در حدود 110 هزار كيلومتر است. دورة تناوب حركت انتقالي آن حول سيارهي اصلي كمتر از 12 ساعت است. بنابراين سرعت مداري آن 27 كيلومتر بر ثانيه يا تقريباً 96 هزار كيلومتر در ساعت است.
(ب) قمرهاي مياني. قمرهاي JVI,JVII,JX,JXII به اين گروه تعلق دارند. آنها جملگي كوچكند، و قطرهايشان كمتر از 160 كيلومتر است و به فاصلهي متوسط 11 ميليون كيلومتر از مشتري قرار دارند. دورهي تناوب حركت انتقالي آنها در حدود 270 روز برآورد شده است.
(پ) قمرهاي بيروني. اين گروه متشكل است از JVIII,JXI,JXII و JIX (كه در اينجا به ترتيب افزايش فاصله از سياره نوشته شدهاند.) . اين قمرها را مشخصات زير متمايز ميسازد:
1. فاصلهي زياد از سيارهي اصلي كه نزديك به 24 ميليون كيلومتر برآورد ميشود.
2. دورههاي تناوب طولاني، كه براي هر چهار قمر از دو سال بيشتر است.
3. وجود حركت معكوس(رجعي) براي هر چهار قمر، يعني در جهتي خلاف همهي سيارات و بيشتر قمرهاي ديگر. چون از بالاي قطب شمال سياره نظر شود ديده ميشود كه اين چهار قمر مدارهاي خود را در جهت عقربههاي ساعت ميپيمايند.
حلقههاي زحلچهار حلقه برگرد زحل ميگردند كه با حروف D,C,B,A, ، مشخص ميشوند.
نور و روشني حلقهها بوجه قابل ملاحظهاي با هم تفاوت دارند. حلقهي مياني (حلقهيB ) از همه پرنورتر است و حلقهي بيروني (حلقهيA) پس از آن جاي دارد. كم نورترين حلقه،حلقهي داخلي (حلقهي D) است. حلقهي C را حلقهي چين خورده [ C(repe) ring ] و حلقهي B را “حلقهي پرنور“ [B(right) ring]
مينامند.
شكاف ميان حلقههايA و B را به افتخار كاشف آن شكاف كاسيني ناميدهاند.
حلقهها به خاطر نازكيشان سخت شايان توجهند : مقطع آنها مستطيل بسيار باريكي است. مثلاً مقطع حلقه بيروني مستطيلي خواهد بود به طول 16000 كيلومتر و عرض آن 8 تا 10 كيلومتر.حلقهها درست در صفحهي استواي سياره قرار دارند و استواي سياره زاويهي ميلي برابر با 27 درجه با صفحهي دايرهالبروج ميسازد. از آنرو كه محور زحل امتداد ثابتي در فضا دارد(يعني محور هميشه به سمت نقطهي ثابتي بر كرهي آسمان است.)
قمرهاي زحل 20 قمر دارد كه نزديكترين آنها ، ميماس ، در فاصلهي 188000 كيلومتري از مركز سياره است. فوب دورترين قمر آن متجاوز از 16000000 كيلومتر از سياره اصلي فاصله دارد.
دورهي تناوب قمرها از 23 ساعت براي ميماس تا 550 روز براي فوب تغيير ميكند . و جز يك استثنا همگي در جهت عادي به دور زحل ميگردند. تنها فوب است كه حركتي معكوس (رجعي) دارد و بدينطريق بر پايداري مداريش ميافزايد. ميتوان از راه رياضي نشان داد كه قمري دوردست را كه جهت حركتش عادي است به سهولت بيشتري ميتوان از چنگ سيارهاي ربود تا قمري را كه جهت حركتش رجعي است.
قطر قمرها نسبتا كم است. بزرگترين آنها تيتان است(در حدود 4200 كيلومتر) و كوچكترينشان هبپرون(در حدود 480 كيلومتر).
سرعت گريز از تيتان به خاطر جرم بزرگ و دماي كم آن (به خاطر دور بودن آن از خورشيد) كوچك است. از اينرو اين قمر ميتواند براي خود جوي داشته باشد. مطالعات طيفنمودي حاكي از وجود CH4 (متان) در اين قمر است.
مطالعاتي كه اخيراً بوسيلة گروهي از دانشمندان در دانشگاه ايالتي نيويورك در استوني بروك انجام شده، وجود اتان را نيز در تيتان آشكار كرده است. اتان يكي از چند مولكول لازم براي تشكيل اسيدهاي امينه است كه جزء اساسي حيات هستند.
چنين بنظر ميرسد كه قمرها با همان دورة تناوبي دوران ميكنند كه به دور سياره ميگردند و در نتيجه هميشه يك رويشان به سمت سيارهي اصلي است و تغييرات مرصود در روشني آنها نيز از همين است. دورهي تناوب اين تغييرات روشني همان دورهي تناوب گردش انتقالي است. روشني يكي از قمرها، ياپتوس ، در هر گردش از مينيموم به ماگزيمم ، 5 برابر ميشود.
قمرهاي اورانوس اورانوس پنج قمر دارد : ميراندا ، آريل ، اومبريل، تيتانيا و ابرون كه همگي در صفحهي استواي سياره اصلي و در نتيجه تقريباً قائم بر مدار سياره ، به دور آن ميگردند. هر پنج قمر حركتشان رجعي است كه با چرخش سياره حول محورش سازگار است.
اندازهي اقمار اورانوس تقريباً از 240 كيلومتر تا 1000 كيلومتر است. شعاع مدار نزديكترين قمر 120000 كيلومتر و از آن دورترين قمر 580000 كيلومتر است.
قمرهاي نپتونبراي نپتون دو سياره كشف شده است: نخست تريتون كه به فاصلهي چند ماه پس از كشف سياره، ديده شد ؛ دومي بيش از يك قرن بعد كشف گرديد.
تريتون از اين نظر منحصر به فرد است كه تنها قمر نزديك به سيارهي اصلي است كه حركتي معكوس(رجعي) دارد. فاصلهي آن از سيارهي اصلي354000 كيلومتر تقريباً هم اندازهي فاصلهي ماه از زمين است. حركت معكوس تريتون ممكن است معلول وقايع زير باشد: (آ) تريتون و پلوتن زماني قمرهاي نپتون بودند و هر دو حركت مستقيم داشتند. (ب) رويارويي نزديك ميان تريتون و پلوتون موجب دفع و اخراج پلوتن(كه سيارهاي مستقل گرديد) و معكوس شدن جهت حركت تريتون شده است.
قطر تريتون 3500 كيلومتر و جرم آن يك پانزدهم جرم زمين است و هر پنج روز و بيست ساعت يكبار در مداري كه با صفحهي دايرهالبروج زاويهي 37درجه تشكيل ميدهد، به دور نپتون ميگردد.
نرئيد( در اساطير پري دريائي ملازم نپتون ، ربالنوع دريا) قمر دوم نپتون به دور سيارهي اصلي در جهت مستقيم حركت ميكند. دورهي تناوب نجومي آن 360 روز است و مدار آن زاويهي 5درجه با دايرهالبروج ميسازد.
نرئيد از دو نظر منحصر به فرد است :(آ) به قدري كم فروغ است كه حتي با تلسكوپهاي بزرگ هم ديده نميشود. رصد اين قمر بطور عمده از طريق عكسبرداري صورت ميپذيرد. (ب) مدار آن خروج از مركز بزرگي دارد(75/0) ، فاصلهاش تا نپتون از1175000 كيلومتر در نزديكترين وضعيت تا 11000000 كيلومتر در دورترين نقطهي مدار تغيير ميكند.
قمر پلوتو، كارونپلوتو خود قبلاً بنظر ميرسد قمري از نپتون بوده كه از مدار خارج شده و شايد قمر آخر نپتون هم اينطور شود.
مادهي تشكيل دهندهي كارن از آب منجمد تيرهو پلوتون از متان منجمد پوشيده شده است.
كارن كه قمري بزرگ است ، داراي طول قطري به اندازهي نصف قطر پلوتون بوده و 12 درصد منظومهي مداري را به خود اختصاص داده است. مركز جرم اين منظومه در خارج از سطح پلوتون قرار دارد.
