Планеты земной группы

Планеты Земной группыПланеты земной группы
Сходство и несходство. Планетам земной группы свойственны сравнительно небольшие размеры и массы, большая средняя плотность (для Меркурия, Венеры и Земли соответственно 5,4, 5,2 и 5,5 г/см3, для Марса 3,97 г/см3) и твердая поверхность. Практически одинаковые значения плотностей свидетельствуют о сходстве соотношения содержания химических элементов, из которых образованы недрах планет.
Совершенно иной вид имеет сравнение химического состава атмосфер. Так, Меркурий имеет очень разреженную газовую оболочку, основным компонентом которой является гелий. Атмосфера Венеры на 97% состоит из углекислого газа; азота в ней меньше 2%, содержание водяного пара вблизи поверхности планеты - всего 0,002%. Аналогично в атмосфере Марса углекислого газа 95%, азота 2,7%, водяного пара 0,1%. Правда, массы этих двух атмосфер разные. Атмосфера Марса очень разрежена, и давление у его поверхности в среднем в 160 раз меньше, чем на уровне моря для Земли. Атмосфера Венеры, наоборот, очень густая, у поверхности ее плотность лишь в 15 раз меньше плотности воды и давление - около 90 атм. Следовательно, по сравнению с другими планетами земной группы, Земля имеет уникальный состав атмосферы, где преобладают азот и кислород.

 

Согласно современным теориям когда в земной атмосфере также было много углекислого газа, который занимал в ней второе место по содержанию. Однако при наличии на Земле воды, которая очень хорошо растворяет углекислый газ, при формировании осадочных пород на дне океана он довольно быстро был связан в виде карбоната в мелу и известняка. Живые организмы способствуют этому процессу протяжении миллиардов лет, поэтому практически весь углекислый газ исчез из атмосферы планеты. Если бы сейчас этот газ внезапно выделился, давление у поверхности Земли увеличилась бы до 40 атм.
Еще одна особенность планет земной группы: они медленно вращаются вокруг своих осей. Звездные сутки на Меркурии длится около 59 земных суток, а на Венере, как было обнаружено в 1966 г. радиолокационным методом, - 243,2 земных суток, причем вращается она вокруг оси в обратном направлении, то есть по часовой стрелке, если смотреть на нее с стороны северного полюса, а не против, как большинство планет Солнечной системы. Земля и Марс вращаются вокруг осей значительно быстрее, соответственно за 23 ч 56 мин и 24 час 37 мин. Но это все равно гораздо медленнее, чем планеты-гиганты.
2. Меркурий. Меркурий - ближайшая к Солнцу планета. По размерам она немногим больше Луны: ее экваториальный радиус составляет 2439 км, а сила тяжести в 2,6 раза меньше
от земного. Планета движется вокруг Солнца с периодом 87,97 земных суток по вытянутой эллиптической орбите с эксцентриситетом 0,21. Поэтому в перигелии Меркурий находится от Солнца на расстоянии 45,9 млн. км, в афелии - 69,7 млн ??км. Ось вращения Меркурия наклонена к плоскости его орбиты на 83, т.е. всего на 7 ° отклоняется от перпендикуляра.
Поскольку период осевого вращения Меркурия составляет 2 / 3 периода обращения вокруг Солнца, то за каждые свои два года он делает три оборота относительно звезд и один оборот относительно Солнца. То есть, одна солнечная Меркурий сутки на этой планете длится
почти два ее годы.
За большой вытянутости орбиты Меркурия кажется, что Солнце удивительным образом двигается его небосводу. В своем движении оно может ускоряться или замедляться, останавливаться и даже двигаться в обратном направлении. Из-за отсутствия атмосферы и близость к Солнцу физические условия на поверхности Меркурия очень суровые. Для него свойственны резкие перепады температуры в течение суток. В полдень на экваторе максимальная температура достигает 700 К, ночью она снижается до 100 К и ниже.
С помощью КА выяснено, что Меркурий имеет очень разреженную газовую оболочку, которая в основном состоит из гелия, а также водорода (он представлен в гораздо меньшем количестве), есть незначительное количество аргона, неона, ксенона. Концентрация частиц такова, как в земной атмосфере на высоте 700 км. Эта газовая оболочка не является собственной атмосферой планеты: силой своего притяжения Меркурий захватывает частицы солнечного ветра, которые в среднем через 200 суток покидают планету, а на их место приходят новые.
За значительной близость к Солнцу наблюдать подробности на поверхности Меркурия с Земли было невозможно. И лишь в 1974-1975 pp. АМС «Маринер-10» (США) передала на Землю около 10 000 снимков Меркурия. На этих снимках хорошо видно, что поверхность Меркурия сплошь покрыта кратерами, чем он очень похож на Луну. Вот только кратеры расположены гуще и они более плоские, чем на Луне: имеют меньшую глубину и меньшую высоту кольцевых валов, которые их окружают. На Меркурии нет характерных для Луны морей, но есть совершенно новые детали - огромные, длиной в несколько сотен (иногда до тысячи) километров ступенеобразных сбросы высотой до 2-3 км.
Неожиданно было обнаружено магнитное поле Меркурия, напряженность которого составляет около 1% напряженности магнитного поля у поверхности Земли. Наличие магнитного поля позволяет предположить, что Меркурий имеет весьма большое металлическое ядро, размеры которого могут достигать 2 / с диаметра планеты. Считается, что в ядре сосредоточено до 80% всей массы Меркурия, и этим определяется его наибольшая средняя плотность среди всех планет Солнечной системы.
3. Венера. Венера - вторая в Солнечной системе и ближайшая к Земле планета. С периодом 224,7 земных суток она движется вокруг Солнца на среднем расстоянии 108 200 000 км по почти круговой орбите. Радиус и масса планеты мало отличаются от земных, соответственно 6051 км и 0,82 т. Сила тяжести на Венере составляет 0,9 силы тяжести на Земле. Ось вращения планеты лишь на 3 ° отклоняется от перпендикуляра к плоскости ее орбиты.
Венера очень медленно вращается вокруг оси в обратном направлении с периодом 243 земных суток. Поскольку периоды вращения вокруг оси и вокруг Солнца оказались близкими, и вращения происходят в противоположных направлениях, то за один свой год Венера только дважды успевает совершить оборот вокруг оси по отношению к Солнцу. В результате солнечные сутки на Венере длится 117 земных суток. Еще в 1761 г. во время прохождения Венеры по диску Солнца Ломоносов выяснил, что эта планета имеет атмосферу. Она оказалась такой плотной, что через нее поверхность планеты увидеть невозможно.
Мощный облачный слой отражает в космос 75% солнечного света (для сравнения: Земля отражает 36% солнечного света). А потому по своей яркостью на земном небосклоне Венера занимает третье место после Солнца и Луны. Это единственная планета, от света которого земные предметы могут отбрасывать тень.
Выяснилось, что температура на поверхности планеты достигает 780 К, а давление - порядка 80-100 атм. Главное атмосферы - углекислый газ, 96% по объему. Кроме того, в состав атмосферы входит много других газов, не типичных для земного воздуха: угарный газ, метан, аммиак, двуокись серы, соляная и плавиковая кислоты, ацетилен,, этан. аявнисть в атмосфере Венеры большого количества углекислого газа влечет явление парникового эффекта, которое проявляется значительно сильнее, чем на Земле. Через высокий коэффициент отражения солнечного света облачный слоем поверхность Венеры получает меньше солнечной энергии, чем земная. Но из-за интенсивного поглощения большим количеством углекислого газа тепловой радиации в нижних слоях атмосферы за миллиарды лет существования планеты поверхность разогрелась так, что камни буквально светится. Дневная температура атмосферы ниже, чем температура поверхности, а ночью она становится еще ниже - до 420 К. В связи с высокой температурой на Венере нет воды. Более того, конденсированные на большой высоте капли дождя испаряются, не достигая поверхности.
От начала 1970-х годов эту планету исследовали более 20 АМС. В частности, АМС «Венера-9» (СССР, 1975 г.) передал на Землю первые изображения поверхности Венеры (рис. 14.4). Чрезвычайно интересную информацию было получено с помощью радиолокаторов АМС «Магеллан» (США, 1990 p.). Было обнаружено гигантские кратеры, сотни потухших вулканов с диаметрами до 50 км, просторные низменности и плато, высокие горные массивы. Полученные данные свидетельствуют о том, что в прошлом Венера пережила период высокой тектонической активности, но в наше время не имеет никаких признаков ее продолжение.
Деталям поверхности Венеры по традиции оказывают только женские имена. Кратеры Аксентьеву и Федорец названы в честь астрономов Украины.
4. Марс. Марс - четвертая планета Солнечной системы, которая с периодом 687 земных суток движется вокруг Солнца на среднем расстоянии 228 млн км. По размерам Марс почти вдвое, а по массе - в девять раз меньше Земли, сила тяжести на Марсе составляет 0,39 земной. Ось его вращения наклонена к плоскости орбиты под углом 25 °, благодаря чему на Марсе происходит смена времен года, а продолжительность суток лишь на 20 мин меньше земной. Направление на точку перигелия Марса близок к направлению на точку афелии Земли. Поэтому когда обе планеты в своем движении вокруг Солнца оказываются вблизи этих точек одновременно, то есть Марс находится в противостоянии к Земле, расстояние между ними становится наименьшей - 56 млн км. Такое взаимное положение Земли и Марса называется великим о ти-стоянием.
Великие противостояния повторяются через каждые 15 лет и случаются в августе - начале сентября. В это время Марс повернут к Земле южным полюсом, и поэтому-его южное полушарие изучена лучше, чем северная.
Марс имеет разреженную атмосферу. Это позволяет изучать его поверхность непосредственно с Земли. Две трети поверхности Марса занимают светлые участки, получившие название материков, около трети - темные участки, названные морями. Они сохраняют свою форму во времени, что позволило составить точные карты поверхности. Вблизи полюсов осенью образуются белые пятна - полярные шапки, которые исчезают полностью или значительно уменьшаются в размерах в начале лета.
Во время великого противостояния 1877 итальянский астроном Дж. Скиапарелли сообщил об открытии им на поверхности Марса четких линий, словно пересекают марсианские пустыни, и дал им название канала. Было даже высказано предположение, что это сооружения, созданные разумными существами для транспортировки воды от полюсов планеты в обезвоженные приэкваториальных районах.
С начала 1960 г. до Марса было направлено около трех десятков АМС. Высококачественные изображения поверхности планеты открыли для землян новый образ Марса. Оказалось, что Марс, как и Луна, покрытый кратерами. (Кстати, пять кратеров имеют имена астрономов, которые родились или работали в Украине - Барабашов, Фесенков, Герасимович, Струве, Симейкин; есть также кратеры Евпатория и Фастов). Но, например, такой участок, как Эллада - огромная чаша диаметром 1 700 км, лежащий ниже окружающего ландшафта на 5,5 км, - практически лишена кратеров. Есть на Марсе также беспорядочно расположены холмы и пропасти, разного рода образования, похожие на русла высохших рек, системы узких трещин, горные районы и отдельные горы вулканического происхождения (рис. 14.6, на с. 82).
У экватора планеты расположена главная геологическая особенность Марса - вулкано-тектонический регион Фарсида, который, кроме того, является важнейшим погодотворчим фактором на планете. Это вулканическое плато, которое возвышается над окружающей территорией на высоту до 4-5 км, а треть его площади - даже на 8-9 км, является лишь пьедесталом для гигантских и давно угасших вулканов 19-27 км высотой. Три из них расположены в одну линию, которая пересекает экватор. А четвертый, феноменальный в своей грандиозности, находится в стороне от них. Этот крупнейший в Солнечной системе вулкан носит название Олимп. Диаметр основания щита, на котором он расположен, составляет 600 км. Щит обрывается отвесным скалистым уступом высотой 6 км. Завершает щит вулканическая вершина с кратером размерами 65x80 км и высотой 27,4 км над средним уровнем поверхности. Особого внимания заслуживает рифтовая долина Маринер (рис. 14.8) более 4 000 км длиной и до 200 км в ширину. Основой этой Рифт-вой долины является огромный (2 500 км длиной, 75-150 км в ширину и до 6 км глубиной) каньон Титониус Часма, что означает «огромная бездна». На крутых склонах каньона - оползни и осыпи, глубокие овраги. Его дно несет на себе следы бурной деятельности потоков воды. Поскольку сейчас жидкой воды на Марсе нет, то предполагается, что в прошлом климат планеты был значительно теплее, так что на ней существовали моря и протекали реки. Марсианский грунт - это мелкодисперсный материал (реголит), в котором содержится 15-20% кремния, 12-16% железа, около 10% фосфора, 7% марганца и кобальта, а также кальций, хром, никель, ванадий, титан, молибден, цирконий и др.. Ни одна из известных земных горных пород не совпадает по составу с марсианскими. Полярные шапки, которые изменяют свои размеры в зависимости от марсианской времени года, состоят из твердой углекислоты. Летом она испаряется, оставляя небольшой участок водяного льда толщиной в несколько сот метров. Считается, что вся вода на Марсе находится в связанном состоянии на полярных шапках и в слое вечной мерзлоты.
Много ценной информации получили астрономы от марсохода «Соджорнер», работавший на поверхности Марса во второй половине 1997 г. В частности, он передал на Землю около 40 стереоскопических снимков поверхности планеты.
Но самый главный и неутешительный для землян результат экспедиции «Соджорнер» заключается в отрицательном ответе на сакраментальный вопрос - есть ли жизнь на Марсе?
Его не обнаружено.
5. Спутники Марса. В существовании двух спутников Марса не сомневался в свое время Кеплер, как это видно из его письма к Галилею: «Я ... безумно хочу иметь телескоп, чтобы, если смогу, опередить вас в открытии двух спутников, вращающихся вокруг Марса ». А писатель Дж. Свифт в «Путешествия Гулливера» (1726 г.) написал: «Ученые Лапуты открыли два спутника, вращающихся вокруг Марса, ... из которых внутренний удален от центра планеты точно на три ее диаметра, а внешний - на пять, первый вращается в пространстве за 10 часов, а второй - за 21 1 / 2
Во время противостояния Марса в августе 1877 г. американец А. Холл (1829-1907), архитектор по специальности, испытывая новый 66-сантиметровый рефрактор, взялся открыть эти спутники. Вот его воспоминания: «Шансы обнаружить спутник казались очень маленькими, так что я мог бы отказаться от поиска, если бы не моя жена, которая настойчиво внушала мне веру в успех». Однако случилось невероятное: 2 августа Холл впервые увидел спутник, впоследствии названный Деймос, а 17 августа он открыл Фобос. Имена спутников - Фобос и Деймос - в переводе с древнегреческого означает соответственно «страх» и «ужас». Это, по легенде, - сыновья бога войны Ареса (Марса), вечные спутники своего отца.
Расстояние Фобоса и Деймоса от центра Марса соответственно 2,76 и 6,9 радиуса планеты (Фобос в 40 раз ближе к поверхности Марса, чем Луна к Земле), период обращения соответственно 7 ч 39 мин и 30 час 18 мин. Спутники Марса очень «оригинально» ведут себя на его небе: Фобос за одну марсианскую сутки успевает сделать три оборота вокруг планеты, сходя на западе и заходя на востоке, а Деймос,