ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.09.2020
Просмотров: 4147
Скачиваний: 10
5. Основные представления о Солнечной системе и планетах. Общие свойства планет. Отличительные особенности планет земной группы и планет-гигантов.
Солнечная система — планетная система, включающая в себя центральную звезду — Солнце — и все естественные космические объекты, обращающиеся вокруг Солнца. Она сформировалась путём гравитационного сжатия газопылевого облака примерно 4,57 млрд лет назад.
Большая часть массы объектов Солнечной системы приходится на Солнце; остальная часть содержится в восьми относительно уединённых планетах, имеющих почти круговые орбиты и располагающихся в пределах почти плоского диска — плоскости эклиптики. Общая масса системы составляет около 1,0014 M☉.
Четыре меньшие внутренние планеты — Меркурий, Венера, Земля и Марс (также называемые планетами земной группы) — состоят в основном из силикатов и металлов. Четыре внешние планеты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун (также называемые газовыми гигантами) — намного более массивны, чем планеты земной группы. Крупнейшие планеты Солнечной системы, Юпитер и Сатурн, состоят главным образом из водорода и гелия; внешние, меньшие Уран и Нептун, помимо водорода и гелия, содержат в составе своих атмосфер метан и угарный газ. Такие планеты выделяются в отдельный класс «ледяных гигантов». Шесть планет из восьми и три карликовые планеты имеют естественные спутники. Каждая из внешних планет окружена кольцами пыли и других частиц.
В Солнечной системе существуют две области, заполненные малыми телами. Пояс астероидов, находящийся между Марсом и Юпитером, сходен по составу с планетами земной группы, поскольку состоит из силикатов и металлов. Крупнейшими объектами пояса астероидов являются карликовая планета Церера и астероиды Паллада, Веста и Гигея. За орбитой Нептуна располагаются транснептуновые объекты, состоящие из замёрзшей воды, аммиака и метана, крупнейшими из которых являются Плутон, Седна, Хаумеа, Макемаке, Квавар, Орк и Эрида. В Солнечной системе существуют и другие популяции малых тел, такие как планетные квазиспутники и троянцы, околоземные астероиды, кентавры, дамоклоиды, а также перемещающиеся по системе кометы, метеороиды и космическая пыль.
Солнечный ветер (поток плазмы от Солнца) создаёт пузырь в межзвёздной среде, называемый гелиосферой, который простирается до края рассеянного диска. Гипотетическое облако Оорта, служащее источником долгопериодических комет, может простираться на расстояние примерно в тысячу раз дальше гелиосферы.
Солнечная система входит в состав галактики Млечный Путь.
Общие свойства планет
Меркурий
Меркурий — четвертая по блеску планета: в максимуме блеска она практически так же ярка, как Сириус, ярче нее бывают лишь Венера, Марс и Юпитер. Тем не менее, Меркурий – совсем тяжелый объект для наблюдений из-за малости его орбиты и, следовательно, близости к Солнцу; его вероятная большая элонгация (видимое угловое расстояние от Солнца) составляет 28°.
Для невооруженного глаза Меркурий – светлая точка, а в мощный телескоп у него вид серпика либо неполного круга. Конфигурации вида (фаз) планеты с течением времени показывают, что Меркурий – это шар, с одной стороны освещенный Солнцем, а с другой – совсем черный. Диаметр этого шара – 4870 км.
Меркурий медлительно вращается вокруг собственной оси, будучи постоянно обращенным, к Солнцу одной стороной. Таки образом период обращения вокруг Солнца (меркурианский год) составляет около 88 земных суток, а период вращения вокруг собственной оси — 58 суток. Выходит, что от восхода Солнца до его захода на Меркурии проходит год, то есть 88 земных суток. За такое время дневная сторона поверхности планеты нагревается практически до 700 К (430°С), а ночная охлаждается до 150 К (-120°С). По фотографиям неспециалист не отличит Меркурий от Луны. И правда, поверхность Меркурия во многом сходна с поверхностью Луны, хотя мы и не знаем, вправду ли на поверхности Меркурия имеются моря и кратеры. Но среднее визуальное альбедо Меркурия (0,14) вдвое больше, чем альбедо Луны. До полета Маринера-10 числилось, что у Меркурия нет атмосферы, но наблюдения с американской станции проявили, что у поверхности планеты сконцентрированы ничтожные количества водорода (приблизительно 70 атомов на 1 см3) и гелия (4 500 атомов на 1 см3). Эти газы на Меркурии — удерживаемая слабым магнитным полем планеты часть солнечного ветра. Давление атмосферы у поверхности Меркурия в 500 млрд. Раз меньше давления земной атмосферы. Меркурий владеет относительно большой плотностью посреди планет Солнечной системы — около 5,44 г/см3. Ученые предполагают, что это обусловлено наличием массивного металлического ядра (предположительно из расплавленного железа плотностью до 10 г/см3, имеющего температуру около 2000 К), содержащего более 60% массы планеты и окруженного силикатной мантией и, возможно, корой 60 — 100 км шириной.
Венера
Венера наблюдается и как «вечерняя звезда» и как «утренняя звезда» – Hesperus и Phosphorus, так называли её в античном мире. После солнца и Луны Венера – самое колоритное небесное светило, а ночью освещенные ею предметы могут отбрасывать тени. Так же Венера — наиблежайшая к Земле планета. Её даже называют “сестрой Земли”. И вправду — радиус Венеры практически равен земному (0,95), её масса — 0,82 массы Земли. Венера достаточно отлично исследована людьми — к планете приближались (а некие даже садились) как русские АМС серии “Венера”, так и американские Маринеры. Венера обращается вокруг Солнца за 224,7 земных суток, но с данной цифрой, в различие от Меркурия, ничего увлекательного не связано. Очень увлекательный факт связан с периодом вращения самой планеты вокруг собственной оси — 243 земных суток (в обратном направлении) и периодом вращения мощной венерианской атмосферы, которая совершает полный оборот вокруг планеты за… 4 дня! Это соответствует скорости ветра у поверхности Венеры в 100 м/с либо 360 км/ч! Она имеет атмосферу, в первый раз открытую М. В. Ломоносовым в 1761 г. Во время прохождения планеты по диску солнца. Планета окутана густым слоем белых туч, скрывающих её поверхность. Наличие в атмосфере Венеры густых туч, возможно, состоящих из ледяных кристаллов, объясняет высшую отражательную способность планеты – 60% падающего солнечного света отражается от нее. Современные ученые установили, что венерианская атмосфера на 96% состоит из углекислого газа СО2. находятся тут также азот (практически 4%), кислород, водяные пары, благородные газы и др. (Всех меньше 0,1%). Основой густого облачного слоя, расположенного на высоте 50 — 70 км, являются маленькие капли серной кислоты Н2SO4 с концентрацией 75-80% (остальное — вода, активно “впитываемая” капельками кислоты).
У поверхности Венеры давление достигает значения 93 атм, а температура благодаря сильнейшему парниковому эффекту составляет 735 К (460°С). Рельеф Венеры сильно сглажен временем: благодаря атмосферной эрозии выветрены старые метеоритные кратеры, следы которых все же видны на поверхности планеты; горные районы занимают всего около 8% местности, общий перепад высот не превосходит 8 км. По-видимому, на Венере есть действующие вулканы, так, как достоверно понятно, что сейсмическая и тектоническая деятельность на Венере была совсем активна сравнимо не так давно. Более необычное у Венеры - это сформировавшиеся очень необыкновенные по земным меркам условия: температура более 400°С, сумасшедший ветер, плотный слой ярко-оранжевых туч над головой и “дождь” из маленьких капелек концентрированной серной кислоты — вот картина, которую, может быть, увидят будущие космонавты, высадившиеся на Венере. Внутреннее строение этого псевдоблизнеца Земли также сходно со строением нашей планеты: средняя плотность Венеры — 5,22 г/см3, то есть практически равна земной, что дозволяет сделать заключение о наличии в центре Венеры жидкого стального ядра радиусом приблизительно в 2900 км, окруженного мантией, так же, как и у нашей Земли. Чрезвычайная слабость магнитного поля Венеры обуславливается малой скоростью её вращения.
Земля
Наша земля кажется нам таковой большой и прочной и столь принципиальной для нас, что мы склонны забывать о том скромном положении, которое оно занимает в семье планет солнечной системы. Правда у Земли все же есть достаточно толстая атмосфера, прикрывающая узкий неоднородный слой воды, и даже титулованный спутник диаметром приблизительно в ¼ её диаметра. Но эти особенные приметы Земли чуть ли могут служить достаточным основанием нашему космическому «эгоцентризму». Но, будучи небольшим астрономическим телом, Земля является самой знакомой нам планетой. Радиус земного шара R=6378 км. Вращение земного шара самым естественным образом объясняет смену дня и ночи, восход и заход светил. Некие греческие ученые догадывались и о годичном движении Земли вокруг Солнца. Годичное движение Земли перемещает наблюдающего и этим вызывает видимое смещение более близких звезд относительно более далеких. Строго же говоря, вокруг Солнца движется центр тяжести системы Земля – Луна, так называемый барицентр; вокруг этого центра Земля и Луна обрисовывают в течение месяца свои орбиты.
Марс
Когда в 1965 году американская станция Маринер-4 с малого расстояния в первый раз получила снимки Марса, эти фото вызвали сенсацию. Астрономы были готовы узреть что угодно, лишь не лунный ландшафт. Один узнаваемый астроном из Пулковской обсерватории даже звонил в редакции газет, чтоб проверить, не спутали ли газетчики Луну с Марсом. Увы, обычный лунный пейзаж принадлежал известной Красной планете. Конкретно на Марс ложили особенные надежды те, кто хотел отыскать жизнь в космосе. Но эти чаяния не оправдались — Марс оказался безжизненным. По современным данным радиус Марса практически вдвое меньше земного (3390 км), а по массе Марс уступает Земле в десять раз. Обращается вокруг Солнца эта планета за 687 земных суток (1,88 года). Солнечные день на Марсе фактически равны земным — 24 ч 37 мин, а ось вращения планеты наклонена к плоскости орбиты на 25° (для Земли — 23°), что дозволяет сделать вывод о сходной с земной смене времен года. Но все мечты ученых о наличии жизни на Красной планете растаяли после того, как был установлен состав атмосферы Марса. Для начала следует указать, что давление у поверхности планеты в 160 раз меньше давления земной атмосферы. А состоит она на 95% из углекислого газа, содержит практически 3% азота, более 1,5% аргона, около 1,3% кислорода, 0,1% водяного пара, находится также угарный газ, найдены следы криптона и ксенона. Очевидно, в таковой разреженной и негостеприимной атмосфере никакой жизни существовать не может.
Из-за разреженности марсианской атмосферы планета не может удержать солнечное тепло, вследствие чего летним днем температура достигает 25°С, а ночью опускается до -90°С (в приполярных областях до -135°С). Среднегодовая температура на Марсе составляет приблизительно -60°С. Резкие перепады температур в течение суток вызывают сильнейшие пылевые бури, во время которых густые облака песка и пыли поднимаются до высот в 20 км. Состав марсианской земли был совсем выявлен при исследованиях спускаемых американских аппаратов Викинг-1 и Викинг-2. Красноватый блеск Марса вызван множеством в его поверхностных породах оксида железа III (охры). не считая железа (14%), в марсианском грунте найдены также кремний (20%), кальций и магний (по 5%), алюминий (3%) и сера (более 3%), которой практически в сто раз больше, чем на Земле. Рельеф Марса очень интересен. Тут находятся черные и светлые области, как и на Луне, но в различие от Луны, на Марсе смена цвета поверхности не связана со сменой высот: на одной высоте могут находиться как светлые, так и черные области. На Марсе находятся ареографические (аналог термина “географические” для Земли; от греческого имени бога войны Ареса, называемого в римской мифологии Марсом) объекты планетарного масштаба. Известен огромный грабен — Каньон, его длина составляет 2500 км, ширина — 100-200 км, а глубина достигает 6 км. Высочайшая гора Марса — Олимп — возвышается над окружающим ландшафтом на… 24 км! Диаметр основания этого исполинского вулкана составляет 600 км. Метеоритных кратеров на Марсе сравнимо незначительно, зато отлично различимы следы эрозийной деятельности, быстрее всего аква. То есть когда-то (предположительно около 10 млн. Лет назад) Марс владел более мощной атмосферой, с давлением у поверхности, достаточным для сжижения воды, и на Марсе шли дожди, текли реки, и существовали моря и океаны. До сих пор ученым не известна природа катаклизма, вызвавшего глобальные конфигурации климата на Марсе, приведшие к современным условиям. Одними из более заметных и завораживающих разумы астрономов деталей рельефа Красной планеты длительное время оставались полярные шапки Марса. Эти “ледники” сильно растут в размерах в середине осени и практически полностью исчезают к началу лета. Современные ученые установили, что среднегодовая температура шапок составляет -70°С, а состоят они из двух компонентов: сезонного — жесткой углекислоты (“сухого льда”) и векового — обыкновенного водяного льда. Летом СО2 возгоняется, а зимой при понижении температуры до -130°С опять осаждается вблизи полюса.
догадки о внутреннем строении Марса во многом схожи с представлениями в строении Земли: снаружи узкая пленка литосферы, прикрывающая мощный пласт мантии, а в центре — металлическое ядро, по поводу которого ученые не пришли еще к одному заключению — жидкое оно либо затвердело. Вокруг Марса с большой скоростью летают два его естественных спутника — Фобос (22х30 км) и Деймос (15х12 км). Они обгоняют планету в её вращении вокруг собственной оси. Это маленькие небесные тела, по форме напоминающие картофелины, богато испещренные кратерами, не представляющие огромного энтузиазма для астрономов.
Юпитер
Величайшую из планет Солнечной системы — Юпитер можно отыскать на расстоянии около 640 млн. Км от нас; масс её составляет больше 300 масс Земли, а размер превосходит размер нашей планеты более чем в 1000 раз. В телескоп Юпитер смотрится как золотой диск, пересеченный темными и светлыми полосами, идущими приблизительно параллельно. В глаза бросаются красноватые либо коричневые цвета цветов, в то же время можно заметить неверной формы скопление образные пятна, нарушающие однородность полос. Диск слегка вытянут в направлении полос, диаметр в это направлении на 1/15 больше, чем в перпендикулярном направлении. Полный оборот вокруг собственной оси Юпитер совершает всего за 9 часов 55 минут. Наверное самым привлекательным объектом на поверхности Юпитера при его наблюдении и исследовании постоянно было огромное Красное Пятно (БКП), в первый раз замеченное в 1878г. Ученые считали его то большущим (размеры БКП составляют 40 000 км в длину и 13 000 км в ширину) полуостровом гелиевого льда в водородном океане, то исполинским постоянно извергающимся вулканом. После неоднократных сближений с Юпитером американских АМС начиная в 1973 года, было однозначно установлено, что БКП — огромный циклон, крутящийся в атмосфере планеты против часовой стрелки уже, по крайней мере, 400 лет (с момента его открытия) и совершающий полный оборот за шесть земных суток. Расчеты показывают, что в условиях атмосферы Юпитера такие колоссальные вихри могут существовать по несколько тысячелетий! На поверхности Юпитера наблюдаются и остальные также полупостоянные образования, и все они до некой степени характеризуются блуждающим движением. Увлекательной особенностью Юпитера по сравнению с уже рассмотренными планетами является его средняя плотность: она составляет всего около 1,33 г/см3. Это дозволяет сделать довольно уверенный вывод о химическом составе планеты: подавляющее большая часть её составляют водород и гелий.
Из 16 спутников Юпитера четыре огромнейших были открыты еще Галилеем в 1610 году. Это — Ио (радиус — 1820 км), Европа (1530 км), Ганимед (2610) и Каллисто (2450). просто заметить, что Ганимед и Каллисто даже больше Меркурия. Увлекательнее остальных смотрится Ио. Это — самое сейсмически активное тело Солнечной системы. Во время пролетов мимо Ио космических кораблей, начиная с конца 70-х годов, было зафиксировано не одно извержение вулканов. Лава в большей степени состоит из серы. Ио окружена специфичной атмосферой: огромную часть её составляет атомарный водород, но находятся также обширные облака из атомов натрия! Все спутники Юпитера, не считая огромнейших пяти, быстрее всего, являются астероидами, захваченными массивным магнитным полем планеты. Найдено вокруг Юпитера и кольцо, но в 105 раз менее плотное, чем у Сатурна. Юпитер, наикрупнейшая из планет Солнечной системы, по собственной природе есть нечто среднее меж карликовой звездой и планетами земного типа.