Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Общие сведения о солнечной системе и её планетах

2.1 Особенности планет земной группы.

2.2 Характеристика планет-гигантов.

Список использованной литературы.

Введение

Актуальность выбранной темы. Солнечная система - это, прежде всего звезда Солнце и девять планет, обращающихся вокруг него. В порядке расстояний от светила они располагаются следующим образом: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Три последние планеты с Земли можно наблюдать только в телескопы. Остальные видны как более или менее яркие кружки и известны людям со времен глубокой древности.

Современные названия планет связаны с именами богов древнеримской мифологии. При этом имена, данные планетам, не случайны: в какой-то степени они характеризуют их основные качества. Так, Меркурий (посланец богов) отличается яркостью и быстрым перемещением по небу; Венера (богиня красоты и любви) - яркостью и красотой; Марс (бог войны) - кроваво-красным оттенком; Юпитер (верховный бог) - величавым и спокойным блеском; Сатурн (бог времени и судьбы) - свинцово-мертвенным сиянием и крайне медленным перемещением среди звезд. Меткость названий в известной степени свидетельствует о большой наблюдательности древних астрономов. Но, разумеется, какие-либо физические характеристики планет в то время были совершенно неизвестны, и рассуждения о планетах основывались лишь на фантазии и религиозных представлениях.

Солнечная система - весьма сложное образование, ряд закономерностей которого стал доступен для изучения лишь в последние десятилетия. Огромную роль в их исследовании приобретает сейчас космонавтика - наиболее мощное и перспективное средство познания Вселенной.

Целью данной работы является анализ структуры и эволюции солнечной системы.

Данная цель обусловила необходимость решения следующих задач:

-- рассмотреть планеты Солнечной системы;

-- изучить строение планет;

-- проанализировать происхождение планет.

Работа состоит из введения, двух глав, заключения. В конце прилагается список использованной литературы.

1. Общие сведения о солнечной системе и её планетах

1.1 Происхождение планет

Предполагается, что планеты возникли одновременно (или почти одновременно) 4,6 млрд лет назад из газово-пылевой туманности, имевшей форму диска, в центре которого располагалось молодое Солнце. Образование звезд и планетных систем -- это, по-видимому, все-таки единый процесс, происходящий в результате конденсации облака межзвездного газа в силу его гравитационной неустойчивости Стрельник О.Н. Концепции современного естествознания -- М., 2000..

Для изучения вопросов происхождения небесных тел важным является определение их возраста. Определение возраста земной коры основано на исследовании содержания в ней радиоактивных элементов (урана, тория и др.), а также радиоактивных изотопов таких элементов, как калий, аргон и др. Радиоактивные элементы непрерывно распадаются, причем процесс распада совершенно не зависит от внешних воздействий. При радиоактивном распаде образуются изотопы соседних элементов периодической системы Менделеева. Эти изотопы сами нередко оказываются радиоактивными, а значит, и они распадаются. Распад заканчивается, когда атомы радиоактивных элементов превращаются в нерадиоактивные атомы химических элементов и их изотопы. Например, распад урана (238U) завершается образованием нерадиоактивного изотопа свинца (206РЬ). Промежуток времени (Т), по истечении которого остается половина начального количества радиоактивных атомов, характеризуется скоростью распада и называется периодом полураспада. Для определения возраста земной коры используются медленно распадающиеся изотопы, например урана (Т4,5-109 лет), радиоактивный изотоп калия 40К (Т1,3109 лет) и др. Чтобы определить возраст земной коры, сравнивают содержание радиоактивных элементов и продуктов их распада в многочисленных пробах, взятых для анализа Айзек А. Земля и космос. От реальности к гипотезе -- М., 1999.. Такое сравнение показывает, что возраст земной коры около 4,5 млрд лет. Примерно таков же возраст Земли как оформившейся планеты. К 3,5-4,5 млрд лет близок возраст лунных пород и метеоритов. Солнце, конечно, не может быть моложе Земли и Луны. Скорее всего возраст Солнца (желтой звезды) -- 5 млрд лет. Сопоставление возраста Солнечной системы с возрастом Метагалактики показывает, что Солнце нельзя отнести к звездам «первого поколения». Скорее всего в состав его и планет вошел газ, уже побывавший в недрах более старых звезд. На ранних стадиях расширения Метагалактики вообще не было тяжелых химических элементов, которые впоследствии стали центрами конденсации твердых частиц, необходимых для формирования планет.

История науки знает множество гипотез о происхождении Солнечной системы. Причем эти гипотезы появились значительно раньше, чем стали известны многие важные закономерности Солнечной системы. Значение первых космогонических гипотез состояло прежде всего в том, что они пытались объяснить происхождение небесных тел как результат естественного процесса, а не одновременного акта божественного творения. Кроме этого, некоторые ранние гипотезы содержали правильные идеи о происхождении небесных тел.

Немецкий философ И. Кант в своей книге «Всеобщая естественная история и теория неба» (1755 г.) развил гипотезу, согласно которой в начале мировое пространство было заполнено материей, находившейся в состоянии первозданного хаоса. Под действием двух сил -- притяжения и отталкивания -- материя со временем переходила в более разнообразные формы. Элементы, имеющие большую плотность, по закону всемирного тяготения притягивали менее плотные, вследствие этого образовались отдельные сгустки материи. Под действием же сил отталкивания (которые якобы особенно эффективны, когда вещество находится в распыленном состоянии) прямолинейное движение частиц к центру тяготения заменялось кругообразным. Вследствие столкновения частиц вокруг отдельных сгустков и формировались планетные системы Самыгин С.И. Концепции современного нстествознания -- Ростов-на-Дону, Феникс, 2008.

Совершенно другая гипотеза о происхождении планет была изложена в книге П. Лапласа «Изложение системы мира» (1769 г.). По Лапласу, на ранней стадии своего развития Солнце представляло собой огромную, медленно вращающуюся туманность. Под действием силы тяжести протосолнце сжималось, поэтому оно принимало сплюснутую форму. И как только на экваторе сила тяжести уравновешивалась центробежной силой инерции, от протосолнца отделялось гигантское кольцо, которое в дальнейшем охлаждалось и разрывалось на отдельные сгустки. Из них и формировались планеты. Такой отрыв колец от протосолнца, по Лапласу, происходил несколько раз. Аналогичным путем образовались и спутники планет. Гипотеза Лапласа, бывшая весьма популярной на протяжении почти ста лет, оказывалась не в состоянии объяснить перераспределение момента количества движения между Солнцем и планетами. Расчет показывает, что если бы все планеты упали на Солнце (т. е. вернули ему потерянный им момент количества движения), то скорость его вращения была бы недостаточной для того, чтобы могло происходить отделение колец. Кроме того, для этой и других гипотез, по которым планеты и их спутники образуются из горячего газа, камнем преткновения является еще следующее: из горячего газа планета сформироваться не может, так как этот газ очень быстро расширяется и рассеивается в пространстве Горьков В.Л., Авдеев Ю.Ф. Космическая азбука. Книга о космосе -- М., 1984..

В 20-е годы XX в. английский астроном Д. Джинс разработал приливную теорию происхождения Солнечной системы. По этой теории в результате случайного сближения Солнца с какой-то звездой на Солнце образовалась гигантская приливная волна, приведшая к тому, что из двух противоположных точек его поверхности началось мощное извержение струй газа. Эти газовые массы очень быстро сгущались в облака, в которых росли планетезимали -- небольшие твердые тела, из которых в дальнейшем сформировались планеты Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепции современного естествознания -- М., Дашков и К, 2007..

В 30-х годах было высказано предположение (Г. Рессел), что в прошлом Солнце было двойной звездой. Один из компонентов был разорван встречной звездой и образовал облако, из которого позже сформировались планеты. В дальнейшем эту гипотезу видоизменили (Ф. Хойл в 1944 г.). Было выдвинуто предположение, что один из компонентов вспыхнул как сверхновая, сбросил газовую оболочку. Звезды разошлись, а из газовой оболочки образовалась планетная система. Хорошавина С.Г. Концепции современного естествознания. Курс лекций -- Ростов-на-Дону, 2006

Большую роль в разработке установившихся в настоящее время взглядов на происхождение планетной системы сыграли работы нашего соотечественника О. Ю. Шмидта. В основе теории О. Ю. Шмидта лежат два предположения: планеты сформировались из холодного газопылевого облака; это облако было захвачено Солнцем при его обращении вокруг центра Галактики. На основе этих предположений Шмидту удалось объяснить некоторые закономерности в строении Солнечной системы -- распределение планет по расстояниям от Солнца, вращение и др. Гипотез было много, но если каждая из них хорошо объясняла часть исследований, то другую часть не объясняла Береговой Г.Т., Григоренко В.Н. Космическая Академия -- М., Академия, 1987..

Общую схему развития нашей планетной системы ученые описывают следующим образом Садохин А.П. Концепции современного естествознания -- М., Юнити, 2006..

Около 5 млрд лет назад в протяженном газопылевом облаке, пронизанном магнитными силовыми линиями, образовалось центральное сгущение -- протосолнце, которое медленно сжималось. Другая часть облака, массой в 10 раз меньшей, медленно вращалась вокруг него. В результате столкновения атомов, молекул и пылинок туманность постепенно сплющивалась и разогревалась. Так вокруг Солнца образовался протяженный газопылевой диск. Его магнитное поле, «наматываясь» на протосолнце, способствовало передаче момента внешним слоям диска.

По одному из вариантов эволюции протопланетного облака, рассмотренному В. С. Сафроновым, вначале в этом облаке произошло деление компонентов -- газа и пыли. Оседание пыли к центральной плоскости произошло примерно за 1000 оборотов облака вокруг Солнца. Одновременно протекал процесс роста пылинок до к 1 см.

Под действием светового давления легкие химические элементы водород и гелий «выметались» из близких окрестностей Солнца. И, наоборот, попадая на пылинки, световые лучи тормозили их движение вокруг Солнца. При этом пылевые частицы теряли свой орбитальный момент количества движения и приближались к Солнцу. Этот механизм торможения «работает» даже в случае, если размеры частицы достигают нескольких метров. В конечном итоге это и привело к существенному различию в химическом составе планет, их разделению на две группы. Таким образом, вблизи экваториальной плоскости Солнца образовался слой пыли повышенной плотности. Как только плотность этого слоя достигла критического значения, в нем возникла гравитационная неустойчивость. Вначале образовались кольца, которые быстро распались на отдельные сгущения. Их исходные размеры и массы на расстоянии в одну астрономическую единицу от Солнца достигали 40 км и 5 * 1013 кг, а на расстоянии Юпитера -- соответственно 105 км и 1019кг. За счет собственной тяжести происходило дальнейшее сжатие сгустков, их уплотнение, рост больших и разрушение малых. Превращение сгущенной пыли в отдельные твердые тела продолжалось всего 10 000 лет на расстоянии в 1 а.е. и около 1 млн лет на расстоянии Юпитера от Солнца.

Далее в результате взаимных столкновений происходило слипание отдельных пылинок и образование твердых тел. Расчеты показывают, что эффективность взаимных столкновений пропорциональна четвертой степени радиуса сгущения (плане-тезимали). Это привело к быстрому росту размеров наибольших из них. В результате столкновений их орбиты приближались к круговым, а сами они превращались в зародыши планет. Со временем выживали лишь те из них, орбиты которых с учетом их взаимного притяжения оказались устойчивыми.

Подобно планетам земной группы, формировались зародыши планет-гигантов -- Юпитера и Сатурна, хотя время их конденсации было в несколько раз большим. В данном случае, как только масса протопланеты достигала величины двух-трех масс Земли, начиналась интенсивная аккреция газа, входящего в протопланетное облако.

Несмотря на сходство образования, и состава исходного материала планет земной группы, в настоящий момент заметно различие в достигнутом уровне развития планет. На других планетах отсутствуют не только признаки жизни, но даже такие химические соединения, которые в ходе дальнейшей эволюции могли бы привести к появлению примитивных органических форм. Земля же обладает богатым, в высшей степени развитым органическим миром.

В раннюю историю своего существования все планеты, как Земля, пережили три общие для них фазы развития: Бронштэн В.А. Планеты и их наблюдения -- М., Наука, 1979

1) фазу аккреции;

2) фазу расплавления внешней среды (а возможно, и недр) и

3) лунную фазу (стадию первичной коры).

Совокупность этих фаз составляет раннюю историю планет.

небесный тело планета спутник астероид

1.2 Планеты и их спутники

Солнечная система образовалась около 4,6 млрд. лет назад. Группа планет, Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон, вместе с Солнцем составляют Солнечную систему.

Солнце -- центральное тело Солнечной системы -- это звезда, огромный газовый шар, в центре которого идут ядерные реакции. Основная доля массы Солнечной системы сосредоточена в Солнце -- 99,8%. Именно поэтому Солнце удерживает гравитацией все объекты Солнечной системы, размеры которой не менее шестидесяти миллиардов километров Самыгин С.И. Концепции современного нстествознания -- Ростов-на-Дону, Феникс, 2008.

Совсем рядом с Солнцем обращаются четыре маленьких планеты, состоящие, в основном, из горных пород и металлов -- Меркурий, Венера, Земля и Марс. Эти планеты называются планетами земной группы.

Между планетами земной группы и планетами-гигантами расположен пояс астероидов Саган К.Э. Космос -- М., 2000.. Чуть дальше расположены четыре больших планеты, состоящие, в основном, из водорода и гелия. У планет-гигантов нет твердой поверхности, зато они имеют исключительно мощную атмосферу. Юпитер -- самая большая из них. Далее следуют Сатурн, Уран и Нептун. Все планеты -- гиганты имеют большое количество спутников, а также кольца.

Самой последней планетой Солнечной системы является Плутон, который по своим физическим свойствам ближе к спутникам планет-гигантов. За орбитой Плутона открыт так называемый пояс Койпера, второй пояс астероидов.

Меркурий, ближайшая к Солнцу планета Солнечной системы, была для астрономов длительное время полной загадкой. Не был точно измерен период её вращения вокруг оси. Из-за отсутствия спутников не была точно известна масса. Близость к Солнцу мешала производить наблюдения поверхности.

Меркурий -- один из самых ярких объектов на небе. По яркости он уступает только Солнцу, Луне, Венере, Марсу, Юпитеру и звезде Сириус. В соответствии с 3 законом Кеплера имеет самый маленький период обращения вокруг Солнца (88 земных дней). И самую большую среднюю скорость движения по орбите (48 км/с) Гофман В.Р. Концепции современного естествознания -- М., 2003..

Масса Меркурия равна массы Земли. Единственной планетой с меньшей массой является Плутон. По величине диаметра (4880 км, менее половины земного), Меркурий так же стоит на предпоследнем месте. Но его плотность (5.5 г/см3) приблизительно равна плотности Земли. Однако, будучи значительно меньше Земли, Меркурий испытал незначительное сжатие под действием внутренних сил. Таким образом, согласно расчетам, плотность планеты до сжатия составляет 5.3 г/см3 (для Земли это значение равно 4.5 г/см3). Такая большая несжатая плотность, превосходящая плотность любой другой планеты или спутника, свидетельствует о том, что внутреннее строение планеты отличается от строения Земли или Луны Айзек А. Земля и космос. От реальности к гипотезе -- М., 1999..

Большое значение несжатой плотности Меркурия должно обусловливаться наличием большого количества металлов. Согласно наиболее правдоподобной теории, в недрах планеты должно находиться ядро, состоящее из железа и никеля, масса которого должна составлять примерно 60 % от полной массы. А остальная часть планеты должна состоять в основном из силикатов. Диаметр ядра -- 3500 км. Таким образом, оно залегает примерно на расстоянии 700 км от поверхности. Упрощенно можно представить себе Меркурий в виде металлического шара размером с Луну, покрытым скалистой 700 километровой коркой.

Одним из неожиданных открытий, сделанных американской космической миссией «Маринер 10» было обнаружение магнитного поля. Хотя оно и составляет приблизительно 1 % Земного, оно так же существенно для планеты. Это открытие стало неожиданным из-за того, что раннее считалось, что внутренняя часть планеты имеет твердое состояние, а, следовательно, магнитное поле образоваться не могло. Сложно понять каким образом такая маленькая планета смогла сохранить достаточно теплоты для поддержания ядра в жидком состоянии. Наиболее вероятное предположение заключается в том, что в ядре планеты находится значительная часть соединений железа и серы, которые замедляют охлаждение планеты и благодаря этому, по крайней мере, серо-железная часть ядра находится в жидком состоянии Саган К.Э. Космос -- М., 2000..

Первые данные, характеризующие планету с близкого расстояния, были получены в марте 1974 года благодаря космическому аппарату, запущенному в рамках американской космической миссии «Маринер 10», который приблизился на расстояние 9500 км и сфотографировал поверхность при разрешении 150 м.

Хотя температура поверхности Меркурия уже была определена на Земле, более точные данные были получены при близких измерениях. Температура на дневной стороне поверхности достигает 700 К, примерно температура плавления свинца. Однако после захода Солнца, температура быстро опускается примерно до 150 К, после чего медленнее остывает до 100 К. Таким образом, разность температур на Меркурии примерно 600К, большая чем на любой другой планете Садохин А.П. Концепции современного естествознания -- М., Юнити, 2006..

Меркурий сильно напоминает Луну по внешности. Он покрыт тысячами кратеров, большие из которых достигают 1300 км в диаметре. Так же на поверхности встречаются крутые откосы, которые могут превышать километр в высоту и сотни километров в длину, хребты и долины. Некоторые из самых больших кратеров имеют лучи подобно кратерам Тихо и Коперника на Луне и многие из них имеют центральные вершины Горьков В.Л., Авдеев Ю.Ф. Космическая азбука. Книга о космосе -- М., 1984..

Большинство рельефных объектов на поверхности планеты было названо в честь известных художников, композиторов и представителей других профессий, внесших свой вклад в развитие культуры. Самые большие кратеры названы Бах, Шекспир, Толстой, Моцарт, Гете.

В 1992 году астрономы обнаружили районы с высоким уровнем отражения радиоволн, по своим свойствам сходные со свойствами отражения у полюсов на Земле и на Марсе. Оказалось, что в этих районах содержится лед в кратерах, покрытых тенью. И хотя существование таких низких температур не явилось неожиданностью, загадкой оказалось происхождение этого льда на планете, остальная часть которой испытывает воздействие высоких температур и абсолютно сухая.

Отличительные черты Меркурия -- длинные откосы, которые иногда пересекают кратеры, являются свидетельством сжатия. Очевидно, планета сжималась, и по поверхности шли трещины. И этот процесс происходил уже после того, как образовалось большинство кратеров. Если стандартная кратерная хронология верна по отношению к Меркурию, то это сжатие должно было происходить на протяжении первых 500 миллионов лет истории Меркурия.

Венера, как и Меркурий, раскрылась перед учеными в основном за последние полвека. Длительное время не было известно ни давление атмосферы у поверхности планеты, ни её радиуса. Астрономические наблюдения давали лишь радиус облачного слоя, окружающего планету, в пределах от 6100 до 6200 км. Атмосфера Венеры была открыта в 1761 г. М. В. Ломоносовым при наблюдении прохождения Венеры перед диском Солнца. При схождении её с диска Солнца край последнего как бы выгнулся, образовав «пупырь». М. В. Ломоносов правильно объяснил наблюдавшееся им явление преломлением солнечных лучей в атмосфере Венеры. Это явление получило название «явление Ломоносова» Стрельник О.Н. Концепции современного естествознания -- М., 2000..

Масса Венеры была уточнена по пролётам мимо планеты американских космических аппаратов «Маринер-2», «Маринер-5» и «Маринер-10». Она составляет 1:408 524 массы Солнца или 84.5% массы Земли. По массе и размерам была уточнена средняя плотность Венеры, 5.27 г/см3, и определено ускорение силы тяжести на её поверхности, 885 см/сек2. Радиолокационные наблюдения, проводившиеся, начиная с 1961 г., в СССР, США и Англии, позволили определить, наконец, период её вращения. Он оказался самым большим в Солнечной системе: 243.16 суток при обратном направлении вращения. Давление атмосферы у поверхности Венеры оказалось 90 атмосфер.

Венера на 97% состоит из углекислого газа (СО2). Не более 2% приходится на долю азота и инертных газов (в первую очередь аргона). В отношении содержания кислорода различные методы дают пока противоречивые результаты, но в любом случае его меньше 0.1%. Из других газов методы инфракрасной спектроскопии позволили обнаружить окись углерода (СО2) в количестве 5*10?-5 от всей массы атмосферы, хлористый водород (НСI)-4*10*-7 и фтористый водород (НF)-10*-9. Поиски других возможных компонентов венерианской атмосферы пока не привели к положительным результатам, но ни один из них не составляет более 10*5 общего состава атмосферы Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепции современного естествознания -- М., Дашков и К, 2007..

У планеты имеется, как и у Земли, ионосфера. Самые верхние слои атмосферы Венеры состоят почти целиком из водорода. Водородная атмосфера Венеры простирается до высоты 5500 км. Наземные американские установки дали возможность исследовать приэкваториальную область планеты. Было обнаружено около 10 кольцевых структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но сильно сглаженных, уплощенных. Удалось обнаружить гигантский разлом в коре планеты длинной 1500 км, шириной 150 км и глубиной 2 км. Выявлен дугообразный горный массив, пересечённый и частично разрушенный другим. Это говорит в пользу наличия сбросовых движений в коре планеты. Найден вулкан с диаметром основания 300-400 км и около 1 км в высоту. Американские учёные выявили в северном полушарии планеты огромный круглый бассейн протяжённостью около 1500 км с севера на юг и 100 км с запада на восток. Был изучен рельеф 55 районов Венеры. Среди них имеются участки как сильно всхолмлённой местности, с перепадами высот на 2-3 км, так и относительно ровной. Обнаружена большая гладкая равнина длинной около 800 км, и ещё более гладкая, чем поверхность лунных морей. Поверхность Венеры в целом более гладкая, чем поверхность Луны Айзек А. Земля и космос. От реальности к гипотезе -- М., 1999..

Фотографии поверхности Венеры показывают каменистую пустыню с характерными скальными образованьями. На снимке «Венеры-9» - осыпь камней. Это говорит о непрекращающейся тектонической активности Венеры.

Четвертая планета Солнечной системы -- Марс. Орбита Марса лежит приблизительно в полтора раза дальше, чем земля. Орбита планеты несколько эллиптическая, так что расстояние планеты от Солнца изменяется от минимума, при перигелии, 206.7 миллионов км до максимума, при афелии, 249.2 миллиона км. Так как Марс -- дальше от Солнца чем Земля, Марсу требуется больше времени, чтобы совершить одно обращение вокруг Солнца. Год на Марсе длится 687 земных дней. Скорость движения Марса примерно 24 км/с, причем планета вращается в том же направлении, что и Земля -- против часовой стрелки (если смотреть со стороны северного полюса планеты). Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания -- М., Академия, 2006.

Марсианский день длится 24 часа, 37 минут, 23 секунды, что очень близко к продолжительности земного дня. Наклон оси планеты -- приблизительно 25 градусов, вследствие чего, сезонные изменения на Марсе происходят подобно Земным. Из-за эллиптической орбиты Марса, в южном полушарии лето, когда планета находится на самом близком расстоянии к Солнцу, а в северном полушарии -- зима.

Планета имеет средний диаметр 6,780 км, что составляет приблизительно половину размера Земли, и почти вдвое больше размера Луны. Из-за вращения, планета немного приплюснута у полюсов, имея фактический диаметр 6,794 км в экваторе и 6,752 км в направлении полюсов. Средняя плотность планеты (3.9 г/см3), ниже чем плотность Земли (5.5 г/см3).

Главные составляющие Марсианской атмосферы -- двуокись углерода (95.3 %), азот (2.7 %), и аргон (1.6%). Малые количества кислорода, окиси углерода, водяного пара, и других веществ составляют остальную часть. Среднее поверхностное давление атмосферы -- меньше одной сотой среднего поверхностного давления атмосферы Земли, и оно изменяется в зависимости от времени года и высотой. Марсианская атмосфера подвергается суточным и сезонным резким изменениям температуры. Они составляют в среднем приблизительно 220 K и изменяется от 145 K в течение полярной ночи до 300 K в области экватора в течение полудня при перигелии. Ермолаев Б.В., Аруцев А.А. Концепции современного естествознания -- Ростов-на-Дону, 2003.

Хотя Марсианская атмосфера является очень тонкой и холодной, она очень активна и сложна. Глобальные атмосферные системы циркуляции воздуха на Земле и на Марсе очень похожи. В Марсианской атмосфере, как и на Земле, теплые восходящие воздушные течения на экваторе, перемещают воздушные массы, отклоняя их на восток, и затем убывают к средним широтам и возвращаются на экватор. В ветрах, дующих с запада на средней высоте находятся узкие полосы сильных ветров называемых потоками реактивного воздуха, которые производят штормовые системы близко к поверхности. Кроме того, на Марсе происходят сезонные изменения климата, в следствие солнечного нагрева и обмена двуокисью углерода между полярным льдом и морозом (речь о которых пойдет ниже) и атмосферой. Во время того, как на каждом Марсианском полушарии наступает осень и зима, углекислый газ, находящийся в составе атмосферы конденсируется и образовывает ледяные шапки, которые простираются от полюса на расстояние почти до середины расстояния между полюсом и экватором. Когда приходит весна, перепад температуры между льдом и нагретой солнцем почвой порождает сильные ветры в области края отступающей полярной шапки. Этот эффект усиливается более горячим южным летом, когда планета находится ближе к Солнцу. Сильные южные летние ветры поднимают огромные количества пыли, которые усиливаются в большие штормы. Согласно наблюдениям, эти штормы покрывают всю планету Стрельник О.Н. Концепции современного естествознания -- М., 2000..

Цвет Марсианской поверхности находится в диапазоне от оранжевого до буро-черного. Более темные вещества -- выветрившаяся базальтовая горная порода, и более светлые -- окиси железа. С Земли видно, что чередующиеся полосы различной яркости обычно формируются в области топографических черт или вокруг них. Многие из них изменяют форму и размер с сезонной периодичностью, что свидетельствует о том, что большая часть поверхности покрыта тонким слоем пыли и песка, которые легко переносятся ветрами. Фотографии Марсианской поверхности, полученные Американскими аппаратами, совершившими посадку на поверхность Марса, в рамках миссии «Викинг» подтверждают наличие слоев, которые переносятся ветрами, а также показывают камни и булыжники разбросанные на поверхности. Эти наблюдения являются типичными для Марса, так как они подтверждаются различными измерениями, проведенными как с Земли так и с космических кораблей.

Так как на Марсе не существует океанов, и, таким образом, нет уровня моря, все измерения высоты объектов на планете измеряются относительно искусственно введенной величины, называемой средней высотой поверхности. При использовании этой точки начала отсчета, топографию Марса можно разделить на южную горную местность, покрытую кратерами, которая обычно располагается от 1 до 5 км выше начала отсчета, и на сравнительно гладкую северную низину -- покрывающую почти 40 % поверхности, диапазон высот на которой от 0 до 3 км ниже точки начала отсчета. Самое большое на горной местности -- возвышение Тарсис, имеющее диаметр больше 3,000 км, достигающее 10 км в высоту и состоящее из нескольких вулканических пластов. Меньшее повышение Элизиум на 5 км выше плоскости окружающей низины.

В геологическом строении Марса сочетаются характеристики и Луны и Земли. И это не является неожиданностью, потому что Марс имеет схожесть по составу с обоими телами. Однако, что действительно является неожиданностью -- необъятное количество геологических особенностей на Марсе по сравнению с теми же самыми особенностями на Земле. Размер можно объяснять недостатком тектонических пластин на Марсе, который имеет тенденцию к перемещению центров процесса горообразования, атмосферой планеты и ее климатом, который обладает меньшим эрозивным действием. Другое главное отличие между двумя планетами -- катастрофическое наводнение, которое произошло на Марсе, когда избыточные подземные воды были выпущены в больших объемах. Лихин А.Ф. Концепции современного естествознания -- М., Проспект, 2005.

Первые измерения температуры Марса с помощью термометра, помещённого в фокусе телескопа-рефлектора, проводились ещё в начале 20-х годов. Измерения В. Лампланда в 1922г. дали среднюю температуру поверхности Марса 245°К (-28°С), Э. Петтит и С. Никольсон получили в 1924г. 260°К (-260°С). Более низкое значение получили в 1960г. У. Синтон и Дж. Стронг: 230°К (-43°С). Позднее, в 50-е и 60-е гг. были накоплены и обобщены многочисленные измерения температур в различных точках поверхности Марса, в разные сезоны и времена суток. Из этих измерений следовало, что днём на экваторе температура может доходить до 300°К (+27°С), но уже к вечеру она падает до нуля, а к утру до 223°К (-50°С). На полюсах температура может колебаться от +10°С в период полярного дня до очень низких температур во время полярной ночи. В 1956 г. к измерению температур был применён новый метод - радиоастрономический. Марс, как и всякое нагретое тело, испускает не только инфракрасное излучение, но и более длинноволновое, лежащее в радиодиапазоне. Его принято называть тепловым радиоизлучением, в отличие от нетеплового, связанного с различными электромагнитными и плазменными процессами. Измеряя поток теплового радиоизлучения, можно определить температуру планеты. Первые такие измерения выполнили К. Майер, Т. Мак Каллаф и Р. Слонейкер в 1956 г. Они получили среднюю температуру поверхности Марса 218°К, т.е. заметно ниже, по инфракрасному излучению. Измерения, проведённые в последние годы с космических кораблей, показали, что на Марсе могут наблюдаться и ещё более низкие температуры, доходящие до 140°К -- ниже точки замерзания углекислого газа. Многочисленные ряды измерений радиотемператур Марса выполнены советскими учёными А. Д. Кузьминым, Ю. Н. Ветухновской, Б. Я. Лосовским, Б. Г. Кутузой и другими. Во время великого противостояния 1971 г., по их измерениям, средняя температура Марса составляла 198°К Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания -- М., Академия, 2006..

Различие температур дня и ночи, полярных и тропических районов, зимы и лета приводит к возникновению ветров, имеющих подчас скорости 40-50 м\сек. Система воздушной циркуляции на Марсе изучается сейчас различными методами многими учёными.

11 и 17 августа 1877 г. Асаф Холл на Вашингтонской обсерватории открыл два маленьких спутника Марса - Фобос и Деймос. Как показали фотографии «Маринера-9» в 1971 году, Фобос имеет размеры 27 на 20 км, Деймос 15 на 11 км. Поверхность спутников темнее Марсианской. Периоды обращения спутников вокруг планеты составляют 7 час. 39 мин. у Фобоса и 30 час. 21 мин. у Деймоса, их расстояние от центра планеты 9400 и 23500км. Наблюдения «Маринера-9» показали, что оба спутника обращены к Марсу одной стороной (как Луна к Земле). Для установления такого вращения достаточно только несколько сотен тысяч лет для Фобоса ввиду его близости к Марсу. Непосредственные фотографии, фотоэлектрические и поляризационные наблюдения указывают на то, что наружный слой поверхности обоих спутников - мелко раздробленная пыль, слой которой имеет толщину около 1 мм. Её состав, по-видимому, базальтовый со значительной примесью карбонатов. Инфракрасные наблюдения свидетельствуют о крайне низкой теплопроводности наружного покрова, что подтверждает гипотезу о пылевом слое.

В соответствии с законами Кеплера Земля обращается вокруг Солнца с переменной скоростью по слегка вытянутому эллипсу. Ближе всего к солнцу она подходит в начале января, когда в Северном полушарии царит зима, дальше всего отходит в начале июля, когда у нас лето. Разница в удалении Земли от Солнца между январём и июлем составляет около 5 млн. км. Поэтому зима в северном полушарии чуть-чуть теплее, чем в Южном, а лето, наоборот, чуть-чуть прохладнее. Это явственнее всего даёт себя знать в Арктике и в Антарктиде.

Эллиптичность орбиты Земли оказывает на характер времён года лишь косвенное и очень незначительное влияние. Причина смены времён года кроется в наклоне земной оси. Ось вращения Земли расположена под углом в 66.5 к плоскости её движения вокруг Солнца.

Единственный спутник Земли -- Луна. Самая удивительная особенность движения Луны состоит в том, что скорость её вращения вокруг оси совпадает со средней угловой скоростью обращения вокруг Земли. Поэтому Луна всегда обращена к Земле одним и тем же полушарием. Поскольку Луна - ближайшее небесное тело её расстояние от Земли известно с наибольшей точностью, до нескольких сантиметров по измерениям при помощи лазеров и лазерных дальномеров. Наименьшее расстояние между центрами Земли и Луны равно 356 410 км. Наибольшее расстояние Луны от Земли достигает 406 700 км, а среднее расстояние составляет 384 401 км. Горьков В.Л., Авдеев Ю.Ф. Космическая азбука. Книга о космосе -- М., 1984.

Земля как одна из планет Солнечной системы на первый взгляд ничем не примечательна. Это не самая большая, но и не самая малая из планет. Она не ближе других к солнцу, но и не обитает на периферии планетной системы. И всё же Земля обладает одной уникальной особенностью - на ней есть жизнь. Однако при взгляде на Землю из космоса это не заметно. Хорошо видны облака, плавающие в атмосфере. Сквозь просветы в них различимы материки. Большая же часть Земли покрыта океанами.

Появление жизни, живого вещества - биосферы - на нашей планете явилось следствием её эволюции. В свою очередь биосфера оказала значительное влияние на весь дальнейший ход природных процессов. Так, не будь жизни на Земле, химический состав её атмосферы был бы совершенно иным.

Недра Земли состоят из трёх основных частей: коры, оболочки (мантии) и ядра Стрельник О.Н. Концепции современного естествознания -- М., 2000..

Кора отделяется от оболочки отчётливой границей, на которой скачкообразно возрастают скорости сейсмических волн, что вызвано резким повышением плотности вещества. Эта граница носит название раздел Мохоровичича (иначе - поверхность Мохо или раздел М) по фамилии сербского сейсмолога, открывшего её в 1909 г.

Толщина коры непостоянна, она изменяется от нескольких километров в океанических областях до нескольких десятков километров в горных районах материков. В самых грубых моделях Земли кору представляют в виде однородного слоя толщиной порядка 35 километров. Ниже, до глубины примерно 2900 км, расположена мантия. Она, как и земная кора, имеет сложное строение.

Граница между ядром и мантией наиболее отчётливая. Она сильно отражает продольные (Р) и поперечные (S) сейсмические волны и преломляет Р-волны. Ниже этой границы скорость Р-волны резко падает, а плотность вещества возрастает: от 5600 кг/м3 до 10000 кг/м3. S-волны ядро вообще не пропускает. Это означает, что вещество там находится в жидком состоянии.

В 30-е гг. сейсмологи установили, что у Земли есть и внутреннее, твёрдое ядро. Современное значение глубины границы между внутренним и внешним ядрами примерно 5150 км.

Граница наружной зоны Земли - расположена на глубине порядка 70 км. Литосфера включает в себя как земную кору, так и часть верхней мантии. Этот жёсткий слой объединяется в единое целое его механическими свойствами. Литосфера расколота примерно на десять больших плит, на границах которых случается подавляющее число землетрясений.

Под литосферой на глубинах от 70 до 250 км существует слой повышенной текучести - так называемая астеносфера Земли. Жёсткие литосферные плиты плавают в «астеносферном океане».

В астеносфере температура мантийного вещества приближается к температуре его плавления. Чем глубже, тем выше давление и температура. В ядре Земли давление превышает 3600 кбар, а температура - 6000 °С.

Тепловая энергия земных недр выделяется с поверхности планеты в виде теплового потока, который измеряется количеством тепла, выделяемого с единицы площади за единицу времени. Измерить тепловой поток Земли с достаточной точностью удалось только во второй половине XX века.

Континентальную земную кору можно представить в виде 15 - километрового слоя гранита, лежащего на слое базальта такой же толщины. Концентрация радиоактивных изотопов, служащих источниками тепла, в гранитах и базальтах хорошо изучена. Это прежде всего радиоактивный калий, уран и торий. Подсчитано, что при их распаде выделяется примерно 130 Дж/(см год). В тоже время средний тепловой поток, который равен 130 - 170 Дж/(см год). Следовательно, он почти полностью определяется тепловыделением в гранитном и базальтовом слоях.

С океанической корой всё обстоит иначе. Она значительно тоньше континентальной, и основу её составляет 5 - 6 -километровый базальтовый слой. Распад содержащихся в нём радиоактивных элементов даёт всего около 10 Дж/(см год). Однако, когда специалисты измерили тепловой поток на океанах, он оказался примерно таким же, как и на материках.

Сегодня установлено, что основная часть тепла поступает в океаническую кору через литосферную плиту из мантии. Вещество мантии постоянно находится в движении. Неравенство температур различных слоёв в ней приводит к активному перемешиванию вещества: более холодное и, соответственно, более плотное тонет, более горячее всплывает. Это так называемая тепловая конвекция.

Большинство современных исследователей указывают на три возможных источника энергии для поддержания тепловой конвекции в мантии. Во-первых, мантия всё ещё сохраняет большое количество тепла, накопленного в период формирования планеты. Его достаточно, чтобы поверхностный тепловой поток сохранялся на его теперешнем уровне в течение срока, в несколько раз превышающего нынешний возраст Земли. При этом планета должна остывать, но её остывание происходит очень медленно. Во-вторых, определённое количество тепла, по-видимому, поставляется в мантию из ядра. И, наконец, третий источник - это распад радиоактивных элементов (их содержание в мантии в настоящее время трудно оценить).

В настоящее время Земля обладает атмосферой массой примерно 5.15*10 кг, т.е. менее миллионной доли массы планеты. Вблизи поверхности она содержит 78.08% азота, 20.05% кислорода, 0.94% инертных газов, 0.03% углекислого газа и в незначительных количествах другие газы Бронштэн В.А. Планеты и их наблюдения -- М., Наука, 1979.

Давление и плотность в атмосфере убывают с высотой. Половина воздуха содержится в нижних 5.6 км, а почти вся вторая половина сосредоточена до высоты 11.3 км. На высоте 95 километров плотность воздуха в миллион раз ниже, чем у поверхности. На этом кровне и химический состав атмосферы уже иной. Растёт доля лёгких газов, и преобладающими становятся водород и гелий. Часть молекул разлагается на ионы, образуя ионосферу.

Выше 1000 км. Находятся радиационные пояса. Их тоже можно рассматривать как часть атмосферы, заполненную очень энергичными ядрами атомов водорода и электронами, захваченными магнитным полем планеты.

Вода покрывает более 70% поверхности земного шара, а средняя глубина Мирового океана около 4 км. Масса гидросферы примерно 1.46*10 кг. Это в 275 раз больше массы атмосферы, но лишь 1/4000 от массы всей Земли.

Гидросферу на 94% составляют воды Мирового океана, в которых растворены соли (в среднем 3.5%), а также ряд газов. Верхний слой океана содержит 140 трлн тонн углекислого газа, а растворённого кислорода - 8 трлл тонн.

Юпитер является одной из наиболее удивительных планет Солнечной системы. Необычайным в этой планете является не ее полосатое тело с довольно быстрым перемещением темных полос и изменением их ширины и не огромное красное пятно, диаметр которого около 60 тыс. км., изменяющее время от времени свой цвет и яркость, и, наконец, не его «господствующее» по размеру и массе положение в планетной семье. Необычайное заключается в том, что Юпитер, как показали радиоастрономические наблюдения, является источником не только теплового, а и так называемого нетеплового радиоизлучения. Вообще для планет, которым присущи спокойные процессы, нетепловое радиоизлучение является совсем неожиданным

Юпитер - вторая по яркости после Венеры планета Солнечной системы. Но если Венеру можно видеть только утром или вечером, то Юпитер иногда сверкает всю ночь.

Юпитер - это планета-гигант, которая содержит в себе более 2/3 всей нашей планетной системы. Масса Юпитера равна 318 земным. Его объем в 1300 раз больше, чем у Земли. Средняя плотность Юпитера 1330 кг/м3, что сравнимо с плотностью воды и в четыре раза меньше, чем плотность Земли. Видимая поверхность планеты в 120 раз превосходит площадь Земли. Юпитер представляет собой гигантский шар из водорода, практически его химический состав совпадает с солнечным. А вот температура на Юпитере ужасающе низкая: -140 ° С Береговой Г.Т., Григоренко В.Н. Космическая Академия -- М., Академия, 1987.

Юпитер быстро вращается (период вращения 9 ч. 55 мин. 29 с .). Из-за действия центробежных сил планета заметно расплющилась, и её полярный радиус стал на 4400 км меньше экваториального, равного 71400 км Магнитное поле Юпитера в 12 раз сильнее земного

Возле Юпитера побывало пять американских космических аппаратов: в 1973 г . - «Пионер-10» , в 1974 - «Пионер-11». В марте и в июле1979 г. его посетили более крупные и «умные» аппараты - «Вояджер-1 и -2».В декабре 1995 до него долетела межпланетная станция «Галилео», которая стала первым искусственным спутником Юпитера и сбросила в его атмосферу зонд

Атмосфера Юпитера представляет собой огромную бушующую часть планеты, состоящую из водорода и гелия. Механизм, приводящий в действие общую циркуляцию на Юпитере, такой же, как и на Земле: разность в количестве тепла, получаемого от Солнца на полюсах и экваторе, вызывает возникновение гидродинамических потоков, которые отклоняются в зональном направлении кориолисовой силой. При таком быстром вращении, как у Юпитера, линии тока практически параллельны экватору. Картина усложняется конвективными движениями, которые более интенсивны на границах между гидродинамическими потоками, имеющими разную скорость. Конвективные движения выносят вверх окрашивающее вещество, присутствием которого объясняется слегка красноватый цвет Юпитера. В области темных полос конвективные движения наиболее сильны, и это объясняет их более интенсивную окраску. Самыгин С.И. Концепции современного нстествознания -- Ростов-на-Дону, Феникс, 2008

Так же как и в земной атмосфере, на Юпитере могут формироваться циклоны. Оценки показывают, что крупные циклоны, если они образуются в атмосфере Юпитера, могут быть очень устойчивы (время жизни до 100 тысяч лет). Вероятно, Большое Красное пятно является примером такого циклона. Изображения Юпитера, полученные при помощи аппаратуры, установленной на американских аппаратах «Пионер-10» и «Пионер-11», показали, что Красное пятно не является единственным образованием подобного типа: имеется несколько устойчивых красных пятен меньшего размера

Спектроскопическими наблюдениями было установлено присутствие в атмосфере Юпитера молекулярного водорода, гелия, метана, аммиака, этана, ацетилена и водяного пара. По-видимому, элементный состав атмосферы (и всей планеты в целом) не отличается от солнечного (90% водорода, 9% гелия, 1% более тяжелых элементов)

Полное давление у верхней границы облачного слоя составляет около 1 атм. Облачный слой имеет сложную структуру. Верхний ярус состоит из кристаллов аммиака ниже, должны быть расположен облака из кристаллов льда и капелек воды

Инфракрасная яркостная температура Юпитера, измеренная в интервале 8 - 14 мк , равна в центре диска 128 - 130К.

Наличие большого потока внутреннего тепла означает, что температура довольно быстро растет с глубиной. Согласно наиболее вероятным теоретическим моделям она достигает 400К на глубине 100 км ниже уровня верхней границы облаков, а на глубине 500 км - около 1200К. А расчеты внутреннего строения показывают, что атмосфера Юпитера очень глубокая - 10000 км, но надо отметить, что основная масса планеты (ниже этой границы) находится в жидком состоянии. Водород при этом находится в вырожденном, что то же самое, в металлическом состоянии (электроны оторваны от протонов). При этом в самой атмосфере водород и гелий, строго говоря, находятся в сверхкритическом состоянии: плотность в нижних слоях достигает 0,6-0,7г/см ?, и свойства скорее напоминают жидкость, чем газ. В самом центре планеты (по расчетам на глубине 30000 км ), возможно, находится твердое ядро из тяжелых элементов, образовавшееся в результате слипания частиц металлов и каменных образований

Юпитер преподносит много сюрпризов: он генерирует мощные полярные сияния, сильные радиошумы, возле него межпланетные аппараты наблюдают пылевые бури - потоки мелких твердых частиц, выброшенных в результате электромагнитных процессов в магнитосфере Юпитера. Мелкие частицы, которые получают электрический заряд при облучении солнечным ветром, обладают очень интересной динамикой: являясь промежуточным случаем между макро и микротелами, они примерно одинаково реагируют и на гравитационные и на электромагнитные поля

Именно из таких мелких каменных частиц, в основном состоит кольцо Юпитера, открытое в марте 1979 года (косвенное обнаружение кольца в 1974 г . по данным «Пионера» осталось непризнанным). Его главная часть имеет радиус 123-129 тыс. км. Это плоское кольцо около 30км толщиной и очень разреженное - оно отражает лишь несколько тысячных долей процента падающего света. Более слабые пылевые структуры тянутся от главного кольца к поверхности Юпитера и образуют над кольцом толстое гало, простирающееся до ближайших спутников. Увидеть кольцо Юпитера с Земли практически невозможно: оно очень тонкое и постоянно повернуто к наблюдателю ребром из-за малого наклона оси вращения Юпитера к плоскости его орбиты

У Юпитера обнаружено 16 лун. Две из них - Ио и Европа - размером с нашу Луну, а другие две - Ганимед и Каллисто - превзошли ее по диаметру примерно в полтора раза. Каллисто равна по размерам Меркурию, а Ганимед его обогнал. Правда, они находятся дальше от своей планеты, чем Луна от Земли. Только Ио видна в небе Юпитера как яркий красноватый диск (или полумесяц) лунных размеров, Европа, Ганимед и Каллисто выглядят в несколько раз меньше Луны. Хорошавина С.Г. Концепции современного естествознания. Курс лекций -- Ростов-на-Дону, 2006

Владения Юпитера довольно обширны: восемь внешних спутников настолько удалены от него, что их нельзя было бы наблюдать с самой планеты невооруженным глазом. Происхождение спутников загадочно: половина из них движется вокруг Юпитера в обратную сторону (по сравнению с обращением других 12 спутников и направлением суточного вращения самой планеты). Самый внешний спутник Юпитера в 200 раз дальше от него, чем самый близкий. Например, если высадиться на один из ближайших спутников, то оранжевый диск планеты займет полнеба. А с орбиты самого дальнего спутника диск гиганта Юпитера будет выглядеть почти в два раза меньше лунного. Садохин А.П. Концепции современного естествознания -- М., Юнити, 2006.

Спутники Юпитера - это интереснейшие миры, каждый со своим лицом и историей, которые открывались нам только в космическую эру.

Сатурн, бесспорно, - самая красивая планета Солнечной системы. Почти всегда в поле зрения телескопа наблюдатель видит эту планету, окруженную кольцом, которое при более внимательном наблюдении представляет собой систему трех колец. Правда, эти кольца отделены друг от друга, слабоконтрастными промежутками, поэтому не всегда все три кольца удается рассмотреть. Если наблюдать Сатурн при наилучших атмосферных условиях (при незначительном турбулентном дрожании изображения и т.п.) и с увеличением в 700-800 раз, то даже на каждом из трех колец едва заметны тонкие концентрические полосы, напоминающие промежутки между кольцами. Самое светлое и самое широкое - среднее кольцо, а самое слабое по яркости - внутреннее. Внешний диаметр системы колец почти в 2,4, а внутренний в 1,7 раза больше диаметра планеты

Температура планеты на уровне верхней границы облачного покрова, где давление равно 0,1 атм , составляет всего 85 К , или -188 С. Интересно, что за счет нагревания одним Солнцем даже такой температуры получить нельзя. Расчет показывает: в недрах Сатурна имеется свой собственный источник тепла, поток от которого в 2,5 раза больше, чем от Солнца. Сумма этих двух потоков и дает наблюдаемую температуру планеты. Космические аппараты подробно исследовали химический состав надоблачной атмосферы Сатурна. В основном она состоит почти на 89% из водорода. На втором месте гелий (около 11% по массе). Отметим, что в атмосфере Юпитера его 19%. Дефицит гелия на Сатурне объясняют гравитационным разделением гелия и водорода в недрах планеты: гелий, который тяжелее, постепенно оседает на большие глубины. Другие газы в атмосфере -- метан, аммиак, этан, ацетилен, фосфин -- присутствуют в малых количествах.