Планеты солнечной системы

ПЛАНЕТЫ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

С древних времен астрономия по праву занимает одно из центральных мест в науке о  природе. Долгое время человеческий глаз оставался единственным «инструментом» астрономических исследований. Начало качественно новой эры в изучении космического пространства относится к первой половине 17 века и связано с именем великого итальянского естествоиспытателя Г. Галилея, впервые применившего оптический телескоп для наблюдения звездного неба.

Конец прошлого и начало нашего века подарил новую  молодость древнейшей науке. Начались исследования состава и строения звезд и планет, возникли невиданные ранее космологические модели Вселенной. Благодаря изобретению радиотелескопа и приборов, работающих в рентгеновской и других коротковолновых областях, были открыты целые классы неведомых ранее небесных объектов. Последние значительные достижения в астрономии связаны с появлением космических летательных аппаратов, с помощью которых за последние десятилетия удалось узнать о Солнечной системе больше, чем за предшествующие тысячелетия. Солнце и обращающиеся вокруг него 9 планет с их спутниками — наше ближайшее космическое окружение; этой теме и посвящен настоящий цикл статей.

ВЕНЕРА, планета, среднее расстояние от Солнца 0,72 а. е., период обращения 224,7 сут, вращения 243 сут, средний радиус 6050 км, масса 4,9 ^. 10²⁴ кг. Атмосфера: CO₂ (97%), N₂ (ок. 3%), H₂O (0,05%), примеси CO, SO₂, HCl, HF. Температура у поверхности ок. 750 К, давление ок. 10⁷ Па, или 100 ат. На поверхности Венеры обнаружены горы, кратеры, камни. Поверхностные породы Венеры близки по составу к земным осадочным породам.

* * *

ВЕНЕРА, вторая от Солнца и ближайшая к Земле  большая планета Солнечной системы.

Особенности движения

Венера движется вокруг Солнца по орбите, располагающейся  между орбитами Меркурия и Земли, с сидерическим периодом, равным 224,7 земных суток. Орбита Венеры близка к круговой — она имеет самый малый эксцентриситет (0,0068) среди планет Солнечной системы. Среднее расстояние от Венеры до Солнца равно 108,21 млн. км, что составляет 0,72333 а. е. Средняя скорость движения по орбите 34,99 км/с. Орбита наклонена к плоскости эклиптики под углом 35°23'39''.

Венера —  единственная планета Солнечной  системы, собственное вращение которой  противоположно направлению ее обращения вокруг Солнца. Период собственного вращения близок к 243 земным суткам, что соответствует угловой скорости вращения 2,99 · 10^-7 рад/с (у Земли 7,292 · 10^-5 рад/с). Из-за «обратного» направления вращения Венеры длительность солнечных суток на ней в 116,8 раз больше, чем на Земле, так что за один венерианский год восход и заход Солнца на Венере происходит всего дважды.

Расстояние  от Венеры до Земли изменяется от 38 млн. км до 258 млн. км. Наклон плоскости  экватора Венеры к плоскости ее орбиты не превышает 3°, из-за чего сезонные изменения на ней незначительны.

Для земного  наблюдателя угловое расстояние Венеры от Солнца не превышает 48°, вследствие чего она видна только в течение  некоторого времени после захода Солнца (вечерняя звезда) или незадолго до его восхода (утренняя звезда). Венера — наиболее яркое (после Солнца и Луны) светило земного неба. В максимуме блеска она достигает -4,4 звездной величины.

Самая «таинственная» планета

Венеру иногда называют одной из самых таинственных планет Солнечной системы: плотный  облачный покров окутывает ее поверхность. Атмосфера на Венере была открыта М. В. Ломоносовым. Наблюдая 6 июня 1761 прохождение Венеры по диску Солнца (событие довольно редкое, происходящее примерно дважды в столетие), он заметил, что в начале прохождения, когда Венера только небольшой частью нашла на солнечный диск, возникло «тонкое как волос сияние», окружившее часть диска планеты, еще не вступившей на солнечный диск. Подобным же образом, при схождении Венеры с диска, «появился на краю Солнца пупырь, который тем явственнее учинялся, чем ближе Венера к выхождению приходила». Эти наблюдения послужили доказательством наличия атмосферы у Венеры.

Форма и размеры. Рельеф поверхности

До тех пор  пока для исследований Венеры использовались только оптические телескопы, удавалось измерить лишь верхнюю границу радиуса плотного облачного покрова, закрывающего поверхность Венеры. Появление радиоинтерференционных методов позволило (поскольку облака прозрачны для электромагнитных волн радиодиапазона) перейти к исследованию ее твердой поверхности. Еще более точные данные были получены, когда Венера оказалась в пределах досягаемости космических аппаратов (советских, серий «Венера», и американских, серий «Маринер» и «Пионер-Венера»). Наиболее точное значение среднего радиуса твердой поверхности, найденное к настоящему времени при помощи радиовысотометрических и траекторных измерений, составляет 6051,5 ? 0,1 км. Радиус верхней границы облаков — около 6120 км.

Фигура планеты  близка к сферической. Более точно  она может быть представлена трехосным эллипсоидом, у которого полярное сжатие на два порядка меньше, чем у Земли. В экваториальной плоскости полуоси эллипсоида равны 6052,02 ? 0,1 км и 6050,99 ? 0,14 км; полярная полуось равна 6051, 54 ? 0,1 км.

Центр масс планеты  смещен по отношению к ее геометрическому центру на 430 ? 120 м. Объем твердой части Венеры составляет 0,859 объема Земли. Ускорение свободного падения вблизи твердой поверхности на экваторе Венеры достигает 8,6 м/с².

Поверхность Венеры преимущественно (на 90%) равнинная, хотя обнаружены три возвышенных области. Одна из них представляет собой огромное вулканическое плато (архипелаг Иштар), сравнимое по размерам с Австралией. Высочайшая вершина — гора Максвелл — вздымается здесь на высоту 12 км. Перепад высот вдоль экватора примерно 5 км. Низшая точка на поверхности находится на глубине 2,5 км от среднего уровня.

На поверхности  Венеры обнаружены кратеры, разломы  и другие признаки протекавших на ней интенсивных тектонических  процессов. Отчетливо просматриваются  и следы ударной бомбардировки. Поверхность покрыта камнями и плитами различных размеров; поверхностные породы близки по составу к земным осадочным породам.

Некоторые физические и химические параметры

Масса Венеры, наиболее точное значение которой получается из анализа траекторий искусственных спутников, равна 0,8136 от массы Земли, или 4,86 · 10²⁴ кг. Средняя плотность составляет 0,951 от средней плотности Земли (~ 5,5 г/см³).

Масса атмосферы  Венеры примерно в 100 раз превышает  массу атмосферы Земли. Преобладающую долю атмосферы составляет углекислый газ (~ 97%); азота — около 3%; водяного пара — менее десятой доли процента, кислорода — тысячные доли процента. В очень малых количествах имеются также примеси SO2, H2S, CO, HCl, HF. Облака Венеры состоят в основном из 75-80-процентной серной кислоты. Концентрация водяного пара увеличивается с высотой, достигая максимума на высоте около 50 км, где она в сто раз выше, чем у твердой поверхности, то есть доля пара на этой высоте приближается к одному проценту. Установлено, что легкого изотопа аргона на Венере на два порядка больше, чем на Земле.

Температура на поверхности Венеры (на уровне среднего радиуса планеты) — около 750 К, причем ее суточные колебания незначительны. Давление — около 100 ат, плотность газа почти на два порядка выше, чем в атмосфере Земли. Установление этих фактов явилось разочарованием для многих исследователей, полагавших, что на этой, так похожей на нашу, планете условия близки к тем, что были на Земле в каменноугольный период, а следовательно, там и похожая фауна. Первые определения температуры, казалось, могли оправдать такие надежды, но уточнения (в частности, при помощи спускаемых аппаратов) показали, что благодаря парниковому эффекту возле поверхности Венеры исключено всякое существование жидкой воды.

Температура и давление сначала падают с увеличением высоты. Минимум температуры (150-170 К) определен на высоте 100-120 км, а по мере дальнейшего подъема температура растет, достигая на высоте 12 тыс. км 600-800 К. Ветер, весьма слабый у поверхности планеты (не более 1 м/с), на высоте свыше 50 км усиливается до 150 м/с. Наблюдения с автоматических космических станций обнаружили в атмосфере грозы.

Магнитное поле Венеры незначительно — ее магнитный  дипольный момент меньше, чем у  Земли, по крайней мере, на пять порядков. Из-за относительной близости к Солнцу Венера испытывает значительные приливные воздействия, благодаря чему над ее поверхностью возникает электрическое поле, напряженность которого может вдвое превышать напряженность того «поля ясной погоды», наблюдаемого над поверхностью Земли.

Внутреннее строение

На основании  полученных данных предлагается несколько  моделей внутреннего строения Венеры. Согласно одной из них, наиболее реалистичной, на Венере имеется три оболочки. Первая из них — кора — имеет толщину примерно 16 км. Далее — мантия, силикатная оболочка, простирающаяся на глубину порядка 3300 км до границы с железным ядром, масса которого составляет около четверти всей массы планеты.

ЗЕМЛЯ, третья от Солнца большая планета Солнечной системы. Благодаря своим уникальным, быть может, единственным во Вселенной природным условиям, стала местом, где возникла и получила развитие органическая жизнь.

Форма, размеры и движение Земли

По форме  Земля близка к эллипсоиду, сплюснутому  у полюсов и растянутому в  экваториальной зоне. Средний радиус Земли 6371,032 км, полярный —6356,777 км, экваториальный —6378,160 км. Масса Земли 5,976·10²⁴ кг, средняя плотность 5518 кг/м³.

Земля движется вокруг Солнца со средней скоростью 29,765 км/с по эллиптической, близкой  к круговой орбите (эксцентриситет 0,0167); среднее расстояние от Солнца 149,6 млн. км, период одного обращения по орбите 365, 24 солнечных суток. Вращение Земли вокруг собственной оси происходит со средней угловой скоростью 7,292115·10^-5рад/с, что примерно соответствует периоду в 23 ч 56 мин 4,1 с. Линейная скорость поверхности Земли на экваторе —около 465 м/с. Ось вращения наклонена к плоскости эклиптики под углом 66° 33' 22''. Этот наклон и годовое обращение Земли вокруг Солнца обуславливают исключительно важную для климата Земли смену времен года, а собственное ее вращение —смену дня и ночи. Вращение Земли из-за приливных воздействий неуклонно (хотя и очень медленно —на 0,0015 с за столетие) замедляется. Имеются и небольшие нерегулярные вариации продолжительности суток.

Положение географических полюсов меняется с периодом 434 суток  с амплитудой 0,36''. Кроме того, имеются  и небольшие сезонные их перемещения.

Площадь поверхности  Земли 510,2 млн. км², из которых примерно 70,8% приходится на Мировой океан. Его средняя глубина около 3,8 км, максимальная (Марианская впадина в Тихом океане) равна 11,022 км; объем воды 1370 млн. км³, средняя соленость 35 г/л. Суша составляет соответственно 29,2% и образует шесть материков и острова. Она поднимается над уровнем моря в среднем на 875 м; наибольшая высота (вершина Джомолунгма в Гималаях) 8848 м. Горы занимают свыше 1/3 поверхности суши. Пустыни покрывают около 20% поверхности суши, саванны и редколесья —около 20%, леса —около 30%, ледники —свыше 10%. Свыше 10% суши занято под сельскохозяйственными угодьями.

По современным  космогоническим представлениям Земля  образовалась примерно 4,6-4,7 млрд. лет  назад из захваченного притяжением  Солнца протопланетного облака. На образование первых, наиболее древних из изученных горных пород потребовалось 100-200 млн. лет. Примерно 3,5 млрд. лет назад возникли условия, благоприятные для возникновения жизни. Homo sapiens («Человек разумный») как вид появился примерно полмиллиона лет назад, а формирование современного типа человека относят ко времени отступления первого ледника, то есть около 40 тыс. лет назад.

У Земли имеется  единственный спутник —Луна. Ее орбита близка к окружности с радиусом около 384400 км.

Внутреннее строение

Основную роль в исследовании внутреннего строения Земли играют сейсмические методы, основанные на исследовании распространения в ее толще упругих волн (как продольных, так и поперечных), возникающих при сейсмических событиях —при естественных землетрясениях и в результате взрывов. На основании этих исследований Землю условно разделяют на три области: кору, мантию и ядро (в центре). Внешний слой —кора —имеет среднюю толщину порядка 35 км. Основные типы земной коры —континентальный (материковый) и океанический; в переходной зоне от материка к океану развита кора промежуточного типа. Толщина коры меняется в довольно широких пределах: океаническая кора (с учетом слоя воды) имеет толщину порядка 10 км, тогда как толщина материковой коры в десятки раз больше.

Поверхностные отложения занимают слой толщиной около 2 км. Под ними находится гранитный слой (на континентах его толщина 20 км), а ниже —примерно 14-километровый (и на континентах, и в океанах) базальтовый слой (нижняя кора). Средние плотности составляют: 2,6 г/см³ —у поверхности Земли, 2,67 г/см³ —у гранита, 2,85 г/см³ —у базальта.

На глубину  примерно от 35 до 2885 км простирается мантия Земли, которую называют также силикатной оболочкой. Она отделяется от коры резкой границей (так называемая граница Мохоровича, или «Мохо»), глубже которой скорости как продольных, так и поперечных упругих сейсмических волн, а также механическая плотность скачкообразно возрастают. Плотности в мантии увеличиваются по мере возрастания глубины примерно от 3,3 до 9,7 г/см³.

В коре и (частично) в мантии располагаются обширные литосферные плиты. Их вековые перемещения не только определяют дрейф континентов, заметно влияющий на облик Земли, но имеют отношение и к расположению сейсмических зон на планете.

Еще одна обнаруженная сейсмическими методами граница (граница  Гутенберга) —между мантией и внешним ядром —располагается на глубине 2775 км. На ней скорость продольных волн падает от 13,6 км/с (в мантии) до 8,1 км/с (в ядре), а скорость поперечных волн уменьшается от 7,3 км/с до нуля. Последнее означает, что внешнее ядро является жидким. По современным представлениям внешнее ядро состоит из серы (12%) и железа (88%). Наконец, на глубинах свыше 5120 км сейсмические методы обнаруживают наличие твердого внутреннего ядра, на долю которого приходится 1,7% массы Земли. Предположительно, это железо-никелевый сплав (80% Fe, 20% Ni).