В состав Солнечной системы входят: Солнце – центральное тело; девять больших планет с их спутниками (более 60); малые планеты – астероиды (50-60 тысяч); кометы и метеорные тела (метеориты и метеоры).
Солнце – ближайшая к нам звезда. Расстояние от Земли до Солнца составляет 149,6 миллионов километров. Это расстояние условно называют одной астрономической единицей – 1 а.е. Свет проходит его за 8 минут и 19 секунд.
Масса Солнца в 770 раз превышает массу всех планет вместе взятых. В объеме Солнца мог бы уместиться 1 миллион таких шаров, как Земля. В Солнце сосредоточено 99,9% всей массы Солнечной системы.
Солнце представляет собой огромный плазменный шар (радиус его приблизительно 700 000 км), состоящий на 80% из водорода и почти на 20% из гелия. В недрах Солнца происходят термоядерные реакции: водород превращается в гелий, что сопровождается колоссальным выделением энергии.
Температура на поверхности Солнца приблизительно 6000 о С, а в его недрах – 15-20 млн. градусов.
Интенсивность процессов, протекающих на поверхности Солнца, периодически меняется, при этом говорят, что изменяется солнечная активность. Период изменения активности Солнца составляет в среднем 11 лет. Одновременно с одиннадцатилетним циклом протекает вековой, точнее, 80-90-летний цикл солнечной активности. Несогласованно накладываясь друг на друга, они вносят заметные изменения в процессы, совершающиеся в географической оболочке.
В причинную зависимость от степени напряженности солнечной активности поставлены следующие физические явления: магнитные бури, частоты полярных сияний, количество ультрафиолетовой радиации, интенсивность грозовой деятельности, температура воздуха, атмосферное давление, осадки и др. В конечном итоге изменение солнечной активности может влиять на изменение климата, на прирост древесины, массовое появление вредителей леса и сельскохозяйственных культур, размножение грызунов, промысловых рыб и т.д. С периодической деятельностью Солнца связаны многие заболевания человека (сердечно-сосудистые, нервно-психические, вирусные и др.).
Вокруг Солнца, согласно законам небесной механики, движутся восемь больших планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.
В соответствии с законами И.Кеплера, во-первых, каждая планета обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце; во-вторых, радиус-вектор планеты за равные промежутки времени описывает равные площади (т.е. вблизи Солнца планеты движутся быстрее, чем вдали от него); в-третьих, отношение кубов больших полуосей орбит двух любых планет Солнечной системы равно отношению квадратов их обращений вокруг Солнца.
Движение планет подчинено закону всемирного тяготения, открытому И.Ньютоном. Согласно этому закону, все тела взаимодействуют между собой с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратнопропорциональной квадрату расстояния между ними:
F= f ---------, где f –постоянная величина, m 1 и m 2 – массы двух взаимо-
действующих тел, r – расстояние между ними.
По своим размерам и физико-химическим свойствам планеты делятся на две группы: 1) планеты «земной» группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) имеют сравнительно небольшие размеры, относительно непродолжительный период обращения вокруг Солнца, обладают высокой плотностью вещества (от 4,0 до 5,5 г/см 3); 2) планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) имеют гигантские размеры, малую плотность (1,3 –1,6 г/см 3), однотипный химический состав и большое количество спутников. Плутон следует отнести к третьей группе, т.к. по своим размерам он примыкает к планетам «земной» группы, а по физико-химическим свойствам сближается с планетами-гигантами. Вероятно, за орбитой Плутона могут существовать другие тела, орбиты которых представляют собой сильно вытянутые эллипсы.
По отношению к Земной орбите планеты делятся тоже на две группы: 1) внутренние (Меркурий, Венера) находятся всегда вблизи Солнца и поэтому их можно наблюдать на небе либо на востоке перед восходом Солнца, либо на западе после его захода; 2) внешние (Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, невооруженным глазом видны только первые три, остальные можно наблюдать лишь в телескоп.
Меркурий – планета самая близкая к Солнцу (расстояние почти 58 млн.км или 0,4 а.е.). Период обращения вокруг Солнца составляет 88 суток. Атмосфера сильно разрежена (практически ее нет, т.к. сила тяжести мала и не может удерживать газовую оболочку). Температура на солнечной стороне +400 о С (ночью ниже –100 о С). Поверхность напоминает лунный ландшафт, т.к. сильно «изрыта» кратерами.
Венера – ближайшая к Земле планета, ее размеры почти такие же, как у Земли (диаметр Венеры составляет около 12 112 км). Расстояние от Солнца до Венеры 108 млн. км (0,7 а.е.); период обращения равен 225 суткам. Венера имеет мощную атмосферу, состоящую из углекислого газа (97%), азота, инертных газов и др. Углекислый газ и водяной пар (0,1%) создают парниковый эффект, в результате чего температура на Венере почти +500 о С. Поверхность планеты всегда скрыта от наблюдателей плотным слоем облаков.
Земля – третья от Солнца планета (расстояние до Солнца приблизительно 150 млн.км, или 1 а.е.). Средний диаметр Земли около 12 742 км; период обращения вокруг Солнца – 1 год. Земля имеет 1 спутник – Луну. (Подробнее см. в главе «Характеристика Земли как планеты»).
Марс – четвертая от Солнца планета (расстояние до Солнца составляет около 228 млн. км, или 1,5 а.е.; период обращения приблизительно 2 года). По диаметру Марс вдвое меньше Земли. Атмосфера его состоит из углекислого газа, аргона и др., плотность ее меньше земной (атмосферное давление у поверхности Марса такое же, как на Земле на высоте 35 км). Температура колеблется от +20 о С до –120 о С. Поверхность Марса имеет красноватый оттенок, а у полюсов видны белые шапки (вероятно, из замерзшей углекислости). Поскольку Марс имеет наклон оси такой же, как у Земли, то на нем хорошо выражена смена времен года (таяние «шапок»). Марс имеет два спутника: Фобос и Деймос.
Юпитер – самая большая планета в Солнечной системе. Расстояние до Солнца 780 млн.км (5 а.е.), период обращения приблизительно 12 лет. Диаметр Юпитера в 11 раз больше диаметра Земли. Из-за быстрого вращения вокруг своей оси Юпитер сильно сжат у полюсов. Атмосфера его состоит из водорода, гелия, метана, аммиака. Температура –140 о С. Юпитер имеет систему небольших колец и 16 спутников (Ио, Европа, Каллисто, Ганимед и др.), причем Ганимед и Каллисто по размерам превышают планету Меркурий.
Сатурн – вторая по величине планета в Солнечной системе. Расстояние до Солнца 1 млрд. 430 млн. км (10 а.е.), период обращения около 30 лет. Атмосфера по составу газов близка к атмосфере Юпитера; температура –170 о С. Сатурн имеет систему колец (внешние, средние, внутренние). Кольца не сплошные, они представляют собой совокупность тел, вращающихся вокруг планеты. У Сатурна есть 18 спутников (Титан, Янус, Рея и др.).
Уран – седьмая от Солнца планета (расстояние до Солнца 2 млрд. 869 млн. км, или 19 а.е.; период обращения приблизительно 84 года). Атмосфера аналогична атмосферам других планет-гигантов, температура –215 о С. Уран имеет систему небольших колец и 17 спутников (Ариель и др.).
Нептун находится на расстоянии 4 млрд. 497 млн. км от Солнца (30 а.е.), период его обращения составляет 165 лет. По размерам и физическим условиям Нептун близок к Урану. Имеет 11 спутников (Тритон, Нереида и др.).
Кроме больших планет, вокруг Солнца движутся и малые планеты – астероиды . Они образуют самостоятельный пояс между орбитами Марса и Юпитера. Астероиды не имеют определенной формы, а представляют собой угловатые глыбы или обломки. Вероятно, что это осколки небольшой разрушенной планеты. Орбиты их достаточно эллиптичны. Крупных астероидов известно около 2000 (Церера, Веста, Паллада, Юнона и др.), а общее их количество более 60 тысяч.
Кометы (в переводе с греческого означает хвостатые). Большинство комет движется вокруг Солнца по сильно вытянутым эллиптическим орбитам. Согласно гипотезе голландского ученого Оорта, на окраинах Солнечной системы остались сгустки вещества, из которого образовались кометы («облако Оорта»). Некоторые кометы являются пришельцами из космоса, их орбиты представляют собой параболы и гиперболы. Кометы имеют вид туманных объектов со светящимся ядром в центре и хвостом, длина которого увеличивается с приближением кометы к Солнцу. Состоят кометы из смерзшихся камней и газов (СО, СО 2, N 2 , СН и др.). При приближении к Солнцу вокруг ядра кометы образуется газовая оболочка (голова, которая может быть размером с Солнце) и хвост – испаряющиеся газы (длина хвоста может достигать десятков млн. км). Наиболее известна комета Галлея с периодом обращения вокруг Солнца 76 лет (последний раз она проходила вблизи Земли в 1986 г. В конце марта 1996 года вблизи Земли прошла комета, которая была видна невооруженным глазом. В 1997 году, в марте-апреле, наблюдалась комета Хёйла-Боппа. Эта комета была открыта в июле 1995 г. американскими учеными А.Хёйлом и Т.Боппом. Оказалось, что данная комета имеет эллиптическую орбиту с периодом около 3000 лет. 23 марта 1997 г. комета проходила мимо Земли на расстоянии 195 млн. км, в это время блеск кометы достигал максимума. Таким образом, в конце марта – начале апреля 1997 года комета Хёйла-Боппа была также хорошо видна на небе.
Метеорные тела – это метеориты и метеоры. Метеориты – тела, поступающие из межпланетного пространства, они выпадают в виде осколков. Крупные метеориты называют болидами. Считают, что метеориты являются обломками астероидов. Метеоры – мельчайшие твердые частицы, вторгающиеся в атмосферу Земли (наблюдаемые в виде «падающих» звезд). Их происхождение связано с распавшимися ядрами комет. Особенно много метеоров появляется каждый год в начале января, конце апреля, середине августа и середине ноября («метеорные дожди»). За год на Землю выпадает несколько тонн метеоритного вещества.
Солнечная система
– это спаянная силами взаимного притяжения система небесных тел.
В нее входят: центральная звезда – Солнце, 8 больших планет с их спутниками, несколько
тысяч малых планет, или астероидов, несколько сот наблюдавшихся комет и бесчисленное
множество метеорных тел, пыли, газа и мелких частиц.
Она сформировалась путём гравитационного сжатия
газопылевого облака примерно 4,57 млрд лет назад.
Солнце
Солнце – ближайшая к Земле звезда, все другие находятся от нас неизмеримо дальше. Например, ближайшая к нам звезда Проксима из системы a Центавра в 2500 раз дальше Солнца. Для Земли Солнце мощный источник космической энергии. Оно дает свет и тепло, необходимые для растительного и животного мира, и формирует важнейшие свойства атмосферы Земли . В целом Солнце определяет экологию планеты. Без него – не было бы и воздуха, необходимого для жизни: он превратился бы в жидкий азотный океан вокруг замерших вод и обледеневшей суши. Для нас, землян, важнейшая особенность Солнца в том, что около него возникла наша планета и на ней появилась жизнь.
Меркурий
Меркурий - ближайшая к Солнцу планета.
Древние римляне считали Меркурия покровителем торговли, путешественников и воров, а также вестником богов. Неудивительно, что небольшая планета, быстро перемещающаяся по небу вслед за Солнцем, получила его имя. Меркурий был известен еще с древних времен, однако древние астрономы не сразу поняли, что утром и вечером видят одну и ту же звезду. Меркурий ближе к Солнцу, чем Земля: среднее расстояние от Солнца составляет 0,387 а.е., а расстояние до Земли колеблется от 82 до 217 млн. км. Наклонение орбиты к эклиптике i = 7° - одно из самых больших в Солнечной системе. Ось Меркурия почти перпендикулярна к плоскости его орбиты, а сама орбита очень вытянута (эксцентриситет е = 0,206). Средняя скорость движения Меркурия по орбите - 47,9 км/с. Из-за приливного воздействия Солнца Меркурий попал в резонансную ловушку. Измеренный в 1965 году период его обращения вокруг Солнца (87,95 земных суток) относится к периоду вращения вокруг оси (58,65 земных суток) как 3/2. Три полных оборота вокруг оси Меркурий завершает за 176 суток. За тот же срок планета совершает два оборота вокруг Солнца. Таким образом, Меркурий занимает относительно Солнца то же самое положение на орбите, и ориентировка планеты остаётся прежней. Спутников Меркурий не имеет. Если они и были, то в процессе формирования планеты упали на протомеркурий. Масса Меркурия почти в 20 раз меньше массы Земли (0,055M или 3,3 10 23 кг), а плотность почти такая же, как у Земли (5,43 г/см3). Радиус планеты составляет 0,38R (2440 км). Меркурий меньше некоторых спутников Юпитера и Сатурна.
Венера
Вторая планета от Солнца, имеет почти круговую орбиту. Она проходит к Земле ближе, чем какая-либо другая планета.
Но плотная, облачная
атмосфера не позволяет непосредственно видеть ее поверхность. Атмосфера:
СО 2 (97%), N2 (ок. 3%), H 2 O (0,05%), примеси CO, SO 2 ,
HCl, HF. Благодаря парниковому эффекту, температура поверхности
разогревается до сотен градусов. Атмосфера, представляющая собой плотное
одеяло из углекислого газа, удерживает тепло, пришедшее от Солнца. Это
приводит к тому, что температура атмосферы гораздо выше, чем в духовке.
Снимки, полученные с помощью радара, демонстрируют очень большое
разнообразие кратеров, вулканов и гор. Есть несколько очень больших
вулканов, высотой до 3 км. и шириной сотни километров. Излияние лавы на
Венере происходит гораздо дольше, чем на Земле. Давление на поверхности
около 107 Па. Поверхностные породы Венеры близки по составу к земным
осадочным породам.
Найти Венеру на небе проще, чем любую другую планету. Ее плотные облака
хорошо отражают солнечный свет, делая планету яркой на нашем небе.
Каждые семь месяцев в течении нескольких недель Венера представляет
собой самый яркий объект в западной части неба по вечерам. Три с
половиной месяца спустя она восходит на три часа раньше Солнца,
становится сверкающей "утренней звездой" восточной части неба. Венеру
можно наблюдать через час после захода Солнца или за час до восхода. У
Венеры нет спутников.
Третья от Сол
нца планета. Скорость обращения Земли по эллиптической
орбите вокруг Солнца равна - 29,765 км/с. Наклон земной оси к плоскости
эклиптики 66 o 33"22"". У Земли есть естественный спутник - Луна .
Земля обладает магн
итным и электрическим полями. Земля образовалась 4,7
млрд. лет назад из рассеянного в протосолнечной системе газо
-пылевого
вещества. В составе Земли преобладают: железо (34,6%), кислород (29,5%),
кремний (15,2%), магний (12,7%). Давление в центре планеты - 3,6*10 11 Па, плотность около 12 500 кг/м 3 , температура 5000-6000 o C. Большую часть п
оверхности занимает Мировой океан (361,1 млн.км 2 ; 70,8%); суша составляет 149,1 млн.км 2
и образует шесть матери
ков и острова. Она поднимается над уровнем
мирового океана в среднем на 875 метров (наибольшая высота 8848 метров -
г.Джомолунгма). Горы занимают 30% суши, пустыни закрывают около 20%
поверхности суши, саванны и редколесья - около 20%, леса - около 30%,
ледники - 10%. Средняя глубина океана около 3800 метров, наибольшая -
11022 метра (Марианский желоб в Тихом океане), объем воды 1370 млн.км 3 , средняя соленость 35г/л. Атмосфера Земли, общая масса которой 5,15*10 15
тонн, состоит из воздуха - смеси в основном азота (78,1%) и кислорода
(21%), остальное - водяной пары, углекислый газ, благородные и другие
газы. Около 3-3,5 млрд. лет назад в результате закономерной эволюции
материи на Земле возникла жизнь, началось развитие биосферы.
Марс
Четвертая планета от Солнца, похожая на Землю, но меньше по величине и
холоднее. На Марсе имеются глубокие каньоны,
гигантские вулканы и
обширные пустыни. Вокруг Красной планеты, как еще называют Марс, летают
две небольшие луны: Фобос и Деймос. Марс - это следующая за Землей
планета, если считать от Солнца, и единственный, кроме Луны космический
мир, который уже можно достичь при помощи современных ракет. Для
астронавтов это путешествие длиной в 4 года могло бы явиться следующим
рубежом в исследовании космического пространства. Вблизи экватора Марса,
в районе называемом Тарсис, расположены вулканы колоссальных размеров.
Тарсис - название, которое астрономы дали возвышенности, имеющей 400 км.
в ширину и около 10 км. в высоту. На этом плато расположено четыре
вулкана, каждый из которых просто гигант в сравнении с любым земным
вулканом. Самый грандиозный вулкан Тарсиса, Гора Олимп, возвышается над
окружающей местностью на 27 км. Около двух третей поверхности Марса
представляет собой горную местность с большим количеством кратеров,
возникших от ударов и окруженных обломками твердых пород. Вблизи
вулканов Тарсиса змеится обширная система каньонов длинной около
четверти экватора. Долина Маринер имеет ширину 600 км., а глубина ее
такова, что гора Эверест целиком опустилась бы на ее дно. Отвесные скалы
высятся на тысячи метров, от дна долины до плато наверху. В древние
времена на Марсе было много воды, по поверхности этой планеты текли
большие реки. На Южном и Северном полюсах Марса лежат ледяные шапки. Но
этот лед состоит не из воды, а из застывшего атмосферного углекислого
газа (застывает при температуре -100 o C). Ученые считают, что
поверхностные воды хранятся в виде захороненных в грунте ледяных глыб,
особенно в полярных областях. Состав атмосферы: CO 2 (95%), N 2 (2,5%), Ar (1,5 - 2%), CO (0,06%), H 2 O (до 0,1%); давление у поверхности 5-7 гПа. Всего к Марсу было послано около 30 межпланетных космических станций.
Юпитер
Пятая планета от Солнца, самая большая планета Солнечной системы.
Юпитер - не твердая планета. В отличие от четырех твердых планет, ближе
других расположенных к Солнцу, Юпитер представляет собой газовый
шар.Состав атмосферы: H 2 (85%), CH 4 , NH 3 ,
He(14%). Газовый состав Юпитера очень похож на солнечный. Юпитер -
мощный источник теплового радиоизлучения. Юпитер имеет 16 спутников
(Адрастея, Метида, Амальтея, Фива, Ио, Лиситея, Элара, Ананке, Карме,
Пасифе, Cинопе, Европа, Ганимед, Каллисто, Леда, Гималия), а также
кольцо шириной 20000 км., почти вплотную примыкающие к планете. Скорость
вращения Юпитера настолько велика, что планета выпячивается вдоль
экватора. Кроме того, такое быстрое вращение является причиной очень
сильных ветров в верхних слоях атмосферы, где облака вытягиваются
длинными красочными лентами. В облаках Юпитера имеется очень большое
количество вихревых пятен. Самое большое из них - так называемое Большое
Красное пятно, превосходит по своим размерам Землю. Большое Красное
пятно представляет собой огромных размеров бурю в атмосфере Юпитера,
которую наблюдают вот уже 300 лет. Внутри планеты под огромным давлением
водород из газа превращается в жидкость, а дальше из жидкости в твердое
тело. На глубине 100 км. расположен безбрежный океан жидкого водорода.
Ниже 17000 км. водород оказывается сжат настолько сильно, что его атомы
разрушаются. И тогда он начинает вести себя, как металл; в этом
состоянии он легко проводит электричество. Электрический ток,
протекающий в металлическом водороде, создает вокруг Юпитера сильное
магнитное поле.
Сатурн
Шестая от Солнца планета, имеет поразительную систему колец. Из-за
быстрого вращения вокруг своей оси Сатурн как бы сплюснут у полюсов.
Скорость ветров на экваторе достигает 1800 км/ч. Ширина колец Сатурна
400 000 км., но в толщину они имеют всего несколько десятков метров.
Внутренние части колец вращаются вокруг Сатурна быстрее, чем наружные.
Кольца в основном состоят из миллиардов мелких частиц, каждая из которых
обращается по орбите вокруг Сатурна как отдельный микроскопический
спутник. Вероятно, эти «микроспутники» состоят из водяного льда или из
камней, покрытых льдом. Размер их колеблются от нескольких сантиметров
до десятков метров. В кольцах имеются и более крупные объекты - каменные
глыбы и фрагменты до сотен метров в поперечнике. Щели между кольцами
возникают под действием сил тяготения семнадцати лун (Гиперион, Мимас,
Тефия, Титан, Энцелад и др.), которые заставляют кольца расщепляться. В
состав атмосферы входят: CH 4 , H 2 , He, NH 3 .
Уран
Седьмая от
Солнца планета. Была открыта в 1781 году английским
астрономом Уильямом Гершелем, и названа в честь
греческог
о бога неба
Урана. Ориентация Урана в пространстве отличается от остальных планет
Солнечной системы - его ось вращения лежит как бы «на боку» относительно
плоскости обращения этой планеты вокруг Солнца. Ось вращения наклонена
на угол 98 o . Вследствие этого планета бывает обращена к
Солнцу попеременно то северным полюсом, то южным, то экватором, то
средними широтами. Уран имеет более 27 спутников (Миранда, Ариэль,
Умбриэль, Титания, Оберон, Корделия, Офелия, Бианка, Крессида,
Дездемона, Джульета, Порция, Розалинда, Белинда, Пэк и др.) и систему
колец. В центре Урана находится ядро, состоящее из камня и железа. В
состав атмосферы входят: H 2 , He, CH 4 (14%).
Нептун
Е
го орбита пересекается с орбитой Плутона в некоторых местах.
Экваториальный диаметр такой же, как и у Урана, хотя
ра
сположен Нептун
на 1627 млн. км дальше от Урана (Уран расположен в 2869 млн. км от
Солнца). Исходя из этих данных, можно сделать вывод, что эту планету не
смогли заметить в XVII веке. Одним из ярких достижений науки, одним из
свидетельств неограниченной познаваемости природы было открытие планеты
Нептун путем вычислений - "на кончике пера". Уран - планета, следующая
за Сатурном, который много веков считался самой из далеких планет, была
открыта В. Гершелем в конце XVIII в. Уран с трудом виден невооруженным
глазом. К 40-м годам XIX в. точные наблюдения показали, что Уран едва
заметно уклоняется от того пути, по которому он должен следовать с
учетом возмущений со стороны всех известных планет. Таким образом,
теория движения небесных тел, столь строгая и точная, подверглась
испытанию. Леверье (во Франции) и Адамс (в Англии) высказали
предположение, что, если возмущения со стороны известных планет не
объясняют отклонение в движении Урана, значит, на него действует
притяжение еще не известного тела. Они почти одновременно рассчитали,
где за Ураном должно быть неизвестное тело, производящее своим
притяжением эти отклонения. Они вычислили орбиту неизвестной планеты, ее
массу и указали место на небе, где в данное время должна была
находиться неведомая планета. Эта планета и была найдена в телескоп на
указанном ими месте в 1846 г. Ее назвали Нептуном. Нептун не виден
невооруженным глазом. На этой планете дуют ветры со скоростями до 2400
км/час, направленные против вращения планеты. Это самые сильные ветры в
Солнечной системе.
Состав атмосферы: H 2 , He, CH 4 . Имеет 6 спутников (один из них Тритон).
Нептун - в римской мифологии бог морей.
От поверхности к ядру: восемь путешествий по недрам планет Солнечной системы.
Восемь планет нашей Солнечной системы принято разделять на внутренние (Меркурий, Венера, Земля, Марс), расположенные ближе к звезде, и внешние (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Отличаются они не только расстоянием до Солнца, но и рядом других характеристик. Внутренние планеты − плотные и каменистые, небольших размеров; внешние − газовые гиганты. У внутренних совсем немного естественных спутников, или нет вовсе; у внешних их десятки, а у Сатурна есть еще и кольца.
Сравнительные размеры планет (слева направо: Меркурий, Венера, Земля, Марс)
NASA
Базовая «анатомия» внутренних планет Солнечной системы проста: все они состоят из коры, мантии и ядра. Кроме того, у некоторых ядро разделяется на внутреннее и внешнее. Например, как устроена Земля? Твердая кора покрывает полурасплавленную мантию, а в центре находится «двухслойное» ядро − жидкое внешнее и твердое внутреннее. Кстати, именно наличие жидкого металлического ядра создает на планете глобальное магнитное поле. На Марсе, к примеру, все немного иначе: твердая кора, твердая мантия, твердое ядро − он напоминает цельный бильярдный шар, и никакого магнитного поля у него нет.
Газовые гиганты − Сатурн и Юпитер − сложены совершенно иначе. Из самого названия этого типа планет понятно, что они представляют собой огромные шары газа, не имеющие твердой поверхности. Если б кому-нибудь довелось спускаться на одну из таких планет, он падал бы и падал к ее центру, где расположено небольшое твердое ядро. На Уране и Нептуне аммиак, метан и другие знакомые нам газы могут существовать лишь в твердой форме, поэтому две дальние планеты представляют собой огромные шары из льда и твердых фрагментов − ледяные гиганты. Впрочем, давайте рассмотрим их все по порядку, одну за другой.
Меркурий: громадное ядро
Ближайшая к Солнцу планета − одна из самых плотных в нашем списке: будучи чуть меньше спутника Сатурна Титана, она более чем вдвое тяжелее его. Плотнее Меркурия только Земля, но Земля достаточно велика для того, чтобы ее уплотняла еще и собственная гравитация, а если б этот эффект не проявлялся, то Меркурий был бы чемпионом.
Здесь царит тяжелое железо-никелевое ядро. Оно исключительно велико для планеты таких размеров − по некоторым предположениям, ядро может занимать основную часть объема Меркурия и иметь радиус около 1800-1900 км, примерно с Луну. Зато окружающие его кремниевые мантия и кора сравнительно тонки, не более 500-600 км в толщину. Судя по тому, что планета вращается слегка неравномерно (как сырое яйцо), ядро ее расплавлено и создает на планете глобальное магнитное поле.
Происхождение большого, плотного, исключительно богатого железом ядра Меркурия остается загадкой. Возможно, некогда Меркурий был в несколько раз крупнее, и ядро его не было чем-то аномальным, но в результате столкновения с неизвестным телом от него «отвалился» изрядный кусок коры и мантии. К сожалению, подтвердить эту теорию пока не удается.
1. Кора, толщина — 100-300 км. 2. Мантия, толщина — 600 км. 3. Ядро, радиус — 1800 км.
Joel Holdsworth
Венера: толстая кора
Самая беспокойная и горячая планета Солнечной системы. Ее чрезвычайно плотная и бурная атмосфера состоит из углекислого газа, метана и сероводорода, который выбрасывают многочисленные активные вулканы. Поверхность Венеры на 90% покрыта базальтовой лавой, здесь имеются обширные возвышенности на манер земных материков − жаль, что вода в жидком виде здесь существовать не может, вся она давно испарилась.
Внутреннее строение Венеры изучено плохо. Считается, что ее толстая силикатная кора уходит в глубину на несколько десятков километров. Судя по некоторым данным, 300-500 млн лет назад планета полностью обновила кору в результате катастрофических масштабов вулканизма. Предположено, что тепло, которое вырабатывается в недрах планеты из-за радиоактивного распада, не может на Венере «стравливаться» постепенно, как на Земле, посредством тектоники плит. Тектоники плит здесь нет, и энергия эта накапливается подолгу, и время от времени «прорывается» такими глобальными вулканическими «бурями».
Под корой Венеры начинается 3000-километровый слой расплавленной мантии неустановленного состава. А раз Венера относится к тому же типу планет, что и Земля, у нее предполагается и наличие железо-никелевого ядра диаметром около 3000 км. С другой стороны, наблюдения не обнаружили у Венеры собственного магнитного поля. Это может означать, что заряженные частицы в ядре не двигаются, и оно находится в твердом состоянии.
Возможное внутреннее строение Венеры
Wikimedia/ Vzb83
Земля: всё идеально
Наша любимая родная планета изучена, конечно, лучше всех, в том числе и геологически. Если двигаться от ее поверхности в глубину, твердая кора будет тянуться до примерно 40 км. Резко отличаются континентальная и океаническая кора: толщина первой может доходить до 70 км, а второй − практически не бывает более 10 км. Первая содержит немало вулканических пород, вторая покрыта толстым слоем осадочных.
Кора, как потрескавшаяся сухая грязь, разделена на литосферные плиты, двигающиеся относительно друг друга. Судя по современным данным, тектоника плит − уникальное в Солнечной системе явление, которое обеспечивает постоянное и некатастрофическое, в целом спокойное обновление ее поверхности. Очень удобно для всех!
Ниже начинаются слои мантии: верхняя (40-400 км), нижняя (до 2700 км). На мантию приходится львиная доля массы планеты − почти 70%. По объему мантия еще внушительнее: если не считать атмосферу, она занимает около 83% нашей планеты. Состав мантии, скорее всего, напоминает состав каменистых метеоритов, она богата кремнием, железом, кислородом, магнием. Несмотря на постоянное перемешивание, не стоит считать мантию жидкой в привычном понимании этого слова. Из-за огромного давления почти все ее вещество находится в кристаллическом состоянии.
Наконец, мы попадем в железо-никелевое ядро: расплавленное внешнее (на глубине до 5100 км) и твердое внутреннее (вплоть до 6400 км). На ядро приходится почти 30% массы Земли, а конвекция жидкого металла во внешнем ядре создает на планете глобальное магнитное поле.
Общая структура планеты Земля
Wikimedia/ Jeremy Kemp
Марс: застывшие плиты
Хотя сам Марс заметно меньше Земли, интересно, что площадь его поверхности примерно равна площади земной суши. Но перепады высот здесь куда заметнее: на Красной планете расположены самые высокие в Солнечной системе горы. Местный Эверест − Олимпус Монс − поднимается на высоту 24 км, а громадные горные хребты выше 10 км могут тянуться на тысячи километров.
Покрытая базальтовыми породами кора планеты в северном полушарии имеет толщину около 35 км, а в южном − аж до 130 км. Считается, что некогда на Марсе также существовало движение литосферных плит, однако с какого-то момента они остановились. Из-за этого вулканические точки перестали менять свое расположение, и вулканы стали расти и расти сотни миллионов лет, создавая исключительно могучие горные вершины.
Средняя плотность планеты довольно невелика − видимо, из-за небольших размеров ядра и наличия в нем немалого (до 20%) количества легких элементов − скажем, серы. Судя по имеющимся данным, ядро Марса имеет радиус около 1500-1700 км и остается жидким лишь частично, а значит − способно создавать на планете лишь очень слабое магнитное поле.
Сравнение строения Марса и других планет земной группы
NASA
Юпитер: сила тяжести и легкие газы
Сегодня не существует технических возможностей исследовать строение Юпитера: слишком уж велика эта планета, слишком сильна ее гравитация, слишком плотна и неспокойна атмосфера. Впрочем, где здесь кончается атмосфера и начинается сама планета, сказать трудно: этот газовый гигант, по сути, не имеет никаких четких внутренних границ.
По существующим теориям, в центре Юпитера имеется твердое ядро по массе в 10-15 раз больше Земли и в полтора раза крупнее ее по размерам. Впрочем, на фоне планеты-великана (масса Юпитера больше массы всех остальных планет Солнечной системы вместе взятых) эта величина совсем незначительна. Вообще же Юпитер состоит на 90% из обычного водорода, а на оставшиеся 10% − из гелия, с некоторым количеством простых углеводородов, азота, серы, кислорода. Но не стоит думать, что из-за этого структура газового гиганта «проста».
При колоссальном давлении и температуре водород (а по некоторым данным, и гелий) здесь должен существовать, в основном, в необычной металлической форме − этот слой, возможно, тянется на глубину в 40-50 тыс. км. Здесь электрон отрывается от протона и начинает вести себя свободно, как в металлах. Такой жидкий металлический водород, естественно, является отличным проводником и создает на планете исключительно мощное магнитное поле.
Модель внутренней структуры Юпитера
NASA
Сатурн: саморазогревающаяся система
Несмотря на все внешние различия, отсутствие знаменитого Красного пятна и наличие еще более знаменитых колец, Сатурн очень похож на соседний Юпитер. Он состоит из водорода на 75%, и на 25% из гелия, со следовым количеством воды, метана, аммиака и твердых веществ, в основном сосредоточенных в горячем ядре. Как и на Юпитере, здесь имеется толстый слой металлического водорода, создающий мощное магнитное поле.
Пожалуй, главным отличием двух газовых гигантов являются теплые недра Сатурна: процессы в глубине поставляют планете уже больше энергии, чем солнечное излучение − он излучает в 2,5 раза больше энергии сам, чем получает от Солнца.
Этих процессов, видимо, два (отметим, что и на Юпитере они также работают, просто на Сатурне имеют большее значение) − радиоактивный распад и механизм Кельвина − Гельмгольца. Работу этого механизма можно представить довольно легко: планета охлаждается, давление в ней падает, и она немного сжимается, а сжатие создает дополнительное тепло. Впрочем, нельзя исключать и наличие других эффектов, создающих энергию в недрах Сатурна.
Внутреннее строение Сатурна
Wikimedia
Уран: лед и камень
А вот на Уране внутреннего тепла явно недостаточно, причем настолько, что это до сих пор требует специального объяснения и озадачивает ученых. Даже Нептун, на Уран очень похожий, излучает тепло в разы больше, Уран же мало того, что получает от Солнца совсем немного, так и отдает порядка 1% этой энергии. Это самая холодная планета Солнечной системы, температура здесь может падать до 50 Кельвин.
Считается, что основная масса Урана приходится на смесь льдов − водного, метанового и аммиачного. Вдесятеро меньше по массе здесь водорода с гелием, и еще меньше твердых пород, скорее всего, сосредоточенных в сравнительно небольшом каменном ядре. Основная доля приходится на ледяную мантию. Правда, этот лед − не совсем та субстанция, к которой мы привыкли, он текуч и плотен.
Это означает, что у ледяного гиганта тоже нет никакой твердой поверхности: газообразная, состоящая из водорода и гелия атмосфера без явной границы переходит в жидкие верхние слои самой планеты.
Внутреннее строение Урана
Wikimedia/ FrancescoA
Нептун: алмазный дождь
Как и у Урана, у Нептуна атмосфера особенно заметна, она составляет 10-20% всей массы планеты и простирается на 10-20% расстояния до ядра в ее центре. Состоит она из водорода, гелия и метана, который придает планете голубоватый цвет. Опускаясь сквозь нее вглубь, мы заметим, как атмосфера постепенно уплотняется, медленно переходя в жидкую и горячую электропроводящую мантию.
Мантия Нептуна в десяток раз тяжелее всей нашей Земли и богата аммиаком, водой, метаном. Она действительно горяча − температура может достигать тысяч градусов − но традиционно вещество это называют ледяным, а Нептун, как и Уран, относят к ледяным гигантам.
Существует гипотеза, согласно которой ближе к ядру давление и температура достигают такой величины, что метан «рассыпается» и «спрессовывается» в кристаллы алмазов, которые на глубине ниже 7000 км образуют океан «алмазной жидкости», который проливается «дождями» на ядро планеты. Железо-никелевое ядро Нептуна богато силикатами и лишь немногим больше земного, хотя давление в центральных областях гиганта намного выше.
1. Верхняя атмосфера, верхние облака 2. Атмосфера, состоящая из водорода, гелия и метана 3. Мантия, состоящая из воды, аммиака и метанового льда 4. Железо-никелевое ядро
Naked Science
http://naked-science.ru/article/nakedscience/kak-ustroeny-planety
Здравствуйте уважаемые читатели! В данном посте речь пойдет о строении Солнечной системы. Я считаю, что просто необходимо знать о том, в каком месте Вселенной находится наша планета, а также что еще есть в нашей Солнечной системе помимо планет...
Строение Солнечной системы.
Солнечная система – это система космических тел, которая кроме центрального светила – Солнца, включает в себя девять больших планет, их спутники, множество маленьких планет, кометы, космическую пыль и мелкие метеорные тела, которые движутся в сфере преимущественного гравитационного действия Солнца.
В средине XVI века была раскрыта общая структура строения Солнечной системы польским астрономом Николаем Коперником. Он опровергнул представление того, что Земля – это центр Вселенной и обосновал представление движения планет вокруг Солнца. Такая модель Солнечной системы получила название гелиоцентрической.
В XVII веке Кеплер открыл закон движения планет, а Ньютон сформулировал закон всемирного притяжения. Но только после того, как Галилей в 1609 году изобрел телескоп, стало возможным изучение физических характеристик, входящих в состав Солнечной системы, космических тел.
Так Галилей, наблюдая за солнечными пятнами, впервые открыл вращение Солнца вокруг своей оси.
Планета Земля – это одно из девяти небесных тел (или планет), которые движутся вокруг Солнца в космическом пространстве.
Основную часть Солнечной системы составляют планеты , которые с разной скоростью вращаются вокруг Солнца в одном направлении и почти в одной плоскости по эллиптическим орбитам и находятся от него на разных расстояниях.
Планеты расположены в следующем порядке от Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Но Плутон иногда удаляется от Солнца более чем на 7 млрд. км, но из-за огромной массы Солнца, которая почти в 750 раз превышает массу всех остальных планет, остается в сфере его притяжения.
Самая крупная из планет – это Юпитер. Его диаметр в 11 раз превышает диаметр Земли и составляет 142 800 км. Самая маленькая из планет – это Плутон, диаметр которого составляет всего лишь 2 284 км.
Планеты, которые находятся ближе всего к Солнцу (Меркурий, Венера, Земля, Марс) очень сильно отличаются от последующих четырех. Они называются планетами земного типа , так как, подобно Земле, состоят из твердых пород.
Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, называются планетами юпитерианского типа , а также планетами-гигантами, и в отличие от них состоят в основном из водорода.
Также существуют еще и другие различия между планетами юпитерианского и земного типа.
«Юпитерианцы» вместе с многочисленными спутниками образуют собственные «солнечные системы».
По меньшей мере, 22 спутника у Сатурна. И всего три спутника, включая Луну, у планет земного типа. И кроме всего, планеты юпитерианского типа окружены кольцами.
Обломки планет.
Между орбитами Марса и Юпитера существует большой промежуток, где могла бы разместиться еще одна планета. Это пространство, на самом деле, заполнено множеством небесных тел небольшого размера, которые называют астероидами, или малыми планетами.
Церера – это название самого крупного астероида, диаметр которого около 1000 км. К настоящему времени открыто 2500 астероидов, которые в своих размерах значительно меньше Цереры. Это глыбы с поперечниками, которые не превышают в размере нескольких километров.
Большая часть астероидов вращаются вокруг Солнца в широком «астероидном поясе», который находится между Марсом и Юпитером. Орбиты некоторых астероидов выходят далеко за пределы этого пояса, а иногда приближаются довольно-таки близко к Земле.
Эти астероиды нельзя увидеть невооруженным глазом, потому что их размеры слишком малы, и они очень от нас удалены. Но другие обломки – например, кометы – могут быть видимы в ночном небе благодаря своему яркому сиянию.
Кометы – это небесные тела, которые состоят изо льда, твердых частиц и пыли. Большую часть времени комета движется в дальних участках нашей Солнечной системы и невидима для глаза человека, но когда она приближается к Солнцу, то начинает светиться.
Это происходит под воздействием солнечного тепла. Лед частично испаряется и превращается в газ, высвобождая частички пыли. Комета становится видимой, потому что газопылевое облако отражает солнечный свет. Облако, под давлением солнечного ветра, превращается в развевающийся длинный хвост.
Также существуют и такие космические объекты, которые можно наблюдать почти каждый вечер. Они сгорают при попадании в атмосферу Земли, оставляя при этом в небе узкий светящийся след – метеор . Эти тела называются метеорными, а их размеры не больше песчинки.
Метеориты — это крупные метеорные тела, которые достигают земной поверхности. Из-за столкновения с Землей огромных метеоритов, в далеком прошлом, образовались огромные кратеры на ее поверхности. Почти миллион тонн метеоритной пыли ежегодно оседает на Земле.
Рождение Солнечной системы.
Большие газопылевые туманности, или облака разбросаны среди звезд нашей галактики. В таком же облаке, около 4600 млн. лет назад, родилась и наша Солнечная система.
Произошло это рождение в результате коллапса (сжатия) этого облака под действи
ем сил гравитации.
Затем это облако начало вращение. А со временем оно превратилось во вращающийся диск, основная масса вещества которого сосредоточилась в центре. Гравитационный коллапс продолжался, центральное уплотнение постоянно уменьшалось и разогревалось.
Термоядерная реакция началась при температуре в десятки миллионов градусов, и тогда центральное уплотнение вещества вспыхнуло новой звездой – Солнцем.
Планеты сформировались из находящихся в диске пыли и газа. Столкновение частиц пыли, а также их превращение в большие глыбы, происходило во внутренних разогретых областях. Этот процесс называется аккреция – приращение.
Взаимное притяжение и столкновение этих всех глыб и привело к образованию планет земного типа.
Эти планеты имели слабое гравитационное поле и были слишком малы для того, чтобы притянуть к себе легкие газы (такие как гелий и водород), которые входят в состав аккреционного диска.
Рождение Солнечной системы было обычным явлением – постоянно и повсеместно во Вселенной рождаются подобные системы. И может быть, в одной из таких систем есть планета похожая на Землю, на которой существует разумная жизнь…
Вот мы и рассмотрели строение Солнечной системы, и теперь можем вооружиться знаниями для их дальнейшего применения на практике 😉
Наш дом в космосе это Солнечная система — звездная система, состоящая из восьми планет и входящая в состав галактики Млечный Путь. В центре — звезда по имени Солнце. Возраст солнечной системы — четыре с половиной миллиарда лет. Мы живём на третьей планете от солнца. А знаете ли Вы про другие планеты Солнечной системы?! Сейчас мы вам про них немного расскажем.
Меркурий — самая маленькая планета Солнечной системы. Её радиус — 2440 км. Период обращения вокруг Солнца составляет 88 земных дней. За это время оборот вокруг собственной оси Меркурий успевает совершить всего полтора раза. Сутки на Меркурии длятся приблизительно 59 земных дней. Орбита Меркурия является одной из самых нестабильных: там меняется не только скорость перемещения и его удалённость от Солнца, но и само положение. Спутников нет.
Нептун
— восьмая планета солнечной системы. Находится достаточно близко от Урана. Радиус планеты — 24547 км. Год на Нептуне равен 60190 суток, то есть где-то 164 земных года. Имеет 14 спутников. Имеет атмосферу, в которой зафиксирован самый сильный ветер — до 260 м/с.
Кстати, Нептун был открыта не с помощью наблюдений, а через математические расчёты.
Уран — седьмая планета в Солнечной системе. Радиус — 25267 км. Самая холодная планета — температура на поверхности -224 градуса. Год на Уране равен 30 685 земных суток, то есть примерно 84 года. Сутки — 17 часов. Имеет 27 спутников.
Сатурн
— шестая планета Солнечной системы. Радиус планеты — 57350 км. По размерам является второй после Юпитера. Год на Сатурне равен 10759 суткам, что составляет почти 30 земных лет. Сутки на Сатурне почти равны суткам на Юпитере – 10,5 земных часов. Наиболее схожа с Солнцем по составу химических элементов.
Имеет 62 спутника.
Главная «фишка» Сатурна — это его кольца. Их происхождение до сих пор не установлено.
Юпитер
— пятая по счёту планета от Солнца. Является крупнейшей планетой Солнечной системы. Радиус Юпитера – 69912 км. Это аж в 19 раз больше Земли. Год там длится аж 4333 земных суток, то есть почти неполных 12 лет. Сутки имеют продолжительность около 10 земных часов.
Юпитер имеет аж 67 спутников. Самые крупные из них – Каллисто, Ганимед, Ио и Европа. При этом Ганимед на 8% превышает размер Меркурия, самой маленькой планеты нашей системы и имеет атмосферу.
Марс
— четвёртая планета Солнечной системы. Радиус её составляет 3390 км, что почти вдвое меньше Земли. Год на Марсе — это 687 земных суток. Имеет 2 спутника - Фобос и Деймос.
Атмосфера планеты разрежённая. Найденная на некоторых участках поверхности вода позволяет предположить, что какая-то примитивная жизнь на Марсе была когда-то ранее или даже существует сейчас.
Венера
— вторая планета солнечной системы. По массе и радиусу она схожа с Землёй. Спутников нет.
Атмосфера Венеры практически полностью состоит из углекислого газа. Процент диоксида углерода в атмосфере — 96%, азота — примерно 4%. Водяной пар и кислород тоже присутствуют, но в очень незначительных количествах. Из-за того, что такая атмосфера создает эффект парника, температура на поверхности планеты достигает 475 °C. Сутки на Венере равны 243 земным дням. Год на Венере — 255 дней.
Плутон
— это карликовая планета на рубежах Солнечной системы, являющаяся доминирующим объектом в далекой системе из 6-ти малых космических тел. Радиус планеты — 1195 км. Период обращения Плутона вокруг Солнца составляет примерно 248 земных лет. Сутки на Плутоне равны 152 часам. Масса планеты равна примерно 0,0025 массы Земли.
Примечательно, что Плутон исключен из разряда планет в 2006 году из-за того, что в поясе Койпера находятся объекты которые больше или равны по размерам с Плутоном, из-за чего, даже если его принимать его за полноценную планету, то в этом случае необходимо к этой категории присоединить Эриду — у неё которой почти одинаковый размер с Плутоном.