20.Планеты, относящиеся к земной группе, — Меркурий, Венера, Земля, Марс — имеют небольшие размеры и массы, средняя плотность этих планет в несколько раз превосходит плотность воды; они медленно вращаются вокруг своих осей; у них мало спутников (у Меркурия и Венеры их вообще нет, у Марса — два крохотных, у Земли — один).
Меркурий - самая близкая к Солнцу планета. Среди планет Солнечной системы ее отличает самая вытянутая эллиптическая орбита. Температура на освещенной стороне составляет 325-437°С, на ночной - от -123 до -185°С. Масса Меркурия составляет 1/18 массы Земли. . Несмотря на небольшие размеры, Меркурий имеет необычайно высокую плотность (5,42 г/см3), близкую к плотности Земли. Высокая плотность указывает на наличие горячего, и вероятно, расплавленного, металлического ядра, на которое приходится около 62% массы планеты. Ядро окружено силикатной оболочкой мощностью около 600 км. О химическом составе поверхностных пород и недр Меркурия можно судить лишь по косвенным данным. Отражательная способность меркурианского реголита свидетельствует о том, что он состоит из тех же пород, которые слагают лунный грунт.
Венера оборачивается вокруг своей оси еще медленнее (за 244 земных дня), чем Меркурий, причем в обратном направлении, поэтому Солнце на Венере восходит на западе и заходит на востоке. Масса Венеры составляет 81% земной массы. Вес предметов на Венере только на 10% меньше их веса на Земле. Для Венеры характерна очень плотная атмосфера. На поверхности атмосферное давление составляет не менее 90-100 атм, что соответствует давлению земных морей на глубине 1000 м. По химическому составу атмосфера состоит в основном из диоксида углерода с примесью азота, водяных паров, кислорода, серной кислоты, хлористого и фтористого водорода.
Марс расположен на 75 млн. км дальше от Солнца, чем Земля, поэтому марсианские сутки длиннее земных, а солнечной энергии к нему поступает в 2,3 раза меньше по сравнению с Землей. Период обращения вокруг оси почти как у Земли. Плотность атмосферы Марса в 130 раз меньше, чем Земли и равна всего 0,01 атм. В состав атмосферы входят диоксид углерода, азот, аргон, кислород, пары воды. Суточные колебания температуры превышают 100°С: на экваторе днем - около 10-20°, а на полюсах - ниже -100°С. Большие различия температуры наблюдаются между дневной и ночной сторонами планеты: от 10-30 до -120°С. На высоте около 40 км Марс окружен озоновым слоем. Для Марса отмечено слабое дипольное магнитное поле (на экваторе оно в 500 раз слабее земного).
Поверхность планеты изрыта многочисленными кратерами вулканического и метеоритного происхождения. Марс обладает двумя спутниками - Фобосом (27х21х19 км) и Деймосом (15x12x11 км), которые, очевидно, являются осколками астероидов. Орбита первого проходит в 5000 км от планеты, второго - в 20 000 км.
21. Из четырех гигантских планет - Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун - наибольшим является Юпитер. Юпитер больше Земли по диаметру в 11 раз. За ним по размеру следует Сатурн. Планеты-гиганты быстро вращаются вокруг оси: наименьший период вращения у Юпитера - менее 10ч, наибольший у Нептуна - около 16ч. Однако видимые поверхности этих планет, образованные непрозрачными облаками в их обширных атмосферах, вращаются с разной угловой скоростью. Экваториальные области вращаются несколько быстрее, чем более далекие от экватора. (Твердое тело так вращаться не может: все его точки вращаются с одинаковой угловой скоростью.)
Быстрое вращение вызвало сжатие планет-гигантов вдоль оси вращения, гораздо более сильное, чем у Земли. В телескоп сжатие хорошо заметно у Юпитера и у Сатурна.
Ось вращения у разных планет различно наклонена к плоскости их орбит. У Юпитера ось почти перпендикулярна к его орбите, и потому на Юпитере нет смены времен года. У Сатурна наклон оси близок к наклону земной оси; у Урана ось вращения близка к плоскости его орбиты, и он вращается как бы "лежа на боку" (поэтому на нем происходит резкая смена времен года). Как выглядит скрытая облаками поверхность планет-гигантов - неизвестно. В их атмосферах видны только облачные полосы, растянувшиеся параллельно их экватору вследствие вращения планет. Атмосферы планет-гигантов состоят преимущественно из аммиака и метана. В состав этих газов входит водород. По расчетам, водород должен быть главной составной частью этих планет в целом, особенно Юпитера. Во внутренних областях планет вещество сжато до плотности, во много раз превышающей плотность воды. Поверхность планет-гигантов состоит, вероятно, из льда и замерзших газов, так как измерения температуры атмосфер дают для Юпитера 138° ниже нуля и еще меньше для планет, более далеких от Солнца.
Среднюю плотность планеты мы получаем, разделив ее массу на объем. Но видимый объем таких планет определяется объемом, заключенным внутри облачных слоев их крайне толстых атмосфер. Масса же планет заключена главным образом в их плотном сжатом ядре, лежащем под поверхностью льда. Поэтому-то мы и получаем для планет-гигантов средние плотности, близкие к плотности воды, отчего раньше ошибочно думали, что эти планеты жидкие (наименьшую среднюю плотность - 0,7 имеет Сатурн). На самом же деле эти планеты, как было сказано выше, имеют плотное, тяжелое ядро с твердой замерзшей поверхностью, окруженной слоем замерзших газов и весьма обширной и сравнительно плотной непрозрачной атмосферой.
Очень низкая температура атмосфер планет-гигантов показывает, что тепло они почти целиком получают от Солнца, от которого находятся очень далеко, а из их недр к поверхности тепло почти не доходит. В небольшой телескоп на Юпитере видны полосы облаков.
На других планетах полосы видны хуже. Сатурн - единственная планета в солнечной системе, обладающая замечательной особенностью - кольцом Это кольцо очень тонкое (толщина его около 15 км) и располагается в плоскости экватора планеты. Кольцо Сатурна видно только в телескоп. При изменении взаимного расположения Земли и Сатурна с его кольцом вид последнего меняется (Рисунок 79). Кольцо, когда оно повернуто к нам ребром, видно только в сильнейшие телескопы. Русский астроном А. А. Белопольский в 1895 г. доказал, что кольцо Сатурна не сплошное, а состоит из множества частиц, обращающихся вокруг Сатурна независимо друг от друга по законам Кеплера, наподобие маленьких спутников. Они так близки друг к другу, что издали сливаются в одну светящуюся поверхность. Между их орбитами в некоторых местах есть более широкие промежутки, отчего получается как бы ряд концентрических колец.
У Юпитера известно 12 спутников, у Сатурна - 9, у Урана - 5 и у Нептуна - 2. Некоторые из них обращаются вокруг своих планет в сторону, противоположную той, в которую планеты вращаются вокруг своей оси. Четыре главных спутника Юпитера, открытые еще Галилеем, хорошо видны даже в небольшой телескоп. Интересно следить за обращением вокруг Юпитера этих спутников, которые вследствие своего обращения по-разному располагаются вблизи него, как показывает рисунок 77. Главный спутник Сатурна Титан и первый спутник Нептуна Тритон, в отличие от других спутников планет, имеют атмосферу того же состава, что и планеты-гиганты.
22.Малые тела Солнечной системы
Астероиды
Астероиды — малые планеты, невидимые невооруженным глазом. Полагают, что общее число астероидов, движущихся в кольце между Марсом и Юпитером, от крупнейших (Церера, диаметром около 1000 км) вплоть до тел поперечником 1 км, достигает 1 млн. После открытия в 1801 г. большой четверки астероидов (Церера, Паллада, Веста, Юиона) в течение последующих 40 лет поиски новых астероидов оставались безуспешными. В 1845 г. Карл Людвиг Генке открыл пятый астероид, получивший название Астрея. Еще через полтора года, в 1847 г., Генке открывает шестой астероид, названный Гебой. В том же году американец Дж. Э. Хемд открывает Ирис и Флору. Четырнадцать астероидов за 9 лег (с 1852 по 1861 гг.) открыл немецкий художник Герман Майер Соломон Гольдшмидт.
В 1860 г. было известно уже 62 астероида, к 1870 г. — 109, к 1880 г. — 211. Позднее астероиды были обнаружены и в других частях Солнечной системы. Например, астероид 588 Ахилл и еще 20 астероидов (их называют троянцами) движется почти точно по орбите Юпитера; астероид 2060 Хирон — наиболее удаленный от Солнца, с периодом обращения 50,7 года. Более 80 астероидов обнаружено вблизи Земли. Первый астероид вблизи Земли был открыт только 13 августа 1898 г. Густавом Виттом из обсерватории Урания в Берлине. Это был астероид 433 Эрос.
Метеоры
Метеор — это световое явление, заключающееся во вспыхивании на различных высотах над земной поверхностью вторгнувшихся в атмосферу мельчайших твердых частиц. В темную безоблачную ночь можно наблюдать, как вдруг пролетит по небу «звезда» и мгновенно исчезнет. Это явление объясняется следующим образом. В земную атмосферу влетают с огромной скоростью мельчайшие твердые крупинки, весящие доли грамма. Эти крупинки в бесчисленном количестве движутся в межпланетном пространстве и почти непрерывно налетают на Землю. Их скорость в среднем составляет около 30—40 км/сек Их называют метеорными частицами иметеороидами.
Влетев в земную атмосферу с огромной скоростью, метеорная частица встречает очень большое сопротивление воздуха. Поэтому она мгновенно нагревается до такой высокой температуры, что вскипает и превращается в раскаленный газ, быстро рассеивающийся в воздухе. Вот этот раскаленный, светящийся газ мы и замечаем в виде быстро мчащегося по небу метеора. После ярких метеоров на небе в течение нескольких секунд бывает виден слабый свет в виде тонкой ниточки.
Метеоры пролетают в слое атмосферы на высоте от 55 до 120 км над поверхностью Земли. Таким образом, метеорные частицы никогда не достигают земной поверхности.
Метеорные потоки
При наблюдении за одним и тем же участком неба в течение часа или больше, в некоторые дни года можно заметить интересное явление: метеоры, появляясь на небе последовательно один за другим, вылетают как бы из одного места на небе и веером разлетаются во все стороны. То место на небе, откуда как бы вылетают метеоры, называется радиантом. За 1—3 часа наблюдений можно заметить множество метеоров.
Все частицы потока летят в пространстве параллельно друг другу и кажутся нам разлетающимися только из-за перспективы.
Ежегодно в известные дни Земля пересекает орбиты обильных метеорных потоков. В это время наблюдается особо частое появление метеоров в определенном участке неба.Метеорный поток называют по имени того созвездия, в котором расположен радиант потока. Потоки метеоров движутся по орбитам, по которым раньше двигались исчезнувшие кометы (доказали это итальянский ученый Скиапарелли и русский ученый Ф. А. Бредихин). Выяснилось, что потоки метеоров — это продукты постепенного распада кометных ядер. Иногда этот распад происходит не постепенно, а очень быстро.
После частичного или полного распада ядра кометы перед ней, а еще больше вслед за ней, вдоль орбиты вытягивается вереница пылинок и мелких камешков — метеоров. Все они постепенно рассеиваются, и когда вереница их становится очень широкой, возможность встречи метеоров с Землей возрастает.
Метеориты — это выпавшие на Землю метеороиды. Им приписываются названия по местности падения: Забродье, Хмелевка, Лаврентьевка и т. д. По химическому составу и структуре метеориты объединяют в три основные группы: каменные (аэролиты), железокаменные (сидеролиты) и железные (сидериты). Сидериты на 91% состоят из железа, на 8% — из никеля, остальное — примеси кобальта, меди, фосфора, серы и других элементов. Сидеролиты содержат около 55% железа, 19% кислорода, 12% магния, 8% кремния, 5% никеля и 1% примесей. Аэролиты содержат 47% кислорода, 21% кремния, 16% железа, 14% магния и 2% примесей, В настоящее время в мире собрано более 3000 метеоритов. Наиболее известные: железный метеорит Гоба, найденный в 1920 г. на территории Намибии (60 т); Тунгусский метеорит (массой 106т влетел в атмосферу Земли 30 июня 1908 г. со скоростью 25 км/с). После взрыва Тунгусского метеорита было найдено множество остатков в виде оплавленных силикатных и железных шариков массой до 0,2 мг.
Болид — это проникающий из межпланетного пространства в нижние слои атмосферы крупный метеорит.
Кометы
Комета — тело Солнечной системы, движущееся вокруг Солнца по эллиптической орбите на значительном расстоянии от него.
Комета выглядит как туманное светящееся пятнышко. Это пятнышко называют головой кометы. Если кометы очень яркие, то их можно наблюдать невооруженным глазом. Они всегда имеют светящиеся длинные хвосты. Именно поэтому их назвали «кометы», что в переводе с греческого языка означает «хвостатые звезды».
Голова, или, как еще называют, кома — самая яркая часть кометы. Внутри нее предполагается твердое ядро — огромный ком космической пыли, камней, замерзших газов и сложных химических соединений, накрепко спаянных космическим холодом. Его размеры по космическим масштабам просто ничтожны — километры или десятки километров. Массы комет невелики: они не превышают одной миллионной доли массы Земли.
Предполагается, что на больших расстояниях от Солнца кометы представляют собой голые ядра, т. е. глыбы твердого вещества, состоящего из обыкновенного водяного льда н льда из метана и аммиака. В лед вморожены каменные и металлические пылинки и песчинки. При приближении к Солнцу этот очень грязный лед начинает испаряться, создавая вокруг ядра огромную газопылевую оболочку. Под действием давления солнечного света часть газов оболочки отталкивается в сторону, противоположную Солнцу, образуя хвост. У некоторых комет эти процессы протекают настолько интенсивно, что оболочка и хвост достигают огромных размеров. Диаметр оболочки сверхгигантской кометы Хэлмса в 1882 г. был равен 1,5 млн км с длиной хвоста 300 млн км.
Форма и протяженность хвостов различны. У кометы 1843 г. хвост имел длину не менее 300 млн км. У большой кометы 1744 г. было шесть ярких хвостов. Неоднократно наблюдались кометы, у которых хвост даже не развился с приближением их к Солнцу. Например, «бесхвостой» была комета, открытая в 1881 г. английским астрономом Деаннингом. Она приблизилась к Юпитеру на 24 млн км, к Марсу на 9 млн км, и к Земле на 6 млнкм. Комета подошла на 3 млн км к орбите Венеры, а затем повернула назад, уходя к границам Солнечной системы. Классификацию кометных хвостов предложил в XIX в. замечательный русский астроном Ф. А. Бредихин. Хвосты 1 типа — прямые, направленные от Солнца, образованы ионизированными молекулами кометной атмосферы, которые солнечным ветром уносятся прочь от ядра. Хвосты II типа изогнуты и по отношению к орбите кометы отклоняются назад.
Химический состав комет может отличаться в зависимости от расстояния комет от Солнца. Обычно спектр ядра кометы является копией солнечного спектра. По мере приближения кометы к Солнцу в спектре ядра появляются яркие линии паров металлов (натрия, кальция, магния, железа), а в спектре комет — яркие полосы нейтральных газовых молекул (углекислый газ, метан, циан, азот и др.).
Метеорный поток - множество метеоров, которые кажутся исходящими из одной точки в небе и наблюдаются в течение ограниченного периода (обычно несколько часов или дней). Метеорные потоки возникают, когда Земля при своем орбитальном движении пересекает метеорный рой (протяженное скопление метеорного вещества на орбите вокругСолнца). Известно множество ежегодных потоков, хотя только некоторые из них порождают метеорные дожди. Очень редко Земля сталкивается с особенно плотным роем частиц, и тогда может возникнуть исключительно сильный поток с десятками или сотнями метеоров каждую минуту. Обычно хороший регулярный поток дает около 50 метеоров в час. Члены потока характеризуются тем, что их траектории, прослеженные "в обратном направлении", кажутся пересекающимися в одной точке неба, названной радиантом. Эта иллюзия - эффект перспективы. Метеоры порождаются частицами вещества, входящими в верхние слои атмосферы по параллельным траекториям. Земля в это время встречает не одиночную метеорную частицу, а целый рой или облако таких частиц - метеорный поток. Все частицы потока летят в пространстве параллельно друг другу и кажутся нам разлетающимися только из-за перспективы. Вспомните, что рельсы железной дороги или деревья вдоль аллеи тоже кажутся нам расходящимися из отдаленной точки, тогда как на самом деле они расположены параллельно друг Другу. Ежегодно в известные дни Земля пересекает орбиты обильных метеорных потоков. В это время наблюдается особенно частое появление метеоров в определенном участке неба. Метеорный поток называют по имени того созвездия, в котором расположен радиант потока. Итальянский ученый Скиапарелли в прошлом столетии, а позднее Бредихин доказали, что потокиметеоров движутся по орбитам, по которым раньше двигались исчезнувшие кометы. Выяснилось, чтопотоки метеоров - это продукты постепенного распада кометных ядер. Иногда этот распад происходит не постепенно, а очень быстро. Известны случаи, когда ядра комет на глазах у наблюдателей в продолжение немногих суток дробились на несколько частей. После частичного или полного распада ядра кометы перед ней, а еще больше вслед за ней вдоль орбиты вытягивается вереница пылинок и мелких камешков - метеоров. Все они постепенно рассеиваются, и, когда вереница их становится очень широкой, возможность встречи их с Землей возрастает. Виды метеорных потоков:
Аквариды