Планеты Солнечной системы

– все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении против часовой стрелки для наблюдателя, смотрящего со стороны Северного полюса Мира. Это направление называется прямым. В таком же направлении движутся почти все спутники и астероиды;

– осевое вращение большинства планет происходит в том же направлении – против часовой стрелки. Исключение составляют Венера и Уран, они вращаются по часовой стрелке;

– орбиты большинства планет близки по форме к окружности, эксцентриситет (отношение расстояния между центром и фокусом эллипса к длине большой полуоси) их мал, поэтому планеты не подходят близко друг к другу, их гравитационное воздействие мало (только у Меркурия орбита сильно вытянута);

– орбиты всех планет находятся примерно в одной плоскости эклиптики. Причем каждая следующая планета – примерно в два раза дальше от Солнца, чем предыдущая [9].

Ученые предполагают, что в Солнечной системе есть еще одна (десятая планета), но пока точные размеры и расстояние от Солнца неизвестны. Предположение выдвинуто на основе изучения орбиты Плутона: ее возмущения нельзя объяснить только воздействием известных планет [6, с.30].

Далее, к Солнечной планетной системе относится большое число так называемых «малых планет», или астероидов, расположенных в основном между Марсом и Юпитером, а также значительное число относительно «крупных» малых планет (200-500 километров диаметром), расположенных за Нептуном, в поясе Койпера. К Солнечной системе относится множество комет, образующих так называемое облако Оорта, расположенное за орбитой Плутона, и многочисленные спутники больших планет [17, с.118] (Приложение Б).

В межпланетном пространстве присутствует метеороидное вещество – мелкие небесные вещества размером от пылинки до глыб.

Метеоры – мельчайшие твердые тела с массой несколько граммов, вторгшиеся в атмосферу планеты. Они сгорают не долетая до поверхности.

Если в атмосферу планеты вторгается крупное небесное тело – болид, то оно не успевает сгорать в атмосфере и падает на поверхность. Вес таких тел должен быть несколько тысяч тонн. Упавшие на поверхность планеты небесные тела называются метеоритами [16, c.43].

Важную роль в Солнечной системе играет межпланетная среда, те формы вещества и поля, которые заполняют пространство Солнечной системы. Основные компоненты этой среды – солнечный ветер (поток заряженных частиц, в основном протонов и электронов, истекающих с поверхности Солнца); заряженные частицы высокой энергии, приходящие из глубин космоса; межпланетное магнитное поле; межпланетная пыль (большая часть с массой 10-3 – 10-5 г), основным источником которой являются кометы; нейтральный газ (атомы водорода и гелия) [12, с.386].

Вывод: Вот уже два века проблема происхождения Солнечной системы волнует выдающихся мыслителей нашей планеты. Этой проблемой занимались, начиная от философа Канта и математика Лапласа, астрономы и физики XIX и XX столетий. И все же мы до сих пор довольно далеки от решения этой проблемы. Но за последние три десятилетия прояснился вопрос о путях эволюции звезд. И хотя детали рождения звезды из газово-пылевой туманности еще далеко не ясны, мы теперь четко представляем, что с ней происходит на протяжении миллиардов лет дальнейшей эволюции.

В Солнечной системе осталось 8 планет. Такое решение принято 24 августа 2006 года в Праге на 26-й Ассамблее Международного астрономического союза. После передела Солнечная система стала выглядеть удивительно гармонично: планеты земной группы – пояс астероидов – планеты-гиганты – пояс Койпера. Среди планет воцарился порядок, какой и должен быть в системе, населенной разумными представителями Вселенной.

Изучение солнечной системы будет продолжаться еще очень долго. Никто не знает сколько загадок ещё скрывает солнечная система, сколько будет новых открытий, экспедиций, экспериментов.

ГЛАВА 2. ПЛАНЕТЫ ЗЕМНОЙ ГРУППЫ

К планетам земной группы относятся Меркурий, Венера, Земля, Марс.

Различие планет по физическим свойствам обусловлено тем, что планеты земной группы формировались ближе к Солнцу, а планеты-гиганты – на очень холодной периферии Солнечной системы.

1. Планеты земной группы имеют небольшие размеры, диаметр Земли – самой большой из них – составляет 12735 км.
2. Они имеют большую плотность (плотность Земли – 5,5 г/см3). Основными их составляющими являются силикаты (соединения кремния) и железо. Следовательно, планеты земной группы – твердые тела.
3. Планеты медленно вращаются вокруг своей оси. У Меркурия период вращения равен 58,7 земных суток, у Венеры – 243 суткам, у Марса – немного больше суток. Из-за медленного вращения полярное сжатие у планет небольшое, т. е. они имеют близкую к шару форму.
4. Планеты земной группы обладают значительной скоростью орбитального движения. Самая большая скорость у Меркурия – 48 км/с, у Венеры – 35 км/с, у Марса – 24 км/с.
5. Планеты имеют всего три спутника: у Земли – Луна, у Марса – Фобос и Деймос. Есть предположение, что когда-то Меркурий был спутником Венеры, но из-за близкого расстояния к Солнцу был притянут к звезде и теперь обращается вокруг Солнца [9].

2.1Основные характеристики планеты Земля

Земля имеет единственный спутник – Луну. Земля и Луна находятся достаточно близко по отношению друг к другу. Приливно-отливные взаимодействия затормозили вращение Луны таким образом, что теперь к Земле обращена всегда одна и та же её сторона. По этой же причине меняются со временем сидерический и синодический месяцы. Приливно-отливное трение замедляет вращение Земли, но угловой импульс земно-лунной системы остается постоянным. Следовательно, Луна медленно удаляется от Земли, так что в итоге месяц и день также становятся более длинными (Приложение В).

Земная атмосфера играет большую роль в поддержании температурного баланса. Она не допускает сильного охлаждения поверхности и перегрева днём. Обладая парниковым эффектом, атмосфера поддерживает постоянную, более высокую чем в космосе, температуру на Земле. Атмосфера защищает обитателей Земли от потока вредного для жизни излучения – рентгеновского, ультрафиолетового, гамма-излучения и др. Атмосфера предохраняет от метеорных тел, которые постоянно прилетают из межпланетного пространства. Метеоры сталкиваются с Землёй со скоростью до 72 км/с. Сила удара частицы массой 0,001 г, летящей с такой скоростью, аналогична выстрелу в упор. Ежедневно в атмосферу вторгаются миллиарды частиц.

Химический состав земной атмосферы практически не меняется до высоты около 90 км.

Атмосфера Земли содержит следующие составляющие: азот (78%), кислород (21%), водяной пар (0,2-0,4%), углекислый газ (0,03%), неон (0,0018%), гелий (0,0005%), также присутствуют метан, сернистый газ, водород и др. в малых количествах. Температура воздуха быстро падает с высотой в области толщиной несколько километров  в пределах которой располагается основная облачность.

С ростом высоты под действием солнечного излучения небольшая доля кислорода превращается в озон. Поглощение озоном ультрафиолетового излучения способствует нагреванию атмосферы и предотвращает дальнейшее падение температуры.

Поэтому температурный минимум достигается на высоте 17 км, а на высоте 50 км температура повышается почти до приповерхностной.

Выше 300 км атмосфера почти пропадает, её остатки нагреваются Солнцем до 1500°С [19, с.30].

Одним из принципиальных компонентов атмосферы является кислород (О2). Но так было не всегда. Вероятно, сначала в атмосфере Земли были газы метан, аммиак и водород. Это основные компоненты, из которых и сегодня состоят атмосферы Юпитера и Сатурна. Кислород стал появляться около 1,8 миллиарда лет назад. Вначале атмосфере происходили медленные химические процессы. В более высоких слоях молекулы воды расщеплялись под воздействием солнечного ультрафиолетового излучения. В результате этого процесса освобождался содержащийся в них водород. Этот газ, обладая большой скоростью собственного движения, покидал гравитационное поле Земли. За миллионы лет количество водорода постепенно уменьшалось.

Одновременно шёл процесс охлаждения земной коры. Значительная часть водяного пара, содержащегося в атмосфере, конденсировалась и образовывались первые океаны.

Непрерывное уменьшение количества водорода и существование воды в жидкой форме на поверхности планеты положило начало сложной серии химических реакций, которые в ходе тысячелетий постепенно приводили к увеличению количества свободной ангидрида углерода. Он же, вместе с оставшейся в атмосфере водой, в виде пара, внёс большой вклад в разогревание Земли по эффекту сжатия. Примитивные анаэробные организмы начали высвобождать в воздух большое количество кислорода (О2).

Процесс образования атмосферы продолжается по сей день, вследствие воздействия живых существ, которые постоянно модифицируют её состав. Например, если бы на планете не было жизни, реакции образования азотной кислоты (NHO3) из азота (N2) воды (Н2O) и свободного кислорода (O2), который присутствует в атмосфере, привели бы к тому, что океаны стали кислотными почти как аккумуляторные батареи автомобиля.

В то же время некоторые живые организмы препятствуют этой аккумуляции азотной кислоты (NHO3), преобразуя её в азот и аммиак. Это необыкновенное и тончайшее равновесие – только один пример сложности планетарной экосистемы и того, что Земля является исключительным явлением во Вселенной [19, с.28].

По современным представлениям Земля образовалась около 4,6 млрд лет назад. Первые ископаемые простейшие формы живых одноклеточных организмов датируются возрастом 3,5 млрд лет. За время своей истории Земля сильно изменила своё лицо. За сто млрд лет со времени её образования (около 4,6 млрд лет назад) наша планета, постоянно бомбардируемая метеоритами, должна была бы состоять из вулканических островов и окутана плотной атмосферой.

Напряженность магнитного поля у поверхности Земли составляет около 0,5 Э. Магнитные силовые линии Земли близки к силовым линиям некоторого диполя. Этот воображаемый диполь, поле ближе всего соответствует истинному, называется эквивалентным магнитным диполем. Точки пересечения его оси с поверхностью Земли называются геомагнитными полюсами. Они не совпадают с географическими. Предполагается, что магнитное поле возникает благодаря гидродинамическим движениям в жидком ядре. Если в ядре имеется какое-либо начальное магнитное поле, то при пересечении этого поля проводящего вещества возникает электрический ток. Электрический ток создаёт магнитное поле, которое при благоприятной геометрии течений может усилить начальное поле, а это усилит ток. Процесс усиления будет продолжаться до тех пор, пока растущие с увеличением тока потери на джоулево тепло не уравновесят приток энергии, поступающей за счёт гидродинамических движений. Магнитное поле возникает при достаточно быстром вращении планеты. Для формирования сильного магнитного поля необходимо приливное взаимодействие с Луной. На больших расстояниях от Земли форма её поля искажается под действием солнечного ветра [19, с.31].

Воздействие магнитного поля Земли простирается на десятки километров в космическое пространство. Там, где частицы, составляющие солнечный ветер, двигаясь со сверхзвуковой скоростью наталкиваются на внешнюю часть магнитосферы, образуется ударная волна. Некоторые из этих частиц проникают через магнитопаузу и захватываются в радиационных поясах Земли (Приложение Г).

Внутренний состав нашей планеты изучать намного сложнее, чем атмосферу. Самые глубокие скважины проникают на глубину до 10 км.

Очень интересные сведения о природе земных недр дают землетрясения. Огромные напряжения, накапливающиеся в коре Земли приводят время от времени к сильным колебаниям земной поверхности. Образующиеся при этом сейсмические волны распространяются внутри земли и преломляются в веществе, через которое проходят. Изучая распространение волн на сейсмических станциях, разбросанных по всему земному шару, можно получить много информации. Анализ сейсмических волн показал, что недра Земли  можно разделить на три основные слоя: кору, мантию и ядро.

Толщина коры различна в различных местах. Материковая кора толщину 40 км, а океаническая – 6 км. Кора плавает на верхнем жидком слое мантии (астеносфера). Вещество мантии скорее обладает упругостью и свойствами твёрдого вещества при ударах текучестью при длительном воздействии силы. Мантия простирается до глубины 2900 км. Ядро Земли имеет диаметр 7940 км. Тщательный анализ сейсмических волн, проходящих через планету, что на самом деле ядро Земли состоит из двух частей: внешнего слоя и внутренней твёрдой центральной области. Толщина внешнего жидкого слоя составляет 2220 км, а диаметр его твердого ядра равен 2510 км.

Так как Земля намагничена и большинство метеоритов железные – исследователи считают, что земное ядро является железным или железо-никелевым с примесью серы, кремния, кислорода. Давление внутри Земли составляет 3,7 млн атм [19, с.31].

Средняя плотность Земли 5,52 г/см3. Плотность слоев, прилегающих к поверхности, - 2,6 г/см3. Температура растёт с глубиной со скоростью 1° на 50 м. Согласно современным исследованиям, её значение в центре Земли равно 6 000 °С. В более глубоких слоях вещество обладает большей теплопроводностью. Внешние слои дополнительно нагревают радиоактивные элементы уран и торий.

Существует две гипотезы относительно происхождения Земли, предполагает, что Земля возникла как однородное тело, которое потом расплавилось внутри и произошло распределение вещества в соответствии с его плотностью (гравитационная дифференциация). Вторая предполагает, что в протопланетном облаке первыми  сконденсировались тугоплавкие вещества, и из них сформировались ядра планет, состоящие из тяжелых элементов, а затем образовались оболочки из более легкого вещества («неоднородная» аккреция) [19, с.33].