Распространенность элементов в Солнечной системе

Исследование химического состава Солнца производится методами спектрального анализа. Это очень сложная работа, так как при условиях, существующих на Солнце, атомы элементов сильно ионизованы (так, атом железа теряет до 9 электронов).

Атмосфера Солнца находится в постоянном движении. Температуры фотосферы, хромосферы, солнечной короны резко различаются. Тем не менее, химический состав Солнца установлен достаточно полно. На Солнце обнаружено 72 элемента. Содержание 60 элементов определено достаточно надежно, но для элементов с атомной массой выше 57 данные менее точны.

Больше всего на Солнце водорода - почти 75% массы. Гелия содержится около 24%, лишь 1-2% приходится на все остальные элементы. Хотя 1% от солнечной массы - это не так уж и мало.

Масса Солнца равна 1,9910 г. Сотая доля этой массы составляет 1,9910³¹ г, или 1,991 0²⁵т, что составляет величину, в 3350 раз превышающую массу Земли. Довольно много на Солнце кислорода, углерода, азота, натрия, железа, никеля, мало лития. Бор и фтор обнаружены в соединении с водородом. Радия, урана, висмута, рения ничтожно мало, а радиоактивных элементов, получаемых в условиях Земли искусственно (прометия, астата), а также галогенов, кроме фтора, не обнаружено. В атмосфере Солнца на один атом кислорода

Химический анализ планет, окружающих Солнце, еще более труден, так как планеты светят только отраженным солнечным светом, и о их составе приходится судить по спектрам отражения. Эти спектры сложны для расшифровки и часто не дают однозначных ответов. Расширили возможности изучения состава планет, их атмосфер межпланетные космические станции.

Таблица 3.2 Плотности планет Солнечной системы

Сначала высказывались мнения о том, что все планеты Солнечной системы имеют одинаковый состав, но уже сравнение плотностей показало, что состав различается (см. табл. 3.2).

Меркурий, Венера, Земля, Марс, Луна - твердые тела. Они образованы силикатными, алюмосиликатными, карбонатными и другими минералами, составляющими их поверхностные слои. Внутри этих планет находится ядро, образованное более тяжелыми породами, содержащими элементы с большой атомной массой. Меркурий содержит ферромагнитное ядро и обладает сильным магнитным полем. Общее количество металлического железа, по некоторым данным, в Меркурии составляет около 58%. Венера и Марс, как и Земля, имеют железные ядра, окруженные минеральной, преимущественно силикатной, оболочкой. На Венере много карбонатов, термическое разложение которых привело к накоплению диоксида углерода в атмосфере этой планеты. По данным советских космических станций "Венера-4" - "Венера-7", атмосфера Венеры на 97% состоит из диоксида углерода, содержит около 2% азота, 1 % водяного пара и не более 0,1 % кислорода. Температура на поверхности планеты около 500° С, а давление около 1 00 атм.

Планета Марс имеет атмосферу значительно более разреженную, чем земная. Атмосферное давление на Марсе составляет всего 0,08 земного. Основными составными частями его атмосферы являются азот и диоксид углерода. Кислорода и водяных паров приблизительно в 1 000 раз меньше, чем в земной атмосфере. Вполне возможно, что химический состав соединений, образующих поверхность Марса, похож на земной. Это находит подтверждение в многочисленных экспериментах по моделированию марсианских условий. Это же подтверждают снимки, сделанные с достаточно близкого расстояния с космических станций "Марс" и "Маринер".

Гигантские планеты Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун образованы менее плотными веществами. Основу их составляют водород, гелий, метан, аммиак и другие газы. Cуществование твердого ядра у этих планет нельзя считать доказанным. Спектральные исследования Юпитера, Сатурна,

Урана и Нептуна показали наличие в их атмосферах метана. В атмосферах Юпитера и Сатурна обнаружен также аммиак, который, возможно, есть на Уране и Нептуне, но уже в твердом состоянии. Исследование показало также наличие водорода (около 60%), гелия (36%), неона (около 3%). Кроме того, в атмосфере содержатся сложные молекулы: циановодород, диоксид азота в форме ^О₄, вода, сероводород, высокомолекулярные молекулы (пирен, коронен, хризен и др.). Тем не менее, несмотря на многие годы исследований, химический состав планет-гигантов изучен недостаточно.

Происхождение планет

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.

Современные научные представления о Солнечной системе имеют своим началом теорию, разработанную великим польским ученым Николаем Коперником (1473-1543). В результате многолетних наблюдений и раздумий Коперник пришел к выводу, что центр нашей планетной семьи - Солнце, а Земля представляет собой одну из планет. Открытие польского ученого положило конец более чем тысячелетнему господству геоцентрической системы, разработанной древнегреческим философом и ученым Аристотелем (IV в. до н.э.) и дополненной во II в. до н.э. Клавдием Птолемеем. Геоцентрическая система утверждала, что наблюдаемые движения небесных светил объясняются их обращением вокруг центра Вселенной -неподвижной Земли. Система Аристотеля-Птолемея очень хорошо согласовывалась с христианскими представлениями о мире, божественном творении и особом положении человека во Вселенной. Поэтому церковники всячески защищали эту ошибочную теорию. Утверждение новой гелиоцентрической системы положило начало освобождению естествознания от гнета богословия.

Законы движения планет вокруг Солнца открыл немецкий ученый Иоганн Кеплер (1571-1630). Кеплер установил, что планеты перемещаются вокруг нашего дневного светила по несколько вытянутым окружностям - эллипсам, и чем ближе планета к Солнцу, тем больше ее скорость. Но законы Кеплера, рисуя картину движения планет, ничего еще не говорили о тех силах, которые этими движениями управляют. Решение данной проблемы пришло позже - в результате открытия английским ученым Исааком Ньютоном (1 642-1 727) закона всемирного тяготения. Именно сила тяготения удерживает планеты около Солнца, не дает им улететь в космическое пространство и заставляет обращаться по замкнутым орбитам.

Солнце служит центром притяжения не только для девяти больших планет, но и для десятков (а возможно, и сотен) тысяч различных космических тел: планетных спутников, астероидов, комет, а также метеоритов, частиц газопылевой материи, рассеянных атомов различных химических элементов, потоков атомных частиц и т. д.

Солнечной системе присущи определенные закономерности:

- орбиты планет лежат почти в одной плоскости, совпадающей с плоскостью экватора Солнца;

- планеты вращаются вокруг Солнца в том же направлении, в каком Солнце вращается вокруг своей оси, вращение собственных спутников планет происходит в том же направлении. Исключение составляет Венера, вращающаяся по часовой стрелке, Уран, который вращается «лежа на боку» - угол между плоскостью экватора Урана и плоскостью его орбиты составляет 82^о. В обратную сторону вращается Тритон - спутник Нептуна, маленькая Феба вокруг Сатурна и несколько маленьких спутников Юпитера.

- солнечная система обладает устойчивостью, несмотря на взаимное гравитационное возмущение;

- практически все вещество солнечной системы (99,9%) сосредоточено в Солнце. Почти половина оставшейся доли сосредоточена в Юпитере;

- планеты четко делятся на две группы: железокаменные, состоящие в основном из тяжелых элементов (железо, никель, кремний, кислород и др.) и водородно-гелиевые. К первым относятся Меркурий, Венера, Земля, Марс, расположенные сравнительно недалеко от Солнца (в пределах 1,5 астрономических единицы) ко вторым -Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, расположенные достаточно далеко от Солнца (от 3 до 30 астрономических единиц). Эти группы планет резко отличаются по плотности (табл. 3.2)

Солнечная система, таким образом, - 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.

Планетная космогония имеет свои специфические труд­ности. В ней крайне ограничена возможность эксперимента -лабораторным исследованиям доступны пока лишь метеориты и образцы лунных пород. 0граничены также возможности сравнительного метода исследования, так как строение и закономерности других планетных систем пока остаются неизвестными. Все наши представления о происхождении Солнечной системы мы должны основывать на закономерностях, присущих лишь ей одной. Так, важной закономерностью является то, что все планеты движутся вокруг Солнца в одном направлении, в единой плоскости (за исключением Плутона) и почти по круговым орбитам. С точки зрения законов небесной механики, это весьма редкий случай обращения тел под действием сил тяготения. Ведь согласно законам механики, такое движение должно происходить в разных направлениях и разных плоскостях, по вытянутым эллиптическим орбитам. Если бы Солнечная система образовалась в результате случайного, беспорядочного объединения небесных тел, то закономерности планетных движений значительно бы отличались от существующих.

Обращает на себя внимание также и то, что по своим физическим характеристикам планеты образуют две различные группы, отличающиеся размерами, плотностью, химическим составом планет. Одна из них состоит из сравнительно небольших планет земной группы - Меркурия, Венеры, Земли и Марса, которые имеют значительную плотность и состоят в основном из силикатов и металлов. Другую группу составляют планеты-гиганты - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, обладающие весьма малой плотностью, более быстрым вращением вокруг своей оси. Планеты второй группы состоят в основном из легких летучих элементов: на Юпитере и Сатурне преобладают водород и гелий, а на Уране и Нептуне - метан, аммиак, вода.

Итак, центральное тело нашей планетной системы -Солнце. Оно могучий источник энергии: ежесекундно наше светило излучает такое количество тепла, которого бы вполне хватило, чтобы растопить слой льда, окружающий земной шар толщиной в тысячу километров.

Ученые давно задумывались над тем, каким образом Солнце восполняет запасы своей энергии, столь щедро излучаемой в мировое пространство. Эту проблему мы уже рассмотрели в предыдущей главе, тем не менее, вспомним некоторые проблемы. На первых порах наиболее естественным считалось предположение, что энергия нашего дневного светила не пополняется. Но в таком случае температура Солнца должна была бы заметно понижаться (по расчетам, на 2% в год), а следовательно, непрерывно уменьшалось бы количество тепла и света, получаемых Землею. Между тем измерения, проводившиеся на протяжении ряда лет на специальных горных станциях, говорят о том, что поток светового и теплового излучения Солнца практически не меняется. А это означает, что энергия нашего светила постоянно пополняется из какого-то источника.

В свое время высказывалось предположение, что таким источником может служить непрерывное сжатие Солнца, происходящее под действием сил тяготения. Так действительно могло бы происходить, но тогда источника тепла и света хватило бы лишь всего на 20 миллионов лет. Между тем геологические данные убедительно свидетельствуют, что наша планета существует не менее 5 миллиардов лет. Возраст Солнца, следовательно, по крайней мере не ниже этой цифры.

Современная физика, раскрыв тайны атомного ядра и сложнейших ядерных превращений, пролила новый свет на загадку солнечной энергии. Правда, мы лишены возможности непосредственно наблюдать, что происходит в недрах Солнца. Но о внутренней жизни светила можно судить по процессам, протекающим на солнечной поверхности, по тем периодическим изменениям, которые здесь происходят.

В настоящее время можно считать доказанным, что в недрах Солнца при огромнейших температурах - в десятки миллионов градусов - и чудовищных давлениях протекают так называемые термоядерные реакции, которые сопровождаются выделением огромного количества энергии. Одной из таких реакций является, например, синтез ядер гелия. При этом четыре ядра атома водорода в результате длинной цепи ядерных превращений образуют одно ядро атома гелия. Подсчитано, что каждую секунду в недрах нашего дневного светила 564 миллиона тонн водорода превращаются в 560 миллионов тонн гелия, а остальные 4 миллиона тонн водорода переходят в излучение.

Итак, термоядерная реакция в недрах Солнца будет происходить до тех пор, пока не иссякнут запасы водорода. В настоящее время они составляют около 60% массы Солнца. Такого резерва должно хватить по меньшей мере на несколько десятков миллиардов лет. Следовательно, человечество на долгие времена обеспечено солнечным теплом и светом.

Наше Солнце - источник не только света и тепла: его поверхность излучает потоки невидимых ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, а также корпускул - заряженных частиц вещества. Воздействие этих излучений на характер процессов в земной атмосфере было замечено уже много лет назад. Но изучение их по-настоящему началось лишь в последние годы. Хотя количество тепла и света, посылаемого на Землю Солнцем на протяжении многих сотен миллионов лет, остается постоянным, интенсивность его невидимых излучений значительно меняется: она зависит от уровня так называемой солнечной активности.

Замечено, что в деятельности Солнца наблюдаются своеобразные циклы, в течение которых солнечная активность достигает максимального значения, а затем вновь убывает. Это случается примерно через каждые 11 лет. В такие годы увеличивается количество пятен и вспышек на поверхности нашего дневного светила, невидимые излучения достигают наибольшей интенсивности. Одновременно с этим на Земле возникают магнитные бури, происходят нарушения радиосвязи, наблюдается усиление ионизации верхних слоев атмосферы.

Кроме 11-летнего цикла солнечной активности существуют и другие, в частности, 100-летний, или вековой. Такие циклы как бы накладываются друг на друга. Благодаря этому общий уровень солнечной активности зависит от того, на каком этапе своего развития находится в данный момент каждый из циклов. Невидимые излучения Солнца достигают наибольшей интенсивности в те годы, когда максимумы циклов совпадают. Подобное совпадение произошло, например, в 1957 г.

Солнце оказывает заметное влияние не только на такие природные процессы, как погода, земной магнетизм, но и на биосферу - животный и растительный мир Земли, а также и на человека.

Влияние солнечной активности на биологические процессы отмечалось многими исследователями. В конце прошлого столетия русский ученый Н. Шведов обнаружил связь между толщиной годичных колец у деревьев и циклами активности нашего дневного светила. Другие ученые установили связь между солнечной активностью и ростом морских кораллов, размножением рыб и грызунов, набегами саранчи.

В 1934 г. по инициативе советского ученого профессора А.Л. Чижевского был проведен интересный эксперимент. В течение ряда лет Международный институт по изучению солнечных, земных и космических излучений, почетным председателем которого он являлся, рассылал французским госпиталям и больницам специальные извещения о предстоящих периодах усиления солнечной активности. В это время врачи должны были с особой тщательностью отмечать различные отклонения в состоянии пациентов: изменение кровяного давления, колебание температуры, появление болей. Полученные сведения пересылались в Институт излучений и сравнивались с астрономическими данными о колебаниях солнечной активности.

Результаты наблюдений оказались весьма любопытными. В больницах и госпиталях было зарегистрировано около 40 тысяч острых сердечных приступов. И когда медики вычертили кривую распределения приступов по времени, то оказалось, что она является почти точной копией графика изменений солнечной активности за тот же период, составленного астрономами. В те дни, когда активность дневного светила достигала максимума, число сердечных заболеваний резко возрастало. Ленинградский исследователь Б. Рыбкин, проанализировав большое количество накопленных фактов, подтвердил, что число заболеваний инфарктом миокарда значительно увеличивается в дни повышенной солнечной активности.

Другая группа врачей установила, что 84% обострений различных хронических заболеваний совпадает с прохождением солнечных пятен через центральную часть диска Солнца.

Наблюдения Чижевского на Дальнем Востоке показали, что большие вспышки заболеваний энцефалитом совпадали с максимумом солнечной активности 1947 г. и 1957 г. Имеются также данные, свидетельствующие о наличии связи между колебаниями солнечной активности и появлениями новых вариантов гриппозного вируса.

Какие же звенья цепи, связывающие солнечную активность и биологические процессы, нам уже известны?

В 1941 г. японский ученый Маки Токата заметил, что свойства крови человека зависят от солнечного облучения. Токата изучал реакцию выпадения белковых хлопьев в сыворотке крови при добавлении определенных реактивов. Оказалось, что ее интенсивность зависит от высоты Солнца над горизонтом: она постепенно нарастает к полудню и снижается к вечеру. Причем суточный ход этой реакции не зависит ни от того, где находится человек - на улице или в помещении, ни от состояния погоды. Человек оказался как бы живыми солнечными часами.

Советскому врачу-гематологу Н.Н. Шульцу впервые удалось установить, что колебания солнечной активности приводят к изменениям состава крови. При возрастающей активности увеличивается число красных кровяных клеток и уменьшается число белых. Влияние солнечной активности на сердечно­сосудистую систему человека можно выявить при санаторном лечении больных.

Но вернемся к нашим соседям по Солнечной системе. Начнем с ближайшего к нам небесного тела - естественного спутника Земли Луны.

Подобно тому, как наша Земля обращается вокруг Солнца, вокруг Земли движется Луна. Луна меньше Земли, ее поперечник составляет около одной четверти земного диаметра, а масса в 81 раз меньше массы Земли. Поэтому сила тяжести на Луне в 6 раз меньше, чем на нашей планете. Слабая сила притяжения не позволила Луне удержать атмосферу, по той же причине не может быть на ее поверхности и воды. Открытые водоемы быстро испарились бы, а водяной пар улетучился бы в космос.

Поверхность Луны весьма неровная: она покрыта горными хребтами, кольцевыми горами - кратерами и темными пятнами равнинных областей, называемых морями. Однако и в морях расположено много мелких кратеров.

С развитием космической техники и созданием автоматических космических аппаратов ученые получили в свое распоряжение эффективное средство для изучения ближайших к нам небесных тел, способное доставить прямую уникальную информацию непосредственно с «места событий». Луна - наглядный тому пример. Начиная с 1959 г., когда ее поверхности впервые достигла советская автоматическая станция «Луна-2», и до настоящего времени космические аппараты принесли немало новых сведений о нашем естественном спутнике.

Так, одна из интереснейших лунных проблем связана с загадкой происхождения кольцевых лунных гор - кратеров. Ее решение может пролить свет на всю историю Луны. Внешне эти кратеры весьма напоминают воронки, образующиеся в местах падения гигантских метеоритов. Такое сходство в свое время привело многих астрономов к мысли, что лунные кольцевые горы представляют собой не что иное, как своеобразные метеоритные кратеры. Но это объяснение отнюдь не единственное.

Существовала и другая, не менее распространенная точка зрения, связывавшая образование лунных кратеров с былой вулканической деятельностью. Удалось получить целый ряд данных, явно свидетельствующих о том, что вулканические процессы, бесспорно, играли существенную роль в формировании лунной поверхности.

Однако для того чтобы ответить на вопрос, что же представляют собой лунные горы - кратеры потухших вулканов или воронки, образовавшиеся в результате падения космических тел (метеоритов), в распоряжении исследователей Луны не было достаточного количества необходимых данных. Такие данные появились лишь в результате изучения нашего естественного спутника космическими аппаратами. Они свидетельствуют в пользу гипотезы ударного происхождения большинства лунных кратеров.

Ученые считают, что Луна подверглась наиболее интенсивной метеоритной бомбардировке на протяжении первого миллиарда лет своего существования. Этим объясняется, что в ее морях (впадинах), образовавшихся несколько позже континентальных районов, количество кратеров примерно в 30 раз меньше. В настоящее время интенсивность метеоритной бомбардировки весьма невелика. Согласно данным, полученным с помощью космических аппаратов, на площади радиусом около 200 километров метеорит с массой около одного килограмма падает сейчас в среднем примерно один раз в месяц. Что касается микрометеоритов, то за два с половиной года на площадке радиусом около 20-25 сантиметров вообще не осело ни одной частицы.

Одно время считалось, что Луна покрыта толстым слоем пыли, образовавшейся в результате постоянной бомбардировки незащищенной атмосферой поверхности микрометеоритами. Однако радионаблюдения, а затем автоматические космические аппараты и лунные экспедиции не подтвердили этих представлений. Толщина рыхлого поверхностного слоя на Луне оказалась незначительной.

Длительное воздействие разнообразных внешних факторов привело к тому, что на поверхности Луны образовался рыхлый слой, покрывающий основную породу - риголит, состоящий из осколков магматических пород, шлакообразных частиц и застывших капель расплавленной магмы. Толщина его в разных районах колеблется от нескольких миллиметров до нескольких метров (а может быть, и десятков метров). Что касается лавы, заполняющей лунные бассейны, то она имеет внутреннее происхождение и не могла образоваться в результате метеорных ударов. Но такие удары, возможно, вызвали нарушение лунной коры, открыв тем самым выход лавовым потокам на поверхность.

Для выяснения истории Луны очень важно знать возраст различных ее образований. С этой целью производилось определение возраста лунных пород, доставленных на Землю космическими аппаратами из различных районов лунной поверхности. Самые молодые лавы были обнаружены в Море Дождей и в Океане Бурь: их возраст около 2,6 миллиарда лет. В Море Изобилия, в месте посадки станции «Луна-16», возраст пород составляет 3,5 миллиарда лет. В расположенном на территории Океана Бурь континентальном остатке Фра-Мауер лавы имеют возраст около 3,9 миллиарда лет. Еще старше чисто континентальные области, но их возраст не превосходит 4 миллиардов лет. Более древних образований на Луне пока что обнаружить не удалось.

На основе имеющихся в настоящее время данных можно составить такую картину. В первые 500 миллионов лет происходило расплавление вещества Луны, хотя оно и не охватило всю массу сразу. К концу этого срока уже образовались континенты, а в период с 700 миллионов лет до 1,2 миллиарда лет - моря. Как показывают исследования, проведенные с помощью космических аппаратов, примерно 95% пород, покрывающих лунную поверхность, прошли в свое время через магматическое состояние. Причем все это разновидности базальтов. Гранитов, часто встречающихся на Земле, на Луне нет совсем. Впервые это показали измерения, проведенные советским искусственным спутником Луны «Луна-1 0», регистрировавшим гамма-излучение лунных пород. Гранитный слой должен был бы дать более интенсивную радиацию, чем та, которую зарегистрировали приборы спутника.

Более ранняя стадия происхождения и развития Луны, очевидно, не отличается от процесса возникновения и развития Солнечной системы в целом.

Как уже было сказано, все планеты можно разделить на две группы. В одну из них входят сравнительно небольшие и плотные Меркурий, Венера, Земля и Марс. Вторая группа -планеты-гиганты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, отличающиеся малой плотностью и огромными размерами. Особняком стоит еще мало изученный Плутон, открытый в марте 1 930 г. По размерам он почти равен Земле и, по всей вероятности, должен быть отнесен к планетам земной группы, хотя есть предположение, что это оторвавшийся и «заблудившийся» спутник восьмой планеты - Нептуна.

Вокруг многих планет обращаются спутники. Особенно богат ими Юпитер, у которого известно 1 3 спутников. Четыре из них можно видеть в простой бинокль. Вокруг Сатурна помимо 1 0 крупных спутников обращается огромное число песчинок и пылинок, образующих широкое кольцо, опоясывающее планету. Спутники имеются также и у Земли, Марса, Урана и Нептуна. Как правило, спутники очень малы по сравнению со своими планетами. Только в системе Земля - Луна спутник представляет собой крупное и массивное космическое тело.

Ближайшая к Солнцу планета - Меркурий обладает, как и Плутон, наибольшей эллиптичностью своей орбиты, в результате чего расстояние от планеты до Солнца изменяется в пределах от 47 миллионов (в перигелии) до 70 миллионов (в афелии) километров. Среднее же расстояние от Солнца до Меркурия составляет 58 миллионов километров, в 3 раза меньше, чем до Земли. Несмотря на значительную яркость, эта планета с трудом поддается наблюдению, так как никогда не удаляется от Солнца более чем на 28 градусов к западу или к востоку. Это приводит к тому, что она почти всегда «прячется» на светлом фоне утренней или вечерней зари. И все же «неуловимая» планета иногда дарит ученым возможность наблюдать ее в дневное время, когда она медленно проходит на фоне солнечного диска. Это редкое астрономическое явление наблюдалось, в частности, в ноябре 1973 г.

Меркурий вокруг собственной оси оборачивается за 58,6 земных суток, а вокруг Солнца — за 88 суток. Температура на освещенной стороне оценивается в 325-437° С, на ночной стороне — от -123 до -185°С. Американский космический корабль «Маринер-1 0» в 1 974 г. обнаружил на Меркурии разреженную атмосферу (давление 10^-11 атм), состоящую из гелия и водорода в соотношении 50:1. Магнитное поле на Меркурии в 1 00 раз слабее земного, что в большой мере связано с медленным вращением планеты вокруг собственной оси. Анализ переданных кораблем «Маринер-1 0» изображений показал, что поверхность Меркурия имеет много общего с лунной. В то же время явно отмечается преобладание материкового рельефа над «морями». Наряду с похожими на лунные кратерами разных размеров отмечены отсутствующие на Луне эскарпы — обрывы высотой 2-3 км и протяженностью в сотни и тысячи километров.

Масса Меркурия равна 0,3310²⁷ г, что составляет 1/18 массы Земли. Несмотря на небольшие размеры (диаметр планеты 4880 км), Меркурий имеет необычайно высокую плотность (5,42 г/см³), что значительно выше плотности Луны и близко к плотности Земли.

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. Высокая плотность планеты, видимо, означает наличие горячего, вероятно расплавленного, металлического ядра, на которое приходится, по расчетам, около 62% всей ее массы. Ядро окружено силикатной оболочкой толщиной порядка 600 км.

Меркурий - наименьшая из всех планет, его диаметр -всего 4880 километров. В телескоп он виден в виде серпика.

Любопытной особенностью планеты является длительный период суточного вращения: продолжительность солнечных суток на Меркурий равна 176 земным суткам. Это приводит к весьма резкому колебанию температуры: она меняется почти от 450 градусов тепла днем до 160 градусов холода в ночное время. Диапазон колебания температуры, таким образом, достигает почти 600 градусов. Таким образом, условия на Меркурий таковы, что органическая жизнь на этой планете невозможна: там нет кислорода и воды, чрезвычайно высокая температура, атмосферу пронизывает жесткое излучение Солнца - радиация, способная уничтожить жизнь в самом ее зародыше.

Вторая от Солнца планета - Венера, ближайшая наша соседка: при ее наибольшем сближении с Землей нас разделяет

всего около 40 миллионов километров. Орбита Венеры отдалена от дневного светила на 1 08 миллионов километров. Энергетический «паек» этой планеты в 2,5 раза превышает земной. За 225 земных суток Венера совершает полный оборот вокруг Солнца. Скорость ее движения по орбите - около 35 километров в секунду.

Несмотря на сравнительную близость к Земле, Венера -одна из наиболее «неразгаданных» планет. Густой облачный покров Венеры затрудняет ее изучение. Поперечник Венеры почти равен земному и составляет 1 2 000 километров.

Наличие атмосферы и почти одинаковые с Землей размеры и масса долгое время позволяли ученым считать Венеру «близнецом» нашей планеты. Но исследования последних лет заставили ученых решительно отказаться от такого взгляда. Главное отличие Венеры от Земли - особенность ее суточного вращения. Оказалось, что сутки на этой планете, подобно Меркурию, длиннее ее года: оборот Венеры вокруг оси длится дольше, чем обращение вокруг Солнца, и совершается в обратном направлении, чем у других планет земной группы. земных суток. Ось вращения практически перпендикулярна к плоскости орбиты. Это значит, что на Венере не происходит смены времен года.

Через каждые полтора года Венера сближается с Землей, причем в это время всегда бывает обращена к Земле одним и тем же участком поверхности.

Отмеченные особенности движения Венеры создали совершенно особые условия снабжения ее солнечной энергией и нашли свое отражение в других ее физических
характеристиках. Многие из этих условий были выяснены в последние полтора-два десятилетия методом радиоисследования. Они показали, что на планете царит очень высокая температура, а ее атмосфера чрезвычайно насыщена углекислотой. Эти сведения блестяще подтвердились во время полетов к планете советских автоматических космических станций «Венера-4», «Венера-5», «Венера-6», «Венера-9» и «Венера-1 0».

Венера оборачивается еще медленнее, чем Меркурий, вокруг собственной оси — за 243 земных дня, причем в обратном направлении, в связи с чем Солнце на Венере восходит на западе, а заходит на востоке. Венерианский год продолжается 224,7 земных суток.

Масса Венеры 4687^.1 0²⁷ г, что составляет 81 % земной массы. Средний радиус планеты — 6050 км, средняя плотность — 5,245 г/см³, ускорение силы тяжести — 8,8 м/с²; вес предметов на Венере только на 10% меньше их веса на Земле. Полагают, что кора планеты маломощная (1 5-20 км), а основная часть ее представлена силикатной оболочкой, сменяемой на глубине 3224 км железным ядром. Радиолокационное зондирование позволило установить наличие расчлененного рельефа — с горными цепями высотой до 8 км, с кратерами диаметром в десятки километров (максимально до 1 60 км) и глубиной до 0,5 км. Обширные выровненные пространства покрыты каменистыми россыпями остроугольных обломков. Вблизи экватора обнаружена гигантская линейная впадина длиной до 1 500 км и шириной 1 50 км при глубине до 2 км. Скорее всего, ее происхождение — рифтогенное.

Венера, как и Луна, не имеет дипольного магнитного поля. Это связывают с ее высокой температурой. На поверхности планеты замеренная температура оказалась равной 4б8±7° С, а на глубине, видимо, составляет 700-800° С. В то же время породы поверхности обладают намагниченностью. Для Венеры характерна очень мощная атмосфера гигантской плотности. На поверхности величина атмосферного давления не менее 90-100 атм, что соответствует давлению земных морей на глубине 1000 м. Космические аппараты «Венера» и «Маринер» позволили определить структуру и химический состав атмо­сферы, которая содержит в основном диоксид углерода (97%), а также азот (2%), водяные пары (0,05%), кислород (0,01 %), серную кислоту, хлористый и фтористый водород. Считают, что атмосфера Венеры примерно соответствует земной на ранних этапах ее становления (3,8-3,3 млрд. лет назад).

Облачный слой атмосферы простирается с высоты 35 км до 70 км. Нижний ярус облаков состоит на 75-80% из серной кислоты, кроме того, присутствуют плавиковая и соляная кислоты. Атмосфера такого состава должна обладать большой химической активностью.

Находясь на 50 млн. км ближе Земли к Солнцу, Венера получает в два раза больше тепла, чем наша планета, 1 5,06 Дж/см²мин. Эту энергию аккумулирует углекислая атмосфера, обуслов-ливающая огромный парниковый эффект и высокие температуры венерианской поверхности — горячей и, по-видимому, сухой.

Отмечается сложная динамика атмосферы и движений облаков. Вероятно, существуют мощные полярные вихри и сильные ветры на высоте около 40 км. У поверхности планеты ветры слабые, порядка 3 м/с, что, скорее всего, связано с отсутствием значительных перепадов приповерхностной температуры. Практическим безветрием, видимо, объясняется отсутствие пыли в местах посадок спускаемых аппаратов станций «Венера».

Плотная атмосфера долгое время не позволяла судить о породах венерианской поверхности. Определение их состава производилось гамма-спектрографами спускаемых аппаратов, которые анализировали содержание в грунтах естественной радиоактивности изотопов урана и тория, а также калия. Тип пород по этим показателям оказался близким к земным базальтам, плотность которых составляет 2,7 г/см, и частично к гранитам. В связи с фактическим отсутствием кислых горных пород за пределами Земли последнее суждение сомнительно.

Итак, по современным данным, температура поверхности Венеры достигает 400-500 градусов тепла, давление газа -около 1 00 атмосфер - в 1 00 раз больше, чем на Земле. Атмосфера на 97% состоит из углекислого газа с небольшой примесью окиси углерода и содержит следы хлористоводородной и фтористоводородной (плавиковой) кислот. Кислорода в атмосфере не более 1 %.

Советские автоматические межпланетные станции, совершившие посадку на дневную сторону планеты, позволили произвести замер освещенности на ее поверхности. Оказалось, что несмотря на густой облачный покров, препятствующий проникновению солнечных лучей, освещенность Венеры сравнительно высока. Поверхность планеты сложена рыхлым грунтом, по своему химическому составу близким к граниту. Очевидно, Венера полностью лишена каких-либо признаков жизни.

Земля - третья планета от Солнца. Она удалена от него на расстояние 1 50 миллионов километров. Это расстояние в астрономии принято употреблять в качестве единицы (а.е.) длины для измерения расстояния между телами Солнечной

системы. Точное значение этой единицы составляет 1 49597892±1,5 километра. Вследствие небольшой эллиптичности орбиты расстояние от Земли до Солнца изменяется в пределах около 5 миллионов километров: в перигелии оно на 2,5 миллиона километров меньше, в афелии -на столько же больше.

Полный оборот по орбите Земля завершает за 365,25 суток, двигаясь вокруг Солнца со скоростью 30 километров в секунду. Находясь на Земле, мы сами принимаем участие в этом движении, совершенно не ощущая его.

Годовое движение Земли вокруг Солнца и суточное -вокруг оси - главные движения нашей планеты. Всего Земля совершает не менее 1 4 движений в космическом пространстве. Среди них такие значительные, как поступательное движение, совершаемое вместе с Солнцем и другими планетами со скоростью 20 километров в секунду по направлению к созвездию Геркулеса, и участие в общем обращении Солнца и звезд вокруг центра нашей звездной системы - Галактики.

Ось суточного вращения Земли наклонена к плоскости орбиты на 66°5' и направлена северным концом в точку на небесной сфере, расположенную рядом со звездой Альфа в созвездии Малой Медведицы. Эта звезда, называемая Полярной, является центром вращения небесной сферы.

Своим притяжением Земля удерживает вокруг себя атмосферу, состоящую в основном из азота и кислорода. В качестве примесей в ее состав входят аргон и углекислый газ. Существенной особенностью нашей планеты является обилие воды: площадь морей и океанов составляет примерно три пятых земной поверхности. Вода и водяные пары в атмосфере играют огромную роль в протекании различных геофизических и биологических процессов на Земле.

Земной шар окружает магнитное поле - своего рода ловушка для электрически заряженных частиц, приходящих из космоса. Далеко за пределами атмосферы Земля опоясана облаками частиц высоких энергий, образующих пояса радиации. Эти пояса защищают нашу планету от жестких космических лучей, губительных для всего живого. Более подробно Землю и ее характеристики мы рассмотрим несколько ниже.

Следующая планета - Марс, орбита которого удалена от Солнца на 227 миллионов километров. Он получает от Солнца значительно меньше света и тепла, чем Земля. Но, отличаясь большей суровостью, условия на Марсе все же не выходят слишком далеко за пределы тех, которые можно считать допустимыми для существования живых организмов.

Марс расположен на 75 млн. км дальше Земли от Солнца, поэтому марсианские сутки длятся 687 земных, а солнечной энергии к нему поступает в 2,3 раза меньше по сравнению с Землей. Период обращения вокруг оси почти как у Земли — 24 ч 34 мин 22,6 сек. Наклон оси к плоскости орбиты также близок к земному — 24°. Это обеспечивает смену сезонов года и существование «климатических» поясов — жаркого экваториального, двух умеренных и двух полярных. В связи с малым количеством поступающей солнечной энергии контрасты тепловых поясов и сезонов года слабее земных.

Плотность атмосферы Марса меньше, чем у Земли, в 1 30 раз — всего 0,01 атм. В ее состав входят диоксид углерода (95%), азот (2,5%), аргон (2%), кислород (0,3%), пары воды (0,1 %). Суточные колебания температуры превышают 1 00° С: на экваторе днем — около 1 0-20°, а на полюсах — порядка -1 00°. Большие различия температуры наблюдаются между дневной и ночной сторонами планеты: от 1 0-30 до -1 20°С. На высоте около 40 км Марс окружен озоновым слоем. Имеющаяся на Марсе атмосфера весьма разрежена и прозрачна. В газовой оболочке содержится много углекислого газа и очень мало кислорода и водяных паров. Астрономы часто наблюдают в атмосфере планеты голубоватые и желтые облака. Первые, возможно, состоят из водяных паров, вторые - из мелкой пыли, вздымающейся во время бурь.

Масса Марса 0,64-1 0 г, радиус — 3394 км, средняя плотность — 3,94 г/см³, ускорение силы тяжести — 3,71 м/с². Межпланетные советские станции обнаружили на Марсе собственное дипольное магнитное поле слабой интенсивности (на экваторе оно в 500 раз слабее земного). По-верхность Марса изрыта многочисленными кратерами вулканического и метеоритного происхождения. Перепады высот поверхности в среднем составляют 1 2-1 4 км, но огромная кальдера вулкана «Нике Олимпикс» (Снега Олимпа) воз­вышается над окружающей поверхностью на 24 км. Диаметр его основания равен 500 км, а кратера — 65 км. Некоторые вулканы являются действующими. Поверхность Марса - почти безводная обширная пустыня красноватого цвета. На поверхности планеты можно заметить множество деталей, что позволило составить довольно подробные карты, даже глобусы Марса. Американские станции «Маринер-6», «Маринер-7» и «Маринер-9», а также советская автоматическая межпланетная станция «Марс-3» дали большой материал для характеристики поверхности планеты. Были сфотографированы обширные ее участки, многие из которых оказались покрытыми цирками и кратерами, как на Луне.

На снимках Марса найдены следы как ударно-метеоритной, так и вулканической активности, следы многих процессов выветривания поверхности, перемещения и отложения наносов. На некоторых участках обнаружены горные хребты, вулканические конусы и купола. В иных местах видны глубокие каньоны с изрезанными оврагами. Встречаются также хаотические нагромождения каменных обломков. И хотя в настоящее время на Марсе вряд ли имеется вода в свободном виде, на его поверхности обнаружено множество образований, похожих на русла высохших рек. Возможно, эти русла проложены не водой, а бурными грязевыми потоками, образованными водами, скрытыми в глубине марсианской коры. Можно полагать, что основная часть запасов воды на Марсе сосредоточена в слоях вечной мерзлоты или громадных ледяных глыб, располагающихся на некоторой глубине.

Характерная особенность поверхности Марса — наличие огромных тектонических трещин (например, каньон Маринер длиной 4000 км и шириной 2000 км при глубине до 6 км), напоминающих земные грабены. Раньше, при наблюдении поверхности Марса с помощью телескопов, они принимались за каналы (с которыми связано особенно много загадок и споров), открытыми в 1877 г. В телескопы они выглядят как сложная сеть длинных прямых линий, образование которых связывалось с деятельностью текучих вод, а в наиболее смелых гипотезах их считали искусственными сооружениями. Однако теперь определенно можно сказать, что эти «каналы» не что иное, как оптическая иллюзия, возникающая при плохом изображении.. Зафиксированы также многочисленные и протяженные формы, напоминающие речные долины, местами дендровидного характера.

На поверхности Марса различаются районы, имеющие светлую окраску («материковые» районы, сложенные, очевидно, гранитами), желтый цвет («морские» районы, сложенные, очевидно, базальтами), белоснежный облик (ледниковые по­лярные шапки). Исследование горных пород с помощью рентгенофлуоресцентных анализаторов (на американских аппаратах «Викинг») позволило определить такое соотношение химических элементов: кремнезем — 13-15%, окислы железа — 12-16%, кальций — 3-8%, алюминий — 2-7%, магний — 5%, сера — 3%, калий, титан, фосфор, хром, никель, ванадий. В целом грунт Марса по составу сходен с вулканическими земными породами, но существенно обогащен соединениями железа. Плотность поверхностного грунта примерно равна земной (1,67-1,8 г/см³). Органических образований на поверхности не обнаружено.

В приповерхностных слоях планеты (на глубине 50 см и более) грунты скованы вечной мерзлотой мощностью до 1 км, а в недрах температура достигает 800-1 500° С. На сравнительно небольшой глубине температура грунта, следовательно, должна находиться в интервале 1 5-25° С, а вода может быть в жидком состоянии. В этих условиях могут существовать простейшие живые организмы, следы жизнедеятельности которых не найдены.

Красноватый цвет поверхности Марса обусловлен, скорее всего, гематитизацией и лимонитизацией (окислением железа) горных пород. Но для этого нужны вода и кислород, которые, очевидно, поступают из-под грунтов при прогревании поверхности в дневное время или теплыми газовыми эксгаляциями, которые растапливают мерзлоту. Белый цвет полярных шапок, вероятно, объясняется выпадением замерзшей углекислоты и, может быть, водяного льда.

По-прежнему открытым остается вопрос о жизни на Марсе. Условия планеты не исключают возможность существования на ней микроорганизмов, простейших растений и других биологических образований. Выяснение этого и других вопросов стоит на повестке дня современных космических исследований

У Марса есть два спутника — Фобос и Деймос. Первый — более крупный, 27-21-19 км; его орбита проходит всего в 5000 км от планеты. Деймос имеет размеры 15-12-11 км; его орбита расположена выше, в 20 000 км от поверхности Марса. Судя по фотографиям корабля «Маринер-9», оба спутника являются ос­колками астероидов.

Совершенно иные свойства у следующих планет - Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.

Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун сильно отличаются от планет земной группы. Большое расстояние этих планет от Солнца позволило им сохранить значительное количество первичного водорода и гелия, потерянных планетами земной группы под воздействием «солнечного ветра» и из-за недостаточности гравитационных сил. Хотя плотность вещ₃ества внешних планет сравнительно невелика (0,7-1,8 г/см³), объемы и массы их огромны. Самым крупньм является Юпитер, по объему в 1 300, а по массе более чем в 31 8 раз превосходящий Землю. За ним следует Сатурн, масса которого в 95 раз превышает массу Земли. В этих двух планетах сосредоточено 92,5% массы всех планет Солнечной системы (71,2% у Юпитера и 21,3% у Сатурна). Замыкают группу удивительных внешних планет два гиганта-близнеца — Уран и Нептун. Поперечник второго всего на 3827 км больше диаметра Урана, а по объему любая из них превосходит Землю в десятки раз.

Среди планет-гигантов первое место принадлежит Юпитеру. Диаметр его в 11 раз больше земного; от Солнца он находится в 5 раз дальше, чем Земля.

Юпитер, с его характерными, давно известными пятнами и полосами на поверхности, которые параллельны экватору и имеют изменчивые очертания, является самой доступной для исследования планетой. Масса Юпитера (1,91 0³⁰ г) лишь на два порядка меньше солнечной. Среднее гелиоцентрическое расстояние — 778,34 млн. км, период обращения вокруг Солнца — 11,86 земных лет, осевая скорость вращения — 9 ч 58 мин, причем ось почти перпендикулярна к плоскости орбиты. Радиус Юпитера по верхней кромке атмосферы — 71 359 км. Средняя плотность, исходя из его водородно-гелиевого состава, 1,35 г/см³, но наличие тверд₂ого тела не исключается. Ускорение силы тяжести равно 25,8 м/с².

Юпитер обладает мощной атмосферой и сильным магнитным полем (в 1 0 раз сильнее земного), что определяет окружение планеты мощными радиационными поясами из протонов и электронов, захваченных магнитным полем Юпитера из «солнечного ветра». Состав атмосферы исследован космическими аппаратами по ее верхней кромке. Она содержит 77% молекулярного водорода, около 23% гелия и разнообразные примеси типа метана, аммиака, окиси углерода, паров воды, молекул фосфина, гидрида германия, цианистого водорода, а также других соединений. Присутствие этих веществ, возможно, является следствием ассимиляции разнородного материала из Космоса. Расслоенная водородно-гелиевая масса достигает толщины 4000 км и, вследствие неравномерного распределения примесей, образует полосы и пятна.

Огромная масса Юпитера предполагает наличие мощного жидкого или полужидкого ядра астеносферного типа, которое может быть источником вулканизма. Последним, по всей вероятности, объясняется существование Большого Красного Пятна, наблюдения за поведением которого ведутся с XVII в. Температура верхних слоев атмосферы по измерениям равна -130°С, в нижних она может достигать 1000°С. При наличии полужидкого или твердого тела-ядра на планете должен быть сильный парниковый эффект.

По мнению ряда ученых. Юпитер выполняет в нашей Солнечной системе роль своеобразного «пылесоса» — его мощное магнитно-гравитационное поле перехватывает блуждающие во мраке Вселенной кометы, астероиды и другие тела. Наглядным примером этого явился захват и падение на Юпитер кометы «Шумейкера — Леви-9» в 1994 г. Сила притяжения оказалась настолько большой, что комета раскололась на отдельные обломки — огромные глыбы льда и горных пород, которые со скоростью свыше 200 тыс. км/ч врезались в атмосферу Юпи­тера. Каждый взрыв достигал мощности в миллионы мегатонн, а наблюдатели с Земли видели пятна взрывов и расходящиеся волны возбужденной атмосферы. Эти события середины 1994 г. были заранее предсказаны и потому достаточно хорошо изучены

Юпитер имеет 16 спутников. Четыре самых крупных: Ганимед, Каллисто, Ио, Европа — носят название Галилеевых. Их поперечники больше, чем у Луны и Меркурия, и равны, соответственно, 5262, 4800, 3630 и 31 40 км; периоды обращения вокруг планеты составляют от 2 до 1 2 суток; располагаются они на расстоянии от 1 881 до 422 км от поверхности Юпитера. Исследовавшие окружение планеты космические аппараты установили, что спутники сложены твердым каменным материалом, видимо, силикатного типа. На них обнаружены действующие вулканы, следы льдов и, возможно, жидкостей, среди которых предполагают даже присутствие воды. Например, на спутнике Ганимед с расстояния в 7 тыс. км видны испещрен­ные старыми кратерами ледовые пространства, а также более молодые долинообразные понижения и цепи ледников со следами вулканической деятельности. Удивительно обнаружение на Ганимеде собственной магнитосферы — это как бы одна магнитосфера внутри другой, юпитерианской. Такое явление может свидетельствовать о наличии у спутника железного ядра. Сила притяжения на Ганимеде, который по величине равен 3/4 Марса и больше Луны, примерно в 6,5 раза меньше земной. На спутнике Европа виден ледяной панцирь, покрывающий всю поверхность, и его разрывы и расколы, возникшие под действием гравитационных сил Юпитера. На отдельных снимках, а их американская космическая лаборатория «Галилео» сделала с расстояния 692 км, просматриваются плавающие льдины — айсберги. Поэтому под ледовым панцирем предполагается наличие океана. В ряде мест отмечены многокилометровые ледяные потоки—ледники и признаки вулканической деятельности. Повторные снимки подтвердили полученную картину и породили у исследователей мысль о возможности существования здесь какой-то жизни.

Сатурн - в 1 0 дальше Земли от Солнца. Эта «окольцованная» планета, представляет не меньший интерес, чем Юпитер. Его масса 5,68-Ю²⁹ г, радиус 60 400 км с атмосферой и 20 765 без нее. Средняя плотность, рассчитанная по видимому радиусу, очень низкая — 0,7 г/см³, без атмосферы она порядка 5,85 г/см³. Толщина атмосферного слоя оценивается в 37-40 тыс. км. Гелиоцентрическое расстояние Сатурна — 1 427 млн. км, период обращения на орбите — 29,5 земных суток, скорость обращения вокруг оси — 1 0ч 1 4 мин, наклон оси к плоскости — 26°. Существенной особенностью Сатурна является наличие кольца, расположенного выше облачного слоя атмосферы. Наружный его диаметр — 274 тыс. км, что почти вдвое больше диаметра планеты; толщина кольца около 2 км. Наблюдениями с космических станций было установлено, что кольцо состоит из ряда мелких колец, находящихся на разном удалении друг от друга. Вещество колец представлено твердыми обломками, скорее всего, силикатных пород и ледяных глыб, размером от пылинки до нескольких метров. Природа колец неясна. Общая масса их вещества определяется в 0,01 массы Луны.

Магнитное поле Сатурна по напряженности почти вдвое меньше земного. Ось диполя почти точно совпадает с осью вращения планеты. Полярность поля Сатурна противоположна полярности земного поля.

У Сатурна 17 спутников. Самый далекий из них — Феба (диаметр 11 0 км) находится в 1 3 млн. км от планеты и оборачивается вокруг нее за 550 дней. Самый близкий — Мимас (диаметр 1 95 км) располагается в 1 85,4 тыс. км и делает полный оборот за 2266 ч. Этот спутник вращается внутри колец Сатурна, влияя на их движение, причем сам перемещается в обратном направлении — навстречу вращению планеты. Его поверхность разбита гигантским кратером, диаметром свыше 1 00 км. На самом большом спутнике Сатурна — Титане (диа­метр 5150 км) обнаружена достаточно плотная атмосфера, а поверхность его покрыта льдом. Такие же поверхности имеют другие крупные спутники: Рея (диаметр 765 км), Тефил (525 км) и Диона (560 км). Лед может быть водяного состава, а также метанового и аммиачного; последние газы вероятнее. Повторные наблюдения в 1 996 г. установили, что в атмосфере Титана преобладает азот, но есть метан и другие газы. Атмосферное давление здесь в 1,5 раза больше земного, а средняя температура поверхности порядка -1 80°С. Загадкой является присутствие углеводородов на спутниках Сатурна, а возможно, и на самой планете.

Уран удален от Солнца на 2869 млн. км. Это в 19 раз дальше Земли от Солнца, Период его обращения — 84 земных года, осевое вращение осуществляется за 10 ч 49 мин; средняя плотность с атмосферой — 1,35 г/см³, расчетная плотность твердого тела — 5,55 г/см³ (предположительно оно имеет радиус 15 600 км). Мощность атмосферы оценивается в 8500 км. Масса планеты — 84,9^.1 0²⁷ г,

Ось вращения Урана расположена почти в плоскости орбиты — отклонена от вертикали на 98°, т. е. планета как бы лежит на своей орбите. Уран обладает магнитным полем, полярность которого противоположна земной, а напряженность меньше земной.

В плотной атмосфере Урана обнаружены кольцевые образования, пятна, вихри, струйные течения, что свидетельствует о неспокойной циркуляции воздушных масс. Направления ветров в основном совпадают с вращением планеты, причем в высоких широтах ветры сильнее. Зеленовато-голубой цвет холодной атмосферы Урана может быть обусловлен наличием радикалов гидроксида [ОН"]. Содержание гелия в атмосфере около 15%. В глубине атмосферы обнаружены метановые облака.

У планеты установлены 1 0 колец шириной от нескольких сотен метров до нескольких километров, белого и зеленовато-голубого цвета. Большинство частиц в кольцах около 1 м в диаметре. Внутри колец движутся каменные глыбы не­правильной формы, диаметром 1 6-24 км, названные спутниками-пастухами. Вероятно, это астероиды.

Уран имеет 1 5 спутников. Пять из них значительных размеров, от 1 580 до 470 км в диаметре, остальные — менее 1 00 км; все они похожи на астероиды, захваченные гравитационным полем Урана. Три больших спутника: Умбриэль (11 70 км в диаметре), Ариэль (11 60 км) и Миранда (470 км) — располагаются в пределах магнитосферы Урана, создавая в ней возмущения. Фотографии показывают, что спутники имеют шаровидную форму; на поверхности некоторых из них замечены гигантские линейные полосы — трещины, возможно, следы скользящих ударов метеоритов.

Нептун, самая удаленная от Солнца реальная планета, вращается на расстоянии 4,5 млрд. км от него, делая полный оборот за 1 65 земных лет. системы. Это в 30 раз дальше Земли от Солнца. Общий радиус планеты — 22 870 км, радиус расчетного твердого тела порядка 1 6 тыс. км, мощность атмосферы около 7 тыс. км. Средняя плотность с атмосферой — 2,2 г/см³, плотность твердого тела — 5,6 г/см³, масса планеты — 1010²⁷ г. Осевая скорость вращения — 15 ч 8 мин, ось вращения наклонена к плоскости орбиты под углом 29°. Облака атмосферы в основном образованы метаном. Американский космический аппарат «Вояджер-2» (ныне уже покинувший преде­лы Солнечной системы), пройдя в 5 тыс. км от планеты, обнаружил у нее второе кольцо, состоящее, как и первое, из каменных обломков темного цвета.

В верхних слоях атмосферы установлены потоки ветра, несущегося со сверхзвуковой скоростью. Это означает существование в атмосфере градиентов температуры и давления, вызванных, видимо, внутренним нагревом со стороны планеты, что может свидетельствовать о происходящих вулканических процессах. Нептун имеет 8 спутников, все каменные. Три из них значительных размеров:

Тритон (диаметр 2700 км). Нереида (340 км) и Протей (400 км); остальные меньше — от 50 до 1 90 км. Тритон, ближайший к Нептуну спутник, по размерам больше половины Меркурия и равен почти 2/3 Луны, движется вокруг своей планеты в обратном направлении на расстоянии 353,6 тыс. км. Орбита Нереиды проходит в 5,6 млн. км от Нептуна, полный оборот спутник совершает за 360 земных суток. У Нереиды самая вытянутая эллиптическая орбита из всех спутников Солнечной

Таким образом, планеты - гиганты резко отличаются от планет земной группы и по своим характеристикам, и по удаленности от Солнца. Столь огромные расстояния, измеряемые сотнями миллионов и миллиардами километров, сказываются и на продолжительности периодов их обращения вокруг Солнца (составляющих соответственно 1 2, 29, 84 и 1 65 земных лет) и на физических условиях, господствующих на этих планетах. Так, температура их на 1 00- 200 градусов ниже средней земной, атмосферы отличаются высоким содержанием легчайших газов - водорода и гелия. По-видимому, и в твердом веществе гигантов преобладают легкие химические элементы, так как все эти планеты имеют очень незначительную плотность: средняя плотность Юпитера - 1,3, Сатурна - всего 0,7, т.е. даже меньше плотности воды. Другая особенность планет-гигантов - их быстрое вращение вокруг своей оси. Продолжительность суток на Юпитере, Сатурне и Уране составляет всего 1 0-11 часов, на Нептуне - около 1 6 часов. Столь быстрое вращение сказывается на форме этих планет: они сплюснуты сильнее, чем Земля. Любопытно, что ось вращения Урана почти совпадает с плоскостью орбиты - планета движется, «лежа на боку». Это обстоятельство создает совершенно необычайные условия освещенности. На Уране, в отличие от других планет, нет деления на полярные и тропические зоны: Солнце периодически бывает здесь в зените и над экватором, и над полюсами. Правда, из-за огромной удаленности от Солнца такое

положение не имеет существенного значения для температурного режима на поверхности планеты. Температура на планете Уран не поднимается выше минус 200 градусов. Поверхности планет-гигантов пока недостаточно исследованы: мощные атмосферы, насыщенные непрозрачными облаками, затрудняют их изучение. Атмосферы гигантских планет имеют совершенно иную структуру и химический состав, чем земная. Да и физические условия там никак не напоминают земные. Очевидно, сказывается различие в размерах небесных тел. Впрочем, размеры твердого тела планет измерить трудно - ведь мы видим только их обширную газовую оболочку. Особенно хорошо ее можно наблюдать у Юпитера. Даже в небольшой телескоп на нем видны темные полосы, пересекающие планету параллельно экватору. Астрономам удалось выяснить, что в атмосферах планет-гигантов содержится значительное количество метана и аммиака. Вместе с тем, как уже отмечалось выше, для этих планет характерно присутствие водорода и гелия. Низкая температура и высокое давление, присущие их атмосферам, приводят к тому, что внутренние газовые слои сгущаются настолько, что постепенно переходят в твердое состояние, образуя тело самой планеты. Что касается плавающих в атмосферах облаков, то они могут состоять только из замерзших кристалликов аммиака -соединения водорода с азотом. Так внешне выглядят планеты-гиганты. Значительно труднее выяснить их внутреннее строение. Советские ученые - академик В.Г. Фесенков и доктор физико-математических наук А.Г. Масевич, изучая недра Юпитера и Сатурна, пришли к любопытным выводам. Согласно их расчетам, на незначительной глубине твердого тела Юпитера давление достигает 700 тысяч атмосфер. При этом водород приобретает удивительные металлические свойства. С глубиной давление там достигает огромной цифры - 20 миллионов атмосфер! Вместе с радиоактивным разогревом такое давление доводит температуру недр до 200 тысяч градусов! Это превышает температуру всех других планет, но еще далеко не достигает температур, господствующих в недрах звезд. Юпитер, по существу, небесное тело, занимающее промежуточное положение между планетой и звездой. И остальные планеты-гиганты близки ему по своей природе.

Последняя из известных нам планет - Плутон - царство холода и ночи. Он получает тепла и света в 1600 раз меньше, чем Земля, и потому, безусловно, представляет собой мрачную безжизненную пустыню. Плутон, самая дальняя из известных планет, отнюдь не принадлежит к планетам-гигантам. Скорее всего, это даже не планета, а бывший спутник Нептуна, потерянный им при каком-то космическом катаклизме. Поперечник Плутона около 3000 км, а масса в 1 0 раз меньше земной. Быстро вращаясь вокруг оси (за 9 часов 17 земных минут), Плутон имеет сильно вытянутую эллиптическую орбиту, и потому с 1 969 по 2009 г. он будет находиться ближе к Солнцу, чем Нептун, — факт, может быть, дополнительно говорящий о его «непланетной» природе. Поверхность Плутона предполагается ледяной.

Таковы основные известные на начало 1 997 г. сведения о планетах Солнечной системы и их спутниках. Материл крайне разнообразный, во многом не проанализированный из-за отрывочности и неполной достоверности информации и методов дешифрирования данных дистанционных наблюдений. Весьма любопытным представляется установление каменно-силикатного состава практически всех обнаруженных спутников, даже тех, которые принадлежат газово-жидкостным планетам-гигантам, хотя, вероятно, и с твердыми ядрами. Эти разноразмерные тела могут быть астероидами, захваченными силой гравитационных полей планет, и тогда они чужеродны своим «родителям». Но они могут быть и практически одновременными образованиями и тогда характеризуют осо­бенности планетной системы в целом, иногда подчеркивая специфику, не установленную на планетах-хозяевах. Такой единственный спутник есть даже у «псевдопланеты» Плутон — это Харон (диаметр 1190 км), с орбитой, проходящей в 19 тыс. км от планеты, и периодом обращения 6,3 земных суток. Обратим внимание, что, судя по движению планеты Плутон, исследователи предполагали наличие еще одной (десятой) планеты Солнечной системы, настолько удаленной и малой, что ее не удавалось обнаружить визуально. И вот в конце 1 996 г. появилось сообщение о том, что американским астрономам из Гавайской обсерватории удалось открыть состоящее из ледяных глыб небесное тело, которое вращается по околосолнечной орби-те за пределами Плутона. Эта малая планета пока не имеет названия и зарегистрирована под номером 1 99611,66. Все имеющиеся данные о строении и функционировании космических тел нашей Вселенной важны для познания ее истории, расшифровки эволюции каждой планеты, а главное — для понимания возникновения и развития географической оболочки Земли, возможных путей ее эволюции. Они играют важную роль также в установлении космологической истории мира: как и когда возникали планетные скопления в Космосе; как они развивались и функционировали; что их и нас на Земле ожидает в будущем; уникальна ли жизнь во Вселенной или она существует и в других мирах?

В Солнечной системе есть и много малых планет - астероидов. Несмотря на свою многочисленность, они в общей сумме не превышают одной тысячной доли массы земного шара. Самая крупная из малых планет - Церера - имеет поперечник около 1 000 километров. Большинство же других астероидов - это каменные бесформенные глыбы поперечником в несколько тысяч, даже сотен метров. Громадное количество астероидов движется в зоне, ограниченной орбитами Марса и Юпитера. Ее так и называют - «пояс астероидов». Однако некоторые из них, нарушая общий порядок, «смело» подходят к планетам, движущимся вне этой зоны, в том числе к Земле. Таков, например, астероид Эрот, приближающийся к нам на 26 миллионов километров. Еще ближе подходит к земле Икар, в момент последнего свидания с Землей - 14 июня 1968 г. - его отделяло от нашей планеты всего 6,4 миллиона километров. Астероид было видно даже в небольшие телескопы. А крошечная планета Гермес, имеющая поперечник около 2 километров, может сближаться с Землей до 580 тысяч километров. К сожалению, следить за столь малыми небесными телами очень трудно: их орбиты подвержены вес

Date: 2016-05-15; view: 542; Нарушение авторских прав