722 (Планеты Солнечной системы)

20

Доклад по астрономии

по теме

Планеты Солнечной системы

ученика 11^миф класса

Домбровского Евгения

Москва 1998 г.

В состав Солнечной системы входит Солнце, девять больших планет, около 50 их спутников, более 100 000 астероидов, около 10¹¹ комет, а также бесчисленное множество более мелких объектов. В моем сообщении я остановлюсь на восьми больших планетах (кроме Земли — это тема не астрономического доклада).

Для начала немного скучных цифр статистики:

* Кроме крупных спутников обнаружены еще несколько более мелких объектов, вращающихся вокруг планеты.

Начнем по порядку.

Меркурий

Меркурий — достаточно малоизученное небесное тело, так как при наблюдениях с Земли наибольшее видимое удаление планеты от Солнца составляет примерно 28, то есть невооруженным глазом его можно увидеть сразу после заката или непосредственно перед восходом, да и то довольно редко. Большую часть сведений о Меркурии земляне получили при трехкратном сближении с планетой американской автоматической межпланетной станции (далее — АМС) Маринер-10 в 1974 — 1975 годах.

Период обращения вокруг Солнца (меркурианский год) составляет около 88 земных суток, а период вращения вокруг своей оси — 58 суток. Получается, что меркурианские сутки составляют два меркурианских года! Иными словами, от восхода Солнца до его захода на Меркурии проходит год, то есть 88 земных суток. За такое время дневная сторона поверхности планеты нагревается почти до 700 К (430С), а ночная охлаждается до 150 К (-120С).

По фотографиям неспециалист не отличит Меркурий от Луны. На поверхности планеты видны следы сжатия планеты при остывании, сморщивания коры, а также кратеры метеоритного происхождения; как и на Луне, есть темное “море”, правда только одно — Море Зноя (впадина диаметром около 1300 км). Присутствуют также и объекты, которых нет на Луне — длинные (до нескольких сотен километров) обрывы высотой до 2 - 3 км — эскарпы. Высота гор на Меркурии достигает четырех километров.

До полета Маринера-10 считалось, что у Меркурия нет атмосферы, но наблюдения с американской станции показали, что у поверхности планеты сконцентрированы ничтожные количества водорода (примерно 70 атомов на 1 см³) и гелия (4 500 атомов на 1 см³). Эти газы на Меркурии — удерживаемая слабым магнитным полем планеты часть солнечного ветра. Атомы остаются в этой “атмосфере” в среднем до 200 суток (земных), а затем излучаются в межпланетное пространство, а на их место поступают другие. Давление атмосферы у поверхности Меркурия в 500 млрд. раз меньше давления земной атмосферы.

Меркурий обладает относительно большой плотностью среди планет Солнечной системы — около 5,44 г/см³. Ученые предполагают, что это обусловлено наличием массивного металлического ядра (предположительно из расплавленного железа плотностью до 10 г/см³, имеющего температуру около 2000 К), содержащего более 60% массы планеты и окруженного силикатной мантией и, вероятно, корой 60 — 100 км толщиной.

Венера

Венера — ближайшая к Земле планета. Ее даже называют “сестрой Земли”. И вправду — радиус Венеры почти равен земному (0,95), ее масса — 0,82 массы Земли. Венера довольно хорошо изучена людьми — к планете приближались (а некоторые даже садились) как советские АМС серии “Венера”, так и американские Маринеры.

Венера обращается вокруг Солнца за 224,7 земных суток, но с этой цифрой, в отличие от Меркурия, ничего интересного не связано. Весьма интересный факт связан с периодом вращения самой планеты вокруг своей оси — 243 земных суток (в обратном направлении) и периодом вращения мощной венерианской атмосферы, которая совершает полный оборот вокруг планеты за… 4 дня! Это соответствует скорости ветра у поверхности Венеры в 100 м/с или 360 км/ч!

Атмосферу Венеры обнаружил еще М.В. Ломоносов в 1761 году. Он указал, что она включает в себя мощный малопрозрачный облачный слой. Современные ученые установили, что венерианская атмосфера на 96% состоит из углекислого газа СО₂. Присутствуют здесь также азот (почти 4%), кислород, водяные пары, благородные газы и др. (всех меньше 0,1%). Основой густого облачного слоя, расположенного на высоте 50 — 70 км, являются мелкие капли серной кислоты Н₂SO₄ с концентрацией 75-80% (остальное — вода, активно “впитываемая” капельками кислоты).

У поверхности Венеры давление достигает значения 93 атм, а температура благодаря сильнейшему парниковому эффекту составляет 735 К (460С).

Рельеф Венеры сильно сглажен временем: благодаря атмосферной эрозии выветрены старые метеоритные кратеры, следы которых все же видны на поверхности планеты; горные районы занимают всего около 8% территории, общий перепад высот не превышает 8 км. По-видимому, на Венере существуют действующие вулканы, так как достоверно известно, что сейсмическая и тектоническая деятельность на Венере была очень активна сравнительно недавно.

Как ни странно, на Венере примерно столько же углекислого газа, сколько и на Земле, но на нашей планете он в основном находится в связанном состоянии в горных породах, образованных в результате комбинированной деятельности живых организмов и больших количеств воды, тогда как ничто не мешает венерианской углекислоте собираться в атмосфере, так как вся вода на Венере со временем подверглась фотолизу (расщеплению на водород и кислород под действием солнечного излучения), атомарный водород из-за слабости магнитного поля планеты улетучился, а кислород связался все с тем же углеродом и еще больше способствовал формированию весьма необычных по земным меркам условий: температура более 400С, сумасшедший ветер, плотный слой ярко-оранжевых облаков над головой и “дождь” из мелких капелек концентрированной серной кислоты — вот картина, которую, может быть, увидят будущие космонавты, высадившиеся на Венере.

Внутреннее строение этого псевдоблизнеца Земли также сходно со строением нашей планеты: средняя плотность Венеры — 5,22 г/см³, то есть почти равна земной, что позволяет сделать заключение о наличии в центре Венеры жидкого железного ядра радиусом примерно в 2900 км, окруженного мантией, так же, как и у нашей Земли. Чрезвычайная слабость магнитного поля Венеры обуславливается малой скоростью ее вращения.

Марс

Когда в 1965 году американская станция Маринер-4 с малого расстояния впервые получила снимки Марса, эти фотографии вызвали сенсацию. Астрономы были готовы увидеть что угодно, только не лунный ландшафт. Один известный астроном из Пулковской обсерватории даже звонил в редакции газет, чтобы проверить, не спутали ли газетчики Луну с Марсом. Увы, типичный лунный пейзаж принадлежал знаменитой Красной планете. Именно на Марс возлагали особые надежды те, кто хотел найти жизнь в космосе. Но эти чаяния не оправдались — Марс оказался безжизненным.

По современным данным радиус Марса почти вдвое меньше земного (3390 км), а по массе Марс уступает Земле в десять раз. Обращается вокруг Солнца эта планета за 687 земных суток (1,88 года). Солнечные сутки на Марсе практически равны земным — 24 ч 37 мин, а ось вращения планеты наклонена к плоскости орбиты на 25 (для Земли — 23), что позволяет сделать вывод о сходной с земной смене времен года.

Но все мечты ученых о наличии жизни на Красной планете растаяли после того, как был установлен состав атмосферы Марса. Для начала следует указать, что давление у поверхности планеты в 160 раз меньше давления земной атмосферы. А состоит она на 95% из углекислого газа, содержит почти 3% азота, более 1,5% аргона, около 1,3% кислорода, 0,1% водяного пара, присутствует также угарный газ, найдены следы криптона и ксенона. Разумеется, в такой разреженной и негостеприимной атмосфере никакой жизни существовать не может.

Из-за разреженности марсианской атмосферы планета не может удержать солнечное тепло, вследствие чего летним днем температура достигает 25С, а ночью опускается до -90С (в приполярных областях до -135С). Среднегодовая температура на Марсе составляет примерно -60С. Резкие перепады температур в течение суток вызывают сильнейшие пылевые бури, во время которых густые облака песка и пыли поднимаются до высот в 20 км.

Состав марсианской почвы был окончательно выявлен при исследованиях спускаемых американских аппаратов Викинг-1 и Викинг-2. Красноватый блеск Марса вызван обилием в его поверхностных породах оксида железа III (охры). Кроме железа (14%), в марсианском грунте найдены также кремний (20%), кальций и магний (по 5%), алюминий (3%) и сера (более 3%), которой почти в сто раз больше, чем на Земле.

Рельеф Марса весьма интересен. Здесь присутствуют темные и светлые области, как и на Луне, но в отличие от Луны, на Марсе смена цвета поверхности не связана со сменой высот: на одной высоте могут находиться как светлые, так и темные области. На Марсе присутствуют ареографические (аналог термина “географические” для Земли; от греческого имени бога войны Ареса, называемого в римской мифологии Марсом) объекты планетарного масштаба. Известен гигантский грабен — Каньон, его длина составляет 2500 км, ширина — 100-200 км, а глубина достигает 6 км. Высочайшая гора Марса — Олимп — возвышается над окружающим ландшафтом на… 24 км! Диаметр основания этого исполинского вулкана составляет 600 км.

Метеоритных кратеров на Марсе сравнительно немного, зато хорошо различимы следы эрозийной деятельности, скорее всего водной. То есть когда-то (предположительно около 10 млн лет назад) Марс обладал более мощной атмосферой, с давлением у поверхности, достаточным для сжижения воды, и на Марсе шли дожди, текли реки, и существовали моря и океаны. До сих пор ученым не известна природа катаклизма, вызвавшего глобальные изменения климата на Марсе, приведшие к современным условиям.

Одними из наиболее заметных и завораживающих умы астрономов деталей рельефа Красной планеты долгое время оставались полярные шапки Марса. Эти “ледники” сильно увеличиваются в размерах в середине осени и почти полностью исчезают к началу лета. Современные ученые установили, что среднегодовая температура шапок составляет -70С, а состоят они из двух компонентов: сезонного — твердой углекислоты (“сухого льда”) и векового — обыкновенного водяного льда. Летом СО₂ возгоняется, а зимой при понижении температуры до -130С снова осаждается вблизи полюса.

Предположения о внутреннем строении Марса во многом схожи с представлениями в строении Земли: снаружи тонкая пленка литосферы, прикрывающая массивный пласт мантии, а в центре — металлическое ядро, по поводу которого ученые не пришли еще к единому заключению — жидкое оно или затвердело.

Вокруг Марса с большой скоростью летают два его естественных спутника — Фобос (22х30 км) и Деймос (15х12 км). Они обгоняют планету в ее вращении вокруг своей оси. Это мелкие небесные тела, по форме напоминающие картофелины, богато испещренные кратерами, не представляющие большого интереса для астрономов.

Малые планеты

Еще в середине XVIII века было замечено, что расстояния от Солнца до планет можно связать простой зависимостью:

r = 0,4 + 0.3 x 2ⁿ (а.е.)