Brown & Mussett The Inaccessible Earth 04 Chapter (Д. Браун, А. Массет - Недоступная Земля)

4. Образование Солнечной системы и распространенность элементов 4.1. Почему иеебходвне выйтв за пределы Земли? В двух предыдуших главах рассказывалось о том, как было выяснено (с достаточной точностью) распределеиие плотности я иекоторых других параметров виутри Земли. Теперь мы хотим узнать, из какого материала сложейа Земля, т, е. какой оиа имеет химический состав и из каких мииералов построена. Мы уже установили, что Земля состоит из различных слоев, и в частности, что породы земной коры гораздо менее плотные, чем вся Земля в целом.

Следовательно, хотя состав поверхностных пород ладо, конечно, учи'тыкать, эти породы пе могут считаться представительиыми по отношению к мантии и ядру, и дополнительные сведения иеобходимо искать где-то вие коры. Мы выиуждены поставить вопрос о том, как образовалась Земля, а зто в свою очередь расширяет рамки иаших исспедоваиий вплоть до истории образоваиия Солнечной системы.

(Заглавиые буквы используются для того, чтобы подчеркнуть единственность планетной системы, к которой принадлежит Земля; то же правило относится к иазваииям планет и других единственных в своем роде обьектоп) Изучая теле, входвпие в Солнечную систему, молшо оценить ее первоначальный состав, а также вьвжазать предположеиия о фвзических и химических процессах, которые привели к ее совремеилому состоянию. Эта глава касается главиым образом устацовлеиия общего состава Земли, а гл.

5 будет посвацена процессам, обусловившим слоистое строение нашей планеты. 4.2. Вводвые замечавии о Солвечией системе. Солиечная система состоит из Солнца и всех тел, которые вращаются вокруг него по своим орбитам; иаиболее массивиые из этих тел-девять планет. В табл. 4.1 представлеиы миогие свойства Солнца, планет и Лупьь а иа рис. 4,1 показаны их относительные размеры.

Особенности, которые иельзя описать в столь сжатом виде, шлагаются в иижеследующем очерке, который можно было бы озаглавить «Кто есть кто в Солнечной системев. Солнце-обыкновенная средняя звезда. Оиа состоит примерно иа 70;,' из водорода и иа 28;4 из гелии; более тяжелые элементы составляют только 24 его массы. Тепло и свет Солнце производит, превращая в своих глубоких недрах водород в гелий (разд. 4.6.2). Меркурий-ближайшая к Солнцу планета, имеющая совсем маяелький размер. Плотность Меркурия тодько иемиого меиьше, чем плотность Земли. Поверхность сильно изрыта кратерами, как иа Луне.

Веиеру называют сестрой Земли„потому что ее масса и плотность только немного меиьше соответотвующих земных характериствк. Одиако вокруг своей оси Венера вращаетсв медленно 'и в обратном направлении (т.е. в иаправлеияи, противоположиом иаправлеишо движеиия всех планет вокруг Солнца). Атмосфера Венеры гораздо плотнее, чем наша; температура у поверхиости Венеры равна приблизительио 500 С. Венерианская атмосфера состоит главным образом из двуокиси углерода с иебольшим количеством воды и такимв иеприятиыми субстанциями, как сернам и соляная кислоты. Увидеть поверхность Веиеры мы ие можеьь ио радар показывает, что оиа покрыта кратерами. 8 О" меч '1г" Ь О" 4. -х жо 6. о„ ь ~ л ж х Ю Ра О ОЧ О С'$ ь ь о о Р о Й Й ч о к м»» м»» Р~1 д л ь ьь сч ОО О ю м а о ь о с~ ч м ОО СЧ ьо ОЧ РО ЧОР Я ОО ч 'о о о л оо ж ж $М о о 151 И,~ 3$ Фо Ф' ~М~ о ол Л ЯЗ ОЧ Ом ОЧ ь О ФР Ь" о" »1 Оч д Й О»О о1 м~ ОО Р„ ь СЧ ОО О- л Ь«1 ! ОЧ Г арчь м .$ф.- ооил фр о ~~о ~о й-из, ' 3.

йО о,И ьм м ь 1, о ьь ж Х " о, о 5"- '"Ц» о бэ Ф~ф оло Ф $ О ф „чо о о~~ О»О ~~Ц й М о й ф ~ о О О чо »$ ~ ~о О ф Д О До и~~ яо Ф о о ф Ь Ий 5в оо о ол О.о о» о ° О я о о о рФ ~М . о о Оо ОООО о Б Я о» аво ооо ."й: фоо ц о о Яо о З~ -й~ д~~ Ъ 4. ОБРАЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСтвмы 57 % $ $ Ъ Х С $ $ е Фй3$ ° Ф Ф е ° Ге«инеи Капнистов ь.

ли оив известие) Ресстовннв меилу телеми- нв в масштабе. (Плоакости орбит планет при- близительно псрпендикулкрны плоскости чер- тежа.- Перев.) Рнс. 4.1. Относительные размерм Солипв, планет и их спутников. Покеэкны тольхо семь самых крупных апутников, остальные выглкдели бы не этой схеме просто точками. Показана ориентировка о«ий врвщеннх планет (ес- Продолжая в дальше в стиле самой грубой схемы,отмеппн, что Земля обладает ваивысшей ерш«и ' всех планет средней плотиостью и выделеется своей веобычыой атмосферой„состоящей из азота и кислорода, и большим количеством лидкой воды (о тоьь ках это получилось, «зь в гл.

10). Причвыу почти полного отсутствия ударных кратеров (вх на Земле всего ыесколько) можно считать результатом поверхностной геологической активыости, в частвосты эрозии, а иаличие гор служит дополиителъиым доказательстном того, что Земля представляет собой ввутревие дииамячыую планету. Луна среди спутввков долила считаться большой: опа почти такал же по размеру, как крупыейший из спутывков Юпитера Поверхность Луны сильно язрыта кратерами и состоит из светлоокрашеывых возаышеыыостей и темных, довольно плосквх марей.

Марс меньше Земли и обладает меньшей плотыостъю. У него разрежеввая атмосфера, состоицав преимущественно из двуокиси угл«изода, из которой образуются топкие ледяиые полярные шапки; обыаружш«ы также следы воды. Поверхность покрыта кратерими ударного происхождеиия, ло имеются и призыаки того, что Марс был актввпой планетой: с помощью космичеспп аппаратов там обыару~кены гигаытскяе-русла (каналы), кавъопы п Вулкапы. Четыре выутреиыие планеты «эемыой» группы, а также Луна имеют более высокую плотыосп; чем выешиве плаиеты. Полагают, что выутреыыие планеты состоят главным образом из железа, кремния, кислорода и других сравввтельыо тяжелых элементов с ыебольшим холичеспюм водорода и гелия-главных элементов, входящих в соспе Солнца. Подробнее эти плаыеты описаны в разд.

5.4. Между плаыетамы земыой группы и аыешиими «плаыетами-гигантами» существует разрыв: резкое увеличеыве массы и расстоипыя от Солнца, а таике уменьшение плотыостп (см. табл. 4З). Астероиды-болъшая группа «малых пливет»; орбиты их располагаются правь«у«цествепио между орбитами Марса и Юпитера, хотя некоторые астероиды оказываются время от времеви внутри орбвты Земли. Между Марсом я Юпвтером существует некая «дыра» в последовательности планет, ы раиъше считалы, что астероиды-это остатки пла- зк и окгхзованив солинчиой систнмы нет»к которая когда-то заполняла это зияние, однако убедительных доказательств, подтверждающих эту идею, не найдено. Самый крупный астероид Церера имеет диаметр всего 7ббкм, а из 2000 других астероидов многие представляют собой просто глыбы неправильной формы, а их общая масса гораздо меньше массы любой планеты.

Ванное значение астероидов состоит в том, что из вих, по-видимому, образуются метеориты;метеориты же в свою очередь играют важную роль в расширении наших представлений о составе Земли, как это будет показано в равд. 4.5. Юпитер нмеет массу, большую, чем все другие планеты вместе взятые, но и прн этом его масса составляет меньше 0,1;/ массы Солнца, Плотность Юпитера невысока, и это можно обьяснить только большим содержанием водорода и гелия. Из-за быстрого вращения (его сутки длятся только 10 ч) он обладает значятельным экваторналъным вздутием. У Юпнтера 14 (1б.— Ред.) взвестнъп спутников, сильно отличающихся друг от друга по многим характеристикам.

Сатурн во многом похож на Юпитер. Его плотность ниже (меньше плотности воды), вероятно, потому, что, будучи меньше, он слабее сжат. Его наиболее выразительная особенность-взпюписная система колец, образованных огромным числом отдельных частип, состоящих, по всей ввдимости, изо льда и замерзших газов и движущихся по своим орбитам беэ столкновений. Уран и Нептун вмеют примерно одинаковые размеры; плотность обеих этих планет выше плотности Сатурна, несмотря на меньший диаметр.

Вероятно, это связано с меньшим содержанием водорода и гелия. Об этих планетех известно немного; только недавно было обнару:кено, что у Урана есть кольца, хотя они выражены гораздо слабее, чем кольца Сатурна (У Юпитера также имеются очень тонкие кольца) Плутон-самая удаленная планета, и о нем известно мало. Только недавно у него был обнаружен спутник, что позволило оценить массу Плутона более точно (см.

табл. 4.1). Орбита Плутона отличается от орбит других планет: она наклонена к средней плоскости Солнечной системы на 17' и настолько эксцентрична„что вногда Плутон оказывается внутри орбиты Нептуна. По размерам Плутон меньше, чем Тритон самый крупный спутник Нептуна, поэтому высказано предположение, что Плутон также когда-то был спутником Нептуна Время от времени на ночном небе самыми заметными обьектами становятся кометы-с яркой «головой» и размытым «хвостом», который вытягивается на полнеба Одвако голова кометы имеет в поперечнике только несколъко километров и представляет собой, как полагают, скопление различных твердых частиц, скрепленных между собой замерзшими газами и льдом.

Эти скопления похожи на «грязные снежки». Солнечное тепло испаряет более летучие части кометы, которые и образуют сильно размытый хвост. Повидимому, голова кометы может полностью распасться на мелкие часты, и, когда Земля пересекает их орбнту, возникает метеоритный «дождь». При нынешнем уровне язучевности кометы мало что добавляют к нашим знаниям о Солнечной системе. Перед тем как судить о достоинствах той или другой теории образования Солнечной системы, нам надо решить, какие ее существенные особенности требуют объяснения.

Иначе говоря, необходимо выделить те особенности, которые должны быть обшвмн для всех других «солнечных» систем, образовавшихся более или менее одинаково, и те черты, которые появились случайно и специфичны только для нашей Солнечной системы. Задача была бы гораздо проще, если бы можно было сравнить нашу Солнечную систему с друппнн, но на сегодняшний день пока невозможно обнаружить объекты земных размеров, вращающиеся даже вокруг близких звезд, хотя заявки на открытяе объектов разме- А ОБРАЭОВАние сОлнечнОЙ системы 59 ром с Юпитер уже появляютс». Таким образом;неизвестно, насколько распространены ао Вселенной солнечные системы н, следовательно, насколько закономерно или случайно нх появление, т.е. можно ли считать их пеявятгяе закономерным следствием более или менее обычного процесса развития или же для зчого требовалось дикое-то редкое стечение обстоятельств.

Поскольку учена)е а своем большинства ие любят привлекать «особые объяснению> без крайней необходимости, чащд дцдуоквстся первое. Ниже перечяслюотся ее особенности Солнечной 'системы, которые, по-видимому, надо считать сущестаевпьйен я которые должны найти объясйеияе в любой космогонической теория. а) Планеты ямеэот общую плоскость обрашениа вокруг Солнца (в пределах нескольких градусов); близкую д плоскости солнечного экватора; таким образом„почти все вращательное дажиевве сисзммы имеет общую осъ (см.

табл. 41: э)виюле о наклоне орбит и ориентировке, осей Вращения планет). б) Планеты движутся почти по круговым орбитам, причем наибольший эксцентриснтет отмечается у аыых малых планет-у Меркурия и Плутона (табл. 4.1: данные об эксцентриситете орбит). Из пуюпов (а) п (б) следует, что Солнечная система-это действительно одно семейство, имеющее общее происхождение, а не случайное собрание обьектов, притянутых Солнцем. в) Болъшая часть всей массы системы заключена в Солнце, т.е.