Планеты земной группы

СТАВРОПОЛЬСКИЙ РЕГИОНАЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ РЕФЕРАТ ПО АСТРОНОМИИ ПЛАНЕТЫ ЗЕМНОЙ ГРУППЫ ПОДГОТОВИЛ: Филимоненко Семён ГРУППА: 31 СТАВРОПОЛЬ 2009 год «Мы рады той таинственности, которая находится за пределами нашей досягаемости » Харлоу Шепли Среди многочисленных небесных светил, изучаемых современной астрономией, особое место

занимают планеты. Все мы хорошо знаем, что Земля, на которой мы живем, является планетой, так что планеты – это тела, в основном подобные нашей Земле. Но в мире планет мы не встретим даже двух, совершенно похожих друг на друга. Разнообразие физических условий на планетах очень велико. Расстояние планеты от Солнца (а значит, и количество солнечного тепла, и температура поверхности), её размеры, напряжение силы тяжести на поверхности, ориентировка оси вращения, определяющая смену времён

года, наличие и состав атмосферы, внутреннее строение и многие другие свойства различны у всех девяти планет Солнечной системы. Говоря о разнообразии условий на планетах, мы можем глубже познать законы их развития и выяснить их взаимосвязь между теми или иными свойствами планет. Так, например, от размеров, массы и температуры планеты зависит её способность удерживать атмосферу того или иного состава, а наличие атмосферы, в свою очередь, влияет на тепловой режим планеты.

Как показывает изучение условий, при которых возможно зарождение и дальнейшее развитие живой материи, только на планетах мы можем искать признаки существования органической жизни. Вот почему изучение планет, помимо общего интереса, имеет большое значение с точки зрения космической биологии. Изучение планет имеет большое значение как для астрономии, так и для других областей науки, в первую очередь наук о Земле – геологии и геофизики, а также для космогонии – науки о происхождении

и развитии небесных тел. Современные представления о планетах сложились не сразу. Для этого понадобилось много веков накопления и развития знаний и упорной борьбы новых, прогрессивных знаний со взглядами старыми, отживающими. В древних представлениях о Вселенной Земля считалась плоской, а планеты рассматривались лишь как светящиеся точки на небесном своде, отличавшиеся от звёзд только тем, что они перемещались между ними, переходя из созвездия в созвездие.

За это планеты и получили название, означающее “блуждающие”. Наблюдателям древности было известно пять планет: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. Даже после того, как была установлена шарообразная форма Земли, и были впервые определены её размеры (Эратосфеном в III в. до н. э.), после того как стала очевидна ограниченность

Земли в пространстве, о природе планет ничего известно не было. И всё же во взглядах выдающихся мыслителей древности: Анаксагора, Демокрита, Эпикура, Лукреция мы встретим идеи о материальности и бесконечности Вселенной, заполненной бесчисленным количеством миров, подобных нашему, причём многие из них могут быть населены живыми существами. Эти мыслители высказывали весьма интересные идеи и о природе небесных тел.

Начиная с IV в. до н. э. господствующим в науке стало мировоззрение Аристотеля, согласно которому Земля находится неподвижно в центре мира, а Солнце, Луна, планеты и звёзды обращаются вокруг неё. Такое представление получило название “геоцентрическое”. Геоцентрическая система мира просуществовала в науке почти 2000 лет.

Как известно, любая из планет перемещается по небу среди звёзд вдоль эклиптики – большого круга небесной сферы, который описывает центр солнечного диска в течение года. Большую часть времени планеты движутся в ту же сторону, что и Солнце (прямым движением). Но время от времени планеты изменяют видимое прямое движение на иное, направленное в сторону, противоположную видимому годичному движению

Солнца. Попятное движение продолжается от трёх недель (для Меркурия) до 4.5 месяцев (для Сатурна) и затем снова сменяется прямым движением, так что планета как бы описывает на небе петлю. Лишь в середине 16 в. великий польский учёный Николай Коперник высказал замечательную идею о том, что Земля вовсе не является центром мира, а обращается вокруг

Солнца так же, как и другие планеты. Гениальная книга Коперника “Об обращении небесных сфер”, вышедшая в 1543 г в корне изменила представления об устройстве Солнечной системы и о движении планет и Земли. Рассматривая Землю как небесное тело, которое наряду с другими планетами обращается вокруг Солнца, Коперник своими трудами подготовил логический вывод о том, что не только характер движения,

но и сама природа планет и Земли должна быть одинакова. Этот вывод был сделан выдающимся последователем Коперника итальянским мыслителем Джордано Бруно и подтверждён в результате телескопических открытий Галилея. Так постепенно складывалось правильное представление о природе планет. Теперь мы знаем, что планеты, в том числе и Земля, представляет собой тёмные, несамосветящиеся тела,

освещаемые Солнцем и отражающие его лучи. Такое определение небесных тел следует распространить не только на планеты нашей Солнечной системы, но и на системы других звёзд, ибо каждая звезда тоже представляет собой солнце, и около неё также могут обращаться планеты. В Солнечную систему входит Солнце, 9 больших планет вместе с их 167 спутниками, более 460 тысяч малых планет (астероидов), порядка 100 млрд комет, а также бесчисленное количество мелких, так называемых

метеорных тел (поперечником от 100 метров до ничтожно малых пылинок). Центральное положение в Солнечной системе занимает Солнце. Его масса приблизительно в 750 раз превосходит массу всех остальных тел, входящих в систему. Гравитационное притяжение солнца является главной силой, определяющей движение всех обращающихся вокруг него тел Солнечной системы. Все большие планеты – Меркурий,

Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон – обращаются вокруг Солнца в одном направлении (в направлении осевого вращения самого Солнца), по почти круговым орбитам, мало наклоненным друг к другу и к солнечному экватору. Расстояния от планет до Солнца образуют закономерную последовательность – промежутки между соседними орбитами возрастают с удалением от Солнца. Эти закономерности движения планет в сочетании с делением

их на две группы по физическим свойствам указывают на то, что Солнечная система не является случайным собранием космических тел, а возникла в едином процессе. Благодаря почти круговой форме планетных орбит и большим промежуткам между ними исключена возможность тесных сближений между планетами, при которых они могли бы существенно изменять своё движение в результате взаимных притяжений. Это обеспечивает длительное существование планетной системы.

Планеты вращаются так же вокруг своей оси, причём почти у всех планет, кроме Венеры и Урана, вращение происходит в том же направлении, что и их обращение вокруг Солнца. Чрезвычайно медленное вращение Венеры происходит в обратном направлении, а Уран вращается как бы лежа на боку. Большинство спутников обращаются вокруг своих планет в том же направлении, в котором происходит осевое вращение планеты. Орбиты таких спутников обычно круговые и лежат вблизи

плоскости экватора планеты, образуя уменьшенное подобие планетной системы. Подавляющее большинство орбит ныне известных малых планет располагается в промежутке между орбитами Марса и Юпитера. Все малые планеты обращаются вокруг Солнца в том же направлении, что и большие планеты, но их орбиты, как правило, вытянуты и наклонены к плоскости эклиптики. Кометы движутся в основном по орбитам, близким к параболическим.

Некоторые кометы обладают вытянутыми орбитами сравнительно небольших размеров – в десятки и сотни а.е. У этих комет, называемых периодическими, преобладают прямые движения, т.е. движения в направлении обращения планет. Планеты Солнечной системы делятся на две группы, отличающиеся по массе, химическому составу (это проявляется в различиях их плотности), скорости вращения и количеству спутников. Четыре планеты, ближайшие к Солнцу, – планеты земной группы – невелики, состоят из плотного каменистого

вещества и металлов. Недра планет и некоторых спутников находятся в раскалённом состоянии. У планет земной группы и спутников вследствие малой теплопроводности наружных слоёв внутреннее тепло очень медленно просачивается наружу и не оказывает заметного влияния на температуру поверхности. Венера, Земля и Марс обладают атмосферами, состоящими из газов, выделившихся из их недр. Планеты земной группы – Меркурий, Венера, Земля и

Марс – отличаются от планет-гигантов меньшими размерами, меньшей массой. Они движутся внутри пояса астероидов. В пределах одной группы планеты близки по таким физическим характеристикам, как плотность, размеры химический состав, но одна группа резко отличается при этом от другой. Каждая планета имеет свои неповторимые особенности. Меркурий – самая близкая к Солнцу планета Солнечной системы.

Расположена на расстоянии 58 млн. км от Солнца. Полный оборот на небе завершает за 88 земных суток. Из-за близости к Солнцу и малых видимых размеров Меркурий долго оставался малоизученной планетой (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).

Радиолокация позволила установить период вращения Меркурия. Ещё в 1882 году Дж. Скиапарелли из визуальных наблюдений сделал вывод, что этот период равен периоду обращения Меркурия вокруг Солнца (88 земных суток), т.е. что Меркурий обращён к Солнцу одной стороной, как Луна к Земле. Около 50 лет этот период считался предположительным, а потом, уже в 30-х годах прошлого столетия,

вопросительный знак около значения периода был снят во всех справочниках и таблицах: фотография подтверждала период Скиапарелли. Но всё-таки он оказался неверным. В 1965 г. американские радиоастрономы Р. Дайс и Г. Петтенджил с помощью 300-метрового радиотелескопа обсерватории Аресибо установили, что период обращения Меркурия составляет ровно 2/3 орбитального периода (периода

обращения вокруг Солнца). По последним радиолокационным данным, период вращения Меркурия вокруг своей оси составляет 58,65 земных суток. Три полных оборота вокруг оси Меркурий завершает за 176 земных суток. За этот же срок планета совершает два оборота вокруг Солнца. Таким образом, Меркурий занимает относительно

Солнца то же самое положение на орбите и ориентировка шара остаётся прежней (получается, что меркурианские сутки составляют два меркурианских года) Такое движение, как показывает теория, является устойчивым. Вращение оказывается в резонансе с орбитальным движением. Ось вращения Меркурия почти перпендикулярна плоскости его орбиты. Комбинация движений планеты порождает ещё одно уникальное явление.

Скорость вращения планеты вокруг оси – величина практически постоянная, в то время как скорость орбитального движения постоянно изменяется. На участке орбиты вблизи перигелия в течение примерно 8 суток скорость орбитального движения превышает скорость вращательного движения. В результате Солнце на небе Меркурия останавливается, и начинает двигаться в обратном направлении – с запада на восток. Этот эффект иногда называют эффектом

Иисуса Навина, по имени библейского героя, остановившего, согласно легенде, движение Солнца (Нав X, 12-13). Для наблюдателя на долготах, отстоящих на 90° от "горячих долгот", Солнце при этом восходит (или заходит) дважды. Интересно также, что, хотя ближайшими по расположению орбит к Земле являются Марс и Венера, именно Меркурий является бо́льшую часть времени ближайшей к Земле планетой, чем любая другая (поскольку другие отдаляются в большей степени, не будучи столь "

привязанными" к Солнцу). Как показали радионаблюдения, температура на поверхности Меркурия в пункте, где Солнце находится в зените, достигает 620 К. Температура ночного полушария – около 110 К. На Меркурии не существует времён года в том смысле, который мы вкладываем в это понятие на Земле. Это происходит из-за того, что ось вращения планеты находится под прямым углом к плоскости орбиты.

Как следствие, рядом с полюсами есть области, до которых солнечные лучи не доходят никогда. Обследование, проведённое радиотелескопом Аресибо, позволяет предположить, что в этой студёной и тёмной зоне есть ледники. Ледниковый слой может достигать 2 м и покрыт слоем пыли. С помощью радионаблюдений удалось определить тепловые свойства наружного покрова планеты, которые оказались близкими к свойствам тонкораздробленных пород лунного реголита.

Причиной такого состояния пород, по всей видимости, являются непрерывные удары метеоритов, почти не ослабляемые разряжённой атмосферой Меркурия. Большую часть сведений о Меркурии земляне получили при трехкратном сближении с планетой американской автоматической межпланетной станции (далее – АМС) "Маринер-10" в 1974-1975 гг. Фотографирование поверхности Меркурия АМС "Маринер-10" показало, что по виду планета напоминает

Луну. Поверхность усеяна кратерами разных размеров, причём их распределение по величине диаметра аналогично распределению кратеров Луны. Это говорит о том, что они образовались в результате интенсивной метеоритной бомбардировки миллиарды лет назад на первых этапах эволюции планеты. Встречаются кратеры со светлыми лучами, с центральными горками и без них, с тёмным и светлым дном, с резкими очертаниями валов (молодые) и полуразрушенные (древние).

Обнаружены долины, напоминающие известную Долину Альп на Луне, гладкие круглые равнины, получившие название бассейнов. Наибольший из них – Калорис или Море Зноя – имеет диаметр 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 4 км.

Наличие тёмного вещества в бассейнах и заполненных лавой кратерах свидетельствует о том, что в начальный период своего существования планета испытала сильное разогревание, за которым последовала одна или несколько эпох интенсивного вулканизма. У Меркурия обнаружено слабое магнитное поле, напряженность которого меньше, чем у Земли, и больше, чем у Марса. Межпланетное магнитное поле, взаимодействуя с ядром Меркурия, может создавать в нём электрические токи.

Эти токи, а также перемещения зарядов в ионосфере, которая у Меркурия слабее по сравнению с земной, могут поддерживать магнитное поле планеты. Взаимодействуя с солнечным ветром, оно создаёт магнитосферу. 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 (4500 атомов на 1 см3), присутствуют также кислород и некоторые инертные газы, например, аргон и неон. Предполагается, что эти газы на Меркурии – удерживаемая слабым магнитным полем планеты часть солнечного ветра; однако, такие газы могли выделиться и в результате распада радиоактивных веществ, входящих в состав грунта планеты. 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, т.е. плотность атмосферы Меркурия не превосходит плотности земной атмосферы на высоте 620 км. 5 февраля 2008 г. группой астрономов из Бостонского университета было объявлено об открытии кометоподобного хвоста у планеты Меркурий длиной более 2,5 млн. км.

Обнаружили его при наблюдениях с наземных обсерваторий в линии натрия. До этого было известно о хвосте длиной не более 40 тыс. км. Видимая длина хвоста для наблюдателя с Земли составляет порядка 3 градусов. Средняя плотность Меркурия составляет около 5,43 г/см3, что значительно выше лунной и почти равно средней плотности Земли. Высокая плотность и наличие магнитного поля даёт основания считать, что у

Меркурия должно быть плотное железистое ядро. Действительно, до недавнего времени предполагалось, что в недрах Меркурия находится металлическое ядро радиусом 1800-1900 км (возможно, из расплавленного железа плотностью до 10 г/см3, имеющего температуру около 2000 К), содержащее 60 % массы планеты, окружённое силикатной оболочкой толщиной 500-600 км, так как АМС "Маринер-10" обнаружил слабое магнитное поле, и считалось, что планета с таким малым размером

не может иметь жидкого ядра. Но в 2007 году группа Жана-Люка Марго подвела итоги пятилетних радарных наблюдений за Меркурием, в ходе которых были замечены вариации вращения планеты, слишком большие для модели с твёрдым ядром. Жизнь на Меркурии из-за очень высокой дневной температуры и отсутствия жидкой воды не может существовать. Спутников Меркурий не имеет. Венера – вторая по расстоянию от

Солнца и ближайшая к Земле планета Солнечной системы. Ее даже называют “сестрой Земли”, так как диаметр Венеры почти равен земному (12 100 км или 95% диаметра Земли), а масса – 82 % массы Земли или 1: 408 400 массы Солнца. Венера – самое яркое светило на небе после

Солнца и Луны. Известна людям с глубокой древности. Среднее расстояние от Солнца – 108 млн. км. Период обращения вокруг него – 225 земных суток. Период вращения Венеры вокруг своей оси долго не удавалось установить из-за плотной атмосферы и облачного слоя, окутывающих эту планету. Только с помощью радиолокации установили, что он равен 243,2 суток, причём Венера вращается в обратную сторону по сравнению с

Землёй и другими планетами. Иначе говоря, если смотреть с северного полюса Венеры, планета вращается по часовой стрелке, а не против неё, как Земля и все планеты (исключая Уран). Солнечные сутки на Венере равны 117 земным суткам, т.е. день и ночь на Венере продолжается по 58,5 суток. Несмотря на это, температуры дневного и ночного полушарий планеты

отличаются очень мало – благодаря большой теплоёмкости и интенсивному переносу тепла в плотной атмосфере Венеры. Во время нижних соединений Венера может приближаться к Земле на расстояние до 40 млн. км, т.е. ближе любой другой большой планеты Солнечной системы. Синодический период (от одного нижнего соединения до другого) равен 584 суток. Средняя плотность Венеры – 5,2 г/см, то есть почти равна земной, что позволяет предположить наличие

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. Атмосфера Венеры была открыта в 1761 г. М. В. Ломоносовым при наблюдении прохождения Венеры перед диском Солнца. При схождении её с диска

Солнца край последнего как бы выгнулся, образовав “пупырь”. М. В. Ломоносов правильно объяснил наблюдавшееся им явление преломле-нием солнечных лучей в атмосфере Венеры. Это явление получило название “явление Ломоносова”. В XX веке с помощью спектральных исследований в атмосфере Венеры найден углекислый газ, который оказался основным газом её атмосферы: по современным данным, на

долю углекислого газа приходится 96,5% всего состава атмосферы Венеры. В атмосферу Венеры входят так же около 3,5% азота и инертных газов, не более 0,1% кислорода и небольшие количества окиси углерода, хлороводорода и фтороводорода. Кроме того, в её атмосфере содержатся в следовых количествах водный пар и кислород. Плотность атмосферы Венеры у поверхности всего в 14 раз меньше плотности воды.

Углекислый газ и водяной пар создают в атмосфере Венеры парниковый эффект, приводящий к сильному разогреванию планеты. Причина этого состоит в том, что и углекислый газ, и водяной пар интенсивно поглощают инфракрасные (тепловые) лучи, испускаемые нагретой поверхностью Венеры. Атмосфера планеты пропускает и солнечное излучение, правда, лишь частично и не в виде прямых лучей, а в форме многократного рассеянного излучения.

Облачный слой Венеры обладает весьма высоким альбедо (0,78), иначе говоря, более трёх четвёртой солнечной радиации отражается облаками и лишь менее одной четверти проходит вниз. Парниковый эффект имеет место и в атмосферах других планет. Но если в атмосфере Марса он поднимает среднюю температуру у поверхности на 9º, в атмосфере Земли – на 35º, то в атмосфере Венеры этот эффект достигает 400 градусов.

Температура поверхности Венеры достигает около 500 С. Облачный слой Венеры, скрывающий от нас её поверхность, как установлено станциями серии "Венера", расположен на высоте 49-68 км над поверхностью и по плотности напоминает легкий туман. Но большая протяжённость облачного слоя делает его совершенно непрозрачным для земного наблюдателя. Предполагается, что облака состоят из капель водородного раствора серной кислоты.

Освещённость на поверхности в дневное время подобна земной в пасмурный день. Из космоса облака Венеры выглядят как система полос, располагающихся обычно параллельно экватору планеты, однако порой они образуют петли, которые были замечены ещё с Земли, что и позволило установить примерно 4-хсуточный период вращения облачного слоя. Это четырехсуточное вращение мощной венерианской атмосферы вокруг планеты было подтверждено космическими

аппаратами (фотографии верхнего слоя облаков Венеры с близкого расстояния были получены в феврале 1974 г. АМС “Маринер-10”) и объясняется наличием на уровне облаков постоянных ветров, дующих в сторону вращения планеты со скоростью около 100 м/с или 360 км/ч. Атмосферное давление у поверхности Венеры составляет около 9МПа, а плотность – в 35 раз превышает плотность земной атмосферы. Количество углекислого газа в атмосфере Венеры в 400 тыс. раз больше, чем в земной атмосфере.

Причиной этого, вероятно, является интенсивная вулканическая деятельность, и, кроме того, отсутствие на планете двух основных поглотителей углекислого газа – океана с его планктоном и растительности. Самые верхние слои атмосферы Венеры состоят целиком из водорода. Водородная атмосфера простирается до высоты 5500 км. У Венеры имеется, как и у Земли, ионосфера. Дневной максимум электронной концентрации расположен на

высоте 145 км и равен 4х105 электронов на см3, что в 10 раз меньше, чем в ионосфере Земли. На высоте 500 км со стороны Солнца наблюдается резкий спад электронной концентрации, а на ночной стороне – длинный хвост из заряженных частиц протяжённостью до 3500 км с концентрацией электронов 1000-500 электронов на см3. Такое строение ионосферы связано с обтеканием её солнечным ветром и со слабой направленностью магнитного поля Венеры (по некоторым данным, оно в 10 тыс. раз слабее земного).

Радиолокация позволила изучить невидимый из-за облаков рельеф Венеры. В приэкваториальной зоне обнаружено более 10 кольцевых структур, подобных кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но сильно сглаженных и плоских. Обнаружен разлом в коре планеты длиной 1500 км, шириной 150 км и глубиной около 2 км, горные массивы, вулкан с диаметром основания 300-400 км и высотой около 1 км, огромная котловина протяжён-ностью 1500

км с севера на юг и 1000 км с запада на восток. Межпланетные станции "Венера-9" и "Венера-10" позволили изучить с орбит искусственных спутников Венеры рельеф 55 районов планеты; при этом были обнаружены гористые участки местности с перепадом высот 2-3 км, а также относительно ровные участки. Поверхность Венеры более гладкая, чем поверхность Луны. Фотографии поверхности

Венеры показывают каменистую пустыню с характерными скальными образованиями, на отдельных снимках видна свежая осыпь камней. Это говорит о непрекращающейся тектонической активности Венеры. Средняя плотность породы Венеры равна 2,7 гсм3, что близко к плотности земных базальтов. Анализ породы и поверхности Венеры может иметь большое значение для развития теории эволюции всех планет Солнечной системы, в том числе и нашей Земли. Спутников

Венера не имеет. Земля – третья от Солнца планета Солнечной системы. Подобно другим планетам, Земля движется вокруг Солнца по слегка вытянутой эллиптической орбите (скорость движения Земли всё время меняется; вблизи Солнца она увеличивается, с удалением от него – уменьшается, в среднем же Земля движется по своей орбите со скоростью 30 км/с – в 36 раз быстрее полёта пули). Расстояние от Земли до Солнца в разных точках орбиты неодинаковое, среднее же расстояние – около 149,6

млн. км. Когда Земля проходит через перигелий – ближайшую к Солнцу точку своей орбиты – её отделяет от Солнца почти 147 млн. км. Через полгода расстояние от Земли до Солнца становится близким к 152 млн. км. Ближе всего к Солнцу она подходит в начале января, когда в северном полушарии царит зима, а дальше всего отходит в начале июля, когда у нас лето. Разница в удалении

Земли от Солнца между январём и июлем составляет около 5 млн. км. В процессе движения нашей планеты вокруг Солнца плоскость земного экватора (наклоненная к плоскости орбиты под углом 23 27') перемещается параллельно самой себе таким образом, что в одних участках орбиты земной шар наклонен к Солнцу своим северным полушарием, а в других – южным (поэтому зима в северном полушарии чуть-чуть теплее, чем в южном, а лето, наоборот, чуть-чуть прохладнее).

Эллиптичность орбиты Земли оказывает на характер времён года лишь косвенное и очень незначительное влияние. Причина смены времён года кроется в наклоне земной оси. Ось вращения Земли расположена под углом в 66,5º к плоскости её движения вокруг Солнца (строго говоря, Земля, хотя и крайне медленно, но всё же “покачивается”, и наклон земной оси слегка меняется, но это мало ощутимо). Ось вращения

Земли направлена своим северным концом приблизительно на звезду альфа Малой Медведицы, которая поэтому называется Полярной звездой. Для большинства практических задач можно принимать, что ось вращения Земли перемещается в пространстве всегда параллельно самой себе. На самом же деле ось вращения Земли, или, что-то же самое, ось мира, поскольку они параллельны, описывает

на небесной сфере малый круг, совершая один полный оборот за 26 тыс. лет. В ближайшие сотни лет северный полюс мира по-прежнему будет находиться недалеко от Полярной звезды, но затем начнёт удаляться от неё, и название последней звезды в ручке ковша Малой Медведицы – Полярная – утратит свой смысл. Через 12 тыс. лет полюс мира приблизится к самой яркой звезде северного неба – Веге из созвездия Лиры. Описанное явление носит название прецессии оси вращения

Земли (поясним: если раскрутить волчок, а потом слегка толкнуть его ось – она начнёт описывать конус, причём со скоростью, значительно меньшей скорости вращения волчка. Это движение называется прецессией). Обнаружил явление прецессии уже Гиппарх, который сравнил положения звёзд в своём каталоге с составленным задолго до него звёздным каталогом Аристилла и Тимохариса. Сравнение каталогов и указало

Гиппарху на медленное перемещение оси мира. Различают три наружных оболочки Земли: литосферу, гидросферу и атмосферу. Под литосферой понимают верхний твердый покров планеты, который служит ложем океана, а на материках совпадает с сушей. Гидросфера – это подземные воды, воды рек, озер, морей и, наконец, Мирового океана. Вода покрывает 71% всей поверхности

Земли. Средняя глубина Мирового океана 3900 м. Существование осадочных пород, возраст которых превосходит 3,5 млрд. лет, служит доказательством существования на Земле обширных водоёмов уже в ту далёкую пору. На современных континентах более распространены равнины, главным образом низменные, а горы, в особенности высокие, занимают незначительную часть поверхности планеты, так же как и глубоководные впадины на дне океанов.

Форма Земли, как известно близкая к шарообразной, при более детальных измерениях оказывается очень сложной, даже если обрисовать её ровной поверхностью океана (не искаженной приливами, ветрами, течениями) и условным продолжением этой поверхности под континенты. Неровности поддерживаются неравномерным распределением массы в недрах Земли. Такая поверхность называется геоидом. Геоид (с точностью порядка сотен метров) совпадает с эллипсоидом

вращения, экваториальный радиус которого 6378 км, а полярный радиус на 21,38 км меньше экваториального. Разница этих радиусов возникла за счёт центробежной силы, создаваемой суточным вращением Земли. Суточное вращение земного шара происходит с практически постоянной угловой скоростью с периодом 23 ч 56 мин 4,1 с, т.е. за одни звёздные сутки, количество которых в году ровно на одни сутки больше, чем солнечных. Одна из особенностей Земли – её магнитное поле, благодаря которому мы можем пользоваться

компасом. Магнитный полюс Земли, к которому притягивается северный конец стрелки компаса, не совпадает с Северным географическим полюсом. Под действием солнечного ветра магнитное поле Земли искажается и приобретает "шлейф" в направлении от Солнца, который простирается на сотни тысяч километров. Наша планета окружена обширной атмосферой. Основными газами, входящими в состав нижних слоёв атмосферы,

являются азот (примерно 78%), кислород (около 21%) и аргон (около 1%). Других газов в атмосфере Земли очень мало, например углекислого газа – около 0,03%. Атмосферное давление на уровне поверхности океана составляет при нормальных условиях приблизительно 0,1МПа. Полагают, что земная атмосфера сильно изменилась в процессе эволюции: обогатилась кислородом и приобрела современный состав в результате длительного взаимодействия с горными породами и при участии биосферы,

т.е. растительных и животных организмов. Доказательством того, что такие изменения действительно произошли, служат, например, залежи каменного угля и мощные пласты отложений карбонатов в осадочных породах: они содержат громадное количество углерода, который раньше входил в состав земной атмосферы в виде углекислого газа и окиси углерода. Учёные считают, что древняя атмосфера произошла из газообразных продуктов вулканических извержений; о её составе судят по химическому анализу образцов газа, "замурованных" в полостях

древних горных пород. В исследованных образцах, возраст которых приблизительно 3,5 млрд. лет, содержится приблизительно 60% углекислого газа, а остальные 40% – соединения серы, аммиак, хлористый и фтористый водород. В небольшом количестве найдены азот и инертные газы. Весь кислород был химически связанным. Одной из важнейших задач современной науки о Земле является изучение эволюции атмосферы, поверхности и наружных слоёв

Земли, а так же внутреннего строения её недр. О внутреннем строении Земли прежде всего судят по особенностям прохождения сквозь различные слои Земли механических колебаний, возникающих при землетрясениях или взрывах. Ценные сведения дают также измерения величины теплового потока, выходящего из недр, результаты определений общей массы, момента инерции и полярного сжатия нашей планеты.

Масса Земли найдена из экспериментальных измерений физической постоянной тяготения и ускорения силы тяжести. Твёрдую оболочку Земли называют литосфера. Её можно сравнить со скорлупой, охватывающей всю поверхность Земли. Но эта "скорлупа" как бы растрескалась на части и состоит из нескольких крупных литосферных плит, медленно перемещающихся одна относительно другой.

По их границам концентрируется подавляющее число землетрясений. Верхний слой литосферы – это земная кора, минералы которой состоят преимущественно из оксидов кремния и алюминия, оксидов железа и щелочных металлов. Земная кора имеет неравномерную толщину: 35-65 км на континентах и 6-8 км подо дном океана. Верхний слой земной коры состоит из осадочных пород, нижний – из базальтов.

Между ними находится слой гранитов, характерный только для континентальной коры. Под корой расположена так называемая мантия, имеющая иной химический состав и большую плотность. Граница между корой и мантией называется поверхностью Мохоровичича. В ней скачкообразно увеличивается скорость распространения сейсмических волн. На глубине 120-250 км под материками и 60-400 км под океанами залегает слой мантии, называемый астеносферой.

Здесь вещество находится в близком к плавлению состоянии, вязкость его сильно понижена. Все литосферные плиты как бы плавают в полужидкой астеносфере, как льдины в воде. Более толстые участки земной коры, а так же участки, состоящие из менее плотных пород, поднимаются по отношению к другим участкам коры. В то же время дополнительная нагрузка на участок коры, например, вследствие накопления толстого слоя материковых льдов, как это происходит в

Антарктиде, приводит к постепенному погружению участка. Такое явление называется изостатическим выравниванием. Ниже астеносферы, начиная с глубины около 410 км, "упаковка" атомов в кристаллах минералов уплотнена под влиянием большого давления. Резкий переход обнаружен сейсмическими методами исследований на глубине около 2920 км. Здесь начинается земное ядро, или, точнее говоря, внешнее ядро, так как в

его центре находится ещё одно внутреннее ядро, радиус которого 1250 км. Внешнее ядро, очевидно, находится в жидком состоянии, поскольку поперечные волны, не распространяющиеся в жидкости, через него не проходят. С существованием жидкого внешнего ядра связывают происхождение магнитного поля Земли. Внутреннее ядро, по-видимому, твёрдое. У нижней границы мантии давление достигает 130ГПа, температура там не выше 5000

К. В центре Земли температура, возможно, поднимается выше 10 000 К. Земля имеет единственный естественный спутник Луну. Луна оказывает разнообразное влияние на Землю, которое обусловлено простыми законами физики и прежде всего динамики. Самая удивительная особенность движения Луны состоит в том, что скорость её вращения вокруг оси совпадает со средней угловой скоростью обращения

вокруг Земли. Поэтому Луна всегда обращена к Земле одним и тем же полушарием. Луна оказывает влияние на движение Земли: из-за воздействия Луны земная ось описывает маленький конус с периодом в 18,6 года. Благодаря этому движению, называемому нутацией, небесный полюс вычерчивает на фоне звёздного неба крошечный эллипс, у которого наибольший диаметр близок к 18 секундам дуги, а наименьший – около 14 секунд.

Выражение “Луна обращается вокруг Земли” не совсем точно: не только Земля притягивает Луну, но и Луна притягивает Землю, поэтому оба тела движутся вокруг общего центра тяжести. Если бы массы Земли и Луны были одинаковы, то этот центр находился бы посередине между ними, и оба небесных тела обращались бы вокруг по одной орбите. На самом же деле Луна в 81 раз легче Земли, и центр тяжести системы

Земля – Луна в 81 раз ближе к Земле, чем к Луне. Он отстоит на 4664 километра от центра Земли в сторону Луны, т.е. находится внутри Земли почти в 1700 километрах от неё поверхности. Луна – ближайшее небесное тело, и её расстояние от Земли известно с наибольшей точностью, до нескольких сантиметров по измерениям при помощи лазеров и лазерных дальномеров. Наименьшее расстояние между центрами

Земли и Луны равно 356 410 км. Наибольшее расстояние Луны от Земли достигает 406 700 км, а среднее расстояние составляет 384 401 км. Земная атмосфера искривляет лучи света до такой степени, что всю Луну (или Солнце) можно видеть ещё до восхода или после заката. Дело в том, что преломление лучей света, входящих в атмосферу из безвоздушного пространства, составляет

около 0,5º, т.е. равно видимому угловому диаметру Луны. Таким образом, когда верхний край истинной Луны находится чуть ниже горизонта, вся Луна видна над горизонтом. Из приливных экспериментов был получен удивительный результат: оказывается, Земля – упругий шар. До проведения этих экспериментов обычно считали, что Земля вязкая, подобно патоке или расплавленному стеклу; при небольших искажениях она должна была бы,

вероятно, сохранять их или же медленно возвращаться к своей исходной форме под действием слабых восстанавливающих сил. Эксперименты показали, что Земля в целом придаётся приливообразующим силам и сразу же возвращается к первоначальной форме после прекращения их действия. Таким образом, Земля не только твёрже стали, но и более упругая. Марс – четвёртая по расстоянию от Солнца планета Солнечной системы.

На звёздном небе она выглядит как немигающая точка красного цвета, которая время от времени значительно превосходит по блеску звезды первой величины. Марс периодически подходит к Земле на расстояние до 5-7 млн. км – значительно ближе, чем любая планета, кроме Венеры. По основным физическим характеристикам Марс относится к планетам земной группы. По диаметру Марс почти вдвое меньше Земли и Венеры.

Планета окутана газовой оболочкой – атмосферой, которая имеет меньшую плотность, чем земная. Даже в глубоких впадинах Марса, где давление атмосферы наибольшее, оно приблизительно в 100 раз меньше, чем у поверхности Земли, а на уровне марсианских горных вершин – в 500-1000 раз меньше. Тем не менее, в атмосфере Марса наблюдаются облака и постоянно присутствует более или менее плотная дымка из мелких частиц пыли и кристалликов льда. Как показали снимки с американских посадочных станций

"Викинг-1" и "Викинг-2", марсианское небо в ясную погоду имеет розоватый цвет, что объясняется рассеиванием солнечного света на пылинках и подсветкой дымки оранжевой поверхностью планеты. По химическому составу марсианская атмосфера отличается от земной и содержит 95,3% углекислого газа с примесью 2,7% азота, 1,6% аргона, 0,7% окиси углерода, 0,13% кислорода и приблизительно 0,03% водяного пара, содержание которого изменяется, имеются также

примеси неона, криптона, ксенона. При отсутствии облаков газовая оболочка Марса значительно прозрачнее, чем земная, в том числе и для ультрафиолетовых лучей, опасных для живых организмов. Солнечные сутки на Марсе длятся 24ч 39 мин. 35 с. Значительный наклон экватора к плоскости орбиты приводит к тому, что на одних участках орбиты освещаются и обогреваются Солнцем преимущественно северные широты

Марса, на других – южные, т.е. происходит смена сезонов. Марсианский год длится около 686,9 суток. Эллиптичность марсианской орбиты приводит к значительным различиям климата северного и южного полушарий: в средних широтах зима холоднее, а лето – теплее, чем в южных, но короче, чем в северных. Температурные условия на Марсе суровы с точки зрения жителя Земли. Наиболее высокая температура поверхности – 290°К – достигается

в так называемой подсолнечной точке. Наиболее низка температура поверхности в полярных районах, где в зимний сезон она держится на отметке около 150°К. Полученные из наблюдений сведения о температуре явились ключом к объяснению природы полярных шапок, которые при наблюдениях в телескоп видны как светлые, почти белые пятна возле полюсов планеты. Когда в северном полушарии Марса наступает лето, северная полярная шапка быстро уменьшается, но в это

время растёт другая – возле южного полюса, где наступает зима. В конце XIX - начале XX века считали, что полярные шапки Марса – это ледники и снега. По современным данным, обе полярные шапки Марса – северная и южная – состоят из твёрдой двуокиси углерода, т.е. сухого льда, который образуется при замерзании углекислого газа, входящего в состав марсианской атмосферы, и из водяного льда с примесью

минеральной пыли. В 1975 году на основе материалов телевизионной съёмки всей поверхности планеты с космических аппаратов была составлена карта деталей марсианского рельефа, многие из которых уже получили названия, и на карте Марса появились имена: кратер Ломоносов, Королёв, Фесенков и др. Нанесённые на карты Марса ещё в XIX веке тёмные области в основном сохраняют свои очертания, но в научной литературе указаны примеры

местных изменений отражательных свойств отдельных районов Марса. В течение многих лет популярны были гипотезы, в основе которых лежит изменение оптических свойств некоторых веществ под влиянием изменений на Марсе биосферы, т.е. живых организмов. Задача поиска жизни на Марсе была одной из основных программ американского "Викинга". Однако обнаружить какие-то следы жизни не удалось.

Не оказалось в образцах грунта и органических соединений. Были проведены элементные исследования состава образцов марсианского грунта. Найдено близкое сходство химического состава образцов в двух взаимо-удалённых местах посадки. В исследованных образцах обнаружено большое содержание окислов кремния и железа. Содержание серы (в виде сульфатов) – в десятки раз больше, чем в земной коре.

На снимках Марса найдены следы как ударно-метеоритной, так и вулканической активности, а также следы движений, поднятий и растрескиваний марсианской коры и следы многих процессов разрушения и сглаживания рельефа поверхности, перемещения и отложения наносов. Перепад высоты между высочайшими вершинами и наиболее глубокими впадинами на Марсе составляет около 20 км. Для марсианских гор характерны многовершинные, в основном сглаженные формы.

Кроме того, обнаружены типичные вулканические конусы с кратерами на вершине. На снимках поверхности Марса космическими аппаратами отчётливо видны детали, имеющие большое сходство с руслами рек на Земле. Поскольку весь комплекс информации противоречит возможности существования там рек, можно предположить, что марсианские русла возникли в результате растапливания подповерхностного водяного льда в зонах повышенного выделения тепла планеты.

Некоторые дополнительные сведения о Марсе удаётся получить косвенными методами на основе исследований его природных спутников – Фобоса и Деймоса. Оба спутника Марса движутся почти точно в плоскости его экватора. С помощью космических аппаратов установлено, что Фобос и Деймос имеют неправильную форму и в своём орбитальном положении остаются повёрнутыми к планете всегда

одной и той же стороной. Фобос имеет размеры 27 на 20 км, Деймос – 15 на 11 км. Периоды обращения спутников вокруг Марса составляют 7 ч 39 мин. у Фобоса и 30 ч 21 мин. у Деймоса, их расстояние от центра планеты – 9400 и 23500 км. Орбиты почти круговые, их наклон к экватору Марса: у

Фобоса – 1, у Деймоса – 2,7. Таким образом, Фобос совершает обращение вокруг планеты втрое быстрее, чем сам Марс вращается вокруг своей оси. За одни марсианские сутки Фобос успевает совершить три полных оборота вокруг планеты и успевает пройти ещё дугу в 78. Угловая скорость орбитального движения Фобоса настолько велика, что он, обгоняя осевое вращение планеты,

восходит, в отличие от других светил, на западе, а заходит на востоке. В 1945 г. американский астроном Б. Шарплес обнаружил вековое ускорение в движении Фобоса по орбите. Это означало, что Фобос, строго говоря, движется по очень пологой спирали, постепенно приближаясь к поверхности Марса. Если так будет продолжаться и дальше, то через 15 млн. лет – срок с космогонической точки зрения весьма небольшой – Фобос упадёт на

Марс. Совсем иначе движется по небу Деймос. Его период обращения немного больше периода вращения Марса. Поэтому он хотя и “нормально” восходит на востоке и заходит на западе, но движется по небу Марса крайне медленно. Поверхность спутников Марса состоит из очень тёмных минералов и покрыта многочисленными кратерами. Один из них – на Фобосе – имеет поперечник около 5,3 км. Кратеры, вероятно, рождены метеоритной бомбардировкой, происхождение системы параллельных борозд неизвестно.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Энциклопедический словарь юного астронома. М.: Педагогика, 1980 г. 2. Поиски жизни в Солнечной системе: Пер. с англ. М.: Мир, 1988 г. 3. И.А. Климишин “Астрономия наших дней” М.: Наука, 1986 г. 4. Астрономия: Учеб. для 11 кл. сред. шк М.: Просвещение, 1990 г. 5. Эврика-89, М: Мол. гвардия,

1991 г. 6. www.ru.wikipedia.ru