Происхождение Солнечной системы, её состав

Венера

Небесная соседка.

<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0130.JPG>Самая прекрасная и самая близкая из планет - Венера - тысячелетия приковывает взгляды человека к себе.

Планета полна загадок и чудес. Большая полуось орбиты Венеры - среднее расстояние от Солнца - составляет 0,723 а.е. (108,2 млн. км). Орбита практически круговая, ее эксцентриситет равен 0,0068 - самый маленький в Солнечной системе. Наклонение орбиты к плоскости эклиптики: i = 3°39'. Венера самая близкая к Земле планета - расстояние до нее меняется от 40 до 259 миллионов километров. Средняя скорость движения по орбите - 35 км/с. Период обращения по орбите - 224,7 земных суток, а период вращения вокруг оси - 243,02 земных суток. При этом Венера вращается в сторону, противоположную своему движению по орбите (если смотреть с северного полюса Венеры, планета вращается по часовой стрелке, а не против неё, как Земля и остальные планеты, исключая Уран; наклон экватора к орбите: 177°18'). Это приводит к тому, что сутки на Венере продолжаются 116,8 земных суток (половину венерианского года). Таким образом, день и ночь на Венере длятся по 58,4 земных суток. Масса Венеры составляет 0,815M массы Земли (4,87•1024 кг). У планеты нет спутников, поэтому масса Венеры была уточнена по пролётам мимо планеты американских космических аппаратов "Маринер-2", "Маринер-5" и "Маринер-10". Плотность нашей соседки равна 5,24 г/см3. Радиус Венеры - 0,949 R (6052 км) - был измерен в шестидесятых годах методами радиолокации: поверхность планеты постоянно закрыта плотными облаками. Венера имеет практически сферическую форму. Ускорение свободного падения на поверхности составляет 8,87 м/с2.

<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0131.JPG>Венеру легко распознать, так как по блеску она намного превосходят самые яркие из звезд. Отличительным признаком планеты является её ровный белый цвет. Венера так же, как и Меркурий, не отходит на небе на большое расстояние от Солнца. В моменты элонгаций Венера может удалиться от нашей звезды максимум на 48°.

Как и у Меркурия, у Венеры есть периоды утренней и вечерней видимости: в древности считали, что утренняя и вечерняя Венеры - разные звезды. Венера - третий по яркости объект на нашем небе. В периоды видимости ее блеск в максимуме около m = -4,4.

В 1761 году Михаил Ломоносов, наблюдая прохождение Венеры по диску Солнца, заметил тоненький радужный ободочек, окружавший планету. Так была открыта атмосфера Венеры. Эта атмосфера исключительно мощная: давление у поверхности оказалось равным 90 атмосфер. На дне каньона Диана оно достигает 119 бар. Высокая температура нижних слоёв атмосферы Венеры объясняется парниковым эффектом. <http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0133.GIF>

Атмосфера планеты пропускает солнечное излучение, правда, лишь частично и не в виде прямых лучей, а в форме многократно рассеянного излучения. Облачный слой Венеры обладает весьма высоким альбедо, 0,77. Иначе говоря, более трёх четвёртой солнечной радиации отражается облаками и лишь менее одной четверти проходит вниз. Альбедо Земли 0,33, поэтому потоки солнечной энергии для Венеры и Земли относятся как 1:1,9. Земля поглощает в 1,5 раза больше энергии от Солнца, чем Венера. Парниковый эффект имеет место и в атмосферах других планет. Но если в атмосфере Марса он поднимает среднюю температуру у поверхности на 9°, в атмосфере Земли - на 35°, то в атмосфере Венеры этот эффект достигает 400 градусов! Зарегистрированный максимум температур на поверхности +480°C.

Венерианские облака в ультрафиолетовых лучах. Контрастность сильно увеличена. Рис. слева.

В 1932 году У. Адамс и Т. Вилсон доказали, что атмосфера Венеры на 96,5 % состоит из углекислого газа. Не более 3 % приходится на долю азота; кроме того, обнаружены примеси инертных газов (в первую очередь, аргона). Обнаружены следы кислорода, воды, хлорводорода и фторводорода. Предполагалось, что из-за плотных облаков на поверхности Венеры всегда темно. Однако "Венера-8" показала, что освещенность дневной стороны Венеры примерно такая же, как на Земле в пасмурный день.

Небо на Венере имеет яркий желто-зеленый оттенок.

Туманная дымка простирается до высоты около 50 км. Далее до высоты 70 км идут облака из мелких капель концентрированной серной кислоты. Замечены также примеси соляной кислоты и плавиковой кислоты. Считается, что серная кислота в атмосфере Венеры образуется из диоксида серы, источником которого могут быть вулканы Венеры. Скорость вращения на уровне верхней границы облаков иная, чем над самой поверхностью планеты. Это означает, что над экватором Венеры на высоте 60-70 км постоянно дует ураганный ветер со скоростью 100 м/с и даже 300 м/с в направлении движения планеты. На больших широтах Венеры скорость ветра на больших высотах уменьшается, а возле полюсов существует полярный вихрь. Самые верхние слои атмосферы Венеры состоят почти целиком из водорода. Водородная атмосфера Венеры простирается до высоты 5500 км. Температура облачных слоев колеблется от -70°C до -40°C. У Венеры жидкое железное ядро, но в нем не возбуждается магнитное поле, вероятно, из-за медленного вращения Венеры. АМС "Венера-15" и "Венера-16" с помощью радаров нашли на Венере горные вершины, имеющих явные следы потоков лавы. В настоящее время зарегистрированы около 150 вулканических объектов, размеры которых превышают 100 км; общее число вулканов на планете оценивают в 1600. Извержения вулканов порождают мощные электрические разряды. Венерианские грозы неоднократно регистрировались приборами АМС. Вулканизм на Венере свидетельствует об активности ее недр. Конвективные потоки жидкой мантии заперты толстой базальтовой оболочкой. В состав пород входят окислы кремния, алюминия, магния, железа, кальция и других элементов.

Венера подходит к Земле ближе, чем все остальные планеты. Однако плотная облачная атмосфера не позволяет видеть ее поверхность непосредственно, и все исследования проводятся с помощью радаров или автоматических межпланетных станций. Некоторые ученые раньше считали, что планета всюду покрыта океаном. Почти все изображения Венеры и ее поверхности сделаны в условных цветах, так как съемка производилась радиоволнами. С помощью радиоволн же было установлено, что Венера вращается в обратном, нежели почти все планеты, направлении.

Первые две автоматические станции "Венера" в шестидесятых годах не смогли достигнуть планеты, сойдя с траектории. Следующие станции разрушились, не выдержав суровых условий атмосферы, и лишь спускаемый аппарат "Венера-7" 15 декабря 1970 года достиг поверхности и проработал на ней 23 минуты, успев провести массу исследований в атмосфере, измерить температуру на поверхности (около 500°С) и давление (100 атмосфер). Средняя плотность поверхностных пород равна 2,7 г/см3, что близко к плотности земных базальтов. Аппараты "Венера-13" и "Венера-14" выяснили, что грунт Венеры состоит на 50 % из кремнезема, 16 % - алюминиевых квасцов и на 11 % из окиси магния. <http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0138.JPG>

"Венера-15" и "Венера-16" в 1983 году произвели с помощью радиоволн картографирование большей части северного полушария. Американский "Магеллан" с 1989 по 1994 год произвел более детальное (с разрешением 300 м) и почти полное картографирование поверхности планеты. На ней обнаружены тысячи древних вулканов, извергавших лаву, сотни кратеров, горы. Поверхностный слой (кора) очень тонок; ослабленный высокой температурой, он дает много возможностей лаве вырваться наружу. Венера - самое активное небесное тело, вращающееся вокруг Солнца. Два венерианских континента - Земля Иштар и Земля Афродиты - по площади не меньше Европы каждая. <http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0140.JPG>

Равнины восточной Афродиты простираются на 2200 км и находятся ниже среднего уровня. Низменности, похожие на океанские впадины, занимают на Венере только одну шестую поверхности. А горы Максвелла на Земле Иштар возвышаются на 11 км над средним уровнем поверхности. Кстати, горы Максвелла, а также области Альфа и Бета являются единственным исключением из правила, принятого МАС. Всем остальным районам Венеры даны женские имена: на карте можно найти Землю Лады, равнину Снегурочки и даже равнину Бабы-Яги. <http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0141.JPG>На поверхности Венеры было обнаружено около 10 кольцевых структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром от 35 до 150 км, но сильно сглаженных, уплощенных.

Земля

Наша планета - Земля - движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите (эксцентриситет 0,017), радиус которой - 149,6 млн. км - принят за 1 астрономическую единицу. Период обращения по орбите составляет 365,256 земных суток или 1 год. Средняя скорость движения по орбите - 29,8 км/с.<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0143.jpg>

Период вращения вокруг оси - звездные сутки - 23h56m4,099s. Наклон земного экватора к орбите составляет 23°27' и обеспечивает смену времен года. Масса Земли равна М = 5,974•1024 кг, средняя плотность 5,515 г/см3. Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Сжатие составляет 0,0034 (полярный радиус равен R = 6 356 км). Сплюснутость Земли с полюсов объясняется вращением. Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.

Толщина. Состав

Из всей массы Земли кора составляет менее 1 %, мантия - около 65 %, ядро - 34 %. Вблизи поверхности Земли возрастание температуры с глубиной составляет примерно 20° на каждый километр. Плотность горных пород земной коры составляет около 3000 кг/м3. На глубине около 100 км температура примерно 1800 К. Нижняя, внутренняя граница между корой и мантией называется разделом Мохоровичича. Упругие волны в мантии распространяются, как в твердом теле. В мантии скачкообразно увеличивается скорость распространения сейсмических волн, что связано с резким повышением плотности вещества до 5600 кг/м3. Следующее по интенсивности отражение наблюдается на глубине 2900 км (поверхность Вихерта - Гутенберга). На этой глубине сильно отражаются продольные и поперечные сейсмические волны. Отсюда можно сделать вывод, что ниже лежит жидкое ядро: в жидкостях поперечные волны не распространяются. Этот слой расплавленного металла называют внешним ядром. В центре Земли находится твердое железное ядро плотностью около 10 000 кг/м3 (1,7 % массы Земли). Граница между ними толщиной около 5 км проходит на расстоянии примерно 1220 км от центра.

На Земле в результате активной вулканической деятельности происходит выбросы лавы, пара и газов из внутренних частей мантии до сих пор формируется верхняя часть Земли - кора. На планете около 800 действующих вулканов. Кора и верхние слои мантии образуют литосферу. Ее граница расположена на глубине около 70 км. Литосфера расколота на десяток больших плит, на границах между которыми постоянно происходят землетрясения и извержения вулканов. Литосферные плиты "плавают" в расположенном под ними до глубины 250 км слое повышенной текучести, называемом астеносферой. Основные составляющие атмосферы Земли - азот и кислород. Остальные газы: водяной пар, углекислота, неон, метан, водород и другие - составляют около 1 %. Давление атмосферы на уровне моря - 1 атм = 101325 Па = 760 мм рт. ст.

<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0146.gif>Химический состав атмосферы (по объему)

Стандартная атмосфера соответствует температуре воздуха 15,0°С, относительной влажности f = 0 %, плотности = 1,225 кг/м3. Атмосфера Земли состоит из ряда слоев - тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы, экзосферы:

Небольшое количество углекислого газа в земной атмосфере создает парниковый эффект.

<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0147.jpg>Строение атмосферы

<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0148.jpg>Поглощение электромагнитного излучения атмосферой.

Их разделяют промежуточные слои атмосферы - тропопауза, стратопауза, мезопауза и термопауза. В мезопаузе, на высоте 85 км, находится температурный минимум. Здесь же наблюдаются серебристые облака. По уровню ионизации, электропроводности и способности отражать и поглощать радиоволны в атмосфере выделяют еще несколько слоев.

Слой атмосферы, заключенный между высотами 100 и 1000 км, называют ионосферой. Положение и интенсивность слоев ионосферы меняется ото дня к ночи и в зависимости от изменений солнечной активности. Максимальная концентрация свободных ионов в ионосфере составляет (2-50)•105 см-3 и достигается на высотах 250-400 км от поверхности Земли. Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое излучение.

Одним из важнейших газов, поглощающих ультрафиолетовые лучи, является озон. Из-за ухудшения экологической обстановки, прежде всего, из-за выброса в атмосферу фреона и других активных веществ, его количество резко уменьшилось, над Антарктидой и некоторыми другими районами Земли образовались озоновые дыры. Справедливости ради заметим, что существует другое мнение, заключающееся в том, что озоновые дыры - одно из проявлений солнечной активности. Магнитное поле Земли похоже на поле однородной намагниченной сферы с магнитной осью, наклоненной на 11,5° к оси вращения Земли. Южный магнитный полюс Земли, к которому притягивается северный конец стрелки компаса, не совпадает с Северным географическим полюсом, а находится в пункте с координатами приблизительно 76° северной широты и 101° западной долготы. Северный магнитный полюс Земли расположен в Антарктиде. Напряженность магнитного поля на полюсах составляет 0,63 Э, на экваторе - 0,31 Э.

<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0149.gif>Радиационные пояса и магнитосфера Земли.

Открытое в 1905 году изменение магнитного поля привело к заключению, что оно зарождается в жидком внешнем ядре планеты. Сравнительно быстрые движения могут происходить там без катастрофических последствий. Силовые линии магнитного поля Земли образуют своеобразные ловушки для движущихся к ней потоков частиц солнечного ветра. Задержанные магнитным полем частицы образуют радиационные пояса. <http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0150.jpg>

Резкие изменения магнитного поля Земли называются магнитными бурями. Магнитные бури часто начинаются через сутки или двое после хромосферных вспышек на Солнце; они вызываются потоками частиц, движущихся с большими скоростями от Солнца. Заряженные частицы, скользя вдоль силовых магнитных линий Земли, могут проникнуть в атмосферу. Сталкиваясь с атомами атмосферы, они вызывают особое свечение, называемое полярным сиянием.

Температура на поверхности находится в пределах от -85°C (внутренние районы Антарктиды) до +70°C (Западная Сахара). Средняя температура поверхности Земли - +12°C.

Большую часть поверхности Земли (более 2/3) занимает Мировой океан, оставшаяся треть приходится на сушу. Условия на поверхности Земли заметно отличаются от других планет: нигде, кроме как на Земле, нет воды в жидком состоянии, нет атмосферы, богатой кислородом. Именно благодаря воде более 3,8 млрд. лет тому назад на Земле смогла возникнуть жизн

Жидкая оболочка Земли, которая занимает 361 млн. км2 или 70,8 % поверхности Земли, называется гидросферой. В океанах Земли сосредоточено 97 % всех запасов воды (около 1021 кг). Часть воды находится в виде льда и снега в полярных шапках, а также в атмосфере. Средняя глубина Мирового океана - 3 900 м, максимальная глубина - 11 000 м (Марианский желоб в Тихом океане).

Атмосфера и гидросфера выделились из недр нашей планеты, поскольку вода и газы входили в состав земных пород. Кислород появился в атмосфере из воды в результате фотодиссоциации, а впоследствии из-за фотосинтеза.

Сейчас считается, что 300-200 миллионов лет назад существовал единый суперматерик Пангея. Затем он распался на части, которые сформировали нынешние материки. Дальнейшее остывание Земли приведет к прекращению тектонической деятельности. Эрозия сотрет горы, и поверхность Земли станет плоской и покроется океаном. Из-за увеличения светимости Солнца в далеком будущем океан испарится, обнажив ровную безжизненную пустыню.

Луна

Луна - единственный спутник Земли и единственный внеземной мир, который посетили люди. Она вращается вокруг Земли по орбите, большая полуось которой равна 383 398 км (эксцентриситет 0,055). Плоскость лунной орбиты наклонена к плоскости эклиптики под углом 5°09'. Период обращения равен 27 сут 7 час 43 мин. Это звездный или сидерический период. Период синодический - период смены лунных фаз - равен 29 сут 12 час 44 мин. Период вращения Луны вокруг своей оси равен сидерическому периоду. Поскольку время одного оборота Луны вокруг Земли в точности равно времени одного оборота ее вокруг оси, Луна постоянно повернута к Земле одной и той же стороной. Луна - самый яркий объект на небе после Солнца. Максимальная звездная величина равна -12,7m. Масса спутника Земли составляет 7,3476∙1022 кг (в 81,3 раз меньше массы Земли), средняя плотность ρ = 3,35 г/см3, экваториальный радиус - 1 737 км. Сжатие с полюсов практически отсутствует. Ускорение свободного падения на поверхности составляет g = 1,63 м/с2. Тяготение Луны не смогло удержать ее атмосферу, если она когда-то и была. Плотность Луны сравнима с плотностью земной мантии. Поэтому у Луны либо нет, либо очень незначительное железное ядро. Внутреннее строение Луны изучено по сейсмическим данным, переданным на Землю приборами космических экспедиций "Аполлон". Толщина коры Луны 60-100 км. Толщина верхней мантии 400 км. В ней сейсмические скорости зависят от глубины и уменьшаются в зависимости от расстояния. Толщина средней мантии около 600 км. В средней мантии сейсмические скорости постоянны. Нижняя мантия расположена глубже 1100 км. Ядро Луны, начинающееся на глубине 1500 км, возможно, жидкое. Оно почти не содержит железа. Поэтому Луна имеет очень слабое магнитное поле, не превышающее одной десятитысячной доли земного магнитного поля. Зарегистрированы местные магнитные аномалии.

<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0157.jpg>Внутреннее строение Луны.

Изучение лунных пород, доставленных на Землю, позволило оценить возраст Луны методом радиоактивного распада. Камни на Луне стали твердыми около 4,4 млрд. лет назад.  <http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0158.jpg>Происхождение Луны.

Предполагают, что в ранние периоды своей истории Луна вращалась вокруг оси быстрее и, следовательно, поворачивалась к Земле разными частями своей поверхности. Но из-за близости массивной Земли в твердом теле Луны возникали значительные приливные волны. Процесс торможения Луны продолжался до тех пор, пока она не оказалась постоянно повернутой к нам только одной стороной.

<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0159.jpg>Восход Земли.

Атмосфера на Луне практически отсутствует. Это обусловливает резкие перепады температур в несколько сотен градусов. В дневное время температура на поверхности достигает 130°C, а ночью она опускается до -170°C. В то же время на глубине 1 м температура почти всегда постоянная. Небо над Луной всегда черное, поскольку для образования голубого цвета неба необходим воздух, который там отсутствует. Нет там и погоды, не дуют и ветры. Кроме того, на Луне царит полная тишина. С Земли наблюдается только видимая часть Луны. Но это не 50 % поверхности, а несколько больше. Луна обращается вокруг Земли по эллипсу, около перигея Луна движется быстрее, а около апогея - медленнее. Но вокруг оси Луна вращается равномерно. Вследствие этого возникает либрация по долготе. Возможная наибольшая величина ее составляет 7°54?. Благодаря либрации мы имеем возможность наблюдать с Земли кроме видимой стороны Луны еще и примыкающие к ней узкие полоски территории обратной ее стороны. В общей сложности с Земли можно увидеть 59 % лунной поверхности. Мощная литосфера толщиной около 1000 км исключает разломы и выход лавы на поверхность. Но раньше, миллиарды лет назад, на Луне были извержения вулканов.

Видимыми даже невооруженным глазом деталями лунного рельефа являются так называемые моря и материки. Вокруг морей часто располагаются горы. Их размеры довольно внушительны: Апеннины имеют максимальную высоту 6 км, Карпаты - 2 км.

<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0161.jpg>Луна на нашем небосклоне и Земля на лунном небе.

При наблюдении в телескоп становится ясно, что моря и материки усыпаны кратерами. Особенно выделяются кратер Коперник и кратер Тихо с расходящимися от него почти по всей поверхности Луны белыми лучами. На видимой стороне Луны количество кратеров, диаметр которых больше 1 км, около 300 000. Размеры кратеров колеблются от сотен километров до нескольких сантиметров. Некоторые из них в центре имеет характерное образование - горку; у некоторых кратеров на внутренних стенках имеются террасы. Возле самых молодых кратеров можно видеть лучевые системы - светлые полосы, которые расходятся во все стороны. Эти лучи могут быть вторичными кратерами, порожденными осколками метеорита, которые образовали во время взрыва основной кратер, находящийся в центре. Иногда Луна бывает очень большой <http://www.astrogalaxy.ru/378.html>.

В 1999 год космический аппарат "Lunar Prospector" по команде с Земли сошел с окололунной орбиты и врезался в кратер в районе южного полюса. До этого спутник кружил по орбите почти 18 месяцев и выявил некоторые свидетельства присутствия над кратером водорода - одной из составляющей воды. Были высказаны предположения, что на Луне может оказаться до 300 миллионов тонн льда. Считалось, что от удара часть воды испарится и вместе с пылью будет выброшена вверх. Ученые надеялись, что затем водяные пары удастся обнаружить с помощью наземных и космических телескопов. Но, к сожалению, никаких следов воды обнаружено не было.

Благодаря исследованием АМС "Луна" и посадкам на поверхность американских астронавтов, поверхностный грунт Луны исследован хорошо. Астронавты привезли на Землю около 385 кг лунных камней. Постоянная бомбардировка Луны крошечными метеоритами является причиной того, что вся ее поверхность, на 9-12 метров вглубь, покрыта слоем мелкого раздробленного спекшегося вещества, образовавшего как бы слежавшуюся губчатую массу. Этот тонкий слой лунной поверхности называют реголитом. Реголит является хорошим термоизоляционным материалом, поэтому уже на глубине несколько сантиметров сохраняется постоянная температура. Ни один камень, доставленный на Землю, никогда не подвергался воздействию воды или атмосферы и не содержал органических останков. Луна - абсолютно мертвый мир. Обратная сторона Луны является идеальным местом для астрономических наблюдений: она защищает приборы от излучения с Земли, а ночь на Луне длится 14 земных суток. Отсутствие атмосферы делает возможным наблюдения в любом диапазоне. Когда-нибудь на Луне будут построены космические станции и астрономические обсерватории. Богатые запасы железа, алюминия и кремния явились бы неплохим источником строительных материалов, а содержащиеся в горных породах водород и кислород - сырьем для получения воздуха и воды.

<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0166.jpg>Марс

Планету Марс в древности назвали в честь бога войны за свой кроваво-красный цвет, который сразу же бросается в глаза и еще более заметен при наблюдениях в телескоп.

Изображение Марса, составленное компьютером из сотни фотографий с «Викинга». Овальные пятна слева - гигантские вулканы. Марс - первая после Земли планета Солнечной системы, к которой человек проявил особый интерес с надеждой, что там есть развитая внеземная жизнь. Вряд ли какая-нибудь планета вызвала у людей столько споров и дискуссий, как Марс. Спорили не только учёные, но и люди самых различных профессий, занятий и возрастов.

Марс обращается вокруг Солнца по орбите радиусом 1,524 а.е. за 687 земных суток. Эксцентриситет 0,093 сравнительно высок, поэтому орбита Марса вытянута. Расстояние до Солнца меняется в течение года на 21 миллион километров, а энергия, которую получает Марс, изменяется в 1,45 раза. Наклонение орбиты к эклиптике - 1°51', а средняя скорость движения составляет 24,1 км/с. Расстояния от Земли меняется от 56 до 400 миллионов км. Расстояния между Землей и Марсом в моменты противостояний изменяются от 55 до 102 миллионов км, при этом все противостояния, когда расстояние между двумя планетами меньше 60 млн. км, называются великими противостояниями, они повторяются каждые 15-17 лет.

Период вращения вокруг оси - звездные сутки - равен 24,62 часа - всего на 41 минуту больше периода вращения Земли. Наклон экватора к орбите: 25°12' (у Земли - около 23°). Это значит, что смена дня и ночи и смена времён года на Марсе протекает почти так же, как на Земле. Есть там и климатические пояса, подобные земным. Но есть и отличия. Прежде всего, из-за удалённости от Солнца климат, вообще, суровее земного. Далее, год Марса почти вдвое длиннее земного, а значит, дольше длятся и сезоны. Наконец, из-за эксцентриситета орбиты длительность и характер сезонов заметно отличаются в северном и южном полушариях планеты. Таким образом, в северном полушарии лето долгое, но прохладное, а зима короткая и мягкая, тогда как в южном полушарии лето короткое, но тёплое, а зима долгая и суровая.

Масса планеты составляет 0,107M (6,4•1023 кг), плотность равна 3,94 г/см3, а радиус в два раза меньше, чем у Земли, - 3 397 км. Ускорение свободного падения на поверхности планеты составляет g = 3,72 м/с2. Марс на небе, как и все внешние планеты, виден лучше всего в периоды противостояний. Марс может быть как ярче Юпитера, так и слабее его, хотя обычно в этом споре гигантская планета сильнее. В противостояние 1997 года Марс имел блеск m = -1,3m. Марс имеет фазы, но, как и любая внешняя планета, полной смены фаз у него нет. Максимальный «ущерб» соответствует фазе Луны за 3 дня до полнолуния.

По расчетам, ядро Марса имеет массу до 9 % массы планеты. Оно состоит из железа и его сплавов и пребывает в жидком состоянии. Марс имеет мощную кору толщиной 100 км. Между ними находится силикатная мантия, обогащенная железом.

Внутреннее строение Марса.

Предполагают, что несколько миллиардов лет назад на Марсе была атмосфера плотностью 1-3 бар; при таком давлении вода должна находиться в жидком состоянии, а углекислый газ должен испаряться. Мог возникнуть парниковый эффект (как на Венере), могли протекать реки, которые и оставили русла, наблюдаемые в настоящее время. Особенностью марсианских рек была их взаимосвязь с явлениями, похожими на карст, - уход под поверхность в какой-нибудь точке. Но Марс постепенно терял атмосферу из-за своей малой массы. Парниковый эффект уменьшался, появилась вечная мерзлота и полярные шапки, которые наблюдаются и поныне. Вулканы Олимп и Альба, гора Аскрийская, Павлина и Арсия извергали лаву, вероятно, около 1,5 млрд. лет назад. В настоящее время не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе. Следы вулканического пепла на склонах других гор позволяют предположить, что раньше Марс был вулканически активным.

Химический состав атмосферы Марса.

Изменение температуры воздуха с высотой. Основная составляющая атмосферы Марса - углекислый газ (95 %), а среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это в 15 000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у поверхности Земли. В самых глубоких впадинах давление достигает 12 мбар. Зимой углекислота замерзает, превращаясь в сухой лед.

Хотя атмосфера Марса не губительна для землян, понадобится специальное оборудование, чтобы выделить из нее кислород для дыхания. «Вояджер» обнаружил в атмосфере редкие облака. Однако даже вся атмосферная влага, если бы она выпала на поверхность, покрыла бы ее слоем не толще 0,01 мм. Над низинами и на дне кратеров в холодное время суток стоят туманы, а «Викинг-2» зарегистрировал в 1979 году выпадение снега, пролежавшего несколько месяцев. На Марсе зарегистрировано слабое магнитное поле В = 0,5 мкТл. Температура поверхности Марса была довольно хорошо изучена по наземным наблюдениям в инфракрасных лучах. Температура верхнего слоя грунта во время летнего солнцестояния может подниматься до 0°C. Самая низкая температура была зарегистрирована над зимней полярной шапкой Марса: t = -139° C, при такой температуре конденсируется углекислый газ. Для Марса характерен резкий перепад температур. В так называемых оазисах, в районах озера Феникс (плато Солнца) и земли Ноя перепад температур составляет от -53° C до +22° C летом и от -103° C до -43° C зимой. Итак, Марс - весьма холодный мир, однако климат там ненамного суровее, чем в Антарктиде. <http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0171.jpg><http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0172.jpg>

Поверхность Марса имеет красноватый цвет из-за больших примесей окислов железа. Лежащие повсюду каменные глыбы - куски вулканических пород, отколовшиеся во время марсотрясений или падения метеоритов. Время от времени попадаются кратеры - остатки метеоритных ударов. Кое-где поверхность покрыта многослойными породами, похожими на земные осадочные породы, оставшиеся после отступления моря.

В настоящее время на Марсе нет жидкой воды. Однако, скорее всего, белые полярные шапки, обнаруженные в 1704 году, состоят из водяного льда с примесью твердой углекислоты. Зимой они простираются на треть (южная полярная шапка - на половину) расстояния до экватора. Весной этот лед частично тает, а от полюсов к экватору распространяется волна потемнения, которую раньше принимали за марсианские растения. По современным представлениям, общий объем заключенного в полярной шапке северного полушария льда - примерно 1,5 млн. км3, следовательно, в талом виде этот лед никак не мог образовывать гигантский океан, который, по мнению многих исследователей, некогда покрывал чуть ли не все северное полушарие Марса. Таким образом, остается загадочным, куда подевалась вода, которая некогда изобиловала на ныне засушливой планете.<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0174.jpg>

Среди образований, обнаруженных на поверхности Марса, особое внимание привлекают руслообразные протоки, или меандровые долины. Их внешний вид, наличие «притоков» вряд ли можно объяснить иначе, чем предложив, что это - русла рек. Однако на Марсе в настоящее время реки течь не могут, там вообще не может быть жидкой воды. При таком небольшом давлении, которое действует в настоящее время на планете, она закипает при очень низких температурах. Никакая другая жидкость не могла образовать наблюдаемых русел: лава быстро застывает, а жидкая углекислота даже в земных условиях не может существовать. Итак, меандры появились из-за существоваших ранее водных потоков, рек. Сейчас для этого нет необходимых условий - значит, они были в прошлом. Для этого нужно допустить, что в более ранние эпохи атмосферное давление на Марсе было значительно выше, чем в настоящее время. Марс претерпел значительные климатические изменения, но в далеком прошлом он был более теплой и влажной планетой, на которой вполне могла возникнуть жизнь.

Впрочем, есть и другое объяснение меандрам. Возможно, их оставили движущиеся массы льда наподобие ледников, оставляющих глубокие борозды на поверхности Земли. Выяснилось, что темные области не являются впадинами. Некоторые из них, включая Большой Сирт, представляют собой возвышенное плато с уклонами во все стороны. Тонкая пыль между камнями создает условия для продолжительных пылевых бурь. Для подъёма пыли нужна скорость ветра в 80 м/с, и на Марсе имеются области, где такие скорости наблюдаются. Смерчи образуются преимущественно вблизи перигелия, когда интенсивность инсоляции на 23 % больше, чем во время «среднего» противостояния, и на 47 % больше, чем в афелии. Вот почему пылевые бури чаще всего бывают в периоды великих противостояний, когда лето в южном полушарии совпадает с прохождением Марса через перигелий. Продолжительность бурь может достигать 50-100 суток. Меняющийся цвет поверхности сейчас объясняется именно бурями, тогда как раньше причиной этих изменений считался рост марсианских растений.

В 1976 году американские учёные предприняли попытку решить его путём проведения тщательно продуманной серии экспериментов на поверхности Марса приборами спускаемых аппаратов «Викинг». Программа «Викинг» готовилась несколько лет; два космических аппарата были запущены 20 августа и 9 сентября 1975 года. «Викинг-1» после 10 месяцев пути вышел на орбиту вокруг Марса, а спустя ещё месяц, 20 июля 1976 года, совершил посадку в области Хриса. Приборы «Викинга-1» немедленно начали передачу панорамных снимков поверхности планеты. Район посадки имеет довольно ровный рельеф и представляет собой песчаную пустыню с большим количеством камней, наполовину занесённых слоем тонкой пыли. Условия в месте посадки блока оказались довольно суровыми. Рентгеновский флуоресцентный спектрометр передал предварительные сведения о составе марсианской почвы: 12-16 % железа, 13-15 % кремния, 3-8 % кальция, 2-7 % алюминия, 0,5-2 % титана. Другой аппарат опустился 3 сентября на Равнине Утопия, примерно в 7400 км от «Викинга-1», на 1400 км ближе к Северному полюсу. Там картина оказалась почти такой же, как и в области Хриса. Такие же камни и глыбы среди песчаной пустыни, некоторые из них испещрены ямками и напоминают пемзу. <http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0178.jpg>

В 1877 году Асаф Холл из Вашингтонской обсерватории открыл два маленьких спутника Марса - Фобос и Деймос. Спутники Марса намного меньше Луны. Они бесформенны и совсем невелики, рассмотреть их в небольшой телескоп трудно. Природа спутников Марса остается неясной, но по фотографиям «Маринера-9» можно предположить, что и Фобос, и Деймос - каменные тела. Они весьма сильно отличаются от нашей Луны. Ни один из них не дает ночью столько света, сколько Луна. Фобос светит на Марсе примерно так же, как Венера на Земле, а Деймос - еще слабее. Поверхность обоих спутников исключительно темная.

<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0180.jpg><http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0181.jpg>Спутники покрыты кратерами и изрыты бороздами неясного происхождения. Некоторые ученые полагают, что эти спутники - захваченные Марсом астероиды, возможно даже образовавшиеся раньше, чем большие планеты.

<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0182.jpg>Фобос совершает обращение вокруг планеты втрое быстрее, чем сам Марс вращается вокруг своей оси. За сутки Марса Фобос успевает совершить три полных оборота и пройти ещё дугу в 78°. Для марсианского наблюдателя он восходит на западе и заходит на востоке. Между последовательными верхними кульминациями Фобоса проходит 11 часов 07 минут. Совсем иначе движется по небу Деймос. Его период обращения больше периода вращения Марса, но ненамного. Поэтому он хотя и «нормально» восходит на востоке и заходит на западе, но движется по небу Марса крайне медленно. От одной верхней кульминации до следующей проходит 130 часов - пять с лишним суток.

Юпитер

Юпитер - самая большая планета Солнечной системы. Большая полуось орбиты Юпитера равна 5,2 а.е., эксцентриситет орбиты е = 0,0489, период обращения по орбите - 11,867 лет. Наклон плоскости орбиты к плоскости эклиптики - 1°18´17". Средняя скорость движения по орбите - 13,1 км/с.

Период вращения вокруг оси - 9 часов 55 минут. Каждая точка экватора движется со скоростью 45 тысяч километров в час. Из-за действия центробежных сил Юпитер заметно сплющен (коэффициент сжатия больше 6 %). Так как Юпитер - не твердый шар, а состоит из газа и жидкости, то экваториальные его части вращаются быстрее, чем приполярные области. Ось вращения Юпитера почти перпендикулярна его орбите, следовательно, на планете нет смен времен года.

Масса планеты равна M = 318 М = 1,9∙1027 кг, радиус R = 11,2 R = 71 492 км. Вместе с тем, Юпитер весьма разрежен: его плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре раза меньше плотности Земли. Ускорение свободного падения на уровне облачной поверхности Юпитера составляет g = 2,53 g.

Юпитер - прекрасный объект для наблюдений. Он сияет ровным белым светом (альбедо 0,52). Уже в простейший телескоп или бинокль видны четыре гигантских спутника Юпитера, открытых еще в 1610 Галилеем.

Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из водорода и на 11 % гелия и напоминает по химическому составу Солнце. Ее протяженность 6 тысяч километров. Оранжевый цвет атмосфере придают соединения фосфора или серы. Для людей она губительна, так как содержит ядовитый аммиак и ацетилен.

Строение атмосферы. Самое знаменитое образование на Юпитере, которое наблюдают уже 300 лет (оно было открыто в 1664 году Робертом Гуком), - Большое Красное Пятно. По-видимому, это долгоживущий атмосферный вихрь размером 15×25 тыс. км в атмосфере Юпитера. В атмосфере Юпитера обнаружено также белое пятно размером более 10 тысяч км.

Большое Красное Пятно - гигантский вихрь в атмосфере Юпитера. Рядом для сравнения показана Земля. Полагают, что Юпитер имеет три слоя облаков в своей атмосфере. Наверху - облака из оледеневшего аммиака; под ним - кристаллы сероводорода аммония и метана, а в самом низком слое - водяной лед и, возможно, жидкая вода. Кроме того, Юпитер имеет водородную и гелиевую короны. Атмосферы Юпитера и других газовых планет характерны ветрами больших скоростей, дующих в пределах широких полос, параллельных экватору планеты, причем в смежных полосах на Юпитере ветра направлены в противоположные стороны. Эти полосы различимы даже в небольшой телескоп и находятся в постоянном движении. Ветры на Юпитере достигают скорости 500 км/ч. Изучение атмосферы позволило сказать, что ветры эти также существуют в более низких ее слоях, вплоть до тысячи километров от внешних облаков. Отсюда сделан вывод, что они управляются не энергией излучения Солнца, а внутренним теплом планеты, в то время как на Земле все происходит наоборот. <http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0187.jpg>

Сатурн

Сатурн, наверное, наиболее красивая планета, если смотреть на нее в телескоп или изучать снимки «Вояджеров». Сказочные кольца Сатурна нельзя спутать ни с какими другими объектами Солнечной системы.

Планета известна с самых древних времен. Максимальная видимая звездная величина Сатурна +0,7m. Эта планета - один из самых ярких объектов на нашем звездном небе. Кольца Сатурна видимы с Земли в небольшой телескоп. Они состоят из тысяч и тысяч небольших твердых обломков камней и льда, которые вращаются вокруг планеты.

Большая полуось орбиты планеты составляет 9,584 а.е., а период обращения равен 29,666 лет. Эксцентриситет орбиты составляет е = 0,057, наклон к плоскости эклиптики 2°29'. Период вращения вокруг оси - звездные сутки - составляет 10 часов 14 минут (на широтах до 30°). Так как Сатурн - не твердый шар, а состоит из газа и жидкости, то экваториальные его части быстрее вращаются, чем приполярные области: на полюсах один оборот совершается примерно на 26 минут медленнее. Средний период обращения вокруг оси - 10 часов 40 минут.

<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0192.jpg> Масса Сатурна равна М = 95,159 М = 5,6850•1026, радиус намного больше радиуса Земли: R = 9,45 R = 60 268 км. Сатурн имеет одну интересную особенность: он - единственная планета в Солнечной системе, чья плотность меньше плотности воды (700 кг на кубический метр).

Ускорение свободного падения на уровне облачной поверхности составляет g = 9,44 м/с2. Альбедо 0,47. Атмосфера Сатурна состоит почти полностью из водорода, гелия и азота. АМС «Вояджер-1» выяснил, что около 7 % объема верхней атмосферы Сатурна - гелий (по сравнению с 11 % в атмосфере Юпитера), в то время как почти все остальное - водород.

Поскольку предполагается, что условия формирования обеих планет одинаковы, то количество гелия на Сатурне должно быть примерно таким же, как и на Юпитере и Солнце. Недостаток этого элемента в верхней атмосфере может означать, что более тяжелый гелий, возможно, медленно опускается к ядру Сатурна. При этом выделяется тепловая энергия, которая излучается в космос. Аммиачные облака в верхней части атмосферы мощнее юпитерианских, поэтому Сатурн не настолько «полосатый». Минимальная температура на Сатурне - 82 К - измерена радиолучом «Вояджера-2». Температура возрастает при погружении в атмосферу. Ниже атмосферы простирается океан жидкого молекулярного водорода. На глубине около 30 000 км водород становится металлическим (давление достигает около 3 миллионов атмосфер). Движение металла создает мощное магнитное поле. В центре планеты находится массивное железо-каменное ядро.

На Сатурне очень сильные ветра. «Вояджер-2» измерил их скорость на экваторе - получилось около 500 м/с. Ветра дуют, большей частью, в восточном направлении (напомним, что как и большинство планет, Сатурн вращается с запада на восток). Сила ветров ослабевает при удалении от экватора. Также, при удалении от экватора, появляется все больше западных течений. Преобладание восточных потоков (по направлению осевого вращения) указывает на то, что ветры не ограничены слоем верхних облаков, они должны распространяться внутрь, по крайней мере, на 2000 километров. Кроме того, измерения «Вояджера-2» показали, что ветра в южном и северном полушариях симметричны относительно экватора! Есть предположение, что симметричные потоки как-то связаны под слоем видимой атмосферы.<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0195.jpg><http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0196.jpg>

Зависимость скорости ветров на Сатурне от широты (см. диаграмму слева). В атмосфере Сатурна часто наблюдаются штормы, хотя и не такие мощные, как знаменитое Красное Пятно. В частности, обнаружено пятно размером около 1250 км. Магнитосфера планеты. Магнитное поле Сатурна более слабое по сравнению с Юпитером. Напряженность магнитного поля на уровне видимых облаков на экваторе 0,2 Гс (на поверхности Земли магнитное поле равно 0,35 Гс).

Магнитосфера Сатурна отличается от юпитерианской (см. изображ. справа). У Сатурна ось вращения совпадает с осью диполя. Некоторые заряженные частицы, двигаясь от полюса к полюсу, проходят через систему колец и поглощаются там льдом и пылью. Поэтому в области колец магнитосфера Сатурна очень пуста - в ней очень мало заряженных частиц. Система спутников Сатурна довольно сложна. Известны 30 спутников. Двенадцать из них открыты за последние несколько лет.

Система спутников Сатурна. <http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0197.jpg>Спутник Мимас <http://www.astrogalaxy.ru/318.html>. Огромный ударный кратер Гершель имеет около 130 км в диаметре. Спутники Сатурна (и других планет-гигантов) можно разделить на две группы - регулярные и иррегулярные. Регулярные спутники движутся по почти круговым орбитам, лежащим недалеко от планеты вблизи ее экваториальной плоскости. Все регулярные спутники обращаются в одном направлении - в направлении вращения самой планеты. Это указывает на то, что сформировались эти спутники в газопылевом облаке, окружавшем планету в период ее рождения. В отличие от них, иррегулярные спутники обращаются далеко от планеты, по хаотическим орбитам, ясно указывающим, что эти тела были захвачены планетой сравнительно недавно из числа пролетавших мимо нее астероидов или ядер комет. <http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0198.jpg>

В настоящее время уточняются параметры орбит спутников и их размеры. После уточнения орбит спутников Генеральная ассамблея МАС присвоит им имена. Большинство спутников состоит из льда: их плотность не превышает 1400 кг/м3. У наиболее крупных спутников формируется каменистое ядро. Почти все спутники всегда повернуты к планете одной стороной.

Кольца Сатурна видимы с Земли в небольшой телескоп. Они состоят из тысяч и тысяч небольших твердых частиц из камней и льда, которые вращаются вокруг планеты.

<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0208.jpg>Существует 3 основных кольца, названных A, B и C. Они различимы без особых проблем с Земли. Есть и более слабые кольца - D, E, F. При ближайшем рассмотрении колец оказывается великое множество. Между кольцами существуют щели, где нет частиц. Та из щелей, которую можно увидеть в средний телескоп с Земли (между кольцами А и В), названа щелью Кассини. В ясные ночи можно даже увидеть менее заметные щели. Внутренние части колец вращаются быстрее внешних.

Внешний вид колец меняется от года к году. Это обусловлено наклоном плоскости колец к плоскости орбиты планеты. Плоскость колец наклонена к плоскости орбиты на 29°. Поэтому в течение года мы видим их максимально широкими, после чего их видимая ширина уменьшается, и, примерно через 15 лет, они превращаются в слабо различимую черту. В 1610 году Галилео Галилей впервые увидел в телескоп кольца Сатурна, но не понял, что это такое, поэтому записал, что Сатурн состоит из частей. Полвека спустя Христиан Гюйгенс сообщил о наличии у Сатурна кольца, а в 1675 году Кассини обнаружил между кольцами щель.<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0940.gif>

Уран<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0211.gif>

Данные, полученные с «Вояджера-2», показали, что планета Уран имеет небольшое твердое железно-каменное ядро, над которым сразу начинается плотная атмосфера. Никаких океанов на Уране, по-видимому, нет. Такое строение планеты теперь называют двухслойной моделью. Температура в ядре достигает 7000 К, а давление - 6 миллионов атмосфер. Эффективная температура Урана 59 К, что лишь чуть-чуть превышает ту температуру, которую он имел бы только под влиянием солнечного тепла. Следовательно, Уран почти не имеет внутренних источников энергии

Атмосфера на Уране мощная, толщиной не менее 8000 км. Атмосфера Урана (но не Уран в целом!) состоит примерно из 83 % водорода, 15 % гелия и 2 % метана. Метан, ацетилен и другие углеводороды в атмосфере планеты встречаются в значительно больших количествах, чем на Юпитере и Сатурне. Именно метановая дымка хорошо поглощает красные лучи, поэтому Уран кажется голубым.

Дневная освещенность на Уране соответствует земным сумеркам сразу после захода Солнца. Минимальная температура 53 К наблюдалась на уровне 0,1 бар. Выше и ниже температура повышается. Температура атмосферы на уровне 2,3 бар достигает 100 К. У Урана почти такое же сильное магнитное поле, как у Земли. На уровне облаков напряженность магнитного поля равна 0,23 Гс. Но конфигурация этого магнитного поля очень сложная. Очень приближенно его можно считать дипольным, если ось диполя сместить от центра на 1/3 радиуса и наклонить к оси вращения на 60°. Компас на Уране не будет показывать на географический полюс. Магнитное поле делает возможным «полярные» сияния, наблюдающиеся в верхней части атмосферы.

Магнитосфера Урана. <http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0213.jpg>

Несмотря на сложность наблюдений, астрономы прошлых веков открыли почти все крупные спутники Урана. Спутниковая система лежит в экваториальной плоскости планеты, то есть почти перпендикулярно к плоскости ее орбиты. Внутренние 10 лун - маленькие по размерам. Спутник 1986U10, найденный по старым фотографиям, переданным с АМС «Вояджер-2» в 1986 году, пока не имеет собственного имени. Его, как и другие спутники Урана, назовут в честь героя какой-нибудь пьесы Шекспира.

Система спутников Урана.

<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0214.jpg>На поверхности Титании обнаружено огромное количество кратеров. Стены некоторых каньонов кажутся светлыми, так как покрыты льдом. Спутники Урана Оберон и Титания очень похожи друг на друга. Их радиусы приблизительно вдвое меньше радиуса Луны. Поверхности обеих лун покрыты старыми метеоритными кратерами и сеткой тектонических разломов с признаками древнего вулканизма. Через все южное полушарие Оберона проходит широкая тектоническая долина, также доказывающая вулканическую деятельность в прошлом. Температура на поверхности спутников очень низкая, около 60 К.

Кольца Урана были случайно обнаружены в 1977 году во время покрытия Ураном яркой звезды. При этом звезда мигнула 9 раз до и 9 раз после того, как Уран ее полностью закрыл. Так были открыты девять плотных, узких и далеко отстоящих друг от друга темных колец Урана. Ширина их всего 1-10 км, только самое широкое внешнее кольцо имеет размер 96 км. Кольца Урана практически черные: альбедо равно 0,03. Они состоят из каменистых частиц не крупнее нескольких метров в поперечнике. Каждое кольцо движется практически как единое целое

Наблюдаемая иерархическая структура колец Сатурна составлена по принципу «матрешки»: широкие ~1000 км кольца состоят из системы более узких ~100 км колец и т.д. До сих пор не существует теории, объясняющей наличие тонких колечек.

Нептун

Нептун - восьмая планета от Солнца и четвертая по размеру среди планет. После открытия Урана астрономы обратили внимание на то, что его орбита не соответствовала закону всемирного тяготения Ньютона, претерпевая постоянные отклонения. Это и навело на мысль о существовании еще одной планеты за Ураном, которая могла бы своим гравитационным притяжением искажать траекторию движения седьмой планеты. Математики Джон Адамс и Джеймс Чаллис в 1845 году сделали расчет примерного места расположения планеты. В это же время французский астроном Урбан Леверье, сделав расчет, убедил начать поиск новой планеты. Расчеты Леверье были настолько точны, что Нептун нашли сразу, в первую же ночь наблюдений.

Нептун в наземный телескоп. Светлые области в верхней части диска - облака из метанового льда, хорошо отражающие солнечный свет. Большая полуось планеты равна 30,02 а.е. Нептун очень удален от Солнца. Период обращения по орбите 164,491 лет. Со времени открытия в 1846 году он не закончил еще и одного полного оборота. Орбита практически круговая: эксцентриситет составляет е = 0,011. Наклон плоскости орбиты к плоскости эклиптики 1°46´22", средняя скорость движения по орбите 5,4 км/с, Период вращения вокруг оси 15,8 часов. Наклонение экватора к плоскости орбиты 29,6°. Масса планеты равна 1,03∙1026 кг, т.е. в 17 раз больше массы Земли. Радиус планеты составляет 24 764 км - около четырех земных радиусов. Плотность ρ = 1,76 г/см3, т.е. 1/3 плотности Земли. Коэффициент сжатия равен 2 %. Ускорение свободного падения на уровне верхнего облачного слоя планеты: 11,2 м/с2. Температура атмосферы Нептуна выше, чем у Урана, и составляет около 60 К. Следовательно, Нептун имеет собственный внутренний источник тепла - он излучает в 2,7 раза больше энергии, нежели получает от Солнца.

<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0218.gif>Строение и набор составляющих Нептун элементов, вероятно, почти такие же, как на Уране: различные «льды» и отвердевшие газы с содержанием около 15 % водорода и небольшого количества гелия. В отличие от Юпитера с Сатурном Уран и Нептун, возможно, не имеет четкого внутреннего расслоения. Но, скорее всего, у Нептуна есть небольшое твердое ядро, равное по массе Земле. Атмосфера Нептуна - это, по большей части, водород и гелий с небольшой примесью метана (1 %). Синий цвет Нептуна является результатом поглощения красного света в атмосфере этим газом - как и на Уране. На Нептуне наблюдаются сильнейшие ветры, параллельные экватору планеты, большие бури и вихри. На планете самые быстрые в Солнечной системе ветры, достигающие 700 км/час. Ветры дуют на Нептуне в западном направлении, против вращения планеты. Замечено, что у планет-гигантов скорость потоков и течений в их атмосферах увеличивается с расстоянием от Солнца. Эта закономерность не имеет пока никакого объяснения.

Метановые облака к северу от экватора вблизи терминатора. Хорошо заметны тени, которые они отбрасывают на основной облачный слой.

Одним их первых открытий «Вояджера-2» было Большое Темное Пятно в южном полушарии, размером с Землю. Ветры Нептуна несли Большое Темное Пятно к западу со скоростью 300 м/с. Время кругооборота вещества в нем - 16 дней. «Вояджер-2» также видел меньшее темное пятно в южном полушарии и небольшое непостоянное белое облако. Оно может быть потоком, восходящим от нижних слоев атмосферы к верхним, но истинная природа его остается тайной. Наблюдения на космическом телескопе им. Хаббла в 1994 году показали: Большое Темное Пятно исчезло! Оно или просто рассеялось, или было закрыто чем-то в атмосфере. А несколько месяцев спустя космический телескоп им. Хаббла вторично обнаружил новое темное Пятно в северном полушарии Нептуна. Это указывает на то, что атмосфера Нептуна изменяется очень быстро.

Магнитосфера Нептуна. <http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0221.jpg>

«Вояджер-2» зарегистрировал магнитное поле Нептуна. Магнитный полюс планеты отстоит на 47° от географического. Предполагается, что магнитное поле Нептуна возбуждается в жидкой проводящей среде, в слое, находящемся на расстоянии 13 тысяч км от центра планеты. А под жидким слоем находится твердое ядро Нептуна. Магнитосфера Нептуна сильно вытянута.<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0222.jpg>

Самый большой спутник Нептуна - Тритон. Спутник Тритон, открытый в 1846 году Уильямом Ласселлом, по размерам превосходит Луну. Обращение вокруг Нептуна обратное, поэтому ученые считают, что Тритон был захвачен Нептуном из пояса Койпера. В Тритоне сосредоточена почти вся масса спутниковой системы Нептуна. Отличается большой плотностью: 2 г/см3.<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0223.jpg>

Замерзшее озеро? Ученые считают, что эта равнина размерами приблизительно 200 на 400 км образовалась в результате извержения «ледяного» вулкана.

<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0224.jpg>На Тритоне обнаружены скалы, кратеры, темные полосы вулканического происхождения. «Вояджер-2» сделал снимки красного льда на Тритоне, на экваторе сфотографировал голубой лед из замерзшего метана. Южная полярная шапка состоит из азотного льда, из нее на высоту в несколько километров бьют гейзеры. Поверхность спутника светлая и отражает около 80 % падающих солнечных лучей. Тритон имеет разреженную азотную атмосферу (давление на поверхности около 10 мм рт. ст.). Температура на Тритоне -235°C.

Кольца-арки.

<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0226.jpg>Вокруг Нептуна обнаружены кольца в виде арок, которые сфотографировал «Вояджер-2». Интересно, что первоначально информацию о возможных кольцах Нептуна получили в 1995 году при наблюдении покрытия звезд планетой. Расчеты показали, что арки представляют собой сложные вихри, которые назвали эпитонами.

Плутон<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0227.jpg>

Последняя планета Солнечной системы - Плутон - крошечная холодная планета, расположенная в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля, долгое время оставалась совершенно неизученной. Ее существование теоретически предсказал американский астроном Персиваль Ловелл в 1915 году. Через 15 лет после этого планету открыл сотрудник обсерватории Ловэлла Клайд Томбо <http://www.astrogalaxy.ru/313.html>. Он обнаружил новую планету на фотографиях как звездочку 15-й звездной величины, перемещавшуюся среди остальных звезд. Томбо понял, что это и есть девятая большая планета Солнечной системы. Плутон - бог подземного царства в античной мифологии. Эта фотография Плутона и Харона получена при помощи Космического телескопа им. Хаббла. Даже на ней нельзя различить детали на поверхности планеты.

Увидеть Плутон можно только в мощный телескоп: максимальная звездная величина m = +15,1. Из-за медленного движения по орбите его яркость практически не меняется в течение года.

Среднее расстояние от Солнца равно 39,23 а.е. У Плутона самый большой среди планет Солнечной системы эксцентриситет: е = 0,244. Таким образом, Плутон имеет самую вытянутую орбиту. Наиболее близкая к Солнцу точка орбиты находится на расстоянии 4447 млн. км от Солнца, а наиболее удаленная - на расстоянии 7392 млн. км. С 1979 по 1999 год Плутон находился ближе к Солнцу, чем Нептун, поэтому в тот период он был восьмой, а не девятой планетой. Средняя скорость движения Плутона по орбите: 4,8 км/с, наклонение плоскости орбиты к плоскости эклиптики 17,2°. Период обращения по орбите: Т = 245,73 лет. Со времени открытия в 1930 году он не закончил еще и половины полного оборота.

Период вращения вокруг оси равен 6,39 суток (153,29 часов). Наклон экватора к плоскости орбиты 122,5°. Плутон и Нептун вращаются вокруг Солнца в резонансе. В 1936 году Реймонд Литлтон из Великобритании высказал гипотезу, что Плутон в прошлом был спутником Нептуна. Но убедительно доказать ее пока не удалось. Плутон в 6 раз легче Луны: его масса равна 1,5•1022 кг (т.е. 1/500 массы Земли). Масса планеты была определена совсем недавно, после открытия в 1978 году спутника планеты - Харона. Радиус Плутона составляет 1195 км, что в 5,3 раза меньше радиуса Земли и в 1,45 раза - Луны. Таким образом, по величине Плутон уступает семи спутникам больших планет - Луне, Европе, Ганимеду, Каллисто, Титану и Тритону. Плотность P = 1,7 г/см3. Ускорение свободного падения g = 0,07g = 0,78 м/с2.

Планета, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо Плутона 0,3. У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон. Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута: планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова можно будет исследовать. Температура на планете в среднем -223°С. Зимой она падает до 32-50 К. Мир Плутона - холодный мир.<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0228.jpg>

Поверхность Плутона, реконструированная по снимкам телескопа им. Хаббла. Светлое пятно слева вверху - спутник планеты Харон. Космический телескоп им. Хаббла сфотографировал всю поверхность планеты, после чего была составлена карта Плутона. Северный полюс Плутона покрыт шапкой снегов. В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а не к транснептуновым объектам.

Приводились три причины:

все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон - нет;

Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы;

орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты - Нептуна.

Международный астрономический союз (МАС) выступил с заявлением, что статус Плутона как планеты менять не будут. Но Плутону теперь присвоен определенный номер в каталоге транснептуновых объектов для согласования наблюдений и вычислений. Еще несколько десятилетий спустя после открытия Плутона не было известно, что у него есть спутник. Он практически случайно был обнаружен в 1978 году. Работая с фотографическими изображениями планеты, астрономы заметили, что на снимках слабая звездочка, какой получается при фотографировании Плутон, выглядит слегка удлиненной. Это открытие астрономы несколько раз перепроверили и убедились, что у Плутона есть спутник. Он был назван Хароном - в честь легендарного перевозчика душ умерших в подземное царство Аида.<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0229.jpg> Плутон и Харон. Харон находится на расстоянии 19 405 км от центра Плутона и движется по орбите, расположенной в экваториальной плоскости планеты. Он постоянно обращен к Плутону одной стороной, как и Луна к Земле. Но идеальность этой синхронно движущейся пары заключается в том, что и Плутон всегда повернут к Харону одним и тем же полушарием. Другими словами, периоды вращений обоих тел вокруг своих осей и орбитальный период Харона совпадают, он равен 6,4 суток. Может быть, и нашу планету ждет в далеком будущем такая же участь. Диаметр Плутона 2390 километров, а его спутника - 1186 километров. Поистине уникальная пара! Нигде больше в Солнечной системе не встречается такого, чтобы планета была всего лишь вдвое больше своего спутника. Вполне справедливо Плутон называют двойной планетой.

Спутник Харон имеет примерно такую же плотность, как и спутники Сатурна. О его природе (как и о природе Плутона) нельзя сказать почти ничего, кроме того, что по цвету Харон несколько голубее, чем Плутон. Это может означать, что они образовались не из единого облака, а уже потом были как-то сведены вместе неведомыми нам обстоятельствами. Исследования отдаленных областей нашей Солнечной системы возможны только из космоса. Достаточно сказать, что даже в самые сильные телескопы с Земли невозможно увидеть Харон и Плутон раздельно.

<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0230.jpg>Пояс астероидов

В конце XVIII века Тициус и Боде независимо друг от друга подметили закономерность в ряде чисел, выражающих средние расстояния планет от Солнца. Пятый член этого ряда не соответствовал никакой планете. 1 января 1801 года итальянский астроном Джузеппе Пиацци случайно открыл звезду, прямое восхождение и склонение которой заметно изменялось за сутки наблюдений. Гаусс вычислил орбиту этого астрономического объекта, большая полуось которого оказалась равной 2,77 а.е.; стало понятно, что открыта планета между Марсом и Юпитером. Ее назвали Церера в честь древнеримской богини плодородия.

В 1802 году немецкий врач Ольберс, увлекавшийся астрономией, открыл неподалеку от Цереры новый астероид, который назвали Паллада. В 1804 году была открыта Юнона, в 1807 году - Веста. Гершель предложил назвать маленькие планеты астероидами. Астероид по-гречески означает «звездообразный». В 1804 году Ольберс высказал знаменитую гипотезу о разрыве гипотетической планеты Фаэтон между Марсом и Юпитером и образования астероидов - ее обломков.

Все астероиды имеют размеры меньше 1500 км, у них нет атмосферы и гидросферы. Форма астероидов самая разнообразная: от шаровой до сигарообразной. У астероидов большие различия в составе поверхности, что подтверждается их способностью отражать свет: у одних астероидов коэффициент отражения лишь 3 %, что делает структуру их поверхности похожей на свежевспаханный чернозем или новую автомобильную покрышку, тогда как у других он приближается к 50 %, как если бы она была покрыта меловыми отложениями. Так, поверхность астероида 52 Европа имеет альбедо всего 0,03, а Веста имеет альбедо 0,28. Периоды осевого вращения астероидов различаются в десятки раз: у некоторых малых планет это часы, у других - сутки.

Ныне принято считать астероидами все тела, размеры которых не менее 1 км. Тела меньших размеров получили название метеороидов. Общее число астероидов около 30-50 тысяч. Считается, что число астероидов размером более 200 км порядка тридцати. Астероидов размером от 80 км до 200 км - порядка тысячи.

Гаспра имеет неправильную форму.

Самый крупный из астероидов: Церера, его радиус 470 км.

Самый мелкий из известных: 1991 ВА, диаметр 9 м.

Плотность астероидов обычно лежит в пределах от 2 до 8 г/cм3.

Самые темные астероиды: 95 Аретуза, Бамберг, черные, как уголь или сажа.

Наибольшее приближение к Земле: 1991 ВА, 170 000 км.

Наибольшее приближение к Солнцу: Икар и Фаэтон. Оба подходят к Солнцу ближе Меркурия.

Одним из наиболее удаленных астероидов главного пояса является Хирон, открытый в 1977 году. Его орбита целиком лежит между Сатурном и Ураном, а диаметр - около 200 км. Он может быть захваченной кометой или вырвавшемся на волю от тяготения планеты спутником Сатурна.

На астероиде Гаспра зарегистрировано магнитное поле.

Население пояса астероидов весьма разнообразно. Но все эти различия меркнут перед разнообразием орбит астероидов. Все планеты Солнечной системы движутся в одной плоскости по почти круговым орбитам. А астероиды, подчиняясь влиянию Солнца и планет, движутся по самым разнообразным траекториям. Главным дирижером их движения служит, разумеется, гигантский Юпитер. Большинство малых планет удалены от Солнца, в среднем, на 2,2-3,6 а.е., то есть находятся между орбитами Марса и Юпитера, и полностью подчинены влиянию этого гиганта.

<http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0233.jpg>Пояс астероидов. Эксцентриситет орбиты большинства астероидов меньше 0,3 (от 0,1 до 0,8), а наклонение меньше 16°. Среди астероидов есть группы, которые движутся по орбите Юпитера вокруг Солнца, как его свита. Группа Греки (Ахилл, Аякс, Одиссей и другие) опережает Юпитер на 60°. Группа Троянцы (Приам, Эней, Троил и другие) отстает от Юпитера на 60°. В настоящее время считают, что в последней группе находится около 700 астероидов.

Некоторые астероиды движутся в резонансе сразу с несколькими планетами. Впервые это было замечено в движении астероида Торо. Он совершает 5 орбитальных оборотов приблизительно за то же время, как Земля - 8, Венера - 13. Перигелий астероида Торо находится между орбитами Венеры и Земли. Другой астероид, Амур, движется в резонансе с Венерой, Землей, Марсом и Юпитером, совершая 3 своих оборота за то же время, за которое Венера совершает 13 оборотов, Земля - 8 оборотов; резонанс с Марсом 12:17 и с Юпитером 9:2. Очевидно, такое движение предохраняет астероиды от захвата гравитационным полем планеты и продляет им жизнь. Многие астероиды находятся за орбитой Юпитера. В 1977 обнаружили астероид 2060 Хирон, орбита которого следующая: перигелий внутри орбиты Сатурна 8,51 а.е., афелий около орбиты Урана 19,9 а.е. Эксцентриситет орбиты Хирона равен 0,384. Вблизи перигелия у Хирона появляется кома и хвост. Однако размеры и масса Хирона намного больше размеров обычных комет. В древнегреческой мифологии Хирон - получеловек-полулошадь; космический Хирон - то ли астероид, то ли комета. Сейчас такие объекты называются кентаврами.

Заключение

солнечная система планета астероид

Испокон веков люди глядят в ночное небо, пытаясь разгадать его загадки. Возникали и гибли цивилизации, но интерес к космосу не проходил. Изучение законов развития солнечной системы даст нам ответы на многие интересующие вопросы. Как долго нам осталось жить на этой планете и есть ли жизнь на других планетах. Что ждёт нас впереди?

Библиографический список

1.       <http://www.astrogalaxy.ru>

.        <http://dik.academic.ru>

.        <http://catalogagro.ru>