Строение Солнечной системы

Солнце является источником постоянного потока частиц. Нейтрино, электроны, протоны, альфа-частицы, а также более тяжелые атомные ядра все вместе составляют корпускулярное излучение Солнца. Значительная часть этого излучения представляет собой более или менее непрерывное истечение плазмы, так называемый солнечный ветер, являющийся продолжением внешних слоев солнечной атмосферы - солнечной короны. Вблизи Земли его скорость составляет обычно 400-500 км/с. Поток заряженных частиц выбрасывается из Солнца через корональные дыры - области в атмосфере Солнца с открытым в межпланетное пространство магнитным полем. Солнце вращается с периодом 27 суток. Траектории движения частиц солнечного ветра, движущихся вдоль линий индукции магнитного поля, имеют спиральную структуру, обусловленную вращением Солнца. В результате вращения Солнца геометрической формой потока солнечного ветра будет архимедова спираль. В дни солнечных бурь солнечный ветер резко усиливается. Он вызывает полярные сияния и магнитные бури на Земле, а космонавтам не следует в это время выходить в открытый космос. Под воздействием солнечного ветра хвосты комет всегда направлены в сторону от Солнца. Солнце - мощный источник радиоизлучения. В межпланетное пространство проникают сантиметровые радиоволны, которые излучает хромосфера, и более длинные волны, излучаемые короной.

Меркурий - самая близкая к Солнцу планета, и весь свой путь по орбите вокруг Солнца он проходит всего за 88 дней. Меркурий - самая маленькая из всех планет, не считая Плутона. Поверхность этого небольшого мирка достаточно горяча, чтобы расплавить олово и свинец. Едва ли там есть какая-нибудь атмосфера, а твердый грунт весь покрыт кратерами.

· Масса: 3,3*1023 кг. (0,055 массы Земли);

· Диаметр экватора: 4870 км. (0,38 диаметра экватора Земли);

· Плотность: 5,43 г/см3

· Температура поверхности: максимум 480°С, минимум -180°С

· Период вращения относительно звёзд: 58,65 земных суток

· Расстояние от Солнца (среднее): 0,387 а.е., то есть 58 млн км

· Период обращения по орбите (год): 88 земных суток

· Период обращения вокруг собственной оси (сутки): 176 земных суток

· Наклон орбиты к эклиптике: 7°

· Эксцентриситет орбиты: 0,206

· Средняя скорость движения по орбите:47,9 км/с

· Ускорение свободного падения:3,72 м/с2

На основании анализа фотографий Меркурия американские геологи П. Шульц и Д. Гаулт предложили следующую схему эволюции его поверхности. После завершения процесса аккумуляции и формирования планеты её поверхность была гладкой. Далее наступил процесс интенсивной бомбардировки планеты остатками планетного роя, во время которой образовались бассейны типа Калорис, а так же кратеры типа Коперника на Луне. Следующий период характеризовался интенсивным вулканизмом и выходом потока лавы, заполнявшей крупные бассейны. Этот период завершился около 3 млрд. лет назад. У Меркурия есть слабое магнитное поле, оно составляет 0,7 % земного магнитного поля. Магнитное поле планеты имеет более сложную структуру, чем земное. Кроме дипольного (двухполюсного) в нём присутствуют ещё поля с четырьмя и восемью полюсами. Со стороны Солнца магнитосфера Меркурия сильно сжата под действием солнечного ветра. Высокая плотность и наличие магнитного поля показывает, что у Меркурия должно быть плотное металлическое ядро. Плотность в центре Меркурия должна достигать 9,8 г/см3, радиус ядра составляет 1800 км (75 % радиуса планеты). На долю ядра приходится 80 % массы Меркурия. Несмотря на медленное вращение планеты, её магнитное поле возбуждается тем же динамо-механизмом, что и магнитное поле Земли. Этот механизм сводится к образованию кольцевых электрических токов в ядре планеты при её вращении, которые и генерируют магнитное поле. Над массивным ядром располагается силикатная оболочка толщиной 600 км. Плотность поверхностных пород порядка 3,3 г/см3. Данные об атмосфере Меркурия указывает лишь на её сильную разрежённость. Давление у поверхности планеты в 500 миллиардов раз меньше, чем у поверхности Земли .Меркурий расположен очень близко к Солнцу и захватывает солнечный ветер своим тяготением. Атом гелия, захваченный Меркурием, находится в атмосфере в среднем 200 дней. Кроме гелия на Меркурии зарегистрировано наличие водорода.. Кроме того, раскаленные, как печь, твердые породы выделяют различные атомы, в том числе атомы щелочных металлов, которые регистрируются в спектре атмосферы. Подозревается присутствие углекислоты и угарного газа.

Поверхность Меркурия оказалась усеяна сеткой из кратеров разных размеров. Их распределение по размерам было аналогично лунному. Большая часть кратеров образовалась в результате падения метеоритов. На поверхности планеты были обнаружены гладкие округлые равнины, получившие по сходству с лунными «морями» название бассейнов. Появление долин объясняется интенсивной вулканической деятельностью, которая совпала по времени с формированием поверхности планеты. На Меркурии есть горы, высота наиболее высоких достигает 2-4 км. В ряде районов планеты на поверхности видны долины, бескратерные равнины. На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа - эскарп. Это выступ высотой 2-3 км, разделяющий два района поверхности. Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты. В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед. Внутренние области находящихся там кратеров Солнце никогда не освещает, и температура там может держаться около -210°С. Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11. Максимальная температура поверхности Меркурия, +410°С. Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью орбиты, на дневной стороне достигают 100°С. средняя температура ночного полушария рана -162°С (111 К). С другой стороны, температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца равна +347°С. Поверхность этого небольшого мира достаточно горяча, чтобы расплавить свинец или олово.

Вторая от Солнца большая планета Солнечной системы. Одна из планет земной группы, по своей природе подобная Земле, но меньше по размеру. Как и Земля, она окружена достаточно плотной атмосферой. Венера подходит к Земле ближе любой другой планеты и представляет собой самый яркий небесный объект (если не считать Солнца и Луны). Свет Венеры столь ярок, что если на небе нет ни Солнца, ни Луны, он заставляет предметы отбрасывать тени. Расположенная ближе к Солнцу, чем наша планета, Венера получает от него в два с лишним раза больше света и тепла, чем Земля. Тем не менее с теневой стороны на Венере господствует мороз более 20 градусов ниже нуля, так как сюда не попадают солнечные лучи в течении очень долгого времени. Поверхность Венеры постоянно закрыта плотными слоями облаков, из-за которых в видимом свете поверхностных деталей почти не видно,

· Масса: 4,87*1024 кг. (0,815 массы Земли);

· Диаметр экватора: 12102 км. (0,949 диаметра экватора Земли);

· Плотность: 5,25 г/см3

· Температура поверхности: максимум 480°С

· Период вращения относительно звёзд: 243 земных суток

· Расстояние от Солнца (среднее): 0,723 a.e.,то есть 108 млн км

· Период обращения по орбите (год): 224,7 земных суток

· Период обращения вокруг собственной оси (не равно суткам, сутки на Венере - 116,8 земных суток): 243,02 земных суток

· Наклон орбиты к эклиптике: 3.39°

· Эксцентриситет орбиты: 0,0068

· Средняя скорость движения по орбите:35 км/с

· Ускорение свободного падения:8,87 м/с2

Венеру иногда называют одной из самых таинственных планет Солнечной системы: плотный облачный покров окутывает ее поверхность. Масса атмосферы Венеры примерно в 100 раз превышает массу атмосферы Земли. Преобладающую долю атмосферы составляет углекислый газ (CO2 ~ 97%); азота(N2)-- около 3%; водяного пара (H2O)- 0,05%, кислорода -- тысячные доли процента. В очень малых количествах имеются также примеси SO2 , H2S, CO, HCl, HF. Температура на поверхности Венеры (на уровне среднего радиуса планеты) -- около 750 К (470°C, а максимальная зарегистрирована 530°C), причем ее суточные колебания незначительны. Давление -- около 107 Па, или 100 ат, плотность газа почти в 2 р выше, чем в атмосфере Земли. Облака Венеры состоят в основном из 75-80-процентной серной кислоты. Капельки раствора серной кислоты, возникших под действием солнечного света из присутствующих в атмосфере углекислоты, а также в облаках присутствует водяной пар и соединений серы. Концентрация водяного пара увеличивается с высотой, достигая максимума на высоте около 50 км, где она в сто раз выше, чем у твердой поверхности, то есть доля пара на этой высоте приближается к одному проценту. Температура и давление сначала падают с увеличением высоты. Минимум температуры (150-170 К) определен на высоте 100-120 км, а по мере дальнейшего подъема температура растет, достигая на высоте 12 тыс. км 600-800 К. Установлено, что легкого изотопа аргона на Венере на два порядка больше, чем на Земле. Верхние слои облаков Венеры отражают 76% падающего на них солнечного света. Ветер, весьма слабый у поверхности планеты (не более 1 м/с), на высоте свыше 50 км усиливается до 150 м/с. Наблюдения с автоматических космических станций обнаружили в атмосфере грозы. Туманная дымка простирается до высоты около 50 км. Далее до высоты 70 км идут облака из мелких капель концентрированной серной кислоты. Скорость вращения на уровне верхней границы облаков иная, чем над самой поверхностью планеты. 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 из-за медленного вращения Венеры. Зарегистрированы около 150 вулканических объектов, размеры которых превышают 100 км; общее число вулканов на планете оценивают в 1600. Извержения вулканов порождают мощные электрические разряды. 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. Радиус верхней границы облаков -- около 6120 км. Фигура планеты близка к сферической. Более точно она может быть представлена трехосным эллипсоидом, у которого полярное сжатие на два порядка меньше, чем у Земли.

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. Большая часть поверхности Венеры занята обширными равнинами (на 85% равнинная), над которыми возвышаются три области - большие плато высотой в несколько километров. Одна из них представляет собой огромное вулканическое плато (архипелаг Иштар - земля Иштар в северном полушарии и земля Афродиты вблизи экватора. Выше всех (на 12 км выше среднего уровня поверхности) поднимаются горы Максвелла. Перепад высот вдоль экватора примерно 5 км. Низшая точка на поверхности находится на глубине 2,5 км от среднего уровня. На поверхности Венеры обнаружены кратеры, разломы и другие признаки протекавших на ней интенсивных тектонических процессов. Отчетливо просматриваются и следы ударной бомбардировки. Поверхность покрыта камнями и плитами различных размеров; поверхностные породы близки по составу к земным осадочным породам. По стандартам Солнечной системы поверхность Венеры достаточно молода: самые старые кратеры, по-видимому, появились около 800 млн. лет назад. Доказательств современной вулканической активности не обнаружено. Из-за мощной атмосферы и высокой температуры ударные кратеры на Венере по форме довольно сильно отличаются от кратеров на других планетах и лунах. Небольшие метеориты, как правило, сгорают в атмосфере Венеры, поэтому на ее поверхности маленьких кратеров нет. Было обнаружено множество различных деталей вулканического происхождения. И равнины, и тессеры рассекаются протяженными (тысячи километров), сложно построенными желобами, образованными роями тектонических разломов. Hа поверхности равнин планеты обнаружены загадочные "русла" длиной от сотен до нескольких тысяч километров и шириной от 2-3 до 10-15 км. Они имеют типичные признаки долин, прорезанных течением какой-то жидкости, - меандровидные извилины, расхождение и схождение отдельных "проток", а в редких случаях - нечто вроде дельты.

Планета Земля

Земля принадлежит к группе земных планет, которая включает также Меркурий, Венеру и Марс. Земля часто сравнивается именно с этой группой, а также с Луной, поскольку их происхождение, структура и эволюция одинаковы. Благодаря своим уникальным, быть может, единственным во Вселенной природным условиям (хотя это сомнительно), стала местом, где возникла и получила развитие органическая жизнь. По современным космогоническим представлениям Земля образовалась примерно 4,566 миллиарда лет (плюс-минус несколько миллионов) назад из газопылевого облака в котором зародилось Солнце.

· Масса: 5,974*1024 кг.

· Диаметр экватора: 12 756 км.

· Плотность: 5,515 г/см3

· Температура поверхности: максимум +70°С минимум -85°С

· Расстояние от Солнца (среднее): 1 a.e.,то есть 149,6 млн км

· Период обращения по орбите (год): 365,256 земных суток

· Период обращения вокруг собственной оси относительно звезд: 23ч.56 м.4,099 с.

· Наклон орбиты к эклиптике: 23°27'

· Эксцентриситет орбиты: 0,017

· Средняя скорость движения по орбите:29,77 км/с

· Ускорение свободного падения:9.78 м/с2

Внутреннее строение Земли

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. 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. Следующее по интенсивности отражение наблюдается на глубине 2900 км (поверхность Вихерта - Гутенберга). На этой глубине сильно отражаются продольные и поперечные сейсмические волны. Ниже лежит жидкое ядро. 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.

Атмосфера Земли

АТМОСФЕРА ЗЕМЛИ (от греч. atmos -- пар и сфера), воздушная среда вокруг Земли, вращающаяся вместе с нею; масса ок. 5,15·1015 т. По плотности атмосферы она занимает промежуточное место между Венерой и Марсом. Она уникальна в том отношении, что обладает обширными запасами жидкой воды. Сложное взаимодействие между океаном, атмосферой и планетарной поверхностью определяет ее энергетический баланс и температурный режим. Облачный покров обычно закрывает около 50% поверхности, и теплота, остающаяся внутри атмосферы (парниковый эффект), поднимает среднюю температуру более чем на 30 градусов. Состав ее у поверхности Земли: 78,1% азота, 21% кислорода, 0,9% аргона, в незначительных долях процента углекислый газ, водород, гелий, неон и другие газы. В нижних 20 км содержится водный пар (у земной поверхности -- от 3% в тропиках до 2·10-5% в Антарктиде), количество которого с высотой быстро убывает. Углекислота - наиболее важная следовая компонента атмосферного воздуха. Высокая концентрация кислорода (возникшая примерно 2000 млн. лет назад) является прямым результатом существования растений. Присутствие кислорода позволило сформироваться в верхних слоях атмосферы озонному слою (на высоте 20-25 км), который экранирует поверхность планеты от солнечного ультрафиолетового излучения, вредного для жизни. Выше 100 км растет доля легких газов, и на очень больших высотах преобладают гелий и водород; часть молекул разлагается на атомы и ионы, образуя ионосферу. Давление и плотность воздуха в атмосфере Земли с высотой убывают. В зависимости от распределения температуры атмосферу Земли подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу. Неравномерность ее нагревания способствует общей циркуляции атмосферы, которая влияет на погоду и климат Земли. Атмосфера Земли обладает электрическим полем. ТРОПОСФЕРА (от греч. tropos -- поворот и сфера), нижний, основной слой атмосферы до высоты 8-10 км в полярных, 10-12 км в умеренных и 16-18 км в тропических широтах. В тропосфере сосредоточено более 1/5всей массы атмосферного воздуха, сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны - все происходящие здесь процессы играют определяющую роль для формирования погоды на планете. Температура в тропосфере падает с увеличением высоты. Тропосфера сверху ограничена тропопаузой, которая соответствует переходу к более устойчивым условиям лежащей выше стратосферы. СТРАТОСФЕРА (от лат. stratum -- слой и сфера), слой атмосферы, лежащий над тропосферой от 8-10 км в высоких широтах и от 16-18 км вблизи экватора до 50-55 км. Стратосфера характеризуется возрастанием температуры с высотой от -40 °С (-80 °С) до температур, близких к 0 °С, малой турбулентностью, ничтожным содержанием водного пара, повышенным по сравнению с ниже- и вышележащими слоями содержанием озона. ИОНОСФЕРА, верхние слои атмосферы, начиная от 50- 85 км до 600км, характеризующиеся значительным содержанием атмосферных ионов и свободных электронов. Атомы и молекулы в этом слое интенсивно ионизируются под действием солнечной радиации, в частности, ультрафиолетового излучения. Перемещение заряженных частиц по магнитным силовым линиям к полярным областям на широтах от 60 до 75° приводит к появлению полярных сияний. Верхняя граница ионосферы -- внешняя часть магнитосферы Земли. Причина повышения ионизации воздуха в ионосфере -- разложение молекул атмосферы газов под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения. Ионосфера оказывает большое влияние на распространение радиоволн. Состоит ионосфера из мезосферы и термосферы. МЕЗОСФЕРА находится примерно до 80-85 км, над которой наблюдаются (обычно на высоте около 85 км) серебристые облака. Здесь температура с высотой уменьшается, достигая -90°C у верхней границы (мезопаузы). Светлые голубоватые облака в летнем сумеречном небе возникают в верхней атмосфере на высотах около 80 км и по структуре довольно разнообразны. ТЕРМОСФЕРА, слой атмосферы над мезосферой от высот 80-90 км, температура в котором растет до высот 200-300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остается почти постоянной до больших высот. ЭКЗОСФЕРА (от экзо... и сфера) (сфера рассеяния), внешний слой атмосферы, начинающийся с высоты около 400-500 км, которые граничат с межпланетной средой. В этих слоях плотность настолько низка, что между атомами происходит очень мало столкновений и атомы, движущиеся с большой скоростью, могут выйти из сферы гравитационного притяжения планеты и улетать (ускользать) в космическое пространство. На расстояниях более 1000 км слой холодной плазмы высокой плотности (плазмосфера). Плазмосфера простирается до расстояний в 3 - 7 земных радиусов. Ее верхняя граница (плазмопауза) отмечена резким падением плазменной плотности. Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих ультрафиолетовые лучи, является озон.

Поверхность планеты Земля

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 жизнь. 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). Возраст горных пород устанавливается по содержанию изотопов урана и тория. Горы занимают свыше 1/3 поверхности суши. Пустыни покрывают около 20% поверхности суши, саванны и редколесья --около 20%, леса --около 30%, ледники --свыше 10%. Свыше 10% суши занято под сельскохозяйственными угодьями. Значительная часть северных территорий представляет собой вечную мерзлоту.

Марс - первая после Земли планета Солнечной системы, к которой человек проявил особый интерес с надеждой, что там есть развитая внеземная жизнь.

· Масса: 6,4*1023 кг. (0,107 массы Земли);

· Диаметр экватора: 6794 км. (0,53 диаметра экватора Земли);

· Плотность: 3,94 г/см3

· Температура поверхности: -23°С на большей части поверхности, -150°С на полюсах, 0°С на экваторе.

· Расстояние от Солнца (среднее): 1,5237 а.е., то есть 228 млн км

· Период обращения по орбите (год): 687 земных суток

· Период обращения вокруг собственной оси (сутки): 24,6229 часа

· Наклон орбиты к эклиптике: 1°51'

· Эксцентриситет орбиты: 0,093

· Средняя скорость движения по орбите:24,1 км/с

· Ускорение свободного падения:3,72 м/с2

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. Вследствие малой массы сила тяжести на Марсе почти в три раза ниже, чем на Земле. В настоящее время структура гравитационного поля Марса детально изучена. Она указывает на небольшое отклонение от однородного распределения плотности в планете. Ядро может иметь радиус до половины радиуса планеты. Оно состоит из чистого железа или из сплава Fe-FeS (железо-сульфид железа) и растворенного в них водорода. Ядро Марса частично или полностью пребывает в жидком состоянии. Марс должен иметь мощную кору толщиной 70-100 км. Между ядром и корой находится силикатная мантия, обогащенная железом. Красные окислы железа, присутствующие в поверхностных породах, определяют цвет планеты. Сейчас Марс продолжает остывать. Сейсмическая активность планеты слабая. На протяжении долгой геологической истории Марса его поверхность изменяли извержения вулканов и марсотрясения. Поверхность планеты состоит как бы из двух контрастных частей: древних высокогорий, покрывающих южное полушарие, и более молодых равнин, сосредоточенных в северных широтах. Выделяются два крупных вулканических района - Элизиум и Фарсида. Разница высот между горными и равнинными областями достигает 6 км. Метеоритные кратеры покрывают 2/3 поверхности планеты. Некоторые из равнин сплошь покрыты древними изверженными породами. Потоками жидкой лавы растекались по поверхности, застывали, по ним текли новые потоки. На окончаниях лавовых языков наблюдаются структуры, похожие на земные осадочные породы. Взаимодействие лавы и подземного льда привело также к появлению многочисленных борозд и трещин. На далеких от вулканов низменных областях северного полушария простираются песчаные дюны. Особенно много их у северной полярной шапки. В прошлом огромную роль в формировании марсианского рельефа играла проточная вода.

Страницы: 1, 2, 3