Studentam.net.ua

3. Планети Сонячної системи

   Навколо Сонця рухаються 9 планет, які за фізичними властивос­тями об'єднуються в дві групи, розділені в просторі поясом астерої­дів. Планети, що знаходяться всередині цього кільця (Меркурій, Венера, Земля, Марс) називаються внутрішніми (земними). Вони невеликого розміру і мають тверду поверхню, велику щільність, повільно обертаються навколо своєї осі.
   Зовнішні планети, що рухаються за кільцем астероїдів, утворюють групу планет-гігантів (Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун). Вони мають великі розміри і маси, малу густину, швидко обертаються навколо осі, не мають твердої поверхні. Плутон ще недостатньо вивчений тому його не відносять до жодної з вказаних груп.
   Ще І.Кеплер встановив три закони руху планет.
   1. Всі планети рухаються по еліпсу, в одному з фокусів яких знаходиться Сонце.
   2. Радіус-вектор планети за однакові проміжки часу описує рівновеликі площі. Згідно цього закону площа CSD описана радіусом-вектором планети за період Dt поблизу перигелія дорівнює площі АВS, описаній за той же час Dt поблизу афелія. А оскільки дуга CD більша дуги AB то планета поблизу перигелія має швидкість більшу, ніж в афелії. Тобто рух планети навколо Сонця нерівномірний.
   3. Квадрати періодів обертання планет навколо Сонця пропорційні кубам великих півосей їх еліптичних орбіт.

   Планети рухаються навколо Сонця (великі планети) в одному напрямі, проти годинникової стрілки, якщо дивитись з боку північного полюса екліптики. Проміжки між орбітами планет збільшуються з віддаленням від Сонця. Супутники обертаються навколо планет подібно тому, як планети навколо Сонця.
   Найближча до Сонця планета

МЕРКУРІЙ.

   Діаметр Меркурія 4880 км (0,4 діаметра Землі), маса його становить 0,06 маси Землі, середня густина 5,5 г/см³. Прискорення сили тяжіння в 2,6 рази менше земного. період обертання навколо Сонця становить 88 земних діб. Фотографії Меркурія, одержані з космічних станцій, дуже подібні на місячні. Важко визначити де сфотографовано Місяць, а де Меркурій. Поверхню Меркурія займа­ють численні кратери. Поруч з дрібними кратерами діаметром в десятки м є і такі, що мають сотні км в поперечнику. Деякі гірські хребти подекуди досягають висоти 4 км. На поверхні Меркурія є сліди активної вулканічної і тектонічної діяльності. Так, застиглі лавові потоки і ескарпи — обриви висотою в 2-3 км тягнуться на сотні кілометрів.
   На Меркурії є тільки одне "море". Цю круглу западину поперечником 1300 км назвали Морем Спеки. Від сходу Сонця до його заходу на Меркурії проходить рік, тобто 88 земних діб. За такий тривалий час освітлені Сонцем території нагріваються до 4500С, а вночі охолоджуються до —90...-1800С.
   Атмосфера на Меркурії відсутня, тому немає чому пом'якшувати температурні контрасти.
   Зігель Ф.Ю. пише, що на Меркурії виявлено слабке магнітне поле, яке приблизно в 100 раз має меншу напругу, ніж земне. Магніто­сфера дуже стиснута сонячним вітром. Планета має велике і густе ядро, радіусом близько 1900 км. Зовнішня силікатна оболонка планети дуже товста (біля 500 км). Меркурій не має супутників.

ВЕНЕРА

   Венера друга за віддаленістю від Сонця після Меркурія (108 млн. км) планета земної групи. Її орбіта має форму майже правильного кола. Різниця екваторіального і полярного радіусів становить декіль­ка сотень метрів (на Землі 21 км). Венера обертається навколо Сонця за 224,7 земних діб з швидкістю 35 км/с. Хоч вона має досить велику швидкість обертання навколо Сонця, але дуже повільно обертається навколо своєї осі (повний оберт здійснює за 243 земних доби).
   Крім того, якщо всі планети (крім Урану) обертаються навколо своєї осі проти годинникової стрілки, то Венера обертається в протилежному напрямку — за годинниковою стрілкою. Вісь обертання Венери перпендикулярна до орбітальної площини, тому там відсутні пори року — один день подібний на інші, має однакову тривалість і однакову погоду. За масою, об'ємом і густиною Венера і Земля дуже близькі між собою.
   Венера знаходиться значно ближче до Сонця, ніж Земля і одержує більше тепла. Але на Землі альбедо набагато менше, ніж на Венері (на Землі — 0,35, на Венері — 0,78). Вважали, що природні умови обох планет приблизно однакові. Але польоти космічних апаратів типу "Венера", "Марінер"-10 та інші, а також радіолокаційні дослід­ження поверхні Венери спростували цю думку. На космічних фотографіях видно бурі кам'яні плити. Зігель Ф. Ю. пише, що хімічний склад порід Венери подібний до земних базальтів. Вияви­лось, що поверхня планети значно згладжена у порівнянні з поверх­нею Землі. Але і на Венері є гірські хребти, кільцеві гори, кратери, вулкани, рівнини, розломи. Гірські райони займають приблизно 8% поверхні планети, при чому висота гір не перевищує 8 км. Значна частина поверхні Венери — це горбисті рівнини і великі низовини. Серед кільцевих гір є вулкани і кратери метеоритного походження. Розміри великих кратерів від 30 до 60 км в поперечнику глибиною декілька сотень метрів. Виявлений гігантський вулканічний кратер діаметром 2600 км і глибиною 700 м. В районі екватора наявний розлом довжиною 1500 км і шириною 150 км та глибиною біля 2 км. Це свідчить про могутні тектонічні процеси на планеті.
   Внутрішня структура Венери подібна до Земної. Наявне рідке ядро радіусом 2900 км. Воно створює слабке магнітне поле, що в 3000 разів менше від геомагнітного поля. Така мала напруга пояснюється повільністю обертання Венери навколо своєї осі. Між літосферою Венери, товщиною близько 100 км, і ядром залягає мантія, яку умовно ділять на нижню і верхню. Теплові потоки теж подібні до Земних. На Венері є атмосфера.
   Як відмічає Ф.Ю.Зігель (1988), на відміну від Землі, основу венеріанської атмосфери становить вуглекислий газ — 97%. Ця атмосфера дуже густа. Біля поверхні планети вона в 70 разів густіша від земної атмосфери. Тиск досягає 9,5 МПА, температура близька до 4800С.
   Азот займає 2%, кисень — 0,01%, водяна пара — 0,05%.
   Атмосфера Венери легко пропускає видимі сонячні промені, але затримує тепло, що виходить з поверхні планети. Так виникає парниковий ефект. На висоті 50-70 км Венеру оточує шар туману з крапельок сірчаної кислоти.
   Хоч небо Венери постійно вкрите хмарами, освітленість її на поверхні відповідає тому, що спостерігається на Землі в похмурий день. Густа атмосфера Венери вбирає все короткохвильове випромінювання і небо там яскраво-оранжеве. Характерні також потужні електричні розряди, сильні вітри (до 140 м/с), хмари з краплинок сірчаної кислоти і хлористих сполук.
   На Венері є багато діючих вулканів.

МІСЯЦЬ — СУПУТНИК ЗЕМЛІ.

   Місяць найближче до Землі природне тіло. Його радіус становить 1738 км, середня віддаль від Землі 384400 км. Маса Місяця у 81,3 рази менша від маси Землі, а прискорення вільного падіння на місячній поверхні 163 см/с². Місяць — дуже великий супутник і тому систему Земля-Місяць часто називають подвійною планетою.
   Маров М.Я. пише, що найбільшими деталями місячної поверхні є "моря" і великі гірські райони. На фотографії Місяця можна побачити світлі ділянки поверхні — материки. Вони займають біля 60% видимого із Землі диска. Материкові області утворюють загальний фон, на який накладаються темні простори "моря", які займають западини. "Моря" на поверхні Місяця розташовані нерівномірно. По відношенню до всієї місячної поверхні материкові області займають 83,1% його площі, "моря" —16,9%.
   Встановлено, що вік порід на материках 4,6 млрд. років і він є віком Місяця взагалі. Породи "морів" молодші — 3,7-2,5 млрд. років. На підставі цього вчені вважають, що материки утворились під час першої фази розплавлення Місяця (4,0-4,6 млрд. років тому), а пізніше (2-3,5 млрд. років тому) відбувались грандіозні виливи рідкої базальтової магми, що заповнила пониження і вирівняла їх. Але є і метеоритна гіпотеза походження "морів" та ін.
   Максимальна амплітуда висот на Місяці 11 км. Більшість морських басейнів мають овальну форму і часто оточені кільцевими горами. Під ними в основі кори залягають тіла з додатньою гравітаційною аномалією — маскони.
   Метеоритні кратери, відмічає О.Є.Криволуцький, — характерна для місячної поверхні форма рельєфу. Під час аналізу фотографій кратера Коперник виявилось, що широке дно кратера опущене на 1600 м по відношенню до навколишньої поверхні. На видимій стороні Місяця налічують 3 тис. кратерів діаметром біля 3 км, а на фотографіях з космічних апаратів — більше 200 тисяч діаметром більше 0,6 км. А 150 кратерів мають діаметр більше 80 км. Найбільший кратер Клавій має діаметр 235 км.
   Аналіз поверхневих порід, як відмічає Ф.Ю.Зігель, показав, що вони подібні на земні породи типу базальтів. Але в них простежується надлишок металів, наприклад, хрому і титану.
   Поверхню планети покриває пухкий матеріал реголіт — це різнозернистий порошок темносірого і чорного кольору, що легко зминається в пухкі грудочки. Цей пухкий шар практично нікуди не переміщається.
   Місячна кора по товщині не перевищує 50-60 км. Нижче до глибини 1000 км розташована мантія, а в центрі Місяця знаходиться силікатне майже тверде ядро діаметром біля 1500 км, температура якого перевищує 10000С. На глибині 40 км температура місячної кори сягає 3000С, оскільки місячне тепло просочується з надр назовні. Вивченню внутрішньої будови Місяця сприяють "місяцетруси", осередки яких розташовуються на глибині від 700 до 1100 км. Тектонічна діяльність на Місяці дуже слабка, але повністю не припинилась. Факти свідчать про те, що в минулому Місяць мав магнітне поле і був магнітно-тектонічно активнішим.
   Місяць не має атмосфери і магнітного поля. Відсутність атмосфери зумовила різкі коливання температури його поверхні: від 1300С на освітленій стороні до —1500С в затінку.
   На Місяці немає погоди в земному розумінні цього слова. Там змінюються лише освітленість і нагрів.
   Перша людина, яка побувала на Місяці, астронавт Ніл Амстронг, так сказав про Місячний ландшафт:"...Місячна поверхня в момент посадки була яскраво освітлена. Ні зірок, ні планет, крім Землі, не було видно. Досліджуваний нами район за освітленістю можна порівняти з пустинею, а його колір нагадує колір сухого цементу або піщаного пляжу. Виходячи з кабіни, ми виявили, що уламки порід і частинки місячного грунту темно-сірого кольору".
   Місяць здійснює повний оберт навколо Землі за 27 діб 7 годин 43 хвилини. За такий же час він обертається навколо своєї осі, тому Місяць весь час повернутий до Землі одним боком. Вигляд фази Місяця постійно змінюється.
   Проміжок часу між двома однаковими фазами Місяця називається синодичним місяцем. Тривалість його 29 діб 12 годин 44 хвилини. Точки перетину орбіти Землі і Місяця називаються місячними вузлами. Якщо новий місяць (молодик) співпадає з місячним вузлом, то Місяць, Земля і Сонце знаходяться на одній прямій (сизигії) і тоді настає затемнення Сонця (рис.3). Затемнення Місяця відбувається тоді, коли повний місяць співпадає з місячним вузлом (рис. 3а). Якщо Місяць знаходиться під кутом 900 до сизигії (квадратурі), то з Землі видно лише половину його совітленої частини (місячна чверть).
   Система Земля-Місяць обертається навколо спільного центу ваги, який знаходиться на віддалі 0,73 земного радіусу від центру Землі. У цьму центрі сили притягання і відцентрові сили зрівноважуються. У всіх інших точках їх взаємодія веде до утворення припливів і відпливів (рис. 4). Періодичність зміни припливів і відпливів на земній поверхні становить 6 год.12 хв.30 с. Повний цикл — два припливи і два відпливи складає 24 год. 50 хв.
   На кожну точку Землі діє відцентрова сила (Fц) і сила притягання (FN), спрямована до Місяця. У точці Z сила притягання більша, ніж в точці О., а в точці N – менша, ніж будь де на Землі. В центрі мас Землі відцентрова сила і сили притягання однакові. У точці Z сила притягання більша, ніж відцентрова, а в точці N – більша відцент­рова сила. Це призводить до утворення припливних виступів (Fn).
   Припливну хвилю утворює також взаємодія Землі з Сонцем, але Сонце знаходиться в 390 раз далі від Землі, ніж Місяць, тому його припливотворча сила в 2,2 рази менша місячної. Місячні та сонячні припливи можуть співпадати або не співпадати в залежності від взаємного розташування Сонця, Землі і Місяця. Під дією Місяця земна поверхня підіймається на 35,6 см і опускається на 17,8 см. Під дією Сонця відповідно на 16,4 і 8,2 см.

МАРС

   Коли у 1965 році американська стануія "Марінер-4" з близької віддалі сфотографувала Марс, ці знімки викликали сенсацію. Астрономи побачили місячний ландшафт. Адже на Марс мали надію ті, хто хотів знайти життя у космосі. Але Марс виявився без життя.
   За сучасними даними Марс четверта з планет земної групи, приблизно у 2 рази менша від Землі по діаметру (радіус 3393 км) і в 9 разів менша за масою. Прискорення сили тяжіння на поверхні планети 376 см/с². Екватор планети нахилений до площини її орбіти під кутом 24050' майже так як на Землі. Доба на Марсі триває 24 год. 37 хв. 23 с. Звідси можна зробити висновок, що на Марсі є пори року, хоч марсіанський рік триває 687 земних діб. Ця подібність призвела до того, що ряд вчених допускали наявність життя, яке у своєму ровитку випередило земне. Ідея про заселеність Марса, його знамениті канали виявилися дуже популярними і суперечки про марсіан затягнулись майже на століття. Космічні станції виявили магнітне поле Марса напругою близько 30 гам/м. Інформація, передана на Землю космічними апаратами, свідчить, що життя на Марсі немає.
   Марс оточений задушливою розрідженою газовою оболонкою, яка на 95% складається з вуглекислого газу, на 2,5% з азоту, на 2% — з аргону, на 0,3% з кисню. Водяної пари — 0,1%.
   Навіть біля поверхні Марса атмосферний тиск в 160 разів менший ніж біля поверхні Землі. На відміну від Венери розріджена марсіан­ська атмосфера не здатна утримувати денне тепло, накопичене планетою, тому на Марсі дуже холодно. Максимальна температура на екваторі Марса вдень близька до +250С, а до вечора наступають морози і температура падає до —900С (в полярних районах до —1250С). Середньорічна температура Марса близька до —600С. Різкі температурні контрасти породжують сильні вітри і пилові бурі, під час яких густі хмари піску і пилу підіймаються до висоти 20 км.
   Червонястий блиск Марса пояснюється тим, що більша його частина зайнята червоно-оранжевими пустинями, грунт насичений оксидами заліза. Крім заліза (14%) в марсіанських породах знайдені кремній (20%), кальцій і магній (до 5%), сірка (до 3%) та інші елементи. Білі полярні шапки Марса утворені сумішшю водного інею та твердої вуглекислоти.
   Наявні шапки утворюються навколо полюсів восени і зникають на початку літа.
   Поверхня Марса дуже подібна до Місячної, з тою лише різницею, що кратери на Марсі більші. На Марсі наявні великі грабени чи кань­йони довжиною в сотні і тисячі км, шириною до кількох сот метрів і глибиною в тисячі метрів. Тут активно протікають і екзогенні процеси.

ЮПІТЕР

   Це найбільша планета Сонячної системи. Середня відстань від Сонця 778,3 млн. км. Екваторіальний радіус 71398 км, період орбітального руху 11,86 років, період осьового обертання 9 год. 50 хв. (на екваторі).
   Юпітер повністю є рідким тілом. Середня густина його 1,33 г/см³. Хімічний склад Юпітера аналогічний складу Сонця, але за будовою він не подібний ні до зірок ні до планет земної групи.
   У центрі планети знаходиться відносно мале ядро, що складається із заліза і силікатів. Ядро оточене потужною оболонкою, що містить велику кількість водню. Воднева оболонка складається з двох шарів: внутрішнього і зовнішнього. Внутрішній простягається від ядра до радіуса 46000 км. Тиск тут досягає 3 млн. земних атмосфер і температура 110000К. У цьому шарі водень знаходиться в рідкому металічному стані. Зовнішній шар простежується до 70000 км і складається переважно з рідкого молекулярного водню. Над цим шаром простежується атмосфера (рис. 5).
   Атмосфера складається на 90% з водню і на 9% з гелію. Крім цього наявна незначна кількість аміаку і метану. Товщина атмосфери ще не встановлена. Вчені вважають, що видимі хмари Юпітера складаються з кристалів аміаку, бо температура на верхній межі хмарного шару —1230С, а аміак замерзає при температурі —780С. Нижче хмари складаються з льодяних кристалів, а в найнижчому шарі — з водяних крапель.
   Спектроскопічними методами встановлено 5 складових атмосфери Юпітера: водень, гелій, метан, аміак і вода.
   На диску Юпітера чітко простежується Велика Червона Пляма, що лежить трохи нижче межі шару хмар. Вона була відкрита ще в 1665 році. Ширина плями 1400 км, а довжина змінюється від 30000 до 40000 км з періодом в декілька років. Вчені вважають, що Червона пляма — це циклонічне завихрення типу урагану. Вихор обертається навколо вертикальної осі з періодом більше тижня. Цей вихор дрейфує в західному напрямі проти орбітального руху планети, із швидкістю 3-4 м/с, здійснюючи повний оберт за 10-15 років.
   Юпітер має 16 супутників, чотири з яких відкрив ще Галілей в 1610 році. Супутники рухаються навколо планети по еліптичних дуже витягнутих орбітах. Найближчий до Юпітера супутник Амальтея знаходиться на відстані всього 2,5 радіуса планети і завершує повний оберт за 12 годин.

САТУРН

   Середня відстань Сатурна від Сонця 1 млрд. 429,4 млн.км. Період орбітального руху 29,46 років. Період осьового обертання 10,2 доби. (табл. 1). Екваторіальний радіус планети 60390 км. Середня густина — 0,69 г/см³.
   За даними спектроскопічних досліджень в атмосфері Сатурна є велика кількість водню, гелію з домішкою метану і аміаку, тобто подібна до юпітерської. Температура поверхні складає близько —1670С, але ця температура мабуть на верхній межі хмар, бо Сатурн очевидно має потужну атмосферу. Атмосфера над екваторіальними районами обертається швидше, ніж в інших частинах планети. Причина цього ще не з'ясована. Хмари Сатурна у верхній частині складаються з кристаликів метану, нижче — аміаку, ще нижче — хмари з льодяних кристаликів і водяних капель.
   Сатурн оточений плоским тонким кільцем. Система кілець ділиться на три основні зони: зовнішню А, зовнішній радіус якої 120000 км, середню найсвітлішу В, що розділені між собою щілиною Кассіні, шириною біля 5000 км і внутрішню зону С або кріпне кільце, яке помітили ще в 1850 році. Кільця розташовані в площині екватора Сатурна, але їх вид і положення відносно диску планети помітно змінюється. Під час найбільш видимого нахилу кільця мають вид еліпса, в який вписаний диск Сатурна. А коли кільця повернуті до Землі ребром, вони стають майже невидимими. Це тому, що в них мала товщина (20 км). Моменти найбільших появлень і зникнень кілець чергуються через кожні 7,5 років. Встановлено, що кільця складаються із окремих згустків матерії, шматків речовини, розміри яких ще не встановлені. Припускають, що шматки речовини склада­ються з льоду, або покриті ним. Сатурн має 20 супутників, найбіль­ший з яких Титан, завбільшки як Марс. Період обертання супутників від 0,9 до 350 земних діб в залежності від відстані до планети. 

Таблиця 1. Характеристика планет Сонячної системи.

  УРАН

   Відстань Урану від Сонця 2 млрд. 870 млн. км, екваторіальний радіус 26200 км, період орбітального руху 84 роки, період осьового обертання 17 год. 18 хв., при чому обертання зворотне. На відміну від інших планет вісь обертання Урану лежить майже в площині його орбіти (970 52') і тому день і ніч можуть тривати кілька років. Густина 1,15 г/см³ (близька до юпітеріанської). Температура на Урані досягає —2000С. В атмосфері Урану наявний метан, водень, гелій. Переважає гелій і водень з невеликою домішкою метану. Атмосфера досить прозора. Цікаві на планеті пори року. Наприклад, влітку в північній півкулі Сонце роками знаходиться в зеніті над північним полюсом. А з настанням зими північна півкуля занурюється в морок і холод.
   Уран має 15 супутників, що обертаються навколо планети в площині майже перпендикулярній до площини орбіти планети. Розміри їх невеликі від 800 до 1450 км у поперечнику.

НЕПТУН

   Віддаль від Сонця 4 млрд. 497 млн.км. Період орбітального руху 164,8 років. Період осьового обертання 16 год. 6 хв. 36 с. екваторіальний радіус планети 25230 км. Нептун має найбільшу середню густину серед планет-гігантів — 1,55 г/см3 (2,1 г/см³).
   Зігель Ф.Ю. вважає, що атмосфера Нептуна складається з молекулярного водню (50%), метану (20%), аміаку (5%), решта 25% припадає на гелій, етан, ацетилен і можливо на воду. Нептун подібний до Урану і за товстою прозорою атмосферою.
   Нептун за даними американського космічного апарату "Вояджер-2" виявився голубою планетою. Такий колір надає планеті метан, бо він в товстих шарах поглинає червоні промені. В атмосфері Нептуна спостерігаються сильні вітри. Поблизу екватора видно овальну темну пляму. Це мабуть гігантський циклон діаметром, що дорівнює земно­му. Наявне магнітне поле, яке слабкіше земного і дивує своєю аси­метричністю. Магнітні полюси планети зміщені від географічних на 500 (на Землі — на 11,50). Крім того, центр кулястого магнітного поля не співпадає з центром планети, а зміщений до південної півкулі.
   На Нептуні наявні кільця, що мають потовщення. Кілець всього 5. Крім Тритона і Нереїди, відкрито ще 6 супутників (всього їх 8), що розташовані від центра планети на відстані 50-120 тис.км. Всі супутники мають неправильну форму.

ПЛУТОН

   Про Плутон — найдальшу планету Сонячної системи ще дуже мало відомостей. Його віддаль від Сонця 5911,8 млн.км, екваторіа­льний радіус 1150 км, період орбітального руху 247,7 року, період осьового обертання 6,4 земної доби (див.табл. 1).
   Загальні особливості планет-гігантів.
   1. Всі планети-гіганти дуже великі, від чого і пішла їх назва.
   2. Всі дуже віддалені від Сонця.
   3. Мають дуже великий період обертання навколо Сонця.
   4. Швидке (швидше, ніж Земля) обертання навколо своєї осі.
   5. Всі сплющені біля полюсів.
   6. Планети-гіганти мають значну масу.
   7. В них мала середня густина, що пов'язано з їх хімічним скла­дом. На відміну від планет земної групи, які складаються переважно із силікатів, металів і важких елементів, планети-гіганти складаються з легких газів і їх сполук (водню, гелію, суміші метану і аміаку).
   8. Дуже низька температура, що пов'язано з великою віддалю від Сонця.
   9. Велика кількість супутників.
   За останні роки були досягнуті значні успіхи в області досліджен­ня і вивчення планет, особливо з допомогою космічних апаратів. Так, американські коосмічні апарати "Піонер-II", "Вояджер-I", "Вояджер-2", здійснивши політ поблизу Юпітера, передали на Землю цікаву інформацію про хімічний склад атмосфери планети, зафіксували сильні спалахи блискавки. У 1979 році "Вояджер-I" відкрив внутрішнє кільце, що розташоване на віддалі 0,8 радіуса Юпітера. Ширина кільця 800 км. На супутнику Іо відкрито 8 діючих вулканів.
   "Вояджер-I" у 1980 році встановив, що кільце Сатурна складається із 95 концентричних вузьких кілець, подібних на звукові борозни грампластинки. Були відкриті нові кільця Д, F, G, E. До польотів "Вояджера" було відомо 10 супутників Сатурна, зараз — 17.
   З допомогою космічних апаратів відкрито 9 кілець Урану, розташованих на віддалі 41000-52000 км від центу Урану.