Общие сведения о Солнечной системе и её планетах

Беленкова Дарья Леонидовна

1курс 1группа

ИНСТИТУТ ДЕТСТВА

Общие сведения о Солнечной системе и её планетах

Большая загадка «большого  взрыва»

Существует огромное число  теорий о появлении Вселенной  и нашей Солнечной системы  в частности, вот две наиболее популярные из них.

Если, любопытствуя, мы возьмем в руки справочник или какое-нибудь научно-популярное пособие, то непременно наткнемся в них на одну из версий теории происхождения – так называемой теории «большого взрыва». В кратком виде эту теорию можно изложить так: первоначально вся материя была сжата в одну «точку», имевшую необычайно высокую температуру, а затем эта «точка» взорвалась с огромной силой. В результате взрыва из постепенно расширявшегося во все стороны супергорячего облака субатомных частиц со временем образовались атомы, вещества, планеты, звезды и, наконец, жизнь. При этом расширение Вселенной продолжается, и неизвестно, как долго будет продолжаться: возможно, когда-нибудь оно достигнет своих границ.

Есть и другая теория происхождения Вселенной. Согласно ей, происхождение Вселенной, всего  мироздания, жизни и человека есть разумный творческий акт, совершенный  Богом, творцом,  природа которого непостижима человеческим разумом. «Убежденные» материалисты обычно склонны осмеивать эту теорию, но так как в нее в той или иной мере верит половина человечества, мы не имеем права обойти её молчанием.

Объясняя происхождение  Вселенной и человека с механических позиций, трактуя вселенную как  продукт материи, чье развитие подчиняется объективным законам природы, сторонники рационализма, как правило, отрицают нефизические факторы, особенно тогда, когда речь идет о существовании некого Всемирного или Космического разума, так как это «ненаучно». Научным же следует считать то, что можно описать с помощью математических формул. Между тем известный советский ученый, доктор наук, физик и математик О. В. Тупицын первым из отечественных ученых сумел математически доказать, что Вселенная, а вместе с ней и человек, сотворены Разумом, неизмеримо более могущественным, чем наш, - то есть Богом.

Если рассматривать  версии первой теории, то получается, что  Солнечная система образовалась из вращавшегося газопылевого облака. Его сжатие породило центральное сгущение, которое потом превратилось в Солнце. Частицы, вошедшие в состав Солнца, несли с собой свой момент количества движения. И поскольку они двигались по направлению к оси вращения (т.е. расстояние уменьшалось), то скорость обязана была возрастать – для сохранения момента. Протосолнце, а затем, и Солнце должно было вращаться все быстрее и быстрее. Хорошая иллюстрация такого процесса – выполняющий вращение фигурист: чтобы ускорить вращение, он прижимает руки к корпусу.

Как устроена Солнечная  система

Солнечная система –  это спаянная силами взаимного притяжения система небесных тел. В неё входит центральное тело – Солнце, 9 больших  планет с их спутниками, которых  сейчас известно уже больше 60, несколько  тысяч малых планет, или астероидов (открыто свыше 5 тыс., в действительности же их гораздо больше), несколько сот наблюдающихся комет и бесчисленное множество метеорных тел.

Большие планеты подразделяются на две большие группы: планеты  земной группы – Меркурий, Венера, Земля  и Марс – и планеты юпитерианской группы, или планеты-гиганты – Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. В этой классификации нет места Плутону: и по размерам, и по свойствам он ближе к ледяным спутникам планет гигантов.

Различие планет по физическим свойствам обусловлено тем, что  земная группа формировалась ближе  к Солнцу, а планеты-гиганты –  на очень холодной периферии Солнечной  системы. Планеты земной группы сравнительно малы и имеют большую плотность. Основными их составляющими являются силикаты (соединения кремния) и железо. У планет-гигантов нет твердой поверхности. За исключением небольших ядер, они образованы из водорода и гелия и пребывают в газожидком состоянии. Атмосферы этих планет, постепенно уплотняясь, плавно переходят в жидкую мантию.

Основная доля общей  массы Солнечной системы (99,87%) приходится на Солнце. Поэтому солнечное тяготение  управляет движением почти всех стальных тел системы: планет, комет, астероидов, метеорных ел. Только спутники обращаются вокруг своих планет, притяжение которых из-за их близости оказывается  сильнее солнечного.

Все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении. Это движение именуется прямым.

Орбиты планет по форме  близки к круговым, а плоскости  орбит – к основной плоскости  Солнечной системы, так называемой неизменной плоскости Лапласа. Но чем  меньше масса, тем сильнее планета  нарушает это правило, что видно  на примере Меркурия и Плутона.

Расстояния планет до Солнца возрастают приблизительно в геометрической прогрессии (правило Тициуса-Боде):

r = 0,4 + 0,3 . 0,2n (а.е.),

где n = 0 для Венеры, 1 для  Земли, 2 для Марса, 4 для Юпитера  и т.д.(n= 3 соответствует положению  пояса астероидов). Однако Меркурий, Нептун и Плутон не вписываются  в данную последовательность.

Планеты Солнечной  системы

Меркурий

Общая характеристика. Ближайшая  к Солнцу планета, по размерам похожая  на Луну (радиус 2439 км), а по средней  плотности на Землю. Ускорение свободного падения на поверхности 372 см/с2 , в 2,6 раза меньше земного. Ось вращения почти перпендикулярна к плоскости эклиптики. Поверхность очень напоминает лунную: множество кратеров самых различных размеров. Имеются также очень высокие (в несколько километров) уступы длиною в тысячи километров. Температура поверхности в полдень на экваторе достигает 700 К, а на ночной стороне падает до 100 К.поверхностный слой грунта – мелко раздробленная порода с низкой плотностью. Атмосфера Меркурия имеет чрезвычайно низкую плотность: концентрация не более 106 частиц в см3 у поверхности (как в земной атмосфере на высоте 700 км). Состав атмосферы известен плохо, возможен гелий и натрий. Меркурий имеет собственное магнитное поле в 300 раз слабее земного (около 0,002 Э), что говорит о возможном существовании жидкого ядра. Спутников нет.

Ближайший к Солнцу. Меркурий – самая близкая к Солнцу планета. Он предпоследний по величине (из больших планет) и состоит из высокоплотного вещество. 80% массы планеты сосредоточено в его огромном железном ядре. Поверхность Меркурия покрыта тысячами кратеров, образовавшихся от столкновений с метеоритами и скал, которые образовались, когда молодое ядро остывало и сжималось, стягивая кору планеты. В 1974 году американские космический аппарат «Маринер-10» пролетел вблизи Меркурия и передал на Землю изображение его поверхности. Астрономы были поражены: перед ними предстала вторая Луна! Такая же поверхность, испещрённая множеством кратеров, причем некоторые из них, как на Луне, обладали системами светлых лучей. Вот только темных пятен, подобных лунным морям,  на Меркурии оказалось меньше.

Венера

Общая характеристика. Вторая планета Солнечной системы. Радиус твердой поверхности 6052 км (0,95 земного). Самая яркая утренняя или вечерняя «звезда». Наличие мощной атмосферы обнаружено в 1761 году М.В.Ломоносовым. На высотах 50-70 километров Венеру окутывает плотный трехъярусный слой облаков с температурой  около 230 К, в которых имеются капельки серной кислоты. Облака образуют мощный сплошной слой, полностью скрывающий каменистую и гористую поверхность планеты, которая покрыта кратерами и имеет температуру 730-740 К за счет парникового эффекта от атмосферы; самые высокие горы Максвелла – 11 км. Венера отличается высоким уровнем геологической активности и множеством вулканических базальтов и тектонических образований, специфичных только для Венеры (венцы, куполообразные холмы, паутинные сети лавовых потоков и тектонических трещин, а также около 1000 ударных кратеров). Предполагается, что по внутреннему строению Венера похожа на Землю. У поверхности плотность атмосферы составляет около 1/15 плотности воды, а давление 90 атмосфер. В ней преобладают углекислый газ СО2 (96-97%) и азот NO2  (3-4%) с незначительной примесью других газов (водяной пар Н2О, угарный газ СО, двуокись серы SO2 , пары соляной кислоты HCl, пары фтористоводородной кислоты HP). Содержание Н2О в глубоких слоях атмосферы составляет всего около 0,002%, что очень мало по сравнению с количеством воды на Земле, поэтому на Венере нет океанов. Нижние конвективные слои атмосферы (тропосфера) на Венере толще земных. На высотах 50-70 километров постоянно дуют ветры, имеющие среднюю скорость около 100 км/с. Как и Земля, Венера обладает ионосферой. Максимум концентрации электронов и ионов находится на высоте около 150 километров. Собственное магнитное поле Венеры практически отсутствует.

          Венера под облаками. Эта планета  – одно из красивейших светил  неба. Не случайно именно ей  древние римляне присвоили имя  богини любви и красоты.

В 1761 году ожидалось редкое небесное явление: прохождение Венеры перед диском Солнца. Готовились к  наблюдениям и русские астрономы, под руководством М.В.Ломоносова созданы экспедиции в Иркутск и в Селенгинск.

Когда черный диск Венеры уже сходил с солнечного диска, Ломоносов заметил, что тонкая дуга на краю Солнца изогнулась, как бы приподнятая диском Венеры, и образовался яркий выступ – «пупырь», по выражению Ломоносова, затем «пупырь» лопнул, и диск Венеры слился с темным фоном неба. Это явление позже, уже в XX веке, получило название «явление Ломоносова». Предположив, что оно вызвано преломлением солнечных лучей в атмосфере Венеры, ученый подытожил свое исследование следующими словами: «По сим примечаниям господин советник Ломоносов полагает, что планета Венера окружена знатной воздушной атмосферою, таковой (лишь бы не большею), каковая обливается около нашего воздушного шара».

Так или иначе, в конце XVIII столетия стало ясно, что Венера окружена плотной атмосферой и мощным облачным слоем.

В 1956 году астрономы Морской  исследовательской лаборатории  США впервые зарегистрировали тепловое излучение Венеры на волне 3 см. оно  соответствовало температуре 600 К (свыше 3000С). После дискуссии о том, что же обладает столь высокой температурой – поверхность или ионосфера планеты, учёные пришли к выводу, что такова температура ее поверхности. А позднее, после высадки на поверхность планеты станций «Венера-7»(декабрь 1970г.) и «Венера-8»(июль 1972 г.), выяснилось, что температура ещё выше, а именно 730-740 К.

в чем причина столь  сильного разогрева поверхности  Венеры? От Солнца она получает только вдвое больше тепла, чем Земля. Если бы земля оказалась на месте Венеры, температура нашей планеты повысилось бы не более чем на 600С. Значит, должно быть и другое объяснение. Его нашел американский ученый Карл Саган. Дело в том, что газовая оболочка Венеры – это гигантский парник. Она способна пропускать солнечное тепло, но не выпускает его наружу, поглощает излучение самой планеты. Поглотителями являются углекислый газ, на долю которого приходится около 96% состава атмосферы, и водяной пар, хотя его и немного (доли процента).

Марс

Общая характеристика. Четвертая  планета Солнечной системы, Примерно вдвое меньшая Земли (экваториальный радиус равен 3394 км) и в девять раз  меньшая по массе. Ускорение свободного падения на поверхности 3,76 м/с2. на поверхности наблюдается множество устойчивых деталей: яркие области оранжево-красноватого цвета (материки, площадью около 2/3 диска); полярные шапки – белые пятна, образующиеся вокруг полюсов марсианской осенью и исчезающие в начале лета; темные области («моря»), занимающие 1/3 диска; бассейны и кратеры – следы метеоритной бомбардировки; множество гор вулканического происхождения (высотой около 25-28 километров); множество проявлений эрозии; области с хаотическим рельефом; каналы и т.д. Грунт раздроблен и усыпан множеством каменных блоков. По составу породы похожи на земные, но с преобладанием оксидов железа. Магнитное поле в 1000 раз слабее земного. Средняя температура на поверхности Марса около 200 К, днем на экваторе она достигает 290 К, а ночью падает до 170 К и до 145 К в полярных шапках. Атмосфера состоит из СО2 и N2, имеются примеси Н2О, СО и др. Эквивалентная толщина слоя атмосферной осажденной воды не более 10-20 мкм (на Земле – около 1 см). Остальная вода скована в недрах вечной мерзлотой. Скорость ветра в атмосфере обычно не превышает нескольких метров в секунду, но иногда возрастает до 40-50 м/с, вызывая глобальные пылевые бури – специфически марсианское явления, продолжающееся порой несколько месяцев. Имеется два близкие к планете спутника – Фобос и Деймос – открытых в 1877 году; оба спутника имеют неправильную форму; размеры Фобоса 22-25 км, Деймоса – около 13 км.

«Пламенный» Марс. Еще в глубокой древности люди обратили внимание на ярко-оранжевую звезду, которая время от времени сияла на небосклоне. Древние египтяне и жители Вавилона называли её просто красной звездой. Пифагор предложил именовать её Пирей, что значит «пламенный». Древние греки посвящали все планеты богам. И конечно, для бога войны Ареса не нашлось более подходящего символа, чем красноватая звезда в черном небе. В римской мифологии Аресу соответствовал бог Марс. Так планета приобрела своё нынешнее имя.

Цвет планеты определяют красные окислы железа, присутствующие на поверхностных породах, между  ядром и корой (кора мощная 70-100 км) находится силикатная мантия, обогащенная железом.

Сейчас Марс продолжает остывать. Сейсмическая активность планеты  слабая. Сейсмограф на американском посадочном аппарате «Викинг-2» за год работы зафиксировал только один легкий толчок, и то, скорее всего вызванный не тектоническими процессами, а падением крупного метеорита. И все же обилие вулканических пейзажей свидетельствует о том, что в далеком прошлом Марс пережил достаточно бурную геологическую эпоху, скорее всего она закончилась около миллиарда лет назад.

Вулканы Марса – поземным меркам явления исключительные. Но даже среди них выделяется вулкан Олимп[2], расположенный на северо-западе гор Фарсида. Диаметр основания этой горы составляет 550 км, а её высота 27 км, т.е. она в три раза превосходит Эверест, высочайшую вершину Земли. Олимп увенчан огромным 60-километровым кратером. К востоку обнаружен другой крупный вулкан – Альба. Хотя он не может соперничать с Олимпом по высоте, диаметр его основания почти в три раз больше. Эти вулканические конусы возникли в результате спокойных излияний очень жидкой лавы, похожей по составу на лаву земных вулканов Гавайских островов. Следы вулканического пепла на склонах других гор позволяют предположить, что иногда на Марсе происходили и катастрофические извержения.

Юпитер

Общая характеристика. Самая  крупная, пятая от Солнца, большая  планета Солнечной системы. Видимая  «поверхность» представляет собой  сплошной облачный покров с множеством непостоянных деталей, исключение составляет Большое красное пятно, наблюдающееся  ещё в XVII веке. При помощи космических  аппаратов найдено ещё несколько  устойчивых красных пятен меньшего размера; наиболее заметны темные и светлые красноватые полосы, параллельные экватору – следствие зонального ветра. Основные компоненты атмосферы – это молекулярный водород Н2 и Не с малыми примесями метана, аммиака и других элементов. В целом химический состав атмосферы и всей планеты существенно не отличается от солнечного. Полное давление у верхней границы облачного слоя составляет около 0,5 атмосферы. Облачный слой имеет сложную структуру. Верхний ярус состоит из кристалликов аммиака NH3 , ниже расположены облака из кристаллов льда и капелек воды. Средняя температура составляет 130 К, что говорит о большом потоке внутреннего тепла и некотором сходстве Юпитера со звездами (коричневыми карликами). Водородно-гелиевая атмосфера на глубине около 1000 километров плавно переходит в более плотную газожидкую оболочку (оба газа находятся в сверхкритическом состоянии), а ещё глубже расположена зона металлического водорода. Имеется магнитосфера с размерами в несколько сотен раз превышающими размеры самой планеты. В 1995 году на орбиту был выведен искусственный спутник Юпитера «Галилео»; и спущен в атмосферу зонд для прямых измерений температуры, давления, химического состава и других характеристик.