Сравнение планет гигантов и планет земной группы

 Поскольку планеты-гиганты находятся далеко от Солнца, их температура (по крайней мере, над их облаками) очень низка: на Юпитере – 145 С, на Сатурне – 180 С, на Уране и Нептуне ещё ниже. А температура у планет земной группы значительно выше (на Венере до плюс 500 С). Малая средняя плотность планет-гигантов может объяснятся тем, что она получается делением массы на видимый объём, а объём мы оцениваем по непрозрачному слою обширной атмосферы. Малая плотность и обилие водорода отличают планеты-гиганты от остальных планет.  

Физические условия на Луне и  её рельеф.

Луна – самое близкое к  Земле естественное небесное тело. Её среднее расстояние от Земли составляет 384400 км, что почти в 10 раз превышает  длину земного экватора. Это – небольшое небесное тело диаметром 3476 км и массой, составляющей 1/81 массы Земли, поэтому и скорость убегания для неё равна 2,4 км/c, что слишком мало, чтобы удержать заметную атмосферу. Средняя её плотность меньше чем у Земли, вероятно, у Луны нет такого плотного ядра, какое есть у Земли. Советские космические станции установили отсутствие у Луны магнитного поля и поясов радиации и наличие на ней радиоактивных элементов.

 Ускорение силы тяжести на поверхности Луны в 6 раз больше, чем на Земле, составляет 162.3 см. сек² и уменьшается на 0.187 см. сек² при подъеме на 1 километр. Луна вращается относительно Солнца с периодом, равным синодическому месяцу, поэтому день на Луне длится почти 1.5 суток и столько же продолжается ночь. Не будучи защищённой атмосферой, поверхность Луны нагревается днем до + 110^о С, а ночью остывает до -120° С, однако, как показали радионаблюдения, эти огромные колебания температуры проникают вглубь лишь на несколько дециметров вследствие чрезвычайно слабой теплопроводности поверхностных слоев. По той же причине и во время полных лунных затмений нагретая поверхность быстро охлаждается, хотя некоторые места дольше сохраняют тепло, вероятно, вследствие большой теплоемкости (так называемые “горячие пятна”).

 Рельеф лунной поверхности был в основном выяснен в результате многолетних телескопических наблюдений. “Лунные моря”, занимающие около 40 % видимой поверхности Луны, представляют собой равнинные низменности, пересеченные трещинами и невысокими извилистыми валами; крупных кратеров на морях сравнительно мало. Многие моря окружены концентрическими кольцевыми хребтами. Остальная, более светлая поверхность покрыта многочисленными кратерами, кольцевидными хребтами, бороздами и так далее. Кратеры менее 15-20 километров имеют простую чашевидную форму, более крупные кратеры (до 200 километров) состоят из округлого вала с крутыми внутренними склонами, имеют сравнительно плоское дно, более углубленное, чем окружающая местность, часто с центральной горкой. Высоты гор над окружающей местностью определяются по длине теней на лунной поверхности или фотометрическим способом. Гораздо подробнее и точнее изучен рельеф краевой зоны Луны, которая, в зависимости от фазы либрации, ограничивает диск Луны.

Кратеры на лунной поверхности имеют  различный относительный возраст: от древних, едва различимых, сильно переработанных образований до очень четких в очертаниях молодых кратеров, иногда окруженных светлыми “лучами”. При этом молодые кратеры перекрывают более древние. В одних случаях кратеры врезаны в поверхность лунных морей, а в других - горные породы морей перекрывают кратеры. Тектонические разрывы то рассекают кратеры и моря, то сами перекрываются более молодыми образованиями. Эти и другие соотношения позволяют установить последовательность возникновения различных структур на лунной поверхности; в 1949 советский ученый А. В. Хабаков разделил лунные образования на несколько последовательных возрастных комплексов.

В образовании форм лунного рельефа  принимали участие, как внутренние силы, так и внешние воздействия. Расчеты термической истории Луны показывают, что вскоре после её образования недра были разогреты радиоактивным теплом и в значительной мере расплавлены, что привело к интенсивному вулканизму на поверхности. В результате образовались гигантские лавовые поля и некоторое количество вулканических кратеров, а также многочисленные трещины, уступы и другое. Вместе с этим на поверхность Луны на ранних этапах выпадало огромное количество метеоритов и астероидов - остатков протопланетного облака, при взрывах которых возникали кратеры - от микроскопических лунок до кольцевых структур поперечником во много десятков, а возможно и до нескольких сотен километров. Из-за отсутствия атмосферы и гидросферы значительная часть этих кратеров сохранилась до наших дней. Сейчас метеориты выпадают на Луну гораздо реже; вулканизм также в основном прекратился, поскольку Луна израсходовала много тепловой энергии, а радиоактивные элементы были вынесены во внешние слои Луны. Об остаточном вулканизме свидетельствуют истечения углеродосодержащих газов в лунных кратерах, спектрограммы которых были впервые получены советским астрономом Н. А. Козыревым.

Планеты земной группы (Венера).

Венера, вторая по близости к Солнцу планета, почти такого же размера, как  Земля, а её масса более 80 % земной массы. 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 течение очень долгого времени. Она имеет очень плотную, глубокую и очень облачную атмосферу, не позволяющую нам увидеть поверхность планеты. Атмосферу - газовую оболочку , на Венере , открыл М.В. Ломоносов , в 1761 году , что так же показало сходство Венеры с Землёй .

Среднее расстояние от Венеры до Солнца 108,2 млн. км; оно практически постоянно, поскольку орбита Венеры ближе к  окружности, чем у любой другой планеты. Временами Венера подходит к Земле на расстояние, меньшее 40 миллионов км.

В 1930 году было установлено, что атмосфера  Венеры состоит, в основном, из углекислого  газа, который способен действовать  как своего рода покрывало, задерживая солнечное тепло. Были популярны  две картины планеты. Одна рисовала поверхность Венеры почти полностью покрытой водой , в которой могли развиваться примитивные формы жизни , - как это было на Земле миллиарды лет назад . Другая представляла Венеру как раскалённую , сухую и пыльную пустыню .

 В1962 году американский аппарат “ Маринер - 2 “ прошёл вблизи Венеры и передал информацию, которая подтвердила, что её поверхность очень горяча. Было установлено также, что период вращения Венеры вокруг оси - длительный, около 243 земных суток, - больше, чем период обращения вокруг Солнца (224, 7 суток), поэтому на Венере “ сутки “ длиннее года и календарь совершенно необычен.

Теперь известно, что Венера вращается  в обратном направлении - с востока  на запад, а не с запада на восток, как Земля и большинство других планет. Для наблюдателя на поверхности  Венеры Солнце восходит на западе, а заходит на востоке, хотя в действительности облачная атмосфера полностью закрывает небо. В феврале 1974 года снимки верхнего слоя облаков показали полосатую структуру облаков. Они также подтвердили, что период вращения верхнего слоя облаков всего лишь 4 суток, так что строение атмосферы Венеры не похоже на земное.

На поверхности Венеры имеются  кратеры, происхождение которых  неизвестно, но, поскольку в такой  плотной атмосфере должна быть сильная  эрозия, по “ геологическим “  стандартам они вряд ли могут быть очень старыми. Причиной возникновения кратеров может быть вулканизм, поэтому гипотезу о том, что на Венере происходят вулканические процессы, пока нельзя исключить. Также на Венере найдено несколько горных областей. Самый большой горный район - Иштар - по площади вдвое превышает Тибет . В центре его на высоту 11 км поднимается гигантский вулканический конус . Было обнаружено , что в облаках содержится большое количество серной кислоты.

Поверхность Венеры усыпана гладкими скальными обломками, по составу похожими на земные базальты, многие из которых имели около 1 м в поперечнике. Крайне высокая температура в нижних слоях атмосферы Венеры и на её поверхности в большей мере обусловлена так называемым “парниковым эффектом”. Солнечные световые лучи поглощаются в нижних слоях и, излучаясь обратно в виде инфракрасных лучей, задерживаются её облачным слоем, как в парниках. С высотой над поверхностью температура понижается, и в стратосфере Венеры царит мороз. Температура на поверхности Венеры 485С, а давление в 90 раз превышает давление у поверхности Земли. Было обнаружено , кроме того , что слой облаков кончается на высоте около 30 км . Ниже находится область горячего едкого тумана . На высотах 50 - 70 км располагаются мощные облачные слои и дуют ураганные ветры. У поверхности Венеры атмосфера очень плотная (всего лишь в 10 раз меньше плотности воды).

Планеты-гиганты (Сатурн).

Сатурн, самая дальняя из планет, известных с древности  хорошо видный невооружённым глазом объект, хотя в дотелескопические времена не было возможности обнаружить его кольца. Среднее расстояние Сатурна от Солнца 1427 млн. км, а период обращения – 24,46 года. Он бывает в противостоянии примерно раз в 378 дней, так что его можно наблюдать ежегодно в течение нескольких месяцев.

Сатурн – вторая из крупнейших планет. Его экваториальный диаметр  составляет 120000 км, а полярный значительно  меньше, поскольку планета сильно сплюснута. Это объясняется, во-первых, его низкой плотностью (она меньше плотности воды, что отличает Сатурн от других главных планет) и, во-вторых, его быстрым вращением вокруг оси. Период вращения на экваторе равен 10 ч 14 мин, а на полюсах – примерно на 26 мин длиннее.

Сатурн – газовый гигант, состоящий  в основном из водорода. По сравнению  с Юпитером в его составе обнаруживается несколько больше метана и меньше аммиака, так как низкие температуры приводят к вымораживанию большей части аммиака из атмосферы планеты. Хотя масса Сатурна в 95 раз превышает массу Земли, сила тяжести на его поверхности лишь немногим больше, чем на Земле. Вблизи ядра Сатурна температура высокая, давление значительное, и поэтому водород, возможно, находится в металлическом состоянии. До сих пор не обнаружено признаков существования у Сатурна магнитного поля. Поскольку Сатурн, как и все планеты-гиганты, находится далеко от Солнца его температура (по крайней мере, над облаками) очень низка: – 180 С.

Если смотреть в телескоп средней, Сатурн выглядит желтоватым диском, пересечённым облачными полосами, которые в  общем похожи на юпитерианские, но значительно более “спокойные”. Пятна в полосах Сатурна относительно редки, но всё же иногда появляются. На Сатурне нет пятен, сравнимым со знаменитым Большим Красным Пятном Юпитера. Не считая самих полос, все остальные образования поверхности Сатурна живут сравнительно недолго и быстро изменяются.

Теоретически построены модели массивных планет, вроде Сатурна  и Юпитера, состоящих из водорода и гелия. В центре планеты температура  может достигать нескольких тысяч  градусов. Плотность газовой атмосферы у основания около 100 кг/м3 . Малая средняя плотность планет-гигантов может объяснятся тем, что она получается делением массы на видимый объём, а объём мы оцениваем по непрозрачному слою обширной атмосферы. Малая плотность и обилие водорода отличают планеты-гиганты от остальных планет.

Исключительным образованием в  Солнечной системе казалось яркое  кольцо толщиной не более чем в  несколько километров, окружающее Сатурн. Оно расположено в плоскости  Экватора Сатурна, которая наклонена  к плоскости его орбиты на 27 градусов. Поэтому в течение 30-летнего оборота Сатурна вокруг Солнца кольцо видно нам то довольно раскрытым, то точно с ребра, когда его можно разглядеть в виде тонкой линии лишь в большие телескопы. Ширина этого кольца такова, что по нему, будь оно сплошное, мог бы катиться земной шар.

Русский учёный А.А. Белопольский, изучив спектр кольца, подтвердил теоретический  вывод о том, что кольцо у Сатурна  должно быть не сплошным, а состоять из множества мелких частиц. По спектру, используя принцип Доплера – Физо, он установил, что внутренние части кольца вращаются быстрее, чем наружные, в соответствие с третьим законом Кеплера.

Фотографии, переданные автоматическими  станциями, запущенными к Сатурну, показали, что его кольцо состоит  из многих сотен отдельных узких “колечек”, разделённых тёмными промежутками. Предполагается, что такая структура колец связана с гравитационным влиянием многочисленных спутников планеты на движение частиц вещества, образующего кольца.

Система колец Сатурна либо возникла при разрушении некогда существовавшего спутника планеты (например, при его столкновении с другим спутником или астероидом), либо же представляет остаток того вещества, из которого в далёком прошлом образовались спутники Сатурна и которое из-за приливного воздействия планеты не смогло “собраться” в отдельные спутники.

Малые тела Солнечной системы.

1. Астероиды. Малые планеты, или астероиды, в основном обращаются между орбитами Марса и Юпитера и невооружённым глазом невидимы. В настоящее время известно более 3000 астероидов. Возможно, астероиды возникли потому, что веществу по какой-то причине не удалось собраться в одно большое тело – планету. На протяжении миллиардов лет астероиды сталкиваются друг с другом. На эту мысль наводит то, что ряд астероидов имеет не шарообразную, а неправильную форму. Суммарная масса астероидов оценивается всего лишь в 0,1 массы Земли.

Самый яркий астероид – Веста  не бывает ярче 6-й звёздной величины. Самый крупный астероид – Церера, его диаметр около 800 км, и за орбитой  Марса даже в сильнейшие телескопы на столь малом диске ничего нельзя рассмотреть. Самые мелкие из известных астероидов имеют диаметры лишь около километра. Конечно, у астероидов нет атмосферы. Для астероидов характерно петлеобразное перемещение на фоне звёздного неба, орбиты некоторых астероидов имеют необычайно большие эксцентриситеты, вследствие чего в перигелии они подходят к Солнцу ближе, чем Марс и даже Земля

2. Болиды и метеориты. Болидом называется довольно редкое явление – летящий по небу огненный шар. Это явление вызывается вторжением в плотные слои атмосферы крупных метеорных тел, окружённых обширной оболочкой раскалённых газов и частиц, образующихся при нагревании вследствие торможения в атмосфере. Болиды часто имеют заметный угловой диаметр в 1/10 – ½  видимого диаметра Луны и бывают видны даже днём. От сильного сопротивления воздуха метеорное тело нередко раскалывается и с грохотом выпадает на Землю в виде осколков. Упавшее на Землю тело называется метеоритом.