Законы Кеплера. Происхождение Солнечной системы

Строение  Венеры

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.

Поверхность Венеры

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.

Планета Марс

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

Внутреннее  строение планеты Марс

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.

Атмосфера и физические условия на Марсе

Атмосфера на Марсе  разрежена, так как Марс не способен долго удерживать возле себя молекулы газов. Ее давление у поверхности  составляет лишь один процент от нормального  земного атмосферного давления. Однако втрое меньшая сила тяжести на поверхности Марса позволяет  даже такому разреженному воздуху поднимать  миллионы тонн пыли. На Марсе, из-за низкого  давления, не может быть жидкой воды. Она там присутствует либо в газообразном состоянии либо в виде льда. Небо на Марсе желтое или красноватое, из-за взвешенной в атмосфере пыли, рассеивающей свет. Температура на поверхности планеты может колебаться от +25°С до -125°С. Атмосфера Марса является плохим защитником от холодного космоса. Поверхность Марса имеет красноватый цвет из-за значительного количества примесей окислов железа. На Марсе раньше текли реки, от которых остались лишь сухие русла. Кроме этих ископаемых рек, на поверхности Марса есть высокие вулканы, один из которых - Олимп - высочайшая гора в Солнечной системе, его высота - 28 км. Планета изобилует именно щитовыми вулканами, образованными застывшими потоками лавы. Такие вулканы имеют очень пологие склоны и основания большой площади. В прошлом, Марс проявлял завидную вулканическую активность. На Марсе также засняты песчаные дюны, гигантские каньоны и разломы, метеоритные кратеры. Кроме воздействия ударов метеоритов, поверхность Красной планеты подвержена влиянию атмосферы и, пусть мало активной, гидросферы. На Марсе имеет место выветривание, пусть и не столь ощутимое, как на Земле. На Марсе присутствуют осадочные породы. Некоторые разломы поверхности планеты - следствие тектонической активности Марса в далеком прошлом

Фобос и Деймос - спутники Марса

Спутники Марса  намного меньше Луны. Они бесформенны  и совсем невелики, рассмотреть их в небольшой телескоп трудно. Можно  предположить, что и Фобос, и Деймос - каменные тела. Они весьма сильно отличаются от нашей Луны. Фобос - больший из двух спутников Марса. Он находится  ближе к своей планете, чем  любой другой спутник в Солнечной  системе, менее чем в 6000 км от поверхности  Марса. Он является также одним из самых маленьких из всех спутников. 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°. Фобос и  Деймос могут состоять из богатой  углеродом горной породы подобно  астероидам типа C. Но их плотности настолько  низки, что они не могут быть чистой горной породой. Они, вероятно, состоят  из смеси горной породы и льда. Деймос - меньший и наиболее отдаленный из двух спутников Марса. Это самый  маленький из известных спутников  в Солнечной системе. Как и  Фобос, Деймос состоит из богатой  углеродом горной породы подобно  астероидам типа C и льда. Фобос и  Деймос, как полагают, являются захваченными астероидами. Есть даже такое предположение, согласно которому они были образованы скорее вне Солнечной системы, а  не в основном поясе астероидов.