Планеты земной группы

 Атмосфера

     Атмосфера  Земли состоит на 78% из азота  и на 21% из кислорода (других газов в атмосфере очень мало); это результат длительной эволюции под влиянием геологических, химических и биологических процессов. Возможно, первичная атмосфера Земли была богата водородом, который затем улетучился. Дегазация недр наполнила атмосферу углекислым газом и водяным паром. Но пар сконденсировался в океанах, а двуокись углерода оказалась связанной в карбонатных породах. Таким образом, в атмосфере остался азот, а кислород появился постепенно в результате жизнедеятельности биосферы. Еще 600 млн. лет назад содержание кислорода в воздухе было раз в 100 ниже нынешнего.

      Наша планета  окружена обширной атмосферой. В  соответствии с температурой составом и физическими свойствами атмосферы можно разделить на разные слои. Тропосфера - это область, лежащая между поверхностью Земли и высотой в 11 км. Это довольно толстый и густой слой, содержащий большую часть водяных паров, находящихся в воздухе. В ней имеют место почти все атмосферные явления, которые непосредственно интересуют жителей Земли. В тропосфере находятся облака, атмосферные осадки и т. д. Слой отделяющий тропосферу от следующего атмосферного слоя - стратосферы, называется тропопауза. Это область весьма низких температур. Состав стратосферы такой же, как и тропосферы, но в ней возникает и концентрируется озон. Ионосфера, то есть ионизированный слой воздуха, образуется как в тропосфере, так и в более низких слоях. Она отражает высоко частотные радиоволны.

      Атмосферное  давление на уровне поверхности  океана составляет при нормальных условиях приблизительно 0,1 МПа. Полагают, что земная атмосфера сильно изменилась в процессе эволюции: обогатилась кислородом и приобрела современный состав в результате длительного взаимодействия с горными породами и при участии биосферы, т. е. растительных и животных организмов. Доказательством того, что такие изменения действительно произошли, служат, например, залежи каменного угля и мощные пласты отложений карбонатов в осадочных породах, они содержат громадное количество углерода, который раньше входил в состав земной атмосферы в виде углекислого газа и окиси углерода. Ученые считают, что древняя атмосфера произошла из газообразных продуктов вулканических извержений; о ее составе судят по химическому анализу образцов газа, "замурованных" в полостях древних горных пород. В исследованных образцах, возраст которых приблизительно 3,5 млрд. лет содержится приблизительно 60% углекислого газа, а остальные 40% - соединения серы, аммиак, хлористый и фтористый водород. В небольшом количестве найдены азот и инертные газы. Весь кислород был химически связанным.

     Для  биологических процессов на Земле огромное значение имеет озоносфера - слой озона, находящийся на высоте от 12 до 50 км. Область выше 50-80 км называют ионосферой. Атомы и молекулы в этом слое интенсивно ионизируются под действием солнечной радиации, в частности, ультрафиолетового излучения. Если бы не озоновый слой, потоки излучения доходили бы до поверхности Земли, производя разрушения в имеющихся там живых организмах. Наконец, на расстояниях более 1000 км газ настолько разрежен, что столкновения между молекулами перестают играть существенную роль, а атомы ионизированы более чем наполовину. На высоте порядка 1,6 и 3,7 радиусов Земли находятся первый и второй радиационные пояса.

Строение  планеты

      Основную роль в исследовании  внутреннего строения Земли играют сейсмические методы, основанные на исследовании распространения в ее толще упругих волн (как продольных, так и поперечных), возникающих при сейсмических событиях - при естественных землетрясениях и в результате взрывов. На основании этих исследований Землю условно разделяют на три области: кору, мантию и ядро (в центре). Внешний слой - кора - имеет среднюю толщину порядка 35 км. Основные типы земной коры - континентальный (материковый) и океанический; в переходной зоне от материка к океану развита кора промежуточного типа. Толщина коры меняется в довольно широких пределах: океаническая кора (с учетом слоя воды) имеет толщину порядка 10 км, тогда как толщина материковой коры в десятки раз больше. Поверхностные отложения занимают слой толщиной около 2 км. Под ними находится гранитный слой (на континентах его толщина 20 км), а ниже - примерно 14-километровый (и на континентах, и в океанах) базальтовый слой (нижняя кора). Плотность в центре Земли около 12,5 г/см. Средние плотности составляют: 2,6 г/см- у поверхности Земли, 2,67 г/см- у гранита, 2,85 г/см- у базальта.

      На глубину примерно от 35 до 2885 км простирается мантия Земли, которую называют также силикатной оболочкой. Она отделяется от коры резкой границей (так называемая граница Мохоровича), глубже которой скорости как продольных, так и поперечных упругих сейсмических волн, а также механическая плотность скачкообразно возрастают. Плотности в мантии увеличиваются по мере возрастания глубины примерно от 3,3 до 9,7 г/см. В коре и (частично) в мантии располагаются обширные литосферные плиты. Их вековые перемещения не только определяют дрейф континентов, заметно влияющий на облик Земли, но имеют отношение и к расположению сейсмических зон на планете. Еще одна обнаруженная сейсмическими методами граница (граница Гутенберга) - между мантией и внешним ядром - располагается на глубине 2775 км. На ней скорость продольных волн падает от 13,6 км/с (в мантии) до 8,1 км/с (в ядре), а скорость поперечных волн уменьшается от 7,3 км/с до нуля. Последнее означает, что внешнее ядро является жидким. По современным представлениям внешнее ядро состоит из серы (12%) и железа (88%). Наконец, на глубинах свыше 5120 км сейсмические методы обнаруживают наличие твердого внутреннего ядра, на долю которого приходится 1,7% массы Земли. Предположительно, это железо-никелевый сплав (80% Fe, 20% Ni).

      Гравитационное поле Земли с  высокой точностью описывается  законом всемирного тяготения  Ньютона. Ускорение свободного  падения над поверхностью Земли  определяется как гравитационной, так и центробежной силой, обусловленной вращением Земли. Ускорение свободного падения у поверхности планеты составляет 9,8 м/c. Земля обладает также магнитным и электрическим полями. Магнитное поле над поверхностью Земли складывается из постоянной (или меняющейся достаточно медленно) и переменной частей; последнюю обычно относят к вариациям магнитного поля. Главное магнитное поле имеет структуру, близкую к дипольной.  Напряженности магнитного поля на северном и южном магнитных полюсах равны соответственно 0,58 и 0,68 Э, а на геомагнитном экваторе - около 0,4Э. Электрическое поле над поверхностью Земли в среднем имеет напряженность около 100 В/м и направлено вертикально вниз - это так называемое поле ясной погоды, но это поле испытывает значительные (как периодические, так и нерегулярные) вариации.

     Луна - естественный спутник Земли  и ближайшее к нам небесное  тело. Среднее расстояние до Луны - 384000 километров, диаметр Луны около 3476 км. Средняя плотность Луны составляет 3,347 г/см или около 0,607 средней плотности Земли. Масса спутника 73 триллиона тонн. Ускорение силы тяжести на поверхности Луны 1,623 м/с. Луна движется вокруг Земли со средней скоростью 1,02 км/сек  по приблизительно эллиптической орбите в том же направлении, в котором движется подавляющее большинство других тел Солнечной системы, то есть против часовой стрелки, если смотреть на орбиту Луны со стороны Северного полюса мира. Период обращения Луны вокруг Земли, так называемый сидерический месяц равен 27,321661 средних суток, но подвержен небольшим колебаниям и очень малому вековому сокращению.

   Не будучи  защищена атмосферой, поверхность  Луны нагревается днем до +110 ^O 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.

       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 др.

Общие сведения

    Марс - четвертая планета Солнечной  системы. Марс – от греческого «Mas»  – мужская сила – бог войны. По основным физическим характеристикам Марс относится к планетам земной группы. По диаметру он почти вдвое меньше Земли и Венеры. Среднее расстояние от Солнца составляет 1,52 а.е. Экваториальный радиус равен 3380 км. Средняя плотность планеты – 3950 кг/м. Марс имеет два спутника - Фобос и Деймос.

Атмосфера

     Планета  окутана газовой оболочкой - атмосферой, которая имеет меньшую плотность, чем земная. Даже в глубоких впадинах Марса, где давление атмосферы наибольшее, оно приблизительно в 100 раз меньше, чем у поверхности Земли, а на уровне марсианских горных вершин - в 500-1000 раз меньше. По составу она напоминает атмосферу Венеры и содержит 95,3% углекислого газа с примесью 2,7% азота, 1,6% аргона, 0,07% окиси углерода, 0,13% кислорода и приблизительно 0,03% водяного пара, содержание которого изменяется, а также примеси неона, криптона, ксенона. Средняя температура на Марсе значительно  ниже,  чем  на  Земле  около -40° С. При наиболее  благоприятных условиях  летом на  дневной половине планеты воздух прогревается до 20° С -  вполне  приемлемая  температура  для жителей Земли. Но зимней ночью мороз может достигать -125° С.  Такие резкие перепады  температуры  вызваны  тем,  что  разреженная  атмосфера  Марса  не способны долго удерживать тепло.

      Над поверхностью планеты часто  дуют сильные  ветры,  скорость  которых доходит до 100 м/с. Малая сила тяжести позволяет  даже  разреженным  потокам воздуха поднимать огромные облака пыли. Иногда довольно обширные области  на Марсе бывают охвачены грандиозными пылевыми бурями. Глобальная пылевая  буря бушевала с сентября 1971 по январь 1972г.,  подняв  в  атмосферу  на  высоту более 10 км около миллиарда тонн пыли.

     Водяного  пара  в  атмосфере  Марса   совсем  немного,  но  при   низких давлении и температуре он находится в  состоянии,  близком  к  насыщению,  и часто собирается в облака. Марсианские  облака  довольно  невыразительны  по сравнению с земными,  хотя  имеют  разнообразные  формы  и  виды:  перистые, волнистые,  подветренные  (вблизи  крупных  гор  и  под   склонами   больших кратеров, в местах защищенных от ветра). Над низинами,  каньонами,  долинами  и на дне кратеров в холодное время суток часто стоят туманы.

      Как показали снимки с американских  посадочных  станций  "Викинг-1"  и "Викинг-2" марсианское небо  в ясную погоду  имеет розоватый цвет,  что объясняется рассеянием солнечного  света  на  пылинках  и  подсветкой  дымки оранжевой поверхностью планеты.  При  отсутствии  облаков  газовая  оболочка Марса  значительно   прозрачнее, чем земная, в том числе и для ультрафиолетовых лучей, опасных для живых организмов.

Сезоны

    Солнечные  сутки на Марсе длятся 24 ч. 39 мин. 35 с. Значительный наклон экватора к плоскости орбиты приводит к тому, что на одних участках орбиты освещаются и обогреваются Солнцем преимущественно северные широты Марса, на других - южные, т. е. происходит смена сезонов. Марсианский год длится около 686,9 дней. Смена времен года на Марсе происходит так же, как на Земле. Ярче всего сезонные изменения проявляются в полярных областях. В зимнее время полярные шапки занимают значительную площадь. Граница северной полярной шапки может удалиться от полюса на треть расстояния от экватора, а граница южной шапки преодолевает половину этого расстояния. Такая разница вызвана тем, что в северном полушарии зима наступает, когда Марс проходит через перигелий своей орбиты, а в южном - когда через афелий. Из-за этого зима в южном полушарии холоднее, чем в северном. Эллиптичность марсианской орбиты приводит к значительным различиям климата северного и южного полушарий: в средних широтах зима холоднее, а лето теплее, чем в южных, но короче, чем в северных. Когда в северном полушарии Марса наступает лето, северная полярная шапка быстро уменьшается, но в это время растет другая - возле южного полюса, где наступает зима. В конце XIX - начале XX века считали, что полярные шапки Марса - это ледники и снега. По современным данным, обе полярные шапки планеты - северная и южная - состоят из твердой двуокиси углерода, т. е. сухого льда, который образуется при замерзании углекислого газа, входящего в состав марсианской атмосферы, и из водяного льда с примесью минеральной пыли.

Строение  планеты

     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. По-видимому, оно состоит из чистого железа или из сплава Fe - FeS (железо-сульфид железа) и, возможно, растворенного в них водорода. По-видимому, 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.

Поверхность

     Поверхность  Марса, на  первый  взгляд,  напоминает  лунную.  Однако  на самом деле  его  рельеф  отличается  большим  разнообразием.  На  протяжении долгой геологической  истории  Марса  его  поверхность  изменяли  извержения вулканов и  марсотрясения.  Глубокие  шрамы  на  лице  бога  войны  оставили