Планеты земной группы. Планеты-гиганты.

ПЛАНЕТЫ ЗЕМНОЙ ГРУППЫ

К планетам земной группы традиционно относят Меркурий, Венеру, Землю и Марс (в порядке удаления от Солнца). Орбиты этих четырёх планет расположены до Главного пояса астероидов. Эти планеты объединяют в одну группу также из-за схожести их физических свойств: они имеют небольшие размеры и массы, средняя плотность их в несколько раз превосходит плотность воды, они медленно вращаются вокруг своих осей, у них мало или совсем нет спутников (у Земли — один, у Марса — два, у Меркурия и Венеры — ни одного). Но есть у этих планет и различия.

МЕРКУРИЙ

Наименьшая из планет земной группы.

Его диаметр равен 4880 км, или 0,383 диаметра Земли, масса равна 3,36 10²³ кг — 0,056 массы Земли, а средняя плотность, равная 5420 кг/м³, близка к земной.
Эксцентриситет орбиты Меркурия 0,206 — самый большой из планет Солнечной системы.
Фотографии, сделанные в 2008 г. автоматической межпланетной станцией (AMC) «Мессенджер» с расстояния 27 000 км, свидетельствуют о явном сходстве Меркурия с Луной.
Резко очерченные фазы планеты, чёткий рельеф поверхности и отчётливые тени от гор свидетельствуют об отсутствии атмосферы у Меркурия.
Радиолокационные наблюдения с Земли позволили установить, что Меркурий медленно вращается вокруг своей оси в прямом направлении (как у Земли) с периодом 58,6 земных суток.
Солнечные сутки на Меркурии длятся 176 земных суток, или два меркурианских года. Меркурианский год равен 88 земным суткам.

ВЕНЕРА

Самая горячая планета в Солнечной системе.

Температура её поверхности достигает 480 °С.
Масса Венеры равна 0,815 массы Земли, а её радиус 6050 км, или 0,950 радиуса Земли, средняя плотность вещества планеты составляет 5240 кг/м³.
У Венеры, как и у Меркурия, — нет естественных спутников. Из-за близости к Солнцу и Земле
Венера является третьим по яркости объектом на нашем небе после Солнца и Луны.

Вращение Венеры вокруг своей оси обратное, т.е. происходит в направлении, обратном вращению планеты вокруг Солнца, период вращения равен 243 земным суткам. Один оборот вокруг Солнца Венера делает за 225 земных суток, т.е. один день на Венере длится дольше, чем один год.
Ускорение свободного падения на Венере составляет 0,9 от земного и равно около 8,8 м/с2.
Плотную атмосферу на Венере обнаружил ещё в 1761 г. М. Ломоносов во время наблюдений прохождения Венеры по диску Солнца. А химический состав атмосферы был установлен гораздо позже.
Атмосфера Венеры состоит на 96% из углекислого газа, на 3,5% из азота, а на остальные газы приходится менее половины процента. Давление на поверхности планеты составляет почти 90 атмосфер, а температура 480°С. На высоте около 40-50 км над поверхностью находится мощный облачный слой, закрывающий от нас поверхность Венеры. Облака состоят из мельчайших капель серной и соляной кислот.
Преобладающий в атмосфере Венеры углекислый газ создаёт на планете сильный парниковый эффект. Солнечные лучи проходят сквозь атмосферу и за долгий венерианский день значительно нагревают поверхность планеты, а инфракрасное (тепловое) излучение поверхности крайне
медленно уходит в окружающее пространство, так как оно почти не пропускается углекислым газом. Из-за этого поверхность Венеры и нижние слои атмосферы нагреты до очень высокой температуры.
Так как планета окутана облаками, поверхность Венеры недоступна оптическим наблюдениям с Земли. Поэтому подавляющее большинство физических характеристик планеты получено с помощью радиолокационных методов и космических исследований.
Первый космический аппарат для исследования Венеры АМС «Венера-1» отправился с Байконура 12 февраля 1961 r.

МАРС

Поверхность Марса хорошо видна в телескопы, а с помощью космических станций и марсоходов удалось хорошо изучить рельеф планеты.

Это позволило сравнительно точно измерить его угловые размеры и по ним вычислить линейный диаметр — 6800 км, или 0,533 диаметра Земли. Масса планеты равна 0,107 массы Земли. Средняя плотность вещества планеты составляет 3950 кг/м», или 0,72 плотности Земли. Иногда Мapс называют «красной планетой» из-за красноватого оттенка поверхности, придаваемого ей оксидом железа.
Вращение Марса вокруг своей оси прямое, с периодом 24ч 37м 23с (марсианские звёздные сутки), что определяет длительность его солнечных суток 24ч 39м 29с, которые продолжительнее земных всего лишь на 39,5 м. Наклон оси вращения Марса равен 2456′, т.е. близок к наклону земной оси (23′26′).
Поэтому на Марсе, как и на Земле, имеются жаркий, два умеренных и два холодных тепловых пояса, а также происходит смена сезонов года каждый из которых почти в 2 раза продолжительнее земных сезонов, поскольку марсианский год длится 687 земных суток.
Но контрасты сезонов года на Марсе иные, чем на Земле, так как он удалён от Солнца в 1,52 раза дальше Земли, получает тепла в 2,3 раза меньше, лишён водных бассейнов. Там нет ни снежной зимы, ни жаркого лета. Среднегодовая температура поверхности Марса близка к -70°С. Но вблизи экватора днём она повышается до +20…+25°С, к заходу Солнца снижается до -10 С и ниже, а под утро падает до -90°С. Такие резкие колебания температуры объясняются очень разреженной атмосферой, которая не в состоянии сохранить тепло, полученное днём поверхностью планеты, и оно в ночное время быстро излучается в мировое пространство.
В атмосфере планеты содержится до 95% углекислого газа, около 2% азота, 0,3% кислорода и примерно 0,01% водяных паров. Плотность атмосферы и её давление у поверхности такие, как в атмосфере Земли на высоте 30 км. При таких условиях вода не может находиться в жидком
состоянии. Но наличие образований на поверхности, похожих на высохшие русла рек, указывает на возможное существование воды и, следовательно, плотной атмосферы на Марсе в далёком прошлом. А там, где была вода, возможно, была жизнь.

В настоящее время несколько марсоходов исследуют поверхность планеты в надежде найти явные признаки воды и жизни. Дополнительного исследования ожидают полярные ледяные шапки, состоящие из углекислоты и водяного льда. Они увеличиваются зимой и уменьшаются летом.
По наблюдениям Марса во время его великого противостояния в конце XIX в. итальянским астрономом Дж. Скиапарелли была составлена карта планеты. Многие астрономы того времени полагали, что каналы на поверхности планеты имеют искусственное происхождение. В настоящее
время поверхность Марса изучена детально космическими станциями, никаких каналов не обнаружено.

Марс имеет два естественных спутника и Деймос, которые видны лишь в сильные телескопы. Оба спутника сфотографированы космическими станциями. Они оказались бесформенными глыбами размерами 27х21х19 км (Фобос) и 15х12х8 км (Деймос) и похожи на астероиды. Поверхность спутников покрыта кратерами диаметрами от 50 м до 10 км, несомненно являющимися результатом метеоритных ударов, так как в недрах малых тел вулканическая деятельность невозможна.

ПЛАНЕТЫ-ГИГАНТЫ

К планетам-гигантам относят Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Все они имеют большие размеры и массы и при этом низкую среднюю плотность. Их орбиты располагаются между Главным поясом астероидов и поясом Койпера. Планеты-гиганты очень быстро вращаются вокруг своих осей, причем экваториальные зоны вращаются быстрее, чем полярные. Результатом быстрого вращения планет является их значительное сжатие, при котором экваториальный радиус намного больше
полярного.
Все планеты-гиганты находятся далеко от Солнца и, независимо от смены времён года, на них всегда господствуют очень низкие температуры. Планеты этой группы отличаются также наличием колец и большого числа спутников.

ЮПИТЕР

Юпитер настолько велик, что его масса почти в 2,5 раза превышает суммарную массу остальных планет и в 318 раз больше массы Земли.

Видимый диск Юпитера — это верхние слои его протяжённой атмосферы. Даже в небольшие телескопы хорошо заметно сжатие планеты вдоль её оси вращения, равное ¹/16, т. е. экваториальный диаметр диска в 1,07 раза больше полярного. Экваториальный радиус планеты равен 71 400 км и в 11,2 раза превосходит радиус Земли. Ускорение свободного падения на планете в 2,67 раза больше земного. Значительное сжатие Юпитера объясняется быстрым вращением, имеющим зональный характер: экваториальная зона вращается с периодом 9 ч 50,5 м, а умеренные зоны медленнее, с периодом 9 ч 56 м, т. е. Юпитер вращается не как твёрдое тело, а как жидкое или газообразное.
По современным сведениям, Юпитер состоит примерно на 74% из водорода, 20% из гелия и на 6%
из более тяжёлых химических элементов, находящихся в недрах планеты.
Вокруг Юпитера обращается многочисленная семья спутников, четыре из которых — Ио,Европа, Ганимед и Каллисто (Галилеевы спутники)крупные, сравнимы по размерам с Луной; они хорошо видны даже в бинокль. Остальные имеют размеры от 10 до 280 км и неправильную форму.
Поверхность спутника Ио весьма своеобразна, она вся залита продуктами извержения вулканов и имеет металлический блеск. На Ио наблюдались извержения нескольких вулканов.

Огромные трещины и сравнительно ровная ледяная поверхность Европы толщиной 50-100 км скрывает океан воды глубиной в десятки километров. Наличие воды не исключает возможности присутствия в ней по крайней мере простейших организмов, так что учёные уже сейчас обсуждают возможность экспедиции на Европу с целью поиска жизни подо льдом в океане.

С помощью космических аппаратов вокруг Юпитера было обнаружено кольцо, внешний радиус которого близок к 126 000 км. Кольцо очень тонкое, обращено к Земле ребром, и поэтому с Земли его не видно.

САТУРН

Сатурн с его огромным кольцом более других планет-гигантов похож на Юпитер. Его масса в 95 раз и экваториальный радиус (60 370 км) в 9,5 раз превышают земные. Ускорение силы тяжести на Сатурне в 1,15 раза превышает земное.
Структура Сатурна такая же, как у Юпитера, он тоже вращается как нетвёрдое тело с периодами в 10ч14м (экваториальный пояс) и в 10ч39м (умеренные пояса). Средняя плотность Сатурна равна 690 кг/м³.
У Сатурна обнаружено много спутников с поперечниками от 34 до 5150 км.
Самый большой спутник-Титан -виден в телескопы школьного типа. Он почти в полтора раза больше Луны по диаметру, окружён плотной азотной атмосферой и обращается вокруг Сатурна за 15д 22ч 48м на среднем расстоянии 1221 900 км. При посадке на него спускаемого модуля космической станции «Кассини» были обнаружены озёра и реки из жидкого азота и метана.
Температура на поверхности Титана равна -179 К. Поверхности крупных спутников покрыты множеством кратеров самых различных размеров. Подавляющее большинство кратеров имеют ударное происхождение.
у Сатурна имеется кольцо, открытое ещё в 1657 г. голландским физиком Х.Гюйгенсом (1629—1695). Позже выяснилось, что это не одно, а семь тонких плоских концентрических колец, которые отделены друг от друга тёмными промежутками. Все они располагаются вокруг планеты в плоскости её экватора, и общая их ширина несколько тысяч километров.
В небольшие телескопы видны только два кольца и тёмный промежуток между ними, называемый щелью Кассини по имени французского астронома Д. Кассини (1625—1712), обнаружившего этот промежуток в 1675 г. Кольца не сплошные, а состоят из миллиардов твёрдых(каменных и ледяных) обломков различных размеров от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров, которые, как крошечные спутники, обращаются вокруг планеты. Эта огромная система колец в сравнении со своими диаметром и шириной удивительно тонкая: толщина не превышает двух километров.
Образование кольца у Сатурна и других планет-гигантов связано с разрушающим действием приливов на спутники со стороны планеты. Так как сила тяготения со стороны планеты убывает обратно пропорционально квадрату расстояния, то ближайшая к планете часть спутника сильнее притягивается к планете, а противоположная — слабее. Разница этих сил — приливная сила —
стремится растянуть спутник. Чем ближе спутник к планете, тем эта приливная сила больше. На расстоянии от планеты, примерно равном двум её радиусам, приливная сила сравнивается с собственной силой тяжести на поверхности спутника. Спутник разрушается. Это расстояние получило название предела Роша в честь учёного, рассчитавшего его. У Юпитера и Сатурна кольца расположены как раз на границе предела Роша. По-видимому, большой спутник по каким-то причинам сблизился с планетой до этого расстояния и был разрушен.

УРАН И НЕПТУН

По своим физическим свойствам Уран и Нептун являются близнецами, как Венера и Земля. Видимая поверхность (диск) каждой планеты представляет собой плотные слои протяжённой атмосферы, состоящей из молекулярного водорода, гелия, метана и аммиака. Измерения показали, что температура видимой поверхности Урана близка к −150°С, а Нептуна к -170°С и повышается в глубинных слоях.

Ось вращения Урана наклонена под углом всего 8 к плоскости орбиты, но планета вращается в обратном направлении. Уран как бы катится на боку по плоскости своей орбиты.
Благодаря этому на Уране тропики расположены почти у полюсов, а полярные области — около экватора.
В 1977 г. с помощью телескопа, установленного на самолёте, было открыто кольцо вокруг урана.
В 1986 г. автоматическая межпланетная станция «Вояджер-2» сфотографировала с близкого расстояния кольцо Урана, находящееся на расстоянии около 50 000 км от планеты.
Его толщина составляет всего 1 км. Уран окружен также многочисленным семейством спутников.

Радиус Нептуна равен 24300 км, масса составляет 17,2 земной массы, средняя плотность 1720 кг/м³.
У Нептуна восемь спутников, самый крупный — Тритон — обращается вокруг планеты в обратном направлении на расстоянии 355 300 км. Нептун также окружен кольцом.

Контрольные вопросы:

Описать планеты: название, расстояние до Солнца, длительность года, суток, направление вращения, масса, радиус, плотность, наклон оси вращения, строение и состав планеты, атмосфера, наличие спутников.