Разделени на 2 групи въз основа на техните планетарни повърхности: газови гиганти и планети от земна група. Земните планети се характеризират с плътна повърхност и като правило се състоят от силикатни съединения. В Слънчевата система има само четири такива планети: Марс, Земя, Венера и Меркурий.
Земни планети в Слънчевата система:
Меркурий
Меркурий е най-малката от четирите земеподобни планети в Слънчевата система с екваториален радиус от 2439,7 ± 1,0 km. Планетата е по-голяма от луни като Титан. Меркурий обаче има втората най-висока плътност (5427 грама на кубичен сантиметър) сред планетите на Слънчевата система, малко по-ниска от Земята по този показател. Високата плътност предоставя улики за вътрешната структура на планетата, която според учените е богата на желязо. Смята се, че ядрото на Меркурий има най-високото съдържание на желязо от всички планети в нашата система. Астрономите смятат, че разтопеното ядро съставлява 55% от общия обем на планетата. Външният слой на богатото на желязо ядро е мантията, която е съставена главно от силикати. Скалистата кора на планетата достига 35 km дебелина. Меркурий се намира на разстояние 0,39 астрономически единици от Слънцето, което го прави най-близката планета до нашето светило. Поради близостта й до Слънцето температурата на повърхността на планетата се повишава до над 400º C.
Венера
Венера е най-близкият съсед на Земята и една от четирите земни планети в Слънчевата система. Това е втората по големина планета в тази категория с диаметър 12 092 km; на второ място след Земята. Гъстата атмосфера на Венера обаче се счита за най-плътната в Слънчевата система, с атмосферно налягане 92 пъти по-високо от атмосферното налягане на нашата планета. Плътната атмосфера се състои от въглероден диоксид, който има парников ефект и причинява повишаване на температурата на повърхността на Венера до 462º C и е. Планетата е доминирана от вулканични равнини, покриващи около 80% от нейната повърхност. Венера също има множество ударни кратери, някои от които достигат диаметър от около 280 km.
Земята
От четирите планети от земния тип Земята е най-голямата с екваториален диаметър 12 756,1 km. Това е и единствената планета от тази група, за която е известно, че има хидросфера. Земята е третата най-близка планета до Слънцето, разположена на разстояние около 150 милиона км (1 астрономическа единица) от него. Планетата има и най-високата плътност (5,514 грама на кубичен сантиметър) в Слънчевата система. Силикатът и алуминиевият оксид са двете съединения, открити в най-високи концентрации в земната кора, представляващи 75,4% от континенталната кора и 65,1% от океанската кора.
Марс
Марс е друга планета от земен тип в Слънчевата система, разположена най-отдалечено от Слънцето на разстояние 1,5 астрономически единици. Планетата има екваториален радиус от 3396,2±0,1 km, което я прави втората най-малка планета в нашата система. Повърхността на Марс е съставена главно от базалтови скали. Кората на планетата е доста дебела и варира от 125 km до 40 km дълбочина.
Планети джуджета
Има други по-малки планети джуджета, които имат някои характеристики, сравними с планетите от земната група, като например плътна повърхност. Повърхността на планетите джуджета обаче е образувана от слой лед и затова те не принадлежат към тази група. Примери за планети джуджета в Слънчевата система са Плутон и Церера.
Планети от земна група Планети от земна група 4 планети от Слънчевата система: Меркурий, Венера, Земя и Марс. По структура и състав някои каменисти астероиди са близки до тях, например Веста. Планетите от земния тип имат висока плътност и... ... Wikipedia
ПЛАНЕТИ И САТЕЛИТИ.- ПЛАНЕТИ И САТЕЛИТИ. 9-те големи планети от Слънчевата система са разделени на земни планети (Меркурий... Физическа енциклопедия
Планети- Планети, подходящи за възникване на живот. Теоретична зависимост на зоната на местоположение на планетите, подходящи за поддържане на живот (маркирани в зелено) от типа звезда. Не се спазва орбиталният мащаб... Уикипедия
Гигантски планети- 4 планети от Слънчевата система: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун; разположен извън пръстена на малките планети. В сравнение с планетите в твърдо състояние от земната група (вътрешни), всички те са газови планети, имат големи размери, маси ... Wikipedia
Планети- Планети. ПЛАНЕТИ, най-масивните тела на Слънчевата система, движещи се по елиптични орбити около Слънцето (виж законите на Кеплер) са известни 9 планети. Така наречените планети от земната група (Меркурий, Венера, Земя, Марс) имат твърди... ... Илюстрован енциклопедичен речник
ПЛАНЕТИ- (от гръцки планети блуждаещи) най-масивните тела на Слънчевата система, движещи се по елиптични орбити около Слънцето (вижте законите на Кеплер), светят с отразена слънчева светлина. Разположението на планетите в посока от Слънцето: Меркурий, Венера, ... ... Голям енциклопедичен речник
глобус- Земна снимка на Земята от космическия кораб Аполо 17 Орбитални характеристики Афелий 152 097 701 km 1.0167103335 a. д... Уикипедия
Гигантски планети- За гигантски планети извън Слънчевата система вижте Газова планета ... Уикипедия
планети- (от гръцки planētēs блуждаещ), масивни небесни тела, движещи се около Слънцето по елиптични орбити (вижте законите на Кеплер) и светещи от отразена слънчева светлина. Разположението на планетите в посока от Слънцето: Меркурий, Венера, Земя, Марс... Енциклопедичен речник
Гигантски планети- планети от Слънчевата система: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун; намиращи се извън пръстена на малките планети (виж Малки планети). В сравнение със земните (вътрешни) планети, те имат по-големи размери, маси, по-ниска средна ... Велика съветска енциклопедия
Книги
- Купете за 2144 UAH (само Украйна)
- Пространство. От Слънчевата система дълбоко във Вселената, Михаил Яковлевич Маров. Книгата излага в доста стегната и популярна форма съвременните представи за космоса и телата, които го населяват. Това е преди всичко Слънцето и Слънчевата система, планетите от земната група и...
Глава 8. Планети от земния тип: Меркурий, Венера, Земя
Образуване на планета
По един или друг начин, в момента в Слънчевата система са известни 8 планети: Меркурий, Венера, Земя, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и няколко плутоноида, включително Плутон, който доскоро беше посочен сред планетите. Всички планети се движат по орбити в една и съща посока и в една и съща равнина и по почти кръгови орбити (с изключение на плутоноидите). От центъра до покрайнините на Слънчевата система (до Плутон) 5,5 светлинни часа. Разстоянието от Слънцето до Земята е 149 милиона км, което е 107 от нейните диаметри. Първите планети от Слънцето са поразително различни по размер от последните и за разлика от тях се наричат земни планети, а далечните се наричат планети гиганти.
Меркурий
Най-близката до Слънцето планета Меркурий е кръстена на римския бог на търговията, пътниците и крадците. Тази малка планета се движи бързо по орбита и се върти много бавно около оста си. Меркурий е известен от древни времена, но астрономите не разбраха веднага, че това е планета и че сутрин и вечер виждат една и съща звезда.
Меркурий се намира на разстояние около 0,387 AU от Слънцето. (1 AU е равен на средния радиус на земната орбита), а разстоянието от Меркурий до Земята, докато той и Земята се движат по орбитите си, се променя от 82 до 217 милиона км. Наклонът на равнината на орбитата на Меркурий спрямо равнината на еклиптиката (равнината на Слънчевата система) е 7°. Оста на Меркурий е почти перпендикулярна на равнината на орбитата му и орбитата му е удължена. По този начин на Меркурий няма сезони и промените на деня и нощта се случват много рядко, приблизително веднъж на всеки две години на Меркурий. Едната му страна, обърната дълго време към Слънцето, е много гореща, а другата, обърната дълго време от Слънцето, е в ужасен студ. Меркурий се движи около Слънцето със скорост 47,9 km/s. Теглото на Меркурий е почти 20 пъти по-малко от теглото на Земята (0,055M), а плътността му е почти същата като тази на Земята (5,43 g/cm3). Радиусът на планетата Меркурий е 0,38R (радиус на Земята, 2440 км).
Поради близостта си до Слънцето, под въздействието на гравитацията, в тялото на Меркурий възникват мощни приливни сили, които забавят въртенето му около оста си. В крайна сметка Меркурий се оказа в резонансен капан. Периодът на въртене около Слънцето, измерен през 1965 г., е 87,95 земни дни, а периодът на въртене около оста си е 58,65 земни дни. Меркурий прави три пълни оборота около оста си за 176 дни. През същия период планетата прави два оборота около Слънцето. В бъдеще приливното спиране на Меркурий трябва да доведе до равенство на въртенето му около оста си и въртенето около Слънцето. Тогава тя винаги ще е обърната към Слънцето в една посока, точно както Луната е обърната към Земята.
Меркурий няма спътници. Може би някога самият Меркурий е бил спътник на Венера, но поради слънчевата гравитация е бил „отнет“ от Венера и е станал независима планета. Планетата всъщност има сферична форма. Ускорението на свободното падане на нейната повърхност е почти 3 пъти по-малко от това на Земята (g = 3,72 m/s 2 ).
Близостта му до Слънцето затруднява наблюдението на Меркурий. В небето не се отдалечава от Слънцето - максимум 29° от Земята се вижда или преди изгрев (сутрешна видимост) или след залез (вечерна видимост).
По своите физически характеристики Меркурий прилича на Луната, на повърхността му има много кратери. Меркурий има много тънка атмосфера. Планетата има голямо желязно ядро, което е източник на гравитация и магнитно поле, чиято сила е 0,1 от силата на магнитното поле на Земята. Ядрото на Меркурий съставлява 70% от обема на планетата. Температурата на повърхността варира от 90° до 700° K (–180° до +430° C). Екваториалната страна на слънцето се нагрява много повече от полярните региони. Различните степени на повърхностно нагряване създават разлика в температурата на разредената атмосфера, която трябва да предизвика нейното движение - вятър.
Вътрешната област на Слънчевата система е обитавана от различни тела: големи планети, техните спътници, както и малки тела - астероиди и комети. От 2006 г. в групата на планетите е въведена нова подгрупа - планети джуджета, които имат вътрешните качества на планетите (сфероидна форма, геоложка активност), но поради ниската си маса не могат да доминират в близост до орбитата си . Сега 8-те най-масивни планети - от Меркурий до Нептун - бяха решени да бъдат наречени просто планети, въпреки че в разговор астрономите, за по-голяма яснота, често ги наричат „големи планети“, за да ги разграничат от планетите джуджета. Терминът "малка планета", който в продължение на много години се прилагаше за астероиди, сега се препоръчва да не се използва, за да се избегне объркване с планетите джуджета
В района на големите планети виждаме ясно разделение на две групи от по 4 планети всяка: външната част на този регион е заета от планети гиганти, а вътрешната част е заета от много по-малко масивни планети от земния тип. Групата на гигантите също обикновено се разделя наполовина: газови гиганти (Юпитер и Сатурн) и ледени гиганти (Уран и Нептун). В групата на планетите от земен тип също се очертава разделение наполовина: Венера и Земята са изключително сходни помежду си по много физически параметри, а Меркурий и Марс са с порядък по-ниски от тях по маса и са почти лишени от атмосфера (дори Марс има атмосфера стотици пъти по-малка от тази на Земята, а Меркурий практически липсва).
Трябва да се отбележи, че сред двеста спътника на планетите могат да се разграничат най-малко 16 тела, които имат вътрешни свойства на пълноценни планети. Те често надвишават планетите джуджета по размер и маса, но в същото време се контролират от гравитацията на много по-масивни тела. Става дума за Луната, Титан, Галилеевите спътници на Юпитер и други подобни. Ето защо би било естествено да се въведе нова група в номенклатурата на Слънчевата система за такива „подчинени“ обекти от планетарен тип, наричайки ги „сателитни планети“. Но тази идея в момента се обсъжда.
Да се върнем към планетите от земната група. В сравнение с гигантите, те са привлекателни, защото имат твърда повърхност, върху която могат да кацат космически сонди. От 70-те години на миналия век автоматични станции и самоходни превозни средства на СССР и САЩ многократно кацаха и успешно работеха на повърхността на Венера и Марс. Все още не е имало кацания на Меркурий, тъй като полетите в близост до Слънцето и кацането върху масивно безатмосферно тяло са свързани с големи технически проблеми.
Докато изучават планетите от земния тип, астрономите не забравят и самата Земя. Анализът на изображения от космоса позволи да се разбере много за динамиката на земната атмосфера, структурата на нейните горни слоеве (където не се издигат самолети и дори балони) и процесите, протичащи в нейната магнитосфера. Чрез сравняване на структурата на атмосферата на планети, подобни на Земята, може да се разбере много за тяхната история и по-точно да се предскаже бъдещето им. И тъй като всички висши растения и животни живеят на повърхността на нашата (или не само нашата?) планета, характеристиките на долните слоеве на атмосферата са особено важни за нас. Тази лекция е посветена на планетите от земен тип; главно – техния външен вид и условия на повърхността.
Яркостта на планетата. Албедо
Гледайки планетата отдалеч, лесно можем да различим тела с атмосфера и без нея. Наличието на атмосфера, или по-точно наличието на облаци в нея, прави външния вид на планетата променлив и значително увеличава яркостта на нейния диск. Това се вижда ясно, ако подредим планетите в редица от напълно безоблачни (без атмосфера) до напълно покрити с облаци: Меркурий, Марс, Земя, Венера. Скалистите тела без атмосфера са подобни едно на друго до степен на почти пълна неразличимост: сравнете, например, мащабни снимки на Луната и Меркурий. Дори опитно око трудно различава повърхностите на тези тъмни тела, плътно покрити с метеоритни кратери. Но атмосферата придава на всяка планета уникален вид.
Наличието или отсъствието на атмосфера на планетата се контролира от три фактора: температура и гравитационен потенциал на повърхността, както и глобалното магнитно поле. Само Земята има такова поле и то предпазва значително атмосферата ни от слънчевите плазмени потоци. Луната е загубила атмосферата си (ако е имала такава) поради ниската критична скорост на повърхността, а Меркурий - поради високите температури и мощния слънчев вятър. Марс, с почти същата гравитация като Меркурий, успя да задържи остатъците от атмосферата, тъй като поради разстоянието си от Слънцето е студено и не толкова интензивно издухано от слънчевия вятър.
По своите физически параметри Венера и Земята са почти близначки. Те имат много сходен размер, маса и следователно средна плътност. Вътрешната им структура също трябва да е подобна - кора, мантия, желязно ядро - въпреки че все още няма сигурност за това, тъй като липсват сеизмични и други геоложки данни за недрата на Венера. Разбира се, ние не навлязохме дълбоко в недрата на Земята: на повечето места 3-4 км, на места 7-9 км, а само на едно място 12 км. Това е по-малко от 0,2% от радиуса на Земята. Но сеизмичните, гравиметричните и други измервания позволяват да се съди за вътрешността на Земята много подробно, докато за други планети почти няма такива данни. Подробни карти на гравитационното поле са получени само за Луната; топлинните потоци от вътрешността са измерени само на Луната; Сеизмометрите досега са работили само на Луната и (не много чувствителни) на Марс.
Геолозите все още съдят за вътрешния живот на планетите по характеристиките на тяхната твърда повърхност. Например, липсата на признаци на литосферни плочи на Венера значително я отличава от Земята, в еволюцията на повърхността на която тектоничните процеси (континентален дрейф, разпространение, субдукция и др.) Играят решаваща роля. В същото време някои косвени доказателства сочат възможността за тектоника на плочите на Марс в миналото, както и тектоника на ледените полета на Европа, спътник на Юпитер. По този начин външното сходство на планетите (Венера - Земя) не гарантира сходството на тяхната вътрешна структура и процесите, протичащи в техните дълбини. И планетите, които не са подобни една на друга, могат да демонстрират подобни геоложки феномени.
Нека се върнем към това, което е на разположение на астрономите и другите специалисти за директно изследване, а именно повърхността на планетите или техния облачен слой. По принцип непрозрачността на атмосферата в оптичния диапазон не е непреодолима пречка за изучаване на твърдата повърхност на планетата. Радарите от Земята и от космическите сонди направиха възможно изследването на повърхностите на Венера и Титан през техните атмосфери, непрозрачни за светлина. Тези работи обаче са спорадични и все още се извършват систематични изследвания на планети с оптични инструменти. И което е по-важно, оптичното лъчение от Слънцето служи като основен източник на енергия за повечето планети. Следователно способността на атмосферата да отразява, разпръсква и абсорбира тази радиация пряко влияе върху климата на повърхността на планетата.
Най-яркото светило на нощното небе, без да броим Луната, е Венера. Той е много ярък не само поради относителната си близост до Слънцето, но и поради плътния облачен слой от концентрирани капчици сярна киселина, който перфектно отразява светлината. Нашата Земя също не е твърде тъмна, тъй като 30-40% от земната атмосфера е изпълнена с водни облаци и те също разпръскват и отразяват светлината добре. Ето снимка (снимка по-горе), където Земята и Луната са включени едновременно в кадъра. Тази снимка е направена от космическата сонда Галилео, докато прелита покрай Земята на път към Юпитер. Вижте колко по-тъмна е Луната от Земята и като цяло по-тъмна от всяка планета с атмосфера. Това е общ модел - безатмосферните тела са много тъмни. Факт е, че под въздействието на космическата радиация всяко твърдо вещество постепенно потъмнява.
Твърдението, че повърхността на Луната е тъмна, обикновено предизвиква объркване: на пръв поглед лунният диск изглежда много ярък; в безоблачна нощ дори ни заслепява. Но това е само в контраст с още по-тъмното нощно небе. За характеризиране на отразяващата способност на всяко тяло се използва величина, наречена албедо. Това е степента на белота, тоест коефициентът на отразяване на светлината. Албедо равно на нула - абсолютна чернота, пълно поглъщане на светлината. Албедо, равно на единица, е пълно отражение. Физиците и астрономите имат няколко различни подхода за определяне на албедото. Ясно е, че яркостта на осветената повърхност зависи не само от вида на материала, но и от неговата структура и ориентация спрямо източника на светлина и наблюдателя. Например пухкавият сняг, който току-що е паднал, има една стойност на отразяване, но снегът, върху който сте стъпили с ботуша си, ще има съвсем различна стойност. А зависимостта от ориентацията може лесно да се демонстрира с огледало, пропускащо слънчеви лъчи.
Целият диапазон от възможни стойности на албедо се покрива от известни космически обекти. Тук Земята отразява около 30% от слънчевите лъчи, най-вече поради облаците. А непрекъснатата облачна покривка на Венера отразява 77% от светлината. Нашата Луна е едно от най-тъмните тела, като отразява средно около 11% светлина; а видимото му полукълбо, поради наличието на огромни тъмни „морета“, отразява светлината дори по-зле - по-малко от 7%. Но има и още по-тъмни обекти; например астероид 253 Матилда с албедо от 4%. От друга страна, има изненадващо ярки тела: спътникът на Сатурн Енцелад отразява 81% от видимата светлина, а геометричното му албедо е просто фантастично - 138%, т.е. по-ярко е от идеално бял диск със същото напречно сечение. Дори е трудно да се разбере как успява да направи това. Чистият сняг на Земята отразява светлината още по-зле; Какъв вид сняг лежи на повърхността на този малък и симпатичен Енцелад?
Топлинен баланс
Температурата на всяко тяло се определя от баланса между притока на топлина към него и нейната загуба. Известни са три механизма на топлообмен: радиация, проводимост и конвекция. Последните две от тях изискват пряк контакт с околната среда, следователно във вакуума на космоса първият механизъм, радиацията, става най-важен и всъщност единствен. Това създава значителни проблеми за дизайнерите на космически технологии. Те трябва да вземат предвид няколко източника на топлина: Слънцето, планетата (особено в ниски орбити) и вътрешните компоненти на самия космически кораб. И има само един начин за освобождаване на топлина - излъчване от повърхността на устройството. За да поддържат баланса на топлинните потоци, дизайнерите на космически технологии регулират ефективното албедо на устройството с помощта на екранна вакуумна изолация и радиатори. Когато такава система се повреди, условията в космически кораб могат да станат доста неудобни, както ни напомня историята на мисията на Аполо 13 до Луната.
Но за първи път с този проблем се сблъскват през първата третина на 20 век създателите на височинни балони - така наречените стратосферни балони. В онези години те все още не знаеха как да създадат сложни системи за термичен контрол за запечатана гондола, така че се ограничиха до просто избиране на албедото на външната му повърхност. Колко чувствителна е температурата на тялото към неговото албедо се разкрива от историята на първите полети в стратосферата.
Гондола на вашия стратосферен балон FNRS-1Швейцарецът Огюст Пикар го рисува в бяло от едната страна и в черно от другата. Идеята беше, че температурата в гондолата може да се регулира чрез завъртане на сферата в една или друга посока към Слънцето. За въртене е монтирано витло отвън. Но устройството не работеше, слънцето грееше от „черната“ страна и вътрешната температура при първия полет се повиши до 38 °C. При следващия полет цялата капсула просто беше покрита със сребро, за да отразява слънчевите лъчи. Вътре стана -16 °C.
Американски дизайнери на стратосферни балони ИзследователТе взеха предвид опита на Picard и приеха компромисен вариант: боядисаха горната част на капсулата в бяло, а долната част в черно. Идеята беше, че горната половина на сферата ще отразява слънчевата радиация, докато долната половина ще абсорбира топлината от Земята. Този вариант се оказа добър, но и не идеален: по време на полетите в капсулата беше 5 °C.
Съветските стратонавти просто изолират алуминиевите капсули със слой филц. Както показа практиката, това решение беше най-успешното. Вътрешната топлина, генерирана главно от екипажа, беше достатъчна за поддържане на стабилна температура.
Но ако планетата няма свои собствени мощни източници на топлина, тогава стойността на албедото е много важна за нейния климат. Например нашата планета абсорбира 70% от слънчевата светлина, падаща върху нея, преработвайки я в собствено инфрачервено лъчение, поддържайки водния цикъл в природата, съхранявайки я в резултат на фотосинтеза в биомаса, нефт, въглища и газ. Луната поглъща почти цялата слънчева светлина, посредствено я превръща в инфрачервено лъчение с висока ентропия и по този начин поддържа доста високата си температура. Но Енцелад, със своята идеално бяла повърхност, гордо отблъсква почти цялата слънчева светлина, за което плаща с чудовищно ниска температура на повърхността: средно около –200 °C, а на някои места до –240 °C. Въпреки това, този спътник - „в бяло“ - не страда много от външния студ, тъй като има алтернативен източник на енергия - приливното гравитационно влияние на неговия съсед Сатурн (), който поддържа подледниковия си океан в течно състояние. Но планетите от земната група имат много слаби вътрешни източници на топлина, така че температурата на тяхната твърда повърхност до голяма степен зависи от свойствата на атмосферата - от способността й, от една страна, да отразява част от слънчевите лъчи обратно в космоса, и от друго, за задържане на енергията на радиацията, преминаваща през атмосферата към повърхността на планетата.
Парников ефект и планетарен климат
В зависимост от това колко далеч е планетата от Слънцето и каква част от слънчевата светлина поглъща, се формират температурните условия на повърхността на планетата и нейният климат. Как изглежда спектърът на всяко самосветещо тяло, например звезда? В повечето случаи спектърът на една звезда е "едногърба", почти крива на Планк, в която положението на максимума зависи от температурата на повърхността на звездата. За разлика от звездата, спектърът на планетата има две „гърбици“: той отразява част от звездната светлина в оптичния диапазон, а другата част поглъща и преизлъчва в инфрачервения диапазон. Относителната площ под тези две гърбици се определя точно от степента на отразяване на светлината, тоест албедото.
Нека да разгледаме двете най-близки до нас планети – Меркурий и Венера. На пръв поглед ситуацията е парадоксална. Венера отразява почти 80% от слънчевата светлина и абсорбира само около 20%. Но Меркурий не отразява почти нищо, но поглъща всичко. Освен това Венера е по-далеч от Слънцето, отколкото Меркурий; 3,4 пъти по-малко слънчева светлина пада на единица от неговата облачна повърхност. Като се вземат предвид разликите в албедото, всеки квадратен метър от твърдата повърхност на Меркурий получава почти 16 пъти повече слънчева топлина от същата повърхност на Венера. И все пак, на цялата твърда повърхност на Венера има адски условия - огромни температури (калай и олово се топят!), а Меркурий е по-хладен! На полюсите обикновено е Антарктида, а на екватора средната температура е 67 °C. Разбира се, през деня повърхността на Меркурий се нагрява до 430 °C, а през нощта се охлажда до –170 °C. Но вече на дълбочина от 1,5-2 метра дневните колебания се изглаждат и можем да говорим за средна повърхностна температура от 67 °C. Горещо е, разбира се, но можете да живеете. А в средните ширини на Меркурий обикновено има стайна температура.
какво става Защо Меркурий, който е близо до Слънцето и лесно поглъща лъчите му, е нагрят до стайна температура, докато Венера, която е по-далеч от Слънцето и активно отразява лъчите му, е нагрята като пещ? Как физиката ще обясни това?
Атмосферата на Земята е почти прозрачна: тя пропуска 80% от входящата слънчева светлина. Въздухът не може да излезе в космоса в резултат на конвекция - планетата не го пуска. Това означава, че може да се охлажда само под формата на инфрачервено лъчение. И ако инфрачервеното лъчение остане заключено, тогава то загрява онези слоеве на атмосферата, които не го освобождават. Самите тези слоеве се превръщат в източник на топлина и частично я насочват обратно към повърхността. Част от радиацията отива в космоса, но по-голямата част от нея се връща на повърхността на Земята и я нагрява до установяване на термодинамично равновесие. Как се инсталира?
Температурата се повишава и максимумът в спектъра се измества (законът на Виен), докато намери „прозорец на прозрачност“ в атмосферата, през който инфрачервените лъчи ще излязат в космоса. Балансът на топлинните потоци се установява, но при по-висока температура, отколкото би била при липса на атмосфера. Това е парниковият ефект.
В нашия живот ние доста често се сблъскваме с парниковия ефект. И не само под формата на градинска оранжерия или тиган, поставен на котлона, който покриваме с капак, за да намалим топлообмена и да ускорим кипенето. Тези примери не демонстрират чист парников ефект, тъй като при тях е намалено както радиационното, така и конвективното отвеждане на топлина. Много по-близо до описания ефект е примерът с ясна мразовита нощ. Когато въздухът е сух и небето е безоблачно (например в пустиня), след залез слънце земята бързо се охлажда, а влажният въздух и облаците изглаждат дневните температурни колебания. За съжаление, този ефект е добре известен на астрономите: ясните звездни нощи могат да бъдат особено студени, което прави работата с телескопа много неудобна. Връщайки се към фигурата по-горе, ще видим причината: водната пара в атмосферата е основната пречка за топлоносещото инфрачервено лъчение.
Луната няма атмосфера, което означава, че няма парников ефект. На нейната повърхност се установява изрично термодинамично равновесие, няма обмен на радиация между атмосферата и твърдата повърхност. Марс има тънка атмосфера, но неговият парников ефект все още добавя 8 °C. И добавя почти 40 °C към Земята. Ако нашата планета нямаше толкова плътна атмосфера, температурата на Земята би била с 40 °C по-ниска. Днес тя е средно 15 °C по целия свят, но би била –25 °C. Всички океани ще замръзнат, повърхността на Земята ще побелее от сняг, албедото ще се увеличи, а температурата ще падне още по-ниско. Изобщо - нещо ужасно! Но е добре, че парниковият ефект в нашата атмосфера работи и ни топли. А на Венера действа още по-силно – повишава средната венерианска температура с повече от 500 градуса.
Повърхност на планетите
Досега не сме започнали подробно проучване на други планети, като се ограничаваме главно до наблюдение на тяхната повърхност. Колко важна е информацията за външния вид на планетата за науката? Каква ценна информация може да ни каже едно изображение на неговата повърхност? Ако това е газова планета, като Сатурн или Юпитер, или твърда, но покрита с плътен слой облаци, като Венера, тогава виждаме само горния облачен слой, следователно нямаме почти никаква информация за самата планета. Облачната атмосфера, както казват геолозите, е свръхмлада повърхност – днес е такава, но утре ще е друга или не утре, а след 1000 години, което е само миг от живота на планетата.
Голямото червено петно на Юпитер или два планетарни циклона на Венера са наблюдавани от 300 години, но ни говорят само за някои общи свойства на съвременната динамика на техните атмосфери. Нашите потомци, гледайки тези планети, ще видят съвсем различна картина и ние никога няма да разберем каква картина са могли да видят нашите предци. По този начин, гледайки отвън планети с плътна атмосфера, не можем да преценим миналото им, тъй като виждаме само променлив облачен слой. Съвсем различен въпрос е Луната или Меркурий, чиито повърхности съдържат следи от метеоритни бомбардировки и геоложки процеси, настъпили през последните милиарди години.
А подобни бомбардировки на гигантски планети практически не оставят следи. Едно от тези събития се случи в края на двадесети век точно пред очите на астрономите. Говорим за кометата Шумейкър-Леви 9. През 1993 г. край Юпитер е забелязана странна верига от две дузини малки комети. Изчислението показа, че това са фрагменти от една комета, която е прелетяла близо до Юпитер през 1992 г. и е била разкъсана от приливния ефект на мощното си гравитационно поле. Астрономите не са видели действителния епизод на разпадането на кометата, а са видели само момента, в който веригата от кометни фрагменти се отдалечава от Юпитер като „локомотив“. Ако разпадането не беше станало, тогава кометата, приближила се до Юпитер по хиперболична траектория, щеше да отиде в далечината по втория клон на хиперболата и най-вероятно никога повече нямаше да се приближи до Юпитер. Но тялото на кометата не можа да издържи на приливния стрес и се срина, а енергията, изразходвана за деформация и разкъсване на тялото на кометата, намали кинетичната енергия на нейното орбитално движение, прехвърляйки фрагментите от хиперболична орбита в елиптична, затворена около Юпитер. Орбиталното разстояние в перицентъра се оказа по-малко от радиуса на Юпитер и фрагментите се разбиха в планетата един след друг през 1994 г.
Инцидентът беше огромен. Всеки „фрагмент“ от кометното ядро е леден блок с размери 1×1,5 km. Те се редуваха да летят в атмосферата на гигантската планета със скорост от 60 km/s (втората скорост на бягство за Юпитер), имайки специфична кинетична енергия от (60/11) 2 = 30 пъти по-голяма, отколкото ако беше сблъсък със Земята. Астрономите наблюдаваха с голям интерес космическата катастрофа на Юпитер от безопасността на Земята. За съжаление, фрагменти от кометата удариха Юпитер от страната, която не се виждаше от Земята в този момент. За щастие точно по това време космическата сонда "Галилео" беше на път към Юпитер; тя видя тези епизоди и ни ги показа. Благодарение на бързото ежедневно въртене на Юпитер, зоните на сблъсък в рамките на няколко часа станаха достъпни както за наземни телескопи, така и, което е особено ценно, за близки до Земята телескопи, като космическия телескоп Хъбъл. Това беше много полезно, тъй като всеки блок, блъскащ се в атмосферата на Юпитер, причиняваше колосална експлозия, унищожавайки горния облачен слой и създавайки прозорец на видимост дълбоко в атмосферата на Йовиан за известно време. И така, благодарение на кометната бомбардировка, успяхме да погледнем там за кратко. Но минаха 2 месеца и по облачната повърхност не останаха следи: облаците покриха всички прозорци, сякаш нищо не се е случило.
Друго нещо - Земята. На нашата планета метеоритните белези остават дълго време. Тук се намира най-популярният метеоритен кратер с диаметър около 1 км и възраст около 50 хиляди години. Все още се вижда ясно. Но кратерите, образувани преди повече от 200 милиона години, могат да бъдат намерени само с помощта на фини геоложки техники. Не се виждат отгоре.
Между другото, има доста надеждна връзка между размера на голям метеорит, паднал на Земята, и диаметъра на образувания от него кратер - 1:20. Кратер с диаметър в Аризона се е образувал от удара на малък астероид с диаметър около 50 м. А в древни времена по-големи „снаряди“ - както километрични, така и дори десеткилометрови - са удряли Земята. Днес познаваме около 200 големи кратера; те се наричат астроблеми (небесни рани); и всяка година се откриват няколко нови. Най-големият, с диаметър 300 км, е открит в Южна Африка, възрастта му е около 2 милиарда години. В Русия най-големият кратер е Попигай в Якутия с диаметър 100 км. Със сигурност има и по-големи, например на дъното на океаните, където са по-трудни за забелязване. Наистина океанското дъно е геологически по-младо от континентите, но изглежда, че в Антарктида има кратер с диаметър 500 км. Той е подводен и за присъствието му говори само профилът на дъното.
На повърхността луна, където няма вятър и дъжд, където няма тектонични процеси, метеоритните кратери продължават да съществуват милиарди години. Гледайки Луната през телескоп, четем историята на космическата бомбардировка. На обратната страна има още по-полезна снимка за науката. Изглежда, че по някаква причина особено големи тела никога не са падали там или, когато са падали, не са могли да пробият лунната кора, която от задната страна е два пъти по-дебела, отколкото от видимата страна. Следователно течащата лава не е запълнила големи кратери и не е скрила исторически подробности. На всяко парче от лунната повърхност има метеоритен кратер, голям или малък, и те са толкова много, че по-младите унищожават онези, които са се образували по-рано. Настъпи насищане: Луната вече не може да стане по-кратена, отколкото е вече. Навсякъде има кратери. И това е прекрасна хроника на историята на слънчевата система. Въз основа на него са идентифицирани няколко епизода на активно образуване на кратери, включително ерата на тежка метеоритна бомбардировка (преди 4,1-3,8 милиарда години), оставила следи по повърхността на всички планети от земния тип и много спътници. Защо потоци от метеорити паднаха върху планетите през онази епоха, все още трябва да разберем. Необходими са нови данни за структурата на лунната вътрешност и състава на материята на различни дълбочини, а не само за повърхността, от която досега са събрани проби.
Меркурийвъншно подобна на Луната, защото, подобно на нея, тя е лишена от атмосфера. Неговата скалиста повърхност, неподложена на газова и водна ерозия, дълго време запазва следи от метеоритно бомбардиране. Сред планетите от земната група Меркурий съдържа най-старите геоложки следи, датиращи от около 4 милиарда години. Но на повърхността на Меркурий няма големи морета, пълни с тъмна втвърдена лава и подобни на лунните морета, въпреки че там има не по-малко големи ударни кратери, отколкото на Луната.
Меркурий е около един и половина пъти по-голям от Луната, но масата му е 4,5 пъти по-голяма от Луната. Факт е, че Луната е почти изцяло скалиста, докато Меркурий има огромно метално ядро, очевидно състоящо се главно от желязо и никел. Радиусът на нейното метално ядро е около 75% от радиуса на планетата (а този на Земята е само 55%). Обемът на металното ядро на Меркурий е 45% от обема на планетата (а този на Земята е само 17%). Следователно средната плътност на Меркурий (5,4 g/cm3) е почти равна на средната плътност на Земята (5,5 g/cm3) и значително надвишава средната плътност на Луната (3,3 g/cm3). Имайки голямо метално ядро, Меркурий би могъл да надмине Земята по своята средна плътност, ако не беше ниската гравитация на повърхността му. Имайки маса от само 5,5% от земната, тя има почти три пъти по-малка гравитация, която не е в състояние да уплътни вътрешността му толкова, колкото вътрешността на Земята, където дори силикатната мантия има плътност от около (5 g/ cm3), се е уплътнил.
Меркурий е труден за изследване, защото се движи близо до Слънцето. За да се изстреля междупланетен апарат от Земята към нея, той трябва да бъде силно забавен, т.е. ускорен в посока, обратна на орбиталното движение на Земята; едва тогава ще започне да „пада“ към Слънцето. Невъзможно е да направите това веднага с помощта на ракета. Затова в двата извършени досега полета до Меркурий са използвани гравитационни маневри в полето на Земята, Венера и самия Меркурий за забавяне на космическата сонда и прехвърлянето й в орбитата на Меркурий.
Маринър 10 (НАСА) за първи път отиде до Меркурий през 1973 г. Първо се приближи до Венера, забави се в нейното гравитационно поле и след това премина близо до Меркурий три пъти през 1974-75 г. Тъй като и трите срещи са се случили в един и същ район на орбитата на планетата и нейното дневно въртене е синхронизирано с орбиталното, и трите пъти сондата е снимала едно и също полукълбо на Меркурий, осветено от Слънцето.
През следващите няколко десетилетия нямаше полети до Меркюри. И едва през 2004 г. беше възможно да се пусне второто устройство - MESSENGER ( Повърхност на живак, космическа среда, геохимия и определяне на разстоянието; НАСА). След като извърши няколко гравитационни маневри близо до Земята, Венера (два пъти) и Меркурий (три пъти), сондата влезе в орбита около Меркурий през 2011 г. и проведе изследвания на планетата в продължение на 4 години.
Работата в близост до Меркурий се усложнява от факта, че планетата е средно 2,6 пъти по-близо до Слънцето от Земята, така че потокът от слънчеви лъчи там е почти 7 пъти по-голям. Без специален „слънчев чадър“ електрониката на сондата ще прегрее. Третата експедиция до Меркурий, наречена BepiColombo, в него участват европейци и японци. Изстрелването е планирано за есента на 2018 г. Две сонди ще летят наведнъж, които ще влязат в орбита около Меркурий в края на 2025 г., след като летят близо до Земята, две близо до Венера и шест близо до Меркурий. В допълнение към подробното изследване на повърхността на планетата и нейното гравитационно поле е планирано подробно изследване на магнитосферата и магнитното поле на Меркурий, което представлява мистерия за учените. Въпреки че Меркурий се върти много бавно и металното му ядро би трябвало да е изстинало и втвърдено отдавна, планетата има диполно магнитно поле, което е 100 пъти по-слабо от земното, но все пак поддържа магнитосфера около планетата. Съвременната теория за генериране на магнитно поле в небесните тела, така наречената теория на турбулентното динамо, изисква наличието във вътрешността на планетата на слой от течен проводник на електричество (за Земята това е външната част на желязното ядро ) и относително бързо въртене. Поради каква причина ядрото на Меркурий все още остава течно, все още не е ясно.
Меркурий има невероятна характеристика, която никоя друга планета няма. Движението на Меркурий по орбитата му около Слънцето и въртенето му около оста му са ясно синхронизирани помежду си: за два орбитални периода той прави три завъртания около оста си. Най-общо казано, астрономите отдавна са запознати със синхронното движение: нашата Луна се върти синхронно около оста си и се върти около Земята, периодите на тези две движения са еднакви, т.е. те са в съотношение 1:1. И други планети имат някои спътници, които показват същата характеристика. Това е резултат от приливния ефект.
За да проследим движението на Меркурий (фиг. по-горе), нека поставим стрелка на повърхността му. Вижда се, че за едно въртене около Слънцето, т.е. за една година на Меркурий, планетата се е завъртяла около оста си точно един път и половина. През това време денят в района на стрелката се превърна в нощ и половината от слънчевия ден премина. Друга годишна революция - и дневната светлина започва отново в областта на стрелката, един слънчев ден е изтекъл. Така на Меркурий един слънчев ден продължава две живачни години.
Ще говорим подробно за приливите и отливите в гл. 6. В резултат на приливно влияние от Земята Луната синхронизира двете си движения - аксиално въртене и орбитално въртене. Земята силно влияе на Луната: тя разтяга фигурата си и стабилизира нейното въртене. Орбитата на Луната е близка до кръговата, така че Луната се движи по нея с почти постоянна скорост на почти постоянно разстояние от Земята (обсъдихме степента на това „почти“ в глава 1). Следователно приливният ефект варира леко и контролира въртенето на Луната по цялата й орбита, което води до резонанс 1:1.
За разлика от Луната, Меркурий се движи около Слънцето по почти елиптична орбита, понякога се приближава до светилото, понякога се отдалечава от него. Когато е далеч, близо до афелия на орбитата, приливното влияние на Слънцето отслабва, тъй като зависи от разстоянието като 1/ Р 3. Когато Меркурий се доближава до Слънцето, приливите и отливите са много по-силни, така че само в областта на перихелия Меркурий ефективно синхронизира двете си движения - денонощно и орбитално. Вторият закон на Кеплер ни казва, че ъгловата скорост на орбиталното движение е максимална в точката на перихелия. Именно там се случва „приливно улавяне“ и синхронизиране на ъгловите скорости на Меркурий – дневни и орбитални. В точката на перихелия те са точно еднакви една с друга. Придвижвайки се по-нататък, Меркурий почти престава да усеща приливното влияние на Слънцето и запазва своята ъглова скорост на въртене, като постепенно намалява ъгловата скорост на орбиталното движение. Затова за един орбитален период успява да направи един и половина дневни оборота и отново попада в лапите на приливния ефект. Много проста и красива физика.
Повърхността на Меркурий е почти неразличима от Луната. Дори професионалните астрономи, когато се появиха първите подробни снимки на Меркурий, ги показаха един на друг и попитаха: „Е, познайте, това Луната ли е или Меркурий?“ Наистина е трудно да се познае. И там, и там има очукани от метеорити повърхности. Но, разбира се, има функции. Въпреки че на Меркурий няма големи морета от лава, повърхността му не е хомогенна: има по-стари и по-млади области (основата за това е изчислението на метеоритните кратери). Меркурий също се различава от Луната по наличието на характерни издатини и гънки на повърхността, възникнали в резултат на компресията на планетата, когато нейното огромно метално ядро се охлади.
Температурните разлики на повърхността на Меркурий са по-големи, отколкото на Луната. През деня на екватора е 430 °C, а през нощта –173 °C. Но почвата на Меркурий служи като добър топлоизолатор, така че на дълбочина от около 1 m ежедневни (или двугодишни?) температурни промени вече не се усещат. Така че, ако летите до Меркурий, първото нещо, което трябва да направите, е да изкопаете землянка. На екватора ще бъде около 70 °C; Малко е горещо. Но в района на географските полюси в землянката ще бъде около –70 °C. Така че можете лесно да намерите географската ширина, на която ще се чувствате удобно в землянката.
Най-ниските температури се наблюдават на дъното на полярните кратери, където слънчевите лъчи никога не достигат. Именно там бяха открити залежи от воден лед, които преди това бяха открити от радари от Земята, а след това потвърдени от инструментите на космическата сонда MESSENGER. Произходът на този лед все още се обсъжда. Неговите източници могат да бъдат както комети, така и водни пари, излизащи от недрата на планетата.
Меркурий има един от най-големите ударни кратери в Слънчевата система - Heat Planum ( Басейн Калорис) с диаметър 1550 км. Това е ударът на астероид с диаметър най-малко 100 км, който почти разцепи малката планета. Това се е случило преди около 3,8 милиарда години, през периода на така наречената „късна тежка бомбардировка“ ( Късна тежка бомбардировка), когато по причини, които не са напълно изяснени, броят на астероидите и кометите в орбити, пресичащи орбитите на планетите от земната група, се увеличи.
Когато Маринър 10 снима топлинния самолет през 1974 г., ние все още не знаехме какво се е случило от другата страна на Меркурий след този ужасен удар. Ясно е, че при удар по топката се възбуждат звукови и повърхностни вълни, които се разпространяват симетрично, преминават през „екватора” и се събират в антиподната точка, диаметрално противоположна на точката на удара. Смущението там се свива до точка и амплитудата на сеизмичните вибрации бързо се увеличава. Това е подобно на начина, по който водачите на добитък чукат камшика си: енергията и инерцията на вълната по същество се запазват, но дебелината на камшика клони към нула, така че скоростта на вибрациите се увеличава и става свръхзвукова. Очакваше се в района на Меркурий срещу басейна Калориище има картина на невероятно разрушение. Общо взето почти така се оказа: имаше обширна хълмиста местност с гофрирана повърхност, въпреки че очаквах да има антиподен кратер. Струваше ми се, че когато сеизмичната вълна се срине, при падането на астероида ще възникне „огледален“ феномен. Наблюдаваме това, когато капка падне върху спокойна водна повърхност: първо тя създава малка вдлъбнатина, а след това водата се втурва обратно и изхвърля малка нова капка нагоре. Това не се случи на Меркурий и сега разбираме защо. Дълбочините му се оказаха разнородни и не се получи прецизно фокусиране на вълните.
Като цяло релефът на Меркурий е по-гладък от този на Луната. Например, стените на кратерите на Меркурий не са толкова високи. Вероятната причина за това е по-голямата сила на гравитацията и по-топлата и мека вътрешност на Меркурий.
Венера- втората планета от Слънцето и най-мистериозната от планетите от земния тип. Не е ясно какъв е произходът на неговата много плътна атмосфера, състояща се почти изцяло от въглероден диоксид (96,5%) и азот (3,5%) и причиняваща мощен парников ефект. Не е ясно защо Венера се върти толкова бавно около оста си – 244 пъти по-бавно от Земята, а също и в обратна посока. В същото време масивната атмосфера на Венера, или по-скоро нейният облачен слой, лети около планетата за четири земни дни. Това явление се нарича атмосферна суперротация. В същото време атмосферата се трие в повърхността на планетата и отдавна трябваше да се забави. В крайна сметка не може да се движи дълго време около планета, чието твърдо тяло практически стои неподвижно. Но атмосферата се върти и дори в посока, обратна на въртенето на самата планета. Ясно е, че триенето на повърхността разсейва енергията на атмосферата и нейният ъглов момент се предава на тялото на планетата. Това означава, че има приток на енергия (очевидно слънчева), поради което топлинният двигател работи. Въпрос: как се изпълнява тази машина? Как енергията на Слънцето се трансформира в движението на атмосферата на Венера?
Поради бавното въртене на Венера, силите на Кориолис върху нея са по-слаби, отколкото на Земята, така че атмосферните циклони там са по-малко компактни. Всъщност има само две от тях: едната в северното полукълбо, другата в южното полукълбо. Всеки от тях се „вие“ от екватора към собствения си полюс.
Горните слоеве на атмосферата на Венера са подробно изследвани от облитащи (извършващи гравитационна маневра) и орбитални сонди – американски, съветски, европейски и японски. Съветските инженери пуснаха там апарати от серията Venera в продължение на няколко десетилетия и това беше най-успешният ни пробив в областта на изследването на планетите. Основната задача беше спускаемият модул да се приземи на повърхността, за да се види какво има под облаците.
Дизайнерите на първите сонди, подобно на авторите на научнофантастични произведения от онези години, се ръководят от резултатите от оптични и радиоастрономически наблюдения, от които следва, че Венера е по-топъл аналог на нашата планета. Ето защо в средата на 20 век всички фантасти - от Беляев, Казанцев и Стругацки до Лем, Бредбъри и Хайнлайн - представят Венера като негостоприемна (гореща, блатиста, с отровна атмосфера), но като цяло подобна на Земен свят. По същата причина първите апарати за кацане на сондите Венера не бяха много издръжливи, неспособни да издържат на високо налягане. И те умряха, спускайки се в атмосферата, един след друг. Тогава телата им започнаха да се правят по-силни, проектирани за налягане от 20 атмосфери. Но това се оказа недостатъчно. Тогава дизайнерите, „захапали малкото“, направиха титанова сонда, която може да издържи на налягане от 180 атм. И той благополучно се приземи на повърхността ("Венера-7", 1970 г.). Имайте предвид, че не всяка подводница може да издържи на такова налягане, което преобладава на дълбочина от около 2 км в океана. Оказа се, че налягането на повърхността на Венера не пада под 92 atm (9,3 MPa, 93 bar), а температурата е 464 °C.
Мечтата за гостоприемна Венера, подобна на Земята от карбонския период, окончателно приключи точно през 1970 г. За първи път устройство, предназначено за такива адски условия („Венера-8“), успешно се спусна и заработи на повърхността през 1972 г. От този момент кацането на повърхността на Венера се превърна в рутинна операция, но не е възможно да се работи там дълго време: след 1-2 часа вътрешността на устройството се нагрява и електрониката излиза от строя.
Първите изкуствени спътници се появяват близо до Венера през 1975 г. ("Венера-9 и -10"). Като цяло работата на повърхността на Венера от спускаемите апарати Венера-9...-14 (1975-1981 г.) се оказа изключително успешна, изучавайки както атмосферата, така и повърхността на планетата на мястото на кацане, дори успява да вземе проби от почвата и да определи нейния химичен състав и механични свойства. Но най-голям ефект сред любителите на астрономията и космонавтиката предизвикаха предадените от тях фотопанорами от местата за кацане, първо черно-бели, а по-късно и цветни. Между другото, небето на Венера, когато се гледа от повърхността, е оранжево. красиво! Досега (2017 г.) тези изображения остават единствените и представляват голям интерес за планетарните учени. Те продължават да се обработват и от време на време върху тях се намират нови части.
Американската астронавтика също има значителен принос в изучаването на Венера през онези години. Прелетите на Mariner 5 и 10 изследваха горните слоеве на атмосферата. Pioneer Venera 1 (1978) стана първият американски спътник на Венера и извърши радарни измервания. И „Пионер-Венера-2” (1978 г.) изпрати 4 спускателни апарата в атмосферата на планетата: един голям (315 кг) с парашут до екваториалната област на дневното полукълбо и три малки (90 кг всеки) без парашути - до средата -ширини и на север от дневното полукълбо, както и нощното полукълбо. Нито едно от тях не е проектирано да работи на повърхността, но едно от малките устройства се приземи безопасно (без парашут!) и работи на повърхността повече от час. Този случай ви позволява да усетите колко висока е плътността на атмосферата близо до повърхността на Венера. Атмосферата на Венера е почти 100 пъти по-масивна от атмосферата на Земята, а нейната плътност на повърхността е 67 kg/m 3, което е 55 пъти по-плътно от въздуха на Земята и само 15 пъти по-малко от течната вода.
Не беше лесно да се създадат силни научни сонди, които да издържат на налягането на атмосферата на Венера, същото като на километър дълбочина в нашите океани. Но беше още по-трудно да ги накараме да издържат на околната температура от 464 ° C в присъствието на такъв плътен въздух. Топлинният поток през тялото е колосален. Следователно дори и най-надеждните устройства работеха не повече от два часа. За да се спусне бързо на повърхността и да продължи работата си там, Венера изпусна парашута си по време на кацане и продължи да се спуска, забавяна само от малък щит на корпуса си. Ударът върху повърхността беше смекчен от специално амортизиращо устройство - опора за кацане. Конструкцията се оказва толкова сполучлива, че Венера 9 безпроблемно се приземява на склон с наклон 35° и работи нормално.
Като се има предвид високото албедо на Венера и колосалната плътност на нейната атмосфера, учените се съмняваха, че близо до повърхността ще има достатъчно слънчева светлина за снимане. В допълнение, гъста мъгла може да виси на дъното на газовия океан на Венера, разсейвайки слънчевата светлина и предотвратявайки получаването на контрастно изображение. Затова първите десантни апарати са оборудвани с халогенни живачни лампи за осветяване на почвата и създаване на светлинен контраст. Но се оказа, че там има достатъчно естествена светлина: на Венера е толкова светло, колкото в облачен ден на Земята. И контрастът при естествена светлина също е доста приемлив.
През октомври 1975 г. апаратите за кацане Венера 9 и 10 чрез своите орбитални блокове предават на Земята първите в историята снимки на повърхността на друга планета (ако не вземем предвид Луната). На пръв поглед перспективата в тези панорами изглежда странно изкривена: причината е завъртането на посоката на снимане. Тези изображения са заснети от телефотометър (оптико-механичен скенер), чийто „поглед“ бавно се премества от хоризонта под краката на десанта и след това към другия хоризонт: получава се 180° сканиране. Два телефотометъра от противоположните страни на устройството трябваше да осигурят пълна панорама. Но капачките на обектива не винаги се отваряха. Например на “Венера-11 и -12” нито един от четирите не се отвори.
Един от най-красивите експерименти в изследването на Венера е извършен с помощта на сондите VeGa-1 и -2 (1985 г.). Името им означава „Венера-Халеева“, тъй като след отделянето на спускаемите модули, насочени към повърхността на Венера, летните части на сондите се отправиха да изследват ядрото на Халеевата комета и за първи път го направиха успешно. Уредите за кацане също не бяха съвсем обикновени: основната част от апарата кацна на повърхността, а по време на спускането от него се отдели балон, направен от френски инженери, и около два дни летеше в атмосферата на Венера на височина от 53-55 км, предавайки данни за температура и налягане към Земята, осветеност и видимост в облаците. Благодарение на мощния вятър, който духа на тази височина със скорост от 250 км/ч, балоните успяват да облетят значителна част от планетата. красиво!
Снимките от местата за кацане показват само малки участъци от повърхността на Венера. Възможно ли е да се види цялата Венера през облаците? може! Радарът вижда през облаците. Два съветски спътника със странични радари и един американски летяха към Венера. Въз основа на техните наблюдения са съставени радиокарти на Венера с много висока резолюция. Трудно е да се демонстрира на обща карта, но на отделни фрагменти от карта е ясно видима. Цветовете на радиокартите показват нивата: светлосиньо и тъмносиньо са низини; Ако Венера имаше вода, щеше да има океани. Но течна вода не може да съществува на Венера. И там практически няма газова вода. Зеленикави и жълтеникави са континентите, да ги наречем така. Червено и бяло са най-високите точки на Венера. Това е „Венерианският Тибет” - най-високото плато. Най-високият връх на него, връх Максуел, се извисява на 11 км.
Няма надеждни факти за дълбините на Венера, за нейната вътрешна структура, тъй като там все още не са проведени сеизмични изследвания. Освен това бавното въртене на планетата не позволява измерване на нейния инерционен момент, което би могло да ни каже за разпределението на плътността с дълбочина. Досега теоретичните идеи се основават на сходството на Венера със Земята, а очевидното отсъствие на тектоника на плочите на Венера се обяснява с липсата на вода върху нея, която на Земята служи като „лубрикант“, позволявайки на плочите да се плъзгат и се гмуркат един под друг. Съчетано с високата температура на повърхността, това води до забавяне или дори пълно отсъствие на конвекция в тялото на Венера, намалява скоростта на охлаждане на нейната вътрешност и може да обясни липсата на магнитно поле. Всичко това изглежда логично, но изисква експериментална проверка.
Между другото, около Земята. Няма да разглеждам подробно третата планета от Слънцето, тъй като не съм геолог. Освен това всеки от нас има обща представа за Земята, дори въз основа на училищни знания. Но във връзка с изучаването на други планети, отбелязвам, че ние също не разбираме напълно вътрешността на нашата собствена планета. Почти всяка година има големи открития в геологията, понякога дори се откриват нови слоеве в недрата на Земята. Дори не знаем точно каква е температурата в ядрото на нашата планета. Вижте последните прегледи: някои автори смятат, че температурата на границата на вътрешното ядро е около 5000 K, докато други смятат, че е повече от 6300 K. Това са резултатите от теоретични изчисления, които включват не съвсем надеждни параметри, които описват свойствата на материята при температура от хиляди келвини и налягане от милиони бара. Докато тези свойства не бъдат надеждно изследвани в лабораторията, няма да получим точна информация за вътрешността на Земята.
Уникалността на Земята сред подобни планети се крие в наличието на магнитно поле и течна вода на повърхността, а второто, очевидно, е следствие от първото: магнитосферата на Земята защитава нашата атмосфера и, косвено, хидросферата от слънчевата светлина вятърни потоци. За да се генерира магнитно поле, както изглежда сега, във вътрешността на планетата трябва да има течен електропроводим слой, покрит с конвективно движение и бързо ежедневно въртене, осигуряващо силата на Кориолис. Само при тези условия механизмът на динамото се включва, засилвайки магнитното поле. Венера почти не се върти, така че няма магнитно поле. Желязното ядро на малкия Марс отдавна се е охладило и втвърдило, така че му липсва и магнитно поле. Изглежда, че Меркурий се върти много бавно и би трябвало да се е охладил преди Марс, но има доста забележимо диполно магнитно поле със сила 100 пъти по-слаба от тази на Земята. Парадокс! Сега се смята, че приливното влияние на Слънцето е отговорно за поддържането на желязното ядро на Меркурий в разтопено състояние. Ще минат милиарди години, желязното ядро на Земята ще се охлади и втвърди, лишавайки планетата ни от магнитна защита от слънчевия вятър. И единствената скалиста планета с магнитно поле ще остане, колкото и да е странно, Меркурий.
Сега нека се обърнем към Марс. Външният му вид веднага ни привлича по две причини: дори на снимки, направени отдалеч, се виждат белите полярни шапки и полупрозрачната атмосфера. Подобно е и между Марс и Земята: полярните шапки пораждат идеята за наличието на вода, а атмосферата – възможността за дишане. И въпреки че на Марс не всичко е толкова добре с вода и въздух, колкото изглежда на пръв поглед, тази планета отдавна привлича изследователи.
Преди това астрономите изучаваха Марс през телескоп и затова с нетърпение очакваха моменти, наречени „противопоставяне на Марс“. Кое на какво се противопоставя в тези моменти?
От гледна точка на земен наблюдател, в момента на противопоставяне Марс е от едната страна на Земята, а Слънцето е от другата. Ясно е, че точно в тези моменти Земята и Марс се приближават на минимално разстояние, Марс се вижда в небето цяла нощ и е добре осветен от Слънцето. Земята обикаля около Слънцето всяка година, а Марс на всеки 1,88 години, така че средното време между опозициите е малко повече от две години. Последната опозиция на Марс беше през 2016 г., въпреки че не беше особено близка. Орбитата на Марс е забележимо елиптична, така че най-близките подходи на Земята до Марс се случват, когато Марс е близо до перихелия на своята орбита. На Земята (в нашата ера) това е краят на август. Следователно конфронтациите през август и септември се наричат „велики“; В тези моменти, които се случват веднъж на 15-17 години, нашите планети се приближават една до друга с по-малко от 60 милиона км. Това ще се случи през 2018 г. И супер тясна конфронтация се състоя през 2003 г.: тогава Марс беше само на 55,8 милиона км. В тази връзка се роди нов термин - „най-големите противопоставяния на Марс“: сега се считат за подходи на по-малко от 56 милиона км. Те се случват 1-2 пъти на век, но през настоящия век ще бъдат дори три - чакайте 2050 и 2082 г.
Но дори в моменти на голямо противопоставяне, малко се вижда на Марс през телескоп от Земята. Ето рисунка на астроном, който гледа Марс през телескоп. Неподготвен човек ще погледне и ще бъде разочарован - няма да види нищо, само малка розова „капка“. Но със същия телескоп опитното око на астронома вижда повече. Астрономите са забелязали полярната шапка много отдавна, преди векове. А също и тъмни и светли зони. Тъмните традиционно се наричали морета, а светлите – континенти.
Повишеният интерес към Марс възниква през ерата на голямото противопоставяне през 1877 г.: - по това време вече са били построени добри телескопи и астрономите са направили няколко важни открития. Американският астроном Асаф Хол откри спътниците на Марс - Фобос и Деймос. А италианският астроном Джовани Скиапарели скицира мистериозни линии на повърхността на планетата – марсиански канали. Разбира се, Скиапарели не беше първият, който видя каналите: някои от тях бяха забелязани преди него (например Анджело Секи). Но след Скиапарели тази тема стана доминираща в изучаването на Марс в продължение на много години.
Наблюденията на характеристики на повърхността на Марс, като "канали" и "морета", отбелязаха началото на нов етап в изследването на тази планета. Скиапарели вярва, че „моретата“ на Марс наистина могат да бъдат водни тела. Тъй като линиите, които ги свързват, трябваше да получат име, Скиапарели ги нарече „канали“ (canali), което означава морски проливи, а не създадени от човека структури. Той вярваше, че водата действително тече през тези канали в полярните региони по време на топенето на полярните шапки. След откриването на „каналите“ на Марс някои учени предположиха тяхната изкуствена природа, което послужи като основа за хипотези за съществуването на интелигентни същества на Марс. Но самият Скиапарели не смята тази хипотеза за научно обоснована, въпреки че не изключва наличието на живот на Марс, може би дори интелигентен.
Въпреки това идеята за система от изкуствени напоителни канали на Марс започна да се налага в други страни. Това отчасти се дължи на факта, че италианският канал е представен на английски като канал (изкуствен воден път), а не като канал (естествен морски пролив). А на руски думата "канал" означава изкуствена структура. Идеята за марсианците пленява много хора по онова време и не само писатели (спомнете си Х. Г. Уелс с неговата „Война на световете“, 1897 г.), но и изследователи. Най-известният от тях е Пърсивал Ловел. Този американец получи отлично образование в Харвард, овладявайки еднакво математика, астрономия и хуманитарни науки. Но като издънка на благородно семейство, той предпочита да стане дипломат, писател или пътешественик, отколкото астроном. Въпреки това, след като прочита трудовете на Скиапарели за каналите, той се увлича от Марс и вярва в съществуването на живот и цивилизация на него. Като цяло той изостави всички други въпроси и започна да изучава Червената планета.
С пари от богатото си семейство Ловел построява обсерватория и започва да чертае канали. Обърнете внимание, че тогава фотографията е била в начален стадий и окото на опитен наблюдател е в състояние да забележи най-малките детайли в условията на атмосферна турбуленция, изкривявайки изображенията на отдалечени обекти. Най-подробни бяха картите на марсианските канали, създадени в обсерваторията Ловел. Освен това, като добър писател, Ловел написа няколко интересни книги - Марс и неговите канали (1906), Марс като обител на живота(1908) и др. Само един от тях е преведен на руски още преди революцията: „Марс и животът на него“ (Одеса: Матезис, 1912). Тези книги плениха цяло едно поколение с надеждата да се срещне с марсианци.
Трябва да се признае, че историята на марсианските канали никога не е получавала изчерпателно обяснение. Има стари рисунки с канали и съвременни снимки без тях. Къде са каналите? Какво беше това? Конспирация на астрономите? Масово безумие? Самохипноза? Трудно е да обвиняваме за това учените, отдали живота си на науката. Може би отговорът на тази история предстои.
И днес ние изучаваме Марс, като правило, не през телескоп, а с помощта на междупланетни сонди. (Въпреки че телескопите все още се използват за това и понякога дават важни резултати.) Полетът на сонди до Марс се извършва по най-изгодната от енергийна гледна точка полуелиптична траектория. С помощта на третия закон на Кеплер е лесно да се изчисли продължителността на такъв полет. Поради високия ексцентрицитет на марсианската орбита времето на полета зависи от сезона на изстрелване. Средно един полет от Земята до Марс продължава 8-9 месеца.
Възможно ли е изпращане на пилотирана експедиция до Марс? Това е голяма и интересна тема. Изглежда, че всичко, което е необходимо за това, е мощна ракета-носител и удобен космически кораб. Все още никой няма достатъчно мощни носители, но американски, руски и китайски инженери работят върху тях. Няма съмнение, че такава ракета ще бъде създадена през следващите години от държавни предприятия (например новата ни ракета Ангара в най-мощната й версия) или частни компании (Илон Мъск - защо не).
Има ли кораб, в който астронавтите ще прекарат много месеци по пътя си към Марс? Все още няма такова нещо. Всички съществуващи (Soyuz, Shenzhou) и дори тези, които се тестват (Dragon V2, CST-100, Orion) са много тесни и са подходящи само за полет до Луната, където е само на 3 дни. Вярно, има идея да се надуят допълнителни стаи след излитане. През есента на 2016 г. надуваемият модул беше тестван на МКС и се представи добре. Така скоро ще се появи техническа възможност за полет до Марс. И така, какъв е проблемът? В човек!
Постоянно сме изложени на естествена радиоактивност на земните скали, потоци от космически частици или изкуствено създадена радиоактивност. На повърхността на Земята фонът е слаб: ние сме защитени от магнитосферата и атмосферата на планетата, както и нейното тяло, покриващо долното полукълбо. В ниска околоземна орбита, където работят космонавтите на МКС, атмосферата вече не помага, така че радиационният фон се увеличава стотици пъти. В открития космос дори е няколко пъти по-висок. Това значително ограничава продължителността на безопасния престой на човек в космоса. Нека отбележим, че на работниците в ядрената индустрия е забранено да получават повече от 5 rem годишно - това е почти безопасно за здравето. Космонавтите имат право да получават до 10 rem годишно (приемливо ниво на опасност), което ограничава продължителността на тяхната работа на МКС до една година. И полет до Марс с връщане на Земята в най-добрия случай (ако няма мощни изригвания на Слънцето) ще доведе до доза от 80 rem, което ще създаде голяма вероятност от рак. Именно това е основната пречка пред човешкия полет до Марс. Възможно ли е да защитим астронавтите от радиация? Теоретично е възможно.
На Земята сме защитени от атмосфера, чиято дебелина на квадратен сантиметър е еквивалентна на 10-метров слой вода. Леките атоми по-добре разсейват енергията на космическите частици, така че защитният слой на космическия кораб може да бъде с дебелина 5 метра. Но дори и в тесен кораб, масата на тази защита ще се измерва в стотици тонове. Изпращането на такъв кораб до Марс не е по силите на съвременна или дори обещаваща ракета.
Добре тогава. Да кажем, че има доброволци, готови да рискуват здравето си и да отидат до Марс по един път без радиационна защита. Ще могат ли да работят там след кацане? Може ли да се разчита, че ще изпълнят задачата? Помните ли как се чувстват астронавтите, след като са прекарали шест месеца на МКС, веднага след кацане на земята? Те се изнасят на ръце, поставят се на носилка и в продължение на две до три седмици се рехабилитират, възстановяват здравината на костите и мускулите. И на Марс никой няма да ги носи на ръце. Там ще трябва да излезете сами и да работите в тежки празни костюми, като на Луната. В крайна сметка атмосферното налягане на Марс е практически нулево. Костюмът е много тежък. На Луната беше сравнително лесно да се движите в него, тъй като гравитацията там е 1/6 от земната и през трите дни на полет до Луната мускулите нямат време да отслабнат. Астронавтите ще пристигнат на Марс, след като са прекарали много месеци в условия на безтегловност и радиация, а гравитацията на Марс е два пъти и половина по-голяма от лунната. Освен това на самата повърхност на Марс радиацията е почти същата като в открития космос: Марс няма магнитно поле и атмосферата му е твърде разредена, за да служи като защита. Така че филмът „Марсианецът” е фантастичен, много красив, но нереален.
Как си представяхме марсианска база преди? Пристигнахме, поставихме лабораторни модули на повърхността, живеем и работим в тях. А сега ето как: долетяхме, изкопахме се, изградихме убежища на дълбочина поне 2-3 метра (това е доста надеждна защита от радиация) и се опитваме да излизаме на повърхността по-рядко и не за дълго. Възкресенията са спорадични. Ние основно седим под земята и контролираме работата на марсоходите. Така те могат да се контролират от Земята, още по-ефективно, по-евтино и без риск за здравето. Това се прави от няколко десетилетия.
За това какво научиха роботите за Марс - .
Илюстрации, подготвени от В. Г. Сурдин и Н. Л. Василиева с помощта на снимки на НАСА и изображения от публични сайтове
> Земни планети
Планети от земен тип– първите четири планети от слънчевата система със снимки. Разберете характеристиките и описанието на планетите от земен тип, търсете екзопланети, изследвания.
Изследователите изучават необятността на Слънчевата система в продължение на много векове, отбелязвайки различни видове планети. След отварянето на достъпа до екзопланети нашата информационна база стана още по-широка. Освен газови гиганти открихме и обекти от земен тип. какво е това
Определение на планетите от земната група
Земна планета- небесно тяло, представено от силикатни скали или метал и има твърд повърхностен слой. Това е основната разлика от газовите гиганти, пълни с газове. Терминът е взет от латинската дума "Terra", която се превежда като "Земя". По-долу има списък, показващ кои земни планети има.
Устройство и характеристики на планетите от земната група
Всички тела имат сходна структура: метално ядро, пълно с желязо и заобиколено от силикатна мантия. Повърхностната им сфера е покрита с кратери, вулкани, планини, каньони и други образувания.
Има вторични атмосфери, създадени от вулканична дейност или пристигането на комети. Те имат малък брой сателити или са напълно лишени от такива функции. Земята има Луната, а Марс има Фобос и Деймос. Не е оборудван със системи за пръстени. Нека видим как изглеждат характеристиките на земните планети и също така да отбележим какви са техните прилики и разлики, използвайки примера на Меркурий, Венера, Земя и Марс.
Основни факти за земните планети
Меркурий- най-малката планета в системата, достигаща 1/3 от размера на Земята. Той е надарен с тънък атмосферен слой, поради което постоянно замръзва и се нагрява. Характеризира се с висока плътност на желязо и никел. Магнитното поле достига само 1% от земното. На повърхността има много дълбоки белези от кратери и слаб слой силикатни частици. През 2012 г. са забелязани следи от органичен материал. Това са градивните елементи за живота и са открити и във водния лед.
Венераподобен по размер на Земята, но атмосферата му е твърде плътна и пълна с въглероден окис. Поради това топлината се задържа на планетата, което я прави най-горещата в системата. По-голямата част от повърхността е покрита от активни вулкани и дълбоки каньони. Само няколко устройства успяха да проникнат на повърхността и да оцелеят за кратък период от време. Има малко кратери, защото метеорите изгарят.
Земята- най-големият от земния тип и има огромно количество течна вода. Той е необходим за живота, който се развива във всички форми. Има скалиста повърхност, покрита с каньони и хълмове, както и ядро от тежък метал. В атмосферата има водни пари, които спомагат за смекчаване на дневния температурен режим. Има смяна на редовните сезони. Най-голямото нагряване се получава в райони близо до екваториалната линия. Но сега процентите се покачват поради човешката дейност.
Марсима най-високата планина в Слънчевата система. По-голямата част от повърхността е представена от древни седименти и кратерни образувания. Но можете да намерите и по-млади области. Има полярни шапки, които намаляват размера си през лятото и пролетта. Тя е по-ниска по плътност от Земята, а ядрото е твърдо. Изследователите все още не са получили доказателства за живот, но има всички намеци и условия в миналото. На планетата има воден лед, органична материя и метан.
Образуване и общи характеристики на планетите от земната група
Смята се, че планетите от земния тип са се появили първи. Първоначално зърната прах се сляха, за да създадат големи обекти. Те бяха разположени по-близо до Слънцето, така че летливите вещества се изпариха. Небесните обекти нараснаха до километър, превръщайки се в планетезимални. Тогава те натрупват все повече и повече прах.
Анализът показва, че в ранния етап от развитието на Слънчевата система е можело да има около сто протопланети, чиито размери варират между Луната и Марс. Те постоянно се сблъскват, поради което се сливат, изхвърляйки парчета боклук. В резултат на това оцеляха 4 големи земни планети: Меркурий, Венера, Марс и Земя.
Всички те се характеризират с висока плътност, а съставът е представен от силикати и метално желязо. Най-големият представител на земния тип е Земята. Тези планети се отличават и с цялостната си структурна структура, която включва ядро, мантия и кора. Само две планети (Земята и Марс) имат сателити.
Актуални изследвания на планетите от земната група
Изследователите смятат, че подобните на Земята планети са най-добрите кандидати за откриване на живот. Разбира се, изводите се основават на факта, че единствената планета с живот е Земята, така че нейните характеристики и характеристики служат като един вид стандарт.
Всичко подсказва, че животът е способен да оцелее в екстремни условия. Затова се очаква да бъде открит дори на Меркурий и Венера, въпреки високите им температури. Най-много внимание се обръща на Марс. Не само е основен кандидат за намиране на живот, но е и потенциална бъдеща колония.
Ако всичко върви по план, то през 2030г. Първата група астронавти може да бъде изпратена на Червената планета. В наши дни марсоходите и орбиталните апарати са постоянно на планетата, търсейки вода и признаци на живот.
Земни екзопланети
Много открити екзопланети се оказаха газови гиганти, защото се намират много по-лесно. Но от 2005 г. започнахме активно да улавяме земни обекти благодарение на мисията Kepler. Повечето от тях бяха наречени клас супер-земя.
Сред тях си струва да си спомним Gliese 876d, чиято маса е 7-9 пъти по-голяма от тази на Земята. Той обикаля около звезда червено джудже на 15 светлинни години от нас. В системата Gliese 581 са открити 3 земни екзопланети с разстояние 20 светлинни години.
Най-малкият е Gliese 581e. Тя надвишава нашата маса само 1,9 пъти, но се намира изключително близо до своята звезда. Първата потвърдена земна екзопланета беше Kepler-10b, 3-4 пъти по-голяма от нашата маса. Той е на 460 светлинни години и е открит през 2011 г. В същото време екипът на мисията издаде списък от 1235 кандидати, от които 6 бяха от земен тип и се намираха в обитаемата зона.
Суперземи
Сред екзопланетите беше възможно да се намерят много суперземи (по размер между Земята и Нептун). Този вид не се среща в нашата система, така че все още не е ясно дали приличат повече на гиганти или на земен тип.
Сега научният свят очаква изстрелването на телескопа James Webb, който обещава да увеличи силата на търсене и да ни отвори към дълбините на космоса.
Категории планети от земния тип
Има разделение на планети от земен тип. Силикатите са типични обекти на нашата система, представени от скална мантия и метално ядро. Желязо - теоретична разновидност, състояща се изцяло от желязо. Това дава по-голяма плътност, но намалява радиуса. Такива планети могат да се появят само в райони с високи температури.
Роки е друг теоретичен тип, при който има силикатна скала, но няма метално ядро. Те трябва да се образуват по-далеч от звездата. Въглероден - снабден с метална сърцевина, около която се е натрупал съдържащ въглерод минерал.
Преди това смятахме, че сме проучили подробно процеса на формиране на планетите. Но разглеждането на екзопланети ни принуждава да открием много пропуски и да предприемем нови изследвания. Това разширява и условията за търсене на живот в извънземни светове. Кой знае какво ще видим там, ако можем да изпратим сонда.