Текст книги "Земля и планеты"
Автор книги: Константин Баев
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 3 страниц)
МЕРКУРИЙ И ВЕНЕРА
Меркурий и Венера – это две планеты «земной группы», которые находятся ближе к Солнцу, чем Земля. Что же нам известно об этих небесных телах? Ближайшая к Солнцу планета Меркурий – самая маленькая из девяти больших планет как по массе, так и по размерам.
За один земной год Меркурий успевает «обежать» Солнце четыре раза Движется Меркурий по сравнительно сильно вытянутому эллипсу, благодаря чему расстояние этой планеты до Солнца меняется от 46 до 70 миллионов километров. Наблюдая Меркурий в телескоп, можно заметить, что эта планета имеет, подобно Луне, фазы (рис. 11). Это – лишнее доказательство того, что Меркурий – тёмное шаровидное тело, освещаемое Солнцем.
Рис. 11. Фазы Меркурия.
Меркурий обращён к Солнцу всегда одной и той же стороной. Происходит это вследствие того, что он за одно и то же время делает один оборот вокруг своей оси и один оборот вокруг Солнца. Можно сказать, что на Меркурии год равен суткам.
Таким образом, на одном полушарии Меркурия царит вечный день и страшная жара, а на другом – вечная ночь и жестокий холод.
Сколько-нибудь заметных следов атмосферы учёные на этой планете не нашли.
Следующая от Солнца планета – Венера. Это самое яркое ночное небесное светило (после Луны) на нашем земном небе. Венера, наша «соседка», временами подходит к Земле на расстояние, меньшее 40 миллионов километров. Её среднее расстояние от Солнца – почти 110 миллионов километров. За 225 земных суток она завершает свой путь около Солнца. Орбита Венеры – почти правильная окружность. Предполагают, что период обращения её вокруг оси около трёх наших недель, но точно он ещё не установлен.
Расположенная ближе к Солнцу, чем наша планета, Венера получает от него в два с лишним раза больше света и тепла, чем Земля. Тем не менее с теневой стороны на Венере господствует мороз около 20 градусов ниже нуля, так как сюда не попадают солнечные лучи в течение многих суток подряд.
Венеру иногда называют «близнецом» нашей планеты, так как она очень напоминает Землю по своим размерам, массе и плотности.
В 1761 году М. В. Ломоносов открыл на Венере газовую оболочку – атмосферу, что показало её сходство с Землёй.
Атмосфера Венеры своеобразна – она всегда затянута каким-то плотным облачным, или пылевым покровом. Поэтому самую поверхность планеты мы не видим, и не знаем, есть ли там моря, горы.
Каков состав венерианской атмосферы? Это во многом ещё остаётся загадкой. Установлено, что газовая оболочка планеты очень богата углекислым газом, не пригодным, как известно, для дыхания. Кислорода и водяных паров там до сих пор не найдено. Поэтому, несмотря на то, что температура на Венере вполне пригодна для существования живых организмов, мы пока должны с большой осторожностью относиться к мысли о возможности развития на Венере жизни, сходной с земной.
Всего скорее условия на Венере близки к тем, которые предшествовали возникновению жизни на нашей планете.
Не так давно в атмосфере на Венере был найден азот и открыто, что там происходят интенсивные полярные сияния.
ПЛАНЕТЫ-ГИГАНТЫ И ПЛУТОН
Ближайшей к Солнцу планетой этой группы является Юпитер (рис. 12). Это самая большая планета среди спутников Солнца. Юпитер можно назвать главенствующей планетой, так как его тяготение сильнее тяготения всех остальных планет, вместе взятых, и влияет на движение других тел солнечной системы. Масса Юпитера в триста с лишним раз больше земной и составляет около одной тысячной массы Солнца. Средняя плотность Юпитера невелика, немногим больше, чем у воды. Объём этого гиганта в 1340 раз превышает объём Земли.
Юпитер движется вокруг Солнца на расстоянии около 780 миллионов километров.
Наблюдая эту планету в телескоп, можно обнаружить, что за какой-нибудь час она уже заметно повернулась вокруг своей оси. Сутки на Юпитере очень коротки. Они равны примерно десяти часам. Это самые маленькие планетные сутки. Зато год Юпитера, т. е. время обращения его вокруг Солнца, равен почти двенадцати земным годам.
Рис. 12. Юпитер – самая большая планета солнечной системы (вид в телескоп).
Интересно отметить также следующий факт: благодаря тому, что ось вращения Юпитера почти перпендикулярна к плоскости его орбиты, смены времён года на нём не происходит.
Другой гигант нашей планетной семьи – Сатурн. Он почти в сто раз массивнее Земли и в 750 раз превосходит её по объёму. Это значит, что плотность Сатурна много меньше земной. Она действительно меньше, чем у какой-либо из остальных планет и почти в полтора раза меньше плотности воды.
При наблюдении в телескоп Сатурн выглядит особенно эффектно среди всех других планет благодаря окружающему его кольцу (рис. 13). При ширине в несколько десятков тысяч километров оно очень тонкое – не толще 15 километров. Поэтому в те периоды, когда кольцо повёрнуто к нам ребром, оно перестаёт быть видимым.
Рис. 13. Планета Сатурн.
Подобно Юпитеру, Сатурн имеет большую скорость вращения вокруг своей оси: сутки этой планеты длятся немного более десяти часов.
Свой путь около Солнца Сатурн совершает почти за три земных десятилетия.
Последние три планеты солнечной системы – Уран, Нептун и Плутон – видимы только в телескопы и изучены значительно меньше, чем другие планеты. Особенно это относится к самой отдалённой от нас планете – Плутону, открытой, как уже говорилось, всего лишь в 1930 году.
Уран и Нептун – это «близнецы», вроде Земли и Венеры. Они весьма похожи друг на друга своими размерами, массой и многими другими особенностями. Каждая из этих планет по своему объёму примерно в шестьдесят раз больше Земли. Обе они вращаются вокруг своих осей значительно быстрее нашей планеты. Как установил советский астроном П. П. Паренаго, продолжительность суток составляет для Урана около 11, а для Нептуна – около 15 часов.
Периоды обращения Урана и Нептуна вокруг Солнца соответственно равны примерно 84 и 164 земным годам. Первый находится от Солнца примерно на расстоянии 2850 миллионов километров, а второй – четырёх с половиной миллиардов километров.
Отдельно от описанных двух групп планет стоит последняя планета солнечной системы – Плутон. Как уже говорилось, эта планета ещё очень мало изучена. Но, несмотря на скудность наших сведений о ней, мы можем всё же установить относительно неё ряд довольно важных фактов.
Период обращения Плутона вокруг Солнца равен почти 250 годам. Форма орбиты у этой планеты, как и у Меркурия, представляет собой сравнительно сильно вытянутый эллипс. Вследствие большого расстояния Плутона от Солнца (максимальное расстояние между ними – 5908 миллионов километров) господствующая на нём температура превышает температуру окружающего его мирового пространства всего на какие-нибудь 60–50 градусов, если даже не меньше (210–220 градусов мороза). Это – тёмная ледяная пустыня! Плутон получает в 1600 раз меньше солнечного тепла и света, чем Земля.
Исходя из ряда соображений, учёные считают, что по размерам и массе Плутон не отличается во многом от нашей планеты.
СПУТНИКИ И АСТЕРОИДЫ
Ближайший к нам планетный спутник – это наше «ночное светило», Луна. Примерно 384 000 километров отделяют нас от неё.
Луна постоянно повёрнута к Земле одной стороной, скрывая от наших взоров другую половину своей поверхности. Зато видимая часть лунной поверхности изучена теперь очень подробно. На ней много гор, большая часть которых имеет своеобразную кольцевую форму; их называют кратерами. Открыто немало кратеров диаметром в несколько десятков километров. Обнаружены также огромные впадины, называемые «морями», хотя в действительности в них нет ни капли воды.
Рис. 14. Участок поверхности Луны. В центре – кратер Коперника.
Луна – мёртвый, безжизненный мир. На её поверхности нет воды, которая уже давно обратилась под действием палящих солнечных лучей в пар и улетучилась в мировое пространство. Нет на Луне и сколько-нибудь ощутимой атмосферы.
За долгий лунный день (141⁄2 земных суток) поверхность нашего спутника нагревается до температуры плюс 100–120 градусов, а ночью охлаждается до минус 160 градусов.
Понятно, что говорить о какой-либо жизни при таких условиях не приходится.
Что же представляют собой лунные кратеры? Каково их происхождение?
Наука ещё не дала на эти вопросы окончательного ответа. Многие учёные считают, что кратерные горы на Луне образовались в результате вулканических процессов, протекавших некогда на поверхности нашего спутника. Таким образом, наша Луна – это мир потухших вулканов. Возможно и другое предположение: лунные кратеры – это гигантские воронки, образовавшиеся от падения на Луну громадных метеоритов.
Есть и другие нерешённые загадки, связанные с изучением поверхности нашего спутника.
Мы живём в век стремительного развития науки и техники. Уже не за горами тот день, когда человек сможет оторваться от Земли и посетить ближайшее к нам небесное тело – Луну. Вот тогда мы узнаем о Луне несравненно больше, чем знаем о ней теперь.
Выше уже упоминалось о спутниках Марса. Эти крошечные планетки видны с Земли лишь в сильные телескопы. Столько же спутников имеет Нептун. Значительно «богаче» спутниками Уран, Сатурн и Юпитер: у первого их пять, у Сатурна – девять, а самая большая планета солнечной системы – Юпитер – имеет двенадцать спутников. Таким образом, у всех планет теперь известен 31 спутник.
Изучение движения спутников планет дало возможность астрономам точно установить массы самих планет.
Некоторые спутники интересны и сами по себе. Так, самый крупный из спутников Сатурна – Титан (он почти вдвое массивнее Луны) – имеет мощную атмосферу из метана. Два из числа спутников Юпитера по своим размерам превышают планету Меркурий. Интересны также некоторые явления, связанные с движением спутников Юпитера: затмения этих спутников помогали мореплавателям в XVIII столетии определять своё местоположение. Кроме того, наблюдение затмений юпитеровых спутников привело к выводу (в XVII веке) о том, что свет распространяется не мгновенно, а со скоростью около 300 тысяч километров в секунду.
Рис. 15. Орбиты некоторых астероидов. Большинство их движется в зоне между Марсом и Юпитером.
В ночь на 1 января 1801 года итальянский астроном Пиацци заметил в одном из участков неба звёздочку, которой там никто раньше не видел. Заинтересовавшись неожиданной «находкой», учёный начал внимательно следить за ней. Звёздочка была «блуждающей», подобно планетам, она постепенно перемещалась среди других звёзд. Спустя некоторое время Пиацци заболел и потерял свою «находку», которая ушла со своего прежнего места и затерялась в звёздном мире.
Но тут на помощь пришли математические расчёты. Немецкий математик Гаусс, узнав от Пиацци три положения неизвестной планетки, где она находилась в разное время, определил, что она движется вокруг Солнца по эллиптической орбите между Марсом и Юпитером. А определив это, Гаусс указал, где можно будет увидеть новую, неизвестную планетку. В декабре 1801 года она была найдена! Планета была названа Пиацци Церерой.
Так было положено начало открытиям малых планет. В телескопе эти небесные тела выглядят как звёзды, в виде ярких точек. Поэтому их назвали астероидами, т. е. звёздоподобными.
Большой промежуток между орбитами Марса и Юпитера уже давно наводил астрономов на мысль о возможности существования в этой области неизвестной планеты. Поэтому открытие здесь малой планеты не особенно удивило астрономов. Затем количество открываемых малых планет стало расти.
К настоящему времени число открытых и занесённых в каталоги астероидов уже приближается к 2000. У всех этих планеток определены их орбиты движения (рис. 15). В отличие от больших планет некоторые астероиды движутся по сильно вытянутым эллипсам. Самая большая из малых планет – Церера; она имеет диаметр около 800 километров. Другие астероиды значительно меньше. Большинство из них представляет собой куски самой различной формы, обломки скал. Некоторые из этих малых космических тел, как, например, астероид Эрос, формой своей напоминают удлинённый брусок.
Некоторые учёные предполагают, что спутники некоторых планет образовались из астероидов Таковы, повидимому, внешние спутники Юпитера и Сатурна, некогда захваченные этими планетами среди астероидов.
Малые астероиды хорошо можно различить лишь на фотоснимках, а наиболее крупные – видимы и в телескоп. Изучение их расширяет наши познания о солнечной системе, о её происхождении и развитии.
СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ И ПЛАНЕТ
Как устроены Земля и другие планеты?
В настоящее время мы можем нарисовать уже довольно чёткую картину строения нашей планеты.
Поверхность Земли является как бы дном воздушного океана – атмосферы. Этот «океан» окружает нас со всех сторон. Где же граница атмосферы Земли?
Рис. 16. Строение атмосферы Земли. Нижний ее слой называется тропосферой Затем идёт слой стратосферы. Ещё выше – ионосфера.
Изучение некоторых природных явлений, таких, как сумеречный свет неба и полярные сияния[9]9
О полярных сияниях рассказывается в брошюре: Н. Г. Новикова, «Необыкновенные» небесные явления, «Научно-популярная библиотека» Гостехиздата.
[Закрыть], говорят о том, что даже на высотах более чем 1000 километров над поверхностью Земли ещё есть очень разреженный воздух. Какой-либо чёткой границы газовой оболочки у Земли просто нет. Плотность атмосферы с высотой уменьшается постепенно (рис. 16). Земной воздух состоит главным образом из смеси двух газов – азота (немного менее 4⁄5) и кислорода (1⁄5). Кроме того, в нём присутствуют и некоторые другие газы, составляющие в общем около одного процента. Самым важным для животного и растительного мира из содержащихся в воздухе газов является кислород: без него невозможна жизнь.
Воздух необходим для дыхания. Но кроме того, он предохраняет нашу планету от сильного охлаждения ночью и чрезмерного нагревания днём. Не будь Земля окутана «воздушным покрывалом», температура на её поверхности изменялась бы за сутки на 200 с лишним градусов, как это происходит на Луне. Известные нам формы жизни не выдержали бы таких резких температурных скачков – от стоградусной дневной жары до жесточайшего стоградусного мороза ночью.
Наконец, воздушная оболочка Земли защищает нас от небесных пришельцев – метеоритов.
Изучение внутреннего строения нашей планеты – более трудное дело.
В течение долгого времени учёные считали, что под твёрдой корой Земли вещество находится в расплавленном состоянии. Наблюдения, казалось, подтверждали эту мысль. В самом деле, по мере проникновения в глубь Земли температура горных пород растёт. В шахтах и буровых скважинах с увеличением глубины на каждые 30 метров температура повышается примерно на один градус.
Однако в дальнейшем от такой мысли отказались. Если бы всё вещество внутри нашей планеты было жидким, то плавающие на поверхности расплавленных масс материки должны были бы испытывать резкие колебания: под влиянием лунного притяжения в расплавленном теле Земли неизбежно появилась бы приливная волна[10]10
О всемирном тяготении и приливах читайте в книжке «Научно популярной библиотеки» Гостехиздата: проф. К. Ф Огородников. На чей Земля держится.
[Закрыть]. В действительности же земной шар почти не поддаётся действию приливных сил и ведёт себя так, как если бы он состоял из самой твёрдой стали. Таким образом, надо считать, Что вещество Земли в целом является твёрдым.
Однако мы знаем, что временами в разных местах земного шара происходят грозные явления – извержения вулканов. При этом из недр Земли иногда выбрасывается на поверхность огненно-жидкое вещество; это вещество, изливающееся в виде лавы, получило название магмы[11]11
О вулканах и вулканических извержениях рассказывается в брошюре «Научно-популярной библиотеки» Гостехиздата: Е. П. Заварицкая, Вулканы.
[Закрыть]. Какая же в действительности наша планета внутри – твёрдая или жидкая?
Мы ещё точно не знаем, какая температура господствует в недрах Земли. Известный советский учёный академик А. Е. Ферсман полагал, что температура земных недр на тысячекилометровой глубине свыше 1000 градусов, а в центральной части Земли доходит до нескольких тысяч градусов. При таких огромных температурах никакое вещество, казалось бы, не может оставаться твёрдым. Не значит ли это, что внутренняя часть Земли жидкая. Оказывается, нет.
Посредством остроумных, очень точных опытов учёным удалось «взвесить» Землю, определить её массу. Это позволило определить среднюю плотность нашей планеты. Выяснилось, что плотность вещества земного шара в пять с половиной раз превышает плотность воды. Это дало возможность вычислить, чему равно давление в центральной части Земли.
Оно оказалось равным примерно полутора миллионам атмосфер. Такое колоссальное давление препятствует плавлению раскалённого вещества в глубинах нашей планеты. Следовательно, основная часть вещества земного шара должна быть твёрдой.
Изучение распространения сейсмических волн, возникающих в результате землетрясений, также подтверждает этот вывод.
Но как же тогда объяснить извержения вулканов? Откуда берётся расплавленная раскалённая лава, изливающаяся из кратеров вулканов во время извержения? Учёные отвечают на этот вопрос так. Земная кора содержит радиоактивные вещества (уран, радий, торий и др.)[12]12
О радиоактивных веществах рассказывается в брошюре «Научно-популярной библиотеки» Гостехиздата: К. Б. Заборенко, Радиоактивность.
[Закрыть], которые самопроизвольно распадаются и при этом выделяют настолько значительное количество тепла, что в земной коре образуются очаги расплавленного вещества – магмы
Накапливая факты, учёные постепенно, шаг за шагом, пришли к определённым выводам и о строении нашей планеты на больших глубинах.
Многие факты и соображения говорят о том, что центральная часть Земли представляет собой тяжёлое ядро радиусом около 3500 километров. Оно состоит, повидимому, из железа и никеля с незначительной примесью других веществ. Его плотность примерно в 10 раз больше, чем у воды.
Ядро Земли окружено несколькими шаровыми слоями. Первая его оболочка имеет плотность, почти вдвое меньшую, чем самое ядро. Эта оболочка начинается от глубины в 1200 километров. В её состав входят тяжёлые горные породы, богатые железом и магнием. За ней простирается промежуточный слой меньшей плотности.
Наружный, самый верхний слой – земная кора. Средняя её плотность ещё меньше. Она имеет очень сложную структуру.
Большинство элементов, найденных в земной коре, обнаружено также на Солнце и в звёздах. На других планетах солнечной системы также не открыто веществ, которых не было бы на Земле. Всё это говорит о материальном единстве небесных тел[13]13
О химических элементах см в книжке «Научно-популярной библиотеки» Гостехиздата: A. Л. Колесников, Закон Менделеева.
[Закрыть].
А теперь о строении других планет.
Начнём с планет-гигантов. Изучение четырёх больших планет солнечной системы – Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна – показывает, что все они во многом сходны по своему строению.
Их поверхность, видимая в телескоп, напоминает густой облачный слой. Несомненно, что этот слой представляет собой газообразную оболочку планет. На Юпитере, например, даже в небольшой телескоп можно видеть тёмные и светлые полосы, которые тянутся вдоль экватора планеты, а также светлые и тёмные пятна различного размера (см. рис. 12). Форма этих полос и пятен не остаётся неизменной. Ясно, что это какие-то газовые образования, наподобие наших облаков.
Этот вывод подтверждается таким фактом: наблюдения в телескоп показывают, что разные части Юпитера вращаются вокруг его оси с несколько различной скоростью. Иными словами, планета вращается так, как не может вращаться твёрдое тело.
С помощью особого физического метода исследования – спектрального анализа[14]14
О спектральном анализе рассказывается в ряде книжек «Научно-популярной библиотеки» Гостехиздата; см., например, брошюру: С. Г. Суворов, О чём говорит луч света.
[Закрыть] учёные нашли, что атмосферы всех этих четырёх небесных тел состоят из двух газов – аммиака и метана – соединений, содержащих водород (аммиак – это соединение азота с водородом, а метан – болотный газ – соединение углерода с водородом). Ни кислорода, ни углекислоты, ни водяных паров там не было обнаружено.
При этом замечено, что количество аммиака в атмосферах планет-гигантов уменьшается с удалением от Солнца. Больше всего этого газа на Юпитере, меньше всего у Нептуна. Содержание же метана на этих планетах, наоборот, растёт по мере удаления их от Солнца.
Причина такой закономерности кроется, повидимому, не в том, что на Юпитере действительно много аммиака, а на Нептуне его мало. Дело, по всей вероятности, в другом: температура на поверхности Нептуна значительно ниже, чем на Юпитере; она составляет около 210 градусов мороза. При этих условиях весь аммиак превращается в твёрдое вещество и оседает из атмосферы, и в ней остаётся относительно больше метана.
Другая общая черта планет-гигантов состоит в том, что средняя плотность вещества этих планет сравнительно невелика; она близка к плотности воды. У Сатурна плотность даже значительно меньше плотности воды.
Эти данные, а также некоторые теоретические соображения позволяют учёным судить и о внутреннем строении планет-гигантов.
По предположению советских учёных академика В. Г. Фесенкова и А. Г. Масевич, Юпитер состоит из трёх слоёв. Первый, наружный, слой состоит из обычного водорода; второй слой, лежащий под первым, также состоит из водорода, но так как газ здесь находится под огромным давлением (в сотни тысяч атмосфер), то он очень плотно «упакован», свойства его совсем иные и в некоторых отношениях близки к свойствам жидкости. И, наконец, в центре планеты находится третий слой – её ядро, возможно состоящее из более тяжёлых химических элементов.
По расчётам В. Г. Фесенкова Юпитер почти на 90 процентов состоит из водорода.
Внутреннее строение Сатурна, Урана и Нептуна в основном приблизительно такое же, как и у Юпитера.
При наблюдении в телескоп Сатурн выделяется среди других планет своим кольцом. В сильные телескопы можно рассмотреть три легко различимые его части: внешнее кольцо, среднее и внутреннее. Таким образом, это как бы три кольца, вложенные одно в другое. Самое яркое кольцо – среднее. Диаметр внешнего кольца составляет около 275 тысяч километров.
Кольца Сатурна – удивительное, редкое образование. Астрономы, вооружённые чувствительными приборами и совершенными методами исследования, раскрыли тайну этих колец. Оказалось, что они состоят из роя твёрдых частиц – камней. Каждая из этих частиц движется по своему собственному пути около Сатурна, подобно ничтожно малому спутнику.
Пространство, занятое кольцом, не слишком густо заполнено частицами. Сквозь него можно наблюдать иногда спутников Сатурна и звёзды. Масса же кольца в целом – около одной миллионной массы планеты. Кольца Сатурна прекрасно отражают падающие на них солнечные лучи и поэтому хорошо различимы в телескопы.
Планеты другой группы – земной – по своей плотности приближаются к Земле. Надо думать, что по своему строению эти планеты, включая и нашу Землю, во многом схожи между собой. Совершенно очевидно, что они, подобно Земле, состоят из более тяжёлых веществ, чем планеты-гиганты.
Наименьшая из планет солнечной системы – Меркурий – напоминает нашего спутника Луну. Как уже говорилось, Меркурий обращён к Солнцу всегда одной своей стороной, подобно тому, как и Луна постоянно повёрнута одной стороной к Земле.
Тщательные исследования Меркурия показывают, что на нём нет сколько-нибудь заметной атмосферы; возможны лишь ничтожные следы газов.
Венера, как говорилось ранее, больше всех других планет похожа на Землю Она почти не отличается от нашей планеты по своим размерам. По массе и плотности Венера тоже мало разнится от Земли. Всё это заставляет думать, что и во внутреннем строении обеих планет нет большого различия.
Марс по своим размерам немногим больше Меркурия. Плотности этих планет почти совершенно одинаковы, что наряду с другими данными говорит о вероятном сходстве их внутреннего строения. Более подробно о Марсе мы уже говорили выше.
Остаётся сказать несколько слов о последней самой далёкой планете солнечной системы – Плутоне. Размеры и масса этой планеты, ещё не определённые достаточно точно, заставляют нас отнести её к разряду планет земной группы. И мы ещё не имеем данных, которые позволили бы нам делать сколько-нибудь достоверные предположения о внутреннем строении Плутона.
