Глава 4. Земля среди планет Солнечной системы

В ХХ веке человечество совершило реальный прорыв в Космос. Благодаря этому многократно повысился интерес к планетам Солнечной системы, обращающимся вместе с Землей вокруг Солнца. Общая протяженность Солнечной системы примерно в 40 раз превышает среднее расстояние от Земли до Солнца. Последнее равно около 150 млн км. Солнце является раскаленной звездой, входящей, как и все звезды, видимые на небе, в состав нашей звездной системы – Галактики. Диаметр Солнца в 109 раз больше диаметра Земли. А масса его примерно в 333 000 раз превышает массу нашей планеты. Масса всех планет составляет всего лишь около 0,1% от массы Солнца. Поэтому оно силой своего притяжения управляет движением членов Солнечной системы, пространство между которыми заполнено крайне разреженным газом и космической пылью. Внутренняя температура Солнца достигает 1010⁶ - 1510⁶ К. Внешнюю часть солнечной атмосферы венчает солнечная корона. Ее температура которой достигает 10⁶ - 10⁷ К. Корона испускает в межпланетное пространство поток ионизированных частиц, называемый “солнечным ветром”. С ним уносится заметная часть энергии Солнца.

В пределах Солнечной системы расположено четыре внутренних (Меркурий, Венера, Земля и Марс) и 5 внешних (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон) планет. Между Марсом и Юпитером находится пояс астероидов - малых планет.

Все планеты обращаются вокруг Солнца по эллитическим орбитам, очень близким (кроме вытянутой орбиты Плутона) к окружности. Вращаются планеты в ту сторону, в которую медленно вращается и Солнце. Порядок вращения планет вокруг своих осей нарушает лишь Венера, вращающаяся в обратную сторону вокруг своей оси.

В н у т р е н н и е п л а н е т ы С о л н е ч н о й с и с т е м ы - Меркурий, Венеру, Марс и Землю - называют планетами земного типа. Они, как и Земля, являются твердыми телами, и близки Земле по сравнительно небольшим размерам, в основном силикатно-железистому составу и внутреннему строению.

Меркурий, расположенный ближе всех к Солнцу, является одной из самых маленьких планет земной группы. Ее радиус составляет 0,4 земного радиуса. Меркурий практически лишен атмосферы, она чрезвычайно разрежена и состоит из гелия и водорода. Температура поверхности колеблется от – 173⁰ до +430⁰С. . Плотность Меркурия (5,431 г/см³) близка к плотности Земли; магнитное поле очень слабое (0,01 земного). Меркурий отличается очень медленным осевым вращением (почти 59 земных суток), составляющим 2/3 периода обращения планеты вокруг Солнца. Судя по телевизионным изображениям, переданным американским космическим аппаратом "Маринер-10" (1974 г.), Меркурий очень похож на Луну. Его поверхность покрыта многочисленными ударными кратерами - воронками с поперечниками от 0,8 до 120 км. Между сгущениями кратеров располагаются продолговатые равнины, подобные лунным "морям". Их относительно плоское дно нарушено трещинами и грядами.

В е н е р а – располагается между Меркурием и Землей. Среди планет земной группы Венера обладает наиболее плотной атмосферой, обнаруженной еще М.В.Ломоносовым. Вся вода на Венере находится в парообразном состоянии. По данным измерений и снимков, произведенных с советских спускаемых аппаратов автоматических межпланетных станций "Венера-8, -9, -10, -13, -14, -15 и -16", атмосфера Венеры состоит на 97% из углекислого газа с облаками из капелек серы и серной кислоты. Такая атмосфера создает очень сильный парниковый эффект. Температура у поверхности Венеры достигает 75020К, атмосферное давление (90 атмосфер) такое же, какое на Земле в океанах на глубине около 1 км.

Полученные материалы свидетельствуют о наличии на Венере коры аналогичной земной и о том, что местами ее поверхность сложена тонкорасслоенными каменистыми горными породами, близкими к основным базальтам. Венера обладает сильно расчлененным рельефом, амплитуда его достигает 15,5 км. Обширные понижения, напоминающие океанские бассейны Земли и лунные "моря", занимают 1/6 часть поверхности планеты. Остальную площадь составляют холмистые равнины и возвышенности. Наиболее крупными континентами являются: Земля Афродиты (размером с Африку) и Земля Иштар (размером с Австралию). На краю последней расположено сложенное базальтами высокое плато Лакшми. Кроме того, выделяются крупные вулканические массивы (до 2000 х 2000 км) и горные хребты протяженностью в сотни километров. Последние, в частности, обрамляют Землю Афродиты (с севера) и плато Лакшми. Рисунок этих линейных гряд очень напоминает рисунок горных систем Земли. Они возвышаются на 7-8 км над средним уровнем поверхности Венеры. В пределах Земли Афродиты выявлены две рифтовые долины длиной до 2200 км.

На Венере, так же как и на Земле, есть крупные вулканы. Венера характеризуется очень медленным осевым вращением (117 земных суток). Ее магнитное поле в 10⁵ раз меньше земного.Вращается Венера в обратном по отношению к своему вращению вокруг Солнца и вращению других планет и их спутников (кроме Урана и его спутников, спутника - Тритона и некоторых внешних спутников Юпитера и Сатурна) направлении.

З е м л я – самая крупная из внутренних планет Солнечной системы. По размерам , массе и средней плотности она наиболее близка Венере. Отличается от последней несколько большей массой, несколько большим периодом обращения вокруг Солнца и намного более быстрым осевым вращением. Период вращения вокруг собственной оси у Земли – 24 часа (одни сутки), а у Венеры – 243. В отличие от Солнца, состоящего из водорода и гелия, Земля содержит много кислорода и железа, кремния, магния, кальция и др. элементов. Азотно-кислородная атмосфера Земли резко отличается от атмосфер других планет. Термодинамические условия поверхности позволяют существовать воде во всех трех агрегатных состояниях - в виде пара, жидкой воды и льда. Различается и средняя температура на планетах. На Земле она составляет +14^оС, а на Венере - +467 ^оС. От других планет земной группы (и от Луны) Земля отличается тем, что ее кора сложена не только базальтами, но и гранитами (в пределах континентов); на ее поверхности присутствует большой объем жидкой воды, заполняющей океаны и моря. На Земле активно проявляются магматические и тектонические (вулканизм, движения и деформации з.к.), а также различные экзогенные (деятельность ветра, рек и т.п.) процессы; рано зародился и пышно расцвел органический мир.

экватора планеты.

Спутник Земли – Луна составляет 1/81 часть массы Земли и движется по орбите, плоскость которой наклонена к плоскости эклиптики примерно на 5. Она полностью лишена атмосферы и воды, обладает медленным осевым вращением (29,5 земных суток) и очень слабым магнитным полем. В рельефе поверхности Луны 84% занимают возвышенные участки («континенты»), сложенные полнокристаллическими (с содержаним SiO₂ от 52 до 45%) породами, резко обедненными по сравнению с земными летучими хим. элементами и соединениями (нет даже следов воды и углекислоты). Остальное приходится на широкие депрессии - “моря”, сложенные покровами базальтов, сходных с земными, но также обедненных летучими компонентами. Наиболее крупными являются: Море Дождей, Море Ясности, Море Изобилия, Море Нектара, Море Спокойствия, Океан Бурь и др. Верхняя часть коры на Луне, вероятно, сложена базальтами. Вся поверхность Луны испещрена крупными ударными кратерами - следами падения крупных метеоритов, породы на их поверхности раздроблены и содержат примесь метеоритного вещества - железа и родственных ему элементов.

Температура на поверхности Луны колеблется от +115С на освещенной Солнцем поверхности до -135С на противоположной. Отмечаются лунотрясения, очаги которых располагаются на глубине 700-1000 км, вблизи границы мантии с ядром.

М а р с - наиболее удаленная от Солнца планета земной группы. Диаметр ее примерно вдвое меньше земного, а масса равна 0,38 земной массе. Марс обладает самой низкой средней плотностью и осевым вращением равным 24 ч 37,4 мин. Марсианский год составляет 687 суток. Поэтому длительность сезонов на Марсе почти вдвое больше, чем на Земле. В зимнее время в полярных областях образуются снеговые шапки; снег состоит из воды и углекислоты.

Атмосфера на Марсе очень разреженная, состоит на 95% из углекислого газа; остальное приходится на азот, аргон и кислород (0,02%); содержание водяного пара в общем невелико. Давление ее на поверхности составляет 6 мм ртутного столба. Амплитуда высоко расчлененного рельефа достигает 27 км (на Земле - 19 км, Венере - 15,5 км). Температура поверхности Марса колеблется от -28 до -140С. Это способствует широкому распространению вечной мерзлоты в верхней части коры планеты. Развитие высохших русел рек свидетельствует, что в прошлом по поверхности Марса текла и жидкая вода.

На Марсе проявляется большинство известных на Земле экзогенных процессов. В частности, господствуют процессы, связанные с деятельностью ветра: имеются обширные песчаные пустыни с характерным грядовым рельефом. Рельеф Марса отличается высокой расчлененностью, его амплитуда достигает 27 км. Выделяются два главных типа областей: материки, густо покрытые ударными кратерами, что свидетельствует об их относительной древности, и равнины. На Марсе имеются гигантские вулканы. Один из них – самый крупный во всей Солнечной системе вулкан Олимп. Его высота 21 км.

Установлены гигантские рифтовые долины, переходящие в каньоны. Так, широтная рифтовая система Долины Маринер протягивается к югу от экватора на 4000 км. Глубина каньона достигает 10 км.

Марс имеет слабое магнитное поле. У Марса два очень небольших по размеру сложенных метеоритным веществом типа хондритов и изрытых ударными кратерами спутника - Фобос (до 27 км в поперечнике) и Деймос (до 15 км в поперечнике). Один из них вращается вокруг своей оси в направлении, противоположном вращению Марса и другого спутника.

П о я с а с т е р о и д о в. Между Марсом и Юпитером находится пояс астероидов - малых планет. Это - мелкие твердые небесные тела и обломки, достигающие в диаметре сотен километров (Церера – 767 км). В настоящее время известно более 3000 астероидов, которые время от времени сталкиваются друг с другом. Новые астероиды открывают ежегодно. Чаще всего им присваивают имена известных ученых, героев, деятелей искусства. Существует гипотеза, что астероиды – то обломки десятой планеты, названной Фаэтоном и погибшей при какой-то космической катастрофе.

В н е ш н и е п л а н е т ы С о л н е ч н о й с и с т е м ы - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун образуют внешнюю группу планет-гигантов Солнечной системы. Они по размерам, массе, составу и сроению резко отличаются от планет земной группы.

Ю п и т е р - самая крупная планета Солнечной системы. Ее радиус в 11 раз больше земного, а объем - в 1000 раз. Юпитер состоит, преимущественно, из газов. Его атмосфера толщиной 1000 км состоит главным образом из молекулярного водорода, гелия, метана и аммиака. . Из аммиака на Юпитере состоят облака. Температура внешних слоев находится в пределах 140-150 К. Между небольшим твердым ядром и газообразной атмосферой располагается мощная самостоятельная оболочка, состоящая из жидкого металлического водорода. Твердая поверхность отсутствует. Быстрое вращение Юпитера (9 ч 55 мин) создает мощное магнитное поле, на порядок превышающее земное. У Юпитера число спутников достигает 16. Четыре самые крупные из них были открыты Г.Галилеем еще в 1610 г. Это -, Ио, Европа, Каллисто. Радиус Ганимеда – 1892 км. На спутнике Ио, в основном сложенном твердым каменным материалом, открыто 8 действующих вулканов, извергающих, в отличие от земных (связанных с деятельностью СО₂ и Н₂О), расплавленную серу и сернистый газ SO₂. Другие внутренние спутники Юпитера, отстоящие от него на большее расстояние, -, Ганимед и Каллисто - покрыты ледяной корой. На Ганимеде и Каллисто имеется множество ударных кратеров - следов метеоритной бомбардировки. А на Европе – огромные трещины и расколы.

С а т у р н - вторая по величине после Юпитера планета в Солнечной системе. Ее радиус в 9 раз ревышает земной. Его быстрое вращение с периодом около 10 часов приводит к сильному сжатию планеты у полюсов и является источником магнитного поля, превышающего земное. В экваториальной плоскости Сатурн окружен кольцами, состоящими из мелкого каменного материала, покрытого, вероятно, льдом. С кольцами связаны внутренние спутники Сатурна. Спутник Титан, радиус которого 2575 км, плотность около 1,3 г/см³, обладает протяженной атмосферой, состоящей из молекулярного азота с примесью метана и водорода. Энцелада, спутнике Сатурна, состоит из замерзших газов. На нем обнаружены вулканы, выбрасывающие струи жидкости.

У р а н и Н е п т у н. Радиус Урана и Нептуна в 4 раза превышает земной. Уран имеет 15 спутников,

У р а н и Н е п т у н. Радиус Урана и Нептуна в 4 раза превышает земной. Кольца Юпитера, Сатурна и состоят из мелких (до 10-15 м в диаметре) твердых частиц камня и льда. Уран и Нептун обладают относительно высокой плотностью и имеют соответственно 15 и 2 спутников.

П л у т о н - наиболее отдаленная планета Солнечной системы (6 млрд км от Солнца). По размеру (радиус - 1800 км) и составу тяготеет не к планетам-гигантам, а к внутренним планетам змной группы. Она сложена, вероятно, из каменистого материала и льда. На поверхности Плутона обнаружен твердый метан. Температура поверхности 50⁰ К. Это приводит к вымораживанию всех природных газов, за исключением водорода и гелия. Поэтому поверхность планеты сложена твердым метаном - метановым льдом. В 1978 г. был открыт спутник Плутона, названный Хароном, который по размерам вдвое меньше, чем сама планета. Его радиус оценивается в 600-700 км, средняя плотность 1 г/см³, период обращения - 6,39 дней, при среднем радиусе орбиты 20 000 км.

Основные свойства планет Солнечной системы суммированы в таблице.

Основные свойства планет Солнечной системы¹

Планеты	Расстояние от Солнца, а.е.2	Масса, Земля = 1,00	Радиус, Земля = 1,00	Средняя плотность, г/см3	Альбедо3
Внутренние планеты
Меркурий	0,387	0,0558	0,383	5,42	0,056
Венера	0,723	0,815	0,955	5,25	0,76
Земля	1	1	1	5,52	0,36
Марс	1,534	0,1074	0,528	3,94	0,16
Луна	1	0,0123	0,273	3,34	0,067
Астероиды
Хондритовые тела	2,3 - 3,2	-0,00013	-	2,2 - 3,5	-
Внешние планеты
Юпитер	5,203	317,9	10,97	1,314	0,67
Сатурн	9.539	92,2	9,03	0,69	0,69
Уран	19,18	14,6	3,72	1,19	0,93
Нептун	30,06	17,2	3,38	1,66	0,84
Плутон	39,44	-0,0023	0,24	-1,0	0,5

¹Г.В.Войткевич Рождение Земли. Ростов-на-Дону: Феникс, 1996.

²Астрономическая единица - среднее расстояние от Земли до Солнца, равное 149,6 млн км.

³Величина, характеризующая способность поверхности тел отражать световые лучи; равна отношению отраженного потока к падающему.

Общие особенности Солнечной системы

Вопрос о строении Солнечной системы и имеет для человечества огромное познавательно-мировоззренческое и практическое значение. Первый выдающийся вклад решение этой задачи сделало величайшее творение польского ученого Николая Коперника (1473-1543) «Об обращении небесных кругов». Коперник первый установил, что Земля является не неподвижным центром Вселенной, как это считалось до него, а всего лишь небольшой и постоянно движущейся вокруг Солнца планетой. В начале 17 в. Немецкий ученый Иоганн Кеплер сформулировал законы движения планет и их спутников. А в конце 17 в. Исаак Ньютон вывел закон всемирного тяготения, который лежит в основе обнаруженных Кеплером законов жвижения планет м спутников.

В течение всего 19 века в космогонии господствовали близкие гипотезы немецкого философа Иммануила Канта (1724-1804) и французского математика Пьера Симона Лапласа (1749-1827). Но они вошли в противоречие с вновь полученными фактами и не могли объяснить необычайное распределение момента количества движения (меры вращательных движений) в Солнечной системе между Солнцем и планетами. В современной Солнечной системе наблюдается парадоксальное распределение момента количества движения. В Солнце сосредоточено более 99% всей массы Солнечной системы, но на него приходится менее 2% момента количества движения. А остальные 98% принадлежат планетам. Проблема эта решалась и решается многими учеными. Рамки настоящей книги не позволяют описывать взгляды современных ученых. Но можно утверждать, что и они до сих пор не вышли за пределы более или менее оригинальных гипотез.

Изучение других планет Солнечной системы базируется на знании вещественного состава, строения и истории развития Земли. Планеты Солнечной системы находятся на разных ступенях развития. Земля опередила другие планеты в своей эволюции. Но они, так же как и Солнце, расположенное в центре Солнечной системы, оказывают непосредственное влияние на протекающие на Земле геологические процессы. Поэтому правильно понять историю происхождения Земли и восстановить ранние стадии ее развития можно лишь с учетом строения всей Солнечной системы. В частности, в последние годы земляне озабочены вопросом: грозит ли Земле столкновение с блуждающими астероидами, метеоритами и кометами. И каковыми могут оказаться последствия такой «встречи».

Метеорное тело, имеющее небольшие размеры, иногда целиком испаряется в атмосфере Земли. Остатки метеорных тел, упавшие на Землю, называются метеоритами.

Метеориты рассматриваются как обломки малых планет, обращающихся вокруг Солнца по пересекающимся эллиптическим орбитам. Кометы (греч. «косматое светило») – также обращаются вокруг Солнца небольшие тела, окруженные обширной оболочкой из разреженного газа. Большинство из них имеет эллиптические орбиты, выходящие за орбиту Плутона.

С падением метеоритов связано образование ударных кратеров на земной поверхности. Ежегодно на поверхность Земли падает до 1000 метеоритов общей массой 1500 – 2000 тонн (5-6 тонн за они сутки). При падении крупных метеоритов выделяется огромное количество энергии. Палеонтологи установили, что 247, 220 и 65 млн. лет назад на Земле погибло около 95% всего живого. Ряд ученых связывает это с падением на поверхность Земли крупных фрагментов метеоритов и т.п.

Основным источником падающих на Землю метеоритов служит пояс астероидов, которые обращаются по гелиоцентрической орбите между Марсом и Юпитером. Общее число сближающихся с Землей малых планет достигает 1000. Первое зафиксированное китайскими астрономами в хрониках появление кометы относится к 2296 году до н. За всю историю человечества до наших дней наблюдалось всего около 2000 кометных появлений. Иногда астероиды приближаются к Земле. Так, в 1993 г. астероид Икар прошел в опасной близости от Земли.

Солнце является гигантским источником столь необходимой люям энергии. И человек давно приступил к практическому использованию солнечной энергии. Грандиозный экологически чистый проект перекачки энергии Солнца на Землю хочет осуществить в XXI веке Япония. В стране начаты научные работы по созданию первой в истории космической электростанции мощностью в миллион киловат. Планируется запустить в космос на 36 тыс. км от Земли спутник весом 20 тыс. тонн с двумя солнечными батареями. Каждая из них будет иметь по 1 км в ширину и по 3 км в длину. Эта конструкция будет передавать собранную энергию наземной антенне.