Изучение Солнечной системы
Долгое время человечество было убеждено, что все звёзды и планеты вращаются вокруг Земли. Система мира с неподвижной Землёй в центре была разработана греческим учёным Птолемеем во 2 веке до нашей эры и просуществовала более полутора тысяч лет.
В 1453 году польский астроном Николай Коперник доказал, что Земля, как и другие планеты (на тот момент их было известно шесть), вращаются вокруг Солнца. Однако вплоть до XVII века церковь считала это учение ересью и боролась с его последователями.
Одним из них был итальянский монах Джордано Бруно. В 1584 году он опубликовал исследование, в котором утверждал, что Вселенная бесконечна, а Солнце подобно остальным звёздам, просто находится гораздо ближе к Земле. Бруно был схвачен инквизицией и приговорён к сожжению на костре как еретик.
Другим последователем Коперника стал итальянский учёный Галилео Галилей. Он создал первый телескоп, который позволил увидеть кратеры Луны, пятна на Солнце, открыть четыре спутника Юпитера и установить, что планеты вращаются вокруг своей оси. Чтобы не повторить судьбу Бруно, Галилей был вынужден отречься от своих идей.
В XVII веке немецкий астроном Иоганн Кеплер открыл законы движения планет — ему удалось установить связь между скоростью вращения планеты и её расстоянием от Солнца. Его идеи воспринял знаменитый английский физик Исаак Ньютон, создатель теории всемирного тяготения.
В XVIII—XIX веках открытия в области оптики позволили создать более мощные телескопы, которые позволили учёным узнать больше о солнечной системе. Были открыты планеты Уран и Нептун.
В 1951 году Советский Союз вывел на орбиту Земли первый искусственный спутник. С этого момента началась Космическая эра — эпоха практического изучения солнечной системы.
В 1961 году Юрий Гагарин стал первым человеком, побывавшем в космосе, а в 1969 году космический корабль «Аполлон-11» доставил людей на Луну.
В 1970-х годах Советский Союз и США запустили несколько десятков аппаратов для исследования Марса, Венеры и Меркурия, а запущенные в 1980-х аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2» позволили получить данные о дальних планетах — Юпитере, Сатурне, Уране, Нептуне и их спутниках. Большую роль в изучении солнечной системы сыграл вывод на орбиту Земли космического телескопа «Хаббл» в 1990 году.
В нынешнем десятилетии космические агентства разных стран планируют пилотируемый полёт на Марс. Экспедиция на другую планету станет величайшим событием в истории освоения солнечной системы. И всё же пока человечество находится в самом начале пути изучения космоса.
Знакомство с Солнечной системой
Солнечная система является частью спиралевидной галактики — Млечного пути. В самом ее центре находится Солнце – самый большой обитатель Солнечной системы. Солнце – это горячая звезда, состоящая из газов – водорода и гелия. Оно производит огромное количество тепла и энергии, без которых жизнь на нашей планете была бы просто невозможна. Солнечная система возникла пять млрд. лет назад в результате сжатия газопылевого облака.
Млечный путь
Центральное тело нашей планетной системы — Солнце (по астрономической классификации — желтый карлик), сосредоточило в себе 99,866% всей массы Солнечной системы. Оставшиеся 0,134% вещества представлены девятью большими планетами и несколькими десятками их спутников (в настоящее время их открыто более 100), малыми планетами — астероидами (примерно 100 тысяч), кометами (около 1011 объектов), огромным количеством мелких фрагментов — метеороидов и космической пылью. Все эти объекты объединены в общую систему мощной силой притяжения превосходящей массы Солнца.
Планеты земной группы составляют внутреннюю часть Солнечной системы. Планеты-гиганты образуют ее внешнюю часть. Промежуточное положение занимает пояс астероидов, в котором сосредоточена большая часть малых планет.
Фундаментальной особенностью строения Солнечной системы является то, что все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении, совпадающем с направлением осевого вращения Солнца, и в том же направлении они обращаются вокруг своей оси. Исключение составляют Венера, Уран и Плутон, осевое вращение которых противоположно солнечному. Существует корреляция между массой планеты и скоростью осевого вращения. В качестве примеров достаточно упомянуть Меркурий, сутки которого составляют около 59 земных суток, и Юпитер, который успевает сделать полный оборот вокруг своей оси менее, чем за 10 часов.
Планеты солнечной системы
Сколько существует планет?
Планеты и их спутники:
- Меркурий,
- Венера,
- Земля (спутник Луна),
- Марс (спутники Фобос и Деймос),
- Юпитер (63 спутника),
- Сатурн (49 спутника и кольца),
- Уран (27 спутника),
- Нептун (13 спутников).
- Астероиды,
- Объекты пояса Койпера (Квавар и Иксион),
- Карликовые планеты (Церера, Плутон, Эрида),
- Объекты облака Орта (Седна, Оркус),
- Кометы (комета Галлея),
- Метеорные тела.
Чем отличается земная группа?
К планетам земной группы традиционно относят Меркурий, Венеру, Землю и Марс (в порядке удаления от Солнца). Орбиты этих четырёх планет расположены до Главного пояса астероидов. Эти планеты объединяют в одну группу также из-за схожести их физических свойств — они имеют небольшие размеры и массы, средняя плотность их в несколько раз превосходит плотность воды, они медленно вращаются вокруг своих осей, у них мало или совсем нет спутников (у Земли — один, у Марса — два, у Меркурия и Венеры — ни одного).
Планеты земного типа или группы отличаются от планет-гигантов меньшими размерами, меньшей массой, большей плотностью, более медленным вращением, гораздо более разрежёнными атмосферами (на Меркурии атмосфера практически отсутствует, поэтому его дневное полушарие сильно накаляется. Температура у планет земной группы значительно выше чем у гигантов (на Венере до плюс 500 С). Элементные составы планет земной группы и планет-гигантов также резко отличаются друг от друга. Юпитер и Сатурн состоят их водорода и гелия примерно в той же пропорции, что и Солнце. У планет земной группы имеется много тяжелых элементов. Земля в основном состоит из железа (35 %), кислорода (29 %) и кремния (15 %). Наиболее распространенные соединения в коре — окислы алюминия и кремния. Таким образом, элементный состав Земли резко отличается от солнечного.
Какие есть планеты-гиганты?
К планетам-гигантам относятся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Эти планеты обладают большими размерами, но небольшой плотностью из-за своего газового состава из водорода и гелия. Тем не менее примерно 98 % суммарной массы планет Солнечной системы приходится на массу планет-гигантов! Тепловой поток из центра Юпитера и Сатурна немного превосходит поток энергии, получаемой планетой от Солнца, тогда как тепловой поток из центра Земли пренебрежимо мал по сравнению с потоком энергии, получаемой Землей от Солнца.Эти планеты удалены на большие расстояния от Солнца, поэтому самые дальние из них — Нептун и Уран, содержат большое количество льда и именуются ледяными гигантами.
Размеры планет солнечной системы
Планеты данного типа обладают большим количеством спутников, в отличие от планет земной группы, и обладают высокой скоростью вращения. Спутниками называются небольшие тела, вращающиеся вокруг планет. Область между планетами наполнена небольшими твердыми частицами и разреженными газами.
Строение метеоритных кратеров
Фотографии всех планет “земной группы”, а также каменистых спутников газовых гигантов объединяет одно общее явление – поверхность густо усеянная метеоритными кратерами. На снимках Марса, Меркурия, Луны и других небесных тел они видны отчетливо, кратеры здесь — наиболее распространенная форма рельефа.
Они составляют непрерывный по размерам ряд от микроструктур до гигантских бассейнов, имеющих тысячи километров в поперечнике. На безатмосферных небесных телах (Меркурий, Луна, Фобос, Деймос и др.) метеоритные кратеры сохранились в прекрасном состоянии. В отличие от разрушенных и погребенных земных астроблем, на космических изображениях поверхности планет земной группы и их спутников отчетливо видны все детали строения метеоритных кратеров.
Кратер Коперника на Луне, хорошо виден и кольцевой вал и днище кратера и конечно характерная горка в центре
Кольцевой вал — насыпная структура, обрамляющая кратер. Как правило, вал асимметричен, так как его внутренний склон круче внешнего. Объем кольцевого вала для метеоритных (импактных) структур обычно составляет 20—40% от объема выброшенной породы.
Днище кратеров имеет различное сечение (плоскодонное, чашеобразное и т. п.); его форма и строение усложняются с увеличением поперечника — днища крупных кратеров осложнены трещинами, рытвинами, буграми, центральными горками.
Центральная горка, или центральный пик, образуется в кратерах диаметром от 5 до 50 км. Ее образование объясняется согласно законам механики упругой отдачей пород поверхности— слоистой мишени. В кратерах диаметром более 50 км образуется система центральных кольцевых поднятий.
Импактные структуры более молодого возраста имеют лучшую сохранность. Это правило может быть использовано для относительной датировки кратерированных поверхностей планет земной группы. Степень разрушения кратеров зависит от воздействия внутренних — эндогенных и поверхностных — экзогенных процессов: тектонических деформаций вулканизма, выветривания и т. п.
Однако разрушительное действие этих факторов на “безатмосферных” планетах земной группы незначительно, и кратеры выглядят достаточно «свежими». Было установлено, что скорость разрушения кратера находится в зависимости от ее диаметра: чем меньше кратер, тем быстрее он уничтожается. Быстрее всего разрушается рельеф рыхлых выбросов из кратеров.
Среди импактных кратеров перечисленных генераций на Марсе установлены ударные структуры-гиганты поперечником до 1800 км. На плоском дне этих впадин, обычно расположенном на 3—4 км ниже среднего высотного уровня планеты, видны лишь отдельные импактные кратеры небольших размеров и хорошей сохранности. Эти депрессии иногда являются вместилищем эоловых накоплений.
По периферии впадин развиты Кордильеры — кольцевые горные поднятия с расчлененным рельефом. В плане они имеют форму сегментов шириной 200—300 км. Название «Кордильеры» принято по аналогии с лунными Кордильерами, которые примыкают к круговым морям. К подобным тектоническим сооружениям можно отнести и краевые поднятия в обрамлении земного Тихого океана (кордильеры Северной и Южной Америки).
Круговые впадины и кордильеры сопровождаются радиально-концентрическими системами разломов. Впадины ограничены резкими кольцевыми уступами высотой 1—4 км, возможно, разломной природы. Местами дуговые разломы видны в пределах Кордильер. По периферии круговых впадин намечаются радиальные разломы. По аналогии с Луной эти структуры названы талассоидами.
Гигантский кратер Герцшпрунг на Луне (диаметром 570 км) – типичный талассоид. По размеру будет побольше иных лунных морей
Большое значение для установления относительного возраста различных поверхностей планет играет плотность кратерирования: чем древнее поверхность, тем большее количество соударений с метеоритными телами она должна была испытать. Таким образом, относительно древняя поверхность на фотографическом изображении той или иной планеты должна выглядеть наиболее интенсивно кратерированной. Используя это правило, на некоторых планетах земной группы удалось выделить разновозрастные структуры.
Отличия между группами
Главное различие между
землеподобными планетами и газовыми гигантами
– их строение. Первые имеют выраженную структуру, поверхность и больше нагреваются
от тепловой энергии Солнца. Вторые представляют собой смесь различных веществ,
переходящих из газообразного состояния в жидкое, а также в центре имеют
раскаленное ядро, излучающее больше тепла, чем приносят солнечные лучи.
Планеты внешней группы Гигантов обладают более крупными размерами, нежели твердотельные соседи. Кроме того, для них характерно большое количество спутников и кольцевая система. А главное, именно формирование газовых гигантов не позволило нашей звездной системе разрастись большим количеством землеподобных тел.
Спутники планет земной группы
Меркурий и Венера не обладают естественными спутниками. Поэтому ознакомимся лишь с земным и марсианскими спутниками.
Спутник Земли – Луна
Наша планета богата одним единственным спутником – Луной. Ее изучили так подробно, как не изучали больше ни одно космическое тело. К тому же только тут сумел побывать человек.
Хотя всем известно, что Луна – это спутник, теоретически она могла стать полноценной планетой, если бы ее орбита проходила вокруг Солнца. Лунный диаметр насчитывает почти 3,5 тысячи километров, что превышает даже размеры Плутона.
Луна – это полноправный участник системы гравитации Земля-Луна. Мааса спутника не очень большая, но у них с Землей есть общий центр массы.
Среди всех космических тел, помимо Солнца, Луна оказывает на Землю наибольшее влияние. Ярким примером этого являются лунные отливы и приливы, меняющие уровень воды в океанах.
Вся лунная поверхность усыпана кратерами. Это объясняется тем, что Луна не обладает собственной атмосферой, способной оборонять ее поверхность от метеоритов. К тому же у земного спутника нет воды и ветра, с помощью которых выравнивались бы места, куда попадают метеориты. За все время существования Луны, то есть за четыре миллиарда лет, лунная поверхность собрала огромнейшее количество кратеров.
Марсианские спутники
Марс обладает двумя небольшими спутниками – Фобосом и Деймосом – открытыми в 1877 году А.Холлом. Интересно, что в определенный момент он уже так отчаялся отыскать спутники Марса, что почти завершил исследование, но его переубедила жена. А на следующий день Холл нашел Деймос. Еще спустя шесть дней – Фобос. На поверхности второго он обнаружил кратер-гигант шириной в десять километров (что составляет около половины ширины Фобоса). Исследователь дал ему в название девичью фамилию своей жены – Стикни.
И тот, и другой спутник по форме напоминают эллипсоид. Сил тяжести из-за малых размеров недостаточно, чтобы сдавить спутники в округлую форму.
Любопытно, что Марс имеет воздействие на Фобос, понемногу снижая скорость его движения. Из-за этого орбита спутника смещается все ближе к планете. В конечном итоге Фобос упадет на Марс. За сотню лет этот спутник приближается к поверхности планеты на девять сантиметров. Поэтому до момента их столкновения пройдет порядка одиннадцати миллионов лет. А вот Деймос, в свою очередь, планомерно отдаляется от планеты и с течением времени будет охвачен солнечными силами. То есть в какой-то момент своего существования Марс останется без обоих спутников.
Марсианские спутники всегда расположены одной и той же стороной к планете, потому как время обращения вокруг собственной оси совпадает с временем вращения вокруг Марса. Этим свойством они похожи на Луну, обратную сторону которой тоже никогда не рассмотреть с земной поверхности.
Фобос и Деймос по своему размеру очень маленькие. Даже лунный диаметр превышает Фобос в 158 раз, а Деймос – в 290.
О происхождении спутников Марса исследователи спорят по сей день. Это могли быть астероиды, попавшие в поле тяжести Марса. Однако от астероидов их отличает строение, что свидетельствует против такой теории. Еще одна версия – два спутника образовалось из-за раскола некогда единственного марсианского спутника на две части.
Возраст метеоритных кратеров Луны:
На Луне выделяются три возрастных группы импактных структур.
Коперниковская (самая молодая) группа объединяет кратеры с четко выраженными валами высокой степени сохранности, с крутыми внешними и внутренними склонами.
К птоломеевской группе относятся кратеры с валами, достаточно высоко поднимающимися над днищем. Часто валы имеют сложное строение благодаря развитию многочисленных мелких более молодых кратеров. Наряду с плоскими днищами имеются днища сложного строения с отдельными центральными пиками и центральными хребтами.
Структуры доптоломеевской (древней) группы характеризуются сильно разрушенными валами, часто лишь слабо возвышающимися над поверхностью материковых областей. Иногда такие валы только намечены концентрическими грядами и отдельными пологими холмами. В других случаях они расчленены системами гребней, образующими ряд субпараллельных линий. У наиболее крупных древних кратеров имеются обширные плоские днища, частично осложненные более молодыми кратерами.
Луна является хорошо изученным к настоящему времени небесным телом. Отсутствие явных признаков эндогенной и экзогенной активности на ней обусловили хорошую сохранность импактных структур, неравномерное распределение которых показало, что предела насыщения импактные кратеры достигают в древних материковых областях. В молодых морских депрессиях кратерирование минимально.
Оценки абсолютного возраста образцов лунных пород показали, что на ее поверхности наряду с молодыми кратерами существуют ударные структуры, возраст которых является весьма внушительным и равен 4,4—3,8 млрд. лет.
Над метеоритными кратерами Луны время почти не властно – там нет атмосферы, ветра и воды, стало быть кратеры долго сохраняются «свежими»
Есть ли жизнь на Марсе
Вопрос о том, есть ли жизнь на Марсе, волнует ученых уже на протяжении нескольких столетий. А если на данный момент там нет ничего живого, то может ли она быть в будущем или она уже могла там существовать. Ведь Марс находится относительно недалеко от Земного шара и имеет множество сходств с ним.
Ответ на столь волнующий вопрос пытались отыскать в цвете марсианской поверхности. Ни для кого не секрет, что планета имеет красный оттенок. Причина этому — ржавчина. С уроков химии мы знаем, что ржавчина является результатом взаимодействия кислорода, влаги и железа. Именно железо способно окисляться и разрушаться, что и приводит к появлению данного явления.
На сегодняшний день кислорода в марсианской атмосфере всего 0,1%, такого количества недостаточно для химической реакции, которая привела бы к образованию ржавчины. Следовательно, раньше О2 в атмосфере должно было быть намного больше. А это уже говорит о том, что жизнь на Марсе вполне могла существовать. На планете могли быть бактерии, микробы и даже растения. Некоторые ученые предполагают, что там даже обитали животные, однако их останков пока не найдено. Объясняют это тем, что за миллионы лет они просто могли разрушиться.
Ученые НАСА установили, что когда-то на планете было очень много воды – это еще один научный факт, который может говорить о наличии жизни на Марсе. Во время Ледникового периода вся вода превратилась в лед. Считается, что где-то под толстым слоем так называемой ржавчины скрываются замерзшие водоемы. Все процессы на Марсе в отличие от Земли происходят значительно медленней, это касается и потепления.
Ученые утверждают, что в давние времена на марсианской поверхности была буйная растительность. Несколько лет назад в Антарктиде обнаружили метеорит, который прилет с марсианской поверхности. Исследуя его, были обнаружены бактерии, в результате эволюции они могли привести к формированию растительного покрова. В 2018 году на марсианской поверхности найдена большая зона жизни. Ее возраст несколько млрд. лет. Считается, что в ее пределах была настоящая экосистема микроорганизмов.
Информацию о том, что на Марсе были или есть инопланетяне, ученые опровергли. Существует ли примитивная жизнь на планете сейчас – вопрос достаточно сложный и пока не имеет научного подтверждения. Десятилетиями проводят различные опыты, которые помогают выяснить, что даже при минимальном количестве кислорода некоторые организмы могут не только существовать, но и размножаться. В 2012 году был проведен эксперимент над водорослями и лишайниками. Для них создали условия максимально приближенные к марсианским, в которых организмы смогли развиваться и размножаться. Британцы в 2017 году опровергли существование живых организмов, так как на поверхности были найдены перхлораты. Эти вещества представляют собой соли хлорной кислоты, а они оказывают губительное воздействие и на животный, и на растительный мир. А за 3 года до этого в марсианской атмосфере выявили высокое количество метана. Появиться он мог либо в результате активной вулканической деятельности, либо его выделили формы жизни.
Каждый научный факт о существовании жизни на Марсе, то подтверждает, то опровергает ранее полученную информацию. Но исследования в этой области до сих пор продолжаются и рано или поздно человечество все же узнает, можно ли в дальнейшем колонизировать соседнюю планету.
Марс
Кроме планет Меркурий, Венера и Земля к земной группе также относят Марс. По отдаленности от Солнца он на четвертом месте. По отношению к Земле считается внешней планетой, так как Марс расположен за пределами земной орбиты. Это одна из самых удивительных планет Солнечной системы
Из-за своего кроваво-красного оттенка она на протяжении многих лет притягивает внимание жителей Земного шара. Древним римлянам цвет планеты напоминал огонь, поэтому она и была названа в честь бога войны Марса
От Солнца орбита Марса отдалена на 227,9 млн. км. По размерам планета считается небольшой, ее радиус практически в два раза меньше чем у Земного шара и составляет 3397 км. Вокруг небесного Светила Марс вращается со скоростью 24 км/с, один полный оборот он совершает за 687 земных суток. Орбита планеты немного вытянута, поэтому расстояние между Марсом и Землей постоянно меняется в пределах от 55 млн. км до 400 млн. км. Марсианские сутки длятся 24 часа 62 минуты.
В строении планеты Марс ученые выделяют три слоя:
- кора – толщина до 100 км;
- мантия – толщина до 1800 км;
- ядро – диаметр 2960 км.
Длительные исследования ученых позволили сделать вывод, что основу поверхности планеты составляют базальты. В древности у Марса была атмосфера, а вода на поверхности находилась в жидком состоянии. Доказательством этого служат многочисленные русла рек, наблюдать которые можно и сегодня. Сейчас же вода сосредоточена только под поверхностью.
На Марсе множество глубоких кратеров. Они похожи на лунные и были открыты 14 июля 1965 года. Именно тогда в 9600 км от марсианской поверхности пролетела автоматическая межпланетная станция «Маринер-4». В то время также установили, что давление около поверхности составляет 1% земного над уровнем моря. Соответственно в земной атмосфере такие условия как на Марсе достигаются лишь на высоте 30-35 км.
На «красной планете» находится самая высокая гора всей Солнечной системы – Олимп. Она представляет собой погасший вулкан высотой 27,5 километров, диаметр при этом достигает 6 тысяч метров.
Еще одна интересна форма рельефа на Марсе – каньоны Маринера, их протяженность 4 тысячи километров. В центральной части они достигают в ширину 100 км.
На Марсе есть климатические пояса. Однако, из-за того, что планета от Солнца находится дальше чем Земля, климат на ней более суровый. Средняя температура здесь фиксируется на отметке -50 градусов. Минимальные значения опускаются до -143 градусов. Сильней всего температура опускается в ночное время. Марсианская атмосфера не способна удерживать тепло. Происходит замерзание углекислого газа, что приводит к образованию сухого льда, выпадению снега.
Погодные условия на Марсе меняются достаточно часто – образуются облака, бушуют сильные ураганы, поднимаются пыльные бури, выпадают различные осадки. Марсианские бури остаются самыми впечатляющими во всей Солнечной системе. Они могут длиться месяцами и при этом охватывать всю поверхность планеты. Чаще всего бури наблюдаются в весеннее и летнее время. Основная причина ураганов – резкие перепады температуры. Ветер может достигать скорости 100м/с. Впервые за пылевой бурей на планете удалось понаблюдать в 1971 году. Тогда ее продолжительность составила 5 месяцев, а пылевые частички поднимались на высоту 10 км.
