Как образовалось семейство планет

В течение последних трехсот лет, начиная от Рене Декарта, было высказано несколько десятков космогонических гипотез, в которых рассматривались самые разнообразные варианты ранней истории Солнечной системы.

Теория, которая рассматривает происхождение планетной системы, должна объяснить:

1) почему орбиты всех планет лежат практически в плоскости солнечного экватора;

2) почему планеты движутся вокруг Солнца по орбитам, которые близки к круговых;

3) почему направление вращения вокруг Солнца одинаковый практически для всех планет и совпадает с направлением вращения Солнца и собственным вращением планет вокруг оси;

4) почему 99,8% массы Солнечной системы приходится на Солнце, тогда как 98% момента количества движения всей Солнечной системы - на планеты;

5) почему планеты делятся на две группы, которые четко отличаются между собой средней плотностью?

И, прежде всего, необходимо решить вопрос: откуда взялась вещество, из которого впоследствии сформировались планеты? Здесь возможны три варианта:

1) планеты образовались из той же газово-пылевого облака, что и Солнце (Кант);

2) это облако захватило Солнце, вращаясь вокруг центра Галактики (Шмидт)

3) они отделилось от Солнца (Лаплас, джин).

Итак, предполагают, что около пяти миллиардов лет назад в вытянутой газово-пылевом облаке, пронизанной магнитными силовыми линиями, образовалось сгущение - протосолнца, которое медленно сжималось. Другая часть облака с массой примерно в 10 раз меньше медленно вращалась вокруг него. В результате столкновений атомов, молекул и частиц пыли туманность сплющивалась и разогревалась. Так вокруг о-тосонця образовался вытянутый диск, пронизанный магнитным полем.

Под действием давления легкие химические элементы водород и гелий оставляли близкие окрестности Солнца. В конечном итоге это и обусловило существенные различия в химическом составе планет и их разделение на две группы.

Когда диск, составленный из пыли, достиг критической плотности, он начал распадаться на отдельные сгущения.

Все это время протосолнца проявляло высокую активность. В результате мощных вспышек оно выбрасывало потоки заряженных частиц, которые, двигаясь вдоль магнитных линий, переносили момент количества движения от Солнца к протопланетного облака. Кроме того, сталкиваясь, частицы вызывали ядерные реакции.

В результате столкновений происходило увеличение одних и дробление других сгущений.

Расчеты показывают, что формирование Земли продолжалось около 100000000 лет.

Выпадение отдельных сгущений на Землю и ее сжатие обусловили постепенное разогрева земных недр. В начале формирования Земли температура в ее ядре не превышала 800 К на поверхности - 300 К, но в результате процессов радиоактивного распада, сопровождавшиеся выделением энергии, отдельные зоны разогревались до температуры плавления. При этом тяжелые соединения и элементы опускались вниз, а легкие поднимались вверх.

На ранней стадии протоземля была окружена облаком небольших спутников, из которых впоследствии сформировался Луну.

Аналогично формировались и другие планеты.

Планеты

Земля

Земля имеет форму, близкую к эллипсоида вращения. Экваториальный радиус Земли равен 6378,16 км, полярный радиус - 6356,78 км. Составными частями нашей планеты являются:

1) внутреннее ядро, радиус которого около 1300 км; в нем вещество согласно последним данным находится в твердом состоянии;

2) внешнее ядро, радиус которого равен примерно 3400 км; здесь, в слое толщиной около 2100 км, вещество находится в жидком состоянии;

3) оболочка (мантия) толщиной около 2900 км;

4) кора, толщина которой составляет 4 - 8 км под океанами и 30-60 км под материками.

Кора и мантия разделены так называемой поверхностью Мохоровичича, на которой плотность вещества резко возрастает от 3,3 до 5,2 г / см3. На многие вопросы, касающиеся глубоких недр Земли, ответов пока не найдено.

В земном ядре находятся источники магнитного поля Земли. Предполагают, что геомагнитное поле обусловлено электрическими токами, циркулирующих во внешнем ядре; эти токи возникают вследствие гидродинамических движений в жидком ведущем ядре.

Силовые линии магнитного поля Земли образуют своеобразные «ловушки» для заряженных частиц, движущихся к ней. Задержанные магнитным полем Земли, эти частицы формируют огромные радиационные пояса, охватывающие нашу планету вдоль геомагнитного экватора. Выявлено три таких пояса радиации: первый - на высоте от 2400 до 5600 км, второй - от 12000 до 20000 км и третий - на высоте от 50 до 60 000 километров.

Заряженные частицы, источником которых являются преимущественно Солнце, "скользя" вдоль магнитных силовых линий, проникают в атмосферу у полюсов Земли. Сталкиваясь с атомами и молекулами атмосферы, они возбуждают свечение, которое мы наблюдаем как .полярни сияния поразительной красоты.

Жидкая оболочка Земли, покрывает 70,8% ее поверхности, называется гидросферой. В океанах содержится ~ 97% мировых запасов воды.

По современным представлениям, наличие больших водоемов на Земле сыграла решающую роль в возникновении жизни на планете.

Часть воды, объем которой около 24 млн. Км3, находится в твердом состоянии (лед). Если бы этот лед растаял, то уровень Мирового океана поднялся бы на 62 м.

С водой, а точнее, с водяным паром, связан так называемый парниковый эффект. Дело в том, что солнечное излучение, максимум которого приходится на длину волн порядка 0,55 мкм, почти не поглощаясь, проходит через атмосферу, достигает поверхности и нагревает ее. Такое же количество энергии излучается и поверхностью Земли, но преимущественно в инфракрасной части спектра. Излучение этих длин волн в значительной мере поглощается водяным паром и частично переизлучается назад по направлению к земной поверхности. В результате температура поверхности Земли имеет вуза температуру, чем она должна была бы иметь при отсутствии атмосферы.

Месяц

Месяц - ближайшее к Земле небесное тело. Температура на лунном экваторе колеблется от 160 * С днем до -130 ° С ночью. Продолжительность лунных суток составляет 29,5 земных.

Даже невооруженным взглядом на Луне хорошо заметно светлые участки («материки»), занимающие 60% лунного диска, и "моря" - 40%. Самые эффектные деталями лунного рельефа есть кольцевые горы. Крупнейшие из них, которые имеют диаметр более 35 км, конечно, называют лунными цирками. Наибольший месячный цирк - цирк Гримальди - имеет диаметр 235 км. Меньшие по размерам кольцевые горы называют кратерами. На видимой стороне Луны насчитывается около 300 000 кратеров.

Лунные кратеры окружены кольцевым валом, который имеет высоту от 300 до 7000 м. Вал, пологий снаружи, круто обрывается внутрь.

Большие темные пятна - это лунные моря. Самые крупные из них - Море Ясности и Море Спокойствия.

Для объяснения происхождения лунных кратеров и цирков выдвинуто две гипотезы вулканическую и метеоритную.

Образцы лунных пород состоят из тех же химических элементов, что и земные породы. Исследование образцов лунных пород, доставленных на Землю, показало, что их возраст колеблется в пределах от 3 * 13 до 4400000000 лет, то есть Луна и Земля образовались примерно в одно и то же время. Вулканические явления на Луне прекратились около Из миллиардов лет назад.

Атмосфера на Луне отсутствует.

Меркурий

По своим размерам эта ближайшая к Солнцу планета лишь ненамного больше Луны. Движется она вокруг Солнца по вытянутой эллиптической орбите. В течение 176 земных суток Меркурий делает два оборота по орбите и один оборот вокруг Солнца. Другими словами - одни сутки на этой планете длится два ее годы.

Поверхность Меркурия щедро усеяна кратерами, как и на Луне. '

С помощью "Маринера-10" было установлено наличие атмосферы правда, очень разреженной, состоящий, в основном, из гелия.

Температура поверхности планеты на боку, возвращенном к Солнцу, очень высокая (+ 420 ° С), ночью она уменьшается до -180 ° С.

Спутников Меркурий не имеет.

Венера

Это ближайшая к нам планета, плотно окутана облаками. Долгое время она была для нас "планетой загадок". Только в 1966 г.. Было установлено, что период осевого вращения равна 243,16 суток, причем вращение происходит не как у всех других планет, а в обратном направлении. Период вращения Венеры вокруг Солнца составляет 224,7 земных суток.

Венера - самое яркое небесное светило после Солнца и Луны. В максимуме блеска она в 12 раз ярче Сириус. Венера имеет атмосферу. Планета окутана плотной завесой белых облаков, которые отражают около 59% попадающего на нее солнечного света. Измерения показали, что толщина облачного покрова Венеры достигает 30-60 км. О химическом составе облаков известно далеко не все. Припукають, что у них есть концентрированная серная кислота, соединения ртути с серой или с хлором. Высокая температура поверхности (~ 500 ° С) установилась на ней, очевидно, вследствие парникового эффекта. С помощью радиолокационных методов изучаются и отдельные детали планеты. Было установлено - интересный факт - Венера, как и Луна, покрыта кратерами. Спутников у Венеры нет.

Марс

Эта загадочная Красная Планета волновала человечество с конца XIX века - с тех пор, как итальянский астроном Джованни Шиперелли увидел в свой телескоп каналы. Эти каналы в течение десятилетий вызвали споры о том, на Марсе жизни или нет. "Каналы Марса, вернее, их толкование повышают кровяное давление не у одного астронома. И в наше время есть много людей, которые верят в то, что на Марсе существует жизнь или горячее желают этого" (В. Г. Корлисс, США) . Прошло более ста лет со времени открытия марсианских каналов, и человеческая фантазия украшала тех пор Марс странными формами жизни. К сожалению, на самом деле все оказалось гораздо прозаичнее.

По размерам Марс почти вдвое меньше Земли, а по массе - в девять раз. Вокруг Солнца планета вращается за 687 земных суток, вокруг своей оси - за 24 часа 37 минут. На Марсе происходит регулярная смена времен года, как и на Земле.

Две трети поверхности Марса занимают светлые участки, которые называют материками, другие темные участки получили название морей. Вблизи полюсов осенью образуются белые пятна - полярные шапки, которые исчезают в начале лета. Температура на поверхности колеблется от + 30 ° С днем до -80 ° С ночью.

Атмосферное давление у поверхности Марса почти в 160 раз меньше земного. В состав атмосферы входят углекислый газ, кислород, азот, аргон, водяной пар и двуокись углерода.

Поверхность Марса усеяна кратерами. В Марса есть два очень маленькие спутника - Фобос и Деймос, которые подобно Луны всегда возвращены к Марсу одной стороной.

Более двадцати экспедиций были снаряжены к Марсу, получено огромный объем информации, но ученые до сих пор не прекращают поиск свидетельств существования жизни на Марсе в прошлом.

По многим признакам Земля и Марс между собой очень похожи. Обе планеты имеют шапки из льда на полюсах, на обеих планетах наблюдаются ветер и пыль, является система каньонов. Предполагают, что вода - основа жизни на Земле - была когда-то и на поверхности Марса. То, что в жидком состоянии ее там сейчас нет, скорее всего, является следствием тонкой атмосферы и низкого давления. Задача будущих экспедиций - собрать коллекции образцов пород и исследовать их на наличие свидетельств о древней жизни.

Первую космическую экспедицию к Марсу снарядили советские ученые в 1960 году. Благодаря международным программам "Марс", "Викинг", "Фотон", "Маринер" было получено огромный объем информации.

В июле 2003 года стартовал космический корабль, который доставил на поверхность Марса роботов "Спирит" и "Опотьюнити".

Следующие экспедиции запланировано на 2005,2007 и 2009 годы.

Юпитер

Это самая большая планета Солнечной системы; она в 317,84 раза превосходит нашу Землю по массе. Сутки на Юпитере длится всего 9:00 50 минут. Период обращения вокруг Солнца составляет 11,8 года.

На Юпитере хорошо заметны светлые и темные полосы. Главной деталью поверхности является Большое Красное Пятно (ВЧП). Этот объект наблюдают уже по крайней мере 200 лет. Сто лет назад размеры ВЧП были почти в 2 раза больше, чем в наше время.

Средняя плотность Юпитера - 1 г / см3 (как и у Солнца и других планет-лгантив). Атмосфера Юпитера содержит молекулярный водород, гелий, неон, аммиак и метан.

Юпитер имеет мощное магнитное поле.

Четыре из 13 спутников Юпитера - Ио, Европа, Ганимед и Каллисто - открыл одно время еще Галилей. По своим размерам и массе они подобны нашей Луны; другие же спутники в 50-100 раз меньше, причем четыре внешних спутники вращаются вокруг планеты в обратную сторону.

Сатурн

Это вторая по величине планета Солнечной системы, которая имеет экваториальный радиус 59900 км. Масса планеты в 95 раз больше массы Земли. Средняя плотность вещества Сатурна всего 0,7 г / см3 Это свидетельствует о том, что планета состоит, главным образом, из водорода и гелия. Расчеты показывают, что Солнце может нагреть поверхность планеты всего до -200 ° С. На самом деле температура несколько выше. Не исключено, что Сатурн, как и Юпитер, находится в состоянии медленного гравитационного сжатия.

Сатурн имеет 10 спутников и кольцо, благодаря которому очень популярен среди наблюдателей. Кольцо (а, точнее, система из нескольких концентрических колец) начинается на высоте -15000 км и заканчивается на высоте - 270 000 км от поверхности Сатурна. Состоит оно из частиц, спектры которых похожи на спектры обычного инея. Размеры частиц - от нескольких сантиметров до нескольких метров. Толщина кольца не превышает 4 км.

Самый большой спутник Сатурна - Титан (диаметр 5830 км) - имеет атмосферу из метана и аммиака. Размеры других спутников намного меньше. Вращаясь вокруг планеты, они всегда обращены к ней одним и тем же боком.

Уран

Масса Урана в 14,6 раза больше массы Земли. Период обращения вокруг Солнца - 84 года. Уран - планета Солнечной системы, имеет обратное осевое вращение. Это обстоятельство оказалось "камнем преткновения" для многих космогонических теорий.

Температуру атмосферы планеты определить очень трудно, потому что ее тепловое излучение в инфракрасном и радиодиапазоне настолько слабое, что его трудно измерить. Очевидно, температура даже освещенного Солнцем стороны не превышает -200 вС. Аммиак при такой температуре находится уже в твердом состоянии.

В 1977 г.. У планеты было обнаружено систему колец, хотя и менее плотных, чем у Сатурна. Четыре из пяти колец имеют ширину около 10 км, а пятое - 50-100 км.

Уран выглядит как звезда 6-й величины.

Нептун

Масса Нептуна в 17,2 раза больше массы Земли. Радиус Нептуна 25270 км, его атмосфера состоит из молекулярного водорода с примесью метана. Нептун имеет 2 спутника (Тритон и Нереида). Радиус Тритона около 3000 км, а масса почти вдвое больше, чем у Луны. Вращается Тритон вокруг Нептуна в обратном направлении. Период вращения Нептуна вокруг Солнца составляет около 165 лет.

Плутон

В период с 1969 по 2009 годы Плутон находится ближе к Солнцу, чем Нептун - такая форма его орбиты. Масса Плутона, очевидно, примерно такая же, как и масса Земли. Температура его поверхности составляет -220 "С. Плутон, возможно, имеет тонкую атмосферную оболочку.

Плутон - единственная планета Солнечной системы, к которой еще никогда не приближался космический корабль. Однако уже принято решение о финансировании полета автоматического зонда НАСА к Плутону. Запуск запланирован на 2006 год, но только в 2015-м году - и то благодаря баллистическом ускорению на орбите Юпитера - аппарат "Новые горизонты" преодолеет 6 млрд километров и достигнет девятой планеты, где будет изучать не только Плутон, но и его спутник Харон . Объективы станции смогут наблюдать спутники Плутона, имеют размеры всего 1 км. Среди основных задач экспедиции - составление карт невидимых сторон Плутона и Харона, карт геологических районов, определение состава атмосферы Плутона и скорости гидродинамического утечки. Предполагаемый срок работ вблизи Плутона и в поясе Койпера - 5 лет. Высказываются сомнения, что момент для путешествия выбрано не очень удачно; однако большинство ученых считают, что следует поспешить с организацией экспедиции в этот отдаленный мир. Дело в том, что Плутон уже прошел ближайшую к Солнцу часть своего пути по сильно вытянутой орбите и к 2020-му году обречен на неизбежное замерзания при температурах, близких к абсолютному нулю. Сейчас Плутон удаляется от Солнца, температура на нем снижается. Вскоре атмосфера превратится в подобие снега. Плутон переживает драматический момент в своей биографии, по сравнению с которой жизнь других планет похоже на тихий сон обывателя.

У Плутона есть спутник Харон, который по диаметру, как это ни странно, только в два раза меньше своего небесного сюзерена. В Солнечной системе размеры спутников составляют лишь проценты от диаметров планет-родителей. Как могла сформироваться двойная планетная система Плутон-Харо? Высказано смелые гипотезы - некоторые из них могли бы помочь выяснить, наконец, тайну рождения нашей Луны. Особый интерес вызывает то, что Плутон и Харон - вовсе не братья-близнецы, а полная противоположность друг относительно друга. Это касается атмосферы, отражательной способности, наличия полярных шапок.1

Какие крутые повороты эволюции так разбросали судьбы соседних планет? Никто этого не знает. Вообще, на периферии Солнечной системы, как и в любой чрезмерно просторной империи, происходит черт знает что. Поражает необычайное сходство Плутона с самым большим спутником Нептуна - Тритоном. Видимо, он также был в свое время спутником Нептуна, но какие-то небесные катаклизмы вырвали его из объятий материнской планеты. Иногда Плутон и Нептун, что забавляясь и не давая друг другу окончательно замерзнуть в космическом погребе, меняются местами.

О Плутоне известно очень мало. Период его обращения вокруг Солнца - 250 лет. По вышеуказанному гипотезой, Плутон в прошлом был спутником Нептуна. Взаимные возмущения Тритона и Плутона привели к тому, что Плутон был выброшен из системы Нептуна, а Тритон перешел на орбиту с обратным движением.

Седна

Весной 2004 года американский космический телескоп Spitzer на окраине Солнечной системы обнаружил новую планету, которую назвали Сед пою в честь эскимосской богини океана. До этого момента последней планетой Солнечной системы считали Плутон, открытый в 1930 году рассоле. С тех пор благодаря новейшим астрономическим средствам вблизи нашего светила было обнаружено большое количество различных объектов, но Седна - самый крупный среди них. Многие ученые в течение этих десятилетий высказывали предположение о том, что за орбитой Плутона должна существовать еще одна планета, получившая название Трансплутона. И вот прогнозы оправдались. Как оправдались они и в отношении других предусмотренных заранее планет Солнечной системы - Урана, Нептуна, самого Плутона.

Асторономы вычислили, что небесная Седна больше, чем астероид, но меньше, чем все известные планеты: ее диаметр - минимум 2000 км. Девятая планета Сонянои системы- Плутон - имеет в поперечнике 2 250 км. Седна совершает полный оборот вокруг Солнца по сильно вытянутой эллиптической орбите за 10 500 земных лет. Сенсационное открытие подтверждают наблюдения и другого космического телескопа - старожила "Хаббла", который работает на орбите уже 11 лет. По предварительным оценкам, Седна находится от Земли на расстоянии примерно 10 млрд. Километров, то есть в 70 раз дальше, чем Солнце. В данный момент объект находится на расстоянии около 13 млрд. Км от центра Солнечной системы, а в наиболее удаленной точке орбиты расстояние от планетоида к Солнцу достигает впечатляющей величины - 130 млрд. Километров.

Изучение орбиты Седны наталкивает на мысль об облаке Оорта - скопление астероидов с сильно вытянутой эллиптической орбите. Именно с этого пояса происходит много комет. По предположению ученых, облако Оорта окружает Солнце и простирается до половины расстояния между Солнцем и системой Альфы Центавра - ближайшей к Солнцу звездной системы. Однако Седна размещена примерно в десять раз ближе к Земле, чем пояс Оорта.

Седна имеет красноватую окраску. Краснее по Седну на небесном склоне только Марс. Существуют также косвенные доказательства наличия в Седны спутника, однако обнаружить его с помощью современных средств наблюдения невозможно. В течение ближайших 72 лет Седна будет приближаться к Земле, что позволит лучше изучить этот необычный объект. Между прочим, не все астрономы до сих пор признают статус планеты даже за Плутоном, не говоря уже о Седну.

Седну обнаружила команда ученых под руководством доктора Майкла Брауна из знаменитого Калифорнийского технологического института. Как и ожидалось, новая планета находится в той части космоса, которая называется поясом Койпера. Пояс назван в честь американского астронома Джерарда Койпера, который почти полвека назад предсказал существование малых планет за орбитой Нептуна. В этом поясе находятся сотни космических объектов - мелких и крупных. Астрономы уверены, что в поясе Койпера будет обнаружено и другие интересные небесные тела. Большинство объектов пояса Койпера представляют собой космические обломки, состоящие из льда и камня. Но Седна, как утверждают ее первооткрыватели - это настоящая планета. Итак, пояс Койпера скрывает в себе еще много тайн.

Уже сейчас можно предположить, что после открытия Седны с новой силой вспыхнут споры о том, какое же небесное тело можно считать полноценной планетой. Ведь даже с Плутоном не всё до конца понятно. Некоторые астрономы, отрицая планетный статус Плутона, воспринимают его как один из самых крупных космических объектов, "засоряют" окрестности Солнечной системы. Некоторые из этих камней лишь вдвое меньше Плутона. В пользу того, что Плутон и Седна является планетами, свидетельствует то, что они имеют устойчивую орбиту, в отличие от других объектов в поясе Койпера

На многих планетах ученые искали органические вещества и воду, но обнаружили их в значительной концентрации только на окраине Солнечной системы. Есть основания полагать, что и другие тела в поясе Койпера, в том числе и Седна, скрывают значительное количество льда и органики. На ранних стадиях развития Солнечной системы подобные объекты бродили в ее внутренних пространствах, поставляя, согласно популярной гипотезе, первичный материал для молодой Земли.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >