Солнечная система

Как появились внутренние планеты Солнечной системы

Состав различных оболочек Земли теоретически может быть определен, если известны их плотность, температура и давление. Используя зависимость между перечисленными параметрами, ученые теоретически рассчитали, какими поро­дами может быть сложена та или иная оболочка Земли.

По ми­неральному составу Земля, таким образом, делится на три части:

• нижнюю, представляющую собой железное ядро
• сред­нюю— оболочку, отвечающую мантии и сложенную силика­тами ультраосновного состава
• верхнюю оболочку — лито­сферу, характеризующуюся разнообразным составом пород.

Таково современное состояние Земли, однако и другие планеты “земной группы” (Меркурий, Венера, Земля, Марс) в целом весьма похожи по строению, так как все эти планеты образовались примерно в одно время, при примерно схожих условиях.

Наша планета, как и другие планеты Солнеч­ной системы, образовалась около 4 млрд. лет назад путем аккреции вещества газово-пылевого протопланетного обла­ка.

Формирование планет Солнечной системы из протопланетного диска, с точки зрения художника

Первичное скопление материала, вероятно, происходило при температурах, не превышающих 100° С, при которых могло идти образование некоторых магнезиальных силика­тов, металлического железа и некоторых сульфидов железа.

Основной путь образования планет заключался в диффе­ренциации материала с образованием оболочек и ядра. Высо­кие температуры, известные в недрах Земли, могут быть объяснены распадом короткоживущих радиоактивных элемен­тов и, возможно, тяжелой метеоритной бомбардировкой, характерной для всех планет земной группы.

Установлено, что расслоение Земли на ядро и оболочки стало возможным после того, как температура ее отдельных частей до­стигла 1500° С, т. е. поднялась до точки плавления железа. Расплавленное тяжелое железо, скапливаясь по законам гра­витации в центре, образовало ядро, вокруг которого происходила концентрация пород мантии и литосферы.

Формирование и общие черты

Планеты земной группы формируются в небесные тела меньшего объема, чем представители газовой

Есть предположение, что планеты, похожие на Землю, появились во Вселенной в числе первых. Сначала это были небольшие разрозненные пылинки, которые хаотично передвигались в пределах Солнечной системы. В результате близости к источнику тепла они утратили вещества, придававшие им летучесть, поэтому приобрели способность присоединяться друг к другу, образуя один большой объект, постоянно увеличивающийся в размерах.

На начальном этапе формирования образовалось порядка сотни небесных тел. В результате хаотичного движения они сталкивались между собой. Некоторые распадались, превращаясь в космический мусор, а другие объединялись. В процессе эволюции осталось только четыре планеты: Меркурий, Марс, Земля, Венера. Самой крупной по размерам считается третья от Солнца, Меркурий – маленький: диаметр 4880 км. У Марса – 2 спутника, у Земли – один, Меркурий и Венера их не имеют.

Парниковый эффект и климат

Демонстрация парникового эффекта на примере Земли

Эти два показателя на планете определяются количеством поступающих солнечных лучей, способностью отражать их и поглощать.

Меркурий расходует весь поступающий свет. Он находится близко к звезде, получает в разы (по сравнению с другими планетами) больше тепла на каждый метр площади, но температура здесь комфортная: в среднем 67 градусов, в средних широтах – 20-22 градуса, на полюсах холодно. Днем поверхность нагревается до 420 градусов, ночью остывает до -170. Такое явление объясняется парниковым эффектом.

Венера пользуется солнечным теплом лишь на 20%, остальное отражает. Находится дальше от Солнца, нежели Меркурий, то есть света получает меньше, но температура здесь, как в пекле, 450, 470 градусов, свинец и олово плавятся. В состав атмосферы входит газ, в пределах 95%, что порождает высокий уровень парникового эффекта, температура ночью и днем почти не отличается, есть молнии, кислотные дожди.

На Марсе атмосфера присутствует, хотя и более разряженная, нежели земная оболочка. Состоит из углекислого газа, аргона, окиси углерода, кислорода всего 0,15%. Несмотря на состав, она все же существенно влияет на погоду, регулирует образование ветра, осадки. Воздух прогревается за счет многочисленных пылевых бурь, которые поднимают его с поверхности и несут вверх. Парниковый эффект оказывает свое действие на климат: к средней температуре на планете добавляет 8 градусов.

У Земли есть защитный плотный слой атмосферы. Если бы он был тоньше или более рыхлым, то на нашей планете температура была бы ниже на 38-40 градусов, то есть те же показатели, которые добавляет парниковый эффект. При его отсутствии большая часть водной поверхности оказалась бы подо льдом, исчезло больше половины растительности, животных, а людям потребовалось приспосабливаться к новым климатическим условиям.

Существует ли девятая планета

После того, как Плутон был “понижен” до статуса карликовой планеты, в составе Солнечной системы официально осталось только 8 планет. Но вполне вероятно, что в самое ближайшее время их список вновь увеличится до 9.

Дело в том, что недавно учеными было обнаружено весьма странное явление за орбитой Нептуна. Речь идет о неизвестных ранее космических объектах, движущихся по своим орбитам. Основываясь на результатах наблюдений астрономы предположили, что движение этих таинственных космических объектов может быть вызвано планетой, чьи размеры в разы превосходят габариты Нептуна.

По одной из гипотез, так называемая девятая планета- это ничто иное, как хаотичное скопление комет, космического мусора, астероидов и иных объектов. Пока же, согласно последним данным, за пределами Нептуна и его спутников нет никаких неизвестных науке космических тел или же их размеры настолько малы, что ни о какой новой планете не может идти и речи. Как обстоит ситуация на самом деле, покажет лишь время.

Орбиты планет Солнечной системы. Структура

Типы планет Солнечной системы

В состав нашей с вами Солнечной системы помимо восьми основных планет, которые мы уже рассмотрели выше, входит пять карликовых планет. В зависимости от физических свойств все планеты делятся на небесные тела земной группы и “газовые гиганты”.

Земные планеты Солнечной системы

Сравнение планет позволило ученым выделить несколько основных групп небесных тел. В частности, космические объекты, которые не только внешне, но и по своему строению напоминают Землю, были объединены в отдельную категорию, получившую название планет “земной”.

К небесной группе небесных тел относятся: Земля, Марс, Венера и Меркурий. Прежде всего, их схожесть заключается в строении: твердое ядро — мантия — литосфера. Наличие общих черт обусловлено идентичными условиями и сроками образования.

Внутренние химические и механические процессы способствовали образованию внешне идентичного рельефа в виде гор, вулканов, каньонов и кратеров.

Итак, главные признаки земных планет:

• имеют твердую оболочку, над поверхностью которой находится атмосфера
• небольшое количество спутников или даже их полное отсутствие;
• нет газовых колец (как, например, у Сатурна);
• внутри каждой земной планеты имеется металлическое ядро, окруженное мантией.

Существует гипотеза, что планеты земной группы появились сразу после Солнца. Первоначально они представляли собой скопления разрозненных пылинок, которые со временем притягивались друг к другу, формируя один большой объект.

Планеты Солнечной системы — газовые гиганты

Термином газовый гигант астрофизики обозначают небесные тела, состоящие из гелия и водорода. Впервые это назначение было использовано в 1953 году, писателем — фантастом, Джеймсом Блишем.

К этой категории космических объектов относятся: Нептун, Уран, Юпитер и Сатурн. Все они отличаются достаточно серьезными объемами и сравнительно небольшой плотностью.

По своему составу газовые гиганты состоит из: гелия, метана, водорода, аммиака и других легких, летучих веществ. К другим характерным признаком планет группы относятся:

• из-за роста давления вблизи поверхности планеты атмосфера переходит в жидкое состояние;
• фактически отсутствует четкая граница между атмосферой и океаном;
• внутри планеты находится твердое ядро, раскаленное до экстремально высоких температур;
• у газовых гигантов имеется большое количество спутников, размеры которых превышают некоторые карликовые планеты;
• наличие колец, которые лучше всего заметны у Сатурна.

Огромные газовые небесные тела имеют атмосферу, в которой властвуют штормовые ветра, скорость которых достигает 500-900 метров в секунду. В среднем массы планет солнечной системы (этих гигантов) составляет не более одной тысячной от их размеров.

Карликовые планеты Солнечной системы

Международный союз астрономов трактует термин «карликовые планеты» следующим образом: сферической формы, перемещающиеся с различной скоростью вокруг Солнца.

Их «карликовость» обусловлена небольшой массой, полным или частичным отсутствием гравитации.

К специфическим свойствами карликовых планет относят:

• наличие четкой орбиты, по которой карлики движутся вокруг Солнца;
• небольшая масса, за счет которой сохраняется их характерная форма;
• они не являются спутниками других планет;
• из-за отсутствия гравитации с их орбиты и поверхности не удаляется космический мусор.

Сегодня в список карликовых планет входят: Хаумеа, Эрида, Макемаке, Плутон, Церера. Но многие ученые уверены, что это только в теории — на самом деле их гораздо больше.

Установить доподлинно так это или нет сложно, так как большинство планетарных карликов находятся на значительном удалении от Солнца, в поясе Койпера и лишь Церера «спряталась» в астероидном поясе недалеко от Юпитера.

Схожесть планет с Землей

Все планеты земной группы являются относительно небольшими, если сравнивать их с гигантами. Кроме этого они обладают твердой поверхность и более высокой плотностью. Что же общего у планет земной группы с Землей:

Меркурий и Земля. Меркурий – самая маленькая планета в Солнечной системе, в то время как Земля является самой большой в земной группе. Радиус Меркурия в три раза меньше земного. Его площадь 75 млн. км. кв., что составляет всего 10% от Земного шара. Если развернуть Меркурий, то его площадь примерно в два раза превысила бы площадь Азии. Объем составляет 6,1*1010 км3. С одной стороны может показаться, что это много, но во внутрь Земного шара смогло бы поместиться 18 планет таких, как Меркурий. Масса 3,3*1023 кг – это составляет 5,5% от земной. Что касается силы тяжести, то человек, который на Земле весит 100 кг, на Меркурии будет весить всего 38 кг.

Венера и Земля. По размерам и другим габаритам Венера сильно не отличается от Земного шара. У них практически одинаковый радиус и масса, соответственно и сила тяжести имеет незначительные различия – 100 кг на Земле будут соответствовать 91 кг на Венере.

Марс и Земля. Марс – это единственная планета Солнечной системы, больше всех похожая на Землю, поэтому она вызывает особый интерес у исследователей. У красной планеты выделяют 4 времени года. Только их продолжительность зависит от полушария. На северном полушарии летом воздух максимально прогревается до -20 градусов, в то время как в южном полушарии температура может достигать +30 градусов. В 2008 году было обнаружено, что на Марсе есть вода, в летнее время она течет по склонам. Кроме этого есть северный и южный полюсы, которые, как и на Земном шаре, спрятаны подо льдом. Ученые установили, что льда на марсианской поверхности около 150 млрд.м3. Если его растопить, то он покроет всю планеты на глубину 1 м. Однако на сегодняшний день точно неизвестно, из чего именно состоит этот лед. Это может быть как вода, так и грязь или углекислый газ. Но при этом ученые берутся утверждать, что если на Марсе есть вода, то она ничем не отличается от нашей.

Исследуя космос, ученые приходят к выводу, что за пределами Солнечной системы также есть планеты, похожие на Землю. Их называют экзопланеты и на них вполне могут быть условия для существования жизни. Первые планеты, похожие на Землю нашли в конце  80-х годов ушедшего столетия. На сегодняшний день таких небесных тел существует около 4 тысяч. А вообще склоняются, что в нашей Галактике существует около 100 млрд. всевозможных планет. Такие цифры указывают на то, что во Вселенной человек уж точно не одинок. 

К числу самых известных похожих на Землю планет в Галактике относят:

• Kepler-62 f – относится к одной из самых похожих планет на Землю. Это теплая суперземля всего в 1,4 раза превышает размеры нашей планеты. Возраст ее Светила 4-7 млрд. лет, находится звезда в созвездии Лира. Расстояние между Землей и Kepler-62 f 1200 световых лет.
• Gliese 667 C c – считается, что ее температурный режим на 90% похож на земной. От Земного шара планета отдалена на 22 световых лет, а по размерам превышает его в 3 раза. Планета имеет плотную атмосферу с большим содержанием углекислого газа.
• Kepler-62 e – еще одна экзопланета, похожая на Землю. Ученые считают, что 90% ее поверхности покрыто океаном, а по размерам она всего в 1,6 раз больше Земного шара.
• Gliese 581 g – считается одной из самых интересных экзопланет, исследования ее ведутся и сегодня. Планета вращается вокруг звезды Глизе 581, которая в свою очередь находится в созвездии Весов. Ученые считают, что экзопланета получает достаточное количество тепла и на ее поверхности вполне могут существовать водные объекты.
• Kepler-22 b –это самая изученная похожая на Землю планета в нашей Галактике. Ее Светило по массе и размеру похоже на Солнце, а располагается оно между созвездиями Лира и Лебедь. Радиус экзопланеты в 2,4 раза больше чем у Земного шара. Ученые склонны, что вокруг нее есть атмосфера с высоким содержанием СО₂, а также на планете присутствует много воды, которая покрывает практически всю поверхность кроме полярных шапок.

Текущие исследования планет земной группы

Фото поверхности Марса, сделанное марсоходом

Исследования указывают на существование жизни на Марсе на определенном этапе, поэтому изучению этой планеты отводится большой внимание. Ее рассматривают в качестве запасного варианта на случай непредвиденных ситуаций на Земле

Астронавтов планируют отправить не раньше 2030 года, но сейчас Марс исследуют орбитальные аппараты, которые усиленно ищут признаки жизни.

Меркурий и Венера малоподходящие объекты для зарождения жизни, что подтверждается существующим на планетах температурным режимом. Но если предположить, что выживание возможно в любых условиях, то эти планеты тоже можно рассматривать в качестве потенциальных колоний.

Планеты земной группы – наиболее подходящие объекты Вселенной для обнаружения на них жизни.

Экзопланеты земной группы

Большинство планет, обнаруженных за пределами Солнечной системы, были газовыми гигантами, поскольку их обнаружить легче всего. Но с 2005 года были обнаружены сотни потенциальных экзопланет земной группы — во многом благодаря космической миссии «Кеплера». Большинство планет стали известны как «суперземли» (то есть планеты с массой между Землей и Нептуном).

Примеры экзопланет земной группы включают Gliese 876 d, планету с массой в 7-9 земных. Эта планета вращается вокруг красного карлика Gliese 876, расположенного в 15 световых годах от Земли. Существование трех (или четырех) экзопланет земной группы также было подтверждено между 2007 и 2010 годом в системе Gliese 581, другого красного карлика приблизительно в 20 световых годах от Земли.

Самая маленькая из них, Gliese 581 e, по массе всего в 1,9 земных, но вращается слишком близко к звезде. Две других, Gliese 581 c и Gliese 581 d, а также предполагаемая четвертая планета Gliese 581 g, более массивны и вращаются в пределах «зоны Златовласки» звезды. Если эта информация подтвердится, система станет интересна наличием потенциально обитаемых планет земного типа.

Первая подтвержденная экзопланета земной группы Kepler-10b — планета массой в 3-4 земных, расположенная в 460 световых годах от Земли, — была обнаружена в 2011 году в ходе миссии «Кеплер». В том же году космическая обсерватория «Кеплера» выпустила список 1235 экзопланетарных кандидатов, включая шесть «суперземель», расположенных в пределах потенциально обитаемой зоны своей звезды.

С тех пор «Кеплер» обнаружил сотни планет размером от Луны до большой Земли, и еще больше кандидатов за пределами этих размеров.

Ученые предложили несколько категорий для классификации планет земного типа. Силикатные планеты — это стандартный тип планет земной группы в Солнечной системе, состоящий преимущественно из силикатной твердой мантии и металлического (железного) ядра.

Железные планеты — это теоретический тип планет земного типа, который состоит почти полностью из железа, а значит более плотный и с меньшим радиусом, чем другие планеты сопоставимой массы. Планеты такого типа, как полагают, образуются в высокотемпературных областях близко к звезде, где протопланетарный диск богат железом. Меркурий может быть примером такой группы: он образовался близко к Солнцу и обладает металлическим ядром, которое эквивалентно 60-70% планетарной массы.

Планеты без ядра — еще один теоретический тип планет земного типа: они состоят из силикатных пород, но не имеют металлического ядра. Другими словами, планеты без ядра — это противоположность железной планете. Планеты без ядер, как полагают, образуются дальше от звезды, где более распространен летучий окислитель. И хотя таких планет у нас нет, есть масса хондритов — астероидов.

Наконец, есть углеродные планеты (так называемые «алмазные планеты»), теоретический класс планет, которые состоят из металлического ядра, окруженного преимущественно углеродными минералами. Опять же, в Солнечной системе нет таких планет, но есть обилие углеродонасыщенных астероидов.

До недавнего времени все, что ученые знали о планетах — включая их образование и наличие разных типов, — выходило из изучения нашей собственной Солнечной системы. Но с развитием изучения экзопланет, которое увидело мощный всплеск за последние десять лет, наши знания о планетах существенно выросли.

С одной стороны, мы пришли к пониманию, что размер и масштаб планет куда выше, чем думали раньше. Более того, мы впервые увидели множество похожих на Землю планет (которые также могут быть обитаемы), существующих в других солнечных системах.

Кто знает, что мы найдем, когда получим возможность отправить зонды и пилотируемые миссии на другие планеты земной группы?

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.

Тепловой баланс

Этот показатель зависит от источника энергии и определяется количеством полученного и утраченного (использованного) тепла. Земля потребляет почти 2/3 солнечного света, затем посредством природных процессов перерабатывает его в инфракрасное излучение, которое необходимо для фотосинтеза, поддержания круговорота воды, формирования природных запасов: нефти, газа, угля, то есть внутренних источников тепла.

У планет, схожих с землей, их нет, или они совсем ничтожны, поэтому температура поверхности полностью формируется извне. То есть тепловой баланс регулируется наличием или отсутствием атмосферы, ее пропускной способностью, а также возможностью отправлять поступающую энергию назад в космос.

Суперземли

Сравнение размеров Земли и Gliese 832 c, относящейся к суперземлям

Так называют планеты, чья масса значительно превосходит земную, но меньше, чем у газовых космических объектов. Почему ученых заинтересовало существование этих планет? Дело в том, что многие из них находятся в так называемых обитаемых зонах. Это значит, что есть участок космоса, где условия приближены к земным.

В космосе не раз находили зачатки жизни в любом проявлении, например бактерий, находящиеся в состоянии анабиоза. Но для развития нужны определенные условия, которые можно создать искусственно.

По материалам: kipmu.ru

Астероиды и кометы Солнечной системы

Слайд 24Ещё в 1912 г. немецкий исследователь Альфред Вегенер выдвинул гипотезу

дрейфа континентов.Первые же магнитные карты тихоокеанского дна у берегов Северной

Америки, в районе хребта Хуан-де-Фука, показали наличие зеркальной симметрии. Ещё более симметричная картина обнаружена с обеих сторон центрального хребта в Атлантическом океане.

Используя концепцию дрейфа материков, известную сегодня как «новая глобальная тектоника», можно восстановить взаимное расположение континентов в далёком прошлом. Оказывается, 200 млн. лет назад она составляли единый материк.

В 50 – гг., когда широко проводились исследования дна океана, гипотеза о крупны горизонтальных перемещениях в литосфере получила новые подтверждение. Значительную роль в этом сыграло изучение магнитных свойств пород, слагающих океаническое дно.

Орбиты планет Солнечной системы лежат в одной плоскости проходящей через солнце. Почему все планеты вращаются в одной плоскости?

Тепловой баланс

Этот показатель зависит от источника энергии и определяется количеством полученного и утраченного (использованного) тепла. Земля потребляет почти 2/3 солнечного света, затем посредством природных процессов перерабатывает его в инфракрасное излучение, которое необходимо для фотосинтеза, поддержания круговорота воды, формирования природных запасов: нефти, газа, угля, то есть внутренних источников тепла.

У планет, схожих с землей, их нет, или они совсем ничтожны, поэтому температура поверхности полностью формируется извне. То есть тепловой баланс регулируется наличием или отсутствием атмосферы, ее пропускной способностью, а также возможностью отправлять поступающую энергию назад в космос.

Основные факты планет земной группы

Меркурий – самая маленькая планета, масса составляет лишь треть от Земной. Его основные характеристики:

• практически нет защитного атмосферного слоя, поэтому слишком высокая амплитуда колебания температуры;
• силикат представлен небольшими частичками, основной строительный материал – никель и железо, за счет чего небесное тело слишком плотное;
• магнитное поле отсутствует (1% от земного показателя);
• поверхность покрыта кратерами;
• есть замерзшая вода и органический материал.

Размеры Венеры мало отличаются от земных, но на этом внешнее сходство заканчивается, поскольку есть характерные особенностей:

• атмосфера настолько плотная, что не пропускает образующееся тепло в космос, в результате чего планета сильно накаляется;
• есть действующие вулканы и глубокие ущелья;
• метеориты сгорают в атмосфере, поэтому нет кратеров.

На общем фоне планет Солнечной Системы Марс выделяется высокой горой и не только:

• поверхность менее плотная, чем у Земли;
• большая часть покрыта кратерами и отложениями времен начального этапа образования;
• на Марсе есть Северный полюс, где находятся огромные глыбы замерзшей воды и углекислого газа;
• Марс называют «красной планетой» из-за оксида железа, делающего поверхность оранжевой.

На Земле созданы все условия для развития жизни: атмосфера, вода, сменяемые сезоны, оптимальный температурный режим.