Сім’я Сонця

Наш космічний дім — Земля — ​​одна з планет сонячної системи. Разом з ними здійснює вона свій вічний біг навколо Сонця. Земля — ​​третя за відстанню планета. Ближче до денного світила рухаються стрімке Меркурій і красуня Венера.

Меркурій — найменша планета сонячної системи. Свій оборот навколо Сонця вона здійснює за 88 діб, тобто рік на Меркурії в чотири рази коротше земного. До недавнього часу астрономи вважали, що і період добового обертання Меркурія також становить 88 діб. У такому випадку до Сонця була б завжди повернена одна і та ж половина планети. На одній півкулі Меркурія був би вічний день, на іншому вічна ніч. Проте останнім часом були отримані дані, що свідчать про те, що періоди обігу і власного обертання Меркурія не збігаються. Виявилося, що період обертання дорівнює приблизно 59 добі. Таким чином, і на цій планеті відбувається хоч і повільна, але все ж зміна дня і ночі.

Близькість Меркурія до Сонця змушує припускати, що на його поверхні повинна бути дуже висока температура. Дійсно, спостереження показали, що на зверненої до Сонця стороні планети температура в окремих точках досягає 430 ° Цельсія.

У той же час можна очікувати, що оскільки Меркурій майже позбавлений атмосфери, то на його темній стороні повинен панувати глибокий холод. Однак, як показали спостереження, найнижча температура на нічний половині планети складає всього близько -70 ° Цельсія. Складається враження, що на Меркурії все ж відбувається певний перенесення тепла з денного боку на нічну, тобто має місце атмосферна циркуляція.

Отримані в 1903 р. радянським астрономом В. І. Морозом дані показують, що атмосферний тиск у поверхні Меркурія складає від 1 до 20 мм ртутного стовпа. На думку Мороза, газова оболонка цієї планети, мабуть, складається з 10% вуглекислого газу і 90% азоту. Наявність подібної атмосфери пояснює відтік тепла з освітленої сторони на темну.

Не виключена також можливість, що певний вплив, на меркурпапекпе температури надає теплове випромінювання внутрішньої сонячної корони. Взагалі ж питання про розподіл температур, і особливо кліматичних поясів по поверхні Меркурія досить складний, тим більше що до цих пір не вдається точно визначити кут нахилу осі обертання Меркурія до площини його орбіти.

Слідом за Меркурієм розташовуються три планети: Земля і дві її найближчі космічні сусідки — сусідка з боку Сонця Венера і сусідка з боку, протилежної Сонцю, — таємничий червонуватий Марс.

Астрономи називають найближчі до Сонця планети планетами групи Землі. Планети ці порівняно невеликі. Їх поперечники укладені в межах від 5 тис. км (поперечник Меркурія) до 12755 о / (поперечник Землі).

До складу планет земної групи входять головним чином важкі хімічні елементи з великою питомою вагою. Так, наприклад, середня щільність речовини Землі становить 5,5 одиниць, де за одиницю приймається щільність води.

Наступна планета сонячної системи — гігант Юпітер, поперечник якого становить 143 тис. км. Ця планета за обсягом в 1300 разів перевершує нашу Землю. За нею по порядку йдуть величезні планети: Сатурн, який оточений знаменитими кільцями-унікальним утворенням у світі планет, Уран і Нептун.

Хоча далекі планети за своїми розмірами значно більше планет земної групи, середня щільність їх речовини значно нижче. Для Юпітера вона дорівнює 1,4, а для Сатурна навіть 0,7, тобто нижче щільності води. Це пояснюється тим, що до складу планет-гігантів входять головним чином легені хімічні елементи — водень та його сполуки — аміак і метан.

Дев’ята планета сонячної системи знову невелика за розмірами. Це Плутон, який був відкритий порівняно недавно, в 1930 р.

Земля представляється нам, її жителям, величезною. Але якщо навіть зібрати разом всі планети, то виявиться, що в них міститься менше 1% речовини всієї сонячної системи. Головна його частина зосереджена в центральному тілі нашої планетної сім’ї — Сонце, маса якого виражається величезним числом лютого 1033 г (2 — 1027 т). Це відповідає 333 343 земним масам.

Сучасна наука досить добре вивчила складні процеси, що протікають в надрах Сонця. Що ж стосується внутрішньої будови планет, то хоча найближчі до нас планети розташовані па порівняно невеликих відстанях від Землі, і самі ми живемо на планеті, надра цих небесних тіл багато в чому залишаються для нас загадкою. На перший погляд це здається парадоксальним. Але, як і у будь-якого парадоксу, у такого стану речей є своя цілком певна причина. Планети — тверді тіла, а тверде тіло — фізична система, поведінка якої підпорядковується набагато складнішим закономірностям, ніж поведінка газових систем, подібних зірок. І ці закономірності теоретично ще далеко не вивчені. Що ж до експериментальних досліджень, вивчення відповідних моделей в лабораторних умовах, то цьому перешкоджають величезні тиску в мільйони атмосфер, а також температури в тисячі градусів, які надзвичайно важко відтворити штучним шляхом.

Однак на допомогу дослідникам прийшов природний прожектор, здатний просвітити земні надра — хвилі землетрусів, або, як їх називають, сейсмічні хвилі. Характер поширення цих волі залежить від будови тих чи інших верств, від стану речовини. Саме сейсмічні спостереження дозволили виявити шарувату будову нашої планети. Виявилося, що верхній шар, земна кора, простягається до глибини близько 30 км. Далі йде так звана мантія. У міру збільшення глибини зростає і температура. На відстані близько 100 км від земної поверхні вона перевершує температуру плавлення багатьох порід. Тут залягають вулканічні осередки. На ще більших глибинах зростання температури все ще триває, але разом з тим значно зростає тиск. Це перешкоджає плавлению речовини. Незважаючи па дуже високу температуру, воно залишається твердим.

Чергова межа розділу лежить на глибині близько 3000 км. Саме тут спостерігається різка зміна характеру поширення сейсмічних волі. Нижче цього рівня знаходиться так зване ядро ​​Землі. За своїм хімічним складом воно мало відрізняється від речовини мантії, але тут панують тиску близько 1,5 млн. атмосфер. За таких тисках речовина переходить в металеву фазу, неметали набувають цілий ряд властивостей, властивих металам, зокрема, високу тепло-і електропровідність. Температура плавлення такого металізованого речовини нижче, ніж речовини мантії. Тому ядро, як це на перший погляд не здасться дивним, знаходиться в рідкому стані.

Однак на глибині близько 5000 км характер поширення сейсмічних волі снопа змінюється. Тут починається сама центральна зона земних надр — внутрішнє ядро. Тиск у цій зоні настільки велике, що навіть металізоване речовина залишається твердим, незважаючи на дуже високу температуру.

Таким чином, внутрішня будова нашої планети визначається головним чином двома факторами — температурою і тиском. Основним джерелом внутрішнього тепла Землі є розпад радіоактивних елементів. Що ж стосується тиску, то воно цілком залежить від маси речовини нашої планети. Відштовхуючись від цих даних, можна судити і про внутрішню будову інших небесних тіл, що входять до складу сонячної системи.

Так, наприклад, маса Венери лише трохи менше маси Землі. Є також підстави припускати, що оскільки Венера формувалася приблизно в тому ж районі сонячної системи, що і Земля, то запаси радіоактивних елементів у її надрах повинні бути порівнянні з земними. Тому дуже ймовірно, що внутрішня будова Венери схоже з внутрішньою будовою Землі. Різниця можливо тільки в самому центрі планети, де тиск нижче, так як радіус Венери все ж на кілька сотень кілометрів менше земного. Тому у Венери може і не бути внутрішнього ядра.

Зовсім інший характер має мати внутрішню будову тіл меншого розміру, таких, як Марс або супутник Землі — Місяць. Розрахунки показують, що центральне ядро ​​утворюється за рахунок внутрішнього тиску тільки у тих планет, маса яких становить не менше 0,8 маси Землі. Маса Марса дорівнює ‘/ ю маси нашої планети, а маса Місяця в 81 разів менше, ніж у Землі.

Таким чином, в цих небесних тіл внутрішній тиск до утворення центральних ядер привести не могло. Однак, з іншого боку, при більш низькому тиску радіоактивне тепло могло переплавити переважну частину речовини Марса і Місяця. Дуже може бути, що в надрах Марса та Місяця відбувався досить інтенсивний процес так званої гравітаційної диференціації. Більш важкі речовини, і перш за все залізо, під дією тяжкості опускалися до центру і могли утворити тут щільне ядро. У той же час більш легкі хімічні речовини випливали на поверхню, виносячи з собою радіоактивні речовини, які зазвичай містяться саме в легенях породах. А це в свою чергу мало призвести до швидкого розсіювання радіоактивного тепла в світовий простір і згасання горотворних процесів. По, зрозуміло, це зовсім не означає, що в надрах Марса та Місяця все мертве. Якісь глибинні процеси, хоча і не настільки інтенсивні, як в надрах Землі, мабуть, тривають і па цих небесних тілах.

Найбільшою щільністю речовини серед усіх планет сонячної системи має маленький Меркурій. На перший погляд це може здатися дивним, оскільки маса Меркурія в 20 разів менше земної і, отже, тиск в його відрах порівняно невелике. Однак не слід забувати про близькість Меркурія до Сонця. Матеріал, з якого сформувалася ця планета, був сильно прогрітий сонячними променями. Легкі речовини при цьому випарувалися і до складу Меркурія увійшли головним чином тугоплавкі елементи з великою питомою вагою.

Зате до складу планет-гігантів, розташованих далеко від Сонця, в холодній зоні сонячної системи, увійшли у великій кількості легкі елементи, в тому числі водень та його сполуки — метан і аміак. За розрахунками астрономів, водень становить від 0,5 до 0,9 маси великих планет. Але оскільки в надрах цих небесних тіл тиску надзвичайно великі, водень тут вже не газ — він повинен перейти в тверду, а можливо, і в металізовану фазу. На жаль, цим в основному і обмежуються наші відомості про внутрішню будову планет-гігантів, так як теорія твердих станів водню при великих тисках майже не розроблена.

Правда, різними дослідниками створено чимало теоретичних моделей великих планет, але, на жаль, у нас поки немає можливості визначити, які з них ближче до істини. Найбільш поширеною є наступна схема: у центрі величезне ядро ​​з металізованих газів, оточене мантією з кристалічних твердих газів, а на поверхні океан рідкого водню, оточений щодо щільної газової атмосферою.

Абсолютно особливий інтерес представляє внутрішню будову Юпітера. Не так давно американський астроном Лоу, вимірюючи випромінювання Юпітера в інфрачервоних променях за допомогою спеціально сконструйованого надзвичайно чутливого приладу, виявив, що гігантська планета випромінює в інфрачервоному діапазоні в два з половиною рази більше променистої енергії, ніж отримує її від Сонця. За підрахунками вчених Юпітер щомиті випромінює енергію, приблизно рівну енергії вибуху декількох десятків тисяч атомних бомб.

Настільки сильний потік тепла, що йде з надр цієї планети, важко пояснити одним лише радіоактивним розпадом. Для цього, згідно обчислень американського вченого Р. Смолучовского, в надрах Юпітера мало б міститися в 100 тисяч разів більше радіоактивних речовин, ніж їх є на Землі.

Відомий американський дослідник планет Дж. Койпер висловив навіть думку про те, що всередині Юпітера працює джерело енергії зоряного типу, тобто в його надрах відбуваються термоядерні процеси. Подібне припущення виглядає досить ефектно. Якби воно справдилося, то виявилося б, що ми живемо в системі подвійної зірки Сонце — Юпітер. Однак воно мало правдоподібно. Хоча Юпітер володіє дуже великою масою (в 318 разів більше маси Землі) і тиск в його центральній частині дуже велике, ця планета все ж занадто холодна для того, щоб в її надрах міг відбуватися термоядерний синтез.

У зв’язку з цим Смолучовекій висунув гіпотезу, згідно з якою загадкове випромінювання Юпітера пояснюється повільним внутрішнім стисненням.

Подальші дослідження Юпітера представляють величезний інтерес, так як ця планета унікальна за своїми розмірами, а її маса, можливо, знаходиться десь поблизу межі маси небесних тіл планетного типу.

Крім дев’яти великих планет, які обертаються навколо Сонця, в сонячну систему входить кілька тисяч малих планет, або астероїдів. Рухаються вони в просторі, що розділяє орбіти Марса і Юпітера. До початку XIX століття ця область сонячної системи вважалася вільною від небесних тіл. Принаймні такі тіла не були відомі. Але, з іншого боку, багато астрономи припускали, що вони повинні існувати. Справа в тому, що в розташуванні планет відносно Сонця вимальовується певна закономірність, в яку занадто великий проміжок між орбітами Марса і Юпітера явно не вкладається.

Дійсно, в перший день 1801 італійський асгроном Дж. Пиацци виявив якийсь невідомий об’єкт, що пересувається серед зірок. Використовуючи спостереження Пиацци, знаменитий німецький математик К. Гаусс розрахував орбіту знову відкритого тіла. Виявилося, що воно здійснює свій космічний шлях якраз між орбітами Марса і Юпітера. Незабаром нова планета отримала ім’я — її назвали Церерою.

Надалі відкриття астероїдів стали випливати одне за іншим. Вони особливо почастішали після того як в астрономії стали застосовуватися фотографічні методи. На одній лише Симєїзськой обсерваторії за 20 років було відкрито понад 100 астероїдів.

Всього в даний час зареєстровано понад 1600 малих планет з поперечником в десятки кілометрів і кілометри, рухомих головним чином між орбітами Марса і Юпітера, тобто на середній відстані в 420 млн. км від Сонця. Але, по всій видимості, це лише невелика частина сімейства астероїдів, загальне число яких за підрахунками вчених вимірюється десятками тисяч. Таким чином, переважна частина астероїдів залишається невідомою. Це пояснюється труднощами спостережень, пов’язаними з дуже малими розмірами більшості астероїдів. Тому не випадково відкрита першої Церера виявилася і найбільшою серед малих планет. Її діаметр становить 780 км. Виявлені ще три астероїда, поперечники яких становлять від 190 до 470 км — вони отримали назви Паллада, Веста і Юнона. Загальна ж маса всіх відкритих астероїдів приблизно дорівнює лише однієї тисячної частки маси Землі.

Оскільки астероїди — невеликі небесні тіла, вони порівняно легко піддаються так званим збурень з боку великих планет. Завдяки цьому їх шляху в світовому просторі можуть з часом досить істотно змінюватися. І якщо спочатку орбіти всіх астероїдів дійсно розташовувалися між Марсом і Юпітером, то в даний час деякі з них досить сильно витягнуті і підходять на порівняно близьку відстань до орбіти Землі.

Так, наприклад, астероїд Ерос заходить всередину орбіти Марса і наближається до орбіти Землі на відстань близько 23 млн. км. Найкоротша відстань між орбітою Землі і орбітою астероїда Алінда становить 24 млн. км, Ганімеда — 34,5 млн. км, а астероїд Амур, відкритий в 1932 р., підходить до космічної трасі нашої планети на 15 млн. км.

Було також відкрито кілька малих планет, шляхи яких схрещуються з орбітою Землі і навіть з орбітою Венери. До їх числа відносяться астероїди Аполлон, Адоніс і Гермес. Астрономам вдалося зареєструвати проходження цих небесних тіл поблизу Землі. Так, наприклад, 24 квітня 1932 р. відбулася космічна зустріч нашої планети і астероїда Аполлон. Відстань між ними в цей момент складало всього близько 10 млн. км. 7 лютого 1936 астероїд Адоніс наблизився до Землі на 2 млн. км. А 30 жовтня 1937 астероїд Гермес побив усі рекорди. Він пройшов від нас на відстані всього 580 тис. км, тобто приблизно в 1,5 рази далі Місяця.

Ці три астероїда мали порівняно малі розміри: від 0,5 до 1,5 км. Тому спостерігати їх було надзвичайно складно і надалі вони виявилися втраченими.

Один з найбільш цікавих астероїдів був виявлено 26 червня 1949 р. Цього дня відомий астроном Вальтер Бааде, працюючи на одному з великих інструментів Паломарській обсерваторії в США, помітив на фотографії зоряного неба в області сузір’я Скорпіона слід невідомого астероїда, який переміщувався серед зірок дивно швидко — у п’ять разів швидше, ніж будь-який інший астероїд. Коли ж була обчислена орбіта знову відкритої планети, то з’ясувалося, що вона є рекордсменкою і ще в одному відношенні. При кожному обороті це небесне тіло наближається до Сонця на відстань всього лише 28 млн. км. Це приблизно в п’ять разів менше радіуса земної орбіти і в два рази менше, ніж відстань від Сонця самої внутрішньої планети — Меркурія. Таким чином, орбіта нового астероїда заходить всередину не тільки орбіт Землі і Венери, але й орбіти Меркурія.

Це дало підстави астрономам згадати знаменитий давньогрецький міф про Дедала і його сина Ікара, які виготовили крила і розв’язали з їх допомогою піднятися в повітря. Як оповідає міф, Ікар, незважаючи на попередження батька, занадто близько підлетів до Сонця. Промені денного світила розтопили віск, яким були скріплені крила, і Ікар впав у море … Новий астероїд отримав назву Ікар.

Цікаво, що в моменти найбільшого зближення з Сонцем поверхню астероїда нагрівається до температури понад 600 ° Цельсія. Нагріте до такої температури тіло повинно було б світитися слабким червоним світлом. Так, ймовірно, і було б, якби Ікар був

Рис. 20. Орбіта астероїда Ікар. Ждепія Ікара відносно Землі повинні повторюватися через кожні 19 років. Це пояснюється тим, що якщо помножити число діб земного року па 19, то виходить число 6940, яке майже без залишку ділиться на 409, тобто період обертання Ікара. Таким чином, наступне після 1949 року й зближення Ікара з Землею мало статися згідно з розрахунками астрономів 15 червня 1968

Цей висновок учених про майбутню космічної зустрічі двох небесних тіл дав привід для всіляких розмов про нібито насувається космічної катастрофи. Але чи були насправді підстави для будь-яких побоювань, пов’язаних з Икаром?

Точні астрономічні розрахунки, пророблені ще й 1966-1967 рр.., Показали, що відстань між Землею і Икаром 15 червня 1968 складе близько 6,7 млн. км. А це цілком безпечну відстань.

Правда, було відомо, що перед зустріччю з Землею у Ікара станеться досить тісне зближення з Меркурієм. Виникло питання: чи не може тяжіння Меркурія так змінити орбіту астероїда, що вона перетне завжди звернений до Сонця однією стороною. Але так як насправді астероїд обертається, то світіння, мабуть, не має місця.

4 червня 1950 було зареєстровано наступне чергове проходження Ікара поблизу Землі. Астероїд спостерігався також в 1952, 1953, 1954, 1957 і 1958 рр.. Однак найбільш близькі прохопуть Землі? Однак подібні побоювання виявилися безпідставними, оскільки в розрахунках американського астронома Херрпка, перевірених радянськими вченими, тяжіння Меркурія враховувалося. Обчислення показували, що Меркурій не в змозі змінити шлях Ікара скільки-небудь істотно.

І дійсно, Ікар пройшов на досить великій відстані від Землі.

Незрозумілим залишається до цих пір і саме походження поясу астероїдів. Деякі астрономи вважають, що колись у цьому районі сонячної системи існувала велика планета — їй навіть присвоїли ім’я Фаетон. Надалі з невідомої причини ця планета вибухнула або розпалася па частини, які й перетворилися на астероїди.