|
| |
цве-
та,которая время от времени значительно превосходит по блеску звезды
первой величины.Марс периодически подходит к Земле на расстояние до
5 7 млн.км.,значительно ближе,чем любая планета,кроме Венеры.По основ-
ным физическим характеристикам Марс отностится к планетам земной
группы.По диаметру он почти вдвое меньше Земли и Венеры.Планета оку-
тана газовой оболочкой - атмосферой,которая имеет меньшую плот-
ность,чем земная.Даже в глубоких впадинах Марса,где давление атмосфе-
ры наибольшее,оно прибизительно в 100 раз меньше,чем у поверхности
Земли,а на уровне марсианских горных вершин - в 500-1000 раз мень-
ше.Тем не менее в атмосфере Марса наблюдаются облака и постоянно при-
сутствует более или менее плотная дымка из мелких частич пыли и крис-
таликов льда.Как показали снимки с американских посадочных станций
"Викинг-1" и "Викинг-2" марсианское небо в ясную погоду имеет розова-
тый цвет,что объясняется рассеянием солнечного света на пылинках и
подсветкой дымки ораньжевой поверхностью планеты.По химическому сос-
таву марсианская атмосфера отличается от земной и содержит 95,3% уг-
лекислого газа с примесью 2,7% азота, 1,6% аргона,00,7%окиси углеро-
да, 0,13% кислорода и приблизительно 0,03% водяного пара,содержание
которого изменяется,а также примеси неона,криптона,ксенона.При от-
сутствии облаков газовая оболочка Марса значительно прозрачнее,чем
земная,в том числе и для ультрафиалетовых лучей,опасных для живых ор-
ганизмов.Солнечные сутки на Марсе длятся 24ч.39 мин.35с.Значительный
наклон экватора к плоскости орбиты (25,20) приводит к тому,что на од-
них участках орбиты освещаются и обогреваются Солнцем преимущественно
северные широты Марса,на других - южные,т.е. происходит смена сезо-
нов.Марсианский год длится около 686,9 дней.Эллиптичность марсианской
орбиты приводит к значительным различиям климата северного и южного
полушарий: в средних широтах зима холоднее,а лето теплее,чем в юж-
ных,но короче,чем в северных.Температурные условия на Марсе суровы с
точки зрения жителя Земли.Наиболее высокая температура поверзности
290К достигается в так называемой подсолнечной точке.Наиболее низка
температура поверхности в полярных районах,где в зимний сезон она
держится на отметке около 150К.Полученные из наблюдений сведения о
температуре явились ключом к объяснению природы полярных шапок,кото-
рые при наблюдениях в телескоп видны как светлые,почти белые пятно
возле полюсов планеты.Когда в северном полушарии Марса наступает ле-
то,северная полярная шапка быстро уменьшается,но в это время растёт
другая - возле южного полюса,где наступает зима.В конце XIX - начале
XX века считали,что полярные шапки Марса - это ледники и снега.По
современным данным,обе полярные шапки Марса - северная и южная - сос-
тоят из твёрдой двуокиси углерода,т.е.сухого льда,который образуется
при замерзании углекислого газа,входящего в состав марсианской атмос-
феры,и из водяного льда с примесью минеральной пыли.
.В 1975 году на основе материалов телевизионной съёмки всей поверх-
ности планеты с космических аппаратов была составлена карта деталей
марсианского рельефа,многие из которых уже получили названия,и на
карте Марса появились имена:кратер Ломоносов,Королёв,Фесенков и
др.Нанесённые на карты Марса ещё в XIX веке тёмные области в основном
сохраняют свои очертания,но в научной литературе указаны примеры
местных изменений отражательных свойств отдельных районов Марса.В те-
чение многих лет популярны были гипотезы,в основе которых лежит изме-
нениеоптических свойств некоторых веществ под влиянием изменений на
Марсе биосферы,т.е.живых организмов.Задача поиска жизни на Марсе была
одной из основных программ американского "Викинга".Однако обнаружить
какие-то следы жизни не удалось.Не оказалось в образцах грунта и ор-
ганических соединений.Были проведены элементные исследования состава
образцов марсианского грунта.Найдено близкое сходство химического
состава образцов в двух взаимоудалённых местах посадки.В исследован-
ных образцах обнаружено большое содержание окислов кремния и желе-
за.Содержание серы (в виде сульфатов) в десятки раз больше,чем в зем-
ной коре.На снимках Марса найдены следы как ударно-метеоритной,так и
вулканической активности,а так же следы движений,поднятий и растрес-
киваний марсианской коры и следы многих процессов разрушения и сгла-
живания рельефа поверхности,перемещения и отложения наносов.Перепад
высоты между высочайшими вершинами и наиболее глубокими впадинами на
Марсе составляет около 20 км.Для марсианских гор характерны многовер-
шинные,в основном сглаженные формы.Кроме того,обнаружены типичные
вулканические конусы с кратерами на вершине.На снимках поверхности
Марса космическими аппаратами отчётливо видны детали,имеющие большое
сходство с руслами рек на Земле.Поскольку весь комплекс информации
противоречит возможности существования там рек,можно предположить,что
марсианские русла возникли в результате растапливания подповерхност-
ного водяного льда в зонах повышенного выделения тепла планеты.Неко-
торые дополнительные сведения о Марсе удаётся получить косвенными ме-
тодами на основе исследований его природных спутников - Фобоса и Дей-
моса.
.Оба спутника Марса движутся почти точно в плоскости его экватора.С
помощью космических аппаратов установлено,что Фобос и Деймос имеют
неправильную форму и в своём орбитальном положении остаются повёрну-
тыми к планете всегда одной и той же стороной.Размеры Фобоса состав-
ляют около 27 км.,а Деймоса - около 15 км.Поверхность спутников Марса
состоит из очень тёмных минералов и покрыта многочисленными кратера-
ми.Один из них - на Фобосе имеет поперечник около 5,3 км.Кратеры,ве-
роятно,рождены метеоритной бомбардировкой,происхождение системы па-
раллельных борозд неизвестно.Угловая скорость орбитального движения
Фобоса настолько велика,что он,обгоняя осевое вращение планеты,восхо-
дит,в отличие от других светил,на западе,а заходит на востоке.
Часть 3:Планеты-гиганты
.Юпитер - пятая по расстоянию от Солнца и самая большая планета
Солнечной системы - отстоит от Солнца в 5,2 раза дальше,чем Земля,и
затрачивает на одни оборот по орбите почти 12 лет.Экваториальный диа-
метр Юпитра 142 600 км (в 11 раз больше диаметра Земли).Период враще-
ния Юпитера - самый короткий из всех планет - 9ч.50 мин.30с. на эква-
торе и 9ч.55мин.40с. в средних широтах.Таким образом,Юпитер,подобно
солнцу,вращается не как твёрдое тело - скорость вращения неодинакова
в разных широтах.Из-за быстрого вращения эта планета имеет сильное
сжатие у полюсов.Масса Юпитера равна 318 массам Земли.Средняя плот-
ность 1,33 г/см3,что близко к плотности Солнца.Ось вращения Юпитера
почти перпендикулярна к плоскости его орбиты (наклон 87о).Даже в не-
большой телескоп видно полярное сжатие Юпитера и полосы на его по-
верхности,параллельные экватору планеты.Видимая поверхность Юпитера
представляет собой верхний уровень облаков,окружающих планету.Благо-
даря этому все детали на поверхности Юпитера постоянно меняют свой
вид.Из устойчивых деталей известно Большое Красное пятно,наблюдающее-
ся уже более 300 лет.Это - громадное овальное образование,размерами
около 35 000 км по долготе и 14 000 по широте между Южной тропической
и Южной умеренной полосами.Цвет его красноватый,но подвержен измене-
ниям.
.Спектральные исследования Юпитера показали,что атмосфера его сос-
тоит из молекулярного водорода и его соединений:метана и аммиака.В
небольших колличествах присутствуют также этан,ацетилен,фосфен и во-
дяной пар.Облака Юпитера состоят из кристалликов и капелек аммиака.В
декабре 1973 г. с помощью американского космического аппарата "Пионер
-10" удалось обнаружить наличие гелия в атмосфере Юпитера и измерить
его содержание.Можно считать,что атмосфера Юпитера на 74% состоит из
водорода и на 26% из гелия.На долю метана приходится не более 0,1%
состава атмосферы планеты (по массе).Атмосферный слой имеет толщину
около 1000 км.Ниже чисто газового слоя в атмосфере лежит слой обла-
ков,которые мы и вилим в телескоп.Слой жидкого молекулярного водорода
имеет толщину 24 000 км.На этой глубине давление достигает 300 ГПа,а
температура 11 000 К,здесь водород переходит в жидкое металлическое
состояние,т.е. становится подобным жидкому металлу.Слой жидкого ме-
таллического водорода имеет толщину около 42 000 км.Внутри него рас-
полагается небольшое железноселикатное твёрдое ядро радиусом 4 000
км.На границе ядра температура достигает 30 000 К. В 1956 г. было об-
наружено радиоизлучение Юпитера на волне 3 см.,соответствующее тепло-
вому излучению с температурой 145 К. По измерениям в инфракрасном ди-
апазоне температура самых наружних облаков Юпитера 130 К. Полёты аме-
риканских космических аппаратов "Пионер-10" и "Пионер-11" позволили
уточнить строение магнитосферы Юпитера,а изменение температуры облач-
ного слоя в основном подтвердило известный из наземных наблюдений ре-
зультат:коичество тепла,которое Юпитер испускает,более чем в двое
превышает тепловую энергию,котораю планета получает от Солнца.Возмож-
но,что идущее из недр планеты тепло выделянтся в процесс медленного
сжатия гиганской планеты (1мм.в год).
.Магнитное поле планеты оказалось сложным и состоит как бы из двух
полей:дипольного (как поле Земли),которое простирается до 1,5
млн.км.от Юпитера,и недипольного,занимающего остальную часть магни-
тосферы.Напряженность магнитного поля у поверхности в 20 раз боль-
ше,чем на Земле.Кроме теплового и дециметрового радиоизлучения Юпитер
является источником радиовсплесков (резких усилений мощности излучне-
ия) на волнах длиной от 4 до 85 м.,продолжительностью от долей секун-
ды до нескольких минут или даже часов.Однако длительные возмущения -
это не отдельные всплески,а серии всплесков - своеобразные шумовые
бури и грозы.Согласно современным гипотезам,эти всплески объясняются
плазменными колебаниями в ионосфере планеты.
.Ипитер имеет 13 спутников.Первые 4 спутника открыты ещё Галилеем
(Ио,Европа,Ганимед,Каллисто).Они, а также внутренний,самый близкий
спутник Амальтея движутся почти в плоскости экватора планеты.Ио и Ев-
ропа почти сравнимы с Луной,а Ганимед и Каллисто даже больше Мерку-
рия,хотя по массе значительно уступают ему.По сравнению с другими
спутниками галилеевские исследованы более детально. Внешние спутники
обращаются вокруг планеты по сильно вытянутым орбитам с большими
углами наклона к экватору (до 30о).Это маленькие тела - от 10 до 120
км,по-видимому,неправильной формы. Самые внешние 4 спутника Юпитера
обращаются вокруг планеты в обратном направлении.По данным,полученным
с американских космических аппаратов "Вояжер",Юпитер окружен в эква-
ториальной области системой колец. Кольцо расположено на расстоянии
50 000 км. от поверхности планеты,его ширина около 1 000 км.Существо-
вание кольца Юпитера было предсказано в 1960 г. астрономом С.К.Всехс-
вятским на основании наблюдений.В 1975 году был обнаружен объект,ко-
торый,по-видимому,является 14-м спутником Юпитера.Орбита его неиз-
вестна.
.Сатурн - вторая по величине среди планет Солнечной системы.Его эк-
ваториальный диаметр лишь немного меньше,чем у Юпитера,но по массе
Сатурн уступает Юпитеру более чем втрое и имеет очень низкую среднюю
плотность - около 0,7 г/см3.Низкая плотность объясняется тем,что пла-
неты-гиганты состоят главным образом из водорода и гелия.При этом в
недрах Сатурна давление не достигает столь высоких значений,как на
Юпитере,поэтому плотность вещества там меньше.Спектроскопические исс-
ледования обнаружили в атмосфере Сатурна некоторые молекулы.Темпера-
тура поверхности облаков на Сатурне близка к температуре плавления
метана (-184оС),из твёрдых частичек которого скорее всего и состоит
облачный слой планеты.В телескоп видны вытянутые вдоль экватора тём-
ные полосы,называемые также поясами,и светлые зоны,но эти детали ме-
нее контрасны,чем на Юпитере,и отдельные пятна в них наблюдаются го-
раздо реже.Сатурн окружен кольцами,которые хорошо видны в телескоп в
виде "ушек" по обе стороны диска планеты.Они были замечены ещё Гали-
леем в 1610 году.Кольца Сатурна - одно из самы удивительных и инте-
ресных образований в Соннечной системе.Плоская система колец опоясы-
вает планету вокруг экватора и нигде не соприкасается с поверх-
ностью.В кольцах разделяются три основные концентрические зоны,разг-
раниченные узкими щелями: внешнее кольцо А,среднее В (наиболее яр-
кое),внутреннее кольцо С,довольно прозрачное,"креповое",внутренний
край его не резкий.Наиболее близкие к планете слаборазличимые части
внутреннего кольца обозначаются символом D.Обнаружено также сушщест-
вование практически прозрачного самого внешнего кольца D'.
.Сквозь все кольца Сатурно просвечивают звёзды.Кольца вращаются
вокруг Сатурна,причём скорость движения внутренних частей больше,чем
наружных.Кольца Сатурна не сплошные,а представляют собой плоскую сис-
тему из бесконечного количества мелких спутников планеты.Плоскость
колец практически совпадает с плоскостью экватора Сатурна и имеет
постоянный наклон к плоскости орбиты,равный приблизительно 27о.В за-
висимости от положений планеты на орбите мы аидим кольца то с од-
ной,то с другой стороны.Полный цикл изменения их вида завершается в
течение 29,5 лет- таков период обращения Сатурна вокруг Солнца.Время
от времени кольца на короткий срок перестают быть видимыми в телеско-
пы средних размеров.Это происходит когда плоскость колец проходит
точно через Солнце и боловая поверхность оказывается лишенной яркого
освещения,либо когда кольца бывают обращены к наблюдателю "ребром" и
выглядят как черезвычайно тонкая полоска,видимая только в крупнейшие
телескопы.Толщина колец,по современным данным,около 3,5 км.Она очень
мала по сравнению с их диаметром,который по наружному краю кольца А
составляет 275 тыс.км.Размеры частиц не определены окончательно.Ради-
оастронометрические наблюдения свидейтельствуют о наличии в кольцах
множества частиц размером не менее нескольких сантиметров.Не исключе-
на возможность присутствия в кольцах Сатурна ещё более крупных час-
тиц,так же как и пыли.
.Инфракрасные спектры колец Сатурна напоминают спектры водяного
инея.Однако в других частях спектра познее была обнаружена особен-
ность, не характерная для чистого льда.Кроме колец,у Сатурна известно
10 спутников.Это Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан, Гиперион,
Япет, Феба, Янус.Поседний - самый близкий к Сатурну,движется настоль-
ко близко к поверхности планеты,что обнаружить его удалось только
при затмнений колец Сатурна,создающих вместе с планетой яркий ореол в
поле зрения телескопа.Самый большой спутник Сатурна - Титан - один из
величайших спутников в Солнечной системе по размеру и массе.Его диа-
метр приблизительно такой же,как диаметр Ганимеда.Титан окружен ат-
мосферой,состоящей из метана и водорода.В ней движутся непрозрачные
облака.Все спутники Сатурна,кроме Фебы,обращаются в прямом направле-
нии.Феба движется по орбите с довольно большим эксцентриситетом в об-
ратном направлении.
.Уран - седьмая по порядку от Солнца планета Солнечной системы.По
диаметру он почит вчетверо больше Земли.Очень далёк от Солнца и осве-
щён сравнительно слабо.Уран был открыт английским учёным В.Гершелем в
1781 г.Какие-либо детали на поверхности Урана различить не удаётся
из-за малых угловых размеров планеты в поле зрения телескопа.Это зат-
рудняет его исследования,в том числе и изучение закономерностей вра-
щения.По-видимому,Уран (в отличие от всех других планет) вращается
вокруг своей оси как бы лёжа на боку.Такой наклон экватора создаёт
необычные условия освещения:на полюсах в определённый сезон солнечные
лучи падают почти отвесно,а полярный день и полярная ночь охватывают
(попеременно) всю поверхность планеты,кроме узкой полосы вдоль эква-
тора.Так как Уран обращается по орбите вокруг Солнца за 84 года,то
полярный день на полюсах продолжается 42 года,затем сменяется поляр-
ной ночью такой же продолжительности.Лишь в экваториальном поясе Ура-
на Солнце регулярно восходит и заходит с периодичностью равномерного
осевого вращения планеты.Даже в тех участках,гда Солнце расположено в
зените,температура на Уране (точнее на видимой поверхности облаков)
составляет около -215оС.В таких условиях некоторые газы замерзают.В
составе атмосферы Урана по спектроскопическим наблюдениям найдены во-
дород и небольшая примесь метана.В относительно большом количестве
есть,по косвенным признакам,гелий.Как и другие планеты-гиганты,Уран
имеет такой состав,вероятно,почти до самого центра.Однако средняя
плотность Урана (1,58г/см3) несколько больше,чем плотность Сатурна и
Юпитера,хотя вещество в недрах этих гигантов сжато гораздо силь-
нее,чем на Уране.Такую плотность Урана можно объяснит предположением
о повышенном содержани гелия или существованием в недрах Урана ядра
из тяжелых элементов.
.Одной необычной особенностью Урана является открытая в 1977г. сис-
тема опоясывающих колец.Они состоят из множества отдельных непрозрач-
ных и,по-видимому,очень тёмных частиц.В отличие от колец Сатурна
кольца Урана - узкие,как бы "ниточные" образования.Они не видны в от-
раженном свете и обнаруживаются только по сильному ослаблению блеска
звёзд,оказавшихся для земного наблюдателя позади колец при орбиталь-
ном движении планеты.Удалённость колец от центра Урана составляет от
1,6 до 1,85 радиуса планеты.
.Спутники Урана - Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберлон вра-
щаются ао орбитам,плоскости которых практически совпадают между со-
бой.Вся система в целом отличается необычайным наклоном - её плос-
кость почти перпендикулярна к средней плоскости всех планетных орбит.
.Нептун - восьмяа по счёту планета Солнечной системы.Нептун был
открыт необычным образом.Было замечено,что Уран движется не совсем
так,как ему погагается двигатся под действием притяжения Солнца и из-
вестных в то время планет.Тогда заподозрили существование ещё одной
массивной планеты и попытались предвычислить её положение на небе.Эту
черезвысайно сложную задачу независимо друг от друга успешно решили
английский астроном Дж.Адамс и француз У.Леверье.Получив данные Ле-
верье,ассистент Берлинской абсерватории И.Галле 23 сентября 1846
г.обнаружил планету.Открытие Нептуна имело величайшее значение прежде
всего потому ,что оно послужило блестящим подтверждение закона все-
мирного тяготения,положенного в основу расчётов.Средняя удалённость
Нептуна от Солнца 30,1 а.е.,период вращения по орбите - 164 года и
288 дней.Таким образом,с момента открытия Нептун даже не совершил
полного оборота по своей орбите.Видимый угловой диаметр Нептуна сос-
тавляет около 2".При измерении столь малого диаметра угломерными
приспособлениями с поверхности Земли относительная ошибка очень вели-
ка.Уточнить диаметр Нептуна удалось 7 апреля 1967 г.,когда планета в
своём движении на фоне звёздного неба заслонила одну из далёких
звёзд.По результатам наблюдений с нескольких астрономических абсерва-
торий экваториальный диаметр Нептуна составляет 50 200 км.Новые све-
дения о диаметре позволили уточнить величину средней плотности Непту-
на: она оказалась равной 2,30 г/см3.Такие характеристики типичны для
планет-гигантов,состоящих главным образом из водорода и гелия с при-
месью соединений других химических элементов.В центре Нептуна,соглас-
но расчётам,имеется тяжёлое ядро из селикатов,металлов и других эле-
ментов,входящих в состав земной группы.Изучение характера ослабления
блеска звезды при её затмнениии атмосферой Нептуна дало много допол-
нительной информации.В частности,был найден средний молекулярный вес
надоблачных слоёв атмосферы Нептуна.Он соответствует молекулярному
водороду с небольшой примесью метана.Детали на поверхности Нептуна
различить очень трудно.Поэтому параметры суточного вращения - положе-
ние оси,направление и период вращения - определить из наземных наблю-
дений очень сложно.
.У нептуна всего два спутника.Первый Тритон,открытый в 1846 г. ,че-
рез две недели после открытия самого Нептуна.По размерам и массе он
больше Луны.Имеет обратное направление орбитального движения.Второй
спутник - Нереида - очень небольшой,обладает сильно вытянутой орби-
той.Расстояние от спутника до планеты меняется в пределах от 1,5 до
9,6 млн.км.Направление орбитального движения - прямое.
Часть 4:Плутон
.Плутон был открыт Клайдосом Томбо (США) в 1930 г. Из 9 известных
больших планет Солнечной системы Плутон наиболее удалён от Солн-
ца.Среднее расстояние планеты до Солнца составляет 39,5 а.е.Плутон
выглядит как точечный объект 15-ой звёздной величины,т.е. примерно в
4 тыс. раз слабее тех звёзд,которые находятся на пределе видимости
невоорудённым глазом.Плутон очень медленно,за 247,7 года,совершает
оборот по орбите,которая имеет необычно большой наклон (17о) к плос-
кости эклиптики, и вытянута настолько,что в перигелии Плутон подходит
к Солнцу на более короткое расстояние,чем Нептун.Из-зи огромной уда-
лённости от Солнца и слабой освещённости изучать Плутон очень слож-
но.Непосредственные измерения углового диаметра Плутона на 5-метровом
телескопе дали результат 0,23".Астрономы пытались измерить диаметр
Плутона более точными методами - по затмнению им звезды,как это было
сделано для Нептуна.Однако Плутон,проходя мимо звезды на расстоянии
0,1",не заслонил её,и затмнения не произошло.Из этого был сделан вы-
вод,что угловой диаметр Плутона не менее 0,2".Таким образом,в перес-
чёте на единицы длины диаметр Плутона не менее 6 800 км.Если же диа-
метр Плутона вычислить по его абсолютному блеску,то получается приб-
лизительно 3 тыс. км.Поверхность Плутона,нагреваемая Солнцем до минус
220оС,даже в наименее холодных полуденных участках,покрыта,по-видимо-
му,снегом из замёрзшего метана.Атмосфера планеты разряженная и состо-
ит из газообразного метана с возможной примесью инертных газов.Блеск
Плутона меняется с периодом вращения 6 сут. 9ч. В 1978 г.выясни-
лось,что эта периодичность соответствует орбитальному движению спут-
ника Плутона,обнаруженного американскими астрономами.Спутник Плутона
относительно яркий,но расположен настолько близко к планете,что его
изображение на фотоснимках сливается с изображением Плутона,лишь
слегка выступая то с одной,то с другой стороны.Из периода обращения и
расстояния между центрами вычислили массу системы "Плутон-спут-
ник".Масса оказалась неожиданно малой:1,7% массы Земли.Почти вся она
сосредоточена в Плутоне,т.к. диаметр спутника,судя по блеску,мал по
сравнению с диаметром планеты.В таком случае средняя плотность Плуто-
на составляет приблизительно 0,7 г/см3,если принять его диаметр рав-
ным 3 тыс. км.Такая малая плотность означает,что Плутон состоит преи-
мущественно из летучих химических элементов и соединений,т.е.примерно
такой же состав,как планеты-гиганты и их спутники.
.У планеты Плутон также удалось обнаружить в 1978 г. спутник.Это
открытие имеет очень большое значение,во-первых,потому что даёт воз-
можность более точно вычислить массу планеты по данным о периоде об-
ращения спутника и,во-вторых,в связи с дискуссией о том,не является
ли сам Плутон "потерявшимся" спутником Нептуна.
Литература:
Энцеклопедический словарь юного астронома,М.:Педагогика,1980 г.
Астрономия:Учеб.для 11 кл.сред.шк., М:Провсещение,1990 г.
Клушанцев П.В."Одиноки ли мы во вселенной?":Дет.лит.,1981г.
Эврика-89 ,М:Мол.гвардия,1991 г.
Поиски жизни в Солнечной системе:Пер.с англ. М.:Мир,1988 г.
| |
|
