Солнечная система


Планеты солнечной системы — расположение орбит и краткая характеристика

Солнечная система состоит из Солнца и системы планет. Планетная система состоит из всех тел, вращающихся вокруг Солнца, это планеты, карликовые планеты, спутники планет, астероиды, метеориты, кометы и космическая пыль. Планеты Солнечной системы – еще не до конца изученное пространство, интерес к которому объединяет людей со всего мира, вызывая живой интерес всех, от маленьких детей до великих умов. В этой статье вы найдете основные факты, которыми ученые располагают на сегодняшний день.

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:

  1. Меркурий,
  2. Венера,
  3. Земля (спутник Луна),
  4. Марс (спутники Фобос и Деймос),
  5. Юпитер (63 спутника),
  6. Сатурн (49 спутника и кольца),
  7. Уран (27 спутника),
  8. Нептун (13 спутников).

Малые тела Солнечной системы:

  • 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.

Наш дом – планета Земля

Планета Земля движется вокруг Солнца по эллиптической (почти круговой) орбите. Её средняя скорость движения составляет 29,765 км/с. В афелии же она равна 29,27 км/с, а в перигелии принимает значение 30,27 км/с. Чтобы обогнуть светило и вернуться в ту же точку, голубой планете нужно отмахать ни много ни мало, а целых 939,1 млн. км. Это огромное расстояние она преодолевает всего за 365,26 солнечных суток. Такой отрезок времени, который необходим небесному телу-спутнику, чтобы совершить полный оборот вокруг главного тела, называют сидерическим периодом или годом.

Земля

От Солнца Земля отстоит на расстоянии: в афелии 152,083 млн. км, в перигелии соответственно 147,117 млн. км. Большая полуось орбиты равняется 149,6 млн. км. Эту цифру уже давно взяли за основную единицу измерения и называют астрономической единицей (а. е.). В Солнечной системе в а. е. измеряются расстояния между планетами, что очень удобно, так как даёт наглядное представление об их удалённости от Солнца и от планеты Земля.

Согласно многочисленным научным данным и исследованиям, планета образовалась из Солнечной туманности примерно 4,54 миллиардов лет назад, и вскоре после этого приобрела свой естественный спутник — Луну. Жизнь появилась на Земле около 3,5 миллиардов лет назад.

К формированию на нашей планете океанов привела так называемая кометная бомбардировка. Кроме того, падающие на поверхность земного шара астероиды способствовали серьезным изменениям окружающей среды. Именно астероиды виновны в исчезновении различных живых существ, населявших нашу планету много миллионов лет тому назад.

Планеты земного типа

Планеты земной группы названы так ввиду близости их физических характеристик к физическим характеристикам Земли. У этих планет твердая поверхность и относительно высокая средняя плотность, которая снижается по мере удаления от Солнца с 5,43 (Меркурий) до 3,94 (Марс) грамма на кубический сантиметр. При формировании планет земной группы их близость к Солнцу не позволила в «исходном материале» (газово-пылевой туманности) сохраниться значительным количествам таких летучих элементов, как водород, гелий и вода.

Меркурий

Наименьшая из планет земной группы. Его диаметр равен 4880 км, или 0,383 диаметра Земли, масса — 0,056 массы Земли, а средняя плотность, равная 5420кг/м3, близка к земной.

Меркурий

Меркурий движется по орбите со средней скоростью 47,9 км./сек и совершает полный оборот вокруг Солнца за 87,97 земных суток, вокруг собственной оси планета вращается достаточно медленно, за два оборота вокруг Солнца планета совершает приблизительно три оборота, что составляет 58,65 земных суток.

Эксцентриситет орбиты Меркурия 0,206 — самый большой из планет Солнечной системы.

Фотографии, сделанные в 2008 г. автоматической межпланетной станцией (АМС) «Мессенджер» с расстояния 27 000 км, свидетельствуют о явном сходстве Меркурия с Луной (а).

Атмосфера Меркурия своеобразна и состоит, в основном, из кислорода, натрия и гелия. Из-за высокой температуры планеты атомы атмосферы все время улетучиваются в космос, но также постоянно пополняются за счет атомов, приносимых солнечным ветром.

Из-за очень сильного разрежения, понятие – атмосфера Меркурия, носит скорей условный характер, атмосферное давление Меркурия меньше земного в 500 000 000 000 раз, а это сравнимо с обыкновенным вакуумом. Резко очерченные фазы планеты, чёткий рельеф поверхности и отчётливые тени от гор также свидетельствуют об отсутствии атмосферы у Меркурия.

В 1991 году астрономы обнаружили на планете водный лед, на северном и южном полюсах планеты. Лед находиться в глубоких кратерах, куда не попадают прямые солнечные лучи.

Солнечные сутки на Меркурии длятся 176 земных суток, или два меркурианских года!

Венера

Самая горячая планета в Солнечной системе. Температура её поверхности достигает 480 °C. Масса Венеры равна 0,815 массы Земли, а её радиус — 6050 км, или 0,950 радиуса Земли, средняя плотность вещества планеты составляет 5240 кг/м3.

Венера

У Венеры, как и у Меркурия, нет естественных спутников.

Из-за близости к Солнцу и Земле Венера является третьим по яркости объектом на нашем небе после Солнца и Луны.

Вращение Венеры вокруг своей оси обратное, т. е. происходит в направлении, обратном вращению планеты вокруг Солнца, период вращения равен 243 замным суткам. Один оборот вокруг Солнца Венера делает за 225 земных суток, т. е. один день на Венере длится дольше, чем один год.

Ускорение свободного падения на Венере составляет 0,9 от земного и равно около 8,8м/с2.

Плотную атмосферу на Венере обнаружил ещё в 1761 г. М. Ломоносов во время наблюдений прохождения Венеры по диску Солнца. А химический состав атмосферы был установлен гораздо позже.

Атмосфера Венеры состоит на 96% из углекислого газа, на 3,5% из азота, а на остальные газы приходится менее половины процента. Давление на поверхности планеты составляет почти 90 атмосфер, а температура — около 500°C. На высоте около 50-60 км над поверхность находится мощный облачный слой, закрывающий от нас поверхность Венеры. Облака состоят из мельчайших капель серной и соляной кислот.

Преобладающий в атмосфере Венеры углекислый газ создаёт на планете сильный парниковый эффект. Солнечные лучи проходят сквозь атмосферу и за долгий венерианский день значительно нагревают поверхность планеты, а инфракрасное (тепловое) излучение поверхности крайне медленно уходит в окружающее пространство, так как оно почти не пропускается углекислым газом. Из-за этого поверхность Венеры и нижние слои атмосферы нагреты до очень высокой температуры.

Так как планета окутана облаками, поверхность Венеры недоступна оптическим наблюдениям с Земли. Поэтому подавляющее большинство физических характеристик планеты получено с помощью радиолокационных методов и космических исследований.

Первый космический аппарат для исследования Венеры АМС «Венера-1» отправился с Байконура 12 февраля 1961 г.

Близость Венеры к Солнцу обусловила в 2 раза больший приток энергии на единицу площади поверхности, а наличие мощного парникового эффекта является причиной высокой температуры поверхности. Эта планета ярче любой видимой с Земли звезды, и уступает по яркости лишь Солнцу и Луне. Спутников у нее нет. Почти не имеет кратеров.

Марс

Поверхность Марса хорошо видна в телескопы, а с помощью космических станций и марсоходов удалось хорошо изучить рельеф планеты. Это позволило сравнительно точно измерить его угловые размеры и по ним вычислить линейный диаметр — 6800 км, или 0,533 диаметра Земли. Масса планеты равна 0,107 массы Земли. Средняя плотность вещества планеты составляет 3950кг/м3, или 0,72 плотности Земли. Иногда Марс называют «красной планетой» из-за красноватого оттенка поверхности, придаваемого ей оксидом железа.

Марс

Вращение Марса вокруг своей оси прямое, с периодом 24ч 37м 23с (марсианские звёздные сутки), что определяет длительность его солнечных суток 24ч 39м 29с, которые продолжительнее земных всего лишь на 39,5 минут. Наклон оси вращения Марса равен 24°56′, т. е. близок к наклону земной оси (23°26′).

Поэтому на Марсе, как и на Земле, имеются жаркий, два умеренных и два холодных тепловых пояса, а также происходит смена сезонов года, каждый из которых почти в 2 раза продолжительнее земных сезонов, поскольку марсианский год длится 687 земных суток.

Но контрасты сезонов года на Марсе иные, чем на Земле, так как он удалён от Солнца в 1,52 раза дальше Земли, получает тепла в 2,3 раза меньше, лишён водных бассейнов. Там нет ни снежной зимы, ни жаркого лета.

Среднегодовая температура поверхности Марса близка к –70 °С. Но вблизи экватора днём она повышается до +20…+25 °С, к заходу Солнца снижается до –10 °С и ниже, а под утро падает до –90 °С. Такие резкие колебания температуры объясняются очень разреженной атмосферой, которая не в состоянии сохранить тепло, полученное днём поверхностью планеты, и оно в ночное время быстро излучается в мировое пространство.

В атмосфере планеты содержится до 95% углекислого газа, около 2% азота, 0,3% кислорода и примерно 0,01% водяных паров. Плотность атмосферы и её давление у поверхности такие, как в атмосфере Земли на высоте 30 км. При таких условиях вода не может находиться в жидком состоянии. Но наличие образований на поверхности, похожих на высохшие русла рек, указывает на возможное существование воды и, следовательно, плотной атмосферы на Марсе в далёком прошлом. А там, где была вода, возможно, была жизнь.

В настоящее время несколько марсоходов исследуют поверхность планеты в надежде найти явные признаки воды и жизни. Дополнительного исследования ожидают полярные ледяные шапки, состоящие из углекислоты и водяного льда. Они увеличиваются зимой и уменьшаются летом.

Марс имеет два естественных спутника — Фобос и Деймос, которые видны лишь в сильные телескопы. Оба спутника сфотографированы космическими станциями. Они оказались бесформенными глыбами размерами 27×21×19 км (Фобос) и 15×12×8 км (Деймос) и похожи на астероиды. Поверхность спутников покрыта кратерами диаметрами от 50 м до 10 км, несомненно являющимися результатом метеоритных ударов, так как в недрах малых тел вулканическая деятельно невозможна.

Именно за Марсом начинается пояс астероидов, состоящий из космических обломков, и отделяющий близкие планеты земного типа от далеких планет-гигантов.

Планеты гиганты

Находящиеся за пределами пояса астероидов, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун – это планеты – гиганты. Они гораздо больше и массивнее планет земной группы, вокруг них обращается большое количество спутников. Планеты гиганты окружены кольцами, состоящими из мелких частиц. Особенно широкие кольца имеет Сатурн.

Все планеты-гиганты окружены мощными протяжёнными атмосферами. Поскольку планеты-гиганты находятся далеко от Солнца, их температура (по крайней мере, над их облаками) очень низка: на Юпитере – 145 С, на Сатурне – 180 С, на Уране и Нептуне ещё ниже. Малая средняя плотность планет-гигантов может объяснятся тем, что она получается делением массы на видимый объём, а объём мы оцениваем по непрозрачному слою обширной атмосферы. Малая плотность и обилие водорода отличают планеты-гиганты от остальных планет.

Чрезвычайно мощная атмосфера планет гигантов состоит в основном из водорода и гелия. У этих планет нет твёрдой поверхности. То, что мы наблюдаем, — это вершины облаков, плавающих в атмосфере. Окраску облакам придают примеси аммиачных преобразований, метан и др. Под атмосферой планет-гигантов находится слой жидкого водорода, затем — особое газожидкое состояние, далее начинается оболочка, где водород приобретает свойства металла. В самом центре находится твёрдое ядро.

Особенностью вращения планет-гигантов вокруг оси является то, что они вращаются слоями: слой планеты вблизи экватора вращается быстрее других слоёв.

Юпитер

Начнем с самой массивной планеты – Юпитер, обладающей мощной атмосферой и самой большой скоростью вращения. Это самая большая планета Солнечной системы, его масса почти в 2,5 раза превышает суммарную массу остальных планет и в 318 раз больше массы Земли. Видимый диск Юпитера — это верхние слои его протяжённой атмосферы.

Юпитер

Юпитер очень быстро вращается вокруг оси, каждая точка экватора движется со скоростью 45 тысяч километров в час. Из-за действия центробежных сил Юпитер заметно сплющен (коэффициент сжатия больше 6 %). Для атмосфер Юпитера и других планет-гигантов характерны ветра больших скоростей, дующие в пределах широких полос, параллельных экватору планеты, причем в смежных полосах на Юпитере ветра направлены в противоположные стороны. Эти полосы различимы даже в небольшой телескоп и находятся в постоянном движении; скорость ветра в тропиках достигает 660 км/ч.

Экваториальный радиус планеты равен 71 400 км и в 11,2 раза превосходит радиус Земли. Ускорение свободного падения на планете в 2,67 раза больше земного.

Юпитер (астрологический знак G) — это планета, среднее расстояние от Солнца 5,2 а. е. (778,3 млн. км), сидерический период обращения 11,9 года, период вращения (облачного слоя близ экватора) ок. 10 ч, эквивалент диаметра ок. 142 800 км, масса 1,90·1027 кг. Состав атмосферы: H2, CH4, NH3, He.

По современным сведениям, Юпитер состоит примерно на 74% из водорода, на 20% — из гелия и на 6% — из более тяжёлых химических элементов, находящихся в недрах планеты.

Юпитер имеет кольцевую систему, но значительно уступающую по мощности кольцам Сатурна. Характерно наличие бушующих ветров, и отличительной особенностью Юпитера является Большое Красное Пятно – мощный шторм, который бушует уже на протяжении 400 лет. По своей видимой яркости Юпитер уступает лишь Солнцу, Луне и Венере.

Вокруг Юпитера обращается многочисленная семья спутников, четыре из которых — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто (Галилеевы спутники) — самые крупные, сравнимы по размерам с Луной; они хорошо видны даже в бинокль. Остальные имеют размеры от 10 до 280 км и неправильную форму.

Поверхность спутника Ио весьма своеобразна, она вся залита продуктами извержения вулканов и имеет металлический блеск. На Ио наблюдались извержения нескольких вулканов.

Огромные трещины и сравнительно ровная поверхность спутника Европа указывает на то, что под ледяной поверхностью на глубине 50–100 км находится океан воды толщиной в десятки километров. Наличие воды не исключает возможности присутствия в ней по крайней мере простейших организмов, так что учёные уже сейчас обсуждают возможность экспедиции на Европу с целью поиска жизни подо льдом в океане.

Сатурн

Сатурн с его огромным кольцом более других планет-гигантов похож на Юпитер. Его масса в 95 раз и экваториальный радиус (60 370 км) в 9,5 раз превышают земные. Ускорение силы тяжести на Сатурне в 1,15 раза превышает земное. По сравнению с другими планетами именно Сатурн является самым красивым и эффектным. Благодаря своему яркому жёлтому цвету и кольцам это космическое тело привлекает внимание и специалистов, и любителей. Его можно рассмотреть с помощью небольшого телескопа или бинокля, так как это вторая по величине планета в Солнечной системе. Вокруг Сатурна вращаются 18 спутников планеты.

Сатурн

Атмосфера Сатурна состоит из водорода (96%), гелия (3%) и газообразного метана (0,4%). На протяжении сотен километров в глубину атмосферы температура остаётся низкой, а давление повышенным (около 1 атмосферы), это способствует конденсации аммиака, он сгущается в видимых беловатых облаках.

Проведённые исследования свидетельствуют о том, что Сатурн так же, как и Юпитер, излучает большое количество энергии, чем получает от Солнца. Соотношение составляет два к одному.

Почему пропадают кольца Сатурна? При движении Сатурна по орбите его кольца дважды за одно обращение планеты вокруг Солнца оказываются повёрнутыми к Земле ребром, а так как толщина колец очень мала, то даже в телескопы их трудно рассмотреть.

Структура Сатурна такая же, как у Юпитера, он тоже вращается как нетвёрдое тело с периодами в 10 часов 14 минут (экваториальный пояс) и в 10 часов 39 минут (умеренные пояса). Средняя плотность Сатурна равна 690кг/м3.

У Сатурна обнаружено много спутников с поперечниками от 34 до 5150 км.

Самый большой спутник — Титан — виден в телескопы школьного типа. Он почти в полтора раза больше Луны по диаметру, окружён плотной азотной атмосферой и обращается вокруг Сатурна за 15 дней 22 часов 48 минут на среднем расстоянии 1 221 900 км. При посадке на него спускаемого модуля космической станции «Кассини» были обнаружены озёра и реки из жидкого азота и метана.

Температура на поверхности Титана равно -179 К. Поверхности крупных спутников покрыты множеством кратеров самых различных размеров. Подавляющее большинство кратеров имеют ударное происхождение.

У Сатурна имеется кольцо, открытое ещё в 1657 г. голландским физиком Х. Гюйгенсом (1629—1695). Позже выяснилось, что не одно, а семь тонких плоских концентрических колец, которые отделены друг от друга тёмными промежутками. Все они располагаются вокруг планеты в плоскости её экватора, и общая их ширина — несколько тысяч километров.

В небольшие телескопы видны только два кольца и тёмный промежуток между ними, называемый щелью Кассини по имени французского астронома Д. Кассини (1625—1712), обнаружившего этот промежуток в 1675 г. Кольца не сплошные, а состоят из мириадов твёрдых (каменных и ледяных) обломков различных размеров — от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров, которые, как крошечные спутники, обращаются вокруг планеты. Эта огромная система колец в сравнении со своими диаметром и шириной удивительно тонкая: её толщина не превышает двух километров.

Уран

Удаляясь от Солнца все дальше, мы приблизились к седьмой планете – Уран, самой холодной, покрытой льдом и завораживающей своим голубым сиянием.

Уран

Хотя Уран — третья по величине планета Солнечной системы, он расположен настолько далеко от Земли, что практически недоступен для наблюдения невооруженным глазом. Его можно увидеть с большим трудом в виде очень маленькой звездочки, но надо точно знать место, где он находится в данный момент. Для того чтобы получше разглядеть Уран, требуется по крайней мере бинокль, а лучше — телескоп с 60-кратным увеличением, тогда будет возможно увидеть не просто светлую точку, а маленький диск.

Уран — старинное Греческое божество Неба, самый ранний высший бог, который был отцом Хроноса (Сатурна), Циклопа и Титана (предшественников Олимпийских богов).

Из-за такой сложности наблюдений Уран был открыт лишь два века назад (в 1781 году) английским астрономом Уильямом Гершелем, то есть совсем недавно по сравнению с более близкими к Земле планетами, хорошо видимыми невооруженным глазом и известными людям уже несколько тысячелетий. Уран стал первой планетой, обнаруженной при помощи телескопа. Назван так в честь греческого бога неба Урана.

Особенностью данной планеты является то, что из-за большого угла наклона оси, она движется по орбите боком. Так же, как и у других гигантов, отсутствует твердая поверхность, бывают сильные ураганы. Уран окружают малозаметные кольца и 27 спутников.

Видимая поверхность (диск) планеты представляет собой плотные слои протяжённой атмосферы, состоящей из молекулярного водорода, гелия, метана и аммиака. Измерения показали, что температура видимой поверхности Урана близка к –150°C и повышается в глубинных слоях.

Ось вращения Урана наклонена под углом всего 8° к плоскости орбиты, но планета вращается в обратном направлении. Уран как бы катится на боку по плоскости своей орбиты. Благодаря этому на Уране тропики расположены почти у полюсов, а полярные области — около экватора.

Расстояние от Солнца 2870990000 км (19.218 а.е.), экваториальный диаметр (по уровню облачного слоя): 51,118 км, в 4 раза больше земного, масса: 8.686.10 25 кг, 14 масс Земли. Период полного обращения Урана вокруг Солнца составляет 84 земных года. Период вращения планеты вокруг своей оси составляет 17 часов 24 минуты.

В 1977 г. с помощью телескопа, установленного на самолёте, было открыто кольцо вокруг Урана.

Нептун

Нептун стал первой планетой, открытой (в 1846 году) благодаря математическим расчётам, а не путём регулярных наблюдений. Это случилось потому, что непредвиденные изменения в орбите Урана породили гипотезу о неизвестной планете, которая влияет на Уран своим гравитационным полем. Нептун был найден в пределах математически предсказанного положения.

Среднее расстояние между Нептуном и Солнцем — 4,55 млрд км (около 30,1 средних расстояний между Солнцем и Землёй, или 30,1 а. е.). Период полного обращения Нептуна вокруг Солнца составляет 164,79 земных года. Период вращения планеты вокруг своей оси составляет 15 часов 8 минут. Осевой наклон Нептуна — 28,32°, что похоже на наклон оси Земли и Марса.

Атмосфера Нептуна на 98 % состоит из водорода и гелия. В ней содержится также 2,5-3 % метана. Перистые облака в атмосфере Нептуна, скорее всего, состоят из кристаллов замерзшего метана. Сильные линии поглощения метана, доминирующие в спектре планеты, придают Нептуну интенсивный синий цвет. В спектре обнаружены также следы молекулярного водорода и этана. В микроволновом диапазоне обнаруживается присутствие небольших количеств аммиака.

Нептун — это газовый гигант. День на планете длится 16 часов, а год — 165 земных лет. Большая часть планеты состоит из очень плотной и горячей смеси воды, аммиака и метана, а внутри, возможно, находится твердое ядро размером с Землю. Температура в центре планеты — пять-шесть тысяч градусов. Атмосфера в основном состоит из водорода, гелия и метана — это из-за него планета такая синяя.

Радиус Нептуна равен 24 300 км, масса составляет 17,2 земной массы, средняя плотность — 1729кг/м3.

Нептун

Карликовые планеты

Термин «карликовые планеты» появился в 2006 г. при разработке новой классификации объектов планетных систем, в том числе Солнечной системы. Причиной этому послужила череда открытий малых планет за пределами орбиты Нептуна в начале XXI в.

Плутон, считавшийся самой удаленной планетой Солнечной системы, был понижен в статусе и переведен в класс карликовых планет Международным астрономическим союзом в 2006 году в связи с открытием множества новых объектов пояса Койпера, схожих с ним по размеру. О физической природе Плутона известно очень мало. Он вращается вокруг оси в обратном направлении (как Уран и Венера) с периодом 6 дней 9 часов 20 минут.

Плутон движется вокруг Солнца по эллиптической орбите со значительным эксцентриситетом, равным 0,25, превосходящим даже эксцентриситет орбиты Меркурия (0,206). Большая полуось орбиты Плутона (среднее расстояние от Солнца) Планета Плутон составляет 39,439 а. е. или примерно 5,8 млрд. км. Плоскость орбиты наклонена к эклиптике под углом 17,2°. Одно обращение Плутона вокруг Солнца длится 247,7 земных лет.

Плутон

Экваториальный радиус Плутона (1500 км) примерно вчетверо, а его масса в несколько сотен раз меньше, чем у Земли. Существует гипотеза, что Плутон, подобно ряду спутников планет-гигантов, состоит преимущественно из замерзших летучих веществ. Высказывались также предположения, основанные на данных спектрального анализа, что поверхность Плутона образована слоем метанового льда.

В 1978 г. у Плутона был открыт первый спутник, названный Хароном, отстоящий от планеты на расстояние 17 000 км. Плутон и Харон всё время повёрнуты одной стороной друг к другу, так что их периоды обращения вокруг оси и вокруг друг друга одинаковы.

Карликовые планеты совершают полноценные вращательные движения. Но, в отличие от 8 нам уже известных планет, они не способны очищать свои орбиты от инородных тел. Также они значительно уступают по массе основным планетам. Поэтому они не входят в число основных планет.

Наша Вселенная бесконечна, и сегодня мы узнали про одну из ее маленьких частичек – Солнечную систему с ее главными представителями. Теперь вы знаете, сколько планет в нашей Солнечной системе, как они выглядят и их характеристики. А напоследок предлагаем посмотреть интересное видео про Солнечную систему и Вселенную



Химический состав планет

Наши знания о составе планет довольно ограниченны. Пока что они основаны на косвенных данных — преимущественно на их массе, средней плотности, размерах и расстояниях от Солнца. Космические полеты дали более обстоятельную информацию о природе верхних слоев Венеры и Марса и доставили в земные лаборатории лунный материал, который оказался близок к составу базальтовых вулканических пород Земли.

Однако о внутреннем строении и составе поверхности планет земного типа мы знаем очень мало. Тем не менее основные данные о механических свойствах планет, которые в принципе известны давно, в целом отражают их состав.

Все планеты солнечной системы подразделяются на внутренние, или планеты земного типа, и на внешние, или планеты типа Юпитера. К внутренним планетам относятся близкие к СолнцуМеркурий, Венера, Земля, Марс; к внешним — далекие Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Внутренние планеты — преимущественно твердые каменные тела, поэтому к ним также по своей природе близки астероиды и спутники планет. Наиболее важные характеристики планет представлены в таблице.

Таблица 1

Планета Масса Радиус Средняя плотность, г/см3 Средняя плотность при нулевом давлении, г/см3 Скорость убегания, км/с Альбедо
Внутренние планеты
Луна 0.0123 0,273 3,35 3,31 2,37 0,067
Меркурий 0.0543 0,333 5,62 5.3 4.26 0.056
Венера 0,8136 0.9551 5,09 4,4 10,3 0,76
Земля 1.000 1.000 5,517 4.4 11.2 0.36
Марс 0.0169 0.528 4.00 3.9 5.03 0.16
Малые планеты
Астероиды (хондритовые) <0,00013 < 0,058 ~ 3,5 3,5
Внешние планеты
Юпитер 318,35 10,97 1,35 57,5 0,67
Сатурн 95,3 9.08 0,71 33,1 0,69
Уран 14,54 3,72 1.58 21.6 0.33
Нептун 17.2 3.38 2.47 24.6 0.64
Плутон 0,0337 0.54 2.0 0.14

Существенной величиной, по которой мы можем судить о составе планет (общем их составе), является их плотность. Средняя плотность планет (в г/см3) получается как результат деления их массы на объем d=M/V. Из таблицы видно, что средняя плотность планет неодинакова. Внутренние планеты земного типа, сложенные преимущественно твердым материалом, отличаются высокой плотностью (3,35-5,6 г/см3). У внешних планет плотность низкая (1,58-0,68 г/см3), что свидетельствует об их газовом составе. Действительно, Юпитер и близкие к нему планеты, по расчетным данным, состоят в основном из газов, среди которых первое место принадлежит водороду — наиболее распространенному элементу космоса.

Для понимания химической природы земного тара большое значение имеет сравнение планет земной группы друг с другом и с нашей планетой в целом. Поэтому ниже мы кратко остановимся на характеристике внутренних планет и Луне.

Внутренние планеты

Меркурий — ближайшая к Солнцу планета — имеет самую высокую плотность. Поскольку период собственного вращения Меркурия равен периоду его обращения вокруг Солнца, то он все время повернут к Солнцу одним полушарием. На освещенной стороне Меркурия температура достигает 625° К, а на темной поверхности, вероятно, всего лишь 10—20° К. На неосвещенной поверхности большинство газов должно замерзать, а на освещенной, горячей стороне, молекулы обычных газов должны приобретать тепловые скорости, превышающие скорость улетучивания с поверхности. Поэтому Меркурий практически не имеет атмосферы. Возможно, на нем есть небольшая неустойчивая аргоновая атмосфера как продукт распада радиоактивного К40, сосредоточенного в твердом теле планеты.

Венера по размерам и плотности наиболее приближается к нашей Земле. Она также обладает наиболее мощной, плотной и теплой атмосферой из всех планет земной группы. По данным межпланетных станций «Венера-4, 5, 6, 7», атмосфера планеты на 93—07% состоит из СО2. Обнаружено присутствие О2, N2, H2O. Температура атмосферы у поверхности достигает 747 ±20° К, давление 90 атм. Обилие CO3 можно объяснить процессом разложения карбонатов при высоких температурах. Подобным же образом происходит разложение и других карбонатов с образованием CO2. Свободный кислород на Венере образуется в результате разложения Н2O под действием солнечной радиации. Другой продукт разложения — водород — легко, теряется верхними слоями атмосферы. Это приводит к медленной вековой потере воды, и Венера постепенно высыхает. При высоких температурах поверхности практически вся вода на Венере находится в атмосфере в парообразном состоянии. Наличие светлого водяного пара определяет высокую отражательную способность планеты — 76% падающего на нее солнечного света.

Земля является самой крупной из всех внутренних планет. В то же время она имеет наиболее крупного спутника — Луну, которая по массе составляет 1/81 часть массы Земли. По своему составу азотно-кислородная атмосфера Земли резко отличается от атмосфер других планет и является продуктом жизни. Большая часть атмосферного аргона Земли имеет радиоактивное происхождение от распада К40 в земной коре.

Луна представляет собой твердое тело, лишенное атмосферы и состоящее из силикатного материала. Невооруженным глазом уже давно иа поверхности нашего спутника были замечены темные и светлые участки. Большие темные области на поверхности Луны еще первыми исследователями, использовавшими телескоп, были названы морями. Но мы теперь знаем, что на Луне отсутствует вода и так называемые моря представляют собой сухие, относительно плоские равнинные области более темного оттенка, чем остальная поверхность.

С помощью телескопа на лунной поверхности можно наблюдать рубцы и ямы горных цепей и кратеров. Особенно много кратеров. Самые большие из них названы в честь выдающихся деятелей науки и культуры — кратеры Тихо, Коперник, Кеплер, Аристарх, Эратосфен, Платон и др. Самый крупный кратер — Гримальди, диаметром свыше 200 км. Кольцеобразные валы кратеров часто имеют высоту порядка 6 км.

Поверхность Луны образована темным материалом. Об этом свидетельствует малая отражательная способность лунной поверхности. Луна отражает только 7% падающих на ее поверхность солнечных лучей видимой части спектра. В то же время от поверхности нашего спутника красный свет отражается более эффективно, чем синий или фиолетовый. Это придает лунному свету оранжевые тона. Самые светлые области похожи на белый песок, самые серые — на темные сланцы. По свидетельству американского космонавта Н. Армстронга, побывавшего на Луне, «в общем, исследованный нами район по освещенности может сравниться с пустыней, а его цвет напоминает цвет сухого цемента или песчаного пляжа. При выходе из кабины мы неожиданно обнаружили, что обломки пород и частицы лунного грунта имеют темно-серый или угольно-серый цвет».

Изучение орбит искусственных спутников Луны показало, что под поверхностью лунных морей находятся концентрации тяжелого вещества, которые получили название масконов. Одна из самых больших гравитационных аномалий лунного шара — в области моря Дождей.

Первые исследования лунных пород позволили выделять среди них четыре типа: пузырчатые со стекловидными пузырьками (тип A), полнокристаллические (тип B), лунные брекчии — сцементированные породы, обломки кристаллического материала (тип C) и россыпи тонкого материала (тип D), составляющего лунный грунт (реголит). Элементарный и минералогический состав этих типов пород очень сходный.

Данные о химическом составе лунных пород получены из разных районов: из районов морей (Спокойствия, Океана Бурь и Изобилия); из горных районов с кольцевыми структурами (места посадок «Аполлона-14» и автоматической станции «Луна-20»). Изучение состава лунных пород, собранных преимущественно из районов морей, показывает, что по соотношению основных компонентов он больше всего согласуется с составом полевошпатовых ахондритов — эвкритов. Наиболее вероятным источником вещества Луны могли быть хондриты с повышенным содержанием силикатного железа и не имеющие металлической фазы.

По сравнению с земной корой и наиболее близкими к лунным породам базальтами в исследованных породах Луны обнаружено гораздо больше железа, титана, циркония, редких земель и других химических элементов. Элементы с повышенным содержанием в лунных породах обладают некоторыми общими геохимическими свойствами.

Отдельные ряды элементов в больших периодах таблицы Д. И. Менделеева образуют так называемые геохимические семейства и находятся по соседству друг с другом. Геохимические семейства объединяют элементы с общими химическими и геохимическими свойствами, определяемыми близким характером внешней электронной оболочки их атомов.

Учитывая изложенное выше, можно прийти к выводу, что повышенное содержание ряда химических элементов у поверхности Луны не является случайным, а носит вполне определенный закономерный характер. Так, в поверхностных породах Луны особенно резко выражены элементы семейства железа, молибдена, редких земель. Правда, для редких элементов имеется исключение в отношении одного элемента — европия. Он содержится в скудном количестве по сравнению с другими редкоземельными элементами. Таким образом, элементарный химический состав исследованных лунных пород отражает в первую очередь высокотемпературные условия их образования. Действительно, все до сих пор исследованные лунные породы изверженного вулканического происхождения. Они возникли в результате остывания силикатного расплава, обогащенного железом, — лунные лавы излились из более глубоких горизонтов лунного шара.

Лунные породы состоят из немногих минералами. Наиболее распространенные из них следующие:

  • Пироксен
  • Плагиоклаз
  • Ильменит
  • Оливин

В лунных породах также обнаружены разновидности кремнезема — кристобалит и тридимит, калиевый полевой шпат, апатит, обогащенный редкими землями, бадделит, биотит, амфибол, кальцит. Встречаются и такие минералы, как пироксенманганит, ферропсевдобрукит и хромотитанистая шпинель. Эти минералы, естественно, отражают повышенное содержание титана, хрома и марганца в материале лунных пород.

Все лунные минералы лишены следов воздействия водных растворов, и все лунные породы представляются исключительно сухими; Ничтожные доли окисного железа и преобладание его закисных форм свидетельствуют о недостатке кислорода в процессе формирования лунных пород.

Особый интерес представляет измерение изотопного состава химических элементов Лупы. Главные химические элементы показали изотопные соотношения, равные тем же соотношениям на Земле. Это говорит в пользу общего происхождения вещества Земли и Лупы в далеких древних космических системах.

Измерение отношений изотопов в отдельных минеральных фракциях лунных пород позволило установить температуры, при которых кристаллизовались эти породы. Крупно- и мелкозернистые лунные породы показали отношение изотопов, которое соответствует изотопному равновесию при 1100—1300° С, что, вероятно, соответствует температуре кристаллизации.

Распад радиоактивных изотопов помогает решить вопрос о возрасте лунных пород как времени, прошедшем с момента их кристаллизации. В районе Моря Спокойствия возраст кристаллических пород — 3,7 млрд. лет. Такие древние породы для нашей земной коры являются исключительно редкими. Определение соотношений изотопов стронция и свинца из лунных пород позволило рассчитать возраст Луны как самостоятельно существующей планеты. Он оказался равным 4,6 млрд, лет, хорошо согласуясь с возрастом большинства изученных метеоритов разного типа и состава.

Тщательные поиски сложных органических соединений в материале лунных пород привели к открытию в малых количествах простейших соединений углерода.
В одном грамме лунной пыли обнаружены также аминокислоты порядка 1×10-8 г.

Плотность кристаллических пород Луны 3,1—3,2 г/см3, в то время как средняя плотность Луны 3,35 г/см3. Столь малое различие плотностей свидетельствует о слабой химической дифференциации Луны в целом. Это позволяет заключить, что Лупа есть сферическое тело, сложенное почти целиком силикатным материалом.

Марс из всех внутренних планет наиболее удален от Солнца и обладает самой низкой плотностью. Благодаря исследованиям космическими аппаратами «Маринер-4, 6, 7, 8, 9» и «Марс-1, 2, 3» было установлено, что поверхность планеты покрыта многочисленными кратерами, однако обширная область Хеллас совсем лишена кратеров и похожа на поверхность Лупы. Наблюдаются три типа поверхности Марса: светлые — «материковые» районы, желтые — «морские» и белоснежные — полярные шапки.

Большая часть поверхности планеты имеет оранжевую окраску, что, по данным оптических характеристик и радиоастрономии, указывает на мелкозернистый характер раздробленных силикатных пород, покрытых пленкой окислов железа.

Атмосферное давление у поверхности Марса не превышает 6 мм рт. ст., т. е. на два порядка ниже, чем на Земле. Основным компонентом атмосферы Марса является С02, количество которого, вероятно, превышает 50%, обнаружены примеси NO2, содержание O2 и N пренебрежительно малое. В атмосфере планеты присутствуют пары воды, а также аэрозоли, с которыми связаны «пыльные бури». Температура поверхности Марса изменяется в зависимости от широты и на границе полярных шапок достигает 140—150° К. При таких температурах углекислый газ должен вымерзать. Отсюда можно предположить, что полярные шапки Марса состоят из замороженной углекислоты толщиной слоя в несколько метров. В полярных областях Марса должно вымораживаться значительное количество водяного пара, что способствует образованию ледников.

А. Биндер в 1969 г. теоретически исследовал внутреннюю структуру Марса, основываясь на свойствах материала мантии Земли и очень точном определении радиуса и массы Марса по данным измерений космического аппарата «Марииер-4». Теоретическое моделирование показало вероятность того, что Марс имеет внутреннее железное ядро с радиусом 790—950 км, занимающее от 2,7 до 4,9% объема планеты. Состав оболочки — мантии — Марса не должен существенно отличаться от состава земной мантии. Температура внутри Марса должна быть между 800 и 1500° С, т. е. значительно ниже, чем в недрах Земли.

В 1948 г. английский астроном Г. Рамзей выдвинул гипотезу о том, что все внутренние планеты имеют одинаковый состав, а различие в их средней плотности определяется разной степенью сжатия вещества под влиянием высоких давлений, пропорциональных массам планет. В частности, существование ядра Земли объяснялось фазовым переходом силикатного вещества в металлическое состояние, вызванное высоким давлением. Однако если бы внутренние планеты имели одинаковый химический состав, а уплотнение в центральных частях определялось бы массой самой планеты, тогда в последовательном ряду планет возрастания их массы — Меркурий, Марс, Венера, Земля — мы бы наблюдали последовательное возрастание плотности. На самом деле, как можно видеть по данным табл. 5, маленький Меркурий имеет более высокую плотность, чем более массивные Марс или Венера. Поэтому можно заключить, что внутренние планеты имеют разный химический состав.

При оценке их состава в основном представляют интерес величины средней плотности, вычисленные для нулевого давления в центре планет. Различие состава в данном случае, скорее всего, определяется различным соотношением силикатного (плотность 3,3 г/см3) и металлического железоникелевого материала (плотность 7,23 г/см3). Таким образом, наиболее вероятной причиной различия плотностей внутренних планет солнечной системы является разное соотношение силикатного и металлического (железоникелевого) материала. Развитие этих представлений за последнее время получило большую популярность. В то же время дискуссионным остается вопрос о распределении внутри планет металлической и силикатной частей — находятся ли они вместе и распределяются равномерно по всему объему каждой из планет или же сосуществуют раздельно — металлическая фаза в виде внутреннего ядра, а силикатная в виде оболочки — мантии разной мощности.

На основании имеющихся данных в области геохимии и космохимии можно предполагать наличие центральных металлических ядер внутри планет земного типа. Такой вывод больше соответствует всему известному и находит подтверждение со стороны таких метеоритов, как железные, железокаменные и ахондриты. Однако хондриты, которые отражают химически недифференцированный материал, видимо, являются обломками астероидов, в которых не смогла завершиться дифференциация.

Из сказанного следует, что разная плотность внутренних планет определяется главным образом различием их химического состава. Более плотные планеты содержат больше металлического железа, менее плотные — меньше. Но, очевидно, различие в составе характерно не только для главных элементов (О, Si, Fe, Mg, Са, Al, Na), но и для всех других химических элементов таблицы Д. И. Менделеева. Во всяком случае данные по распространению многих редких элементов в метеоритах разных классов, полученные за последнее время, вполне подтверждают такое предположение.

Обращает на себя внимание пространственная закономерность состава внутренних планет — пропорция металлического железа в ближайших к Солнцу планетах выше, чем в планетах более отдаленных. Это хорошо видно на рис. 10 при сравнении близкого к Солнцу Меркурия и далекого от него Марса. По-видимому, в данном случае имеет место важная космохимическая закономерность, которая должна быть объяснима теорией происхождения солнечной системы.

Внешние планеты

По составу, строению и размерам внешние планеты солнечной системы резко отличаются от внутренних планет земной группы. Внешние планеты имеют малую плотность, что определяется их газовым составом. Причем ведущим элементом этих планет являются водород и его соединения. По некоторым оценкам Юпитер содержит 78% водорода по весу, а Сатурн 63%. Уран и Нептун имеют более высокие средние плотности, и, вероятно, пропорция водорода в них ниже.

В спектрах протяженных атмосфер внешних планет отмечаются сильные полосы метана, а также полосы молекулярного водорода. Кроме того, в спектрах Юпитера и Сатурна наблюдаются слабые полосы аммиака. Однако на Уране и Нептуне аммиак находится в замороженном состоянии, поскольку температура поверхности этих планет очень низкая, порядка -210° С. При таких температурах большинство газов переходит в жидкое и твердое состояния. По некоторым косвенным данным, можно допустить, что в составе внешних планет имеется много гелия.

Таким образом, крупные внешние планеты солнечной системы по своему атомарному элементарному составу во многом близки к составу Солнца. Они сложены преимущественно из легких компонентов — H, Не, СН4, NH3, H2O. Сохранность этих веществ в составе больших планет связана с высокими значениями масс самих планет, а также с низкими температурами внешних краевых областей солнечной туманности, от которой они произошли.

Изложенные выше данные позволяют прийти к определенным выводам, имеющим прямое отношение к вопросам происхождения солнечной системы.

  1. Планеты солнечной системы различаются по своему химическому составу. Внутренние планеты сложены в основном твердыми телами, внешние — преимущественно газами.
  2. Среди внутренних планет также имеется различие в составе — ближайшие к Солнцу планеты более плотные, чем отдаленные.
  3. Различие в составе внутренних планет, по-видимому, обусловлено теми же причинами, что и различие в составе метеоритов, т. е. планеты более плотные содержат больше металлической (железоникелевой) фазы и меньше силикатной. Максимальное содержание железа, вероятно, характерно для Меркурия, минимальное для Луны, в которой большая часть железа находится в силикатах.
  4. Различие состава планет свидетельствует о химическом и физическом фракционировании элементов в процессе образования солнечной системы. Фракционирование определялось различной степенью окисления вещества в зависимости от расстояния от Солнца.
  5. Гигантские внешние планеты солнечной системы возникли из вещества, чрезвычайно близкого к составу Солнца, и процессы фракционирования при их образовании проявились в незначительной степени.





  6. Мониторинг озоновых дыр
  7. Интерактивная карта боевых действий в мире
  8. Монитор морских судов
  9. Карта глобального потепления
  10. Мониторинг магнитного поля Москва
  11. Частоты шумановского резонанса
  12. Vulkan-Monitor
  13. Мониторинг рентгеновского излучения
  14. Глобальная карта катаклизмов
  15. Стихийные бедствия и техногенные катастрофы
  16. Радиационная обстановка в вашем регионе
  17. Магнитные бури - выживание
  18. Солнечная система 3D-модель
  19. Карта звёздного неба
  20. Планетарий