Метеорити., кратери, астроблеми

Комети

Плутон

Плутон – колись дев'ята, найдальша і найменша за розміром, планета Сонячної системи. Вона була відкрита 1930 року американським астрономом Клайдом Томбо, а її існування розраховано за збуренням в русі планет Урана і Нептуна.

Плутон вирішили вважати карликовою планетою (dwaft planet) після того, як астрономи виявили в Сонячній системі ще приблизно 50 планет, співрозмірних Плутону.

Плутон має найбільший період обертання навколо Сонця – 247,7 земних років, а його еліптична орбіта витягнута настільки, що він іноді опиняється навіть ближче до Сонця, ніж Нептун (цей період можна вважати «літом» для Плутона). Площина його орбіти нахилена до площини екліптики під значним кутом 17°, так, що рухаючись небесною сферою, Плутон виходить за межі зодіакальних сузір'їв. Плутон обертається навколо осі (як і Уран чи Венера) у зворотному напрямку, а кут нахилу осі обертання до площини орбіти становить 32°.

Плутон виглядає як зірка 15–ої зоряної величини, світла і тепла він отримує в 1600 раз менше, ніж Земля. Маса Плутона становить 1/500 маси Землі і 1/6 маси Місяця. Поверхня Плутона вкрита метановим льодом і тому має сірий відтінок. При проходженні перигелію температура планети становить 45–67 К (від –228 °С до –206 °С). В останній раз Плутон пройшов свій перигелій 9 вересня 1989 р. Через 124 роки, коли він буде в афелії, приплив сонячного тепла зменшиться втричі і температура знизиться до 32–50К.

Атмосфера Плутона складається з метану, атмосферний тиск у поверхні планети в 7 тис. разів менший від земного. Супутник Плутона – Харон. Плутон (Аїд) – бог підземного царства, де панує вічна темрява. Харон – перевізник, що переправляв душі померлих через річку підземного царства. Діаметр Харона 1186 км. Відношення мас Плутон – Харон 7:1 (Земля – Місяць 81:1), тому мова йде про подвійну планету – систему Плутон – Харон.

В тих областях Сонячної системи, де рухаються Плутон і Харон, справді панує вічна темрява. І все ж таки освітленість від Сонця там у 300 разів більша, ніж від Місяця на Землі під час повні.

Характеристики планет–гігантів та карликової планети Плутон

Характеристики	Планети–гіганти
Юпітер	Сатурн	Уран
Діаметр	142 800км	120 000км	51 800км
Маса	1,9– 1027кг, 318 М,	5,7– 1026кг, 95 М,	8,7– 1025кг, 14,6 М,
Густина	1330 кг/м^3	690 кг/м^3	1710 кг/м^3
Середня відстань від Сонця	5,2а.о.	9,54а.о.	19,18а.о.
Період обертання навколо осі	9год 55хв 29 с	10год 14хв	17год 14хв
Період обертання навколо Сонця	11,86 земних років	29,46 земних років	84 земних роки
Ексцентриситет орбіти	0,048	0,056	0,047
Нахил орбіти	1,3°	2,5°	0,77°
Кількість супутників
Характеристики	Планети-гіганти	Плутон
Нептун
Діаметр	48 600км	2290км
Маса	1,03– 1026кг,17,2 Мз	1,3 • 1022кг, 0,002 Мз
Густина	2300 кг/м^3	2100 кг/м^3
Середня відстань від Сонця	30,06а.о.	39,53а.о.
Період обертання навколо осі	16год 03хв	6,38 доби
Період обертання навколо Сонця	164,79 земних роки	247,7 земних років
Ексцентриситет орбіти	0,009	0,249
Нахил орбіти	1,77°	17,3°
Кількість супутників		Харон

Запитання для самоконтролю

1. Поясніть, чим саме несхожі між собою планети–гіганти й планети земної групи?

2. Яка природа Великої Червоної Плями в атмосфері Юпітера?

3. Що вам відомо про природу кілець Сатурна?

4. Чи є кільця Сатурна особливістю лише цієї планети?

5. До якої групи належить Плутон?

ЛЕКЦІЯ №8

Тема.

Малі тіла сонячної системи (астероїди, комети, метеори) Формування нашої планетної системи.

План лекції.

1. Астероїди – малі планети Сонячної системи.

2. Комети.

3. Фізична природа комет.

4. Розпад комет. Метеорити та метеоритні потоки. Боліди.

5. Метеорити, кратери, астроблеми.

6. Формування нашої планетної системи.

7. Етапи формування протопланетного диска.

8. Акумуляція планет.

9. Утворення астероїдів і комет.

Література. Л4 (ст.77–83); Л5 (ст.96–105)

1. Астероїди – малі планети Сонячної системи.

Якщо накреслити план орбіт планет Сонячної системи, то виявиться, що відстані планет від Сонця зростають орієнтовно в геометричній прогресії. Ця закономірність отримала назву правила Тиціуса – Боде (1766 р.) за іменами німецьких учених, які його виявили:

де п = –∞ для Меркурія, п = 0 для Венери, п = 1 для Землі, п = 2 для Марса і т. д.

Ця формула досить правильно дає значення середніх відстаней планет від Сонця в а.о.

Планета	n	r	r д		n	r	r д
Меркурій	–∞	0.4	0.39			2.8	??
Венера		0.7	0.72	Юпітер		5.2	5.2
Земля			1.0	Сатурн			9.54
Марс		1.6	1.52	Уран		19.6	19.10

Цікавим є той факт, що між Марсом і Юпітером існує проміжок; планети, що відповідає 5–му члену ряду, немає. З 1796 р. розпочались пошуки небесного тіла на відстані 2.8 а.о. від Сонця. Але реальність порушувала математичну гармонію.

Першу малу планету було відкрито 1 січня 1801 p.; її назвали іменем античної богині плодючості — Церера (діаметр 1000 км). Незабаром було знайдено ще три малі планети: Паллада (діаметр 600 км), Веста (540 км) і Юнона (245 км). На небесній сфері малі планети схожі на зорі, тому їх і назвали астероїдами, що старогрецькою означає «зореподібні». Вони відрізняються від зір тільки характерним для планет петлеподібним переміщенням на тлі зоряного неба.

З кінця XIX ст. астероїди стали відшукувати фотографічним методом. Згодом між орбітами Марса і Юпітера на відстані від 2.2 а. о. до 3.2 а. о. було виявлено і надійно встановлено понад 9000 астероїдів, які утворюють так званий головний пояс астероїдів. Астероїдам присвоюють номери (в порядку відкриття) і назви. Спочатку їх називали іменами богинь грецької і римської міфології (1 Церера, 2 Паллада, 3 Веста, 52 Європа, 64 Кібела, 16 Психея). Згодом астрономи звернулися до міфів інших народів, стали використовувати жіночі імена (224 Оксана, 265 Анна, 558 Кармен, 1180 Рита, 2202 Пеле), імена видатних учених, географічні назви та ін. (1822 Копернік, 2001 Ейнштейн, 1709 Україна, 876 Геометрія, 1154 Астрономія, 2171 Київ, 2427 Кобзар).

Можливо, астероїди виникли тому, що з якоїсь причини речовина не змогла зібратися в одне велике тіло — планету; можливо також, що колись тут була планета, яка чомусь розпалася, і астероїди—її осколки. Деякі астероїди мають не кулясту, а неправильну форму. Сумарна маса астероїдів =0.1 маси Землі. Астероїдів з діаметром понад 200 км. близько 50, від 80 до 200 км. близько 260, діаметром понад 1 км — більше мільйона.

Рухаються астероїди навколо Сонця в той же бік, що й планети, і мають витягнуті еліптичні орбіти переважно з невеликими ексцентриситетами. Орбіти деяких астероїдів мають великі ексцентриситети, внаслідок чого в перигелії вони підходять до Сонця ближче, ніж Марс і Земля. Ікар підходить до Сонця ближче, ніж Меркурій (перигелій 28 км), і періодично наближається до Землі (в 1987 р. відстань від Землі до Ікара становила кілька мільйонів км). Наступні наближення Ікара будуть у 2006 та 2015 pp., коли відстань до Землі становитиме 45 та 8 млн. км, відповідно.

Виділяють три родини астероїдів, що дуже близько наближаються до Землі. Родина Амура (1221) – астероїди, орбіти яких в перигелії майже торкаються орбіти Землі, астероїди з родини Аполлона (1862) перетинають земну орбіту із зовнішньої сторони (їх перигелій на відстані менше 1 а.о.), з родини Атона (2962) перетинають земну орбіту з внутрішньої сторони. Близькі проходження астероїдів відбуваються досить часто.

1992 р. відкрито новий пояс астероїдів – пояс Койпера або планетоїди, який починається за орбітою Нептуна і розташований на відстані 40–50 а.о. До 2000 р. було відомо близько 120 планетоїдів, розміри яких орієнтовно такі ж, як і в основному поясі астероїдів,тобто значна кількість має діаметр понад 100 км. Загальну кількість тіл з діаметром понад 1 км зараз оцінюють у кілька мільйонів. Більшість тіл відкрито за допомогою двохметрового телескопа Гавайського університету. Вважають, що пояс Койпера містить велику кількість кометних дер.

Комети (з гр. «довговолоса») — світила туманного вигляду з довгим блідим хвостом – вважалися в минулому провісницями всіляких бід і воєн. Комету, яку описував Л. Толстой у романі «Війна і мир», вважали пророцтвом Вітчизняної війни 1812 р.

Довгий час, за Аристотелем, дотримувалися думки, нібито комети — це згущення газів у земній атмосфері. Лише данський астроном Тіхо Браге довів космічне походження комет. Дотепер зареєстровано близько 1100 комет.

Рух комет. На відміну від астероїдів, що мають орбіти з малим ексцентриситетом, орбіти комет — це дуже витягнуті еліпси. Частіше за все еліпси витягнуті настільки, що ділянки орбіт, які пролягають середині сонячної системи, мають вигляд параболи чи гіперболи. Від ступеня витягнутості еліпса залежить і період обертання комети навколо Сонця. Найкоротшим шляхом рухається комета Енке — від орбіти Меркурія до Юпітера і назад з періодом 3,31 роки. Найвідоміша серед комет — комета Галлея — повертається до Сонця кожні 75,54 років. Вона названа на честь Е. Галлея, який визначив період її обертання. Галлей встановив, що комети, які спостерігалися у 1531, 1607 і 1682 роках, — це одне й те саме світило, яке періодично повертається до Сонця. Він передбачив появу комети в 1758 p., і через 16 років після його смерті вона справді з'явилася. Комета Галлея з'являлась уже двічі у XX столітті (1910р. і 1986p.).

Комета, відкрита 1788 р. Кароліною Гершель, повернулася через 154 роки з відстані 57 а.о. 1914 р. спостерігалася найдальша комета Делавана, вона віддалиться на 170 000 а.о. і повернеться через 24 млн років. Комети, відомі за їхніми попередніми появами, називають періодичними (їх близько 330).

Походження комет. За гіпотезою нідерландського астронома Я. Оорта (1950 р.) ядра комет утворюють величезну хмару, яка сягає далеко за межі орбіти Плутона (на відстані 100—150 тис. а.о. від Сонця) і знаходиться на межі Сонячної системи. Хмара Оорта — це залишки матеріалів, які не пішли на утворення планет Сонячної системи і відкинуті на велику відстань за межі відомих планетних орбіт. Також джерелом утворення комет є пояс Койпера.

Закони, що управляють рухом планет і комет, однакові, але є суттєві відмінності:

1. Орбіти планет — еліпси, близькі до кола. Орбіти комет, як правило, — витягнуті еліпси, близькі до параболи в межах Сонячної системи.

2. Планети рухаються в площині тонкого диску (площині екліптики), майже всі в одному напрямку. Шляхи комет орієнтовані у просторі хаотично.

3. Рух планет стійкий, вони не змінюють помітно своїх орбіт. Комети, перетинаючи шляхи великих планет, змінюють орбіти. Особливо сильно впливає Юпітер, він захоплює комети своїм гравітаційним полем, і переводить комети на короткі періодичні орбіти — від Сонця до Юпітера і назад.

3. Фізична природа комет

Ядро комети діаметром кілька кілометрів — єдина тверда частина комети, в якій зосереджена практично вся її маса. Маса комет мала і не впливає на рух планет. Ядро комети складається із суміші пилинок, твердих силікатних частинок (5—10%), водяного льоду і замерзлих газів — вуглекислого газу, метану, аміаку. Поки до Сонця далеко, комета «спить», температура її близько –260 °С, вона не має ні голови, ні хвоста. Наближаючись до Сонця (починаючи з відстані 6а.о.), кометний лід починає випаровуватися. Гази і пил утворюють навколо ядра газову оболонку — кому, або голову комети.

Під дією тиску сонячного світла і сонячного вітру (потоків заряджених частинок з боку Сонця) речовина голови комети відкидається у напрямку, протилежному від Сонця, утворюючи протяжний хвіст комети. Форму хвоста визначає сила, що має головний вплив на комету, — сила відштовхування за рахунок сонячного вітру і тиску сонячного світла або сила притягання з боку Сонця.

Розрізняють чотири типи хвостів.

І тип — прямий і тонкий хвіст, складається з іонів, які мають велике прискорення в полі сонячного випромінювання.

II тип — широкий і трохи викривлений, складається з нейтральних молекул кометної атмосфери і дрібних пилових частинок.

ІІІ тип — широкий і сильно викривлений, складається з більших пилових частинок.

Значно рідше спостерігається аномальний хвіст IV типу, який направлений до Сонця і складається з великих за розмірами пилових частинок.

Кванти сонячного світла іонізують кометний газ, який світиться подібно до розрідженого газу в газорозрядних трубках.

Хвіст комети росте з наближенням її до Сонця і завжди напрямлений від нього, збільшується й голова комети. Хвіст іноді сягає 150 млн. км, а голова комети — розмірів Сонця. З віддаленням від Сонця вигляд і яскравість комети змінюються в зворотному порядку, комета знову «засинає» до нової зустрічі із Сонцем.

Густина речовини в голові (крім ядра) та хвості комети дуже мала. 1910р. Земля пройшла крізь хвіст комети Галлея, але газ у хвості комети настільки розріджений, що це ніяк не вплинуло на біосферу Землі. Тільки при зіткненні Землі з ядром комети може статись катастрофа. За однією з гіпотез, Тунгуська катастрофа 1908 р. була спричинена падінням на Землю невеликої комети, що мала ядро діаметром близько 130 м. В липні 1994 р. астрономи спостерігали унікальне явище падіння на Юпітер комети Шумейкера—Леві, яка перед тим розділилася на понад 20 фрагментів.

4. Розпад комет. Метеорити та метеоритні потоки. Боліди.

За рахунок випаровування речовина комети безперервно розсіюється у просторі і її маса зменшується. Ядра періодичних комет поступово виснажуються, з кожним обертом вони світяться дедалі слабше. Інколи спостерігається поділ кометних ядер на дві частини чи більше. Комета Галлея на кожному витку зменшується метрів на двісті.

Метеорні тіла — залишки комет, які видно лише в момент їх випаровування, називають метеорами.

Пилові частинки, що виділяються із хвоста та голови комети, розсіюються вздовж її орбіти і утворюють метеорний рій. Коли Земля зближується з орбітою комети і перетинає такий рій пилових (або метеорних) частинок, вони влітають в атмосферу Землі з величезними швидкостями (від 11 до 72 км/с). При таких швидкостях метеорна частинка інтенсивно руйнується (переважно на висотах ПО—70 км над поверхнею Землі), нагрівається до 2—3 тис. градусів від зіткнення з молекулами атмосфери і спалахує, створюючи явище метеор (в народі називають «падаюча зоря»). Якщо блиск метеора більший від блиску Венери, то таке явище називається болідом. При перетині Землею метеорного рою метеори, що згорають в земній атмосфері, утворюють метеорний потік, а іноді — метеорний дощ, якщо щохвилини в атмосфері спалахують десятки або і сотні метеорів. Здається, що всі метеори вилітають майже з однієї точки небесної сфери. Ця точка називається радіантом метеорного потоку. Радіант потоку метеорів виникає внаслідок того, що в метеорному рої частинки рухаються паралельними траєкторіями. При спостережені з поверхні Землі виявляється явище перспективи (паралельні рейки залізниці на горизонті сходяться в одну точку). Назва метеорного потоку пов'язана із сузір'ям, в якому знаходиться радіант.

18—19 листопада спостерігається метеорний потік Леоніди з радіантом у сузір'ї Лева, пов'язаний з періодичною кометою Темпеля—Туттля, відкритою 1865р. Щороку з 12 по 14 серпня спостерігається метеорний потік Персеїди з радіантом у сузір'ї Персея, пов'язаний з періодичною кометою Свіфта—Туттля, яка спостерігалась востаннє в 1992 p. Метеорний потік Оріоніди, породжений кометою Галлея, спостерігається з 16 по 26 жовтня з радіантом в сузір'ї Оріон.

Метеори бувають поточні та спорадичні. Останні породжуються метеороїдами (метеорними тілами), які мають будь–які індивідуальні орбіти в Сонячній системі. За походженням вони пов'язані, як з кометами, так і з астероїдами, які при руйнівних зіткненнях утворюють дрібні частинки.

Якщо метеорне тіло має значний розмір і масу, то воно може не зруйнуватися в атмосфері повністю. У цьому випадку на поверхню Землі випадає його залишок, який називається метеоритом. У більшості випадків маса метеорита за час польоту в атмосфері дуже зменшується. Від сильного опору повітря метеорит нерідко розколюється і з гуркотом випадає на Землю у вигляді уламків. (Сіхоте–Алінський метеорний дощ — 12 лютого 1947 р. в уссурійську тайгу впало близько 30 тон залізних фрагментів метеороїда, зруйнованого на висоті 9 км від поверхні Землі. Це склало близько третини його початкової маси).

При падінні на поверхню Землі метеорита утворюються ударні або вибухові кратери. Ударні кратери утворюються при невеликих швидкостях падіння тіл (до 4 км/с), і метеорити, залежно від міцності ґрунту, знаходяться або на поверхні, або на деякій глибині. Наприклад, Сіхоте–Алінський метеорит, уламки якого утворили невеликі кратери, або метеорит Гоба (60 тонн, Південно–західна Африка), який практично не заглибився і знайдений на поверхні.

Дуже великі метеорити (масою десятки і сотні тисяч тонн) при великій швидкості падіння на Землю (більше 4 км/с) вибухають і утворюють вибухові метеоритні кратери, що нагадують місячні. При цьому, як правило, повністю випаровується не лише сам метеорит, а й значна маса ґрунту. Яскравим прикладом є Аризонський кратер діаметром 1200 м і завглибшки 175 м. Метеорит, що утворив цей кратер, мав масу не менше 200 тис. тонн і діаметр 100 м.

Сліди у вигляді метеоритних кратерів на поверхні нашої планети отримали назву астроблеми («зоряні рани»). На поверхні нашої планети зараз відомо близько 200 «викопних» вибухових кратерів віком від десятків до сотень млн. років. На сьогодні вони змінили свій зовнішній вигляд, а виявляють їх за знімками з космосу та методами геологічних досліджень. Найстаріші і найбільші астроблеми: кратер Садбері в Канаді (діаметр 200 км, вік 1,8 млрд років) і кратер Вредефорд в Південній Америці (діаметр 200 км, вік 2 млрд років). На території України відомо сім таких вибухових утворень — астроблем. Найдавніша — Іллінецька астроблема (Вінницька область). її вік близько 400 млн років, глибина кратера 700 м. Початковий діаметр цієї астроблеми становив 7 км. Нині вона має менші розміри — її діаметр дорівнює 3,2 км.

Залежно від хімічного складу метеорити поділяються на залізні, кам'яні та залізно–кам'яні.

Залізні метеорити (5 %) складаються переважно з нікелистого заліза. В земних гірських породах природний сплав заліза з нікелем не трапляється.

Кам 'яні метеорити мають вкраплення нікелистого заліза, тому космічні камені, як правило, важчі від земних. Виділяють кам'яні хондрити (85 %) і кам'яні ахондрити (7 %). Характерною ознакою хондритів (від гр. «хондрос» — «зерно») є наявність всередині них маленьких кулястих залізно–магнієвих включень у вигляді зерен.

Залізно–кам 'яні метеорити (2 %) — це шматки нікелистого заліза з невеликими кам'яними включеннями.

Вважається, що метеорити є осколками малих планет — астероїдів, які утворюються, коли орбіти астероїдів перетинають орбіту Землі. Припускається, що речовина метеоритів являє собою первинну речовину з часів утворення Сонячної системи, її вік близько 4,6 млрд. років.

6. Формування нашої планетної системи.

Теорія, яка розглядає походження Сонячної системи, має пояснювати такі факти:

• Орбіти всіх планет лежать практично у площині екліптики;

• Планети рухаються навколо Сонця по орбітах, близьких до колових;

• Напрямок обертання планет навколо Сонця однаковий для всіх планет і збігається з напрямком обертання Сонця і власним обертанням планет (окрім Венери та Урана); у тому ж напрямку, що і планети навколо Сонця, обертається навколо них більшість їхніх супутників;

• середня відстань планет від Сонця підлягає правилу Тиціуса—Боде;

• 99,86 % маси Сонячної системи припадає на Сонце і лише 0,14 % на планети, тоді як планетам належить 98 % моменту загальної кількості руху Сонячної системи;

• планети поділяються на дві групи, різко відмінні між собою за середньою густиною, хімічним складом, розмірами і внутрішньою будовою.

За гіпотезою О. Шмідта, Сонячна система почала формуватися близько 5млрд років тому. Із газопилової хмари, що повільно оберталася, дуже швидко — за сотні років — утворилося Протосонце, яке внаслідок гравітаційного стискання нагрівалося. Протопланетна хмара оберталася все швидше, набуваючи форми диска, у центрі якого містилося Сонце. Молода зоря продовжувала розжарюватись, і під дією тиску її світла легкі хімічні елементи (Н, Не) розсіювалися на периферію протопланетного диска, а важчі залишались ближче до центра. Тим часом частинки газу та пилу об'єднувались в невеликі холодні тверді тіла — планетезималі (від англ. Planet – планети, infinitesimal – нескінченно мала величина). Масивніші планетезималі збільшувалися за рахунок налипання на них дрібніших. Таким чином, речовина протопланетного диска зібралася у згустки, з яких і сформувалися планети, їхні супутники, астероїди, комети. Поблизу Сонця утворилися планети з важких хімічних елементів, а віддалені планети складаються переважно з водню та гелію. Сильне гравітаційне поле Юпітера перешкодило утворенню великої планети між орбітами Марса та Юпітера — зараз там пояс астероїдів. Формування планет тривало 100млн. років, стільки ж часу розігрівалося, стискуючись, Сонце до початку термоядерних реакцій у його надрах.

Дата добавления: 2014-12-07