Загальна характеристика планет

Всі тіла, що рухаються навколо Сонця, утворюють у сукупності Сонячну планетну систему.

До складу Сонячної системи входять:

• 8 великих планет з їх супутниками (відомо понад 80 супутників);

• кілька десятків тисяч малих тіл або астероїдів розмірами від 1км до 1000км;

• понад 1000 комет;

• безліч метеорних тіл завбільшки 1км, метеороїдів розміром від 1см до 1м, пилових частинок, розмірами менш ніж 1см.

Великі планети поділяються на дві основні групи:

1. Планети земної групи – Меркурій, Венера, Земля, Марс.

2. Планети–гіганти – Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун.

Плутон не належить до жодної з груп і за своїми властивостями ближча до супутників планет–гігантів.

Відмінності між планетами обох груп обумовлені їх масами і розміром, хімічним складом та віддаленістю від Сонця. Планети земної групи порівняно невеликі за розмірами, мають велику густину, складаються переважно зі щільних речовин (з'єднання кремнію і заліза) та розташовані ближче до Сонця. Планети–гіганти мають великі розміри, малу густину і складаються переважно з газів (водню та гелію в газоподібному стані), не мають твердої поверхні, розташовані далі від Сонця.

Маса планет–гігантів становить 98 % загальної маси всіх планет Сонячної системи. Великою силою притягання вони утримують потужні метаново–аміачні атмосфери, системи кілець і супутників та швидко обертаються.

Фізичні характеристики, що обумовлюють природу планет:

• Маса і розміри планет визначають силу тяжіння на поверхні

, яка вказує на те, чи може планета утримувати навколо себе атмосферу. Малі планети і більшість супутників не мають атмосфери. У планет середнього розміру (Марс, Земля) атмосфера розріджена. Тільки Венера має значну атмосферу. У планет–гігантів атмосфери густі й містять молекулярний водень, який практично відсутній в атмосферах планет земної групи.

• Густина атмосфери та її хімічний склад визначають ступінь поглинання в ній сонячного випромінювання.

• Температура поверхні планети залежить від її відстані від Сонця й наявності атмосфери.

• Швидкість обертання планети, що має атмосферу, обумовлює процес вирівнювання температур на нічній і денній півкулях.

Основна частина загальної маси Сонячної системи (99,87 %) припадає на Сонце. Тому саме сонячне притягання керує рухом усіх тіл системи (планет, комет, астероїдів, метеорних тіл). Тільки супутники обертаються навколо своїх планет, притягання яких унаслідок їх близькості виявляється сильнішим від сонячного.

Всі планети обертаються навколо Сонця в одному напрямку. Такий рух називається прямим. Орбіти планет близькі до колових, а площини орбіт – до основної площини Сонячної системи (площини Лапласа). В астрономії вимірюють кут нахилу площини орбіти до площини екліптики (тобто до площини земної орбіти). Найбільший нахил орбіти має колишня планета Плутон. Нахил його орбіти дорівнює 17°. Відхилення форми орбіти від колової характеризується ексцентриситетом. Ексцентриситет кола дорівнює нулю, еліпса змінюється від 0 до 1. Чим більше ексцентриситет, тим більш витягнутим є еліпс. У міру переходу тіл до меншої маси ексцентриситети і нахили орбіт зростають.

Майже всі планети обертаються навколо своєї осі в прямому напрямку. Виняток становить Венера і Уран (Уран до того ж обертається мов би лежачи на боку).

Більшість супутників рухається навколо своїх планет у той самий бік, у який обертаються планети (такі супутники називаються регулярними ), а їх орбіти лежать поблизу екваторіальних площин планет. Зворотний рух мають 4 зовнішні супутники Юпітера – Ананке, Карме, Пасифе і Синопе, зовнішній супутник Сатурна Феба і супутник Нептуна – Тритон.

Сама сонячна система обертається, і цей обертальний рух характеризується моментом кількості руху. Закон механіки стверджує, що зміна моменту кількості руху системи може відбутись тільки за рахунок зовнішніх впливів – і ніколи за рахунок взаємодій елементів системи між собою. Отже, Сонячна система є стійкою, і ніякі внутрішні відхилення не можуть вивести її зі стану стійкої рівноваги. Земля існує 4,5 млрд. років, і відстань її до Сонця за цей час практично не змінилось. І в майбутньому ні падіння на Сонце, ні вихід із Сонячної системи Землі не загрожує.

Земля як планета Сонячної системи

Діаметр	12756км
Маса	5,98 – 1024кг
Густина	5500 кг/м3
Середня відстань від Сонця	1а.о. = 149,6 млн. км
Період обертання навколо осі (зоряна доба)	23год 56хв. 4 с
Період обертання навколо Сонця (зоряний рік)	365, 24 діб
Швидкість руху навколо Сонця	30км/с
Ексцентриситет орбіти	0,017
Кількість супутників	1 (Місяць)

2. Характеристика Землі

Заданими швидкості поширення сейсмічних хвиль під час землетрусів було встановлено внутрішню будову Землі, що складається з трьох основних шарів:

1. Кора завтовшки від 5км під океанами до 70–80км під найвищими горами;

2. Мантія верхня і нижня загальною завтовшки 2900км, що складається з речовин більшої густини, ніж кора;

3. Ядро – центральна частина планети, що має найбільшу густину. Зовнішнє ядро до 2100км завтовшки – рідке (найбільш імовірно рідке залізо, що має високу електропровідність і сприяє створенню геомагнітного поля Землі). Тверде внутрішнє ядро радіусом до 1300км має температуру 7000 К і тиск 3,5 млн. атмосфер, являє собою щільну плазму.

Виділено три основні оболонки земної кулі: літосфера, гідросфера та атмосфера.

Літосфера – це верхня тверда оболонка Землі, завтовшки близько 70 км і включає в себе земну кору і частину верхньої мантії.

Гідросфера Землі – сукупність усієї води Землі в твердому, рідкому і газоподібному стані. Гідросфера Землі – унікальне явище, жодна з інших планет Сонячної системи її не має. Гідросферу на 97 % складають води світового океану, 2,5 % води припадає на лід, і лише 0,5 % – на озера, річки й атмосферну вологу. Вода покриває 71 % земної поверхні.

Атмосфера Землі – повітряна оболонка, що оточує Землю. Поблизу поверхні Землі атмосфера містить 78 % азоту, 21 % кисню, 0,94 % інертних газів, 0,03 % вуглекислого газу та мізерні частини інших газів. Атмосфера поділяється на:

1. Тропосферу, яка сягає висоти 10–17км, зі збільшенням висоти температура спадає до –55°С;

2. Стратосферу заввишки до 55км, де температура зростає з висотою до 0°С за рахунок поглинання ультрафіолетового випромінювання Сонця;

3. Мезосферу висотою до 85км, де температура зменшується до –85°С;

4. Термосферу (від 90км і вище), де температура знову зростає.

На висоті від 70 до 400км виділяють іоносферу, де повітря сильно іонізоване. Густина атмосфери зменшується з висотою. На висоті близько 6 км вона вдвічі менша, ніж біля поверхні Землі, а на висоті в сотні кілометрів у мільйони разів менша, тут переважають водень та гелій.

• Атмосфера захищає від руйнівної дії космічного випромінювання.

• Атмосфера захищає від безпосереднього бомбардування мікрометеоритами.

• Атмосфера відіграє найважливішу роль у тепловому балансі Землі.

• Тільки завдяки існуванню гідросфери й атмосфери на Землі могло зародитися життя.

Магнітне поле Землі

Магнітне поле Землі досить велике, його напруженість становить близько 40 А/м. Під дією сонячного вітру на денному боці магнітні силові лінії притиснуті до Землі. З протилежного нічного боку вони відхиляються сонячним вітром, утворюючи «шлейф» протяжністю до 5 млн. км.

В частині замкнутих силових ліній геомагнітного поля утворюються радіаційні пояси (внутрішній та зовнішній). Радіаційний пояс складається з великої кількості протонів і електронів, які захоплює й утримує земне магнітне поле з тих частинок, що безперервно викидає Сонце.

Особливо потужні потоки частинок народжуються при вибухових явищах на Сонці – так званих сонячних спалахах. Такий посилений корпускулярний потік збурює магнітне поле Землі, швидко і сильно змінює його характеристики, що називається магнітною бурею. Під час магнітних бур коливається стрілка компаса; виникає збурення іоносфери, що порушує радіозв'язок; відбуваються полярні сяйва.

Полярне сяйво. В полярних областях частинки рухаються уздовж ліній індукції магнітного поля, які майже перпендикулярні до поверхні, проникають в атмосферу. Вони бомбардують молекули повітря, іонізують їх і збуджують світіння, як потік електронів у газорозрядній трубці. Кольорові відтінки полярного сяйва зумовлені світінням різних газів атмосфери.

3. Фізичні характеристики Місяця

Діаметр	3474км
Маса	7,34– 1022кг = 0.012Мз
Густина	3340 кг/м^3
Середня відстань від Землі	0,00257а.о. = 384 тис. км
Період обертання навколо осі	27,3 доби
Період обертання навколо Землі (сидеричний місяць)	27,3 доби
Синодичний місяць	29,5 доби
Ексцентриситет орбіти	0,055
Нахил орбіти	5,15°

Місяць менший від Землі за діаметром у 4 рази, а за масою – у 81 раз. Сила тяжіння на Місяці в 6 разів менша, ніж на Землі. Середня густина менша від земної. На Місяці немає води, немає атмосфери, яка захищає від пекучого Сонця і космічного випромінювання та потоків метеоритів. За відсутності атмосфери безперервні удари невеликих метеоритів дроблять поверхню Місяця, тому вона густо вкрита кратерами. Величезні перепади температури місячної поверхні від дня до ночі пояснюються також відсутністю атмосфери й тривалістю місячного дня і ночі (2 земних тижні). Температура на підсонячній точці Місяця дорівнює +120°С, а в протилежній точці нічної півкулі –170°С.

Небо над Місяцем вдень і вночі чорне, але розріджена пилова оболонка, що оточує його, трохи розсіює сонячне світло.

Обертання Місяця

Період обертання Місяця навколо осі дорівнює періоду його обертання навколо Землі. Саме тому Місяць завжди повернутий до Землі одним боком. Обертання такого типу називається синхронним.

Таке положення встановилось за мільярди років еволюції системи «Земля – Місяць» під дією припливів у місячній корі, що зумовлені Землею. Оскільки Земля у 81 раз більше Місяця, її припливи орієнтовно в 20 разів сильніші, ніж ті, що зумовлює Місяць на нашій планеті. Тому рух Місяця за мільярди років сповільнився, в далекому минулому Місяць обертався швидше.

Навколо Землі Місяць обертається за законами Кеплера, тобто нерівномірно (поблизу перигелію швидше, поблизу афелію повільніше) Навколо осі Місяць обертається рівномірно. Через ці особливості руху можна «зазирнути» на зворотний бік Місяця. Це явище називається оптичною лібрацією (від лат. libratio – «коливання»), воно дає змогу спостерігати із Землі не 50 %, а 60 % місячної поверхні.

Рельєф Місяця

Навіть неозброєним оком на Місяці можна бачити темні і світлі ділянки різної форми. Темні ділянки ще в XVII ст. стали називати морями. Ця назва за традицією збереглася, хоча відомо, що в місячних морях немає води. Італійський астроном Джованні Річоллі дав їм назви: Океан Бур, Море дощів, Море Холоду, Море Достатку, Море Спокою, Море Криз, затока Спеки та інші.

Світлі ділянки – материки – займають близько 60 % видимої поверхні Місяця. Це нерівності, пересічені гірськими хребтами. Ще Галілей відкрив на Місяці гори, більшість з них мають земні назви: Альпи, Апенніни, Піренеї, Карпати, Кавказ.

На поверхні Місяця дуже часто Трапляються кільцеві гори, їх називають кратерами, що носять імена видатних учених (кратери Платон, Аристотель, Архимед, Птолемей, Коперник, Кеплер, Тіхо, Галілей та інші). На видимому боці Місяця їх налічується близько ЗО 000. Найбільші серед них – кратер Клавій з діаметром 235км і Гримальді – 200км.

Після того як радянська станція «Луна–3» (1959 р.) сфотографувала зворотний бік Місяця, на її карти були нанесені кратери з іменами радянських учених Ломоносова, Гагаріна, Корольова, Менделєєва та ін. Найбільший кратер – Ціолковський діаметром 789км.

Існувало дві гіпотези походження кратерів: вулканічна і метеоритна. Вулканічна гіпотеза (нім. астроном Йоганн Шретер): кратери виникли в результаті грандіозних вивержень вулканів на поверхні місяця. Метеоритна гіпотеза: кратери виникли в результаті падіння метеоритів (1824 p.). Дискусія між астрономами з цього приводу тривала досить довго й отримала назву «Столітньої війни». 1937 р. (через 113 років) К. Станюкович довів, що при ударі метеоритів з космічними швидкостями відбувається вибух, у результаті якого випаровується не тільки метеорит, а й значна частина порід на місці удару.

Біля деяких кратерів добре видно яскраві промені, де речовина відбиває до 20 % падаючого на неї світла (кратери Тіхо, Коперник). Ці промені складаються з дуже роздробленої речовини, яка завжди світліша, ніж щільна речовина того ж складу.

Зразки місячних порід мають магматичне походження, їхній хімічний склад загалом такий же, як і склад земних порід, але з браком нікелю і кобальту і перевагою заліза, титану, цирконію та ітрію. Вік місячних порід становить 3–4,6 млрд. років.

Стале магнітне поле Місяця у 1000 разів менше, ніж на Землі. Це свідчить про відсутність у Місяця рідкого ядра.

4. Подібність та несхожість планет земної групи

Подібність

1. Порівняно невеликі розміри і маси.

2. Велика середня густина (5,4; 5,2; 5,5 і 3,97 г/см³ відповідно для Меркурія, Венери, Землі і Марсу).

3. Тверда поверхня.

4. Розташовані ближче до Сонця.

5. Порівняно повільне обертання навколо своїх осей.

Несхожість

1. Відмінність хімічного складу атмосфери і атмосферного тиску (див. табл.)

2. Відмінність періодів обертання навколо осі (зоряних діб).

3. Зворотний напрям обертання планети Венери.

4. Наявність супутників.

Планета	Меркурій	Венера	Земля	Марс
Хімічний склад атмосфери	Майже відсутня (інертні гази, переважно Не)	97 % СО2 2%N2 0,1% О2, 0,002%водяної пари	78%N2 21 %О2 0,94 % інертні гази 0,03 % СО2 водяна пара	95 % СО2 2,7 %N2 0,1 % водяної пари
Атмосферний тиск у поверхні	Дуже розріджена атмосфера	90атм.	1атм. = 760 мм рт. ст.	атм.

Фізичні характеристики планет земної групи

Планета	Меркурій	Венера	Марс
Діаметр	4878км	12102км	6794км
Маса	3,28– 1023кг, 0,055Мз	4,87– 1024кг. 0,82Мз	6,42 1023кг. 0,11Мз
Густина	5400кг/м^3	5200кг/м^3	3930кг/м^3
Середня відстань від Сонця	0,39а.о.	0,72а.о.	1,52а.о.
Період обертання навколо осі (зоряна доба)	58,7 діб	243 доби (обертання зворотне)	24год 37хв
Період обертання навколо Сонця (зоряний рік)	88 діб	224,7 доби	686,98 діб
Ексцентриситет орбіти	0,21	0,007	0,093
Нахил орбіти	7°	3,4°	1,85°
Кількість супутників	немає	немає	2 (Деймос і Фобос)

5. Планета Меркурій

Меркурій – найближча до Сонця планета, за розмірами не набагато більша від Місяця, а середня густина майже така, як у Землі. Наявність у Меркурія магнітного поля (напруженість якого становить близько 1 % від напруженості магнітного поля Землі біля його поверхні) і велика густина дали змогу припустити, що Меркурій має велике металеве ядро, розміри якого близько 2/3 діаметра планети, в якому зосереджено 80 % усієї маси планети. Сила тяжіння на Меркурії в 2,6 рази менша від земної.

На Меркурії майже немає атмосфери, його розріджена газова оболонка складається переважно з гелію, а також з водню, аргону, неону, ксенону. Концентрація її біля поверхні планети така, як на висоті 700км над поверхнею Землі.

Через відсутність атмосфери і близькості від Сонця для Меркурія властиві різкі перепади температури протягом доби. Максимальна температура 700 К вдень, і мінімальна 100К вночі.

Меркурій називають двійником Місяця. Меркурій, як і Місяць, світить відбитим сонячним світлом і також змінює фази: від вузького серпа до світлого диску (повні). Поверхня Меркурія суцільно вкрита кратерами, але кратери розташовані густіше, ніж на Місяці, і мають меншу глибину. Темних плям, подібних до місячних морів, на Меркурії значно менше.

Період осьового обертання Меркурія становить 2/3 періоду його обертання навколо Сонця, тобто за кожні свої 2 роки він робить З оберти відносно зір і один оберт навколо Сонця.

Дата добавления: 2014-12-07