загрузка...
загрузка...
На головну

сонячна система

  1. I.2.3) Система римського права.
  2. II.5.1) Поняття і система магістратур.
  3. IV. МОВА ЯК СИСТЕМА І СТРУКТУРА
  4. Quot; виштовхує "ЛОГІСТИЧНА СИСТЕМА
  5. S.1. ІНФОРМАЦІЙНА СИСТЕМА ТОРГІВЛІ
  6. VI. Система органів державної влади в Російській Федерації
  7. А. Секційна система з багатошаровими довгими блоками

Сонячна система - це Сонце і сукупність небесних тіл: 9 планет і їх супутники (на 2002 р їх число склало 100), безліч астероїдів, комет і метеорів, які обертаються навколо Сонця або заходять (як комети) в Сонячну систему. Основні відомості про об'єкти Сонячної системи містять рис. 3.1 і табл. 3.1.

Мал. 3.1. Напрямок та нахил осей обертання планет Сонячної системи

Таблиця 3.1. Деякі фізичні параметри планет Сонячної системи

 Об'єкт Сонячної системи  Відстань від Сонця  радіус, км  число земних радіусів  маса, 1023 кг  маса щодо Землі  середня щільність, г / см3  період обертання по орбіті, число земних діб  період обертання навколо своєї осі  число супутників (лун)  альбедо  прискорення сили тяженсті на екваторі, м / с2  швидкість відриву від тяжіння планети, м / с  наявність і склад атмосфери,%  середня температура на поверхні, ° С
 млн км  а.о.
 сонце -  695 400  1,989 ? 107  332,80  1,41    25-36 [1]  9 [2] -    618,0  Відсутнє
 Меркурій  57,9  0,39  0,38  3,30  0,05  5,43  59 діб  0,11  3,70  4,4  Відсутнє
 Венера  108,2  0,72  0,95  48,68  0,89  5,25  243 сут [3]  0,65  8,87  10,4  СО2, N2, Н2О
 земля  149,6  1,0  1,0  59,74  1,0  5,52  365,26  23 год 56 хв 4 с  0,37  9,78  11,2 N2, O2, СО2, Аr, Н2О
 місяць  1,0  0,27  0,74  0,0123  3,34  29,5  27 ч 32 хв -  0,12  1,63  2,4  дуже розряджена  -20
 Марс  227,9  1,5  0,53  6,42  0,11  3,95  24 ч 37 хв 23 с  0,15  3,69  5,0  СО2 (95,3), N2 (2,7), Аr (1,6), Про2 (0,15), Н2О (0,03)  -53
 Юпітер  778,3  5,2  18986,0  1,33  11,86 років  9 год 30 хв 30 с  0,52  23,12  59,5  Н (77), Чи не (23)  -128
 Сатурн  1429,4  9,5  5684,6  0,69  29,46 років  10 ч 14 хв  0,47  8,96  35,5  Н, Чи не  -170
 уран  2871,0  19,2  25 362  868,3  1,29  84,07 років  11 ч3  0,51  8,69  21,3  Н (83), Чи не (15), СН4 (2)  -143
 Нептун  4504,3  30,1  24 624  1024,3  1,64  164,8 років  16ч  0,41  11,00  23,5  Н, Нє, СН4  -155
 Плутон  5913,5  39,5  0,18  0,15  0,002  2,03  247,7  6,4 сут  0,30  0,66  1,3 N2, CO, NH4  -210

сонцеє розпечений газовий кулю, в складі якого виявлено близько 60 хімічних елементів (табл. 3.2). Сонце обертається навколо своєї осі в площині, нахиленій під кутом 7 ° 15 'до площини земної орбіти. Швидкість обертання поверхневих шарів Сонця різна: на екваторі період обертання дорівнює 25,05 діб, на широті 30 ° - 26,41 доби, в полярних областях - 36 діб. Джерелом енергії Сонця є ядерні реакції, які перетворюють водень в гелій. Кількість водню забезпечить збереження його світності на десятки мільярдів років. На Землю надходить всього одна двохмільярдна частина сонячної енергії.

Сонце має оболонкову будову (рис. 3.2). У центрі виділяють ядро з радіусом приблизно 1/3 сонячного, тиском 250 млрд атм, температурою понад 15 млн К і щільністю 1,5 ? 105 кг / м3 (В 150 разів більше щільності води). У ядрі генерується майже вся енергія Сонця, яка передається через зону випромінювання, де світло багаторазово поглинається речовиною і випромінюється знов. вище розташовується зона конвекції (Перемішування), в якій речовина починає рухатися внаслідок нерівномірності перенесення тепла (процес, аналогічний переносу енергії в киплячому чайнику). Видима поверхня Сонця утворена його атмосферою. Її нижня частина потужністю близько 300 км, що випромінює основну частину радіації, називається фотосферой. Це саме «холодну» місце на Сонце з температурою, зменшується від 6000 до 4500 К в верхніх шарах. Фотосфера утворена гранулами діаметром 1000- 2000 км, відстань між якими від 300 до 600 км. Гранули створюють загальний фон для різних сонячних утворень - протуберанців, факелів, плям. Над фотосферою до висоти 14 тис. Км розташовується хромосфера. Під час повних місячних затемнень вона видна як рожевий німб, що оточує темний диск. Температура в хромосфері збільшується і в верхніх шарах досягає декількох десятків тисяч градусів. Сама зовнішня і сама розріджена частина сонячної атмосфери - сонячна корона - Простягається на відстані в кілька десятків сонячних радіусів. Температура тут перевищує 1 млн град.

Таблиця 3.2. Хімічний склад Сонця і планет земної групи,% (по А. А. Маракушеву, 1999)

 елемент  сонце  Меркурій  Венера  земля  Марс
 Si  34,70  16,45  33,03  31,26  36,44
 Fe  30,90  63,07  30,93  34,50  24,78
 Mg  27,40  15,65  31,21  29,43  34,33
 Na  2,19 - - - -
 Al  1,74  0,97  2,03  1,90  2,29
 Ca  1,56  0,88  1,62  1,53  1,73
 Ni  0,90  2,98  1,18  1,38  0,43

Мал. 3.2. будова Сонця

планетиСонячної системи поділяють на дві групи: внутрішні, або планети земної групи - Меркурій, Венера, Земля, Марс, і зовнішні, або планети-гіганти - Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун і Плутон. Передбачуваний речовий склад планет показаний на рис. 3.3.

Планети земної групи. Внутрішні планети мають відносно невеликі розміри, високу щільність і внутрішню диференціацію речовини. Їх відрізняє підвищена концентрація вуглецю, азоту і кисню, недолік водню і гелію. Для планет земної групи характерна тектонічна асиметрія: структура кори північних півкуль планет відрізняється від південних.

Меркурій - найближча до Сонця планета. Серед планет Сонячної системи її відрізняє сама витягнута еліптична орбіта. Температура на освітленій стороні становить 325-437 ° С, на нічний - від -123 до -185 ° С. Американський космічний корабель «Маринер-10» в 1974 р виявив на Меркурії розріджену атмосферу (тиск 10-11 атм), що складається з гелію і водню в співвідношенні 50: 1. Магнітне поле Меркурія в 100 разів слабше земного, що в значній мірі пов'язано з повільним обертанням планети навколо своєї осі. Поверхня Меркурія має багато спільного з поверхнею Місяця, але переважає материковий рельєф. Поряд зі схожими на місячні кратерами різних розмірів відзначені відсутні на Місяці ескарпи - обриви, заввишки 2-3 км і протяжністю в сотні і тисячі кілометрів.

Мал. 3.3. Будова і передбачуваний речовий склад планет (по Г. В. Войткевич): а - земної групи: 1, 2, 3 - Силікатне, металеве, сульфідметалліческое речовини відповідно; б - Гігантів: 1 - молекулярний водень; 2 - Металевий водень; 3 - водяний лід; 4 - Ядро, складене кам'яним або железокаменних матеріалом

Маса Меркурія становить 1/18 маси Землі. Незважаючи на невеликі розміри, Меркурій має надзвичайно високу щільність (5,42 г / см3), Близьку до щільності Землі. Висока щільність вказує на наявність гарячого, і ймовірно, розплавленого, металевого ядра, на яке припадає близько 62% маси планети. Ядро оточене силікатної оболонкою потужністю близько 600 км. Про хімічний склад поверхневих порід і надр Меркурія можна судити лише за непрямими даними. Відбивна здатність меркуріанський реголіту свідчить про те, що він складається з тих же порід, які складають місячний грунт.

Венера обертається навколо своєї осі ще повільніше (за 244 земних дня), ніж Меркурій, причому в зворотному напрямку, тому Сонце на Венері сходить на заході і заходить на сході. Маса Венери становить 81% земної маси. Вага предметів на Венері тільки на 10% менше їх ваги на Землі. Вважають, що кора планети малопотужна (15-20 км) і її основна частина представлена ??силикатами, змінюються на глибині 3224 км залізним ядром. Рельєф планети розчленований - гірські ланцюги висотою до 8 км чергуються з кратерами діаметром в десятки кілометрів (максимально до 160 км) і глибиною до 0,5 км. Великі вирівняні простору вкриті кам'янистими розсипами гострокутих уламків. Поблизу екватора виявлена ??гігантська лінійна западина довжиною до 1500 км і шириною 150 км при глибині до 2 км. Венера не має дипольного магнітного поля, що пояснюють її високою температурою. На поверхні планети температура дорівнює (468 + 7) ° С, а на глибині, очевидно, - 700-800 ° С.

Для Венери характерна дуже щільна атмосфера. На поверхні атмосферний тиск становить не менше 90-100 атм, що відповідає тиску земних морів на глибині 1000 м. За хімічним складом атмосфера складається в основному з діоксиду вуглецю з домішкою азоту, водяної пари, кисню, сірчаної кислоти, хлористого і фтористого водню. Вважають, що атмосфера Венери приблизно відповідає земній на ранніх етапах її становлення (3,8-3,3 млрд років тому). Хмарний шар атмосфери простягається з висоти 35 км до 70 км. Нижній ярус хмар на 75-80% складається з сірчаної кислоти, крім того, присутні плавикова і соляна кислоти. Перебуваючи на 50 млн км ближче Землі до Сонця, Венера отримує в два рази більше тепла, ніж наша планета - 3,6 кал / (см2? хв). Цю енергію акумулює вуглекисла атмосфера, яка обумовлює величезний парниковий ефект і високі температури венеріанській поверхні - гарячої і, мабуть, сухий. Космічна інформація свідчить про своєрідний світіння Венери, що, ймовірно, пояснюється високими температурами поверхневих порід.

Для Венери характерна складна динаміка хмар. Ймовірно, на висоті близько 40 км існують потужні полярні вихри і сильні вітри. У поверхні планети вітри слабкіше - близько 3 м / с (очевидно, через відсутність значних перепадів приповерхностной температури), що підтверджується відсутністю пилу в місцях посадок апаратів, що спускаються станцій «Венера». Щільна атмосфера довгий час не дозволяла судити про породах венеріанській поверхні. Аналіз природної радіоактивності ізотопів урану, торію і калію в грунтах показав результати, близькі до земних базальтів і частково гранітам. Поверхневі породи мають намагниченностью.

Марс розташований на 75 млн км далі від Сонця, ніж Земля, тому марсіанські добу довше земних, а сонячної енергії до нього надходить в 2,3 рази менше в порівнянні з Землею. Період обертання навколо осі майже як у Землі. Нахил осі до площини орбіти забезпечує зміну сезонів року і наявність «кліматичних» поясів - жаркого екваторіального, двох помірних і двох полярних. У зв'язку з малою кількістю надходить сонячної енергії контрасти теплових поясів і сезонів року виражені слабше земних.

Щільність атмосфери Марса в 130 разів менше, ніж Землі і дорівнює всього 0,01 атм. До складу атмосфери входять діоксид вуглецю, азот, аргон, кисень, пари води. Добові коливання температури перевищують 100 ° С: на екваторі вдень - близько 10-20 °, а на полюсах - нижче -100 ° С. Великі відмінності температури спостерігаються між денною та нічною сторонами планети: від 10-30 до -120 ° С. На висоті близько 40 км Марс оточений озоновим шаром. Для Марса відзначено слабке дипольне магнітне поле (на екваторі воно в 500 разів слабше земного).

Поверхня планети порита численними кратерами вулканічного і метеоритного походження. Перепади висот в середньому складають 12-14 км, але величезна кальдера вулкана «Нікс Олімпікс» (Сніги Олімпу) піднімається на 24 км. Діаметр її основи дорівнює 500 км, а кратера - 65 км. Деякі вулкани є чинними. Особливість планети - наявність величезних тектонічних тріщин (наприклад, каньйон Маринер довжиною 4000 км і шириною 2000 км при глибині до 6 км), що нагадують земні грабени і морфоськульптури, відповідні річкових долинах.

На знімках Марса видно ділянки, що мають світле забарвлення ( «материкові» райони, складені, очевидно, гранітами), жовтий колір ( «морські» райони, складені, очевидно, базальтами) і білосніжний вигляд (льодовикові полярні шапки). Спостереження за полярними районами планети встановили мінливість обрисів крижаних масивів. За припущеннями вчених, льодовикові полярні шапки складені замерзлим діоксидом вуглецю і, можливо, водяним льодом. Червоний колір поверхні Марса зумовлений, імовірно, гематітізаціей і лімонітізаціей (окисленням заліза) гірських порід, які можливі при наявності води і кисню. Очевидно, вони надходять зсередини при прогріванні поверхні в денний час або з газовими ексгаляціямі, які розтоплюють мерзлоту.

Дослідження гірських порід показало наступне співвідношення хімічних елементів (%): кремнезем - 13-15, оксиди заліза - 12-16, кальцій - 3-8, алюміній - 2-7, магній - 5, сірка - 3, а також калій, титан , фосфор, хром, нікель, ванадій. Грунт Марса за складом схожий з деякими земними вулканічними породами, але збагачений сполуками заліза і збіднений кремнеземом. Органічних утворень на поверхні не виявлено. У приповерхневих шарах планети (з глибини 50 см) грунти скуті вічною мерзлотою, що тягнеться вглиб до 1 км. У надрах планети температура досягає 800-1500 ° С. Припускають, що на невеликій глибині температура повинна становити 15-25 ° С, а вода може знаходитися в рідкому стані. У цих умовах можуть існувати найпростіші живі організми, сліди життєдіяльності яких поки не знайдені.

Марс володіє двома супутниками - Фобосом (27х21х19 км) і Деймосом (15x12x11 км), які, очевидно, є осколками астероїдів. Орбіта першого проходить в 5000 км від планети, другого - в 20 000 км.

У табл. 3.2 показаний хімічний склад планет земної групи. З таблиці видно, що для Меркурія характерні найвищі концентрації заліза та нікелю і найнижчі кремнію і магнію.

Планети-гіганти. Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун помітно відрізняються від планет земної групи. У планетах-гігантах, особливо в найближчих до Сонця, зосереджений повний момент кількості руху Сонячної системи (в одиницях Землі): Нептун - 95, Уран - 64, Сатурн - 294, Юпітер - 725. Відстань цих планет від Сонця дозволила їм зберегти значну кількість первинного водню і гелію, втрачених планетами земної групи під впливом «сонячного вітру» і через недостатність власних гравітаційних сил. Хоча щільність речовини зовнішніх планет невелика (0,7-1,8 г / см3), Обсяги і маси їх величезні.

Найбільшою планетою є Юпітер, за обсягом в 1300 раз, а по масі більш ніж в 318 разів перевершує Землю. За ним слідує Сатурн, маса якого в 95 разів перевищує масу Землі. У цих планетах зосереджено 92,5% маси всіх планет Сонячної системи (71,2% у Юпітера і 21,3% у Сатурна). Замикають групу зовнішніх планет два близнюки-гіганта - Уран і Нептун. Важливою особливістю є наявність у цих планет кам'яних супутників, що, ймовірно, свідчить про їх зовнішньому космічне походження і не пов'язане з диференціацією речовини самих планет, сформованих згущеннями переважно в газоподібному стані. Багато дослідників вважають, що центральні частини цих планет тверді.

Юпітер з характерними плямами і смугами на поверхні, які паралельні екватору і мають мінливі обриси, є найбільш доступною для дослідження планетою. Маса Юпітера лише на два порядки менше сонячної. Ось майже перпендикулярна до площини орбіти.

Юпітер володіє могутньою атмосферою і сильним магнітним полем (в 10 разів сильніше земного), що визначає наявність навколо планети потужних радіаційних поясів з протонів і електронів, захоплених магнітним полем Юпітера з «сонячного вітру». Атмосфера Юпітера, крім молекулярного водню і гелію, містить різноманітні домішки (метан, аміак, окиси вуглецю, пари води, молекули фосфіну, ціаністого водню та ін.). Присутність цих речовин, можливо, є наслідком асиміляції різнорідного матеріалу з Космосу. Розщеплену воднево-гелієва маса досягає потужності 4000 км і, внаслідок нерівномірного розподілу домішок, утворює смуги і плями.

Величезна маса Юпітера передбачає наявність потужного рідкого або напіврідкого ядра астеносферних типу, яке може бути джерелом вулканізму. Останнє, ймовірно, пояснює існування Великої Червоної Плями, спостереження за яким ведуться з XVII в. При наявності напіврідкого або твердого тіла-ядра на планеті повинен бути сильний парниковий ефект.

На думку деяких вчених, Юпітер виконує в Сонячній системі роль своєрідного «пилососа» - його потужний магнітно-гравітаційне поле перехоплює блукаючі у Всесвіті комети, астероїди та інші тіла. Наочним прикладом з'явився захоплення і падіння на Юпітер комети «Шумейкер-Леві-9» в 1994 р Сила тяжіння виявилася настільки великою, що комета розкололася на окремі уламки, які зі швидкістю понад 200 тис. Км / год врізалися в атмосферу Юпітера. Кожен вибух досягав потужності в мільйони мегатонн, а спостерігачі з Землі бачили плями вибухів і розходяться хвилі збудженої атмосфери.

На початок 2003 р число супутників Юпітера досягло 48, третина з яких має власні імена. Для багатьох з них характерно зворотне обертання і малі розміри - від 2 до 4 км. Чотири найбільших супутника - Ганімед, Каллісто, Іо, Європа - звуться галілеєвих. Супутники складені твердим кам'яним матеріалом, мабуть, силікатного складу. На них виявлені діючі вулкани, сліди льоду і, можливо, рідин, в тому числі води.

Сатурн, «Окільцьована» планета, представляє не менший інтерес. Його середня щільність, розрахована по видимому радіусу, дуже низька - 0,69 г / см3 (Без атмосфери - близько 5,85 г / см3). Потужність атмосферного шару оцінюється в 37-40 тис. Км. Відмінною особливістю Сатурна є кільце, розташоване вище хмарного шару атмосфери. Його діаметр становить 274 тис. Км, що майже вдвічі більше діаметра планети, потужність - близько 2 км. За спостереженнями з космічних станцій встановлено, що кільце складається з ряду дрібних кілець, що знаходяться на різній відстані один від одного. Речовина кілець представлено твердими уламками, очевидно, силікатних порід і крижаних брил розміром від порошинки до декількох метрів. Атмосферний тиск на Сатурні в 1,5 рази більше земного, а середня температура поверхні близько -180 ° С. Магнітне поле планети за напруженістю майже вдвічі менше земного, а його полярність протилежна полярності земного поля.

Поблизу Сатурна виявлено 30 супутників (станом на 2002 р). Найдальший з них - Феба (діаметр ПО км) знаходиться в 13 млн км від планети і обертається навколо неї за 550 днів. Найближчий - Мімас (діаметр 195 км) розташовується в 185,4 тис. Км і здійснює повний оборот за 2266 год. Загадкою є присутність вуглеводнів на супутниках Сатурна, а можливо, і на самій планеті.

Уран. Вісь обертання Урана розташована майже в площині орбіти. Планета має магнітне поле, полярність якого протилежна земної, а напруженість менше земної.

У щільній атмосфері Урана, потужність якої 8500 км, виявлено кільцеві утворення, плями, вихори, струменеві течії, що свідчить про неспокійну циркуляції повітряних мас. Напрямки вітрів в основному збігаються з обертанням планети, але у високих широтах їх швидкість збільшується. Зеленувато-блакитний колір холодної атмосфери Урана може бути обумовлений наявністю радикалів [ОН-]. Зміст гелію в атмосфері досягає 15%, в нижніх шарах виявлено метанові хмари.

Навколо планети виявлені 10 кілець шириною від декількох сотень метрів до кількох кілометрів, що складаються з частинок близько 1 м в діаметрі. Усередині кілець рухаються кам'яні брили неправильної форми і діаметром 16-24 км, названі спутнікамі- «пастухами» (ймовірно, це астероїди).

Серед 20 супутників Урана п'ять виділяються значними розмірами (від 1580 до 470 км в діаметрі), інші - менше 100 км. Всі вони схожі на астероїди, захоплені гравітаційним полем Урана. На кулястої поверхні деяких з них помічені гігантські лінійні смуги - тріщини, можливо, сліди ковзають ударів метеоритів.

Нептун - Найвіддаленіша від Сонця планета. Хмари атмосфери утворені в основному метаном. У верхніх шарах атмосфери спостерігаються потоки вітру, що мчить з надзвуковою швидкістю. Це означає існування в атмосфері градієнтів температури і тиску, викликаних, мабуть, внутрішнім розігріванням планети.

Нептун має 8 кам'яних супутників, три з яких значних розмірів: Тритон (діаметр 2700 км), Неріда (340 км) і Протей (400 км), інші менше - від 50 до 190 км.

Плутон - Найдальша з планет, відкрита в 1930 р, не належить до планет-гігантів. Його маса в 10 разів менша за земну.

Швидко обертаючись навколо осі, Плутон має сильно витягнуту еліптичну орбіту, і тому з 1969 по 2009 р він буде перебувати ближче до Сонця, ніж Нептун. Цей факт може бути додатковим доказом його «непланетной» природи. Цілком ймовірно, що Плутон належить до тіл з пояса Койпера, відкритого в 90-х роках XX ст., Який є аналогом пояса астероїдів, але за орбітою Нептуна. В даний час виявлено близько 40 таких тіл діаметром від 100 до 500 км, дуже тьмяних і майже чорних, з альбедо 0,01 - 0,02 (у Місяця альбедо - 0,05). Плутон, можливо, одне з них. Поверхня планети, очевидно, крижана. У Плутона є єдиний супутник Харон діаметром 1190 км, з орбітою, що проходить в 19 тис. Км від нього і періодом обертання 6,4 земних діб.

За характером руху планети Плутон дослідники припускають наявність ще однієї вкрай віддаленій і малої (десятої) планети. В кінці 1996 р з'явилося повідомлення про те, що астрономи з Гавайської обсерваторії відкрили складається з крижаних брил небесне тіло, яке обертається на околосолнечной орбіті за межами Плутона. Ця мала планета поки не має назви і зареєстрована під номером 1996TL66.

місяць- Супутник Землі, що обертається від неї на відстані 384 тис. Км, чиї розміри і будова наближають його до планет. Періоди осьового і сидерического обертання навколо Землі майже рівні (див. Табл. 3.1), через що Місяць звернена до нас завжди однією стороною. Вид Місяця для земного спостерігача постійно змінюється відповідно до її фазами - молодик, перша чверть, повний місяць, остання чверть. Період повної зміни місячних фаз називається синодичним місяцем, який в середньому дорівнює 29,53 земної доби. Він не збігається з сидерическим (Зоряним) місяцем, складовим 27,32 доби, за який Місяць робить повний оборот навколо Землі і одночасно - оборот навколо своєї осі по відношенню до Сонця. У молодика Місяць знаходиться між Землею і Сонцем і не видно з Землі. В повний місяць Земля знаходиться між Місяцем і Сонцем і Місяць видно як повний диск. З позиціями Сонця, Землі і Місяця пов'язані сонячні и місячні затемнення - Положення світил, при яких тінь, що відкидається Місяцем, падає на поверхню Землі (сонячне затемнення), або тінь, що відкидається Землею, падає на поверхню Місяця (місячне затемнення).

Місячна поверхня є чергуванням темних ділянок - «морів», відповідних плоским рівнинах, і світлих ділянок - «материків», освічених височинами. Перепади висот досягають 12-13 км, найвищі вершини (до 8 км) розташовані біля Південного полюса. Численні кратери розміром від кількох метрів до сотень кілометрів мають метеоритне або вулканічне походження (в кратері Альфонс в 1958 р було виявлено світіння центральної гірки і виділення вуглецю). Інтенсивні вулканічні процеси, властиві Місяці на ранніх етапах розвитку, зараз ослаблені.

Зразки верхнього шару місячного грунту - реголіту, взяті радянськими космічними апаратами та американськими астронавтами, показали, що на поверхню Місяця виходять магматичні породи основного складу - базальти і анортозитами. Перші характерні для «морів», другі - для «материків». Низька щільність реголіту (0,8-1,5 г / см3) Пояснюється його великою пористістю (до 50%). Середня щільність темніших «морських» базальтів становить 3,9 г / см3, А більш світлих «континентальних» анортозитов - 2,9 г / см3, Що вище середньої щільності гірських порід земної кори (2,67 г / см3). Середня щільність порід Місяця (3,34 г / см3) Нижче за середню щільність порід Землі (5,52 г / см3). Припускають однорідну будову її надр і, мабуть, відсутність значного металевого ядра. До глибини 60 км місячна кора складена тими ж породами, що і поверхня. У Місяця не виявлено власного дипольного магнітного поля.

За хімічним складом місячні породи близькі до земних і характеризуються такими показниками (%): SiO2 - 49,1 - 46,1; MgO - 6,6-7,0; FeO - 12,1-2,5; А12О3 - 14,7-22,3; CaO -12,9- 18,3; Na2O - 0,6-0,7; ТiO2 - 3,5-0,1 (перші цифри для грунту місячних «морів», другі - для материкового грунту). Близьку подібність порід Землі та Місяця може вказувати на те, що обидва небесних тіла утворилися на порівняно невеликій відстані один від одного. Місяць формувалася в навколоземному «супутниковому рої» приблизно 4,66 млрд років тому. Основна маса заліза і легкоплавких елементів в цей час вже була захоплена Землею, що, ймовірно, і визначило відсутність у Місяця залізного ядра.

Невелика маса дозволяє Місяці утримувати лише дуже розріджену атмосферу, що складається з гелію і аргону. Атмосферний тиск на Місяці дорівнює 10-7 атм в денний і ~ 10-9 атм в нічний час. Відсутність атмосфери визначає великі добові коливання температури поверхні - від -130 до 180С.

Дослідження Місяця почалося 2 січня 1959 р коли в сторону Місяця стартувала перша радянська автоматична станція «Луна-1». Першими людьми були американські астронавти Нейл Армстронг і Едвін Олдрін, здійснив посадку 21 липня 1969 року на космічному кораблі «Аполлон-11».

Астероїди.Своєрідною межею між планетами є пояс астероїдів (малих планет) - скупчення твердих космічних тіл різного розміру, які свідчать або про руйнування колишньої планети Фаетон, або про нереалізовані можливості освіти ще однієї планети. В даний час в каталогах зареєстровано понад 2000 щодо великих астероїдів, діаметром 450 1050 км і навіть мають власні імена (Церера, Паллада, Веста і ін.). Більшість астероїдів розташовується в головному поясі між орбітами Марса і Юпітера і рухається по орбітах в прямому напрямку зі швидкістю близько 20 км / с з періодами обертання навколо Сонця від 3 до 9 років. Цей пояс досить чітко розділяє планети на істотно кам'яні, зі слідами метеоритних обробок, і на планети переважно газорідинного складу, які мають значні розміри, а часом і специфічні кільцеві утворення. Астероїди іноді об'єднуються в сімейства (Аполлона, Амура і ін.). Поряд з цим в якості астероїдів розглядаються і втрачені планетами супутники або їх уламки, які в тій чи іншій мірі успадковували орбіти планет і придбали властиве астероїдів обертання навколо Сонця. На космічних знімках астероїди представлені неправильними кам'яними тілами зі згладженими кутами (Гаспра, Іда, Дактиль і ін.).

Зоряні аналоги Сонячної системи.Найбільшим досягненням вчених в XX в. є відкриття в космічному просторі аналогів Сонячної системи - довгоживучих, подібних до Сонця, невеликих зірок, які оточені масивними флюідние планетами, порівнянними за розміром з Юпітером. Отримані докази наявності планет-гігантів, які звертаються по кругових орбітах навколо зірок і створюють їх періодичні зміщення, що фіксуються доплеровским ефектом.

До таких зоряно-планетних систем в даний час зараховують: 55 Canceri, HD 114762, 70 Virginis, 47 Ursae Majoris, ? Bootis, ? Coronae Borealis, ? Andromedae, 16 Cygni B, 51 Pegasi. До середини 2002 року було відомо про більш ніж 30 планетних системах на відстані від 65 до 192 світлових років від Землі. Мінімум п'ять з них мають навколишнє оточення, близьку до земних умов, що дозволяє припускати можливість існування життя.

Походження Сонячної системи.У питанні про походження Сонячної системи думки вчених сходяться в тому, що вихідною речовиною для її формування послужили міжзоряні пил і гази, широко поширені у Всесвіті. Освіта про-протосонячної туманності відбувалося під дією гравітаційного стиснення згустків первинної матерії і їх ущільнення аж до утворення окремих небесних тіл. Це підтверджується результатами спостережень над іншими небесними тілами, що знаходяться за межами Сонячної системи. Але яким чином в складі планет виявився повний набір хімічних елементів таблиці Д. І. Менделєєва і що послужило поштовхом для початку конденсації газу і пилу протосонячній туманності, залишається не цілком доведеним. В якості однієї з можливих причин розглядається ідея про вибух наднових зірки, в надрах і газової оболонці якої за рахунок ядерних реакцій відбувався нуклеосинтез, що і зумовило різноманітність хімічних елементів, в тому числі радіоактивних (останні на Землі і в Сонячній системі не утворюються). Ударна хвиля, що виникла під час вибуху, могла ініціювати процес конденсації міжзоряної матерії, що призвела до утворення Сонця і протопланетного диска, розвиток якого далі відбувалося за власними законами.

Наступна стадія еволюції Сонячної системи передбачає розпад протопланетного диска на окремі планети. Існує кілька космогонічних гіпотез, що пояснюють цей процес.

1. Сонце сформувалося раніше планет, а речовина останніх виникло з речовини Сонця або іншої зірки (Наприклад, при зіткненні). Однією з найбільш популярних довгий час була гіпотеза приливної еволюції Сонця, висловлена ??в кінці XVIII в. Ж. Бюффоном. Відповідно до цієї теорії, з Сонцем зіткнулася комета і вибила з нього матеріал, який започаткував об'єктів Сонячної системи (зараз це припущення вважається малоймовірним). На початку XX ст. Д. Джінc шляхом розрахунків показав, що досить появи в поле тяжіння Сонця іншої зірки. Тоді в результаті виникнення припливної сили сонячне речовина буде «розірвано», частина його буде викинутий назовні і в процесі подальшої еволюції утворює планети. Ця теорія не пояснює, чому при надзвичайно високій температурі в мільйони градусів, характерною для внутрішніх частин Сонця, викинуть назовні речовина відразу не випарувалося і не розсіялася в просторі.

Одним з варіантів названої гіпотези є уявлення А. Вульфсона про те, що речовина викинула не з розпеченого Сонця, а з холодної (коли речовина знаходиться в нерозплавленому стані, при температурі менше 900-1100 ° С) зірки. Ця теорія пояснює, чому речовий склад планет так відрізняється від сонячного, і не суперечить з тим, що момент руху Сонця мізерно малий у порівнянні з моментом руху планет.

2. Сонце і планети утворилися одночасно з однієї обертається туманності - хмари, або небули. Перша небулярная теорія була запропонована І. Кантом, який пояснив виникнення і саморозвиток неоднорідностей в розподілі речовини і утворення зародків планет - планетезималей, а також вказав причину, по якій майбутні планети в міру збільшення маси «розкручуються». Однак теорія Канта не була прийнята, поки П. Лаплас не пояснив, що планети утворюються з кілець (на зразок кілець Сатурна), що виникають в процесі обертання туманності навколо масивного центрального тіла. Теорія Канта-Лапласа проіснувала до початку XX ст., Коли Г. Джеффріс показав, що невідповідність мас (98% належить Сонцю) і моментів кількості рухів (приблизно стільки ж належить планет) нез'ясовно з позицій цієї теорії. Виникла необхідність пояснити даний феномен і запропонувати механізм, за допомогою якого розрізнене речовина збиралося б в планети.

3. Сонце утворилося окремо, а планетне речовина було захоплено їм з міжзоряних хмар або іншого джерела. В середині 40-х років XX ст. К. Вейцзекер пояснив момент передачі руху в туманності, що знаходиться поблизу Сонця, тертям. Згідно із законом І. Кеплера, чим більше радіус орбіти тіла, що обертається навколо центру маси, тим менше кутова швидкість. У той же час туманність по К. Вейцзекеру прагне обертатися як тіло (диск), т. Е. З однаковою кутовою швидкістю в кожній точці незалежно від радіуса орбіти, яку вона описує навколо Сонця. Це прагнення реалізується в тому, що момент руху центрального тіла і найближчих до нього частин диска виявляється надлишковим і передається на периферію диска, де момент кількості руху від початку був недостатнім. За допомогою таких міркувань К. Вейцзекер пояснив, чому масивне Сонце характеризується незначним (для своєї маси) моментом руху.

Найбільш популярною в нашій країні була гіпотеза О. Ю. Шмідта, запропонована в 40-х роках XX ст. Відповідно до цієї гіпотези Сонце захопило газоподібний, крижаний і кам'яний рій тел, які перебували в космічному просторі, з якого і утворилися планети. Шмідту вдалося пояснити причини прямого осьового обертання планет і закономірності видалення планет від Сонця. Сучасні уявлення про «холодному» освіті планет сягають уявленням О. Ю. Шмідта.

Загальними недоліками всіх гіпотез є недооблік відмінностей речового складу космічних об'єктів (наприклад, Землі і Місяця) і відсутність пояснення механізму формування якісно різних оболонок.

Однією з теорій, де ці недоліки враховані, є геохимическая теорія Г. В. Войткевич, заснована на гравітаційної диференціації речовини. Відповідно до цієї теорії, первинне Сонце утворилося з холодної розсіяною матерії і мало невеликим моментом обертання. Внаслідок гравітаційного стиснення і ущільнення речовини відбулося збільшення швидкості обертання. Відцентрова сила зменшила гравітаційне тиск речовини на нижні сфери Сонця, причому найбільшим це зменшення було в екваторіальній частині, де відцентрова сила найбільша. У зв'язку з останньою подією в екваторіальній частині Сонця відбулося витікання матерії, з якої утворився газовий диск. Одна частина матерії, ймовірно, розсіялася, інша пішла на будівництво планет. Спочатку протопланетний матеріал був представлений плазмою (сильно іонізованим розрідженим газом). У міру остигання плазми ядра атомів придбали електронні оболонки, тобто з'явилися хімічні елементи, стали можливі хімічні реакції і виникли хімічні сполуки. Поділ планет Сонячної системи на дві групи (внутрішні та зовнішні) пояснюється диференціацією речовини газового диска під дією двох сил: тяжіння і магнітного поля. Перша вабила частки до центру системи пропорційно щільності речовини, друга утримувала їх у залежності від заряду. Під впливом обох сил вихідна речовина перераспределялось. Ядра і оболонки планет утворилися в різний час: ядра виникли в результаті злипання металевих частинок, переважно заліза, на ранніх стадіях формування Сонячної системи, оболонки силікатного складу сформувалися пізніше навколо металевих ядер. Надалі відбувався розігрів речовини планет, в процесі якого почалися гравітаційна диференціація речовини мантії і утворення окремих сфер (рис. 3.4).

Формування железокаменних ядер планет, як вважає А. А. Маракушев, ускладнювалося імпульсним обертанням їх гігантських флюїдних оболонок і відділенням супутників під дією відцентрових сил. У супутниках концентрувався відносно легкий і бідний залізом кам'яний матеріал, а ядра збагачувалися залізом. Склад планет земної групи формувався в результаті складного процесу диференціації їх материнських протопланет, в величезних гелій-водневих оболонках яких розвивалася рідинна несмесімость з відокремленням в них залізо-силікатних розплавів, які були схильні до впливу, з одного боку, сил гравітації, захопливих багаті залізом розплави в важкі ядра, з іншого - відцентрових сил, які залучають легші силікатні і флюидно-силікатні розплави в зароджуються супутникові системи.

Вельми цікавим видається факт встановлення кам'яно-силікатного складу практично всіх виявлених супутників, навіть тих, які належать газово-рідинним планет-гігантів. Ці різнорозмірні тіла можуть бути астероїдами, захопленими силою гравітаційних полів планет, і тоді вони чужорідні своїм «батькам», або одночасними утвореннями і тоді вони характеризують особливості планетної системи в цілому. Такі основні, відомі на початок XXI ст., Відомості про планети Сонячної системи і їх супутниках. Всі наявні дані про будову і функціонування космічних тіл нашого Всесвіту важливі для пізнання її історії, розшифровки еволюції кожної планети, а головне - для розуміння виникнення, існування і розвитку географічної оболонки Землі і можливих шляхів її еволюції. Вони грають також важливу роль у встановленні космологічної історії світу: як і коли виникали планетні скупчення в Космосі; як вони розвивалися і функціонували; що нас чекає в майбутньому; унікальна життя у Всесвіті чи вона існує і в інших світах.

Мал. 3.4. Схема освіти сучасної Землі в результаті гетерогенної акреції (по Г. В. Войткевич): 1 - сульфід-металева фаза; 2 - металева фаза; 3 - Силікатна фаза

земля

земля - третя від Сонця і найбільша з планет земної групи. Разом зі своїм супутником Місяцем вона утворює систему - подвійну планету.

Фігура Землі.Земля має найдосконалішу з математичних форм - кулясту, із середнім радіусом 6371,032 км. Стиснення, обумовлене осьовим обертанням, становить l / 300, що визначає різницю екваторіальній і полярній піввісь еліпсоїда обертання в 21,383 км (6378,160 і 6356,777 км відповідно). Залежно від мети дослідження використовують різні моделі, вважаючи їх послідовними наближеннями до істинної формі Землі.

Перше наближення - сфера. Це найбільш загальна модель планети. Декомпозиція Землі з полюсів в окремих випадках не відіграє суттєвої ролі. Сфера не має вираженої єдиною осі симетрії - все її осі рівноправні, їх безліч, так само як і екватора. Невідповідність сферичної моделі Землі її реальної формі помітно проявляється при вивченні горизонтальної структури географічної оболонки, яка характеризується вираженою поясністю і відомої симетрією щодо екватора.

Друге наближення - еліпсоїд обертання. Тип симетрії еліпсоїда відповідає зазначеним вище особливостям форми Землі (виражена вісь, екваторіальна площина симетрії, меридіональні площині). Ця модель використовується у вищій геодезії для розрахунку координат, побудови картографічних сіток і ін.

Третє наближення - тривісний еліпсоїд. Встановлено, що екваторіальна перетин Землі також представляє еліпс, різниця піввісь якого становить всього близько 200 м, а ексцентриситет - 1/30 000. Однак полярні піввісь північної та південної півкуль не однакові (друга на 100-200 м коротше першої), тому полярне стиснення південної півкулі більше, ніж північного. Така сердцевидная фігура з осьової западиною на південному полюсі і опуклістю на північному отримала назву кардіо-їдальня еліпсоїда. Екваторіальне стиснення свідчить про складному внутрішню будову планети, що проявляється в несиметричному розподілі мас. У географічних дослідженнях ця модель майже не використовується.

Четверте наближення - геоид (Буквально - землеподобний). Геоид - геометрично неправильне тіло, обмежене уровенной (або ізопотенціальної) поверхнею, що збігається із середнім рівнем Світового океану. Ця поверхня являє собою геометричне місце точок простору, що мають однаковий потенціал сили тяжіння, і не є горизонтальною площиною. Рівень поверхні в будь-якій точці перпендикулярна схилу, завдяки чому можна простежити стан об'єктів - їх відхилення (висоту або глибину) від незбуреного стану за допомогою вимірювальних засобів (наприклад, альтиметрів). Всередині материків поверхню геоїда піднімається над поверхнею еліпсоїда, в океанах - опускається. Деякі властивості останнього наближення показані на рис. 3.5 - 3.6.

Форма Землі залежить від розмірів планети, розподілу щільності і швидкості осьового обертання. Жоден з цих факторів не можна назвати стабільним. Внаслідок глибинного стиснення радіус планети скорочується приблизно на 5 см за століття, а значить, зменшується і обсяг Землі. Однак це зменшення носить пульсуючий характер, тому що його змінюють періоди розширення, викликані великою кількістю тепла, який звільняли скороченням радіуса.

Описані вище процеси відображаються і на швидкості обертання Землі: при зменшенні радіусу швидкість зростає, при збільшенні - сповільнюється. Отже, при вікової тенденції до зменшення обсягу планети швидкість обертання повинна збільшуватися. Але так як має місце ще один (досить потужний) фактор - приливна гальмування, швидкість обертання Землі в результаті систематично зменшується. Це означає ослаблення полярного стиснення Землі (воно змінюється пропорційно квадрату кутової швидкості обертання планети) і прагнення земного еліпсоїда перейти до форми кулі. Однак слід мати на увазі, що через значну в'язкості речовини планети зміна її фігури буде трохи відставати від зміни швидкості обертання. Сучасна форма Землі відповідає не теперішньої швидкості, а тієї, яка була близько 10 млн років тому.

Мал. 3.5. Відхилення (м) поверхні геоїда від еліпсоїда обертання (Світ географії, 1984)

 
 


Мал. 3.6. Співвідношення положень поверхні літосфери (I), геоїда (//) і еліпсоїда обертання (///): 1 - літосфера; 2 - океан

Тривале зменшення полярного стиснення має привести до зменшення екваторіального вспучивания Землі і підняття приполярних областей, збільшення стиснення - до відновлення екваторіальній «пухлини» і занурення приполярних районів. Перший випадок створює сприятливі умови для виникнення океану в екваторіальній області і материків в полярних і помірних широтах, другий - для заняття екваторіальних районів материками, а помірних і полярних - океаном. Сучасний розподіл суші і океану відображає ослаблення полярного стиснення в Північній півкулі і його збільшення в Південній півкулі. Мабуть, в ході вікового зменшення полярного стиснення Землі Північна півкуля випереджає Південне.

Головне географічне значення форми Землі полягає в тому, що вона обумовлює зональний розподіл тепла на земній поверхні (спадання від екватора до полюсів), і, отже, зональність всіх явищ, залежних від теплового режиму.

Моделі будови Землі.Перша модель, яка розроблена В. М. Гольдшмідт в першій чверті XX ст., Заснована на аналогії процесів диференціації елементів при доменній плавці і в розплавленої Землі. Відповідно до цієї моделі метал занурюється до центру Землі, утворюючи ядро щільністю близько 7 г / см3, А на поверхню спливає найбільш легкий «шлак» - силікатне речовина, який утворює магматичні породи земної кори (Щільність нижче 3 г / см3). Між ними розташовується вихідна речовина - мантія. Основним фактором диференціації Гольдшмідт вважав атомні обсяги елементів. Елементи з мінімальними атомними обсягами, з'єднуючись із залізом (сидерит-профільні елементи), утворили ядро. Елементи з максимальними атомними обсягами і деякі інші, що володіють схожістю з киснем (літофільні елементи), склали земну кору і верхню мантію - літосферу. Елементи, здатні з'єднуватися з сіркою (халькофільних елементи), утворили сульфидно-оксидну оболонку нижньої мантії.

Через 10 років після гіпотези В. М. Гольдшмідт академік А. Е. Ферсман запропонував свою модель внутрішньої будови Землі. Він виділив наступні геосфери: гранітно-базальтову кору (До 70 км від поверхні), перідотітового (Олівіновий) оболонку (До глибини 1200 км), рудну оболонку (До глибини 2450 км) і ядро, що складається з никелистого заліза.

У моделі Гутенберга-Булл використана індексація геосфер, популярна і в даний час. Автори виділяють: земну кору (Шар А) - граніт, метаморфічні породи, габро; верхню мантію (Шар В); перехідну зону (Шар С); нижню мантію (Шар D), що складається з кисню, кремнезему, магнію і заліза. На глибині 2900 км проводять межу між мантією і ядром. нижче знаходиться зовнішнє ядро (Шар Е), а з глибини 5120 м - внутрішнє ядро (Шар G), складене залізом.

Припущення про внутрішню неоднорідність ( «сферності») Землі засновані як на правилах диференціації речовини, так і на наявних даних про зміну швидкостей і напрямків геофізичних векторів (сейсмічних, магнітних, електричних хвиль) при їх поширенні в глиб планети. Саме останні послужили основою виділення внутрішніх сфер - земної кори, мантії, ядра. Однак відомо, що такі зміни виникають не тільки при зміні складу речовини. Геофізично встановлені межі, звичайно, реальні, але їх не можна пояснити виключно зміною елементної сполуки речовини. Безпосередні спостереження на Кольської надглибокої свердловини показали, що аналогічна межа проходить всередині однакових за складом гірських порід, але знаходяться в різному стані. Крім того, велика частина гіпотез виходить з визнання того, що речовини, які послужили основою для утворення земних оболонок, були близькі до сучасних, а їх хімічні реакції і процеси мінералоутворення подібні з спостерігаються нині.

Нову гіпотезу будови Землі запропонував в середині 70-х років XX ст. В. Н. Ларін. Згідно з його уявленням, при виникненні сфер першорядне значення мала не гравітаційна диференціація, а магнітна сепарація речовини. Вихідним матеріалом послужили не окремі елементи, а їх з'єднання у вигляді гідридів і карбідів металів. Розкладання гідридів, що володіють підвищеною щільністю і виділяють енергію при своєму розпаді, зумовило процеси окислення і утворення силікатів протопланет. У цій моделі дано пояснення джерела внутрішньої енергії планет з виділенням величезної енергії (тип водневих реакторів), що обумовлює процеси дегазації речовини, утворення оксидів, зонні плавки і ін. Кислородно-воднева (спочатку гідридна) модель пояснює виникнення земних оболонок не так диференціацією речовини, скільки хімічними реакціями, що відбуваються при сублімації водню, коли змінюються склад речовини і його властивості: від центру до периферії Землі йде багаторазове разуплотнение вихідного матеріалу і зміна відновлювальних умов окислювальними.

Походження Землі.Питання про походження нашої планети безпосередньо пов'язаний з космогонічними гіпотезами, що пояснюють утворення Сонячної системи в цілому. Розпад протопланетного диска на окремі компоненти з утворенням великої кількості твердих і досить великих (до декількох сотень кілометрів в діаметрі) тел - планетезималей, їх подальше накопичення і зіткнення сприяли акреції Землі як небесного формування. Продовжують дискутуватися наступні питання: який, холодної чи гарячої, однорідної (гомогенної) з подальшим розвитком шарів або неоднорідною (гетерогенної) з одночасним розшаруванням речовини вийшла Земля зі стадії акреції? Як формувалися її внутрішні оболонки, перш за все ядро ??і мантія? На думку В. Є. Хаина (1994), вірогідним сценарієм початковій стадії розвитку Землі були: 1) швидка аккреция за участю не тільки дрібних, але й більших планетезималей, можливо, з тенденцією деякого збагачення ранніх порцій аккретірующего речовини більш важкими, металевими компонентами ; 2) розігрів в процесі акреції аж до часткового плавлення, що призвів до початку диференціації Землі на ядро ??і мантію. Можливий спосіб утворення планети підтверджується геохімічними закономірностями розподілу елементів і реалізується в моделях будови Землі.

Гіпотеза освіти Землі і планет в швидко обертається протосонячній Небуле розроблена японськими дослідниками на основі уявлень про акумуляцію твердих тіл і часток (силікатних і металевих). Відповідно до цієї гіпотези, протягом усього періоду формування Земля залишалася оточеній протосонячній Небули (туманністю). В результаті гравітаційного тяжіння навколо неї виникла флюидная оболонка (в 200 разів масивніше сучасної атмосфери), що перешкоджає втраті аккреционного тепла. Температура досягла значень (більше 4000 К), достатніх для розплавлення, що визначило розшарування Землі на оболонки. Після цього флюидная оболонка Землі була видалена під впливом сонячного вітру, ультрафіолетового та теплового випромінювання Сонця.



Попередня   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   Наступна

ВСТУП | ГЛАВА 1. РУБЕЖІ землезнавства | ГЛАВА 2. МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ У землезнавства | ГЛАВА 3. ЗЕМЛЯ ВО ВСЕСВІТУ | Поняття про географічну оболонку як об'єкті землезнавства | Загальні закони і концепція системи в природознавстві | Механічні взаємодії в географічній оболонці | магнітосфера Землі | Електричне поле Землі | Теплове поле Землі |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати