Щільність планет земної групи. Презентація "планети земної групи"

Планети земної групи- Меркурій, Венера, Земля та Марс відрізняються від планет-гігантів меншими розмірами, меншою масою. Вони рухаються усередині пояса малих планет. У межах однієї групи планети близькі за такими фізичними характеристиками, як щільність, розміри хімічний складале одна група різко відрізняється при цьому від іншої. Кожна планета має свої унікальні особливості

Меркурій - найближча до Сонця планета Сонячної системи. Розташована на відстані 58 млн км від Сонця. Повний оборот на небі завершує за 88 діб. Через близькість до Сонця та малих видимих ​​розмірів Меркурій довго залишався маловивченою планетою. Тільки 1965 р. завдяки застосуванню радіолокації було виміряно період обертання Меркурія навколо своєї осі, який дорівнював 58,65 діб., тобто. 2/3 його звернення навколо Сонця. Таке обертання динамічно стійким. Сонячна доба на Меркурії триває 176 днів. Вісь обертання Меркурія майже перпендикулярна до площини його орбіти. Як підказали радіоспостереження, температура на поверхні Меркурія в пункті, де Сонце знаходиться в зеніті досягає 620 К. Температура нічної півкулі близько 110 К. За допомогою радіоспостережень вдалося визначити теплові властивості зовнішнього крою планети, які виявилися близькими до властивостей тонкороздроблених породи місячного реголіту. Причиною такого стану порід, мабуть, є безперервні удари метеоритів, що майже не послаблюються розрядженою атмосферою Меркурія.

Фотографування поверхні Меркурія американським космічним апаратом "Марінер-10" у 1974-1975 роках. показало, що на вигляд планета нагадує Місяць. Поверхня усіяна кратерами різних розмірів, причому їх розподіл за величиною діаметра аналогічно розподілу кратерів Місяця. Це говорить про те, що вони утворилися внаслідок інтенсивного метеоритного бомбардування мільярди років тому на перших етапах еволюції планети. Зустрічаються кратери зі світлими променями, з центральними гірками і без них, з темним і світлим дном, з різкими контурами валів (молоді) та напівзруйновані (давні). Виявлено долини, що нагадують відому Долину Альп не Місяцю, гладкі круглі рівнини, що отримали назву басейнів. Найбільший з них – Калоріс – має діаметр 1300 км. Наявність темної речовини в басейнах і заповнених кратерами лавою свідчить про те, що в початковий період свого існування планета зазнала сильного розігрівання, за яким пішла одна або кілька епох інтенсивного вулканізму. Атмосфера Меркурія дуже розряджена проти земної атмосферою.

За даними, отриманими з " Марінера -10 " , її щільність вбирається у щільності земної атмосфери в розквіті 620 км. У складі атмосфери виявлено невелику кількість водню, гелію та кисню, є деякі інертні гази, наприклад, аргон і неон. Такі гази могли виділитися внаслідок розпаду радіоактивних речовин, що входять до складу ґрунту планети. Виявлено слабке магнітне поле, напруженість якого менша, ніж у Землі, і більша, ніж у Марса. Міжпланетне магнітне поле, взаємодіючи з ядром Меркурія, може створювати у ньому електричні струми. Ці струми, а також переміщення зарядів в іоносфері, яка у Меркурія слабша в порівнянні з земною, можуть підтримувати магнітне поле планети. Взаємодіючи із сонячним вітром (див. Випромінювання Сонця), воно створює магнітосферу. Середня щільність Меркурія значно вища за місячну і майже дорівнює середній щільності Землі. Висловлюється гіпотеза у тому, що Меркурій має потужну силікатну оболонку (500 - 600 км.) , а решта 50% обсягу займає залізисте ядро. Життя на Меркурії через дуже високу денну температуру та відсутність рідкої води не може існувати. Супутників Меркурій не має

Венера - друга на відстані від Сонця і найближча до Землі планета Сонячної системи. Середня відстань від Сонця – 108 млн. км. Період звернення навколо нього – 225 діб. Під час нижніх з'єднань може наближатися Землі до 40 млн. км, тобто. ближче до будь-якої іншої великої планети Сонячної системи. Синодичний період (від однієї нижньої сполуки до іншої) дорівнює 584 діб. Венера - найяскравіше світило на небі після Сонця та Місяця. Відома людям із глибокої давнини. Діаметр Венери – 12 100 км. (95% діаметра Землі), маса 81,5% маси Землі або 1: 408400 маси Сонця, середня щільність 5,2 г/см, прискорення сили тяжіння на поверхні - 8,6 м/с (90% земного). Період обертання Венери довго не вдавалося встановити через щільну атмосферу і хмарний шар, що огортають цю планету. Тільки за допомогою радіолокації встановили, що він дорівнює 243,2 діб, причому Венера обертається у зворотний бік порівняно із Землею та іншими планетами. Нахил осі обертання Венери до площині її орбіти дорівнює майже 90 50 0. Існування атмосфери Венери було виявлено 1761 р. М. У. Ломоносовим під час спостережень проходження її диском Сонця.

У XX столітті за допомогою спектральних досліджень в атмосфері Венери виявлено вуглекислий газ, який виявився основним газом її атмосфери. За даними радянських міжпланетних станцій серії "Венера", на частку вуглекислого газу припадає 97% всього складу атмосфери Венери. До неї входять так само близько 2% азоту та інертних газів, не більше 0,1% кисню та невеликі кількості окису вуглецю, хромоводу та фтороводню. Крім того, в її атмосфері міститься близько 0,1% водяної пари. Вуглекислий газ і водяна пара створюють в атмосфері Венери парниковий ефект, що призводить до сильного розігріву планети. Причина цього полягає в тому, що обидві кулі інтенсивно поглинають інфрачервоні (теплові) промені, що випускаються нагрітою поверхнею Венери. Температура її досягає близько 500 С. Хмарний шар Венери, що приховує від нас її поверхню, як встановлено станціями серії "Венера", розташований на висоті 49-68 км над поверхнею, щільністю нагадує легкий туман.

Але більша довжина хмарного шару робить його абсолютно непрозорим для земного спостерігача. Передбачається, що хмари складаються з крапель водневого розчину сірчаної кислоти. Освітленість на поверхні вдень подібна до земної в похмурий день. З космосу хмари Венери виглядають як система смуг, що розташовуються зазвичай паралельно екватору планети, проте часом вони утворюють деталі, які були помічені ще з Землі, що дозволило встановити приблизно 4-добовий період обертання хмарного шару. Це чотиридобове обертання було підтверджено космічними апаратами та пояснюється наявністю на рівні хмар постійних вітрів, що дме у бік обертання планети зі швидкістю близько 100 м/с. Атмосферний тиск біля поверхні Венери становить близько 9МПа, а щільність в 35 разів перевищує щільність земної атмосфери. Кількість вуглекислого газу в атмосфері Венери в 400 тис. разів більша, ніж у земній атмосфері. Причиною цього, ймовірно, є інтенсивна вулканічна діяльність, а крім того, відсутність на планеті двох основних поглиначів вуглекислого газу океану з його планктоном та рослинністю.

Верхні шари атмосфери Венери складаються цілком з водню. Воднева атмосфера тягнеться до висоти 5500 км. Радіолокація дозволила вивчити невидимий через хмари рельєф Венери. У приекваторіальній зоні виявлено біля 10 кільцевих структур, подібних до кратерів Місяця і Меркурія, діаметром від 35 до 150 км., але сильно згладжених і плоских. Виявлено розлом у корі планети завдовжки 1500 км, шириною 150 км. та глибиною близько 2 км., гірські масиви, вулкан з діаметром основи 300-400 км. і висотою близько 1 км., величезна улоговина протяжністю 1500 км. з півночі на південь та 1000 км. із заходу на схід. Міжпланетні станції Венера-9 і Венера-10 дозволили вивчити з орбіт штучних супутників Венери рельєф 55 районів планети; при цьому були виявлені гористі ділянки місцевості з перепадом висот 2-3 км, а також відносно рівні ділянки. Поверхня Венери відносно гладкіша, ніж поверхня Місяця. Аналіз природи та поверхні Венери може мати велике значення для побудови теорії еволюції всіх планет Сонячної системи, у тому числі нашої Землі. Супутників Венера не має

Земля – одна з планет Сонячної системи. Подібно до інших планет вона рухається навколо Сонця по еліптичній орбіті. Відстань від Землі до Сонця у різних точках орбіти неоднакова. Середня відстань близько 149,6 млн. км. У процесі руху нашої планети навколо Сонця площина земного екватора (нахилена до площини орбіти під кутом 23 27") переміщається паралельно самій собі таким чином, що в одних ділянках орбіти земна куля нахилена до Сонця своєю північною півкулею, а в інших - південною. Землі (до 71%) займає Світовий океан. Середня глибинаСвітового океану - 3900 м. Існування осадових порід, вік яких перевищує 3,5 млрд. років, є доказом існування Землі великих водойм вже у далеку пору. На сучасних континентах найпоширеніші рівнини, переважно низовинні, а гори - особливо високі - займають незначну частину поверхні планети, як і і глибоководні западини океанів. Форма Землі, як відомо близька до кулястої, при більш детальних вимірах виявляється дуже складною, навіть якщо описати її рівною поверхнею океану (не спотвореною припливами, вітрами, течіями) та умовним продовженням цієї поверхні під континенти.

Нерівності підтримуються нерівномірним розподілом маси надрах Землі. Така поверхня називається геоїдом. Геоїд (з точністю близько сотень метрів) збігається з еліпсоїдом обертання, екваторіальний радіус якого 6378 км, а полярний радіус на 21,38 км. менше екваторіального. Різниця цих радіусів виникла рахунок відцентрової сили, створюваної добовим обертанням Землі. Добове обертання земної кулі відбувається з практично постійною кутовою швидкістю з періодом 23 год. 56 хв. 4,1с. тобто. за одну зоряну добу, кількість яких у році рівно на одну добу більша, ніж сонячна. Вісь обертання Землі спрямована своїм північним кінцем приблизно на зірку альфа Малої Ведмедиця, яка тому називається Полярною зіркою. Однією з особливостей Землі є її магнітне поле, завдяки якому ми можемо користуватися компасом. Магнітний полюс Землі, якого притягується північний кінець стрілки компаса, не збігається з Північним географічним полюсом. Під дією сонячного вітру магнітне поле Землі спотворюється і набуває "шлейф" у напрямку від Сонця, який простягається на сотні тисяч кілометрів. Наша планета оточена великою атмосферою. Основними газами, що входять до складу нижніх шарів атмосфери є азот (приблизно 78%), кисень (близько 21%) та аргон (близько 1%). Інших газів в атмосфері Землі дуже мало, наприклад, вуглекислого газу близько 0,03%.

Атмосферний тиск лише на рівні поверхні океану становить за нормальних умов приблизно 0,1МПа. Вважають, що земна атмосфера сильно змінилася у процесі еволюції: збагатилася киснем і придбала сучасний склад результаті тривалого взаємодії з гірськими породами і з біосфери, тобто. рослинних та тваринних організмів. Доказом того, що такі зміни справді відбулися, служать, наприклад, поклади кам'яного вугілля та потужні пласти відкладень карбонатів в осадових породах. вони містять величезну кількість вуглецю, який раніше входив до складу земної атмосфери у вигляді вуглекислого газу та окису вуглецю. Вчені вважають, що давня атмосфера походить з газоподібних продуктів вулканічних вивержень; про її склад судять з хімічного аналізу зразків газу, "замурованих" у порожнинах древніх гірських порід. У досліджених зразках, вік яких приблизно 3,5 млрд років міститься приблизно 60% вуглекислого газу, а решта 40% - сполуки сірки, аміак, хлористий і фтористий водень.

А невеликій кількості знайдено азот та інертні гази. Весь кисень був хімічно пов'язаний. Однією з найважливіших завдань сучасної науки про Землю вивчення еволюції атмосфери, поверхні та зовнішніх верств Землі, а як і внутрішнє будова її надр. Про внутрішню будову Землі передусім судять з особливостям проходження крізь різні верстви Землі механічних коливань, що виникають при землетрусах чи вибухах. Цінні відомості дають також вимірювання величини теплового потоку, що виходить із надр, результати визначень загальної маси, моменту інерції та полярного стиснення нашої планети. Маса Землі знайдена з експериментальних вимірювань фізичної постійної тяжіння та прискорення сили тяжіння

Тверду оболонку Землі називають літосферою. Її можна порівняти зі шкаралупою, що охоплює всю поверхню Землі. Але ця "шкаралупа" ніби потріскалася на частини і складається з кількох великих літосферних плит, що повільно переміщаються одна щодо іншої. За їхніми межами концентрується переважна кількість землетрусів. Верхній шарлітосфери - це земна кора, мінерали якої складаються переважно з оксидів кремнію та алюмінію, оксидів заліза та лужних металів. Земна кора має нерівномірну товщину: 35-65 км. на континентах та 6-8 км. під дном океану. Верхній шар земної корискладається з осадових порід, нижній із базальтів. Між ними є шар гранітів, характерний лише для континентальної кори. Під корою розташована так звана мантія, що має інший хімічний склад та більшу щільність. Кордон між корою та мантією називається поверхнею Мохоровичіча. У ній стрибкоподібно збільшується швидкість поширення сейсмічних хвиль. На глибині 120-250 км під материками та 60-400 км. під океанами залягає шар мантії, що зветься астеносферою. Тут речовина знаходиться в близькому до плавлення стані, його в'язкість сильно знижена. Всі літосферні плити як би плавають у напіврідкій астеносфері, як крижини у воді.

Найближче до Сонця знаходиться земна група планет. Вона складається з металу або силікатної породи, тому таку планету називають кам'янистою або телуричною. Земна планета знаходиться усередині сонячної системи. Називають таку планету земну, тому що в її складі є елементи, що нагадують планету Земля. І навіть назву вона отримала латинську Terra - у перекладі означає "земля".

Якщо газові планети-гіганти складаються з різного роду води, гелію і водню, які можуть перетворюватися на різноманітні фізичні стани, то земні групи планет мають виключно тверду поверхню. Ці планети входять в одну групу через схожість своєї структури: усередині вони мають металеве ядро, яке є залізом, і оточене це ядро ​​спеціальною мантією з силікату. А також ці планети об'єднані в одну групу, тому що в кожній із них є земні складові, до яких належать вулкани, гори, каньйони та інші.

Земна група планет має стиснуту щільність, що дорівнює нульовому тиску середньої щільності матерій будь-якої планети. Але так як у планетних ядрах стиск може збільшувати її щільність, то справжня середня щільність і несжата щільність можуть відрізнятися. Вчені визначають середню густину по кожній земній планеті окремо, тому що обчислення густини залежить від розміру і від того, що входить до її складу.

Немає можливості дізнатися, скільки насправді було земних планетколи тільки почала утворюватися сонячна система. Можливо, вони були вигнані з чотирьох планет або об'єдналися (з'єдналися) одна з одною. Планетарна туманність сама реорганізувалася, і таких планет стало чотири – Марс, Меркурій, Венера, і, звісно, ​​сама Земля.

Особливості земних планет

Марс

Ця планета як половина Землі та четверта від сонця. На ній майже немає атмосфери, один вуглекислий газ, і вона найхолодніша (від 00 градусів до мінус 113 °C). День на Марсі ідентичний земному, але рік довший – 687 днів. На Марсі немає рідин, є крижані шапки газу та води в замерзлому стані. Марс славиться вулканами, кратерами та двома супутниками – Деймосом та Фобосом.

Меркурій

Вона найближча до Сонця і найменша за розміром з усіх чотирьох. Вона трохи більше за Місяць. Поверхня Меркурія всипана ударними кратерами, що залишили на ній сліди. Це сталося через відсутність (або присутність незначною мірою) атмосфери. Температура на Меркурії зашкалює, величезний розкид від 4270 до мінус 173C. Це відрізняє її від інших планет. Діапазон температур збільшується/зменшується залежно від розташування до сонця (на зверненому боці – високі, на ненаверненому – низькі). Навколо сонця можна обернутися за 88 днів. Це можливо через дуже близьку його схильність (46 мільйонів кілометрів). Цікаво, що планета дуже повільна і один день там дорівнює 59 земним.

Венера

Ця планета майже аналог Землі (щільність, розмір, структура). Там є сірчана кислота, представлена ​​в хмарах, і вуглекислий газ. Хоч Венера і близька до Сонцю, на відміну Меркурія, але вона найспекотніша (4500C). Знаменита Венера своїм ретроградним обертанням: захід – сходить сонце, схід – сідає. День на Венері дуже довгий і складається з 243 доби. А рік триває 225 днів. Венера вродлива і яскраво підносить себе, з'являюся у вигляді Ранкової зірки.

Земля

Вона всього п'ята за величиною планетарної туманності сонячної системи і третя від самого Сонця. Серед усіх планет вона єдина заселена. Маючи рідкий стан води, вона зародила життя. Ми дихаємо повітрям, що складається всього на 28 відсотків із кисню, все інше – це азот та один відсоток аргону та вуглекислого газу. Сезони на населеній планеті змінюються через її вертикальний спосіб на 23 градуси. Рік становить 365 днів, а доба – 24 години.

Креньова Євгенія

У роботі описані планети, що належать до Земної групи. Розглянуто умови на цих планетах, їх спільні риси, а також особливості кожної планети.

Завантажити:

Попередній перегляд:

Щоб скористатися попереднім переглядом презентацій, створіть собі обліковий запис Google і увійдіть до нього: https://accounts.google.com

Підписи до слайдів:

ПЛАНЕТИ ЗЕМНОЇ ГРУПИ Презентація з астрономії Підготувала учениця 11 класу Креньова Євгенія ГБОУ ЗОШ № 8 м. Москви

СОНЯЧНА СИСТЕМА

Планети земної групи Це чотири планети Сонячної системи: Меркурій, Венера, Земля та Марс. Їх також називають внутрішніми планетами, на відміну зовнішніх планет - планет-гігантів.

Планети земної групи мають високу щільність і складаються переважно з силікатів і металевого, а також кисню, кремнію, заліза, магнію, алюмінію та інших важких елементів. Найбільша планетаземної групи - Земля, але вона більш ніж у 14 разів поступається за масою найменш потужної газової планети - Урану. Всі планети земної групи мають таку будову: - у центрі ядро ​​із заліза з домішкою нікелю, - мантія, що складається з силікатів, - кора, що утворилася в результаті часткового плавлення мантії і складається також із силікатних порід, але збагачена несумісними елементами. З планет земної групи кори немає Меркурія, що пояснюють її руйнацією внаслідок метеоритної бомбардування.

МЕРКУРІЙ Знаходиться найближче до сонця. Про існування цієї планети згадувалося ще в давніх шумерських письменах, які датуються третім тисячоліттям до нашої ери. Назвою ця планета вдячна римському пантеону Меркурію, покровителю торговців, який мав свого грецького аналога – Гермеса. Меркурій повністю обходить навколо сонця за вісімдесят вісім діб земних. Навколо своєї осі він обходить за неповних шістдесят діб, що за меркуріанськими мірками – дві третини року. Температура на поверхні меркурію може коливатися дуже сильно – від +430 градусів на стороні сонця і до +180 градусів з тіньової сторони. У нашій сонячній системі ці перепади є найсильнішими.

МЕРКУРІЙ У Меркурія можна спостерігати таке незвичайне явище, яке отримало назву ефект Ісуса Навина. Коли сонце на Меркурії сягає певної точки, воно зупиняється і починає йти у зворотний бік, а чи не як Землі – має обійти повне коло навколо планети. Меркурій є найменшою планетою групи Землі. Він поступається за розміром навіть найбільшим супутникам планет Юпітера та Сатурна. Поверхня Меркурія схожа на поверхню Місяця – весь усипаний кратерами. Єдина відмінність з місячною поверхнею – на Меркурії є численні косі зубчасті укоси, які можуть сягати багатьох сотень кілометрів. Ці укоси утворилися внаслідок стиснення, коли планета остигала.

МЕРКУРІЙ Одна з найпопулярніших і найпомітніших частин планети – так звана Рівнина Жари. Це кратер, який отримав свою назву через його близьке прихильність до «гарячих довгот». Кратер має діаметр у тисячу триста кілометрів. Швидше за все, небесне тіло, яке з давніх-давен зробило цей кратер, мало діаметр не менше ста кілометрів. Завдяки гравітації Меркурій захоплює ще й частинки сонячного вітру, які, у свою чергу, роблять навколо Меркурія досить розряджену атмосферу. Причому вони замінюються кожні двісті діб. Крім того, ця планета є найшвидшою планетою нашої системи. Середня швидкість її обертання навколо сонця становить близько сорока семи з половиною кілометрів на секунду, що вдвічі швидше за Землю.

ВЕНЕРА Атмосфера Венери досить агресивна, бо відносно Землі в неї дуже висока температура і є в небі отруйні хмари. Атмосфера Венери складається переважно з одного вуглекислого газу. Якщо опинитися в атмосфері цієї планети, впливатиме тиск близько вісімдесяти п'яти кг на 1 квадратний сантиметр. В атмосфері Землі тиск буде у вісімдесят п'ять разів меншим. Якщо кинути в атмосфері Венери монетку, то вона падатиме, немов у шарі води. Таким чином, і ходити поверхнею цієї планети так само складно, як і на дні океану. А якщо ще не дай бог підніметься вітер на Венері, то він нестиме вас, як тріску несе морська хвиля.

ВЕНЕРА Атмосфера цієї планети на 96% складається з вуглекислого газу. Саме через це створюється парниковий ефект. Поверхня планети нагрівається сонцем, а утворене тепло не може розсіюватися в космосі, тому що воно відбивається шаром вуглекислого газу. Ось чому температура цієї планети близько чотирьохсот вісімдесяти градусів, як у духовці.

ВЕНЕРА По поверхні Венери усіяно тисячі вулканів. Фантасти описували Венеру схожою Землю. Вважали, що Венеру огортають хмари. А значить, і поверхня цієї планети має засіювати болота. А значить, напевно, там дуже дощовий клімат, що призводить до великої хмарності та великої вологості. Насправді все зовсім інакше – на початку сімдесятих років союзом були відправлені космічні кораблі на поверхню Венери, які прояснили ситуацію. Виявилося, що поверхню цієї планети складають суцільні скелясті пустелі, де немає води. Звичайно ж, за такої високої температури води ніякої і не могло ніколи бути.

ЗЕМЛЯ Земля займає п'яте місце за розміром та масою серед великих планетАле з планет земної групи вона є найбільшою. Найважливішою відмінністю її від інших планет Сонячної системи є існування на ній життя, яке досягло з появою людини своєї найвищої, розумної форми. Згідно з сучасними космогонічними уявленнями, Земля утворилася ~4,5 млрд. років тому шляхом гравітаційної конденсації з розсіяної в навколосонячному просторі газо-пилової речовини, що містить усі відомі в природі хімічні елементи.

ЗЕМЛЯ Формування Землі супроводжувалося диференціацією речовини, якій сприяв поступовий розігрів земних надр, переважно рахунок теплоти, що виділялася при розпаді радіоактивних елементів (урану, торію, калію та інших.). Результатом цієї диференціації стало поділ Землі на концентрично розташовані шари - геосфери, що відрізняються хімічним складом, агрегатним станом та фізичними властивостями. У центрі утворилося ядро ​​Землі, оточене мантією. З найлегших і легкоплавких компонентів речовини, що виділилися з мантії у процесах виплавлення, виникла розташована над мантією земна кора. Сукупність цих внутрішніх геосфер, обмежених твердою земною поверхнею, Іноді називають «твердою» Землею.

ЗЕМЛЯ "Тверда" Земля укладає майже всю масу планети. За її межами знаходяться зовнішні геосфери - водна (гідросфера) та повітряна (атмосфера), які сформувалися з парів та газів, що виділилися з надр Землі при дегазації мантії. Диференціація речовини мантій Землі та поповнення продуктами диференціації земної кори, водної та повітряної оболонок відбувалися протягом усієї геологічної історії та продовжуються досі.

Марс Названа ця планета на честь знаменитого бога Війни в Римі, тому що колір цієї планети дуже вже нагадує колір крові. Цю планету називають ще червоною планетою. Припускають, що такий колір планети пов'язаний із оксидом заліза, який є в атмосфері Марса. За величиною Марс є сьомою планетою у сонячній системі. Його прийнято вважати будинком Долини Марінера - це каньйон, який набагато довший і глибший від знаменитого Великого Каньйону в США. Між іншим, на Марсі є гори, яких не мало, і висота цих гір часом набагато вища за наш Еверест. Тут, до речі, також є Олімп – найвища та найвища відома горау всій сонячній системі.

Марс На Марсі є найбільші в сонячній системі вулкани. А ось атмосфера цієї планети щільністю в сто разів менша за земну. Але й цього достатньо для того, щоб підтримати погодну систему на планеті – це означає вітер та хмари. Середньою температурою марс може похвалитися мінус шістдесят градусів. Рік на марсі = 687 днів земного обчислення. А ось день на марсі максимально наближений до дня земного – це 24 години, 39 хв. та 35 сек. У Марса дуже товста кора – приблизно п'ятдесят кілометрів у перерізі. А ще Марс має два місяці – Деймос і Фобос.

Дякую за увагу!

Які планети земної групи знаєте? Перелічіть у голові і перевірте, чи правильно подумали:). Зараз ми розповімо Вам про них.

Планети Меркурій, Венера, Земля та Марссхожі так чотири сестри, але повної схожості між ними немає. Кожна їх розвивалася по-своєму.

Найближчі до Сонця утворилися у дуже гарячому районі. Під дією високих температур легкі гази перемістилися до периферії Сонячної системи, тому планети земної групи складаються з важких елементів, як вуглець, залізо, кремній. Тобто вони тверді та кам'янисті, на відміну від планет, що утворилися далеко від і що складаються в основному з газу. Планети земної групи зазнали сильних змін з часу своєї освіти. Їхня первинна атмосфера зникла, її заступники легкі гази, що піднялися з внутрішніх гарячих зон планет. Тяжкі елементи перемістилися всередину і утворили ядро ​​таких планет, вулканічні виверження змінили їх рельєф. Минуле з тих пір 4,5 мільярда років змінили вигляд планет, майже схожих при народженні таких різних сьогодні.

Меркурій, Невелика планета, розташована близько до Сонця, з дуже розрідженою атмосферою, - це пустеля з кратерами, випалена Сонцем. На відміну від інших планет земної групи Меркурій – планета, на якій нічого примітного не відбувається, за винятком можливо постійного легкого метеорного дощу.

Ймовірно, що давно нам Венерібули океани, так як ця планета знаходиться досить близько до Сонця, вода випарувалася і зникла в космосі. В даний час дуже щільна атмосфера складається головним чином із вуглекислого газу. Декілька шарів із сірчаної кислоти заважають сонячним променям доходити до поверхні. Через парниковий ефект температура піднімається до 500 градусів. Прихована під хмарами поверхня планети вивчалася за допомогою міжпланетної станції Магеллан у 1990 році. Було виявлено величезні рівнини, гори, глибокі розломи, вулкани та кілька метеоритних кратерів.

Більшість поверхні Землізайнята водою, що зберігається в рідкому стані завдяки тому, що планета знаходиться від Сонця не надто близько і не надто далеко. Атмосферна оболонка, стан головним чином азоту, кисню, невеликої кількості вуглекислого газу і водяної пари, породжує відомий нам клімат. Сьогоднішні вулканічні процеси набагато менші, ніж у минулому.

У Марсараніше була інша, щільніша атмосфера, що сприяла м'якому клімату, існували рейки та океани. Так як планета маленька, а маса недостатня, щоб сила тяжіння утримувала газу, більша частиназ них зникла у космосі. Нині атмосфера складається із вуглекислого газу. Температура знизилася, вода тепер перебуває у замерзлому стані під шаром ґрунту. Зсередини Марс охолонув теж швидше, ніж Венера і Земля, а величезні вулкани згасли вже мільярд років тому. Іноді ураганні вітри піднімають хмари пилу, і потрібні тижні, щоб осіли на поверхні.

Внутрішня область Сонячної системи населена різноманітними тілами: великими планетами, їх супутниками, і навіть малими тілами – астероїдами і кометами. З 2006 р. у групі планет введено нову підгрупу – планети-карлики (dwarf planet), які мають внутрішні якості планет (сфероїдальна форма, геологічна активність), але в силу малої маси не здатні домінувати в околиці своєї орбіти. Тепер 8 найпотужніших планет - від Меркурія до Нептуна - вирішено називати просто планетами (planet), хоча в розмові астрономи для однозначності часто називають їх великими планетами, щоб відрізняти від планет-карликів. Термін « мала планета», який багато років застосовувався до астероїдів, тепер рекомендовано не використовувати, щоб уникнути плутанини з карликовими планетами

В області великих планет ми бачимо чіткий поділ на дві групи по 4 планети в кожній: зовнішню частину цієї області займають планети-гіганти, а внутрішню – значно менш потужні планети земної групи. Групу гігантів також зазвичай ділять навпіл: газові гіганти(Юпітер та Сатурн) та крижані гіганти (Уран та Нептун). У групі планет земного типу теж намічається поділ навпіл: Венера і Земля надзвичайно схожі один на одного за багатьма фізичними параметрами, а Меркурій і Марс поступаються їм по масі на порядок і майже позбавлені атмосфери (навіть у Марса вона в сотні разів менша за земну, а у Меркурія практично відсутня).

Слід зазначити, що з двох сотень супутників планет можна назвати щонайменше 16 тіл, які мають внутрішніми властивостями повноцінних планет. Нерідко вони перевершують своїми розмірами та масами планети-карлики, але при цьому знаходяться під контролем гравітації значно масивніших тіл. Йдеться про Місяць, Титан, галілеєві супутники Юпітера та їм подібні. Тому було б природно запровадити в номенклатуру Сонячної системи нову групудля таких "підлеглих" об'єктів планетного типу, назвавши їх "планети-супутники". Але поки що ця ідея у стадії обговорення.

Повернемося до планет земного типу. Порівняно з гігантами вони привабливі тим, що мають тверду поверхню, яку можуть здійснювати посадку космічні зонди. Починаючи з 1970-х, автоматичні станції та самохідні апарати СРСР та США неодноразово сідали та успішно працювали на поверхні Венери та Марса. Посадок на Меркурій поки що не було, оскільки польоти на околиці Сонця та посадка на масивне безатмосферне тіло пов'язані з великими технічними проблемами.

Вивчаючи планети земного типу, астрономи не забувають і саму Землю. Аналіз знімків із космосу дозволив багато зрозуміти в динаміці земної атмосфери, у будові її верхніх шарів(куди не піднімаються літаки і навіть аеростати), у процесах, що відбуваються у її магнітосфері. Порівнюючи між собою будову атмосфер землеподібних планет, багато що можна зрозуміти в їхній історії і точніше прогнозувати їхнє майбутнє. А оскільки все вищі рослиниі тварини мешкають на поверхні нашої (чи не тільки нашої?) планети, особливо важливі для нас характеристики нижніх шарів атмосфери. Ця лекція присвячена планетам земного типу; в основному – їхньому зовнішньому вигляду та умовам на поверхні.

Яскравість планети. Альбедо

Дивлячись на планету здалеку, ми легко розрізняємо тіла з атмосферою та без. Присутність атмосфери, а точніше – наявність у ній хмар, робить зовнішність планети мінливою і значно підвищує яскравість її диска. Це ясно видно, якщо розмістити планети в ряд від абсолютно безхмарних (безатмосферних) до повністю закритих хмар: Меркурій, Марс, Земля, Венера. Кам'янисті безатмосферні тіла схожі один на одного майже до повної невиразності: порівняйте, наприклад, великомасштабні знімки Місяця і Меркурія. Навіть досвідчене око важко розрізняє між собою поверхні цих темних тіл, густо покритих метеоритними кратерами. Зате атмосфера надає будь-якій планеті неповторного вигляду.

Наявністю або відсутністю атмосфери у планети управляють три фактори: температура та гравітаційний потенціал біля поверхні, а також глобальне магнітне поле. Таке поле має тільки Земля, і воно суттєво захищає нашу атмосферу від потоків сонячної плазми. Місяць втратив атмосферу (якщо взагалі її мав) через низьку критичну швидкість біля поверхні, а Меркурій – через високу температуру і потужний сонячний вітер. Марс за майже тієї ж гравітації, що у Меркурія, зміг зберегти залишки атмосфери, оскільки через віддаленість від Сонця він холодний і не так інтенсивно обдувається сонячним вітром.

За своїми фізичними параметрами Венера та Земля майже близнюки. Вони дуже схожі розмір, маса, отже, і середня щільність. Їхня внутрішня структура також має бути подібною, – кора, мантія, залізне ядро, – хоча впевненості в цьому поки що немає, оскільки сейсмічні та інші геологічні дані про надра Венери відсутні. Зрозуміло, і в надра Землі ми глибоко не проникали: у більшості місць на 3-4 км, в окремих точках на 7-9 км і лише в одній на 12 км. Це менше ніж 0,2% радіусу Землі. Але сейсмічні, гравіметричні та інші виміри дозволяють будувати висновки про земних надрах досить детально, а інших планет таких даних майже немає. Детальні карти гравітаційного поля отримані лише Місяця; потоки тепла з надр виміряні лише на Місяці; сейсмометри поки що працювали теж лише на Місяці і (не дуже чутливий) на Марсі.

Про внутрішнє життя планет геологи досі судять за особливостями їхньої твердої поверхні. Наприклад, відсутність ознак літосферних плит у Венери істотно відрізняє її від Землі, в еволюції поверхні якої тектонічні процеси (дрейф континентів, спрединг, субдукція тощо) відіграють визначальну роль. У той же час деякі непрямі дані вказують на можливість тектоніки плит на Марсі в минулому, а також тектоніки крижаних полів на Європі, супутнику Юпітера. Таким чином, зовнішня схожість планет (Венера - Земля) не служить гарантією подібності їх внутрішньої будови і процесів, що відбуваються в їх надрах. А планети, не схожі одна на одну, можуть демонструвати подібні геологічні явища.

Повернемося до того, що доступно астрономам та іншим фахівцям для прямого вивчення, а саме – поверхні планет або їх хмарного шару. В принципі непрозорість атмосфери в оптичному діапазоні не є непереборною перешкодою для вивчення твердої поверхні планети. Радіолокація із Землі та з борту космічних зондів дозволила вивчити поверхні Венери та Титану крізь них не прозорі для світла атмосфери. Однак ці роботи мають епізодичний характер, а систематичні дослідження планет досі проводяться оптичними приладами. І що ще важливіше: оптичне випромінювання Сонця є головним джерелом енергії для більшості планет. Тому здатність атмосфери відбивати, розсіювати і поглинати це випромінювання впливає на клімат біля поверхні планети.

Яскраве світило на нічному небі, крім Місяць, це Венера. Вона дуже яскрава не тільки через відносну близькість до Сонця, але і через щільний хмарний шар з крапель концентрованої сірчаної кислоти, що чудово відображає світло. Наша Земля теж не дуже темна, оскільки 30-40% атмосфери Землі заповнені водяними хмарами, а вони також добре розсіюють і відбивають світло. Ось фотографія (рис. вгорі), де в кадр одночасно потрапили Земля та Місяць. Цей знімок зробив космічний зонд «Галілео», пролітаючи повз Землю на шляху до Юпітера. Подивіться наскільки Місяць темніший за Землю і взагалі темніший за будь-яку планету з атмосферою. Це загальна закономірність – безатмосферні тіла дуже чорні. Справа в тому, що під впливом космічної радіації будь-яка тверда речовина поступово темніє.

Твердження, що поверхня Місяця темна зазвичай викликає подив: на перший погляд місячний диск виглядає дуже яскравим; безхмарної ночі він навіть засліплює нас. Але це лише за контрастом із ще темнішим нічним небом. Для характеристики здатності, що відбиває будь-якого тіла використовують величину під назвою альбедо. Це ступінь білизни, тобто коефіцієнт відбиття світла. Альбедо рівне нулю - абсолютна чорнота, повне поглинання світла. Альбедо рівне одиниці – повне відбиток. Фізики та астрономи мають кілька різних підходів до визначення альбедо. Ясно, що яскравість освітленої поверхні залежить тільки від типу матеріалу, а й його структури та орієнтації щодо джерела світла і спостерігача. Наприклад, пухнастий сніг, що щойно випав, має одне значення коефіцієнт відображення, а у снігу, в який ви наступили черевиком, буде зовсім інше значення. А залежність від орієнтації легко продемонструвати люстерком, пускаючи сонячних зайчиків.

Весь діапазон можливих значень альбедо перекрито відомими космічними об'єктами. Ось Земля, що відображає близько 30% сонячних променів, в основному завдяки хмарам. А суцільний хмарний покрив Венери відбиває 77% світла. Наш Місяць – одне з найтемніших тіл, що в середньому відображає близько 11% світла; а її видима півкуля через наявність великих темних «морів» відбиває світло ще гірше – менше 7%. Але зустрічаються і ще темніші об'єкти; наприклад, астероїд 253 Матильда з його альбедо в 4%. З іншого боку, є напрочуд світлі тіла: супутник Сатурна Енцелад відображає 81% видимого світла, а його геометричне альбедо просто фантастичне – 138%, тобто він яскравіший за ідеально білий диск такого ж перетину. Навіть важко зрозуміти, як йому це вдається. Чистий сніг на Землі і те гірше відбиває світло; який сніг лежить на поверхні цього маленького і симпатичного Енцеладу?

Тепловий баланс

Температура будь-якого тіла визначається балансом між припливом до нього тепла та його втратами. Відомі три механізми обміну теплом – випромінювання, теплопровідність та конвекція. Два останні з них вимагають прямого контакту з довкіллям, тому в космічному вакуумі найважливішим і, по суті, єдиним стає перший механізм – випромінювання. Для конструкторів космічної техніки створює чималі проблеми. Їм доводиться враховувати кілька джерел тепла: Сонце, планета (особливо на низьких орбітах) та внутрішні агрегати самого космічного апарату. А для скидання тепла є лише один спосіб – випромінювання з поверхні апарату. Для підтримки балансу теплових потоків конструктори космічної техніки регулюють ефективне альбедо апарату за допомогою екранно-вакуумної ізоляції та радіаторів. Коли така система дає збій, умови в космічному кораблі можуть стати дуже некомфортними, про що нагадує історія експедиції «Аполлон-13» до Місяця.

Але вперше з цією проблемою зіткнулися ще в першій третині XX століття творці висотних аеростатів – так званих стратостатів. У ті роки ще не вміли створювати складні системитерморегулювання герметичної гондоли, тому обмежувалися простим підбором альбедо її зовнішньої поверхні. Наскільки чутлива температура тіла до його альбедо, каже історія перших польотів у стратосферу.

Гондолу свого стратостату FNRS-1швейцарець Огюст Пікар пофарбував з одного боку у білий, а з іншого – у чорний колір. Ідея полягала в тому, що регулювати температуру в гондолі можна, повертаючи сферу тією чи іншою стороною до Сонця. Для обертання зовні встановили пропелер. Але пристрій не запрацював, сонце світило з чорної сторони і внутрішня температура в першому польоті піднялася до 38 °C. У наступному польоті всю капсулу просто покрили сріблястою для відбиття сонячних променів. Усередині стало –16 °C.

Американські конструктори стратостату Explorerврахували досвід Пікара та прийняли компромісний варіант: вони пофарбували верхню частину капсули у білий, а нижню – у чорний колір. Ідея полягала в тому, що верхня половина сфери відображатиме сонячне випромінювання, а нижня – поглинатиме тепло від Землі. Цей варіант виявився непоганим, але також не ідеальним: під час польотів у капсулі було 5 °C.

Радянські стратонавти просто теплоізолювали алюмінієві капсули шаром повсть. Як показала практика, таке рішення було найвдалішим. Внутрішнього тепла, що в основному виділяється екіпажем, виявилося достатньо для підтримки стабільної температури.

Але якщо планета не має власних потужних джерел тепла, то значення альбедо дуже важливе для її клімату. Наприклад, наша планета поглинає 70% сонячного світла, що падає на неї, переробляючи його у власне інфрачервоне випромінювання, підтримуючи за рахунок нього кругообіг води в природі, запасаючи його в результаті фотосинтезу в біомасі, нафті, вугіллі, газі. Місяць поглинає майже все сонячне світло, бездарно перетворюючи його на високоентропійне інфрачервоне випромінювання і завдяки цьому підтримуючи свою досить високу температуру. Натомість Енцелад своєю ідеально білою поверхнею гордо відштовхує від себе майже все сонячне світло, за що й розплачується жахливо низькою температурою поверхні: в середньому близько –200 °C, місцями до –240 °C. Втім, цей супутник – «весь у білому» – не сильно страждає від зовнішнього холоду, оскільки у нього є альтернативне джерело енергії – приливний гравітаційний вплив сусіда-Сатурна (), що підтримує його підлідний океан у рідкому стані. Але у планет земної групи внутрішні джерела тепла дуже слабкі, тому температура їх твердої поверхні значною мірою залежить від властивостей атмосфери – від її здатності, з одного боку, відбивати частину сонячних променів назад у космос, з другого – утримувати енергію випромінювання, що пройшло крізь атмосферу до планети.

Парниковий ефект та клімат планети

Залежно від того, наскільки далеко від Сонця знаходиться планета, і яку частку сонячного світла вона поглинає, формуються температурні умови на поверхні планети, її клімат. Як виглядає спектр будь-якого тіла, що самосвітиться, наприклад, зірки? Найчастіше спектр зірки – це «одногорбая», майже планковская, крива, яка має становище максимуму залежить від температури поверхні зірки. На відміну від зірки, у спектра планети два «горби»: частина зоряного світла вона відображає в оптичному діапазоні, а іншу частину поглинає та перевипромінює в інфрачервоному діапазоні. Відносна площа під цими двома горбами якраз і визначається ступенем відображення світла, тобто альбедо.

Подивимося на дві найближчі до нас планети – Меркурій та Венеру. На перший погляд ситуація парадоксальна. Венера відбиває майже 80% сонячного світла і лише близько 20% поглинає. А Меркурій майже нічого не відбиває, а все поглинає. До того ж Венера далі від Сонця, ніж Меркурій; на одиницю її хмарної поверхні падає у 3,4 рази менше сонячного світла. З урахуванням різниці в альбедо, кожен квадратний метр твердої поверхні Меркурія отримує майже в 16 разів більше сонячного тепла, ніж та ж поверхня на Венері. І, тим не менш, на всій твердій поверхні Венери пекельні умови – величезна температура (олово та свинець плавляться!), а Меркурій прохолодніше! На полюсах там взагалі Антарктида, а на екваторі середня температура 67 °C. Звісно, ​​вдень поверхня Меркурія нагрівається до 430 °C, а вночі остигає до –170 °C. Але вже на глибині 1,5-2 метрів добові коливання згладжуються і ми можемо говорити про середню температуру поверхні 67 °C. Жаркувато, звичайно, але жити можна. А у середніх широтах Меркурія взагалі кімнатна температура.

У чому ж справа? Чому близький до Сонця й Меркурій, що охоче поглинає його промені, нагрітий до кімнатної температури, а Венера – більш далека від Сонця і активно відбиває його промені, нагріта як піч? Як це пояснить фізика?

Атмосфера Землі майже прозора: вона пропускає 80% сонячного світла. Втекти до космосу внаслідок конвекції повітря не може – планета не відпускає його. Отже, охолоджуватись вона може лише у вигляді інфрачервоного випромінювання. А якщо ІЧ випромінювання залишається замкненим, воно нагріває ті шари атмосфери, які його не випускають. Ці шари самі стають джерелом тепла і частково направляють його до поверхні. Деяка частина випромінювання йде в космос, але основна його частина повертається до поверхні Землі і гріє її доти, доки не встановиться термодинамічна рівновага. А як воно встановлюється?

Температура зростає, і максимум у спектрі зміщується (закон Вина) доти, доки не знайде в атмосфері вікно прозорості, крізь яке підуть у космос ІЧ-промені. Баланс теплових потоків встановлюється, але за вищої температури, ніж міг би бути за відсутності атмосфери. Це і є парниковий ефект.

У своєму житті ми часто стикаємося з парниковим ефектом. І не лише у вигляді садової парники або поставленої на плиту каструлі, яку ми накриваємо кришкою, щоб зменшити тепловіддачу та прискорити закипання. Саме ці приклади не демонструють чистий парниковий ефект, оскільки в них зменшується як променисте, так і конвективне відведення тепла. Набагато ближчий до описаного ефекту приклад ясної морозної ночі. При сухому повітрі та безхмарному небі (наприклад, у пустелі) після заходу сонця земля швидко остигає, а вологе повітря та хмари згладжують добові коливання температури. На жаль, цей ефект добре знайомий астрономам: ясні зоряні ночі бувають особливо холодними, що робить роботу у телескопа дуже некомфортною. Повернувшись до малюнку вище, ми побачимо причину: саме пари води в атмосфері служать головною перешкодою для ІЧ-випромінювання, що відносить тепло.

Місяць не має атмосфери, а значить, немає і парникового ефекту. На її поверхні термодинамічна рівновага встановлюється у явному вигляді, ніякого обміну випромінюванням між атмосферою та твердою поверхнею немає. У Марса розріджена атмосфера, але її парниковий ефект додає свої 8 °C. А на Землі він додає майже 40 °C. Якби наша планета не мала такої щільної атмосфери, температура Землі була б на 40 °C нижчою. Сьогодні вона становить по всій земній кулі в середньому 15 °C, а було б –25 °C. Всі б океани замерзли, поверхня Землі від снігу стала б білою, альбедо підвищилося б, і температура впала б ще нижче. Загалом – страшна справа! Але добре, що парниковий ефект у нашій атмосфері працює та гріє нас. І ще набагато сильніше він працює на Венері - більш ніж на 500 градусів піднімає середню венеріанську температуру.

Поверхня планет

Досі ми не приступали до детального вивчення інших планет, здебільшого обмежуючись спостереженням їхньої поверхні. А наскільки важливою для науки є інформація про зовнішній вигляд планети? Що цінного може розповісти нам зображення її поверхні? Якщо це газова планета, як Сатурн або Юпітер, або ж тверда, але вкрита щільним шаром хмар, як Венера, то бачимо лише верхній хмарний шар, отже, майже ніякої інформації про саму планету не маємо. Хмарна атмосфера, як кажуть геологи, це супермолода поверхня – сьогодні вона така, а завтра буде інша, чи не завтра, а через 1000 років, що лише мить у житті планети.

Велика Червона Пляма на Юпітері або два планетарні циклони на Венері спостерігаються вже 300 років, але говорять нам лише про деякі загальні властивості сучасної динаміки їх атмосфер. Наші нащадки, дивлячись на ці планети, бачитимуть зовсім іншу картину, а яку картину могли бачити наші предки, ми ніколи не впізнаємо. Таким чином, дивлячись з боку на планети із щільною атмосферою, ми не можемо судити про їхнє минуле, оскільки бачимо лише мінливий хмарний шар. Зовсім інша справа – Місяць чи Меркурій, поверхні яких зберігають сліди метеоритних бомбардувань та геологічних процесів, які відбувалися протягом останніх мільярдів років.

А такі бомбардування планет-гігантів практично не залишають слідів. Одна з таких подій сталася наприкінці ХХ століття просто на очах астрономів. Йдеться про комету Шумейкерів-Леві-9. У 1993 р. неподалік Юпітера був помічений дивний ланцюжок з двох десятків невеликих комет. Розрахунок показав, що це фрагменти однієї комети, що пролітала поряд з Юпітером у 1992 р. та розірваної на частини приливним ефектом його потужного гравітаційного поля. Сам епізод розпаду комети астрономи не бачили, а застали лише той момент, коли ланцюжок кометних уламків «паровозиком» віддалявся від Юпітера. Якби не відбулося розпаду, то комета, підлетівши до Юпітера по гіперболічній траєкторії, по другій гілки гіперболи пішла б у далечінь і, швидше за все, більше ніколи не зблизилася б з Юпітером. Але тіло комети не витримало приливної напруги і зруйнувалося, а витрата енергії на деформацію та розрив тіла комети зменшила кінетичну енергію її орбітального руху, перевівши уламки з гіперболічної орбіти на еліптичну, замкнуту навколо Юпітера. Відстань орбіти в перицентрі виявилася меншою за радіус Юпітера, і осколки в 1994 р. врізалися в планету один за одним.

Пригода була грандіозна. Кожен «уламок» кометного ядра – це крижана брила розміром 1×1,5 км. Вони по черзі влітали в атмосферу гігантської планети зі швидкістю 60 км/с (друга космічна швидкість для Юпітера), маючи питому кінетичну енергію (60/11) 2 = 30 разів більшу, ніж якби це було зіткнення з Землею. Астрономи з великим інтересом, перебуваючи у безпеці Землі, спостерігали космічну катастрофу на Юпітері. На жаль, уламки комети били в Юпітер з того боку, якого не було в цей момент видно із Землі. На щастя, саме в цей час на шляху до Юпітера був космічний зонд "Галілео", він побачив ці епізоди і показав їх нам. За рахунок швидкого добового обертання Юпітера області зіткнення за кілька годин ставали доступними і наземним телескопам і, що особливо цінно, навколоземним, таким як космічний телескоп «Хаббл». Це було дуже корисно, оскільки кожна брила, врізаючись в атмосферу Юпітера, викликала колосальний вибух, що руйнує верхній хмарний шар і створює на деякий час вікно видимості всередину юпітеріанської атмосфери. Так, завдяки кометному бомбардуванню ми ненадовго змогли туди заглянути. Але минуло 2 місяці і жодних слідів на хмарній поверхні не залишилося: хмари затягли всі вікна, ніби нічого не сталося.

Інша справа – Земля. На нашій планеті метеоритні шрами залишаються надовго. Перед вами найпопулярніший метеоритний кратер діаметром близько 1 км та віком близько 50 тис. років. Він усе ще добре видно. Але кратери, що утворилися понад 200 млн. років тому, можна знайти лише за допомогою тонких геологічних методів. Зверху їх не видно.

До речі, є досить надійне співвідношення між розміром великого метеорита, що впав на Землю, і діаметром утвореного ним кратера – 1:20. Кратер кілометрового діаметра в Аризоні утворився від удару маленького астероїда діаметром близько 50 м. А в далекі часи по Землі вдаряли і більші «снаряди» – і кілометрові, і навіть десятикілометрові. Ми знаємо сьогодні близько 200 великих кратерів; їх називають астроблемами (небесними ранами); і щороку виявляють кілька нових. Найбільший діаметром 300 км знайдено Півдні Африки, його вік близько 2 млрд років. На території Росії найбільший кратер Попігай у Якутії діаметром 100 км. Напевно, є і більші, наприклад, на дні океанів, де їх важче помітити. Щоправда, океанське дно у геологічному сенсі молодше материківАле, здається, в Антарктиці є кратер діаметром 500 км. Він під водою і його присутність вказує лише профіль дна.

На поверхні Місяця, де немає вітру, ні дощу, де відсутні тектонічні процеси, метеоритні кратери зберігаються мільярди років. Дивлячись на Місяць у телескоп, ми читаємо історію космічного бомбардування. На звороті ще корисніша для науки картина. Схоже, що з якоїсь причини ніколи не падало особливо великих тіл, або, падаючи, вони не могли пробити місячну кору, яка на зворотному боці вдвічі товща, ніж на видимій. Тому лава, що витікала, не заповнювала великі кратери і не приховувала історичні деталі. На будь-якому клаптику місячної поверхні є метеоритний кратер, – великий чи маленький, – і їх так багато, що молодші руйнують ті, що утворилися раніше. Відбулося насичення: Місяць не може вже стати більш кратенованим, ніж він є. Скрізь кратери. І це чудовий літопис історії Сонячної системи. По ній виділено кілька епізодів активного кратероутворення, у тому числі - епоха важкого метеоритного бомбардування (4,1-3,8 млрд років тому), що залишила сліди на поверхні всіх планет земного типу та багатьох супутників. Чому потоки метеоритів обрушувалися на планети в ту епоху, нам ще доведеться зрозуміти. Потрібні нові дані про будову місячних надр та склад речовини на різній глибині, а не тільки на поверхні, з якої досі були зібрані зразки.

Меркурійзовні схожий на Місяць, оскільки, як і він, позбавлений атмосфери. Його кам'яниста поверхня, не схильна до газової та водної ерозії, тривалий час зберігає сліди метеоритного бомбардування. Серед планет земного типу Меркурій зберігає найстаріші геологічні сліди віком близько 4 млрд. років. Але на поверхні Меркурія немає великих морів, заповнених темною застиглою лавою і схожими на місячні моря, хоча великих ударних кратерів там не менше, ніж на Місяці.

Розміром Меркурій приблизно в півтора рази більше за Місяць, але своєю масою він перевершує Місяць у 4,5 рази. Справа в тому, що Місяць майже цілком кам'янисте тіло, тоді як у Меркурія величезне металеве ядро, мабуть, що складається в основному із заліза та нікелю. Радіус його металевого ядра становить близько 75% радіусу планети (а Землі лише 55%). Обсяг металевого ядра Меркурія становить 45% обсягу планети (а Землі лише 17%). Тому середня щільність Меркурія (5,4 г/см 3) майже дорівнює середньої щільності Землі (5,5 г/см 3) і значно перевищує середню щільність Місяця (3,3 г/см 3). Маючи велике металеве ядро, Меркурій міг своєю середньою щільністю перевершувати Землю, якби мала сила тяжкості з його поверхні. Маючи масу всього 5,5% земної, він має майже втричі меншу силу тяжіння, яка не в змозі так ущільнити його надра, як ущільнилися надра Землі, у якої навіть силікатна мантія має щільність близько (5 г/см 3).

Меркурій важко досліджувати, оскільки він рухається близько до Сонця. Щоб запустити щодо нього міжпланетний апарат із Землі, його треба сильно загальмувати, т. е. розігнати у бік протилежному орбітальному руху Землі; тільки тоді він почне «падати» у бік Сонця. Зробити це одразу за допомогою ракети неможливо. Тому в двох досі здійснених польотах до Меркурія були використані гравітаційні маневри у полі Землі, Венери та самого Меркурія, для гальмування космічного зонда та переведення його на орбіту Меркурія.

Вперше до Меркурія вирушив 1973 р. «Марінер-10» (NASA). Він спочатку зблизився з Венерою, пригальмував її гравітаційному полі і потім тричі пройшов поблизу Меркурія в 1974-75 гг. Оскільки всі три зустрічі відбувалися в одній і тій же області орбіти планети, а її добове обертання синхронізовано з орбітальним, всі три рази зонд фотографував одну й ту саму півкулю Меркурія, освітлену Сонцем.

Протягом наступних кількох десятиліть польотів до Меркурія був. І лише 2004 р. вдалося запустити другий апарат – MESSENGER ( Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry, і Ranging; NASA). Здійснивши кілька гравітаційних маневрів поблизу Землі, Венери (двічі) та Меркурія (тричі), зонд у 2011 р. вийшов на орбіту навколо Меркурія та 4 роки вів дослідження планети.

Робота поблизу Меркурія ускладнюється тим, що планета в середньому в 2,6 рази ближча до Сонця, ніж Земля, тому потік сонячних променів там майже в 7 разів більший. Без спеціальної «сонячної парасольки» електронна начинка зонда перегрілася б. Наразі готується третя експедиція до Меркурія під назвою BepiColombo, У ній беруть участь європейці та японці. Запуск намічено на осінь 2018 р. Полетять одразу два зонди, які вийдуть на орбіту навколо Меркурія наприкінці 2025 р. після прольоту поблизу Землі, двох поблизу Венери та шести поблизу Меркурія. Крім детального дослідження поверхні планети та її гравітаційного поля, намічено детальне вивчення магнітосфери та магнітного поля Меркурія, що представляє для вчених загадку. Хоча Меркурій обертається дуже повільно, а його металеве ядро ​​мало давно охолонути і затвердіти, планета має дипольне магнітне поле, що поступається земному за напруженістю в 100 разів, але все ж таки підтримує навколо планети магнітосферу. Сучасна теорія генерації магнітного поля у небесних тіл, - Так звана теорія турбулентного динамо, - вимагає наявності в надрах планети шару рідкого провідника електрики (у Землі це зовнішня частина залізного ядра) і порівняно швидкого обертання. Чому ядро ​​Меркурія досі залишається рідким, доки ясно.

Меркурій має дивовижну особливість, якої немає більше в жодній планеті. Рух Меркурія по орбіті навколо Сонця та його обертання навколо своєї осі чітко синхронізовані один з одним: за два орбітальні періоди він здійснює три оберти навколо осі. Взагалі кажучи, із синхронним рухом астрономи були знайомі давно: наш Місяць синхронно обертається навколо осі та обертається навколо Землі, періоди цих двох рухів однакові, тобто вони перебувають у співвідношенні 1:1. І в інших планет деякі супутники демонструють ту саму особливість. Це результат дії ефекту припливу.

Щоб простежити за рухом Меркурія (мал. вище), поставимо його поверхні стрілочку. Видно, що за один оберт навколо Сонця, тобто за один меркуріанський рік, планета повернулася навколо осі рівно півтора рази. За цей час день у районі стрілки змінився вночі, минула половина сонячної доби. Ще один річний оборот - і в районі стрілки знову настає день, минула одна сонячна доба. Таким чином, на Меркурії сонячна доба триває два меркуріанські роки.

Ми детально говоритимемо про припливи в гол. 6. Саме внаслідок припливного впливу з боку Землі Місяць синхронізував два свої рухи – осьове обертання та орбітальне звернення. Земля дуже впливає на Місяць: витягла її фігуру, стабілізувала обертання. Орбіта Місяця близька до кругової, тому Місяць рухається нею з майже постійною швидкістю на майже постійній відстані від Землі (ступінь цього «майже» ми обговорювали в гл. 1). Тому приливний ефект змінюється слабко і контролює обертання Місяця вздовж усієї орбіти, що призводить до резонансу 1:1.

На відміну від Місяця, Меркурій рухається навколо Сонця істотно еліптичною орбітою, то наближаючись до світила, то віддаляючись від цього. Коли він далеко, в районі афелія орбіти, припливний вплив Сонця слабшає, оскільки воно залежить від відстані як 1/ R 3 . Коли Меркурій наближається до Сонця, припливи діють набагато сильніше, тому лише в області перигелію Меркурій ефективно синхронізує два свої рухи – добовий та орбітальний. Другий закон Кеплера говорить нам, що кутова швидкість орбітального руху максимальна у точці перигелію. Саме там відбувається «приливне захоплення» та синхронізація кутових швидкостей Меркурія – добової та орбітальної. У точці перигелію вони точно рівні один одному. Рухаючись далі, Меркурій майже перестає відчувати приливний вплив Сонця та зберігає свою кутову швидкість обертання, поступово знижуючи кутову швидкість орбітального руху. Тому за один орбітальний період він встигає зробити півтора добові обороти і знову потрапляє в лапи припливного ефекту. Дуже проста та красива фізика.

Поверхня Меркурія майже не відрізняється від місячної. Навіть професійні астрономи, коли з'явилися перші детальні знімки Меркурія, один одному показували їх і питали: «А ну вгадай, Місяць це чи Меркурій?». Вгадати справді важко. І там, і там побита метеоритами поверхня. Але особливості, звісно, ​​є. Хоча великі лавові моря на Меркурії відсутні, його поверхня не однорідна: є більш старі і молодші (підставою при цьому служить підрахунок метеоритних кратерів). Від Місяця Меркурій відрізняється і наявністю характерних уступів і складок на поверхні, що виникли в результаті стиснення планети під час остигання її величезного металевого ядра.

Перепади температури на поверхні Меркурія більші, ніж на Місяці. Вдень на екваторі 430 °C, а вночі –173 °C. Але грунт Меркурія служить добрим утеплювачем, тому на глибині близько 1 м добові (або дворічні?) перепади температури вже не відчуваються. Тож якщо ви прилетите на Меркурій, то перше, що потрібно зробити – вирити землянку. У ній на екваторі буде близько 70 ° C; спекотно. Але у районі географічних полюсів у землянці буде близько –70 °C. Так що легко можна знайти ту географічну широту, на якій в землянці вам буде комфортно.

Найнижчі температури спостерігаються на дні полярних кратерів, куди ніколи не потрапляю сонячне проміння. Саме там виявились поклади водяного льоду, які раніше були намацані радіолокаторами із Землі, а потім підтверджені приладами космічного зонда MESSENGER. Походження цього льоду поки що обговорюється. Його джерелами можуть бути як комети, так і пари води, що виходять з надр планети.

На Меркурії є один із найбільших ударних кратерів у Сонячної системи– Рівнина Жари ( Caloris Basin) діаметром 1550 км. Це слід від удару астероїда діаметром не менше 100 км, який мало не розколов маленьку планету. Сталося це близько 3,8 млрд років тому, у період так званого «пізнього важкого бомбардування» ( Late Heavy Bombardment), коли з не до кінця зрозумілим причин збільшилася кількість астероїдів і комет на орбітах, що перетинають орбіти планет земної групи.

Коли 1974 р. «Марінер-10» сфотографував Рівнину Жари, ми ще не знали, що вийшло на протилежному боці Меркурія після цього страшного удару. Зрозуміло, якщо по кулі стукнули, то збуджуються звукові і поверхневі хвилі, які поширюються симетрично, проходять через «екватор» і збираються в антиподній точці, діаметрально протилежній точці удару. Обурення там стягується до точки, і амплітуда сейсмічних коливань стрімко зростає. Це схоже на те, як погоничі худоби клацають своєю батогом: енергія та імпульс хвилі практично зберігаються, а товщина батога прагне нуля, тому швидкість коливання збільшується і стає надзвуковою. Очікувалося, що в області Меркурія, протилежної басейну Calorisбуде картина неймовірної руйнації. Загалом майже так і виявилося: там виявилася велика горбиста область з рифленою поверхнею, хоча я очікував, що там буде кратер-антипод. Мені здавалося, що при схлопывании сейсмічної хвилі станеться явище «дзеркальне» падіння астероїда. Ми спостерігаємо це при падінні краплі на спокійну поверхню води: спочатку вона створює невелике заглиблення, а потім вода прямує назад і викидає невелику нову краплю вгору. На Меркурії цього не сталося, і ми тепер розуміємо, чому. Його надра виявилися неоднорідними і точного фокусування хвиль не відбулося.

Загалом рельєф Меркурія гладкіший, ніж у Місяця. Наприклад, стінки меркуріанських кратерів не такі високі. Ймовірною причиною цього є велика сила тяжіння та тепліші та м'які надра Меркурія.

Венера- Друга планета від Сонця і найзагадковіша з планет земної групи. Не ясно, яке походження її дуже щільної атмосфери, що майже повністю складається з вуглекислого газу (96,5%) і азоту (3,5%) і викликає потужний парниковий ефект. Не зрозуміло, чому Венера так повільно обертається навколо осі – у 244 рази повільніше за Землю, і до того ж – у протилежному напрямку. При цьому масивна атмосфера Венери, а точніше – її хмарний шар, за чотири земні доби облітає навколо планети. Це називають суперротацією атмосфери. При цьому атмосфера йде про поверхню планети і мала б давно пригальмуватися. Адже вона не може довго рухатися навколо планети, тверде тіло якої практично стоїть на місці. Але атмосфера обертається, та ще й у напрямку протилежному до обертання самої планети. Зрозуміло, що з тертя поверхню енергія атмосфери розсіюється, та її момент імпульсу передається тілу планети. Значить, є приплив енергії (очевидно сонячної), за рахунок якої працює теплова машина. Питання: як реалізовано цю машину? Як енергія Сонця трансформується у рух венеріанської атмосфери?

Через повільне обертання Венери коріолісові сили на ній слабші, ніж на Землі, тому атмосферні циклони там менш компактні. По суті, їх лише два: один у північній півкулі, інший у південній. Кожен з них намотується від екватора на свій полюс.

Верхні шари венеріанської атмосфери детально досліджували прогонові (здійснюючи гравітаційний маневр) та орбітальні зонди – американські, радянські, європейські та японські. Апарати серії «Венера» протягом кількох десятиліть запускали туди радянські інженери, і це був найуспішніший наш прорив у галузі дослідження планет. Головним завданням було посадити на поверхню апарат, що спускається, щоб подивитися, що там під хмарами.

Конструктори перших зондів, як і автори науково-фантастичних творів тих років, орієнтувалися на результати оптичних та радіоастрономічних спостережень, з яких випливало, що Венера – це тепліший аналог нашої планети. Саме тому в середині XX століття всі фантасти, - від Бєляєва, Казанцева і Стругацьких до Лема, Бредбері та Хайнлайна, - представляли Венеру як негостинний (жаркий, болотистий, з отруйною атмосферою), але в цілому подібний до Землімир. З цієї ж причини перші посадкові апарати венеріанських зондів робили не дуже міцними, не здатними чинити опір великому тиску. І вони гинули, спускаючись в атмосфері, один за одним. Потім їх корпуси стали робити міцніше, розраховані на тиск 20 атмосфер. Але й цього виявилося замало. Тоді конструктори, «закусивши вудила», зробили титановий зонд, що витримує тиск 180 атм. І він сів на поверхню («Венера-7», 1970 р.). Зауважимо, що далеко не кожен підводний човен витримує такий тиск, що панує на глибині близько 2 км в океані. З'ясувалося, що на поверхні Венери тиск не опускається нижче 92 атм (9,3 МПа, 93 бар), а температура становить 464 °C.

З мрією про гостинну Венеру, схожу на Землю кам'яновугільного періоду, було остаточно покінчено саме в 1970 р. Вперше апарат, розрахований на такі пекельні умови («Венера-8»), успішно опустився і працював на поверхні в 1972 р. З цього моменту посадки на поверхню Венери стали рутинною операцією, проте довго попрацювати там не вдається: через 1-2 години начинка апарату нагрівається, і електроніка виходить з ладу.

Перші штучні супутники з'явилися у Венери в 1975 («Венера-9 і -10»). В цілому надзвичайно вдалою виявилася робота на поверхні Венери апаратів, що спускаються «Венера-9…-14» (1975-1981 рр.), вивчили як атмосферу, так і поверхню планети в місці посадки, що зуміли навіть взяти проби грунту і визначити його хімічний склад і механічні властивості. Але найбільший ефект серед шанувальників астрономії та космонавтики викликали передані ними фотопанорами місць посадки, спочатку чорно-білі, а пізніше кольорові. До речі, венеріанське небо, при погляді з поверхні помаранчеве. Гарно! Досі (2017 р.) ці знімки залишаються єдиними і викликають у планетологів велику цікавість. Їх продовжують обробляти і іноді знаходять на них нові деталі.

Істотний внесок у вивчення Венери у роки внесла й американська космонавтика. Прогонові апарати «Марінер-5 та -10» вивчали верхні шари атмосфери. "Піонер-Венера-1" (1978 р.) став першим американським супутником Венери і провів радіолокаційні вимірювання. А «Піонер-Венера-2» (1978 р.) послав в атмосферу планети 4 апарати, що спускаються: один великий (315 кг) з парашутом в екваторіальну область денної півкулі і три малих (по 90 кг) без парашутів – у середні широти і на північ денної півкулі, а також на нічну півкулю. Жоден з них не створювався для роботи на поверхні, проте один із малих апаратів благополучно приземлився (без парашута!) та пропрацював на поверхні понад годину. Цей випадок дозволяє відчути, наскільки велика щільність атмосфери на поверхні Венери. Атмосфера Венери майже в 100 разів масивніша за земну атмосферу, а її щільність у поверхні становить 67 кг/м 3 , що в 55 разів щільніше за земне повітря і лише в 15 разів поступається щільності рідкої води.

Дуже непросто було створити міцні наукові зонди, які витримують тиск венеріанської атмосфери, такий, як на кілометровій глибині в наших океанах. Але ще складніше було змусити їх протистояти температурі 464 °C при наявності настільки щільного повітря. Потік тепла крізь колосальний корпус. Тому навіть найнадійніші апарати працювали не більше двох годин. Щоб скоріше опуститися на поверхню і продовжити там свою роботу, Венери під час посадки скидали парашут і продовжували спуск, гальмуючи лише невеликим щитком на своєму корпусі. Удар об поверхню пом'якшував спеціальний демпфуючий пристрій - посадкова опора. Конструкція виявилася настільки вдалою, що Венера-9 без проблем села на схил з нахилом 35° і нормально працювала.

Враховуючи високе альбедо Венери та колосальну щільність її атмосфери, вчені сумнівалися, що поверхня матиме достатньо сонячного світла для фотографування. До того ж, біля дна газового океану Венери цілком міг висіти щільний туман, що розсіює сонячне світло і не дає контрастного зображення. Тому на перших посадкових апаратах ставили галогенні ртутні лампи для освітлення ґрунту та створення світлового розмаїття. Але виявилося, що природного світла там цілком достатньо: на Венері світло, як у похмурий день на Землі. І контраст при природному висвітленні теж цілком прийнятний.

У жовтні 1975 р. посадочні апарати Венера-9 і -10 через свої орбітальні блоки передали на Землю перші в історії знімки поверхні іншої планети (якщо не брати до уваги Місяць). На перший погляд, перспектива на цих панорамах виглядають дивно спотвореною: причиною є поворот напрямку зйомки. Ці знімки отримані телефотометром (оптико-механічним сканером), "погляд" якого повільно переміщався від горизонту під ноги посадкового апарату і потім до іншого горизонту: виходила розгортка на 180 °. Два телефотометри на протилежних бортах апарату мали дати повну панораму. Але кришки на об'єктивах відчинялися не завжди. Наприклад, на «Венері-11 та -12» не відкрилася жодна з чотирьох.

Один із найкрасивіших експериментів з дослідження Венери був зроблений за допомогою зондів «ВеГа-1 і -2» (1985 р.). Їхня назва розшифровується як «Венера-Галлей», оскільки після відділення апаратів, що спускаються до поверхні Венери, польотні частини зондів пішли дослідити ядро ​​комети Галлея і вперше успішно це зробили. Посадкові апарати були теж не зовсім звичайними: головна частина апарату сідала на поверхню, а при спуску від неї відокремлювався аеростат, виготовлений французькими інженерами, і близько двох діб літав в атмосфері Венери на висоті 53-55 км, передаючи на Землю дані про температуру, тиск , освітленості та видимості у хмарах. Завдяки потужному вітру, що дме на цій висоті зі швидкістю 250 км/год, аеростати встигли облетіти значну частину планети. Гарно!

На фотографіях із місць посадки видно лише невеликі ділянки венеріанської поверхні. А чи можна всю Венеру побачити крізь хмари? Можна, можливо! Радіолокатор бачить крізь хмари. До Венери літало два радянські супутники з радіолокаторами бічного огляду та один американський. За їх спостереженнями складені радіокарти Венери з досить високою роздільною здатністю. на загальної картійого важко продемонструвати, але на окремих фрагментах карти воно ясно видно. Кольором на радіокартах показані рівні: блакитний та синій – це низовини; Якби на Венері була вода, то були б океани. Але рідка вода на Венері не може існувати. Та й газоподібної води там також практично немає. Зелені і жовті - це континенти, назвемо їх так. Червоне та біле – самі високі точкиу Венері. Це «Венеріанський Тибет» – найвище плато. Найвища вершинау ньому – гора Максвелл – височить на 11 км.

Про надра Венери, про її внутрішню будову надійних фактів немає, оскільки сейсмічні дослідження досі там не проводилися. До того ж, повільне обертання планети не дозволяє виміряти її момент інерції, який міг би розповісти про розподіл густини з глибиною. Поки теоретичні уявлення базуються на подібності Венери до Землі, а видима відсутність тектоніки плит на Венері пояснюється відсутністю на ній води, яка на Землі служить «мастилом», дозволяючи плитам ковзати і піднирювати один під одного. Разом з високою температурою поверхні це призводить до уповільнення або навіть повної відсутності конвекції в тілі Венери, знижує швидкість охолодження її надр і може пояснити відсутність у неї магнітного поля. Все це виглядає логічно, але потребує експериментальної перевірки.

До речі, про Землі. Детально обговорювати третю від Сонця планету не буду, бо я не геолог. До того ж кожен з нас має загальне уявлення про Землю навіть на основі шкільних знань. Але у зв'язку з вивченням інших планет зауважу, що й надра своєї планети нам теж не зрозумілі. Майже щороку відбуваються великі відкриття геології, часом виявляють навіть нові верстви надрах Землі. Ми навіть не знаємо температуру в ядрі своєї планети. Подивіться свіжі огляди: деякі автори вважають, що температура на межі внутрішнього ядра близько 5000 K, а інші – що більше 6300 K. Це результати теоретичних розрахунків, в яких фігурують не цілком надійні параметри, що описують властивості речовини при температурі тисячі кельвінів і тиску в мільйони барів. Поки ці властивості не будуть надійно вивчені в лабораторії, точних знань про надра Землі ми не отримаємо.

Унікальність Землі серед подібних до неї планет полягає в наявності магнітного поля та рідкої води на поверхні, причому друге, мабуть, є наслідком першого: магнітосфера Землі захищає від потоків сонячного вітру нашу атмосферу і, опосередковано, гідросферу. Для генерації магнітного поля, як зараз видається, у надрах планети повинен бути рідкий електропровідний шар, охоплений конвективним рухом, і швидке добове обертання, що забезпечує коріолісову силу. Тільки за цих умов включається динамо-механізм, що підсилює магнітне поле. Венера практично не обертається, тому вона не має магнітного поля. Залізне ядро ​​у маленького Марса давно охололо і затверділо, тому він також позбавлений магнітного поля. Меркурій, здавалося б, дуже повільно обертається і повинен був охолонути раніше за Марс, але цілком відчутне дипольне магнітне поле з напруженістю разів у 100 слабше земного в нього є. Парадокс! За підтримку залізного ядра Меркурія в розплавленому стані зараз вважається відповідальним за припливний вплив Сонця. Пройдуть мільярди років, охолоне та затвердіє залізне ядро ​​Землі, позбавивши нашу планету магнітного захисту від сонячного вітру. І єдиною твердою планетою з магнітним полем залишиться, як це не дивно, Меркурій.

А тепер звернемося до Марсу. Його зовнішній вигляд одразу ж приваблює нас із двох причин: навіть на фотографіях, отриманих здалеку, видно білі полярні шапки та напівпрозора атмосфера. Це рідним Марс із Землею: полярні шапки народжують думку про наявність води, а атмосфера – про можливість дихання. І хоча на Марсі з водою та повітрям не все так благополучно, як здається на перший погляд, ця планета давно приваблює дослідників.

Раніше астрономи вивчали Марс у телескоп і тому з нетерпінням чекали на моменти, які називають «протистояннями Марса». Що ж у ці моменти протистоїть?

З погляду земного спостерігача, у момент протистояння Марс виявляється з одного боку від Землі, а Сонце – з іншого. Зрозуміло, що саме в ці моменти Земля та Марс зближуються на мінімальну відстань, Марс видно на небі всю ніч і добре освітлений Сонцем. Земля робить свій оберт навколо Сонця за рік, а Марс – за 1,88 року, тому середній проміжок часу між протистояннями займає трохи більше двох років. Останнє протистояння Марса було у 2016 р, щоправда, воно було не дуже близьким. Орбіта у Марса помітно еліптична, тому максимальні зближення із ним Землі трапляються, коли Марс перебуває у районі перигелія своєї орбіти. На Землі (у нашу епоху) це кінець серпня. Тому серпневі та вересневі протистояння називають «великими»; у ці моменти, що настають раз на 15-17 років, наші планети зближуються менш ніж на 60 млн км. Таке буде у 2018 році. А супертісне протистояння відбулося 2003 р.: тоді до Марса було лише 55,8 млн км. У зв'язку з цим народився новий термін - "найбільші протистояння Марса": такими тепер вважають зближення менш ніж на 56 млн. км. Вони відбуваються 1-2 рази на сторіччя, проте в нинішньому столітті їх буде навіть три – чекайте 2050 та 2082 рр.

Але навіть у моменти великих протистоянь у телескоп із Землі мало що видно на Марсі. Ось малюнок астронома, що дивиться на Марс у телескоп. Непідготовлена ​​людина подивиться та розчарується – взагалі нічого не побачить, лише маленьку рожеву «крапельку». Але в той самий телескоп досвідчене око астронома бачить більше. Полярну шапку астрономи давно помітили ще століття тому. А також – темні та світлі області. Темні традиційно назвали морями, а світлі – континентами.

Підвищений інтерес до Марса виник у епоху великого протистояння 1877 року: – на той час було побудовано хороші телескопи, і астрономи зробили кілька важливих відкриттів. Американський астроном Асаф Холл виявив супутники Марса – Фобос та Деймос. А італійський астроном Джованні Скіапареллі замалював загадкові лінії на поверхні планети – марсіанські канали. Звичайно, Скіапареллі не був перший, який побачив канали: деякі з них помічали і до нього (наприклад, Анджело Секкі). Але після Скіапареллі ця тема на багато років стала домінуючою у вивченні Марса.

Спостереження деталей поверхні Марса, таких, як «канали» і «моря», започаткували новий етап у вивченні цієї планети. Скіапареллі вважав, що «моря» Марса справді можуть бути водоймами. Оскільки лініям, що їх з'єднують, потрібно було дати назву, Скіапареллі назвав їх «каналами» (canali), маючи на увазі під цим морські протоки, а аж ніяк не рукотворні споруди. Він вважав, що цими каналами в приполярних областях у період танення полярних шапок справді тече вода. Після відкриття на Марсі «каналів» деякі вчені висловили припущення про їхню штучну природу, що стало підставою для гіпотез про існування на Марсі розумних істот. Але сам Скіапареллі не вважав цю гіпотезу науково обґрунтованою, хоч і не виключав наявності на Марсі життя, можливо навіть розумного.

Однак думка про штучну систему зрошувальних каналів на Марсі почала зміцнюватися в інших країнах. Почасти цьому сприяло те, що італійське canali було представлено англійською як canal (рукотворна водна магістраль), а не як channel (природна морська протока). Та й російською слово «канал» має на увазі штучну споруду. Ідея про марсіанів захопила тоді багатьох, і не лише письменників (згадаймо Герберта Уеллса з його «Війною світів», 1897 р.), а й дослідників. Найвідомішим із них став Персіваль Ловелл. Цей американець здобув чудову освіту в Гарварді, однаково оволодівши математикою, астрономією та гуманітарними предметами. Але як син родовитого сімейства, він швидше став дипломатом, письменником чи мандрівником, ніж астрономом. Проте, прочитавши роботи Скіапареллі про канали, він захопився Марсом і повірив у існування життя і цивілізації на ньому. Загалом він закинув усі інші справи і зайнявся вивченням Червоної планети.

На гроші свого багатого сімейства Ловелл побудував обсерваторію та почав малювати канали. Зауважимо, що фотографія тоді була в зародковому стані, а око досвідченого спостерігача здатне помітити найдрібніші деталі в умовах атмосферної турбулентності, що спотворює зображення далеких об'єктів. Карти марсіанських каналів, створені Ловелловської обсерваторії, були найдетальнішими. До того ж, будучи добрим літератором, Ловелл написав кілька цікавих книг - Mars and its canals (1906), Mars as the abode of life(1908) та ін. Тільки одну з них було переведено російською ще до революції: «Марс і життя у ньому» (Одеса: Матезис, 1912). Ці книги захопили ціле покоління надією зустріти марсіан.

Слід визнати, що історія з марсіанськими каналами так і не одержала вичерпного пояснення. Є старі малюнки з каналами та сучасні фотографії – без них. Де канали? Що це було? Змова астрономів? Масове божевілля? Самонавіювання? Важко дорікнути цьому вчених, які віддали життя науці. Можливо, розгадка цієї історії чекає на нас попереду.

А сьогодні ми вивчаємо Марс, як правило, не до телескопа, а за допомогою міжпланетних зондів. (Хоча і телескопи досі використовуються для цього і часом приносять важливі результати.) Політ зондів до Марса здійснюється за найвигіднішою напівеліптичною траєкторією. За допомогою Третього закону Кеплера легко визначити тривалість такого перельоту. Через великий ексцентриситет марсіанської орбіти час перельоту залежить від сезону запуску. У середньому політ із Землі на Марс триває 8-9 місяців.

Чи можна пілотовану експедицію відправити на Марс? Це велика і цікава тема. Здавалося б, для цього потрібна лише потужна ракета-носій та зручний космічний корабель. Досить потужних носіїв поки що ні в кого немає, але над ними працюють американські, російські та китайські інженери. Можна не сумніватися, що таку ракету найближчими роками буде створено державними підприємствами (наприклад, наша нова ракета «Ангара» у своєму найпотужнішому варіанті) або приватними компаніями (Ілон Маск – чому б і ні).

А чи існує корабель, у якому космонавти проведуть багато місяців на шляху до Марса? Поки що такого немає. Усі існуючі (Союз, Шеньчжоу) і навіть випробування (Dragon V2, CST-100, Orion) - дуже тісні і придатні лише для польоту на Місяць, куди всього 3 дні шляху. Щоправда, є ідея після зльоту надувати додаткові приміщення. Восени 2016 року надувний модуль був випробуваний на МКС і непогано себе показав. Таким чином, технічна можливість перельоту на Марс незабаром з'явиться. То в чому ж проблема? У людині!

Ми постійно наражаємося на опромінення природної радіоактивності земних порід, потоками космічних частинок або штучно створеної радіоактивністю. У Землі фон слабкий: нас захищають магнітосфера і атмосфера планети, і навіть її тіло, прикриваючи нижню полусферу. На низькій навколоземній орбіті, де працюють космонавти МКС, атмосфера вже не допомагає, тому радіаційне тло зростає в сотні разів. У відкритому космосі він ще в кілька разів вищий. Це суттєво обмежує тривалість безпечного перебування людини у космосі. Зазначимо, що працівникам атомної промисловості забороняється у рік отримувати більше 5 бер – це майже безпечно для здоров'я. Космонавтам на рік дозволяють отримувати до 10 бер (прийнятний рівень небезпеки), що й обмежує тривалість їхньої роботи на МКС одним роком. А політ на Марс із поверненням на Землю в кращому разі (якщо не станеться потужних спалахів на Сонці) призведе до дози в 80 бер, що створить більшу ймовірність онкологічного захворювання. Саме це і є головною перешкодою для польоту людини на Марс. Чи можна захистити астронавтів від радіації? Теоретично – можна.

Нас на Землі захищає атмосфера, товщина якої за кількістю речовини квадратний сантиметр еквівалентна 10-метровому шару води. Легкі атоми краще розсіюють енергію космічних частинок, тому захисний шар космічного корабля може товщину 5 метрів. Але навіть у тісному кораблі маса цього захисту вимірюватиметься сотнями тонн. Надіслати такий корабель до Марса не під силу сучасній і навіть перспективній ракеті.

Ну добре. Допустимо, знайшлися добровольці, готові ризикнути своїм здоров'ям і вирушити на Марс в один бік без радіаційного захисту. Чи зможуть вони після посадки працювати там? Чи можна розраховувати, що вони виконають завдання? Згадайте, як космонавти, провівши півроку на МКС, почуваються відразу після посадки на землю? Їх виносять на руках, кладуть на ноші і два-три тижні вони реабілітуються, відновлюючи міцність кісток та силу м'язів. А на Марсі їх ніхто не винесе на руках. Там потрібно буде самостійно виходити та працювати у важких порожніх скафандрах, як на Місяці. Адже тиск атмосфери на Марсі практично нульовий. Скафандр дуже тяжкий. На Місяці в ньому було рухатися відносно легко, оскільки сила тяжіння там 1/6 земної, а за три дні польоту до Місяця м'язи не встигають ослабнути. На Марс же космонавти прибудуть, провівши багато місяців в умовах невагомості та радіації, а сила тяжіння на Марсі в два з половиною рази більша за місячну. До того ж і на самій поверхні Марса радіація майже така ж, як у відкритому космосі: магнітного поля Марс не має, і атмосфера в нього занадто розріджена, щоб служити захистом. Так що фільм «Марсіанін» - це фантастика, дуже красива, але нереальна.

Як ми собі раніше уявляли марсіанську базу? Прилетіли, поставили на поверхні лабораторні модулі, живемо у них та працюємо. А тепер ось як: прилетіли, окопалися, спорудили притулки на глибині щонайменше 2-3 метри (це досить надійний захист від радіації) і намагаємося рідше і не надовго виходити на поверхню. Виходи на поверхню є епізодичними. В основному сидимо під ґрунтом і керуємо роботою марсоходів. Так ними і з Землі можна керувати навіть ще ефективніше, дешевше і без ризику для здоров'я. Що робиться вже кілька десятиліть.

Про те, що дізналися про Марса роботи – .

Ілюстрації підготовлені В. Г. Сурдіним та Н. Л. Васильєвою з використанням фотографій NASA та зображень з публічних сайтів