Солнечная система и ее происхождение

8

примерно одинаковы, но совсем иные у Меркурия и Венеры. Поскольку это одна их  причин, определяющая  характер смены времен года, следовательно, на Марсе есть такие же, как  у Земли,  времена года, правда, каждое из них почти в два раза продолжительнее, чем на Земле.  
        Не исключено, что по ряду физических характеристик к планетам земной группы относится и далекий Плутон – самая маленькая из 9 планет. Средний диаметр Плутона около 2260 км. Лишь вдвое меньше диаметр Харона – спутника Плутона. Поэтому не исключено, что система «Плутон – Харон», как и система «Земля – Луна», представляет собой «двойную планету». Черты сходства и различия  обнаруживаются также и при изучении атмосфер планет земной группы. В отличие от Меркурия, который, как и Луна, практически лишен атмосферы, Венера и Марс обладают ею. Но в отличие от азотно-кислородной земной атмосферы, Венера и Марс имеют атмосферы, в основном состоящие из углекислого газа.  Давление у поверхности Венеры более чем в 90 раз больше, а на Марсе почти в 150 раз меньше, чем у поверхности Земли. Температура поверхности Венеры очень высокая (около 500° С)  и остается почти одинаковой, что обусловлено парниковым эффектом. Облака Венеры содержат капельки серной и, возможно, соляной кислоты. Облачный слой сильно ослабляет солнечный свет, но, как показали исследования,  освещенность у поверхности Венеры примерно такая же, как у поверхности Земли в облачный день. Данные исследований также свидетельствуют о том, что небо Венеры и ее ландшафт имеют оранжевый цвет, что объясняется особенностью рассеивания света в атмосфере этой планеты. Газ в атмосферах планет земной группы находится в непрерывном движении. Нередко во время пылевых бурь,  длящихся по нескольку месяцев, огромное количество пыли поднимается в атмосферу Марса. Ураганные ветры зафиксированы в атмосфере Венеры на высотах, где расположен облачный слой (от 50 до 70 км над поверхностью), но вблизи поверхности  скорость ветра достигает лишь нескольких метров в секунду.

9

Таким образом, несмотря на сходство физических характеристик, атмосферы  ближайших к Земле планет резко отличаются от атмосферы Земли. Причина наблюдаемых различий связана с особенностями эволюции атмосфер каждой из планет земной группы.  
        Планеты земной группы, подобно Земле и Луне, имеют твердые поверхности. Поверхность Меркурия, изобилующая кратерами, очень напоминает лунную. «Морей» там меньше, чем на Луне,  причем они небольшие.  На десятки и сотни километров тянутся крутые уступы, вероятно, порожденные былой тектонической активностью  Меркурия. Как и на Луне, большинство кратеров образовались в результате падений метеоритов. Там, где кратеров немного, можно видеть сравнительно молодые участки поверхности. Старые, разрушенные кратеры заметно отличаются от более молодых, хорошо сохранившихся.  
       Каменистая пустыня и множество отдельных камней видны па первых панорамах поверхности Венеры, переданных автоматическими станциями. На этой планете множество неглубоких кратеров. В целом эта планета наиболее «гладкая» из всех планет земной группы, хотя на ней есть большие горные массивы и протяженные возвышенности. На Венере также обнаружены потухшие вулканы и рифтовые зоны, свидетельствующие о том, что когда-то  на этой планете происходили (а может быть, происходят и сейчас) активные процессы.  
       Изобилует кратерами и поверхность Марса, особенно много их в южном полушарии. Темные области, занимающие значительную часть поверхности планеты, получили название морей. Возвышенности, напоминающие земные континенты, представляющие собой светлые поля оранжево-красного цвета, названы материками. Как и на Венере, здесь есть огромные вулканические конусы. О былой активности на Марсе свидетельствуют остатки лавовых потоков, огромные разломы поверхности, многочисленные ущелья и каньоны. Перестал быть загадкой и красноватый цвет Марса. Он объясняется

10

тем, что грунт этой планеты содержит много глин, богатых  железом.  
Почти 2/3 поверхности Земли занимают океаны. На поверхности Венеры и Меркурия воды нет. Открытые водоемы отсутствуют и на поверхности Марса. Но, как предполагают ученые, вода на Марсе должна быть, по крайней мере, в виде слоя льда, образующего полярные шапки. Толщина полярной шапки у южного полюса Марса от 1 до 3 км. На Марсе, скорее всего, есть и обширный слой вечной мерзлоты. По результатам последних исследований,  вода в жидком состоянии на Марсе не найдена, но о том, что она когда-то была и на поверхности  планеты, свидетельствуют обнаруженные там высохшие руслоподобные извилистые ложбины.  
Земля – это третья по удаленности от Солнца планета Солнечной системы. Она движется со скоростью около 30 км/с вокруг Солнца по эллиптической орбите, мало отличающейся от окружности. Второе основное движение Земли – вращение вокруг оси, наклоненной к  плоскости орбиты под углом 66° 34?.  Кроме того, Земля движется в пространстве вместе со всей Солнечной системой и участвует во многих других движениях.  
Луна – спутник земли. Это ближайшее к Земле небесное тело. Радиус Луны примерно в 4 раза, а масса в 81 раз меньше соответственно радиуса и массы Земли. По этим физическим характеристикам естественный спутник нашей планеты нельзя считать маленьким по сравнению с Землей. Строго говоря, по эллиптической орбите вокруг Солнца движется общий центр масс системы «Земля – Луна», находящийся внутри Земли. Систему «Земля – Луна» часто называют «двойной звездой».  
         К планетам-гигантам  относят Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Все эти планеты, и особенно Юпитер, имеют большие размеры и массы. Например, по объему Юпитер превосходит Землю  почти в 1320 раз, а по массе – в 318 раз. Планеты-гиганты имеют низкую среднюю плотность, наименьшая она у Сатурна – 0,7 • 103  кг/м3.  
        Планеты-гиганты очень быстро вращаются вокруг своих осей; менее 10

11

часов требуется огромному  Юпитеру, чтобы совершить один оборот. Результат быстрого вращения – большое сжатие планет-гигантов, заметное при визуальных наблюдениях. Разность экваториального и полярного радиусов земли составляет примерно 21 км, а у Юпитера она равна 4400 км. Планеты-гиганты находятся далеко от Солнца, и независимо от характера смены времен года на них всегда господствуют низкие температуры. На Юпитере вообще нет смены времен года, поскольку ось этой планеты почти перпендикулярна к плоскости ее орбиты. Своеобразно происходит смена времен года и на планете Уран, так как ось этой планеты наклонена к плоскости орбиты под углом 8°. 
         Из планет-гигантов лучше других исследованы Юпитер и Сатурн. Установлена важнейшая особенность строения планет-гигантов, заключающаяся в том, что эти планеты не имеют твердых поверхностей. Следовательно, все, что удается рассмотреть на Юпитере и Сатурне, происходит в протяженных атмосферах этих планет. На Юпитере заметны полосы, вытянутые вдоль экватора. В верхних слоях водородно-гелиевой атмосферы Юпитера в виде примесей встречаются химические соединения (например, метан и аммиак), углеводороды (этан, ацетилен), а также различные соединения (в том числе содержащие фосфор и серу), окрашивающие детали атмосферы в красно-коричневые и желтые цвета. Отличие химического состава планет-гигантов от планет земной группы связано с процессом образования планетной системы.  
          На фотографиях, сделанных с борта автоматических межпланетных станций, видно, что газ в атмосфере Юпитера участвует в сложном движении, которое сопровождается образованием и распадом вихрей. Потоки движущегося газа и устойчивые пятна видны и на снимках Сатурна. Вещество, находящееся под облачным слоем планет-гигантов, недоступно непосредственному наблюдению. О его свойствах судят по дополнительным данным. Так, установлено, что Юпитер обладает собственным источником

12

энергии, поскольку планета  излучает почти в 2 раза больше энергии, чем получает от Солнца.  Температура Юпитера близка к  – 130° С. 
Совокупность всех имеющихся сведений о планетах-гигантах дает возможность построить модели внутреннего строения этих небесных тел, то есть рассчитать, каковы плотность, давление и температура в их недрах. Например, температура вблизи центра Юпитера достигает нескольких десятков тысяч кельвинов. В отличие от планет земной группы, обладающих корой, мантией и ядром, на Юпитере газообразный водород, входящий в состав атмосферы, переходит в жидкую, а затем и в твердую (металлическую) фазу. Появление таких необычных агрегатных состояний водорода связано с резким увеличением давления по мере погружения в глубину. Так, на глубине, несколько большей 0,9 радиуса планеты, давление достигает 40 млн. атм. 
        Возможно, что с быстрым вращением проводящего ток вещества, находящегося в центральных областях планет-гигантов, связано существование значительных магнитных полей этих планет. Особенно велико магнитное поле Юпитера, во много раз превосходящее магнитное поле Земли, причем  полярность его обратна земной. Магнитное поле планеты улавливает летящие от Солнца заряженные частицы (ионы, протоны, электроны и др.), которые образуют вокруг планеты пояса  частиц высоких энергий, называемые радиационными поясами. Подобные пояса из всех планет земной группы есть только у нашей. Радиационный пояс Юпитера простирается на расстояние до 2,5 млн. км. Он в десятки раз интенсивнее земного. Как и на Земле, на Юпитере наблюдаются полярные сияния, связанные с прорывам заряженных частиц из радиационных поясов в атмосферу, а также грозы. 
         Планеты-гиганты отличаются большим числом спутников. У Юпитера к настоящему времени их обнаружено 39, Сатурна – 30, Урана – 21, и только у Нептуна – 8. Система спутников Юпитера напоминает Солнечную систему в

13

миниатюре. Четыре спутника, открытые Галилеем, называют галилеевыми  спутниками: Ио, Европа, Ганимед и  Каллисто. Самый большой из них  – Ганимед – превосходит по размерам Меркурий, но вдвое уступает этой планете по массе. Поверхности  спутников напоминают поверхности Луны и планет земной группы. Особенно похож на Луну Ганимед, здесь много кратеров, а также длинных хребтов и полос, образующих своеобразные ветвящиеся пучки. Уникальна поверхность Ио, на которой открыты действующие вулканы, и она буквально вся залита продуктами их извержения. Очень много кратеров на Каллисто. На фотографиях этого спутника видна многокольцевая структура («Бычий глаз») с системой концентрических колец, вероятно, порожденная ударом метеорита. Поверхность  Европы испещрена тянущимися на несколько тысяч километров темными и светлыми трещинами. Совсем недавно было сообщено об открытии обширного подледного океана воды на этом спутнике Юпитера. Самый близкий к Юпитеру спутник Амальтея, а также все далекие спутники, находящиеся за пределами орбит галилеевых спутников, имеют неправильную форму и этим напоминают астероиды. На поверхности спутников Сатурна также обнаружено много кратеров, некоторые из них очень велики. Особый интерес представляет спутник Сатурна Титан, принадлежащий к числу крупнейших. Он обладает атмосферой, почти целиком состоящей из азота, причем плотность и давление атмосферы у поверхности Титана превосходят соответствующие параметры атмосферы Земли. Масса Титана почти в 2 раза, а радиус в 1,5 раза больше соответственно массы и радиуса Луны. Один из интереснейших спутников Урана – Миранда. Замечателен и Тритон – самый большой спутник Нептуна. Диаметр Тритона 2705 км, на нем есть атмосфера, в основном состоящая из азота. Как и многие другие спутники планет-гигантов, Тритон – силикатно-ледяное небесное тело. На нем обнаружены кратеры, полярные шапки и даже газовые гейзеры.

14

 
         Остальные  спутники обладают размерами  от нескольких десятков до  многих сотен километров, имеют  неправильную (несферическую) форму,  что сближает их с  астероидами.  
         Особенностью планет-гигантов являются кольца, которые открыты не только у Сатурна, но и у Юпитера, Урана и Нептуна. Кольца Сатурна не сплошные, на фотографиях видно множество колец. Кольца очень широкие: они простираются над облачным слоем планеты на 60 000 км. Каждое состоит из частиц и глыб, движущихся по своим орбитам вокруг Сатурна. Толщина же колец не более 1 км. Не исключено, что вещество, из которого состоят кольца, не вошло в состав планет и их больших спутников во время формирования этих небесных тел.  
 
                       2.3. Комплекс малых тел Солнечной системы.

 
          В Солнечной  системе находится большое количество  планетоподобных малых тел. К  их числу относятся  спутники планет (см. раздел 2.2 настоящей главы), различные группы астероидов, включая метеорные тела и метеориты, размеры которых уменьшаются вплоть до песчинок, ледяные кометы и даже пылинки, которые сконденсировались еще до начала формирования планет.  
Вокруг Солнца движутся  малые планеты, которые называют также астероидами, то есть звездообразными объектами. Первая малая планета (астероид) – Церера – была открыта еще в начале XIX в. В дальнейшем  было открыто много других малых планет, в настоящее время в каталоги занесены около 3 тысяч малых планет, в то время как общее число тел с размерами около 1 км  оценивается величиной не менее 105.  Астероиды образуют Главный пояс  между орбитами Марса и Юпитера. Астероиды движутся вокруг Солнца в ту же сторону, что и большие планеты. В конце ХХ в. открыт еще один пояс астероидов (пояс Койпера) за орбитами Нептуна и

15

даже Плутона. Там уже  обнаружены астероиды значительно  больше Цереры. В последние годы удалось открыть спутники у некоторых  астероидов. 
Астероиды недоступны для наблюдения невооруженным глазом. Они имеют диаметры от нескольких километров до несколько десятков километров, диаметр  одного из крупнейших – Цереры – 1000 км. Большинство астероидов – бесформенные глыбы. Массы астероидов, хоть и различны, но слишком малы, чтобы эти небесные тела могли удержать атмосферу.  Общая масса всех астероидов, собранных вместе, примерно в 20 раз меньше массы Луны. Из всех собранных астероидов получилась бы одна планета диаметром меньше 15000 км. Характер движения астероидов сближает их с короткопериодическими кометами и дает основания полагать, что некоторые из малых планет являются остатками (реликтами) кометных ядер, газовая компонента которых полностью не исчерпана.  
         Особенности орбит астероидов таковы, что астероиды Главного пояса периодически приближаются к Марсу и Земле. Например, Гермес в 1937 г. прошел от Земли на расстоянии 580 000 км, астероид Икар каждые 19 лет сближается с Землей, в 1989 г. астероид размером около 300 м прошел от Земли на расстоянии менее 650 тыс. км. Не исключено, что именно столкновение крупного астероида с Землей  привело 65 млн. лет назад к гибели динозавров. Поэтому не случайно ученые приступили к разработке эффективных методов своевременного обнаружения, а если понадобится, и уничтожения опасных астероидов. 
         Под действием притяжения планет орбиты  астероидов изменяются и могут пересекаться друг с другом.  В результате возможно столкновение астероидов и их дробление. Большинство выпавших на поверхность Земли каменных и железных метеоритов – обломки астероидов. При движении таких обломков в земной атмосфере возникает мощная ударная волна, в которой температура сжатого воздуха достигает десятков и сотен тысяч кельвинов. В результате диссоциации молекул воздуха и последующей

16

многократной ионизации  воздух приобретает свойства плазмы.  
Крупные метеориты на месте падения образуют кратеры. Кратеры обнаружены на всех планетах земной группы и на многих спутниках планет. Один из самых больших метеоритных кратеров на Земле находится в США (штат Аризона), его диаметр свыше 1200 м, а масса образовавшего его метеорита оценивается примерно в 200 000 т. 30 июня 1908 г. а тайге Центральной Сибири произошло явление, известное как падение Тунгусского метеорита. Взрыв, завершивший полет космического тела, повалил лес на площади более 2000 кв. км, а также вызвал лесной пожар, многочисленные оптические, акустические и сейсмические явления. Взрывная волна обогнула земной шар. На громадной территории до 3-4 июля наблюдались исключительно светлые ночи. Однако ни сам метеорит, ни кратер его падения обнаружить не удалось. 12 февраля 1847 г. в виде множества железных осколков (метеоритный дождь) упал Сихоте-Алинский метеорит. Удалось собрать несколько десятков тонн метеоритного вещества. 
Химический состав метеоритов постоянно изучается. Железные метеориты состоят в основном из железа (91%) и никеля (8,5%). Каменные метеориты, как и земные горные породы,  содержат кислород и кремний, но в них больше, чем в земной коре, магния, железа и никеля.  В некоторых каменных метеоритах имеется углерод. Такие метеориты содержат не только уголь и графит, но и углеводороды, а также примеси более сложных органических соединений, включая аминокислоты. Эти сложные вещества могли образоваться  в метеоритах из более простых на ранних стадиях развития Солнечной системы. Данные о химическом составе метеоритов позволяют судить о распространенности  различных химических элементов в Солнечной системе.  
          Прежде чем попасть на Землю, метеориты долгое время путешествуют в межпланетном пространстве. Исследование вещества метеоритов и определение его возраста имеют важное значение для определения  возраста

17

планет и изучения условий, которые существовали в  самый ранний период истории Солнечной  системы. Поэтому метеориты представляют большую ценность для науки. Особенно интересны метеориты с Марса и Луны, десятки которых найдены в последние годы во льдах Антарктиды и песках  африканских пустынь.  
          Кроме больших и малых планет, вокруг Солнца движутся кометы (хвостатые звезды). От других тел Солнечной системы они резко отличаются не только своим видом, но и формой орбит, большими размерами, а также сравнительно быстрым, иногда бурным развитием. Вид комет меняется по мере приближения к Солнцу. Вдали от Солнца комета видна как слабое туманное пятнышко, которое перемещается на фоне звездного неба. Постепенно у кометы развивается хвост, почти всегда направленный от Солнца. Ежегодно обнаруживают в среднем 6-8 комет. Некоторые из них это периодические кометы, которые в очередной раз возвратились к Солнцу. Среди комет выделяются короткопериодические (период обращения менее 200 лет)  и долгопериодические (период обращения более 200 лет). Самый короткий период обращения у кометы Энке (3,3 года), неоднократно приближалась к Солнцу и комета Галлея, период обращения которой составляет 76 лет. Общее число комет в настоящее время оценивается величиной 1012 – 1015. 
          Основные части кометы: голова, ядро (центральное сгущение) и хвост. Ядра комет по размерам близки к небольшим астероидам. Диаметр головы кометы может достигать сотен тысяч километров, а хвосты простираются на десятки и сотни миллионов километров. После прохождения перигелия (ближайшей к Солнцу точки орбиты) комета начинает постепенно «угасать». Орбиты большинства комет – сильно вытянутые эллипсы. Двигаясь по таким орбитам, кометы в перигелии близко подходят к Солнцу (и к Земле), а в афелии (наибольшем удалении от Солнца) удаляются от него на сотни тысяч астрономических единиц, уходя далеко за пределы орбиты Плутона. В целом