Происхождение солнечной системы, ее состав

6.3. Земля 

          Земля - одна из планет Солнечной системы. Подобно другим планетам она движется вокруг Солнца по эллиптической орбите. Расстояние от Земли до Солнца в разных точках орбиты неодинаковое. Среднее же расстояние около 149,6 млн. км. В процессе движения нашей планеты вокруг Солнца плоскость земного экватора (наклоненная к плоскости орбиты под углом 23 27') перемещается параллельно самой себе таким образом, что в одних участках орбиты земной шар наклонен к Солнцу своим северным полушарием, а в других - южным. Большую часть поверхности Земли (до 71%) занимает Мировой океан. Средняя глубина Мирового океана - 3900 м. Существование осадочных пород, возраст которых превосходит 3,5 млрд. лет, служит доказательством существования на Земле обширных водоёмов уже в ту далёкую пору. На современных континентах более распространены равнины, главным образом низменные, а горы - в особенности высокие - занимают незначительную часть поверхности планеты, так же как и глубоководные впадины на дне океанов. Форма Земли, как известно близкая к шарообразной, при более детальных измерениях оказывается очень сложной, даже если обрисовать её ровной поверхностью океана и условным продолжением этой поверхности под континенты. Неровности поддерживаются неравномерным распределением массы в недрах Земли. Такая поверхность называется геоидом. Геоид (с точностью порядка сотен метров) совпадает с эллипсоидом вращения, экваториальный радиус которого 6378 км, а полярный радиус на 21,38 км меньше экваториального. Разница этих радиусов возникла за счёт центробежной силы, создаваемой суточным вращением Земли. Суточное вращение земного шара происходит с практически постоянной угловой скоростью с периодом 23 ч. 56 мин. 4,1с. т.е. за одни звёздные сутки, количество которых в году ровно на одни сутки больше, чем солнечных. Ось вращения Земли направлена своим северным концом приблизительно на звезду альфа Малой Медведица, которая поэтому называется Полярной звездой. Одна из особенностей Земли - её магнитное поле, благодаря которому мы можем пользоваться компасом. Наша планета окружена обширной атмосферой. 
 
 

6.3.1. Луна-спутник Земли 

         Естественный спутник Земли - Луна. Луна единственный естественный спутник нашей планеты. Луна - это удивительный мир: здесь никогда не дует ветер, здесь царит абсолютная тишина, а день и ночь длятся по две недели. За 35 лет на Луне побывали 12 человек. Они высаживались на раскаленную поверхность, покрытую толстым слоем каменной пыли. Луна всегда обращена к Земле одной стороной. На дневной стороне температура лунного грунта может достигать 130 ^оС. На ночной же, даже на экваторе, она понижается до минус 160 ^оС. Расстояние от Земли до Луны 384 400 тыс. км. Диаметр - 3476 км, площадь в 50 раз меньше земной. Луна движется вокруг Земли и делает полный оборот за 29 суток 7 часов и 43 минуты - звездный месяц. Поэтому почти в каждой ее точке, две недели светит солнце, а две недели стоит полный мрак. Наблюдая за Луной с Земли, мы видим, что она выглядит то серпом, то диском, то совсем не видна. Эта смена фаз происходит потому, что Луна не светящееся тело, а лишь отражает солнечный свет. Когда Солнце и Луна находятся на противоположных сторонах относительно  Земли виден полностью освященный диск Луны - фаза полнолуния. Если Луна находится в той стороне от Земли, где Солнце, то сторона Луны, обращенная к Земле не освещается - это фаза новолуния. В остальных случаях Луна имеет вид серпа. Условия на Луне необычны. Космонавт весит там, в 6 раз меньше чем на Земле, хотя его масса остается прежней. Магнитное поле на Луне отсутствует. Температура поверхности меняется от +90 ^оС - днем до - 130 ^оС - ночью. Атмосфера состоит главным образом из неона, гелия, водорода, аргона. Она так разрежена, что звуковые волны здесь не распространяются, и на Луне царит вечная тишина. Там никогда не бывает ветра и облаков. Площадь лунной поверхности приблизительно равна площади Африки и Европы вместе взятых, а масса Луны составляет около 1% от земной массы. Самая высокая точка - вершина Королева-Беккена (более 8000 метров). На Луне нет воздуха и воды. Поверхность ее покрыта базальтовой лавой, характерными формами рельефа являются - вулканические кратеры и впадины. Кроме них на луне есть горные хребты, уступы, системы разломов. Лунные грунты представлены двумя типами - морскими и континентальными. Полезных ископаемых мало. Однако из доставленного на Землю кремния удалось изготовить сверхпрочное стекло и керамику. Они могут быть использованы для строительства лунных колоний. Кремний также применяется в производстве солнечных батарей  Морские горные породы представляют собой железистые базальты, сходные с теми, которые слагают дно океанов на Земле. Континентальные - состоят из материала, обогащенного соединениями алюминия, кальция и магния, раздробленного метеоритными ударами и сцементированного в единую массу. Они являются результатом ударно-взрывной переработки древней лунной коры на самых ранних этапах ее геологического развития и не имеют аналогов среди земных пород. В лунных образцах не обнаружено присутствие воды и других летучих компонентов (углекислоты, щелочей), поэтому на Луне в десятки раз меньше разновидностей минералов, чем на Земле.

Единственный  естественный спутник Земли возник, вероятно, в результате ее столкновения с гигантским астероидом. Еще 30 лет  назад многие ученые считали, что  Луна - это большой астероид, захваченный  силой земного притяжения. Другие настаивали на том, что естественный спутник некогда откололся от стремительно вращавшейся  Земли. Согласно третьей версии, оба небесных тела образовались почти одновременно и независимо друг от друга из срастающихся частиц пыли в конденсирующейся туманности. Сегодня большинство исследователей, рассуждая о происхождении Луны, склоняются к так называемой гипотезе гигантского столкновения. Около 4.4 млрд. лет назад (через 150 млн. лет после образования Солнечной системы) в небе произошли драматические события: астероид «Фея» размером примерно с Марс столкнулся с тогда еще юной Землей. Энергия этого удара раскалила поверхность Земли до 10 000 градусов превратив ее в кипящую магму. Вспышка продолжалась более 60 минут и по яркости превосходила свечение Солнца. Триллионы тонн горных пород Земли и Феи превратились в гигантское облако пыли. Оно оторвалось от поверхности Земли и поднялось в космическое пространство. В течение нескольких десятков тысячелетий облако уплотнялось и, в конце концов, образовало Луну. В пользу этой гипотезы говорит многое. Например, сходное соотношение различных изотопов кислорода в каменистой породе Земли и ее спутника. Сейсмографические эксперименты подтверждают: у Луны - небольшое железное ядро. Из этого можно сделать вывод, что естественный спутник был вырван из Земли, которая к моменту столкновения с Феей состояла из коры, мантии и железного ядра. Сверхвысокая температура, возникшая в результате удара, объясняет отсутствие в твердой лунной породе летучих элементов, таких как цинк, калий и фосфор. Они, вероятно, просто испарились из горячего газообразного облака, позже сформировавшего Луну. Разнообразие геологического состава Луны не только свидетельствует о катастрофических обстоятельствах рождения спутника Земли, но и дает представление о его «тяжелом детстве». На протяжении первых 100 млн. лет Луна была покрыта густым и тягучим слоем магмы. Более тяжелые железо и магний, содержащие минералы опустились, а легкие поднялись на поверхность, затвердели и образовали первую лунную кору - предшественницу современных светлых материковых областей. Эту кору не раз пробивали метеориты и выбросы магмы из раскаленных недр Луны около 4,2 млрд. лет назад заполнили образовавшиеся кратеры. Около 4 млрд. лет назад поверхность луны вновь подверглась мощной бомбардировке метеоритами. Она продолжалась миллионы лет. Примерно в это же время на Земле появляются первые формы жизни.                  

Вопрос  о происхождении Луны остается открытым. Существует гипотеза, по которой примерно 4,4 миллиарда лет назад, почти  сразу после образования Солнечной  системы, гигантский, по величине с  Марс астероид Фея столкнулся с молодой  Землей. Два небесных тела слиплись. Взрыв раскалил кору Земли до 10000 градусов. Скорость вращения Земли  увеличилась. Центробежная сила со временем «оторвала» остатки астероида от Земли. Одновременно от мантии Земли отделились значительные фрагменты вещества в виде пыли. Некоторые осколки астероида Феи и отделившиеся от земной коры пыль, жидкие  газообразные фрагменты мантии образовали сгусток вещества. Плотное ядро разорванного на части астероида сплавились с ядром Земли. Сформировались «новая» Земля и Луна - небесные тела с твердым ядром и пока еще жидкой мантией. Сила земного притяжения определила траекторию спутника Земли.

Откуда  на Луне кратеры. 4,4 миллиарда лет назад «новорожденная» Луна находилась еще в жидком состоянии. Пробив тонкую корку, метеориты тонули и плавились в раскаленных недрах. Кора становилась толще и уже могла противостоять ударам метеоритов. Так появились первые кратеры. Метеориты диаметром до 500 км оставляли огромные выбоины. Выбросы твердой породы образовали мощные горные цепи. Там где метеориты пробивали кору, наружу вырывались раскаленные потоки лавы и заполняли впадины. Метеориты разной величины продолжали падать на поверхность Луны. Поэтому ее ландшафт постоянно изменялся. В возвышенных областях кора была немного толще и лава не могла пробить себе путь на поверхность. Моря лавы затвердевали, превращаясь в базальт. С Земли хорошо видны эти темные пятна на светлом фоне высокогорий. Так внутри Луна уже почти остыла, лава больше не выходила на поверхность. Вот уже 4 млрд. лет лик естественного спутника Земли не меняется. 

В Солнечной  системе <закончились боеприпасы>. Теперь метеориты внушительных размеров падают на поверхность Луны лишь раз  в 100 млн. лет, космические осколки  величиной с автомобиль  - примерно раз в столетие. 
 
 
 
 

6.3.2. Интересные факты о Луне 

         День и ночь на Луне длятся почти по 15 наших суток. Луна движется по орбите против часовой стрелки со скоростью 1 км/сек. Лунные горы называли, как земные: Алтай, Карпаты, Кавказ, Альпы, Апеннины. Имена морей напоминают о поверьях, согласно которым Луна управляет погодой и чувствами: море Ясности, озера Радости, Нежности, Счастья, заливы Славы и Любви. Н есть и болото Гниения, озера Ненависти и Смерти. Месяц всегда обращен выпуклой стороной к Солнцу. Вызываемые гравитацией Луны морские приливы и отливы замедляют вращение Земли. Наша планета тоже затормозила вращение Луны, так что спутник всегда обращен одной стороной к земле. Луна действует на циркуляцию жидкостей. Когда Луна растет, в деревьях больше воды и сахаров. Операции в полнолуние чреваты кровотечениями, а эффект прививок - низок - вещества быстро выводятся из организма. Выше работоспособность и возбудимость (бессонница, головная боль). По некоторым данным растет количество преступлений. Луна в 400 раз меньше Солнца, но в 400 раз ближе к Земле. Поэтому видимые размеры Солнца и Луны почти одинаковы. На южном полюсе Луны мог сохраниться лед. Сама Луна не светится. Она отражает лучи Солнца. При затмениях Луна кажется красной. 
 
 

6.4. Марс 

         Марс - четвёртая по расстоянию от Солнца планета Солнечной системы. На звёздном небе она выглядит как немигающая точа красного цвета, которая время от времени значительно превосходит по блеску звезды первой величины. Марс периодически подходит к Земле на расстояние до 5 7 млн. км, значительно ближе, чем любая планета, кроме Венеры. По основным физическим характеристикам Марс относится к планетам земной группы. По диаметру он почти вдвое меньше Земли и Венеры. Планета окутана газовой оболочкой - атмосферой, которая имеет меньшую плотность, чем земная. Даже в глубоких впадинах Марса, где давление атмосферы наибольшее, оно приблизительно в 100 раз меньше, чем у поверхности Земли, а на уровне марсианских горных вершин - в 500-1000 раз меньше. Тем не менее, в атмосфере Марса наблюдаются облака и постоянно присутствует более или менее плотная дымка из мелких частиц пыли и кристалликов льда. По химическому составу марсианская атмосфера отличается от земной и содержит 95,3% углекислого газа с примесью 2,7% азота, 1,6% аргона, 00,7% окиси углерода, 0,13% кислорода и приблизительно 0,03% водяного пара, содержание которого изменяется, а также примеси неона, криптона, ксенона. Марсианский год длится около 686,9 дней. Эллиптичность марсианской орбиты приводит к значительным различиям климата северного и южного полушарий: в средних широтах зима холоднее, а лето теплее, чем в южных, но короче, чем в северных. Температурные условия на Марсе суровы с точки зрения жителя Земли. 
 

6.5. Юпитер 

       Юпитер - пятая по расстоянию от Солнца и самая большая планета Солнечной системы - отстоит от Солнца в 5,2 раза дальше, чем Земля, и затрачивает на одни оборот по орбите почти 12 лет. Экваториальный диаметр Юпитера 142 600 км (в 11 раз больше диаметра Земли). Период вращения Юпитера самый короткий из всех планет - 9ч. 50 мин. 30с. на экваторе и 9ч. 55мин. 40с. в средних широтах. Таким образом, Юпитер, подобно солнцу, вращается не как твёрдое тело - скорость вращения неодинакова в разных широтах. Из-за быстрого вращения эта планета имеет сильное сжатие у полюсов. Масса Юпитера равна 318 массам Земли. Средняя плотность 1,33 г/см , что близко к плотности Солнца. Ось вращения Юпитера почти перпендикулярна к плоскости его орбиты (наклон 87) . Даже в небольшой телескоп видно полярное сжатие Юпитера и полосы на его поверхности, параллельные экватору планеты. Видимая поверхность Юпитера представляет собой верхний уровень облаков, окружающих планету. Благодаря этому все детали на поверхности Юпитера постоянно меняют свой вид. Из устойчивых деталей известно Большое Красное пятно, наблюдающееся уже более 300 лет. Это - громадное овальное образование, размерами около 35 000 км по долготе и 14 000 по широте между Южной тропической и Южной умеренной полосами. Цвет его красноватый, но подвержен изменениям. 
 
 

6.6. Сатурн 

         Сатурн - вторая по величине среди планет Солнечной системы. Его экваториальный диаметр лишь немного меньше, чем у Юпитера, но по массе Сатурн уступает Юпитеру более чем втрое и имеет очень низкую среднюю плотность - около 0,7 г/см3. Низкая плотность объясняется тем, что планеты-гиганты состоят главным образом из водорода и гелия. При этом в недрах Сатурна давление не достигает столь высоких значений, как на Юпитере, поэтому плотность вещества там меньше. Спектроскопические исследования обнаружили в атмосфере Сатурна некоторые молекулы. Температура поверхности облаков на Сатурне близка к температуре плавления метана (-184 С), из твёрдых частичек которого, скорее всего и состоит облачный слой планеты. В телескоп видны вытянутые вдоль экватора тёмные полосы, называемые также поясами, и светлые зоны, но эти детали менее контрастны, чем на Юпитере, и отдельные пятна в них наблюдаются гораздо реже. Сатурн окружен кольцами, которые хорошо видны в телескоп в виде "ушек" по обе стороны диска планеты. Они были замечены ещё Галилеем в 1610 году. Кольца Сатурна - одно из самых удивительных и интересных образований в Солнечной системе. Плоская система колец опоясывает планету вокруг экватора и нигде не соприкасается с поверхностью. В кольцах разделяются три основные концентрические зоны, разграниченные узкими щелями: внешнее кольцо А, среднее В (наиболее яркое) , внутреннее кольцо С, довольно прозрачное, "креповое", внутренний край его не резкий. Наиболее близкие к планете слаборазличимые части внутреннего кольца обозначаются символом D. Обнаружено также существование практически прозрачного самого внешнего кольца D.

Титан. Самый крупный спутник Сатурна называется Титан. Его диаметр 5 150 км. Площадь поверхности, как у вместе взятых материков Евразии и Африки. Период вращения Титана вокруг Сатурна в точности равен обороту вокруг собственной оси, т.е. 16 суток. Это значит, что он всегда смотрит на окольцованную планету лишь одним своим полушарием, как Луна на Землю. Атмосфера спутника в основном азотно-метановая, причем азота более 80%. Давление на поверхности 1,5 земной атмосферы, а температура опускается ниже 200 градусов. Кроме того, толщина атмосферы велика - почти в 10 раз больше земной, в ней много облаков и дуют достаточно крепкие ветры со скоростью более 100 км/час. Поверхность твердая, имеются определенные формы рельефа.   
 
 

6.7. Уран 

         Уран - седьмая по порядку от Солнца планета Солнечной системы. По диаметру он почти вчетверо больше Земли. Очень далёк от Солнца и освещён сравнительно слабо. Уран был открыт английским учёным В. Гершелем в 1781 г. Какие-либо детали на поверхности Урана различить не удаётся из-за малых угловых размеров планеты в поле зрения телескопа. Это затрудняет его исследования, в том числе и изучение закономерностей вращения. По-видимому, Уран (в отличие от всех других планет) вращается вокруг своей оси как бы лёжа на боку. Такой наклон экватора создаёт необычные условия освещения: на полюсах в определённый сезон солнечные лучи падают почти отвесно, а полярный день и полярная ночь охватывают (попеременно) всю поверхность планеты, кроме узкой полосы вдоль экватора. Так как Уран обращается по орбите вокруг Солнца за 84 года, то полярный день на полюсах продолжается 42 года, затем сменяется полярной ночью такой же продолжительности. Лишь в экваториальном поясе Урана Солнце регулярно восходит и заходит с периодичностью равномерного осевого вращения планеты. Даже в тех участках, где Солнце расположено в зените, температура на Уране (точнее на видимой поверхности облаков) составляет около -215 С. В таких условиях некоторые газы замерзают. Как и другие планеты-гиганты, Уран имеет такой состав, вероятно, почти до самого центра.