Астрономия. Лекция №4. Планеты земной группы.

                                                      Лекция №4

Планеты земной группы

План

1. Меркурий

2. Венера

3. Земля

4. Марс 

Планеты земной группы состоят по большей части из металлов и каменистых пород, поэтому их также называют железокаменными. Все планеты крутятся по эллиптической орбите. Планеты земной группы имеют как сходства между собой, так и существенные различия. Например у Меркурия атмосфера отсутствует, у Марса она крайне разряжена, достаточно плотная у Земли и чрезвычайно плотная у Венеры. Главное сходство заключается в том, что, в отличии от планет-гигантов, все планеты земной группы имеют твердую поверхность.

Перигелий – наиболее близкая к Солнцу точка эллиптической орбиты.

Афелий – точка эллиптической орбиты тела Солнечной системы, максимально удаленная от Солнца.

 

Меркурий

 

Меркурий – наиболее близкая к Солнцу планета, расстояние от Солнца 0,38 а.е., в среднем это составляет 58 млн км. Наилучшие условия для наблюдения Меркурия – в перигелий (46 млн км) и в афелий (69 млн км). Расстояние от Земли до Меркурия составляет от 82 млн до 217 млн км.

Планета была названа в честь древнеримского бога торговли, поскольку Меркурий движется по небесной сфере быстрее других планет (1 год – 88 земных суток или в четыре раза быстрее земли).

Вследствие гравитационного влияния Солнца сутки на Меркурии равны 180 земным дням (полгода), таким образом, год короче дня.

Меркурий является не только самой близкой к Солнцу планетой, но и самой маленькой, его диаметр на 60% меньше диаметра Земли.

У Меркурия нет атмосферы, что делает его похожим на Луну даже для профессиональных астрономов.

Поверхность усеяна множеством кратеров, это свидетельствует о том, что из-за отсутствия атмосферы поверхность Меркурия подвергается ударам астероидов.

Меркурий – «мертвая» планета, геологическая активность прекратилась по меньшей мере 1 млрд лет назад. Сейчас остались только покрытые пылью холмы и пустоши. 

Поверхность планеты испытывает серьезные температурные перепады, так как днем на освещенной Солнцем стороне Меркурия температура достигает +430 ⁰С (что, вероятно, позволяет существовать на планете озерам из свинца), ночью же поверхность остывает до -173 ⁰С. 

Если верхний слой породы покрыт каменной корой, то недра Меркурия состоят из большого железного ядра, которое охватывает 80 % планеты. Меркурий в 4,5 раза тяжелее практически целиком каменистой Луны.

Внутреннее строение Меркурия:

1.      Кора толщиной 100-300 км

2.      Мантия толщиной 600 км

3.      Ядро радиусом 1800 км

Меркурий и Венера – единственные планеты, освещенные диски которой нельзя увидеть целиком с поверхности Земли, глядя в телескоп. Дело в том, что поскольку орбиты планет расположены внутри земной орбиты, мы можем наблюдать эти планеты только в периоды их элонгации, т.е. в те периоды, когда планеты расположены справа или слева от Солнца, относительно нас и мы можем видеть «полумесяцы» – полушария отражающие солнечный свет.

 

Венера

 

Второй от Солнца планетой является Венера, она расположена в 0.72 а.е. от нашей звезды.

Минимальной расстояние от Венеры до Земли 38 млн км, максимальное 261 км.

На Венере отсутствует магнитное поле, нет смены времен года. Один год длится 225 земных дней, а сутки на Венере 273 земных дня.

Венера обращается вокруг своей оси в противоположную сторону – по часовой стрелке.

В 1610 году Галилео Галилей обнаружил фазы Венеры и догадался, что она вращается вокруг Солнца, что противоречило геоцентрической космологии.

Диаметр Венеры меньше земного на 5 % - 12.1 тыс. км.

Плотность атмосферы Венеры в 90 раз выше земной, которая состоит из углекислого газа (95%) и азота.

Венера носит статус самой горячей планеты Солнечной системы. В следствии парникового эффекта Венера нагревается сильнее, чем поверхность Меркурия, до температуры 450-500 ⁰С. Поверхность Венеры каменистая, характеризуется высокой геологической активностью.

Внутреннее строение включает в себя 3 слоя:

1.      Твердое железоникелевое ядро, занимающее 25 % планеты

2.      Мантия- силикатная оболочка (соединение кремния) толщиной 3 км

3.      Кора, толщина которой составляет 16 км

Земля

 

Земля является третьей от Солнца и единственной известной населенной планетой во Вселенной. Средняя скорость вращения Земли вокруг Солнца составляет 30 км/c. Год на Земле длиться 365, а раз в четыре года – 366 дней, в одних сутках около 24 часов.

Диаметр Земли составляет 12742 км, а длина окружности (по экватору) – 40075 км. Земля имеет не просто шарообразную форму, а форму геоида – шара, сплюснутого в области полюсов. Масса Земли 6 * 10²⁴ кг.

Строение Земли близко к строению и пропорциям Венеры:

1.      Силикатная кора, толщиной 35 км

2.      Мантия, делится на верхнюю и нижнюю, температура до 2500 ⁰С

3.      Ядро, разделяющееся на твердое внутреннее ядро радиусом около 1300 км и жидкое внешнее ядро толщиной около 2200 км, разогретое до 6000⁰С.

Благодаря наличию жидкого вращающегося железного ядра есть магнитосфера, которая защищает от пагубного влияния солнечного ветра, удерживает атмосферу.

 Планету окружает многослойная атмосфера. Ее химический состав включает 78 % азота, 20 % кислорода, 2 % углекислого газа и примесей других газов.  Наличие атмосферы позволяет регулировать температурный режим и избегать резкого нагрева или остывания. Благодаря наличию многоуровневой оболочки на поверхности планеты возникает тот же «парниковый эффект», что и на Венере, однако в отличии от нее Земная атмосфера излучает обратно в космическое пространство большую часть тепла, а поглощённое излучение позволяет поддерживать на планете умеренный климат, пригодный для жизни.

Строение атмосферы Земли:

1.      Тропосфера

2.      Стратосфера

3.      Мезосфера

4.      Термосфера

5.      Ионосфера

6.      Экзосфера

Доказано, что у Земли были столкновения с крупными объектами на больших скоростях через 50-100 млн лет после ее формирования. После столкновения с гипотетической планетой Тейей и образованием Луны, Земля полностью потеряла свою первичную атмосферу. 

Еще одной отличительной особенностью нашей планеты является смена времен года. Дело в наклоне земной оси: Земля вращается под углом к плоскости Солнечной системы.

Температура на поверхности находится в пределах от -85°C (внутренние районы Антарктиды) до +70°C (Западная Сахара). Средняя температура поверхности Земли - +12°C. Большую часть поверхности Земли (более 2/3) занимает Мировой океан, оставшаяся треть приходится на сушу.

 

Луна

Начиная со второй половины XX в. количество искусственных спутников Земли увеличивается с каждым годом. Например, в 2014 году было запущенно 240 спутников, а в 2015 г – 221.

Естественный спутник Земли всего один – Луна. Луна не излучает собственный свет, а лишь отражает солнечный.

В зависимости от взаимного расположения Земли, Луны и Солнца мы можем наблюдать различные фазы. Существуют основные лунные фазы:

1.      Новолуние (диск Луны скрыт от прямых солнечных лучей)

2.      Первая четверть («растущая Луна»)

3.      Полнолуние (весь диск луны освещен прямыми солнечными лучами)

4.      Последняя четверть («убывающая»)

С поверхности Земли можно наблюдать такие явления, как лунное затмение, солнечное затмение, суперлуние или «кровавую луну».

По своим физическим свойствам Луна очень напоминает Меркурий и по размерам могла претендовать на роль самостоятельной планеты солнечной системы, если бы в свое время не попала в плен гравитации Земли.

Скорость вращения Луны вокруг Земли абсолютно идентична скорости, с которой она делает оборот вокруг своей оси, т.е. вращение Луны вокруг Земли и вокруг собственной оси синхронизировано, именно поэтому мы не можем увидеть с Земли ее обратную сторону. Каждый год Луна удаляется от Земли на 6 см. Основной формой лунного рельефа являются кратеры. Только на видимой стороне Луны можно насчитать свыше 300 тыс. кратеров диаметром свыше 1 км. Так же на поверхности Луны присутствуют темные области, заметные даже невооруженным взглядом, их называют морями.

Луна хорошо изучена как благодаря оптическим наблюдениям, так и с помощью более 50 беспилотных миссий, таких как «Луна-3», «Зонд- 3», «Луноходы» (1 и 2) и тд.

 Луна является единственным астрономическим объектом вне Земли, на котором побывал человек. В конце 1960х гг. было шесть посадок американцев на Луну (миссии Apollo-11 – Apollo-17). Это принесло большой научный результат, было привезено более 400 кг грунта. Ученые NASA доказали необычную опасность лунной пыли для организма человека. Астронавт «Аполлона-17» Харрисон Шмитт, написал, что лунная пыль пачкает ботинки и скафандр, проникая на борт космического корабля. Запах лунной пыли напоминает порох, что затрудняло дыхание экипажа.   

Планета Марс

 

Марс - первая после Земли планета Солнечной системы, к которой человек   проявил особый интерес с надеждой, что там есть развитая внеземная жизнь.

· Масса: 6,4*10²³ кг. (0,107 массы Земли);

· Диаметр экватора: 6794 км. (0,53 диаметра экватора Земли);

· Плотность: 3,94 г/см³

· Температура поверхности: -23°С на большей части поверхности, -150°С на полюсах, 0°С на экваторе.

· Расстояние от Солнца (среднее): 1,5237 а.е., то есть 228 млн км

· Период обращения по орбите (год): 687 земных суток

· Период обращения вокруг собственной оси (сутки): 24,6229 часа

Ядро Марса состоит из железа и его сплавов и пребывает в жидком состоянии. Марс имеет мощную кору толщиной 100 км. Между ними находится силикатная мантия, обогащенная железом. Вследствие малой массы сила тяжести на Марсе почти в три раза ниже, чем на Земле. В настоящее время структура гравитационного поля Марса детально изучена. Между ядром и корой находится силикатная мантия, обогащенная железом. Красные окислы железа, присутствующие в поверхностных породах, определяют цвет планеты. Сейчас Марс продолжает остывать. Сейсмическая активность планеты слабая. На протяжении долгой геологической истории Марса его поверхность изменяли извержения вулканов и марсотрясения. Поверхность планеты состоит как бы из двух контрастных частей: древних высокогорий, покрывающих южное полушарие, и более молодых равнин, сосредоточенных в северных широтах.

Атмосфера на Марсе разрежена, так как Марс не способен долго удерживать возле себя молекулы газов. Ее давление у поверхности составляет лишь один процент от нормального земного атмосферного давления. На Марсе, из-за низкого давления, не может быть жидкой воды. Она там присутствует либо в газообразном состоянии, либо в виде льда. Небо на Марсе желтое или красноватое, из-за взвешенной в атмосфере пыли, рассеивающей свет. Температура на поверхности планеты может колебаться от +25°С до -125°С. Атмосфера Марса является плохим защитником от холодного космоса. Поверхность Марса имеет красноватый цвет из-за значительного количества примесей окислов железа. На Марсе раньше текли реки, от которых остались лишь сухие русла. Кроме этих ископаемых рек, на поверхности Марса есть высокие вулканы, один из которых - Олимп - высочайшая гора в Солнечной системе, его высота - 28 км. Планета изобилует именно щитовыми вулканами, образованными застывшими потоками лавы. В прошлом, Марс проявлял завидную вулканическую активность.

Спутники Марса намного меньше Луны. Они бесформенны и совсем невелики, рассмотреть их в небольшой телескоп трудно. Можно предположить, что и Фобос, и Деймос - каменные тела. Они весьма сильно отличаются от нашей Луны. Фобос - больший из двух спутников Марса. Он находится ближе к своей планете, чем любой другой спутник в Солнечной системе, менее чем в 6000 км от поверхности Марса. Он является также одним из самых маленьких из всех спутников. Фобос совершает обращение вокруг планеты втрое быстрее, чем сам Марс вращается вокруг своей оси. Фобос и Деймос, как полагают, являются захваченными астероидами.