По своим физическим характеристикам планеты делятся на две группы — планеты земной группы и планеты-гиганты. Мы дадим обзор главных особенностей обеих групп планет, на основе чего вы сумеете дать описание каждой планеты.
1. Общая характеристика планет земной группы. Планеты, относящиеся к земной группе, — Меркурий (рис. 34), Венера (рис. 35), Земля (рис. 36), Марс (рис. 37) — имеют небольшие размеры и массы, средняя плотность этих планет в несколько раз превосходит плотность воды; они медленно вращаются вокруг своих осей; у них мало спутников (у Меркурия и Венеры их вообще нет, у Марса — два крохотных, у Земли — один). Сходство планет земной группы не исключает и значительного различия. Например, Венера, в отличие от других планет, вращается в направлении, обратном ее движению вокруг Солнца, причем в 243 раза медленнее Земли (сравните с продолжительностью года на Венере). Период обращения Меркурия (т. е. год этой планеты) только на 1/3 больше периода его вращения вокруг оси (по отношению к звездам). Углы наклона осей к плоскостям их орбит у Земли и у Марса примерно одинаковы, но совсем иные у Меркурия и Венеры. А вы знаете, что это одна из причин, определяющая характер смены времен года. Такие же, как у Земли, времена года есть, следовательно, на Марсе (правда, каждое время года почти в два раза продолжительнее, чем на Земле).
Неисключено, 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».
2. Атмосферы. Черты сходства и различия обнаруживаются также при изучении атмосфер планет земной группы. В отличие от Меркурия, который, как и Луна, практически лишен атмосферы, Венера и Марс обладают ею. Современные данные об атмосферах Венеры и Марса получены в результате полетов наших («Венера», «Марс») и американских («Пионер-Венера», «Маринер», «Викинг») АМС. Сравнивая атмосферы Венеры и Марса с земной , мы видим, что, 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 у поверхности Венеры очень высокая (около 500° С) и остается почти одинаковой. С чем это связано? На первый взгляд, кажется, с тем, что Венера ближе к Солнцу, чем Земля. Но, как показывают наблюдения, отражательная способность Венеры больше, чем у Земли, а потому Солнце примерно одинаково нагревает обе планеты. Высокая температура поверхности Венеры обусловлена парниковым эффектом . Он заключается в следующем: атмосфера Венеры пропускает лучи Солнца, которые нагревают поверхность. Нагретая поверхность становится источником инфракрасного излучения, которое не может покинуть планету, так как его задерживают содержащиеся в атмосфере Венеры углекислый газ и водяной пар, а также облачный покров планеты. В результате этого равновесие между притоком энергии и ее расходом в мировое пространство устанавливается при более высокой температуре, чем та, которая была бы у планеты, свободно пропускающей инфракрасное излучение.
Мы привыкли к земным облакам, состоящим из мелких капель воды или ледяных кристалликов. Состав облаков Венеры иной: они содержат капельки серной и, возможно, соляной кислоты. Облачный слой сильно ослабляет солнечный свет, но, как показали измерения, выполненные на АМС «Венера-11» и «Венера-12», освещенность у поверхности Венеры примерно такая же, как у поверхности Земли в облачный день. Исследования, выполненные в 1982 г . АМС «Венера-13» и «Венера-14», показали, что небо Венеры и ее ландшафт имеют оранжевый цвет. Объясняется это особенностью рассеивания света в атмосфере этой .планеты.
Газ в атмосферах планет земной группы находится в непрерывном движении. Нередко во время пылевых бурь, которые длятся 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 планеты), но вблизи поверхности этой планеты скорость ветра Достигает всего лишь нескольких метров в секунду.
Таким образом, несмотря на некоторое сходство, в целом атмосферы ближайших к Земле планет резко отличаются от атмосферы Земли. Это пример открытия, которое невозможно было предсказать. Здравый смысл подсказывал, что планеты со сходными физическими характеристиками (например, Землю и Венеру иногда называют «планетами-близнецами») и примерно одинаково удаленные от Солнца должны иметь очень похожие атмосферы. На самом деле причина наблюдаемого различия связана с особенностями эволюции атмосфер каждой из планет земной группы.
Исследование атмосфер планет земной группы не только позволяет лучше понять свойства и историю происхождения земной атмосферы, но и имеет значение для решения экологической проблемы. Например, туманы-смоги, образующиеся в земной атмосфере в результате загрязнения воздуха, по своему составу очень напоминают венерианские облака. Эти облака, как и пылевые бури на Марсе, напоминают нам о том, что необходимо ограничивать выброс пыли и разного рода промышленных отходов в атмосферу нашей планеты. Пылевые бури, во время которых на протяжении нескольких месяцев в атмосфере Марса удерживаются и распространяются над громадными территориями тучи пыли (мощная буря наблюдалась, например, осенью 2001 г .), заставляют задуматься над некоторыми возможными экологическими последствиями ядерной войны и некоторыми изменениями климата на Земле.
3. Поверхности. Планеты земной группы, подобно Земле и Луне, имеют твердые поверхности. Наземные оптические наблюдения позволяют получить о них немного сведений, так как Меркурий трудно рассмотреть в телескоп даже во время элонгации, поверхность Венеры скрыта от нас облаками. На Марсе даже во время великих противостояний (когда расстояние между Землей и Марсом минимальное — около 55 млн. км), происходящих один раз в 15—17 лет, в крупные телескопы удается рассмотреть детали размерами около 300 км . И все-таки в последние десятилетия удалось многое узнать о поверхности Меркурия и Марса, а также получить представление о еще недавно совершенно загадочной поверхности Венеры. Это стало возможным благодаря успешным полетам автоматических межпланетных станций типа «Венера», «Марс», «Викинг», «Маринер», «Магеллан», пролетавших вблизи планет или совершивших посадки на поверхность Венеры и Марса, и благодаря наземным радиолокационным наблюдениям.
Рис. 38. Участок поверхности Меркурия.
Рис. 39. Фрагмент панорамы поверхности Венеры.
Поверхность Меркурия, изобилующая кратерами, очень напоминает лунную (рис. 38). «Морей» там меньше, чем на Луне, причем они небольшие. Диаметр меркурианского Моря Зноя 1300 км , как и Моря Дождей на Луне. На десятки и сотни километров тянутся крутые уступы, вероятно, порожденные былой тектонической активностью Меркурия, когда смещались и надвигались поверхностные слои планеты. Как и на Луне, большинство кратеров образовались в результате падений метеоритов. Там, где кратеров немного,’ мы видим сравнительно молодые участки поверхности. Старые, разрушенные кратеры заметно отличаются от более молодых кратеров, хорошо сохранившихся.
Каменистая пустыня и множество отдельных камней видны на первых фототелевизионных панорамах, переданных с поверхности Венеры автоматическими станциями серии «Венера» (рис. 39). Радиолокационные наземные наблюдения обнаружили на этой планете множество неглубоких кратеров, диаметры которых от 30 до 700 км . В целом эта планета оказалась наиболее гладкой из всех планет земной группы, хотя и на ней есть большие горные массивы и протяженные возвышенности, вдвое превышающие по размерам земной Тибет. Грандиозен потухший вулкан Максвелл, его высота 12 км (в полтора раза больше Джомолунгмы), поперечник подошвы 1000 км , диаметр кратера на вершине 100 км . Очень велики, но меньше, чем Максвелл, вулканические конусы Гаусс и Герц. Подобно рифтовым ущельям, тянущимся по дну земных океанов, на Венере также обнаружены рифтовые зоны, свидетельствующие о том, что и на этой планете когда-то происходили (а может быть, происходят и сейчас!) активные процессы (например, вулканическая деятельность).
Рис. 40. Кольцевые структуры на поверхности Венеры диаметром от 100 до 200 тыс. км.
Рис. 41. Застывшие потоки лавы на Венере.
В 1983—1984 гг. со станций «Венера-15» и «Венера-16» проводились радиолокационные исследования, позволившие создать карту и атлас поверхности планеты (размеры деталей поверхности 1—2 км). Новый шаг в исследовании поверхности Венеры связан с применением более совершенной радиолокационной системы, установленной на борту американской АМС «Магеллан». Этот космический аппарат достиг окрестности Венеры в августе 1990 г . и вышел на вытянутую эллиптическую орбиту. Регулярная съемка проводится с сентября 1990 г . На Землю передаются отчетливые изображения, на некоторых из них хорошо различимы детали размером до 120 м (рис. 40—44). К маю 1993 г . съемкой было охвачено почти 98% поверхности планеты. Продолжавшийся несколько лет космический эксперимент включал не только фотографирование Венеры, но и проведение других исследований (гравитационного поля, атмосферы и др.) в 1995 г .
Рис. 42. Плато Лакшми и горы Дану на Венере.
Рис. 43. Гора Маат — вулкан, высотой около 8 км , на Венере .
Рис. 44. Гора Сиф на Венере — вулкан, достигающий 2 км высоты.
Изобилует кратерами и поверхность Марса (рис. 45). Особенно много их в южном полушарии планеты. Темные области, занимающие значительную часть поверхности планеты, получили название морей (Эллада, Аргир и др.). Диаметры некоторых морей превышают 2000 км . Возвышенности, напоминающие земные континенты, представляющиесобой светлые поля оранжево-красного цвета, названы материками (Фарсида, Элисиум). Как и на Венере, здесь есть огромные вулканические конусы. Высота наибольшего из них (Олимпа) превышает 25 км , диаметр кратера 90 км . Диаметр основания этой гигантской конусообразной горы более 500 км .
Рис. 45. «Улыбающийся» кратер на Марсе.
Рис. 46. Спутники Марса — Фобос и Деймос.
Рис. 47. Поверхность Марса.
О том что миллионы лет назад на Марсе происходили мощные вулканические извержения и смещались поверхностные пласты, свидетельствуют остатки лавовых потоков, огромные разломы поверхности (один из них — Маринер — тянется на 4000 км ), многочисленные ущелья и каньоны . Возможно, что именно некоторые из этих образований (например, цепочки кратеров или протяженные ущелья) исследователи Марса еще 100 лет назад приняли за «каналы», существование которых впоследствии долгое время пытались объяснить деятельностью разумных обитателей Марса.
Перестал быть загадкой и красноватый цвет Марса. Он объясняется тем, что грунт этой планеты содержит много глин, богатых железом.
С близкого расстояния неоднократно фотографировались спутники Марса (рис. 46) и передавались панорамы поверхности «Красной планеты» (рис. 47).
Вы знаете, что почти 2/3 поверхности Земли занимают океаны. На поверхности Венеры и Меркурия воды нет. Открытые водоемы не обнаружены пока и на Марсе. Но вода на Марсе предположительно есть в виде льда, образующего полярные шапки. Например, толщина полярной шапки у Южного полюса от 1 до 3 км. Есть на Марсе и обширный слой вечной мерзлоты. В результате исследований, которые проводились в 1998—2002 гг., на Марсе выявлены очень большие запасы льда, находящегося неглубоко под поверхностью планеты (АМС «Марс Глоубэл», «Марс Одиссей»). На холодном и сухом Марсе в условиях низких давлений может находиться и вода. Так ли это, выяснится в ходе новых полетов АМС на Марс (только летом 2003 г . было запущено три АМС). А вскоре на Марс могут полететь и люди.
Источник
Планеты земной группы: основные характеристики и сравнительная таблица
Астрономы выделяют в Солнечной системе две большие группы планет. Те из них, которые расположены за поясом астероидов, называются «газовыми гигантами». Они состоят по большей части из газов и не имеют твердой поверхности. Ближайшие же к Солнцу 4 планеты входят в так называемую земную группу, так как все они похожи на Землю. Считается, что почти все экзопланеты (находящиеся за пределами Солнечной системы) также относятся к одной их этих двух групп.
Общая характеристика планет земной группы
Главное черта, объединяющая землеподобные планеты – это их твердотельность. У них есть плотная поверхность, на которую, теоретически, может приземлиться космический корабль. Астрономы допускают, что в космосе есть «водные» миры – планеты, чья поверхность представляет собой сплошной океан. Они также могут быть отнесены к земной группе, важно лишь, чтобы граница между атмосферой и жидкой поверхностью была абсолютно четкой.
Следующая важная черта землеподобных планет – это их скромные размеры. Для иллюстрации сравним Землю, наибольшую в Солнечной системе замлеподобную планету, и Нептун, наименьший газовый гигант. Радиус Нептуна больше примерно в 4 раза (24622 км против 6371 км), а по массе он превосходит Землю в 17 раз! Размеры Меркурия ещё скромнее – он в 20 раз легче Земли и имеет радиус в 2439 км. Венера почти совпадает по габаритам с Землей, а радиус Марса не превышает 3389 км.
Планеты земной группы обычно либо вовсе не имеют спутников (как Венера и Меркурий), либо обладают малым количеством небольших сателлитов. У Марса лишь два спутника, размеры которых не превышают и 30 км в поперечнике. Земля является исключением – у нее только один спутник (Луна), но он огромен (диаметр 3472 км). Для сравнения – у Юпитера известно 79 спутников, три из которых (Ганимед, Каллисто и Ио) превосходят по размерам Луну. Также планеты земной группы не обладают кольцами, которые есть у каждого газового гиганта Солнечной системы.
Можно заметить, что землеподобные планеты вращаются вокруг своей оси относительно медленно. Земля и Марс тратят на один оборот примерно 24 часа, Меркурий – 58 дней, а Венера – 243 дня. А вот на газовых гигантах Солнечной системы сутки длятся от 9 до 17 часов.
Зато на планетах земной группы значительно короче планетарный год. Это связано с тем, что они ближе располагаются к Солнцу. Марс никогда не отдаляется от светила дальше, чем на 249 млн км, в то время как Юпитер не приближается ближе, чем на 740 млн км. Предполагается, что эта закономерность связана с тем, что во время формирования планет Солнечной системы из протопланетного диска более легкие элементы (водород, гелий), являющиеся основой газовых гигантов, были отброшены центробежными силами на край этого диска. Впрочем, среди экзопланет известно несколько газовых гигантов, которые расположены невероятно близко к своей звезде (так называемые «горячие юпитеры»).
В химическом составе землеподобных планет преобладают кремний, железо, кислород, магний и другие металлы. Надо отметить, что большая доля кислорода связана с тем, что этот элемент образует оксиды с металлами.
Строение землеподобных планет схоже. У них есть ядро, которое в основном состоит из железа, хотя в нем есть и доля никеля. Считается, что у Меркурия ядро жидкое, а у других планет – твердое. Над ядром располагается мантия. Ее сложно назвать твердой, но и жидкостью в традиционном для нас смысле она не является. Вязкость магмы в триллионы раз превышает вязкость песка. Над мантией располагается твердая и обычно тонкая кора планеты.
Над корой располагается атмосфера. У Меркурия она почти отсутствует – ее давление в 500 млрд раз слабее ниже давления на Земле. Венера же, наоборот, обладает плотнейшей атмосферой, давление которой сопоставимо с давлением воды на глубине в 900 метров.
Количество кратеров на поверхности планеты определяется геологической активностью планеты. На Меркурии геологическая активность прекратилась 3,5 млрд лет назад, поэтому вся его поверхность усеяна следами столкновений с астероидами. А на Земле и Венере кратеров значительно меньше, так как они до сих пор активны.
Основные данные землеподобных планет приведены в таблице ниже:
