- Планеты земной группы
- Планеты-гиганты и другие небесные тела, входящие в состав Солнечной системы
- Гипотеза происхождения Солнечной системы
- знать основные параметры планет и других небесных тел, входящих в состав Солнечной системы
- уметь давать краткую характеристику небесным телам, входящим в состав Солнечной системы; формулировать гипотезу о происхождении Солнечной системы
- Какие планеты входят в состав Солнечной системы?
- Как движутся планеты в системе отсчёта, связанной с Солнцем?
- В чём причина смены дня и ночи?
Планеты земной группы
Рассмотрим устройство Солнечной системы с помощью гелиоцентрической системы отсчёта: за тело отсчёта примем Солнце, за начало отсчёта — центр данной звезды, координатные оси направим к удалённым звёздам.
В данной системе отсчёта планеты движутся по эллиптическим орбитам вокруг Солнца в направлении, совпадающим с направлением вращения Солнца, одновременно вращаясь вокруг своей оси. Солнце при этом находится в одном из фокусов эллиптической орбиты и вращается вокруг своей оси (рис. 1). Орбиты планет приблизительно лежат в одной плоскости. У большинства планет направление вращения вокруг своей оси совпадает с направлением вращения Солнца, исключение составляют Венера и Уран. В таблице 1 приведены основные параметры планет Солнечной системы.
Рис. 1. Каждая планета вращается по эллиптической орбите, в одном из фокусов которой находится Солнце
Меркурий, Венера, Земля и Марс относятся к планетам земной группы. Данная группа планет имеет твёрдую поверхность — литосферу, а в составе преобладают тяжёлые химические элементы.
Длительность дня и ночи на Меркурии практически равны меркурианскому году. Это связано с тем, что период вращения планеты вокруг своей оси примерно в 1,5 раза меньше периода вращения вокруг Солнца. Из-за большой продолжительности дня поверхность Меркурия разогревается до 430 °С.
Рис. 2. Поверхность Меркурия в представлении художника
В результате скорость хаотического движения молекул газа на поверхности планеты сопоставима со второй космической скоростью Меркурия и большинство молекул улетают в космическое пространство — по этой причине Меркурий не имеет атмосферы. Ночью поверхность планеты охлаждается до −180 °С. На рисунке 2 приведена фотография поверхности Меркурия.
Следующая по удалению от Солнца планета — Венера — имеет плотную атмосферу, в состав которой входят углекислый газ (96 %), азот (3,2 %) и небольшое количество кислорода и других химических элементов. В 1970 г. на поверхность Венеры впервые была осуществлена успешная посадка советской межпланетной станции «Венера–7». Благодаря этому были получены сведения о температуре и давлении на поверхности планеты, которые составили 475 °С и 90 атм. В 1975 г. были получены первые снимки поверхности Венеры.
Таблица 1. Основные характеристики планет Солнечной системы
Напомним, что эксцентриситет равен отношению расстояния от центра эллипса до его фокуса к длине большой полуоси : (рис. 1). Эксцентриситет характеризует, насколько эллипс близок к окружности: если , то эллипс превращается в окружность с радиусом .
Рис. 3. Фотография Венеры
На рисунке 3 приведена фотография Венеры, сделанная из космоса. Планету окутывают плотные облака, полностью закрывающие её поверхность и представляющие собой систему полос. Облака содержат огромное количество углекислого газа, который задерживает инфракрасное излучение и является причиной парникового эффекта. На Венере часто идут грозы и кислотные дожди.
Рис. 4. Фотография Земли
В отличие от атмосферы Венеры, в атмосфере Земли содержится большое количество кислорода. Поверхность нашей планеты окружена озоновым слоем, защищающим живые организмы от губительного ультрафиолетового излучения. Большая часть Земли покрыта водой (рис. 4).
Земля имеет один спутник — Луну, вращающийся вокруг планеты по круговой орбите. Радиус Луны примерно в 4 раза меньше радиуса Земли, масса — практически в 81 раз. Периоды вращения Луны вокруг своей оси и обращения вокруг Земли совпадают, поэтому Луна всегда обращена к Земле одной и той же стороной.
Рис. 5. Видимая сторона Луны
На рисунке 5 приведена фотография видимой части Луны. Луна не имеет атмосферы, температура поверхности спутника днем составляет 120 °С, ночью — приблизительно −150 °С.
Существует теория, что Луна образовалась в результате столкновения Земли с крупным космическим телом. Удар привёл к тому, что часть Земли откололась и вышла на орбиту планеты. Данную гипотезу подтверждает тот факт, что химический состав лунных пород практически такой же, как и у Земли, различается лишь процентное содержание того или иного химического элемента.
Рис. 6. Фотография поверхности Марса
Диаметр Земли приблизительно в два раза больше диаметра Марса. Атмосфера Марса имеет очень низкую плотность, давление на поверхности приблизительно равно 0,0067 атм. Благодаря таким условиям поверхность Марса легко просматривается из космоса. На рисунке 6 приведена фотография поверхности планеты.
В состав атмосферы Марса входят углекислый газ (96 %), азот (2,7 %), аргон (1,6 %), кислород (0,13 %), водяной пар
(0,03 %) и другие элементы. Температура на поверхности изменяется от −14 °С до −120 °С в зависимости от времени года. Марс имеет два спутника, похожих по форме на астероиды.
Планеты-гиганты и другие небесные тела, входящие в состав Солнечной системы
Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун относятся к планетам-гигантам.
Каждая из этих планет представляет собой огромный газовый шар, внутри которого находится небольшое твёрдое ядро, окружённое жидким веществом и атмосферой.
Рис. 7. Строение Юпитера
Например, масса ядра Юпитера составляет всего 4 % массы всей планеты. Ядро Юпитера окружено оболочкой из металлического водорода, затем идёт слой из смеси жидкого молекулярного водорода и гелия. Атмосфера планеты — внешняя оболочка — преимущественно состоит из смеси газов: водорода
(86 %), гелия (14 %) и других химических элементов (рис. 7). Аналогичный состав атмосферы имеют и другие планеты-гиганты.
Планеты-гиганты имеют спутники и кольца, состоящие из кусков льда, пыли и кусков камней неправильной формы. Наиболее сложную систему колец имеет Сатурн.
На наиболее удалённых от Солнца орбитах вращаются так называемые карликовые планеты. Плутон является крупнейшей карликовой планетой Солнечной системы. Его состав представляет собой соединение из камня и льда, планета имеет относительно малые размеры: масса Плутона меньше массы Луны примерно в шесть раз, а объём — примерно в три раза.
Помимо планет, вокруг Солнца вращается большое количество астероидов — небесных тел каменистой структуры и неправильной формы. Большая часть астероидов движется по орбитам, расположенным между орбитами Марса и Юпитера, на расстоянии порядка 2,5 а. е. от Солнца. Данная совокупность астероидов называется поясом астероидов. Ширина пояса астероидов изменяется от 100 до 300 млн км. Самый большой астероид имеет диаметр около 532 км и называется Паллада.
Рис. 8. Комета
Ещё один вид небесных тел, присутствующих в Солнечной системе, — кометы. Кометы состоят из льда, космической пыли и замороженных газов. Они движутся по вытянутым орбитам, пересекающим орбиты планет. При приближении к Солнцу лёд и застывшие газы испаряются, в результате чего вокруг кометы образуется газовая оболочка — кома (рис. 8). Хвост кометы образуется в результате давления солнечного света и действия летящих от Солнца частиц. На сегодняшний день в Солнечной системе находится более 100 млрд комет.
Рис. 9. Кратер Бэрринджера в США, штат Аризона
При разрушении астероидов и комет образуются космические тела небольших размеров — метеороиды (метеорные частицы).
Попадая в атмосферу планеты, небольшие по размеру метеороиды быстро сгорают из-за сильного нагревания при трении, не достигая поверхности планеты.
Большие метеороиды, называемые метеоритами, не успевают сгореть в атмосфере и достигают поверхности планет. В месте падения метеорита образуется метеоритный кратер. Такие кратеры можно встретить как на поверхности Земли, так и на других планетах (рис. 9).
Гипотеза происхождения Солнечной системы
Рис. 10. Этапы образования Солнечной системы
Считается, что Солнце образовалось из газопылевого облака, состоящего из смеси водорода, гелия и других веществ, около 4,6 млрд лет назад. Облако создавало гравитационное поле, которое притягивало к себе частицы вещества из космического пространства — так сформировалась протозвезда. В результате усиливающегося действия гравитационных сил облако начало сжиматься и образовался вращающийся диск из веществ, основная масса которого была сосредоточена в его центре. В определённый момент температура и давление внутри облака стали настолько велики, что произошла термоядерная реакция, в результате которой большая часть массы вещества оказалась в центре гравитационного коллапса. Гравитационный коллапс — это процесс быстрого сжатия объектов под действием гравитационных сил.
Из остального вещества образовались протопланетные диски, из которых впоследствии сформировались планеты, астероиды и другие тела Солнечной системы (рис. 10).
Солнечная система включает в себя планеты земной группы: Меркурий, Венеру, Землю и Марс, а также планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
Планеты земной группы имеют твёрдую поверхность — литосферу, а в составе преобладают тяжёлые химические элементы.
Планета-гигант представляет собой огромный газовый шар, внутри которого находится небольшое твёрдое ядро, окружённое жидким веществом и атмосферой.
Помимо планет, в Солнечной системе находится множество других небесных тел: астероиды, кометы, метеоры, спутники планет и др.
Контрольные вопросы
1. Какие планеты относятся к планетам земной группы? Опишите особенности данной группы планет.
2. Какие планеты относятся к планетам-гигантам? Опишите особенности данной группы планет.
3. Как сформировалась Солнечная система?
