Poglavlje 8. Zemaljske planete: Merkur, Venera, Zemlja
Formiranje planeta
Na ovaj ili onaj način, trenutno je poznato 8 planeta u Sunčevom sistemu: Merkur, Venera, Zemlja, Mars, Jupiter, Saturn, Uran, Neptun i nekoliko plutonoida, uključujući i Pluton, koji je donedavno bio na listi planeta. Sve planete se kreću u orbitama u istom pravcu iu istoj ravni i gotovo kružnim orbitama (sa izuzetkom plutonoida). Od centra do periferije Sunčevog sistema (do Plutona) 5,5 svjetlosnih sati. Udaljenost od Sunca do Zemlje je 149 miliona km, što je 107 njegovih prečnika. Prve planete od Sunca upadljivo se razlikuju po veličini od potonjih i, za razliku od njih, nazivaju se zemaljskim planetima, a udaljene planete divovskim.
Merkur
Planeta najbliža Suncu, Merkur, dobila je ime po rimskom bogu trgovine, putnika i lopova. Ova mala planeta se brzo kreće u orbiti i vrlo sporo rotira oko svoje ose. Merkur je poznat od davnina, ali astronomi nisu odmah shvatili da je to planeta, te da su ujutro i uveče vidjeli istu zvijezdu.
Merkur se nalazi na udaljenosti od oko 0,387 AJ od Sunca. (1 AJ je jednak prosječnom poluprečniku Zemljine orbite), a udaljenost od Merkura do Zemlje, kako se on i Zemlja kreću po svojim putanjama, mijenja se od 82 do 217 miliona km. Nagib ravni Merkurove orbite prema ravni ekliptike (ravan Sunčevog sistema) je 7°. Merkurova osa je skoro okomita na ravan njegove orbite, a orbita mu je izdužena. Dakle, na Merkuru nema godišnjih doba, a promjene dana i noći se dešavaju vrlo rijetko, otprilike jednom u dvije Merkurove godine. Jedna njegova strana, dugo okrenuta prema Suncu, veoma je vruća, a druga, dugo okrenuta od Sunca, u strašnoj je hladnoći. Merkur se kreće oko Sunca brzinom od 47,9 km/s. Težina Merkura je skoro 20 puta manja od težine Zemlje (0,055M), a njegova gustina je skoro ista kao i Zemljina (5,43 g/cm3). Radijus planete Merkur je 0,38R (radijus Zemlje, 2440 km).
Zbog njegove blizine Suncu, pod uticajem gravitacije, u telu Merkura su nastale moćne plimne sile koje su usporile njegovu rotaciju oko svoje ose. Na kraju se Merkur našao u rezonantnoj zamci. Period njegovog okretanja oko Sunca, izmjeren 1965. godine, iznosio je 87,95 zemaljskih dana, a period rotacije oko svoje ose 58,65 zemaljskih dana. Merkur obavi tri puna okretanja oko svoje ose za 176 dana. Tokom istog perioda, planeta napravi dva okreta oko Sunca. U budućnosti bi plimno kočenje Merkura trebalo da dovede do jednakosti njegove revolucije oko svoje ose i revolucije oko Sunca. Tada će uvijek biti okrenut prema Suncu u jednom smjeru, baš kao što je Mjesec okrenut prema Zemlji.
Merkur nema satelite. Možda je nekada davno i sam Merkur bio satelit Venere, ali je zbog solarne gravitacije "oduzet" od Venere i postao nezavisna planeta. Planeta je zapravo sfernog oblika. Ubrzanje slobodnog pada na njegovoj površini je skoro 3 puta manje nego na Zemlji (g = 3,72 m/s 2 ).
Njegova blizina Suncu otežava posmatranje Merkura. Na nebu se ne udaljava daleko od Sunca - maksimalno 29°, sa Zemlje je vidljiv ili prije izlaska sunca (jutarnja vidljivost) ili nakon zalaska sunca (večernja vidljivost).
Po svojim fizičkim karakteristikama, Merkur podsjeća na Mjesec, a na njegovoj površini ima mnogo kratera. Merkur ima veoma tanku atmosferu. Planeta ima veliko gvozdeno jezgro, koje je izvor gravitacije i magnetnog polja, čija je jačina 0,1 jačine Zemljinog magnetnog polja. Merkurovo jezgro čini 70% zapremine planete. Temperatura površine se kreće od 90° do 700° K (–180° do +430° C). Ekvatorijalna strana Sunca se zagrijava mnogo više od polarnih područja. Različiti stupnjevi površinskog zagrijavanja stvaraju razliku u temperaturi razrijeđene atmosfere, što bi trebalo uzrokovati njeno kretanje - vjetar.
Unutrašnjost Sunčevog sistema naseljavaju različita tijela: velike planete, njihovi sateliti, kao i mala tijela - asteroidi i komete. Od 2006. godine u grupu planeta uvedena je nova podgrupa - patuljaste planete, koje imaju unutrašnje kvalitete planeta (sferoidni oblik, geološka aktivnost), ali zbog svoje male mase nisu u mogućnosti da dominiraju u blizini svoje orbite. . Sada je 8 najmasivnijih planeta - od Merkura do Neptuna - odlučeno da se nazovu jednostavno planetama, iako ih u razgovoru astronomi, radi jasnoće, često nazivaju "glavnim planetama" kako bi ih razlikovali od patuljastih planeta. Izraz "mala planeta", koji se dugi niz godina primjenjivao na asteroide, sada se preporučuje da se ne koristi kako bi se izbjegla zabuna s patuljastim planetima
U području velikih planeta vidimo jasnu podjelu na dvije grupe od po 4 planete: vanjski dio ove regije zauzimaju džinovske planete, a unutrašnji dio zauzimaju mnogo manje masivne zemaljske planete. Grupa divova se također obično dijeli na pola: plinoviti divovi (Jupiter i Saturn) i ledeni divovi (Uran i Neptun). U grupi zemaljskih planeta također se pojavljuje podjela na pola: Venera i Zemlja su izuzetno slične jedna drugoj u mnogim fizičkim parametrima, a Merkur i Mars su red veličine inferiorniji od njih po masi i gotovo su bez atmosfere. (čak i Mars ima atmosferu stotinama puta manju od Zemljine, a Merkur je praktično odsutan).
Treba napomenuti da se među dvjesto satelita planeta može razlikovati najmanje 16 tijela koja imaju unutrašnja svojstva punopravnih planeta. Često premašuju patuljaste planete po veličini i masi, ali su istovremeno pod kontrolom gravitacije mnogo masivnijih tijela. Riječ je o Mjesecu, Titanu, Galilejevim satelitima Jupitera i slično. Stoga bi bilo prirodno uvesti novu grupu u nomenklaturu Sunčevog sistema za takve "podređene" objekte planetarnog tipa, nazivajući ih "satelitskim planetama". Ali ova ideja je trenutno u raspravi.
Vratimo se na zemaljske planete. U poređenju s divovima, privlačni su jer imaju čvrstu površinu na koju svemirske sonde mogu sletjeti. Od 1970-ih, automatske stanice i samohodna vozila SSSR-a i SAD-a više puta su slijetala i uspješno radila na površini Venere i Marsa. Slijetanja na Merkur još nije bilo, jer su letovi u blizinu Sunca i slijetanje na masivno tijelo bez atmosfere povezani s velikim tehničkim problemima.
Proučavajući zemaljske planete, astronomi ne zaboravljaju ni samu Zemlju. Analiza snimaka iz svemira omogućila je razumijevanje mnogo o dinamici Zemljine atmosfere, strukturi njenih gornjih slojeva (gdje se ne dižu avioni, pa čak ni baloni) i procesima koji se odvijaju u njenoj magnetosferi. Upoređivanjem strukture atmosfere planeta sličnih Zemlji, mnogo se može razumjeti o njihovoj povijesti i preciznije predvidjeti njihovu budućnost. A kako sve više biljke i životinje žive na površini naše (ili ne samo naše?) planete, karakteristike nižih slojeva atmosfere su nam posebno važne. Ovo predavanje je posvećeno zemaljskim planetama; uglavnom – njihov izgled i stanje na površini.
Sjaj planete. Albedo
Gledajući planetu izdaleka, lako možemo razlikovati tijela sa atmosferom i bez nje. Prisustvo atmosfere, tačnije prisustvo oblaka u njoj, čini izgled planete promjenjivim i značajno povećava svjetlinu njenog diska. To je jasno vidljivo ako rasporedimo planete u nizu od potpuno bez oblaka (bez atmosfere) do potpuno prekrivenih oblacima: Merkur, Mars, Zemlja, Venera. Stjenovita tijela bez atmosfere slična su jedno drugom do gotovo potpune nerazlučivosti: uporedite, na primjer, fotografije Mjeseca i Merkura velikih razmjera. Čak i iskusno oko ima poteškoća da razlikuje površine ovih tamnih tijela, gusto prekrivenih meteoritskim kraterima. Ali atmosfera svakoj planeti daje jedinstven izgled.
Prisustvo ili odsustvo atmosfere na planeti kontrolišu tri faktora: temperatura i gravitacioni potencijal na površini, kao i globalno magnetno polje. Takvo polje ima samo Zemlja i ono značajno štiti našu atmosferu od strujanja sunčeve plazme. Mjesec je izgubio atmosferu (ako ju je uopće imao) zbog male kritične brzine na površini, a Merkur - zbog visoke temperature i moćne solarni vetar. Mars, sa skoro istom gravitacijom kao i Merkur, uspeo je da zadrži ostatke atmosfere, jer je zbog udaljenosti od Sunca hladan i ne tako intenzivno duva Sunčev vetar.
U pogledu svojih fizičkih parametara, Venera i Zemlja su skoro blizanci. Imaju vrlo sličnu veličinu, masu, a samim tim i prosječnu gustinu. Njihova unutrašnja struktura također bi trebala biti slična - kora, plašt, gvozdeno jezgro - iako u to još nema sigurnosti, jer nedostaju seizmički i drugi geološki podaci o utrobi Venere. Naravno, nismo duboko prodrli u utrobu Zemlje: na većini mjesta 3-4 km, ponegdje 7-9 km, a samo na jednom mjestu 12 km. Ovo je manje od 0,2% Zemljinog radijusa. Ali seizmička, gravimetrijska i druga mjerenja omogućavaju vrlo detaljnu procjenu unutrašnjosti Zemlje, dok za druge planete takvih podataka gotovo da i nema. Detaljne karte gravitaciono polje dobijeno samo za Mesec; toplotni tokovi iz unutrašnjosti mjereni su samo na Mjesecu; Seizmometri su do sada radili samo na Mjesecu i (ne baš osjetljivi) na Marsu.
Geolozi i dalje sude o unutrašnjem životu planeta prema karakteristikama njihove čvrste površine. Na primjer, odsustvo znakova litosfernih ploča na Veneri je značajno razlikuje od Zemlje, u čijoj evoluciji površine tektonski procesi (kontinentalni drift, širenje, subdukcija, itd.) igraju odlučujuću ulogu. Istovremeno, neki indirektni dokazi ukazuju na mogućnost tektonike ploča na Marsu u prošlosti, kao i tektonike ledenog polja na Evropi, Jupiterovom mjesecu. Dakle, vanjska sličnost planeta (Venera - Zemlja) ne garantuje sličnost njihove unutrašnje strukture i procesa koji se odvijaju u njihovim dubinama. A planete koje nisu slične jedna drugoj mogu pokazati slične geološke fenomene.
Vratimo se onome što je dostupno astronomima i drugim stručnjacima za direktno proučavanje, naime, površini planeta ili njihovim oblačnim slojem. U principu, neprozirnost atmosfere u optičkom opsegu nije nepremostiva prepreka za proučavanje čvrste površine planete. Radar sa Zemlje i svemirskih sondi omogućili su proučavanje površina Venere i Titana kroz njihove atmosfere neprozirne za svjetlost. Međutim, ovi radovi su sporadični, a sistematska proučavanja planeta i dalje se izvode optičkim instrumentima. I što je još važnije, optičko zračenje sa Sunca služi kao glavni izvor energije za većinu planeta. Dakle, sposobnost atmosfere da reflektuje, rasipa i apsorbuje ovo zračenje direktno utiče na klimu na površini planete.
Najsjajnija svjetiljka na noćnom nebu, ne računajući Mjesec, je Venera. Veoma je svetao ne samo zbog svoje relativne blizine Suncu, već i zbog gustog sloja oblaka koncentrisanih kapljica sumporne kiseline, koji savršeno reflektuje svetlost. Naša Zemlja također nije previše tamna, jer je 30-40% Zemljine atmosfere ispunjeno vodenim oblacima, a oni također dobro raspršuju i reflektiraju svjetlost. Evo fotografije (slika iznad) na kojoj su Zemlja i Mjesec istovremeno uključeni u kadar. Ovu fotografiju je snimila svemirska sonda Galileo dok je letjela pored Zemlje na putu do Jupitera. Pogledajte koliko je Mjesec tamniji od Zemlje i općenito tamniji od bilo koje planete sa atmosferom. Ovo je opći obrazac - tijela bez atmosfere su vrlo tamna. Činjenica je da pod uticajem kosmičkog zračenja bilo solidan postepeno potamni.
Izjava da je površina Mjeseca tamna obično izaziva zabunu: na prvi pogled, Mjesečev disk izgleda vrlo svijetao; u noći bez oblaka čak nas zaslijepi. Ali ovo je samo u suprotnosti sa još tamnijim noćnim nebom. Za karakterizaciju refleksivnosti bilo kojeg tijela koristi se veličina koja se zove albedo. Ovo je stepen bjeline, odnosno koeficijent refleksije svjetlosti. Albedo jednak nuli - apsolutna crna, potpuna apsorpcija svjetlosti. Albedo jednak jedan je potpuna refleksija. Fizičari i astronomi imaju nekoliko različitih pristupa određivanju albeda. Jasno je da svjetlina osvijetljene površine ne zavisi samo od vrste materijala, već i od njegove strukture i orijentacije u odnosu na izvor svjetlosti i posmatrača. Na primjer, pahuljasti snijeg koji je upravo pao ima jednu vrijednost refleksije, ali snijeg na koji ste zagazili čizmom imat će potpuno drugu vrijednost. A ovisnost o orijentaciji lako se može demonstrirati ogledalom, propuštajući sunčeve zrake.
Cijeli raspon mogućih vrijednosti albeda pokriven je poznatim svemirski objekti. Ovdje je Zemlja koja odbija oko 30% sunčevih zraka, uglavnom zbog oblaka. A neprekidni oblačni pokrivač Venere reflektuje 77% svetlosti. Naš Mesec je jedno od najtamnijih tela, reflektuje u proseku oko 11% svetlosti; a njegova vidljiva hemisfera, zbog prisustva ogromnih tamnih "mora", reflektira svjetlost još gore - manje od 7%. Ali postoje i tamniji objekti; na primjer, asteroid 253 Matilda sa albedom od 4%. S druge strane, postoje iznenađujuće svijetla tijela: Saturnov mjesec Enceladus reflektira 81% vidljive svjetlosti, a njegov geometrijski albedo je jednostavno fantastičan - 138%, odnosno svjetliji je od savršeno bijelog diska istog poprečnog presjeka. Čak je teško i razumjeti kako mu to uspijeva. Čisti snijeg na Zemlji još gore odbija svjetlost; Kakav snijeg leži na površini ovog malog i slatkog Enceladusa?
Toplotni bilans
Temperatura bilo kojeg tijela određena je ravnotežom između priliva topline i njenog gubitka. Poznata su tri mehanizma razmene toplote: zračenje, kondukcija i konvekcija. Posljednja dva od njih zahtijevaju direktan kontakt sa okruženje Stoga, u vakuumu svemira, prvi mehanizam, zračenje, postaje najvažniji i, zapravo, jedini. Ovo stvara značajne probleme dizajnerima svemirske tehnologije. Moraju uzeti u obzir nekoliko izvora topline: Sunce, planetu (posebno u niskim orbitama) i unutrašnje komponente same svemirske letjelice. I postoji samo jedan način oslobađanja topline - zračenje s površine uređaja. Da bi održali ravnotežu toplotnih tokova, dizajneri svemirske tehnologije regulišu efektivni albedo uređaja koristeći izolaciju od ekrana-vakuma i radijatore. Kada takav sistem pokvari, uslovi u svemirskoj letjelici mogu postati prilično neugodni, kao što nas podsjeća priča o misiji Apolla 13 na Mjesec.
No, prvi put su se sa ovim problemom u prvoj trećini 20. stoljeća susreli kreatori balona na velikim visinama - takozvanih stratosferskih balona. Tih godina još nisu znali da stvaraju složeni sistemi termička regulacija zatvorene gondole, stoga su bili ograničeni na jednostavno odabiranje albeda njene vanjske površine. Koliko je tjelesna temperatura osjetljiva na svoj albedo otkriva historija prvih letova u stratosferu.
Gondola vašeg stratosferskog balona FNRS-1Švajcarac Auguste Picard ofarbao ga je u bijelo s jedne strane i crnom s druge strane. Ideja je bila da se temperatura u gondoli može regulisati okretanjem sfere na ovaj ili onaj način prema Suncu. Za rotaciju, vani je postavljen propeler. Ali uređaj nije radio, sunce je sijalo sa “crne” strane, a unutrašnja temperatura na prvom letu porasla je na 38 °C. Na sljedećem letu, cijela kapsula je jednostavno bila prekrivena srebrom kako bi reflektovala sunčeve zrake. Unutra je postalo -16 °C.
Američki dizajneri stratosferskih balona Explorer Uzeli su u obzir Picardovo iskustvo i prihvatili kompromisnu opciju: gornji dio kapsule ofarbali su u bijelo, a donji u crno. Ideja je bila da gornja polovina sfere reflektuje sunčevo zračenje, a donja polovina apsorbuje toplotu sa Zemlje. Ova opcija se pokazala dobrom, ali i ne idealnom: tokom letova u kapsuli bila je 5 °C.
Sovjetski stratonauti jednostavno su izolirali aluminijske kapsule slojem filca. Kao što je praksa pokazala, ova odluka je bila najuspješnija. Unutrašnja toplota, koju je uglavnom proizvodila posada, bila je dovoljna za održavanje stabilne temperature.
Ali ako planeta nema svoje moćne izvore topline, tada je vrijednost albeda vrlo važna za njenu klimu. Na primjer, naša planeta apsorbira 70% sunčeve svjetlosti koja pada na nju, prerađujući je u vlastito infracrveno zračenje, podržavajući ciklus vode u prirodi, pohranjujući je kao rezultat fotosinteze u biomasi, nafti, uglju i plinu. Mjesec apsorbira gotovo svu sunčevu svjetlost, osrednje je pretvarajući u infracrveno zračenje visoke entropije i na taj način održava svoju prilično visoku temperaturu. No, Enceladus sa svojom savršeno bijelom površinom ponosno odbija gotovo svu sunčevu svjetlost, što plaća monstruozno niskom temperaturom površine: u prosjeku oko –200 °C, a na nekim mjestima i do –240 °C. Međutim, ovaj satelit - "sav u bijelom" - ne pati mnogo od vanjske hladnoće, jer ima alternativni izvor energije - plimni gravitacijski utjecaj svog susjeda Saturna (), koji održava svoj subglacijalni ocean u tekućem stanju. Ali zemaljske planete interni izvori Toplina je vrlo slaba, pa temperatura njihove čvrste površine u velikoj mjeri zavisi od svojstava atmosfere – od njene sposobnosti, s jedne strane, da reflektira dio sunčevih zraka natrag u svemir, as druge da zadrži energija zračenja koja prolazi kroz atmosferu do površine planete.
Efekat staklene bašte i planetarna klima
U zavisnosti od toga koliko je planeta udaljena od Sunca i koliki udio sunčeve svjetlosti apsorbira, formiraju se temperaturni uslovi na površini planete i njena klima. Kako izgleda spektar bilo kojeg samosvjetlećeg tijela, poput zvijezde? U većini slučajeva, spektar zvijezde je „jednogrba“, gotovo Plankova kriva, u kojoj položaj maksimuma ovisi o temperaturi površine zvijezde. Za razliku od zvijezde, spektar planete ima dvije "grbe": reflektira dio svjetlosti zvijezde u optičkom rasponu, a drugi dio apsorbira i ponovo zrači u infracrvenom opsegu. Relativna površina ispod ove dvije grbe je precizno određena stepenom refleksije svjetlosti, odnosno albedom.
Pogledajmo dvije najbliže planete - Merkur i Veneru. Na prvi pogled, situacija je paradoksalna. Venera reflektuje skoro 80% sunčeve svetlosti i apsorbuje samo oko 20%. Ali Merkur ne reflektuje skoro ništa, već sve upija. Osim toga, Venera je dalje od Sunca od Merkura; 3,4 puta manje sunčeve svjetlosti pada po jedinici njegove površine oblaka. Uzimajući u obzir razliku u albedu svaki kvadratnom metruČvrsta površina Merkura prima skoro 16 puta više sunčeve toplote nego ista površina na Veneri. Pa ipak, na cijeloj čvrstoj površini Venere vladaju pakleni uslovi - enormne temperature (kalaj i olovo se tope!), a Merkur je hladniji! Na polovima se uglavnom nalazi Antarktik, a na ekvatoru je prosječna temperatura 67 °C. Naravno, danju se površina Merkura zagrijava do 430 °C, a noću se hladi na –170 °C. Ali već na dubini od 1,5-2 metra dnevne fluktuacije su izglađene i možemo govoriti o prosječnoj površinskoj temperaturi od 67 °C. Vruće je, naravno, ali možete živjeti. A u srednjim geografskim širinama Merkura uglavnom je sobna temperatura.
Sta je bilo? Zašto je Merkur, blizu Sunca i koji lako upija njegove zrake, zagrejan do sobnoj temperaturi, a Venera, dalje od Sunca i aktivno reflektirajući njegove zrake, grije se poput peći? Kako će fizika ovo objasniti?
Zemljina atmosfera je gotovo prozirna: propušta 80% dolazne sunčeve svjetlosti. Zrak ne može pobjeći u svemir kao rezultat konvekcije - planeta ga ne pušta. To znači da se može hladiti samo u obliku infracrvenog zračenja. A ako IR zračenje ostane zaključano, onda zagrijava one slojeve atmosfere koji ga ne oslobađaju. Ovi slojevi sami postaju izvor topline i djelomično je usmjeravaju natrag na površinu. Dio zračenja odlazi u svemir, ali se najveći dio vraća na površinu Zemlje i zagrijava je dok se ne uspostavi termodinamička ravnoteža. Kako se instalira?
Temperatura raste, a maksimum u spektru se pomiče (Wienov zakon) sve dok ne pronađe "prozor transparentnosti" u atmosferi, kroz koji će IR zraci pobjeći u svemir. Uspostavlja se ravnoteža toplotnih tokova, ali na višoj temperaturi nego što bi bila u odsustvu atmosfere. Ovo je efekat staklene bašte.
U životu se često susrećemo sa efektom staklene bašte. I to ne samo u obliku baštenskog staklenika ili posude postavljene na šporet, koju pokrivamo poklopcem kako bismo smanjili prenos toplote i ubrzali ključanje. Ovi primjeri ne pokazuju čisti efekat staklene bašte, jer je u njima smanjeno i radijacijsko i konvektivno odvođenje topline. Mnogo bliži opisanom efektu je primjer jasnog ledena noć. Kada je vazduh suv i nebo bez oblaka (na primer, u pustinji), nakon zalaska sunca zemlja se brzo hladi, a vlažan vazduh i oblaci izglađuju dnevne temperaturne fluktuacije. Nažalost, ovaj efekat je dobro poznat astronomima: jasne zvjezdane noći mogu biti posebno hladne, što čini rad na teleskopu veoma neugodnim. Vraćajući se na gornju sliku, vidjet ćemo razlog: vodena para u atmosferi služi kao glavna prepreka infracrvenom zračenju koje prenosi toplinu.
Mjesec nema atmosferu, što znači da nema efekta staklene bašte. Na njegovoj površini je eksplicitno uspostavljena termodinamička ravnoteža, nema razmjene zračenja između atmosfere i čvrste površine. Mars ima tanku atmosferu, ali njegov efekat staklene bašte i dalje dodaje 8 °C. I dodaje skoro 40 °C Zemlji. Da naša planeta nema tako gustu atmosferu, temperatura Zemlje bila bi 40 °C niža. Danas je u prosjeku 15 °C širom svijeta, ali bi bilo –25 °C. Svi okeani bi se smrzli, površina Zemlje bi pobijelila od snijega, albedo bi se povećao, a temperatura bi pala još niže. Općenito - strašna stvar! Ali dobro je da efekat staklene bašte u našoj atmosferi djeluje i grije nas. I još snažnije djeluje na Veneru - podiže prosječnu temperaturu Venere za više od 500 stepeni.
Površina planeta
Do sada nismo započeli detaljno proučavanje drugih planeta, uglavnom se ograničavajući na posmatranje njihove površine. Koliko su informacije o izgledu planete važne za nauku? Koje nam vrijedne informacije može reći slika njegove površine? Ako je to plinovita planeta, poput Saturna ili Jupitera, ili čvrsta, ali prekrivena gustim slojem oblaka, poput Venere, onda vidimo samo gornji sloj oblaka, dakle, nemamo gotovo nikakve informacije o samoj planeti. Oblačna atmosfera je, kako kažu geolozi, super-mlada površina - danas je ovako, ali sutra će biti drugačije, ili ne sutra, već za 1000 godina, što je samo trenutak u životu planete.
Velika crvena mrlja na Jupiteru ili dva planetarna ciklona na Veneri se posmatraju već 300 godina, ali nam je rečeno samo nekoliko opšta svojstva moderna dinamika njihove atmosfere. Naši potomci će, gledajući ove planete, vidjeti potpuno drugačiju sliku, a mi nikada nećemo znati kakvu su sliku mogli vidjeti naši preci. Dakle, gledajući izvana planete sa gustom atmosferom, ne možemo suditi o njihovoj prošlosti, jer vidimo samo promjenjivi sloj oblaka. Sasvim druga stvar je Mjesec ili Merkur, na čijoj površini se nalaze tragovi meteoritskog bombardiranja i geoloških procesa koji su se dogodili tijekom proteklih milijardi godina.
A takva bombardovanja džinovskih planeta praktično ne ostavljaju tragove. Jedan od ovih događaja desio se krajem dvadesetog veka pred očima astronoma. Govorimo o kometi Shoemaker-Levy 9. Godine 1993., u blizini Jupitera primećen je čudan lanac od dvadesetak malih kometa. Proračun je pokazao da se radi o fragmentima jedne komete koja je 1992. godine proletjela u blizini Jupitera i bila rastrgnuta plimnim efektom njenog snažnog gravitacionog polja. Astronomi nisu vidjeli stvarnu epizodu raspada komete, već su samo uhvatili trenutak kada se lanac fragmenata komete udaljio od Jupitera poput "lokomotive". Da do raspada nije došlo, onda bi kometa, koja se približila Jupiteru hiperboličnom putanjom, otišla u daljinu duž druge grane hiperbole i, najvjerovatnije, nikada se više ne bi približila Jupiteru. Ali tijelo komete nije moglo izdržati plimni stres i kolabirao je, a energija utrošena na deformaciju i lomljenje tijela komete smanjila je kinetičku energiju njenog orbitalnog kretanja, prenoseći fragmente iz hiperboličke orbite u eliptičnu, zatvorenu oko Jupitera. Pokazalo se da je orbitalna udaljenost u pericentru manja od radijusa Jupitera, a fragmenti su se srušili na planet jedan za drugim 1994. godine.
Incident je bio ogroman. Svaka „krhotina“ jezgra komete je blok leda dimenzija 1×1,5 km. Naizmjenično su letjeli u atmosferu džinovske planete brzinom od 60 km/s (druga brzina bijega za Jupiter), s specifičnom kinetičkom energijom (60/11) 2 = 30 puta većom nego da je u pitanju sudar. sa Zemljom. Astronomi su sa velikim interesovanjem posmatrali kosmičku katastrofu na Jupiteru sa bezbednosti Zemlje. Nažalost, fragmenti komete pogodili su Jupiter sa strane koja u tom trenutku nije bila vidljiva sa Zemlje. Srećom, upravo je u to vrijeme svemirska sonda Galileo bila na putu za Jupiter, vidjela je ove epizode i pokazala nam ih. Zbog brze dnevne rotacije Jupitera, područja sudara u roku od nekoliko sati postala su dostupna kako zemaljskim teleskopima, tako i, što je posebno vrijedno, teleskopima blizu Zemlje, kao što je svemirski teleskop Hubble. Ovo je bilo vrlo korisno, jer je svaki blok, pavši u atmosferu Jupitera, izazvao kolosalnu eksploziju, uništavajući gornji sloj oblaka i stvarajući prozor vidljivosti duboko u atmosferu Jovijana na neko vrijeme. Dakle, zahvaljujući bombardovanju kometa, mogli smo da pogledamo tamo na kratko. Ali prošla su 2 mjeseca, a na oblačnoj površini nisu ostali tragovi: oblaci su prekrili sve prozore, kao da se ništa nije dogodilo.
Druga stvar - zemlja. Na našoj planeti ožiljci od meteorita ostaju dugo vremena. Ovdje se nalazi najpopularniji meteoritski krater promjera oko 1 km i starosti oko 50 hiljada godina. I dalje je jasno vidljivo. Ali krateri nastali prije više od 200 miliona godina mogu se pronaći samo suptilnim geološkim tehnikama. Odozgo se ne vide.
Usput, postoji prilično pouzdan odnos između veličine onoga što je palo na Zemlju veliki meteorit a prečnik kratera koji se njime formira je 1:20. Krater promjera kilometra u Arizoni nastao je udarom malog asteroida prečnika oko 50 m. A u davna vremena, veći "projektili" - i kilometar, pa čak i deset kilometara - udarali su u Zemlju. Danas znamo oko 200 velikih kratera; nazivaju se astroblemi (nebeske rane); a svake godine se otkrije nekoliko novih. Najveći, promjera 300 km, pronađen je u južnoj Africi, njegova starost je oko 2 milijarde godina. U Rusiji je najveći krater Popigai u Jakutiji sa prečnikom od 100 km. Sigurno ima većih, na primjer, na dnu okeana, gdje ih je teže primijetiti. Istina, dno okeana je geološki mlađe od kontinenata, ali čini se da na Antarktiku postoji krater promjera 500 km. Podvodno je i na njegovo prisustvo ukazuje samo profil dna.
Na površini Mjesec, gdje nema vjetra ili kiše, gdje nema tektonskih procesa, meteoritski krateri opstaju milijardama godina. Gledajući na Mjesec kroz teleskop, čitamo istoriju kosmičkog bombardovanja. Na poleđini je još korisnija slika za nauku. Čini se da iz nekog razloga posebno velika tijela tamo nikada nisu pala, ili, prilikom pada, nisu mogla probiti mjesečevu koru, koja je sa stražnje strane dvostruko deblja od one vidljive. Stoga lava koja teče nije ispunila velike kratere i nije sakrila istorijske detalje. Na bilo kojem dijelu mjesečeve površine nalazi se krater meteorita, veliki ili mali, a ima ih toliko da mlađi uništavaju one koji su ranije nastali. Došlo je do zasićenja: Mjesec više ne može postati više kraten nego što već jeste. Krateri su posvuda. A ovo je divna hronika istorije Sunčevog sistema. Na osnovu njega identifikovano je nekoliko epizoda aktivnog formiranja kratera, uključujući eru teškog bombardovanja meteorita (prije 4,1-3,8 milijardi godina), koje je ostavilo tragove na površini svih zemaljskih planeta i mnogih satelita. Zašto su tokovi meteorita pali na planete u to doba, tek treba da shvatimo. Potrebni su novi podaci o strukturi lunarne unutrašnjosti i sastavu materije na različitim dubinama, a ne samo o površini sa koje su do sada prikupljeni uzorci.
Merkur spolja sličan Mjesecu, jer je, kao i on, lišen atmosfere. Njegova kamenita površina, koja nije podložna eroziji gasa i vode, dugo zadržava tragove bombardovanja meteoritom. Među zemaljskim planetama, Merkur sadrži najstarije geološke tragove, koji datiraju oko 4 milijarde godina. Ali na površini Merkura nema velikih mora ispunjenih tamnom stvrdnutom lavom i sličnih lunarnim morima, iako tamo nema manje velikih udarnih kratera nego na Mjesecu.
Merkur je otprilike jedan i po puta veći od Mjeseca, ali njegova masa je 4,5 puta veća od Mjeseca. Činjenica je da je Mjesec gotovo u potpunosti stenovit, dok Merkur ima ogromno metalno jezgro, koje se očigledno sastoji uglavnom od gvožđa i nikla. Radijus njegovog metalnog jezgra je oko 75% poluprečnika planete (a Zemljinog samo 55%). Volumen Merkurovog metalnog jezgra je 45% zapremine planete (a Zemljinog samo 17%). Stoga je prosječna gustina Merkura (5,4 g/cm3) gotovo jednaka prosječnoj gustini Zemlje (5,5 g/cm3) i znatno premašuje prosječnu gustinu Mjeseca (3,3 g/cm3). Imajući veliko metalno jezgro, Merkur bi mogao nadmašiti Zemlju u svojoj prosječnoj gustini da nije zbog niske gravitacije na njegovoj površini. Imajući masu od samo 5,5% Zemljine, ima skoro tri puta manju gravitaciju, koja nije u stanju da zbije svoju unutrašnjost koliko unutrašnjost Zemlje, gdje čak i silikatni omotač ima gustinu od oko (5 g/ cm3), zbijeno.
Merkur je teško proučavati jer se kreće blizu Sunca. Da bi se interplanetarni aparat lansirao sa Zemlje prema njoj, on mora biti snažno usporen, odnosno ubrzan u smjeru suprotnom od orbitalnog kretanja Zemlje; tek tada će početi da "pada" prema Suncu. Nemoguće je to učiniti odmah pomoću rakete. Stoga su u dosad obavljena dva leta do Merkura korišćeni gravitacioni manevri u polju Zemlje, Venere i samog Merkura za usporavanje svemirske sonde i njeno prebacivanje u Merkurovu orbitu.
Mariner 10 (NASA) je prvi put otišao na Merkur 1973. godine. Prvo se približio Veneri, usporio u njenom gravitacionom polju, a zatim je tri puta prošao blizu Merkura 1974-75. Kako su se sva tri susreta dogodila u istom području orbite planete, a njena dnevna rotacija je sinhronizovana sa orbitalnom, sonda je sva tri puta fotografisala istu hemisferu Merkura, obasjanu Suncem.
Narednih nekoliko decenija nije bilo letova za Merkur. I tek 2004. godine bilo je moguće lansirati drugi uređaj - MESSENGER ( Površina Merkura, svemirsko okruženje, geohemija i domet; NASA). Izvršivši nekoliko gravitacionih manevara u blizini Zemlje, Venere (dva puta) i Merkura (tri puta), sonda je 2011. godine ušla u orbitu oko Merkura i provodila istraživanje planete 4 godine.
Rad u blizini Merkura otežan je činjenicom da je planeta u proseku 2,6 puta bliža Suncu od Zemlje, pa je protok sunčevih zraka tamo skoro 7 puta veći. Bez posebnog "solarnog kišobrana", elektronika sonde bi se pregrijala. Treća ekspedicija na Merkur, tzv BepiColombo, u njemu učestvuju Evropljani i Japanci. Lansiranje je zakazano za jesen 2018. Odjednom će letjeti dvije sonde, koje će ući u orbitu oko Merkura krajem 2025. nakon letenja u blizini Zemlje, dvije u blizini Venere i šest u blizini Merkura. Pored detaljnog proučavanja površine planete i njenog gravitacionog polja, detaljna studija magnetosfere i magnetnog polja Merkura, koje predstavlja zagonetka naučnika. Iako se Merkur vrlo sporo rotira, a njegovo metalno jezgro je trebalo odavno da se ohladi i očvrsne, planeta ima dipolno magnetno polje koje je 100 puta slabije od Zemljinog, ali i dalje održava magnetosferu oko planete. Moderna teorija stvaranja magnetnog polja u nebeskim tijelima, takozvana teorija turbulentnog dinamo, zahtijeva prisustvo u unutrašnjosti planete sloja tekućeg provodnika električne energije (za Zemlju je to vanjski dio željeznog jezgra). ) i relativno brzom rotacijom. Iz kog razloga Merkurovo jezgro i dalje ostaje tečno, još nije jasno.
Merkur ima neverovatnu osobinu koju nema nijedna druga planeta. Kretanje Merkura u orbiti oko Sunca i njegova rotacija oko svoje ose jasno su međusobno sinhronizovani: tokom dva orbitalna perioda on napravi tri obrtaja oko svoje ose. Uopšteno govoreći, astronomi su odavno upoznati sa sinhronim kretanjem: naš Mjesec sinhrono rotira oko svoje ose i okreće se oko Zemlje, periodi ova dva kretanja su isti, odnosno u omjeru su 1:1. I druge planete imaju neke satelite koji pokazuju istu osobinu. Ovo je rezultat plime i oseke.
Da bismo pratili kretanje Merkura (slika iznad), postavimo strelicu na njegovu površinu. Vidi se da se u jednoj revoluciji oko Sunca, odnosno u jednoj Merkurovoj godini, planeta rotirala oko svoje ose tačno jedan i po puta. Za to vrijeme dan je u predjelu strijele prešao u noć, a prošlo je pola sunčanog dana. Još jedna godišnja revolucija - i dnevna svjetlost ponovo počinje u području strelice, jedan solarni dan je istekao. Dakle, na Merkuru solarni dan traje dvije Merkurove godine.
O plimama ćemo detaljno govoriti u Pogl. 6. Kao rezultat plimnog uticaja sa Zemlje, Mesec je sinhronizovao svoja dva kretanja - aksijalna rotacija i orbitalna cirkulacija. Zemlja u velikoj meri utiče na Mesec: rasteže svoj lik i stabilizuje njegovu rotaciju. Mjesečeva orbita je bliska kružnoj, tako da se Mjesec kreće duž nje skoro konstantna brzina na skoro konstantnoj udaljenosti od Zemlje (o obimu ovog „skoro“ smo govorili u prvom poglavlju). Stoga, efekat plime neznatno varira i kontroliše rotaciju Mjeseca duž cijele orbite, što dovodi do rezonancije 1:1.
Za razliku od Mjeseca, Merkur se kreće oko Sunca po znatno eliptičnoj orbiti, ponekad se približavajući svjetiljku, ponekad udaljavajući od njega. Kada je daleko, blizu afela orbite, plimni uticaj Sunca slabi, jer zavisi od udaljenosti kao 1/ R 3. Kada se Merkur približi Suncu, plime su mnogo jače, pa samo u oblasti perihela Merkur efikasno sinhronizuje svoja dva kretanja – dnevno i orbitalno. Keplerov drugi zakon nam govori da je ugaona brzina orbitalnog kretanja maksimalna u tački perihela. Tamo dolazi do "hvatanja plimovanja" i sinhronizacije Merkurovih ugaonih brzina - dnevnih i orbitalnih -. U tački perihela oni su potpuno jednaki jedno drugom. Krećući se dalje, Merkur skoro prestaje da oseća plimni uticaj Sunca i održava svoju ugaonu brzinu rotacije, postepeno smanjujući ugaonu brzinu orbitalnog kretanja. Stoga u jednom orbitalnom periodu uspijeva napraviti jedan i po dnevni okret i opet pada u kandže plime i oseke. Vrlo jednostavna i lijepa fizika.
Površina Merkura se gotovo ne razlikuje od Mjeseca. Čak su i profesionalni astronomi, kada su se pojavile prve detaljne fotografije Merkura, pokazali jedni drugima i pitali: "Pa pogodite, je li ovo Mjesec ili Merkur?" Zaista je teško pogoditi. I tamo i tamo ima površina koje su udarile meteorite. Ali, naravno, postoje karakteristike. Iako na Merkuru nema velikih mora lave, njegova površina nije homogena: postoje starija i mlađa područja (osnova za to je broj meteoritskih kratera). Merkur se od Mjeseca razlikuje i po prisutnosti karakterističnih izbočina i nabora na površini, koji su nastali kao rezultat kompresije planete kada se njeno ogromno metalno jezgro ohladilo.
Temperaturne razlike na površini Merkura su veće nego na Mesecu. Tokom dana na ekvatoru je 430 °C, a noću –173 °C. Ali Merkurovo tlo služi kao dobar toplotni izolator, tako da se na dubini od oko 1 m dnevne (ili dvogodišnje?) promjene temperature više ne osjećaju. Dakle, ako letite do Merkura, prva stvar koju treba da uradite je da iskopate zemunicu. Na ekvatoru će biti oko 70 °C; Malo je vruće. Ali u području geografskih polova u zemunici će biti oko –70 °C. Tako možete lako pronaći geografsku širinu na kojoj će vam biti udobno u zemunici.
Najniže temperature se bilježe na dnu polarnih kratera, gdje sunčevi zraci nikada ne dopiru. Tamo su otkrivene naslage vodenog leda koje su prethodno otkrili radari sa Zemlje, a potom potvrdili instrumenti svemirske sonde MESSENGER. O porijeklu ovog leda se još uvijek raspravlja. Njegovi izvori mogu biti i komete i vodena para koja izlazi iz utrobe planete.
Merkur ima jedan od najvećih udarnih kratera u Sunčevom sistemu - Heat Planum ( Caloris Basin) prečnika 1550 km. Riječ je o udaru asteroida prečnika od najmanje 100 km, koji je skoro rascijepio malu planetu. To se dogodilo prije oko 3,8 milijardi godina, tokom perioda takozvanog "kasnog teškog bombardiranja" ( Kasno teško bombardovanje), kada se, iz razloga koji nisu u potpunosti razumjeli, povećao broj asteroida i kometa u orbitama koje sijeku orbite zemaljskih planeta.
Kada je Mariner 10 fotografisao Heat Plane 1974. godine, još nismo znali šta se dogodilo na suprotnoj strani Merkura nakon ovog užasnog udara. Jasno je da ako se lopta udari, pobuđuju se zvučni i površinski talasi, koji se simetrično šire, prolaze kroz „ekvator“ i okupljaju se u antipodealnoj tački, dijametralno suprotnoj od tačke udara. Poremećaj se tamo smanjuje do tačke, a amplituda seizmičkih vibracija brzo raste. Ovo je slično načinu na koji vozači stoke pucaju svojim bičem: energija i zamah talasa su u suštini očuvani, ali debljina biča teži nuli, tako da se brzina vibracije povećava i postaje nadzvučna. Očekivalo se da će u oblasti Merkura nasuprot basenu Caloris biće slika neverovatnog uništenja. Općenito, gotovo je tako ispalo: postojalo je ogromno brežuljkasto područje s valovitom površinom, iako sam očekivao da će postojati antipodski krater. Činilo mi se da će se, kada se seizmički val sruši, doći do fenomena "ogledala" pada asteroida. To opažamo kada kap padne na mirnu površinu vode: prvo stvara malu depresiju, a zatim voda juri natrag i baca malu novu kap prema gore. Ovo se nije dogodilo na Merkuru, a sada razumemo zašto. Ispostavilo se da su njegove dubine heterogene i do preciznog fokusiranja talasa nije došlo.
Generalno, reljef Merkura je glatkiji od reljefa Meseca. Na primjer, zidovi Merkurovih kratera nisu tako visoki. Vjerovatni razlog za to je veća sila gravitacije i toplija i mekša unutrašnjost Merkura.
Venera- druga planeta od Sunca i najmisterioznija od zemaljskih planeta. Nije jasno šta je porijeklo njegove vrlo guste atmosfere, koja se gotovo u potpunosti sastoji od ugljičnog dioksida (96,5%) i dušika (3,5%) i koja uzrokuje snažan efekat staklene bašte. Nije jasno zašto se Venera tako sporo rotira oko svoje ose - 244 puta sporije od Zemlje, a takođe i u suprotnom smeru. Istovremeno, masivna atmosfera Venere, odnosno njen oblačni sloj, obleti planetu za četiri zemaljska dana. Ova pojava se naziva atmosferska superrotacija. Istovremeno, atmosfera trlja o površinu planete i trebalo je davno usporiti. Na kraju krajeva, ne može se kretati planetom dugo vremena, solidan koji praktično stoji. Ali atmosfera se rotira, pa čak i u smjeru suprotnom od rotacije same planete. Jasno je da trenje o površinu raspršuje energiju atmosfere, a njen ugaoni moment se prenosi na tijelo planete. To znači da postoji priliv energije (očigledno solarne), zbog čega radi toplotni motor. Pitanje: kako je ova mašina implementirana? Kako se energija Sunca pretvara u kretanje atmosfere Venere?
Zbog spore rotacije Venere, Koriolisove sile na njoj su slabije nego na Zemlji, pa su tamo atmosferski cikloni manje kompaktni. U stvari, postoje samo dva: jedan na sjevernoj hemisferi, drugi na južnoj hemisferi. Svaki od njih "vijuje" od ekvatora do svog pola.
Gornji slojevi atmosfere Venere detaljno su proučavani preletima (izvodeći gravitacioni manevar) i orbitalnim sondama - američkim, sovjetskim, evropskim i japanskim. Sovjetski inženjeri su tamo lansirali uređaje serije Venera nekoliko decenija, i to je bio naš najuspješniji proboj u polju istraživanja planeta. Glavni zadatak je bio spustiti modul za spuštanje na površinu da se vidi šta se nalazi ispod oblaka.
Dizajneri prvih sondi, kao i autori naučnofantastičnih radova tih godina, vodili su se rezultatima optičkih i radioastronomskih opservacija, iz kojih je proizašlo da je Venera topliji analog naše planete. Zato su sredinom 20. veka svi pisci naučne fantastike – od Beljajeva, Kazanceva i Strugackog do Lema, Bredberija i Hajnlajna – Veneru predstavljali kao negostoljubivu (vruću, močvarnu, sa otrovnom atmosferom), ali generalno sličnu Zemaljski svijet. Iz istog razloga, prva vozila za sletanje Venusovih sondi nisu bila jako izdržljiva, nesposobna da izdrže visoki pritisak. I umirali su, spuštajući se u atmosferu, jedan za drugim. Tada su njihova tijela počela jačati, dizajnirana za pritisak od 20 atmosfera. Ali ispostavilo se da to nije dovoljno. Tada su dizajneri, "zagrizajući bit", napravili sondu od titana koja može izdržati pritisak od 180 atm. I bezbedno je sleteo na površinu (“Venera-7”, 1970). Imajte na umu da ne može svaka podmornica izdržati takav pritisak, koji prevladava na dubini od oko 2 km u oceanu. Ispostavilo se da pritisak na površini Venere ne pada ispod 92 atm (9,3 MPa, 93 bara), a temperatura iznosi 464 °C.
San o gostoljubivoj Veneri, sličnoj Zemlji iz karbonskog perioda, konačno je okončan upravo 1970. godine. Prvi put je uređaj dizajniran za takve paklene uslove (“Venera-8”) uspešno sišao i radio na površini godine. 1972. Od ovog trenutka slijetanja na površinu Venere postala je rutinska operacija, ali tamo nije moguće raditi dugo vremena: nakon 1-2 sata unutrašnjost uređaja se zagrije i elektronika pokvari.
Prvo umjetni sateliti pojavio se na Veneri 1975. (“Venera-9 i -10”). Općenito, rad na površini Venere spuštenih vozila Venera-9...-14 (1975-1981) pokazao se izuzetno uspješnim, proučavajući i atmosferu i površinu planete na mjestu sletanja, čak i uspjevši uzeti uzorke tla i odrediti ga hemijski sastav i mehanička svojstva. No, najveći utisak među ljubiteljima astronomije i kosmonautike izazvale su foto panorame mjesta slijetanja koje su prenijeli, prvo crno-bijele, a kasnije i boje. Inače, Venerino nebo, gledano sa površine, je narandžasto. Beautiful! Do sada (2017.) ove slike su ostale jedine i od velikog su interesa za planetarne naučnike. I dalje se obrađuju i na njima se s vremena na vrijeme pronalaze novi dijelovi.
Američka astronautika je također dala značajan doprinos proučavanju Venere tih godina. Proleti Mariner 5 i 10 proučavali su gornju atmosferu. Pioneer Venera 1 (1978) postao je prvi američki satelit Venera i izvršio je radarska mjerenja. A "Pionir-Venera-2" (1978) je u atmosferu planete poslao 4 vozila za spuštanje: jedno veliko (315 kg) sa padobranom u ekvatorijalni region dnevne hemisfere i tri mala (po 90 kg) bez padobrana - do sredine - geografskim širinama i na severu dnevne hemisfere, kao i noćne hemisfere. Nijedan od njih nije bio dizajniran za rad na površini, ali je jedan od malih uređaja sigurno sletio (bez padobrana!) i radio na površini više od sat vremena. Ovaj slučaj vam omogućava da osjetite koliko je velika gustina atmosfere blizu površine Venere. Atmosfera Venere je skoro 100 puta masivnija od Zemljine atmosfere, a njena gustina na površini iznosi 67 kg/m 3, što je 55 puta gušće od Zemljinog vazduha i samo 15 puta manje od tečne vode.
Nije bilo lako stvoriti jake naučne sonde koje mogu izdržati pritisak atmosfere Venere, kao na kilometarskoj dubini u našim okeanima. Ali bilo je još teže natjerati ih da izdrže temperaturu okoline od 464 °C u prisustvu tako gustog zraka. Protok toplote kroz telo je kolosalan. Stoga su čak i najpouzdaniji uređaji radili ne više od dva sata. Da bi se brzo spustila na površinu i tamo produžila rad, Venera je prilikom sletanja ispustila padobran i nastavila spuštanje, usporavana samo malim štitom na trupu. Udar na površinu ublažio je poseban uređaj za prigušivanje - oslonac za slijetanje. Dizajn se pokazao toliko uspješnim da je Venera 9 bez problema sletjela na padinu pod nagibom od 35° i radila normalno.
S obzirom na visok albedo Venere i kolosalnu gustinu njene atmosfere, naučnici su sumnjali da će blizu površine biti dovoljno sunčeve svetlosti za fotografisanje. Osim toga, gusta magla bi mogla visiti na dnu plinovitog okeana Venere, raspršujući sunčevu svjetlost i sprječavajući da se dobije kontrastna slika. Stoga su prva vozila za sletanje bila opremljena halogenim živinim lampama za osvjetljavanje tla i stvaranje svjetlosnog kontrasta. Ali ispostavilo se da tamo ima sasvim dovoljno prirodnog svjetla: na Veneri je svjetlo kao na oblačan dan na Zemlji. I kontrast u prirodnom svjetlu je također sasvim prihvatljiv.
U oktobru 1975. godine desantna vozila Venera 9 i 10 su kroz svoje orbitalne blokove prenijela na Zemlju prve ikada fotografije površine druge planete (ako ne uzmemo u obzir Mjesec). Na prvi pogled, perspektiva ovih panorama izgleda čudno iskrivljena: razlog je rotacija smjera snimanja. Ove slike su snimljene telefotometrom (optičko-mehaničkim skenerom), čiji se "izgled" polako kretao sa horizonta ispod nogu sletnog vozila, a zatim na drugi horizont: dobijeno je skeniranje od 180°. Dva telefotometra na suprotnim stranama uređaja trebala su pružiti potpunu panoramu. Ali poklopci sočiva se nisu uvijek otvarali. Na primjer, na "Veneri-11 i -12" nijedna od četiri nije otvorena.
Jedan od najljepših eksperimenata u proučavanju Venere izveden je pomoću sondi VeGa-1 i -2 (1985.). Njihovo ime je skraćeno od "Venera-Halley", jer su nakon razdvajanja modula za spuštanje usmjerenih na površinu Venere, leteći dijelovi sondi otišli da istražuju jezgro Halejeve komete i to po prvi put uspješno. Uređaji za sletanje takođe nisu bili sasvim obični: glavni deo uređaja sleteo je na površinu, a prilikom spuštanja iz njega je odvojen balon francuskih inženjera koji je oko dva dana leteo u atmosferi Venere na visini. od 53-55 km, prenoseći podatke o temperaturi i pritisku na Zemlju, osvjetljenju i vidljivosti u oblacima. Zahvaljujući snažnom vjetru koji je duvao na ovoj visini brzinom od 250 km/h, baloni su uspjeli da oblete značajan dio planete. Beautiful!
Fotografije sa mjesta slijetanja prikazuju samo male dijelove površine Venere. Da li je moguće vidjeti cijelu Veneru kroz oblake? Može! Radar vidi kroz oblake. Dva sovjetska satelita sa radarima koji gledaju sa strane i jedan američki doletjeli su na Veneru. Na osnovu njihovih zapažanja, radio karte Venere sastavljene su u vrlo visokoj rezoluciji. Teško je to prikazati na opštoj karti, ali na pojedinačnim fragmentima karte to je jasno vidljivo. Boje na radio kartama pokazuju nivoe: svijetloplava i tamnoplava su nizine; Da Venera ima vodu, to bi bili okeani. Ali tečna voda ne može postojati na Veneri. A tamo praktično nema ni gasovite vode. Zelenkasti i žućkasti su kontinenti, nazovimo ih tako. Najviše ih ima crveno-belih visoke tačke na Veneri. Ovo je "Venerijanski Tibet" - najviša visoravan. Najviši vrh na njemu, Mount Maxwell, uzdiže se 11 km.
Ne postoje pouzdane činjenice o dubinama Venere, o njenoj unutrašnjoj strukturi, budući da tamo još nisu obavljena seizmička istraživanja. Osim toga, spora rotacija planete ne dozvoljava mjerenje njenog momenta inercije, što bi nam moglo reći o raspodjeli gustoće s dubinom. Do sada su se teorijske ideje bazirale na sličnosti Venere sa Zemljom, a prividno odsustvo tektonike ploča na Veneri objašnjava se odsustvom vode na njoj, koja na Zemlji služi kao "mazivo", omogućavajući pločama da klize. i rone jedno pod drugo. Zajedno sa visokom temperaturom površine, ovo dovodi do usporavanja ili čak potpunog odsustva konvekcije u telu Venere, smanjuje brzinu hlađenja njegove unutrašnjosti i može objasniti nedostatak magnetnog polja. Sve ovo izgleda logično, ali zahtijeva eksperimentalnu provjeru.
Usput, o zemlja. Neću detaljno raspravljati o trećoj planeti od Sunca, pošto nisam geolog. Štaviše, svako od nas ima opšta ideja o Zemlji čak i na osnovu školskog znanja. Ali u vezi sa proučavanjem drugih planeta, napominjem da ni mi ne razumijemo u potpunosti unutrašnjost naše planete. Gotovo svake godine dolazi do velikih otkrića u geologiji, ponekad se čak otkrivaju novi slojevi u utrobi Zemlje. Čak ni ne znamo tačno temperaturu u jezgru naše planete. Pogledajte najnovije recenzije: neki autori smatraju da je temperatura na granici unutrašnjeg jezgra oko 5000 K, dok drugi smatraju da je više od 6300 K. Ovo su rezultati teorijskih proračuna, koji uključuju ne sasvim pouzdane parametre koji opisuju svojstva materije na temperaturi od hiljada kelvina i pritisku od miliona bara. Dok se ova svojstva pouzdano ne prouče u laboratoriji, nećemo dobiti tačna saznanja o unutrašnjosti Zemlje.
Jedinstvenost Zemlje među sličnim planetama leži u prisutnosti magnetnog polja i tekuće vode na površini, a drugo je, po svemu sudeći, posljedica prvog: Zemljina magnetosfera štiti našu atmosferu i, posredno, hidrosferu od sunčevih zraka. vetar teče. Da bi se stvorilo magnetsko polje, kako se sada čini, u unutrašnjosti planete mora postojati tekući elektroprovodljivi sloj, prekriven konvektivnim kretanjem i brzom dnevnom rotacijom, koji obezbjeđuje Coriolisovu silu. Samo pod tim uslovima se dinamo mehanizam uključuje, pojačavajući magnetsko polje. Venera jedva rotira, tako da nema magnetno polje. Gvozdeno jezgro malog Marsa odavno se ohladilo i stvrdnulo, pa mu nedostaje i magnetno polje. Merkur se, čini se, rotira veoma sporo i trebalo je da se ohladi pre Marsa, ali ima prilično primetno dipolno magnetno polje jačine 100 puta slabije od Zemljine. Paradoks! Vjeruje se da je utjecaj plime i oseke Sunca odgovoran za održavanje Merkurovog željeznog jezgra u rastopljenom stanju. Proći će milijarde godina, gvozdeno jezgro Zemlje će se ohladiti i stvrdnuti, lišavajući našu planetu magnetske zaštite od sunčevog vjetra. I jedina kamena planeta sa magnetnim poljem ostat će, začudo, Merkur.
A sada da se okrenemo mars. Njegov izgled nas odmah privlači iz dva razloga: čak i na fotografijama snimljenim izdaleka, vidljive su bijele polarne kape i prozirna atmosfera. Slično je između Marsa i Zemlje: polarne kape pokreću ideju o prisutnosti vode, a atmosfera - mogućnost disanja. I iako na Marsu nije sve tako dobro s vodom i zrakom kao što se čini na prvi pogled, ova planeta već dugo privlači istraživače.
Ranije su astronomi proučavali Mars kroz teleskop i stoga su željno iščekivali trenutke zvane "Marsove opozicije". Šta se protivi čemu u ovim trenucima?
Sa stanovišta zemaljskog posmatrača, u trenutku suprotstavljanja, Mars je na jednoj strani Zemlje, a Sunce na drugoj. Jasno je da se upravo u tim trenucima Zemlja i Mars približavaju minimalnoj udaljenosti, Mars je vidljiv na nebu cijelu noć i dobro je osvijetljen Suncem. Zemlja kruži oko Sunca svake godine, a Mars svakih 1,88 godina, tako da je prosječno vrijeme između opozicija nešto više od dvije godine. Posljednja opozicija Marsa bila je 2016. godine, iako nije bila naročito bliska. Marsova orbita je primetno eliptična, tako da se Zemljina najbliža približavanja Marsu dešavaju kada je Mars blizu perihela svoje orbite. Na Zemlji (u našoj eri) ovo je kraj avgusta. Stoga se avgustovski i septembarski sukobi nazivaju „velikim“; U tim trenucima, koji se dešavaju svakih 15-17 godina, naše planete se približavaju jedna drugoj za manje od 60 miliona km. To će se dogoditi 2018. I super bliska konfrontacija dogodila se 2003.: tada je Mars bio udaljen samo 55,8 miliona km. S tim u vezi, rođen je novi termin - "najveće opozicije Marsa": to se sada smatraju prilazima manjim od 56 miliona km. Javljaju se 1-2 puta u veku, ali u ovog vekačak će ih biti tri - sačekajte 2050. i 2082. godinu.
Ali čak i u trenucima velikog suprotstavljanja, malo je vidljivo na Marsu kroz teleskop sa Zemlje. Evo crteža astronoma koji gleda na Mars kroz teleskop. Nespremna osoba će pogledati i biti razočarana - neće vidjeti ništa, samo malu ružičastu "kapljicu". Ali sa istim teleskopom, iskusno oko astronoma vidi više. Astronomi su polarnu kapu primijetili davno, prije nekoliko stoljeća. Kao i tamna i svijetla područja. Tamna su se tradicionalno nazivala morima, a svijetla kontinentima.
Povećano interesovanje za Mars pojavilo se u doba velike opozicije 1877: - do tada su već bili izgrađeni dobri teleskopi, a astronomi su napravili nekoliko važnih otkrića. Američki astronom Asaph Hall otkrio je mjesece Marsa - Fobos i Deimos. A talijanski astronom Giovanni Schiaparelli skicirao je misteriozne linije na površini planete - marsovske kanale. Naravno, Schiaparelli nije bio prvi koji je vidio kanale: neki od njih su primijećeni prije njega (na primjer, Angelo Secchi). Ali nakon Schiaparellija, ova tema je postala dominantna u proučavanju Marsa dugi niz godina.
Posmatranja karakteristika na površini Marsa, kao što su "kanali" i "mora", označila su početak nove faze u proučavanju ove planete. Schiaparelli je vjerovao da bi "mora" Marsa zaista mogla biti vodena tijela. Budući da je linijama koje ih povezuju trebalo dati ime, Schiaparelli ih je nazvao "kanali" (canali), što znači morski tjesnaci, a ne građevine koje je napravio čovjek. On je vjerovao da voda zapravo teče kroz ove kanale u polarnim područjima tokom topljenja polarnih kapa. Nakon otkrića “kanala” na Marsu, neki naučnici su sugerirali njihovu umjetnu prirodu, što je poslužilo kao osnova za hipoteze o postojanju inteligentnih bića na Marsu. Ali sam Schiaparelli ovu hipotezu nije smatrao naučno utemeljenom, iako nije isključio prisustvo života na Marsu, možda čak i inteligentnog.
Međutim, ideja o sistemu umjetnih kanala za navodnjavanje na Marsu počela je da se širi u drugim zemljama. To je dijelom bilo zbog činjenice da je talijanski kanal na engleskom bio predstavljen kao kanal (uvijeni plovni put), a ne kanal (prirodni morski tjesnac). A na ruskom riječ "kanal" znači umjetna struktura. Ideja o Marsovcima zaokupila je mnoge ljude u to vrijeme, i to ne samo pisce (sjetite se H.G. Wellsa sa njegovim “Ratom svjetova” 1897.), već i istraživače. Najpoznatiji od njih bio je Percival Lovell. Ovaj Amerikanac stekao je odlično obrazovanje na Harvardu, podjednako savladavajući matematiku, astronomiju i humanističke nauke. Ali kao potomak plemićke porodice, radije bi postao diplomata, pisac ili putnik nego astronom. Međutim, nakon što je pročitao Schiaparellijeve radove o kanalima, postao je fasciniran Marsom i povjerovao je u postojanje života i civilizacije na njemu. Generalno, napustio je sve druge stvari i počeo proučavati Crvenu planetu.
Sa novcem svoje bogate porodice, Lovell je izgradio opservatoriju i počeo da crta kanale. Napominjemo da je fotografija tada bila u povojima, a oko iskusnog posmatrača u stanju je uočiti i najsitnije detalje u uslovima atmosferskih turbulencija, iskrivljujući slike udaljenih objekata. Najdetaljnije su bile karte marsovskih kanala napravljene u Lovell opservatoriju. Osim toga, kao dobar pisac, Lovell je napisao nekoliko zanimljivih knjiga - Mars i njegovi kanali (1906), Mars kao prebivalište života(1908) itd. Samo jedan od njih preveden je na ruski još prije revolucije: “Mars i život na njemu” (Odesa: Matezis, 1912). Ove knjige očarale su čitavu generaciju nadom da će upoznati Marsovce.
Treba priznati da priča o marsovskim kanalima nikada nije dobila opširno objašnjenje. Postoje stari crteži sa kanalima i moderne fotografije- bez njih. Gdje su kanali? šta je to bilo? Astronomska zavera? Masovno ludilo? Samohipnoza? Teško je za to kriviti naučnike koji su dali živote nauci. Možda je odgovor na ovu priču pred nama.
I danas proučavamo Mars, po pravilu, ne kroz teleskop, već uz pomoć međuplanetarnih sondi. (Iako se teleskopi još uvijek koriste za ovo i ponekad donose važni rezultati.) Let sondi na Mars se odvija po energetski najpovoljnijoj polueliptičnoj putanji. Koristeći Keplerov treći zakon, lako je izračunati trajanje takvog leta. Zbog visokog ekscentriciteta marsovske orbite, vrijeme leta ovisi o sezoni lansiranja. U prosjeku, let od Zemlje do Marsa traje 8-9 mjeseci.
Da li je moguće poslati ekspediciju s ljudskom posadom na Mars? Ovo je velika i zanimljiva tema. Čini se da je sve što je za to potrebno moćno lansirno vozilo i zgodan svemirski brod. Još niko nema dovoljno moćne nosače, ali američki, ruski i kineski inženjeri rade na njima. Nema sumnje da će takvu raketu u narednim godinama stvarati državna preduzeća (na primjer, naša nova raketa Angara u najsnažnijoj verziji) ili privatne kompanije (Elon Musk – zašto ne).
Postoji li brod u kojem će astronauti provesti mnogo mjeseci na putu do Marsa? Tako nešto još ne postoji. Svi postojeći (Soyuz, Shenzhou) pa čak i oni na testiranju (Dragon V2, CST-100, Orion) su veoma skučeni i pogodni su samo za let do Mjeseca, gdje je udaljen samo 3 dana. Istina, postoji ideja za naduvavanje dodatnih prostorija nakon polijetanja. U jesen 2016. godine, modul na naduvavanje je testiran na ISS-u i dobro se pokazao. Tako će se uskoro pojaviti i tehnička mogućnost letenja na Mars. U čemu je problem? U osobi!
Stalno smo izloženi prirodnoj radioaktivnosti zemljinih stijena, tokovima kosmičkih čestica ili umjetno stvorenoj radioaktivnosti. Na površini Zemlje, pozadina je slaba: zaštićeni smo magnetosferom i atmosferom planete, kao i njeno tijelo koje pokriva donju hemisferu. On low niske zemljine orbite gdje rade kosmonauti ISS-a, atmosfera više ne pomaže, pa se pozadinsko zračenje povećava stotinama puta. IN vanjski prostor i dalje je nekoliko puta veća. Ovo značajno ograničava trajanje sigurnog boravka osobe u svemiru. Napominjemo da je radnicima u nuklearnoj industriji zabranjeno da primaju više od 5 rem godišnje - to je gotovo sigurno za zdravlje. Kosmonautima je dozvoljeno da primaju do 10 rem godišnje (prihvatljiv nivo opasnosti), što ograničava trajanje njihovog rada na ISS-u na godinu dana. A let na Mars sa povratkom na Zemlju, u najboljem slučaju (ako nema snažnih baklji na Suncu), dovešće do doze od 80 rem, što će stvoriti veliku verovatnoću raka. Upravo je to glavna prepreka ljudskom letu na Mars. Da li je moguće zaštititi astronaute od zračenja? Teoretski, moguće je.
Na Zemlji smo zaštićeni atmosferom čija je debljina po kvadratnom centimetru jednaka sloju vode od 10 metara. Laki atomi bolje raspršuju energiju kosmičkih čestica, pa zaštitni sloj svemirski brod može biti debljine 5 metara. Ali čak i na skučenom brodu, masa ove zaštite mjerit će se stotinama tona. Slanje takvog broda na Mars je izvan snage moderne ili čak perspektivne rakete.
Uredu onda. Recimo da je bilo volontera koji su bili spremni riskirati svoje zdravlje i otići na Mars u jednom pravcu bez zaštite od zračenja. Da li će moći da rade tamo nakon sletanja? Može li se računati na njih da će završiti zadatak? Sjećate se kako se astronauti, nakon što su proveli šest mjeseci na ISS-u, osjećaju odmah nakon sletanja na tlo? Nose se na rukama, stavljaju na nosila i dvije do tri sedmice se rehabilituju, vraćajući snagu kostiju i snagu mišića. A na Marsu ih niko neće nositi na rukama. Tamo ćete morati sami da izađete i radite u teškim praznim odelima, kao na Mesecu. Na kraju krajeva, atmosferski pritisak na Marsu je praktički nula. Odijelo je veoma teško. Na Mesecu se u njemu bilo relativno lako kretati, pošto je gravitacija 1/6 Zemljine, a tokom tri dana leta do Meseca mišići nemaju vremena da oslabe. Astronauti će na Mars stići nakon višemjesečnog boravka u bestežinskom stanju i radijacije, a gravitacija na Marsu je dva i po puta veća od lunarne. Osim toga, na površini samog Marsa zračenje je gotovo isto kao i u svemiru: Mars nema magnetno polje, a njegova atmosfera je previše tanka da bi služila kao zaštita. Dakle, film “Marsovac” je fantazija, veoma lep, ali nestvaran.
Kako smo ranije zamišljali marsovsku bazu? Stigli smo, postavili laboratorijske module na površinu, živimo i radimo u njima. A sada evo kako: uletjeli smo, ukopali se, izgradili skloništa na dubini od najmanje 2-3 metra (ovo je sasvim pouzdana zaštita od zračenja) i pokušavamo rjeđe i ne dugo izlaziti na površinu. Uskrsnuća su sporadična. Mi u osnovi sjedimo pod zemljom i kontrolišemo rad Mars rovera. Tako se mogu kontrolisati sa Zemlje, još efikasnije, jeftinije i bez rizika po zdravlje. To je ono što se radi nekoliko decenija.
O tome šta su roboti naučili o Marsu - .
Ilustracije pripremili V. G. Surdin i N. L. Vasilyeva koristeći NASA fotografije i slike sa javnih stranica
Podijeljeni u 2 grupe na osnovu njihovih planetarnih površina: plinoviti divovi i zemaljske planete. Zemaljske planete karakterizira gusta površina i u pravilu se sastoje od silikatnih spojeva. U Sunčevom sistemu postoje samo četiri takve planete: Mars, Zemlja, Venera i Merkur.
Zemaljske planete u Sunčevom sistemu:
Merkur
Merkur je najmanja od četiri planete slične Zemlji u Sunčevom sistemu sa ekvatorijalnim radijusom od 2439,7 ± 1,0 km. Planeta je veća od mjeseca kao što je Titan. Međutim, Merkur ima drugu najveću gustoću (5427 grama po kubnom centimetru) među planetama Sunčevog sistema, malo inferioran Zemlji u ovom pokazatelju. Visoka gustina daje naznake unutrašnje strukture planete, za koju naučnici vjeruju da je bogata željezom. Veruje se da Merkurovo jezgro ima najveći sadržaj gvožđa od svih planeta u našem sistemu. Astronomi vjeruju da rastopljeno jezgro čini 55% ukupne zapremine planete. Vanjski sloj jezgra bogatog željezom je plašt, koji se uglavnom sastoji od silikata. Stenovita kora planete dostiže debljinu od 35 km. Merkur se nalazi na udaljenosti od 0,39 astronomskih jedinica od Sunca, što ga čini planetom najbližom našem svjetiljku. Zbog svoje blizine Suncu, površinska temperatura planete raste na više od 400ºC.
Venera
Venera je Zemljin najbliži susjed i jedna od četiri zemaljske planete u Sunčevom sistemu. To je druga najveća planeta u ovoj kategoriji sa prečnikom od 12.092 km; drugi nakon Zemlje. Međutim, debela Venerina atmosfera smatra se najgušćom u Sunčevom sistemu, sa atmosferskim pritiskom 92 puta višim od atmosferskog pritiska na našoj planeti. Gusta atmosfera se sastoji od ugljičnog dioksida, koji ima efekat staklene bašte i uzrokuje da temperatura na površini Venere poraste do 462ºC, i to je. Planetom dominiraju vulkanske ravnice koje pokrivaju oko 80% njene površine. Venera takođe ima brojne udarne kratere, od kojih neki dostižu prečnik od oko 280 km.
zemlja
Od četiri zemaljske planete, Zemlja je najveća sa ekvatorijalnim prečnikom od 12.756,1 km. To je ujedno i jedina planeta ove grupe za koju se zna da ima hidrosferu. Zemlja je treća planeta najbliža Suncu, koja se nalazi na udaljenosti od oko 150 miliona km (1 astronomska jedinica) od njega. Planeta takođe ima najveću gustinu (5,514 grama po kubnom centimetru) u Sunčevom sistemu. Silikat i glinica su dva spoja koja se nalaze u najvišim koncentracijama zemljine kore, i čine 75,4% kontinentalne kore i 65,1% okeanske kore.
mars
Mars je još jedna zemaljska planeta u Sunčevom sistemu, koja se nalazi najudaljenija od Sunca na udaljenosti od 1,5 astronomskih jedinica. Planeta ima ekvatorijalni radijus od 3396,2±0,1 km, što je čini drugom najmanja planeta u našem sistemu. Površina Marsa je uglavnom sastavljena od bazaltnih stijena. Kora planete je prilično debela i kreće se od 125 km do 40 km dubine.
Patuljaste planete
Postoje i druge manje patuljaste planete koje imaju neke karakteristike uporedive sa zemaljskim planetama, poput guste površine. Međutim, površinu patuljastih planeta formira ploča leda i stoga ne pripadaju ovoj grupi. Primjeri patuljastih planeta u Sunčevom sistemu su Pluton i Ceres.
Predavanje: Sunčev sistem: zemaljske planete i džinovske planete, mala tijela Sunčevog sistema
Sunčev sistem se sastoji od različitih vrsta tijela. Glavno je, naravno, sunce. Ali ako to ne uzmete u obzir, planete se smatraju glavnim elementima Sunčevog sistema. Oni su drugi najvažniji elementi nakon sunca. Sam Sunčev sistem nosi ovo ime zbog činjenice da sunce ovdje igra ključnu ulogu, jer se sve planete okreću oko Sunca.
Zemaljske planete
Trenutno postoje dvije grupe planeta u Sunčevom sistemu. Prva grupa su zemaljske planete. To uključuje Merkur, Veneru, Zemlju, a takođe i Mars. IN ovu listu svi su navedeni na osnovu udaljenosti od Sunca do svake od ovih planeta. Ime su dobili zbog činjenice da njihova svojstva donekle podsjećaju na karakteristike planete Zemlje. Sve zemaljske planete imaju čvrstu površinu. Posebnost svake od ovih planeta je da se sve okreću drugačije vlastita osovina. Na primjer, za Zemlju se jedna potpuna rotacija dogodi u toku dana, odnosno 24 sata, dok se za Veneru potpuna rotacija dogodi za 243 zemaljska dana.
Svaka od zemaljskih planeta ima svoju atmosferu. Razlikuje se po gustini i sastavu, ali definitivno postoji. Na primjer, na Veneri je prilično gusta, dok je u Merkuru gotovo nevidljiva. U stvari na ovog trenutka Postoji mišljenje da Merkur uopšte nema atmosferu, ali u stvari to nije tako. Sve atmosfere zemaljskih planeta sastoje se od supstanci čiji su molekuli relativno teški. Na primjer, atmosfera Zemlje, Venere i Marsa sastoji se od ugljičnog dioksida i vodene pare. Zauzvrat, Merkurova atmosfera se sastoji uglavnom od helijuma.
Osim atmosfere, sve zemaljske planete imaju približno isti hemijski sastav. Konkretno, sastoje se pretežno od jedinjenja silicijuma, kao i od gvožđa. Međutim, ove planete sadrže i druge elemente, ali njihov broj nije tako velik.
Karakteristika zemaljskih planeta je da se u njihovom centru nalazi jezgro različite mase. Istovremeno, sva jezgra su u tečnom stanju - jedini izuzetak je Venera.
Svaka od zemaljskih planeta ima svoja magnetna polja. Istovremeno, na Veneri je njihov uticaj gotovo neprimetan, dok je na Zemlji, Merkuru i Marsu prilično primetan. Što se Zemlje tiče, njena magnetna polja ne stoje na jednom mjestu, već se kreću. I iako je njihova brzina izuzetno mala u poređenju sa ljudskim konceptima, naučnici sugerišu da kretanje polja može naknadno dovesti do promene magnetnih pojaseva.
Još jedna karakteristika zemaljskih planeta je da praktično nemaju prirodne satelite. Konkretno, do danas su otkriveni samo u blizini Zemlje i Marsa.
Džinovske planete
Druga grupa planeta se zove "divovski planeti". To uključuje Jupiter, Saturn, Uran i Neptun. Njihova masa znatno premašuje masu zemaljskih planeta.
Najlakši džin danas je Uran, međutim, njegova masa premašuje masu Zemlje
otprilike 14 i po puta. A najteža planeta u Sunčevom sistemu (sa izuzetkom Sunca) je Jupiter.
Nijedna od divovskih planeta zapravo nema svoju površinu, jer su sve u gasovitom stanju. Gasovi koji čine ove planete, kako se približavaju centru ili ekvatoru, kako ga nazivaju, prelaze u tečno stanje. S tim u vezi, može se uočiti razlika u karakteristikama rotacije divovskih planeta oko vlastite ose. Treba napomenuti da je trajanje punog obrtaja maksimalno 18 sati. U međuvremenu, svaki sloj planete rotira oko svoje ose različitim brzinama. Ova karakteristika je zbog činjenice da džinovske planete nisu čvrste. U tom smislu, čini se da njihovi pojedinačni dijelovi nisu međusobno povezani.
U središtu svih džinovskih planeta nalazi se malo čvrsto jezgro. Najvjerovatnije, jedna od glavnih supstanci ovih planeta je vodonik, koji ima metalne karakteristike. Zahvaljujući tome, sada je dokazano da džinovske planete imaju svoje magnetno polje. Međutim, u nauci trenutno ima vrlo malo uvjerljivi dokazi i postoji mnogo kontradikcija koje bi mogle karakterizirati džinovske planete.
Njihova posebnost je da takve planete imaju mnogo prirodnih satelita, kao i prstenove. U ovom slučaju, prstenovi su mali skupovi čestica koje rotiraju direktno oko planete i skupljaju razne vrste malih čestica koje lete.
Trenutno je samo 9 velikih planeta zvanično poznato nauci. Međutim, zemaljske planete i džinovske planete uključuju samo osam. Deveta planeta, a to je Pluton, ne spada ni u jednu od navedenih grupa, jer se nalazi na veoma dalekoj udaljenosti od Sunca i praktično se ne proučava. Jedina stvar koja se može reći o Plutonu je da je njegovo stanje blizu solidnog. Trenutno se spekuliše da Pluton uopšte nije planeta. Ova pretpostavka postoji više od 20 godina, ali odluka da se Pluton isključi sa liste planeta još nije donesena.
Mala tijela Sunčevog sistema
Pored planeta, u Sunčevom sistemu postoji puno svih vrsta tijela relativno male težine, koja se nazivaju asteroidi, komete, male planete itd. Sve u svemu, podaci nebeska tela spadaju u grupu malih nebeskih tela. Razlikuju se od planeta po tome što su čvrste, relativno male veličine i mogu se kretati oko Sunca ne samo pravolinijski, već i obrnuti smjer. Njihove veličine su mnogo manje u odnosu na bilo koju od trenutno otkrivenih planeta. Gubeći kosmičku gravitaciju, mala nebeska tijela Sunčevog sistema padaju u gornje slojeve zemljine atmosfere, gdje izgaraju ili padaju u obliku meteorita. Promjena stanja tijela koja kruže oko drugih planeta još uvijek nije proučavana.
| | |
– imaju male veličine i mase, prosječna gustina ovih planeta je nekoliko puta veća od gustine vode; polako se rotiraju oko svojih ose; imaju malo satelita (Merkur i Venera nemaju uopšte, Mars ima dva mala, Zemlja ima jedan).
Sličnost zemaljskih planeta ne isključuje značajne razlike. Na primjer, Venera, za razliku od drugih planeta, rotira u smjeru suprotnom od kretanja oko Sunca i 243 puta je sporija od Zemlje (uporedite dužinu godine i dana na Veneri). Orbitalni period Merkura (tj. godina ove planete) je samo 1/3 veći od perioda njegove rotacije oko svoje ose (u odnosu na zvijezde). Uglovi nagiba osi prema ravnima njihovih orbita za Zemlju i Mars su približno isti, ali potpuno različiti za Merkur i Veneru. Znate li da je to jedan od razloga koji određuje prirodu promjene godišnjih doba. Prema tome, Mars ima ista godišnja doba kao i Zemlja (iako je svako godišnje doba skoro duplo duže nego na Zemlji).
Moguće je da, zbog niza fizičkih karakteristika, među zemaljske planete spada i udaljeni Pluton, najmanji od 9 planeta. Prosječni prečnik Plutona je oko 2260 km. Prečnik Harona, meseca Plutona, samo je upola manji. Stoga je moguće da je sistem Pluton-Haron, kao i sistem Zemlje, „dvostruka planeta“.
Atmosfere
Sličnosti i razlike otkrivaju se i prilikom proučavanja atmosfere zemaljskih planeta. Za razliku od Merkura, koji, kao i Mjesec, praktično nema atmosferu, Venera i Mars je imaju. Savremeni podaci o atmosferi Venere i Marsa dobijeni su kao rezultat letova naše ("Venera", "Mars") i američke ("Pionir-Venera", "Mariner", "Viking") svemirskih letelica. Upoređujući atmosferu Venere i Marsa sa Zemljinom, vidimo da, za razliku od azotno-kiseoničke atmosfere Zemlje, Venera i Mars imaju atmosferu koja se uglavnom sastoji od ugljičnog dioksida. Pritisak na površini Venere je više od 90 puta veći, a na Marsu je skoro 150 puta manji nego na površini Zemlje.
Temperatura na površini Venere je veoma visoka (oko 500°C) i ostaje skoro ista. Sa čime je ovo povezano? Na prvi pogled se čini da je Venera bliža Suncu nego Zemlji. Ali, kao što pokazuju zapažanja, reflektivnost Venere je veća od one Zemlje, pa stoga zagrijava obje planete približno podjednako. Visoka površinska temperatura Venere je posljedica efekta staklene bašte. To je kako slijedi: atmosfera Venere prenosi zrake Sunca, koji zagrijavaju površinu. Zagrijana površina postaje izvor infracrvenog zračenja, koje ne može napustiti planetu, jer ga zadržavaju ugljični dioksid i vodena para sadržana u atmosferi Venere, kao i oblačni pokrivač planete. Kao rezultat toga, uspostavlja se ravnoteža između priliva energije i njene potrošnje u mirni prostor na višoj temperaturi od one koja bi bila na planeti koja slobodno prenosi infracrveno zračenje.
Navikli smo na zemaljske oblake koji se sastoje od malih kapi vode ili kristala leda. Sastav Venerinih oblaka je drugačiji: sadrže kapljice sumporne i, moguće, hlorovodonične kiseline. Oblačni sloj u velikoj meri slabi sunčevu svetlost, ali, kako su pokazala merenja na satelitima Venera 11 i Venera 12, osvetljenje na površini Venere je približno isto kao i na površini Zemlje po oblačnom danu. Studije koje su 1982. godine izvršile sonde Venera 13 i Venera 14 pokazale su da nebo Venere i njen pejzaž imaju narandžasta boja. To se objašnjava posebnošću raspršivanja svjetlosti u atmosferi ove planete.
Gas u atmosferama zemaljskih planeta je u neprekidnom kretanju. Često se tokom prašnih oluja koje traju po nekoliko mjeseci, ogromne količine prašine dižu u atmosferu Marsa. U atmosferi Venere zabilježeni su orkanski vjetrovi na visinama na kojima se nalazi oblačni sloj (od 50 do 70 km iznad površine planete), ali blizu površine ove planete brzina vjetra dostiže samo nekoliko metara u sekundi.
Dakle, uprkos nekim sličnostima, općenito, atmosfere planeta najbližih Zemlji oštro se razlikuju od Zemljine atmosfere. Ovo je primjer otkrića koje se nije moglo predvidjeti. Zdrav razum je nalagao da planete sa sličnim fizičkim karakteristikama (na primjer, Zemlja i Venera se ponekad nazivaju „planetama blizancima“) i približno jednako udaljene od Sunca trebaju imati vrlo sličnu atmosferu. Zapravo, razlog za uočenu razliku povezan je s posebnostima evolucije atmosfere svake od zemaljskih planeta.
Proučavanje atmosfere zemaljske grupe ne samo da nam omogućava bolje razumijevanje svojstava i povijesti nastanka Zemljine atmosfere, već je važno i za rješavanje ekološki problem. Na primjer, magle - smogovi, nastali u zemljinoj atmosferi kao rezultat zagađenja zraka, po sastavu su vrlo slični venerinskim oblacima. Ovi oblaci, poput prašnih oluja na Marsu, podsjećaju nas da je neophodno ograničiti emisiju prašine i raznih vrsta industrijskog otpada u atmosferu naše planete ako želimo održati uvjete na Zemlji pogodne za postojanje i razvoj života za dugo vremena. Oluje prašine, tokom kojih oblaci prašine ostaju u atmosferi Marsa nekoliko mjeseci i šire se po ogromnim područjima, tjeraju nas da razmišljamo o nekim od mogućih ekoloških posljedica nuklearnog rata.
Površine
Zemaljske planete, poput Zemlje i Mjeseca, imaju kamenite površine. Optička posmatranja sa zemlje daju malo informacija o njima, jer je Merkur teško vidjeti kroz teleskop čak i tokom elongacija, a površina Venere je skrivena od nas oblacima. Na Marsu, čak i tokom velikih suprotnosti (kada je udaljenost između Zemlje i Marsa minimalna - oko 55 miliona km), koja se dešavaju svakih 15 - 17 godina, veliki teleskopi se mogu koristiti za pregled detalja veličine oko 300 km. Pa ipak, posljednjih decenija bilo je moguće naučiti mnogo o površini Merkura i Marsa, kao i steći uvid u donedavno potpuno misterioznu površinu Venere. To je postalo moguće zahvaljujući uspješnim letovima automatskih međuplanetarnih stanica poput “Venera”, “Mars”, “Viking”, “Mariner”, “Magellan”, koje su letjele u blizini planeta ili sletale na površinu Venere i Marsa, i zahvaljujući radarskim osmatranjima sa zemlje.
Površina Merkura, prepuna kratera, veoma je slična Mesecu. Tamo ima manje "mora" nego na Mjesecu, a mala su. Promjer Merkurskog mora topline je 1300 km, kao i mora kiše na Mjesecu. Strme izbočine protežu se desetinama i stotinama kilometara, vjerovatno uzrokovane nekadašnjom tektonskom aktivnošću Merkura, kada su se površinski slojevi planete pomjerili i pomaknuli naprijed. Kao i na Mjesecu, većina kratera je nastala udarima meteorita. Tamo gdje ima malo kratera, vidimo relativno mlade površine površine. Stari, uništeni krateri primjetno se razlikuju od mlađih, dobro očuvanih kratera.
Kamenita pustinja i mnoštvo pojedinačnih kamenja vidljivi su na prvim foto-televizijskim panoramama koje sa površine Venere prenose automatske stanice serije „Venera“. Radarska posmatranja na tlu otkrila su mnoge plitke kratere na ovoj planeti, prečnika u rasponu od 30 do 700 km. Općenito se pokazalo da je ova planeta najglatkija od svih zemaljskih planeta, iako ima i velike planinske lance i dugačka brda, dvostruko veća od zemaljskog Tibeta. Ugašeni vulkan Maxwell je ogroman, njegova visina je 12 km (jedan i pol puta veća od Chomolungme), promjer baze je 1000 km, promjer kratera na vrhu je 100 km. Gauss i Hertz vulkanski konusi su veoma veliki, ali manji od Maxwella. Poput rascjepnih klisura koje se protežu duž dna Zemljinih okeana, na Veneri su također otkrivene riftne zone, što ukazuje da je na ovoj planeti nekada postojalo (a možda se još uvijek događa!) aktivni procesi(npr. vulkanska aktivnost).
Godine 1983 – 1984 Radarska istraživanja rađena su sa stanica “Venera - 15” i “Venera - 16”, što je omogućilo izradu karte i atlasa površine planete (veličina detalja površine je 1 – 2 km). Novi korak u proučavanju površine Venere povezan je s korištenjem naprednijeg radarskog sistema instaliranog na američkom satelitu Magellan. Ova letjelica stigla je u blizinu Venere u avgustu 1990. godine i ušla u izduženu eliptičnu orbitu. Redovna istraživanja se vrše od septembra 1990. Na Zemlju se prenose jasne slike, neke od njih jasno pokazuju detalje veličine do 120 m. Do maja 1993. godine, skoro 98% površine planete je pregledano. Planirano je da se eksperiment, koji uključuje ne samo fotografisanje Venere, već i provođenje drugih studija (gravitacijskog polja, atmosfere itd.) završi 1995. godine.
Površina Marsa je takođe prepuna kratera. Posebno ih je mnogo na južnoj hemisferi planete. Tamna područja koja zauzimaju značajan dio površine planete nazivaju se morima (Helada, Argir itd.). Prečnici nekih mora prelaze 2000 km. Brda koja liče na zemaljske kontinente, a koja su svijetla polja narandžasto-crvene boje, nazivaju se kontinentima (Tharsis, Elysium). Poput Venere, postoje ogromni vulkanski čunjevi. Visina najvećeg od njih (Olimp) prelazi 25 km, prečnik kratera je 90 km. Osnovni prečnik ove džinovske planine u obliku stošca je više od 500 km.
Da su se prije više miliona godina na Marsu dogodile snažne vulkanske erupcije i da su se površinski slojevi pomjerili, svjedoče ostaci tokova lave, ogromni površinski rasjedi (jedan od njih, Mariner, proteže se na 4000 km), brojni klisuri i kanjoni. Moguće je da su neke od ovih formacija (na primjer, lanci kratera ili proširene klisure) istraživači Marsa prije 100 godina zamijenili za "kanale", čije su postojanje kasnije dugo pokušavali da objasne aktivnostima inteligentni stanovnici Marsa.
Crvena boja Marsa takođe je prestala da bude misterija. To se objašnjava činjenicom da tlo ove planete sadrži mnogo gline bogate željezom.
Panorame površine “Crvene planete” su više puta fotografisane i prenošene iz neposredne blizine.
Znate da skoro 2/3 Zemljine površine zauzimaju okeani. Na površini Venere i Merkura nema vode. Ni na površini Marsa nema otvorenih vodenih površina. Ali, kako naučnici sugerišu, voda na Marsu bi trebala biti barem u obliku sloja leda koji formira polarne kape, ili kao opsežan sloj permafrosta. Možete svjedočiti otkriću zaliha leda na Marsu, ili čak vode ispod leda. O činjenici da je na površini Marsa nekada bila voda svjedoče osušene vijugave udubljenja nalik na kanale koja su tamo otkrivena.
