Bab 8. Planet Terestrial: Merkurius, Venus, Bumi
Pembentukan planet
Dengan satu atau lain cara, saat ini terdapat 8 planet yang dikenal di tata surya: Merkurius, Venus, Bumi, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus dan beberapa plutonoid, termasuk Pluto, yang hingga saat ini terdaftar di antara planet-planet tersebut. Semua planet bergerak dalam orbit dengan arah yang sama dan pada bidang yang sama serta orbit yang hampir melingkar (kecuali plutonoid). Dari pusat hingga pinggiran tata surya (sampai Pluto) 5,5 jam cahaya. Jarak Matahari ke Bumi adalah 149 juta km, yaitu 107 diameternya. Planet-planet pertama dari Matahari sangat berbeda ukurannya dari Matahari dan, tidak seperti mereka, disebut planet kebumian, dan planet-planet terjauh disebut planet raksasa.
Air raksa
Planet yang paling dekat dengan Matahari, Merkurius, dinamai menurut nama dewa perdagangan, pengelana, dan pencuri Romawi. Planet kecil ini bergerak cepat pada orbitnya dan berputar sangat lambat pada porosnya. Merkurius telah dikenal sejak zaman dahulu, namun para astronom tidak segera menyadari bahwa itu adalah sebuah planet, dan pada pagi dan sore hari mereka melihat bintang yang sama.
Merkurius terletak pada jarak sekitar 0,387 SA dari Matahari. (1 AU sama dengan radius rata-rata orbit Bumi), dan jarak Merkurius ke Bumi, saat Merkurius dan Bumi bergerak dalam orbitnya, bervariasi dari 82 menjadi 217 juta km. Kemiringan bidang orbit Merkurius terhadap bidang ekliptika (bidang tata surya) adalah 7°. Sumbu Merkurius hampir tegak lurus terhadap bidang orbitnya, dan orbitnya memanjang. Dengan demikian, tidak ada musim di Merkurius, dan pergantian siang dan malam sangat jarang terjadi, kira-kira setiap dua tahun Merkurius. Satu sisinya, yang menghadap Matahari dalam waktu lama, sangat panas, dan sisi lainnya, yang sudah lama berpaling dari Matahari, berada dalam suhu yang sangat dingin. Merkurius bergerak mengelilingi Matahari dengan kecepatan 47,9 km/s. Berat Merkurius hampir 20 kali lebih kecil dari berat Bumi (0,055M), dan kepadatannya hampir sama dengan Bumi (5,43 g/cm3). Jari-jari planet Merkurius adalah 0,38R (jari-jari Bumi 2440 km).
Karena kedekatannya dengan Matahari, di bawah pengaruh gravitasi, gaya pasang surut yang kuat muncul di tubuh Merkurius, yang memperlambat rotasinya di sekitar porosnya. Pada akhirnya, Merkurius terjebak dalam perangkap resonansi. Periode revolusinya mengelilingi Matahari, diukur pada tahun 1965, adalah 87,95 hari Bumi, dan periode rotasi pada porosnya adalah 58,65 hari Bumi. Merkurius menyelesaikan tiga putaran penuh pada porosnya dalam 176 hari. Dalam periode yang sama, planet ini melakukan dua revolusi mengelilingi Matahari. Di masa depan, pengereman pasang surut Merkurius akan menghasilkan kesetaraan revolusi mengelilingi porosnya dan revolusi mengelilingi Matahari. Maka ia akan selalu menghadap Matahari pada satu arah, seperti halnya Bulan menghadap Bumi.
Merkurius tidak memiliki satelit. Mungkin, pada suatu waktu, Merkurius sendiri adalah satelit Venus, namun karena gravitasi matahari, ia “diambil” dari Venus dan menjadi planet yang mandiri. Planet ini sebenarnya berbentuk bulat. Percepatan jatuh bebas di permukaannya hampir 3 kali lebih kecil dibandingkan di Bumi (g = 3,72 m/s 2 ).
Kedekatannya dengan Matahari membuat pengamatan Merkurius menjadi sulit. Di langit, ia tidak bergerak jauh dari Matahari - maksimum 29°; dari Bumi ia terlihat sebelum matahari terbit (visibilitas pagi) atau setelah matahari terbenam (visibilitas malam).
Merkurius secara fisik menyerupai Bulan, terdapat banyak kawah di permukaannya. Merkurius mempunyai atmosfer yang sangat tipis. Planet ini mempunyai inti besi yang besar yang merupakan sumber gravitasi dan medan magnet yang kekuatannya sama dengan 0,1 kekuatan medan magnet bumi. Inti Merkurius membentuk 70% volume planet. Suhu permukaan berkisar antara 90° hingga 700° K (–180° hingga +430° C). Daerah ekuator matahari lebih panas dibandingkan daerah kutub. Tingkat pemanasan permukaan yang berbeda menciptakan perbedaan suhu atmosfer yang dijernihkan, yang seharusnya menyebabkan pergerakannya - angin.
Wilayah bagian dalam Tata Surya dihuni oleh berbagai benda: planet besar, satelitnya, serta benda kecil - asteroid dan komet. Sejak tahun 2006, subkelompok baru telah dimasukkan ke dalam kelompok planet - planet katai, yang memiliki kualitas internal planet (bentuk bulat, aktivitas geologis), namun karena massanya yang rendah tidak mampu mendominasi di sekitar orbitnya. . Sekarang 8 planet paling masif - dari Merkurius hingga Neptunus - telah diputuskan untuk disebut hanya sebagai planet, meskipun dalam percakapan para astronom, demi kejelasan, sering menyebutnya sebagai “planet besar” untuk membedakannya dari planet kerdil. Istilah "planet kecil", yang selama bertahun-tahun digunakan untuk asteroid, kini disarankan untuk tidak digunakan untuk menghindari kebingungan dengan planet katai.
Di wilayah planet-planet besar, kita melihat pembagian yang jelas menjadi dua kelompok yang masing-masing terdiri dari 4 planet: bagian luar wilayah ini ditempati oleh planet-planet raksasa, dan bagian dalam ditempati oleh planet-planet terestrial yang jauh lebih kecil. Kelompok raksasa juga biasanya terbagi dua: raksasa gas (Jupiter dan Saturnus) dan raksasa es (Uranus dan Neptunus). Dalam kelompok planet kebumian, pembagian menjadi dua juga muncul: Venus dan Bumi sangat mirip satu sama lain dalam banyak parameter fisik, dan Merkurius dan Mars memiliki massa yang lebih rendah dari mereka dan hampir tidak memiliki atmosfer. (bahkan Mars memiliki atmosfer yang ratusan kali lebih kecil dari Bumi, dan Merkurius praktis tidak ada).
Perlu dicatat bahwa di antara dua ratus satelit planet, setidaknya 16 benda dapat dibedakan yang memiliki sifat internal planet utuh. Mereka seringkali melebihi planet katai dalam ukuran dan massa, namun pada saat yang sama mereka dikendalikan oleh gravitasi benda yang jauh lebih masif. Kita berbicara tentang Bulan, Titan, satelit Galilea Jupiter dan sejenisnya. Oleh karena itu, wajar jika memasukkan kelompok baru ke dalam nomenklatur Tata Surya untuk objek “bawahan” bertipe planet, yang menyebutnya “planet satelit”. Namun ide ini sedang dalam diskusi.
Mari kita kembali ke planet kebumian. Dibandingkan dengan raksasa, mereka menarik karena memiliki permukaan padat yang dapat digunakan untuk mendaratkan pesawat luar angkasa. Sejak tahun 1970-an, stasiun otomatis dan kendaraan self-propelled Uni Soviet dan Amerika Serikat telah berulang kali mendarat dan berhasil beroperasi di permukaan Venus dan Mars. Belum ada pendaratan di Merkurius, karena penerbangan ke sekitar Matahari dan pendaratan di benda besar tanpa atmosfer dikaitkan dengan masalah teknis yang besar.
Saat mempelajari planet kebumian, para astronom tidak melupakan Bumi itu sendiri. Analisis citra dari luar angkasa memungkinkan kita memahami banyak hal tentang dinamika atmosfer bumi, struktur lapisan atasnya (tempat pesawat terbang bahkan balon tidak naik), dan proses yang terjadi di magnetosfernya. Dengan membandingkan struktur atmosfer planet mirip Bumi, banyak hal yang dapat dipahami tentang sejarahnya dan memprediksi masa depannya dengan lebih akurat. Dan karena semua tumbuhan dan hewan tingkat tinggi hidup di permukaan planet kita (atau bukan hanya planet kita?), maka karakteristik lapisan bawah atmosfer sangatlah penting bagi kita. Kuliah ini didedikasikan untuk planet kebumian; terutama – penampilan dan kondisinya di permukaan.
Kecerahan planet ini. Albedo
Melihat planet ini dari jauh, kita dapat dengan mudah membedakan benda-benda yang memiliki dan tanpa atmosfer. Kehadiran atmosfer, atau lebih tepatnya kehadiran awan di dalamnya, membuat penampakan planet dapat berubah-ubah dan secara signifikan meningkatkan kecerahan piringannya. Hal ini terlihat jelas jika kita menyusun planet-planet secara berurutan dari tidak berawan (tanpa atmosfer) hingga tertutup awan sepenuhnya: Merkurius, Mars, Bumi, Venus. Benda-benda berbatu dan tanpa atmosfer mirip satu sama lain hingga hampir tidak bisa dibedakan: bandingkan, misalnya, foto Bulan dan Merkurius dalam skala besar. Bahkan mata yang berpengalaman pun kesulitan membedakan permukaan benda gelap ini, yang tertutup rapat oleh kawah meteorit. Namun atmosfer memberikan penampilan unik pada planet mana pun.
Ada tidaknya atmosfer di suatu planet dikendalikan oleh tiga faktor: suhu dan potensi gravitasi di permukaan, serta medan magnet global. Hanya Bumi yang memiliki medan seperti itu, dan medan ini secara signifikan melindungi atmosfer kita dari aliran plasma matahari. Bulan kehilangan atmosfernya (jika memang ada) karena rendahnya kecepatan kritis di permukaan, dan Merkurius - karena suhu tinggi dan kuatnya angin matahari. Mars, yang gravitasinya hampir sama dengan Merkurius, mampu mempertahankan sisa-sisa atmosfernya, karena letaknya yang jauh dari Matahari, suhunya dingin dan tidak terlalu tertiup angin matahari.
Dari segi parameter fisiknya, Venus dan Bumi hampir kembar. Mereka memiliki ukuran, massa, dan kepadatan rata-rata yang sangat mirip. Struktur internalnya juga harus serupa - kerak, mantel, inti besi - meskipun belum ada kepastian mengenai hal ini, karena data seismik dan geologi lainnya di perut Venus tidak ada. Tentu saja, kita belum menembus jauh ke dalam perut bumi: di sebagian besar tempat 3-4 km, di beberapa tempat 7-9 km, dan hanya di satu tempat 12 km. Ini kurang dari 0,2% radius bumi. Namun pengukuran seismik, gravimetri, dan lainnya memungkinkan untuk menilai interior bumi dengan sangat detail, sedangkan untuk planet lain hampir tidak ada data seperti itu. Peta terperinci medan gravitasi diperoleh hanya untuk Bulan; aliran panas dari bagian dalam hanya diukur di Bulan; Seismometer sejauh ini hanya berfungsi di Bulan dan (tidak terlalu sensitif) di Mars.
Ahli geologi masih menilai kehidupan internal planet berdasarkan ciri-ciri permukaan padatnya. Misalnya, tidak adanya tanda-tanda lempeng litosfer di Venus secara signifikan membedakannya dari Bumi, dalam evolusi permukaan di mana proses tektonik (pergeseran benua, penyebaran, subduksi, dll.) memainkan peran yang menentukan. Pada saat yang sama, beberapa bukti tidak langsung menunjukkan kemungkinan adanya lempeng tektonik di Mars di masa lalu, serta tektonik medan es di Europa, bulan Jupiter. Dengan demikian, kesamaan eksternal planet-planet (Venus - Bumi) tidak menjamin kesamaan struktur internal dan proses yang terjadi di kedalamannya. Dan planet-planet yang tidak mirip satu sama lain dapat menunjukkan fenomena geologi serupa.
Mari kita kembali ke apa yang tersedia bagi para astronom dan spesialis lainnya untuk dipelajari secara langsung, yaitu permukaan planet atau lapisan awannya. Pada prinsipnya, keburaman atmosfer dalam rentang optik bukanlah hambatan yang tidak dapat diatasi untuk mempelajari permukaan padat planet ini. Radar dari Bumi dan wahana antariksa memungkinkan untuk mempelajari permukaan Venus dan Titan melalui atmosfernya yang tidak tembus cahaya. Namun, penelitian ini bersifat sporadis, dan studi sistematis terhadap planet masih dilakukan dengan instrumen optik. Dan yang lebih penting, radiasi optik Matahari berfungsi sebagai sumber energi utama bagi sebagian besar planet. Oleh karena itu, kemampuan atmosfer untuk memantulkan, menyebarkan, dan menyerap radiasi tersebut secara langsung mempengaruhi iklim di permukaan planet.
Benda paling terang di langit malam, selain Bulan, adalah Venus. Ia sangat terang bukan hanya karena letaknya yang relatif dekat dengan Matahari, tetapi juga karena lapisan awan padat yang terdiri dari tetesan asam sulfat pekat, yang memantulkan cahaya dengan sempurna. Bumi kita juga tidak terlalu gelap, karena 30-40% atmosfer bumi dipenuhi awan air, serta menyebarkan dan memantulkan cahaya dengan baik. Berikut adalah foto (gambar di atas) dimana Bumi dan Bulan secara bersamaan dimasukkan ke dalam bingkai. Foto ini diambil oleh wahana antariksa Galileo saat terbang melewati Bumi menuju Jupiter. Lihatlah betapa lebih gelapnya Bulan dibandingkan Bumi dan secara umum lebih gelap dibandingkan planet mana pun yang mempunyai atmosfer. Ini adalah pola umum - benda tanpa atmosfer berwarna sangat gelap. Faktanya adalah bahwa di bawah pengaruh radiasi kosmik apapun padat secara bertahap menjadi gelap.
Pernyataan bahwa permukaan Bulan gelap biasanya menimbulkan kebingungan: sekilas piringan bulan tampak sangat terang; pada malam yang tidak berawan, hal itu bahkan membutakan kita. Namun hal ini kontras dengan langit malam yang lebih gelap lagi. Untuk mengkarakterisasi reflektifitas suatu benda, besaran yang disebut albedo digunakan. Ini adalah derajat keputihan, yaitu koefisien pantulan cahaya. Albedo sama dengan nol - kegelapan mutlak, penyerapan cahaya sepenuhnya. Albedo yang sama dengan satu adalah refleksi total. Fisikawan dan astronom memiliki beberapa pendekatan berbeda untuk menentukan albedo. Jelas bahwa kecerahan permukaan yang diterangi tidak hanya bergantung pada jenis material, tetapi juga pada struktur dan orientasinya relatif terhadap sumber cahaya dan pengamat. Misalnya, salju halus yang baru saja turun memiliki satu nilai reflektansi, tetapi salju yang Anda injak dengan sepatu bot Anda akan memiliki nilai yang sama sekali berbeda. Dan ketergantungan pada orientasi dapat dengan mudah ditunjukkan dengan cermin yang membiarkan sinar matahari masuk.
Seluruh rentang nilai albedo yang mungkin dicakup oleh nilai yang diketahui benda luar angkasa. Di sini bumi memantulkan sekitar 30% sinar matahari, sebagian besar disebabkan oleh awan. Dan tutupan awan Venus yang terus menerus memantulkan 77% cahaya. Bulan kita adalah salah satu benda paling gelap, rata-rata memantulkan sekitar 11% cahaya; dan belahan bumi yang terlihat, karena adanya “lautan” gelap yang luas, memantulkan cahaya lebih buruk lagi - kurang dari 7%. Namun ada juga objek yang lebih gelap; misalnya asteroid 253 Matilda dengan albedo 4%. Di sisi lain, terdapat benda-benda yang sangat terang: bulan Saturnus, Enceladus, memantulkan 81% cahaya tampak, dan albedo geometrisnya sungguh fantastis - 138%, yaitu lebih terang daripada piringan putih sempurna dengan penampang yang sama. Bahkan sulit untuk memahami bagaimana dia bisa melakukan ini. Salju murni di Bumi memantulkan cahaya lebih buruk lagi; Jenis salju apa yang ada di permukaan Enceladus yang kecil dan lucu ini?
Keseimbangan panas
Suhu suatu benda ditentukan oleh keseimbangan antara masuknya panas ke dalamnya dan hilangnya panas tersebut. Ada tiga mekanisme pertukaran panas yang diketahui: radiasi, konduksi dan konveksi. Dua yang terakhir memerlukan kontak langsung lingkungan Oleh karena itu, dalam ruang hampa, mekanisme pertama, radiasi, menjadi yang paling penting dan bahkan satu-satunya. Hal ini menciptakan masalah besar bagi perancang teknologi luar angkasa. Mereka harus memperhitungkan beberapa sumber panas: Matahari, planet (terutama di orbit rendah) dan komponen internal pesawat ruang angkasa itu sendiri. Dan hanya ada satu cara untuk melepaskan panas - radiasi dari permukaan perangkat. Untuk menjaga keseimbangan aliran panas, perancang teknologi luar angkasa mengatur albedo efektif perangkat menggunakan isolasi layar-vakum dan radiator. Ketika sistem seperti itu gagal, kondisi di dalam pesawat ruang angkasa bisa menjadi sangat tidak nyaman, seperti yang diingatkan pada kisah misi Apollo 13 ke Bulan.
Namun untuk pertama kalinya masalah ini ditemui pada sepertiga pertama abad ke-20 oleh pencipta balon ketinggian - yang disebut balon stratosfer. Pada tahun-tahun itu mereka belum tahu cara mencipta sistem yang kompleks pengaturan termal dari nacelle yang tersegel, oleh karena itu, mereka dibatasi hanya pada pemilihan albedo permukaan luarnya. Seberapa sensitif suhu tubuh terhadap albedonya terungkap dari sejarah penerbangan pertama ke stratosfer.
Gondola balon stratosfer Anda FNRS-1 Swiss Auguste Picard mengecatnya dengan warna putih di satu sisi dan hitam di sisi lain. Idenya adalah bahwa suhu di dalam gondola dapat diatur dengan memutar bola ke arah Matahari. Untuk rotasi, baling-baling dipasang di luar. Namun perangkat tersebut tidak berfungsi, matahari bersinar dari sisi “hitam” dan suhu internal pada penerbangan pertama naik hingga 38 °C. Pada penerbangan berikutnya, seluruh kapsul hanya dilapisi perak untuk memantulkan sinar matahari. Suhu di dalam menjadi -16 °C.
Perancang balon stratosfer Amerika Penjelajah Mereka mempertimbangkan pengalaman Picard dan mengadopsi opsi kompromi: mereka mengecat bagian atas kapsul dengan warna putih dan bagian bawah dengan warna hitam. Idenya adalah bahwa bagian atas bola akan memantulkan radiasi matahari, dan bagian bawah akan menyerap panas dari bumi. Opsi ini ternyata bagus, tetapi juga tidak ideal: selama penerbangan di dalam kapsul suhunya 5 °C.
Stratonaut Soviet hanya mengisolasi kapsul aluminium dengan lapisan kain kempa. Seperti yang telah ditunjukkan oleh praktik, keputusan ini adalah yang paling berhasil. Panas internal, yang sebagian besar dihasilkan oleh kru, cukup untuk menjaga suhu tetap stabil.
Namun jika planet ini tidak memiliki sumber panas yang kuat, maka nilai albedo sangat penting bagi iklimnya. Misalnya, planet kita menyerap 70% sinar matahari yang jatuh di atasnya, mengolahnya menjadi radiasi infra merah, mendukung siklus air di alam, menyimpannya sebagai hasil fotosintesis dalam biomassa, minyak, batu bara, dan gas. Bulan menyerap hampir seluruh sinar matahari, mengubahnya menjadi radiasi infra merah dengan entropi tinggi dan dengan demikian mempertahankan suhunya yang cukup tinggi. Namun Enceladus, dengan permukaannya yang sangat putih, dengan bangga menolak hampir semua sinar matahari, dan hal ini harus dibayar dengan suhu permukaan yang sangat rendah: rata-rata sekitar –200 °C, dan di beberapa tempat hingga –240 °C. Namun, satelit ini - "berbaju putih" - tidak terlalu menderita akibat suhu dingin eksternal, karena ia memiliki sumber energi alternatif - pengaruh gravitasi pasang surut tetangganya Saturnus (), yang menjaga lautan subglasialnya tetap cair. Tapi planet kebumian sumber internal Panasnya sangat lemah, sehingga suhu permukaan padatnya sangat bergantung pada sifat atmosfer - pada kemampuannya, di satu sisi, memantulkan sebagian sinar matahari kembali ke luar angkasa, dan di sisi lain, menahan panasnya. energi radiasi yang melewati atmosfer ke permukaan planet.
Efek rumah kaca dan iklim planet
Bergantung pada seberapa jauh jarak planet dari Matahari dan berapa banyak sinar matahari yang diserapnya, kondisi suhu di permukaan planet dan iklimnya akan terbentuk. Seperti apa spektrum benda yang dapat bercahaya sendiri, seperti bintang? Dalam kebanyakan kasus, spektrum bintang adalah kurva “punuk tunggal”, hampir seperti kurva Planck, yang posisi maksimumnya bergantung pada suhu permukaan bintang. Berbeda dengan bintang, spektrum planet memiliki dua “punuk”: spektrum tersebut memantulkan sebagian cahaya bintang dalam jangkauan optik, dan bagian lainnya menyerap dan memancarkan kembali dalam jangkauan inframerah. Luas relatif di bawah kedua punuk ini ditentukan secara tepat oleh derajat pantulan cahaya, yaitu albedo.
Mari kita lihat dua planet yang paling dekat dengan kita - Merkurius dan Venus. Sekilas, situasinya sungguh paradoks. Venus memantulkan hampir 80% sinar matahari dan hanya menyerap sekitar 20%. Tapi Merkurius hampir tidak mencerminkan apa pun, tetapi menyerap segalanya. Selain itu, Venus lebih jauh dari Matahari dibandingkan Merkurius; 3,4 kali lebih sedikit sinar matahari yang jatuh per unit permukaan awannya. Memperhatikan perbedaan albedo masing-masing meter persegi Permukaan padat Merkurius menerima panas matahari hampir 16 kali lebih banyak dibandingkan permukaan yang sama di Venus. Namun, di seluruh permukaan padat Venus terdapat kondisi yang sangat buruk - suhu yang sangat tinggi (timah dan timah meleleh!), dan Merkurius lebih dingin! Di kutub umumnya terdapat Antartika, dan di ekuator suhu rata-rata adalah 67 °C. Tentu saja, pada siang hari permukaan Merkurius memanas hingga 430 °C, dan pada malam hari menjadi dingin hingga –170 °C. Namun pada kedalaman 1,5-2 meter, fluktuasi harian sudah mereda, dan kita dapat membicarakan suhu permukaan rata-rata 67 °C. Tentu saja panas, tapi Anda bisa hidup. Dan di garis lintang tengah Merkurius umumnya terdapat suhu ruangan.
Apa masalahnya? Mengapa Merkurius, yang dekat dengan Matahari dan mudah menyerap sinarnya, memanas? suhu kamar, dan Venus, lebih jauh dari Matahari dan secara aktif memantulkan sinarnya, memanas seperti tungku? Bagaimana fisika menjelaskan hal ini?
Atmosfer bumi hampir transparan: ia mentransmisikan 80% sinar matahari yang masuk. Udara tidak dapat keluar ke luar angkasa akibat konveksi - planet tidak melepaskannya. Artinya hanya bisa mendinginkan dalam bentuk radiasi infra merah. Dan jika radiasi IR tetap terkunci, maka ia akan memanaskan lapisan atmosfer yang tidak melepaskannya. Lapisan-lapisan ini sendiri menjadi sumber panas dan sebagian mengarahkannya kembali ke permukaan. Sebagian radiasi masuk ke luar angkasa, tetapi sebagian besar kembali ke permukaan bumi dan memanaskannya hingga kesetimbangan termodinamika tercapai. Bagaimana cara menginstalnya?
Suhu meningkat, dan spektrum maksimum bergeser (hukum Wien) hingga menemukan “jendela transparansi” di atmosfer, yang melaluinya sinar IR akan lepas ke luar angkasa. Keseimbangan aliran panas terbentuk, tetapi pada suhu yang lebih tinggi dibandingkan tanpa adanya atmosfer. Inilah efek rumah kaca.
Dalam kehidupan kita, kita sering sekali menjumpai efek rumah kaca. Dan tidak hanya berupa taman rumah kaca atau panci yang diletakkan di atas kompor, yang kita tutup dengan penutup untuk mengurangi perpindahan panas dan mempercepat perebusan. Contoh-contoh ini tidak menunjukkan efek rumah kaca murni, karena pembuangan panas radiasi dan konvektif berkurang. Lebih dekat dengan efek yang dijelaskan adalah contoh yang jelas malam yang dingin. Saat udara kering dan langit tidak berawan (misalnya di gurun), setelah matahari terbenam, bumi dengan cepat mendingin, dan udara lembab serta awan menghaluskan fluktuasi suhu harian. Sayangnya, efek ini diketahui oleh para astronom: malam berbintang yang cerah bisa sangat dingin, sehingga membuat bekerja di teleskop menjadi sangat tidak nyaman. Kembali ke gambar di atas, kita akan melihat alasannya: uap air di atmosferlah yang menjadi penghambat utama radiasi infra merah pembawa panas.
Bulan tidak memiliki atmosfer sehingga tidak terjadi efek rumah kaca. Di permukaannya, kesetimbangan termodinamika terbentuk dengan jelas; tidak ada pertukaran radiasi antara atmosfer dan permukaan padat. Mars memiliki atmosfer yang tipis, namun efek rumah kacanya masih menambah suhu 8 °C. Dan hal ini menambah suhu bumi hampir 40 °C. Jika planet kita tidak memiliki atmosfer yang begitu padat, suhu bumi akan lebih rendah 40 °C. Saat ini suhu rata-rata di seluruh dunia adalah 15 °C, namun suhunya bisa mencapai –25 °C. Seluruh lautan akan membeku, permukaan bumi akan memutih karena salju, albedo akan meningkat, dan suhu akan turun lebih rendah lagi. Secara umum - hal yang buruk! Tapi ada baiknya efek rumah kaca di atmosfer kita berhasil dan menghangatkan kita. Dan hal ini bekerja lebih kuat lagi di Venus - meningkatkan suhu rata-rata Venus lebih dari 500 derajat.
Permukaan planet
Hingga saat ini, kami belum memulai studi mendetail terhadap planet lain, dan hanya membatasi diri pada pengamatan permukaannya. Seberapa pentingkah informasi tentang penampakan planet bagi ilmu pengetahuan? Informasi berharga apa yang dapat disampaikan oleh gambar permukaannya kepada kita? Jika itu adalah planet gas, seperti Saturnus atau Jupiter, atau padat, tetapi tertutup lapisan awan tebal, seperti Venus, maka kita hanya melihat lapisan awan bagian atas, oleh karena itu, kita hampir tidak memiliki informasi tentang planet itu sendiri. Atmosfer berawan, seperti yang dikatakan para ahli geologi, adalah permukaan yang sangat muda - hari ini seperti ini, tetapi besok akan berbeda, atau bukan besok, tetapi dalam 1000 tahun, yang hanya sesaat dalam kehidupan planet ini.
Bintik Merah Besar di Jupiter atau dua siklon planet di Venus telah diamati selama 300 tahun, namun hanya sedikit yang diberitahu kepada kita. properti Umum dinamika modern atmosfer mereka. Keturunan kita, ketika melihat planet-planet ini, akan melihat gambaran yang sangat berbeda, dan kita tidak akan pernah tahu gambaran apa yang pernah dilihat nenek moyang kita. Jadi, jika kita melihat planet-planet dengan atmosfer padat dari luar, kita tidak dapat menilai masa lalunya, karena kita hanya melihat lapisan awan yang dapat berubah. Masalah yang sama sekali berbeda adalah Bulan atau Merkurius, yang permukaannya mengandung jejak pemboman meteorit dan proses geologi yang terjadi selama miliaran tahun terakhir.
Dan pemboman terhadap planet-planet raksasa hampir tidak meninggalkan jejak. Salah satu peristiwa ini terjadi pada akhir abad kedua puluh tepat di depan mata para astronom. Kita berbicara tentang Komet Shoemaker-Levy 9. Pada tahun 1993, rantai aneh yang terdiri dari dua lusin komet kecil terlihat di dekat Jupiter. Perhitungan menunjukkan bahwa ini adalah pecahan dari salah satu komet yang terbang dekat Jupiter pada tahun 1992 dan terkoyak oleh efek pasang surut dari medan gravitasinya yang kuat. Para astronom tidak melihat episode sebenarnya dari disintegrasi komet tersebut, tetapi hanya menangkap momen ketika rantai pecahan komet tersebut menjauh dari Jupiter seperti “lokomotif”. Jika disintegrasi tidak terjadi, maka komet tersebut, yang mendekati Jupiter melalui lintasan hiperbolik, akan menempuh jarak sepanjang cabang kedua hiperbola dan, kemungkinan besar, tidak akan pernah mendekati Jupiter lagi. Namun tubuh komet tidak dapat menahan tekanan pasang surut dan runtuh, dan energi yang dikeluarkan untuk deformasi dan pecahnya tubuh komet mengurangi energi kinetik gerak orbitnya, memindahkan pecahan dari orbit hiperbolik ke orbit elips, yang mengelilingi Jupiter. Jarak orbit di perisenter ternyata lebih kecil dari jari-jari Jupiter, dan pecahannya menabrak planet satu demi satu pada tahun 1994.
Insiden itu sangat besar. Setiap “pecahan” inti komet merupakan balok es berukuran 1×1,5 km. Mereka bergantian terbang menuju atmosfer planet raksasa dengan kecepatan 60 km/s (kecepatan lepas kedua Jupiter), memiliki energi kinetik spesifik (60/11) 2 = 30 kali lebih besar dibandingkan jika terjadi tumbukan. dengan Bumi. Para astronom menyaksikan dengan penuh minat bencana kosmik di Jupiter dari tempat yang aman di Bumi. Sayangnya, pecahan komet tersebut menghantam Jupiter dari sisi yang saat itu tidak terlihat dari Bumi. Untungnya, pada saat itu wahana antariksa Galileo sedang menuju Jupiter; ia melihat kejadian ini dan menunjukkannya kepada kita. Karena rotasi harian Jupiter yang cepat, daerah tabrakan dalam beberapa jam menjadi dapat diakses oleh teleskop berbasis darat dan, yang paling berharga, teleskop dekat Bumi, seperti Teleskop Luar Angkasa Hubble. Hal ini sangat berguna, karena setiap blok yang menabrak atmosfer Jupiter menyebabkan ledakan besar, menghancurkan lapisan atas awan dan menciptakan jendela visibilitas jauh ke dalam atmosfer Jupiter selama beberapa waktu. Jadi, berkat pemboman komet, kami bisa melihat ke sana dalam waktu singkat. Namun 2 bulan telah berlalu dan tidak ada jejak yang tersisa di permukaan berawan: awan menutupi semua jendela, seolah-olah tidak terjadi apa-apa.
Hal lain - Bumi. Di planet kita, bekas meteorit masih ada dalam waktu yang lama. Inilah kawah meteorit terpopuler dengan diameter sekitar 1 km dan usia sekitar 50 ribu tahun. Itu masih terlihat jelas. Namun kawah yang terbentuk lebih dari 200 juta tahun yang lalu hanya dapat ditemukan menggunakan teknik geologi yang halus. Mereka tidak terlihat dari atas.
Omong-omong, ada hubungan yang cukup andal antara ukuran benda yang jatuh ke Bumi meteorit besar dan diameter kawah yang terbentuk adalah 1:20. Kawah berdiameter satu kilometer di Arizona terbentuk akibat tumbukan asteroid kecil dengan diameter sekitar 50 m, dan pada zaman dahulu, “proyektil” yang lebih besar - baik kilometer maupun bahkan sepuluh kilometer - menghantam Bumi. Saat ini kita mengetahui sekitar 200 kawah besar; disebut astroblema (luka surgawi); dan beberapa penemuan baru ditemukan setiap tahunnya. Yang terbesar, dengan diameter 300 km, ditemukan di Afrika bagian selatan, umurnya sekitar 2 miliar tahun. Di Rusia, kawah terbesar adalah Popigai di Yakutia dengan diameter 100 km. Tentunya ada yang lebih besar, misalnya di dasar lautan, yang lebih sulit diperhatikan. Benar, dasar laut secara geologis lebih muda dari benua, namun tampaknya di Antartika terdapat kawah dengan diameter 500 km. Itu berada di bawah air dan keberadaannya hanya ditunjukkan oleh profil dasarnya.
Di permukaan Bulan, dimana tidak ada angin atau hujan, dimana tidak ada proses tektonik, kawah meteorit bertahan selama milyaran tahun. Melihat Bulan melalui teleskop, kita membaca sejarah pemboman kosmik. Di sisi sebaliknya terdapat gambaran yang lebih berguna bagi sains. Tampaknya karena alasan tertentu benda-benda besar tidak pernah jatuh di sana, atau, ketika jatuh, mereka tidak dapat menembus kerak bulan, yang di sisi belakangnya dua kali lebih tebal dari sisi yang terlihat. Oleh karena itu, lava yang mengalir tidak mengisi kawah besar dan tidak menyembunyikan detail sejarah. Di bagian mana pun di permukaan bulan terdapat kawah meteorit, besar atau kecil, dan jumlahnya sangat banyak sehingga kawah yang lebih muda menghancurkan kawah yang terbentuk sebelumnya. Kejenuhan telah terjadi: Bulan tidak bisa lagi menjadi lebih padat dari sebelumnya. Ada kawah dimana-mana. Dan ini adalah kronik indah tentang sejarah tata surya. Berdasarkan hal tersebut, beberapa episode pembentukan kawah aktif telah teridentifikasi, termasuk era pemboman meteorit besar-besaran (4,1-3,8 miliar tahun lalu), yang meninggalkan jejak di permukaan seluruh planet kebumian dan banyak satelit. Mengapa aliran meteorit jatuh ke planet-planet pada zaman itu, kita masih harus memahaminya. Diperlukan data baru mengenai struktur interior bulan dan komposisi materi pada kedalaman yang berbeda, dan tidak hanya pada permukaan tempat sampel dikumpulkan sejauh ini.
Air raksa secara lahiriah mirip dengan Bulan, karena seperti halnya Bulan, ia tidak memiliki atmosfer. Permukaannya yang berbatu, tidak terkena erosi gas dan air, menyimpan jejak pemboman meteorit untuk waktu yang lama. Di antara planet-planet kebumian, Merkurius memiliki jejak geologi tertua, berusia sekitar 4 miliar tahun. Namun di permukaan Merkurius tidak terdapat lautan besar yang dipenuhi lava padat berwarna gelap dan mirip dengan lautan bulan, meskipun kawah tumbukan besar di sana tidak lebih sedikit dibandingkan di Bulan.
Merkurius berukuran sekitar satu setengah kali ukuran Bulan, namun massanya 4,5 kali lebih besar dari Bulan. Faktanya adalah Bulan hampir seluruhnya berbatu, sedangkan Merkurius memiliki inti logam yang sangat besar, yang tampaknya sebagian besar terdiri dari besi dan nikel. Jari-jari inti logamnya sekitar 75% dari jari-jari planet (dan jari-jari Bumi hanya 55%). Volume inti logam Merkurius adalah 45% volume planet (dan volume Bumi hanya 17%). Oleh karena itu, kepadatan rata-rata Merkurius (5,4 g/cm3) hampir sama dengan kepadatan rata-rata Bumi (5,5 g/cm3) dan secara signifikan melebihi kepadatan rata-rata Bulan (3,3 g/cm3). Memiliki inti logam yang besar, Merkurius dapat melampaui kepadatan rata-rata Bumi jika bukan karena gravitasi rendah di permukaannya. Karena massanya hanya 5,5% massa bumi, ia mempunyai gravitasi hampir tiga kali lebih kecil, sehingga tidak mampu memadatkan bagian dalamnya sebanyak bagian dalam bumi, yang bahkan mantel silikatnya mempunyai kepadatan sekitar (5 g/ cm3), telah memadat.
Merkurius sulit dipelajari karena letaknya dekat dengan Matahari. Untuk meluncurkan peralatan antarplanet dari Bumi ke arahnya, ia harus diperlambat dengan kuat, yaitu dipercepat ke arah yang berlawanan dengan gerak orbit Bumi; baru setelah itu ia akan mulai “jatuh” menuju Matahari. Tidak mungkin melakukan ini dengan segera menggunakan roket. Oleh karena itu, dalam dua penerbangan menuju Merkurius yang dilakukan selama ini, manuver gravitasi di bidang Bumi, Venus, dan Merkurius sendiri digunakan untuk memperlambat kecepatan wahana antariksa dan memindahkannya ke orbit Merkurius.
Mariner 10 (NASA) pertama kali mencapai Merkurius pada tahun 1973. Ia pertama kali mendekati Venus, melambat dalam medan gravitasinya, dan kemudian melintas dekat Merkurius sebanyak tiga kali pada tahun 1974-75. Karena ketiga pertemuan tersebut terjadi di wilayah orbit planet yang sama, dan rotasi hariannya disinkronkan dengan rotasi orbitalnya, ketiga kali wahana tersebut memotret belahan Merkurius yang sama, yang diterangi oleh Matahari.
Tidak ada penerbangan ke Merkurius selama beberapa dekade berikutnya. Dan baru pada tahun 2004 dimungkinkan untuk meluncurkan perangkat kedua - MESSENGER ( Permukaan Merkuri, Lingkungan Luar Angkasa, Geokimia, dan Kisaran; NASA). Setelah melakukan beberapa manuver gravitasi di dekat Bumi, Venus (dua kali) dan Merkurius (tiga kali), wahana ini memasuki orbit di sekitar Merkurius pada tahun 2011 dan melakukan penelitian terhadap planet tersebut selama 4 tahun.
Bekerja di dekat Merkurius diperumit oleh kenyataan bahwa jarak planet ini rata-rata 2,6 kali lebih dekat ke Matahari dibandingkan Bumi, sehingga aliran sinar matahari ke sana hampir 7 kali lebih besar. Tanpa “payung surya” khusus, perangkat elektronik pada wahana ini akan menjadi terlalu panas. Ekspedisi ketiga ke Merkurius, disebut Bepi Kolombo, orang Eropa dan Jepang ambil bagian di dalamnya. Peluncuran dijadwalkan pada musim gugur 2018. Dua wahana akan terbang sekaligus, yang akan memasuki orbit di sekitar Merkurius pada akhir tahun 2025 setelah terbang dekat Bumi, dua di dekat Venus, dan enam di dekat Merkurius. Selain studi rinci tentang permukaan planet dan medan gravitasinya, studi rinci tentang magnetosfer dan medan magnet Merkurius, yang mewakili teka-teki ilmuwan. Meskipun Merkurius berotasi sangat lambat, dan inti logamnya seharusnya sudah mendingin dan mengeras sejak lama, planet ini memiliki medan magnet dipol yang 100 kali lebih lemah dibandingkan medan magnet Bumi, namun tetap mempertahankan magnetosfer di sekitar planet tersebut. Teori modern tentang pembangkitan medan magnet pada benda langit, yang disebut teori dinamo turbulen, mensyaratkan adanya lapisan penghantar listrik cair di bagian dalam planet (bagi Bumi, ini adalah bagian terluar dari inti besi. ) dan putaran yang relatif cepat. Alasan mengapa inti Merkurius masih tetap cair masih belum jelas.
Merkurius mempunyai keistimewaan luar biasa yang tidak dimiliki planet lain. Pergerakan Merkurius dalam orbitnya mengelilingi Matahari dan rotasinya pada porosnya jelas tersinkronisasi satu sama lain: dalam dua periode orbit, ia melakukan tiga putaran pada porosnya. Secara umum, para astronom telah lama mengenal gerak sinkron: Bulan kita berputar secara sinkron pada porosnya dan mengelilingi Bumi, periode kedua gerakan ini sama, yaitu dengan perbandingan 1:1. Dan planet lain memiliki beberapa satelit yang menunjukkan ciri yang sama. Ini adalah akibat dari efek pasang surut.
Untuk mengikuti pergerakan Merkurius (gbr. di atas), mari letakkan panah di permukaannya. Terlihat bahwa dalam satu kali revolusi mengelilingi Matahari, yaitu dalam satu tahun Merkurius, planet ini berputar pada porosnya tepat satu setengah kali. Selama ini, siang hari di area panah berubah menjadi malam, dan separuh hari cerah berlalu. Revolusi tahunan lainnya - dan siang hari dimulai lagi di area panah, satu hari matahari telah berakhir. Jadi, di Merkurius, satu hari matahari berlangsung selama dua tahun Merkurius.
Kami akan berbicara tentang pasang surut secara rinci di Bab. 6. Akibat pengaruh pasang surut dari Bumi, Bulan menyelaraskan dua gerakannya - rotasi aksial dan sirkulasi orbital. Bumi sangat mempengaruhi Bulan: ia meregangkan bentuk bulan dan menstabilkan rotasinya. Orbit Bulan mendekati lingkaran, sehingga Bulan bergerak hampir sepanjang itu kecepatan tetap pada jarak yang hampir konstan dari Bumi (kita telah membahas sejauh mana jarak “hampir” ini di Bab 1). Oleh karena itu, efek pasang surut sedikit bervariasi dan mengontrol rotasi Bulan di sepanjang orbitnya, sehingga menghasilkan resonansi 1:1.
Berbeda dengan Bulan, Merkurius bergerak mengelilingi Matahari dalam orbit yang sebagian besar berbentuk elips, terkadang mendekati termasyhur, terkadang menjauh darinya. Ketika jaraknya jauh, dekat aphelion orbit, pengaruh pasang surut Matahari melemah, karena bergantung pada jarak sebesar 1/ R 3. Ketika Merkurius mendekati Matahari, pasang surutnya jauh lebih kuat, sehingga hanya di wilayah perihelion Merkurius secara efektif menyinkronkan kedua pergerakannya - diurnal dan orbital. Hukum kedua Kepler menyatakan bahwa kecepatan sudut gerak orbital maksimum pada titik perihelion. Di sanalah terjadi “penangkapan pasang surut” dan sinkronisasi kecepatan sudut Merkurius – harian dan orbital –. Pada titik perihelion keduanya sama persis satu sama lain. Bergerak lebih jauh, Merkurius hampir berhenti merasakan pengaruh pasang surut Matahari dan mempertahankan kecepatan sudut rotasinya, secara bertahap mengurangi kecepatan sudut gerak orbital. Oleh karena itu, dalam satu periode orbit, ia berhasil melakukan satu setengah putaran harian dan kembali jatuh ke dalam cengkeraman efek pasang surut. Fisika yang sangat sederhana dan indah.
Permukaan Merkurius hampir tidak bisa dibedakan dengan bulan. Bahkan para astronom profesional, ketika foto detail pertama Merkurius muncul, menunjukkannya satu sama lain dan bertanya: "Coba tebak, apakah ini Bulan atau Merkurius?" Sangat sulit ditebak. Baik di sana maupun di sana, ada permukaan yang terkena meteorit. Tapi tentu saja ada kekhasannya. Meskipun tidak terdapat lautan lava besar di Merkurius, permukaannya tidak homogen: terdapat area yang lebih tua dan lebih muda (dasarnya adalah jumlah kawah meteorit). Merkurius juga berbeda dari Bulan dengan adanya tonjolan dan lipatan khas di permukaannya, yang muncul sebagai akibat kompresi planet saat inti logamnya yang besar mendingin.
Perbedaan suhu di permukaan Merkurius lebih besar dibandingkan di Bulan. Pada siang hari di khatulistiwa suhunya 430 °C, dan pada malam hari –173 °C. Namun tanah Merkurius berfungsi sebagai isolator panas yang baik, sehingga pada kedalaman sekitar 1 m setiap hari (atau dua kali setahun?) perubahan suhu tidak lagi terasa. Jadi, jika Anda terbang ke Merkurius, hal pertama yang perlu Anda lakukan adalah menggali ruang istirahat. Suhu akan mencapai sekitar 70 °C di ekuator; Agak panas. Namun di wilayah kutub geografis di ruang istirahat, suhunya sekitar –70 °C. Jadi Anda dapat dengan mudah menemukan garis lintang geografis yang membuat Anda merasa nyaman di ruang istirahat.
Suhu terendah diamati di dasar kawah kutub, di mana sinar matahari tidak pernah mencapainya. Di sanalah ditemukan endapan air es, yang sebelumnya telah terdeteksi oleh radar dari Bumi, dan kemudian dikonfirmasi oleh instrumen wahana antariksa MESSENGER. Asal muasal es ini masih diperdebatkan. Sumbernya bisa berupa komet dan uap air yang keluar dari perut planet.
Merkurius memiliki salah satu kawah tumbukan terbesar di Tata Surya - Heat Planum ( Cekungan Kalori) dengan diameter 1550 km. Ini adalah dampak dari asteroid dengan diameter minimal 100 km yang hampir membelah planet kecil tersebut. Hal ini terjadi sekitar 3,8 miliar tahun yang lalu, selama periode yang disebut “pengeboman berat akhir” ( Pengeboman Besar yang Terlambat), ketika, karena alasan yang tidak sepenuhnya dipahami, jumlah asteroid dan komet pada orbit yang memotong orbit planet kebumian meningkat.
Ketika Mariner 10 memotret Heat Plane pada tahun 1974, kita belum mengetahui apa yang terjadi di sisi berlawanan Merkurius setelah dampak mengerikan ini. Jelas bahwa jika bola dipukul, gelombang suara dan permukaan akan tereksitasi, yang merambat secara simetris, melewati “khatulistiwa” dan berkumpul di titik antipodeal, berlawanan secara diametral dengan titik tumbukan. Gangguan di sana menyusut sampai suatu titik, dan amplitudo getaran seismik meningkat dengan cepat. Hal ini serupa dengan cara penggembala ternak membunyikan cambuknya: energi dan momentum gelombang pada dasarnya kekal, namun ketebalan cambuk cenderung nol, sehingga kecepatan getarannya meningkat dan menjadi supersonik. Diperkirakan berada di wilayah Merkurius di seberang cekungan kalori akan ada gambaran kehancuran yang luar biasa. Secara umum hampir seperti itu: ada daerah perbukitan yang luas dengan permukaan bergelombang, meski saya perkirakan ada kawah antipodean. Tampak bagi saya bahwa ketika gelombang seismik runtuh, fenomena “cermin” akan terjadi pada jatuhnya asteroid. Kita mengamati hal ini ketika setetes air jatuh di permukaan air yang tenang: mula-mula ia menciptakan cekungan kecil, lalu air mengalir deras kembali dan melemparkan setetes air kecil baru ke atas. Hal ini tidak terjadi di Merkurius, dan sekarang kita memahami alasannya. Kedalamannya ternyata heterogen dan pemfokusan gelombang yang tepat tidak terjadi.
Secara umum, relief Merkurius lebih halus dibandingkan dengan Bulan. Misalnya, dinding kawah Merkurius tidak terlalu tinggi. Kemungkinan penyebabnya adalah gaya gravitasi yang lebih besar serta interior Merkurius yang lebih hangat dan lembut.
Venus- planet kedua dari Matahari dan planet terestrial yang paling misterius. Tidak jelas dari mana asal mula atmosfer yang sangat padat, yang hampir seluruhnya terdiri dari karbon dioksida (96,5%) dan nitrogen (3,5%) dan menyebabkan efek rumah kaca yang kuat. Tidak jelas mengapa Venus berputar sangat lambat pada porosnya - 244 kali lebih lambat dari Bumi, dan juga dalam arah yang berlawanan. Pada saat yang sama, atmosfer Venus yang sangat besar, atau lebih tepatnya lapisan awannya, terbang mengelilingi planet ini dalam empat hari Bumi. Fenomena ini disebut superrotasi atmosfer. Pada saat yang sama, atmosfer bergesekan dengan permukaan planet dan seharusnya melambat sejak lama. Lagi pula, ia tidak bisa bergerak mengelilingi planet ini untuk waktu yang lama, padat yang praktis diam. Namun atmosfer berputar, bahkan berlawanan arah dengan rotasi planet itu sendiri. Jelas bahwa gesekan dengan permukaan menghilangkan energi atmosfer, dan momentum sudutnya ditransfer ke tubuh planet. Ini berarti ada aliran energi (tentu saja tenaga surya), yang menyebabkan mesin panas beroperasi. Pertanyaan: bagaimana mesin ini diimplementasikan? Bagaimana energi Matahari diubah menjadi pergerakan atmosfer Venus?
Karena rotasi Venus yang lambat, gaya Coriolis di sana lebih lemah dibandingkan di Bumi, sehingga siklon atmosfer di sana kurang kompak. Faktanya, hanya ada dua di antaranya: satu di belahan bumi utara, dan satu lagi di belahan bumi selatan. Masing-masing “berangin” dari ekuator ke kutubnya sendiri.
Lapisan atas atmosfer Venus dipelajari secara rinci dengan flyby (melakukan manuver gravitasi) dan wahana orbital - Amerika, Soviet, Eropa, dan Jepang. Insinyur Soviet meluncurkan perangkat seri Venera di sana selama beberapa dekade, dan ini merupakan terobosan tersukses kami di bidang eksplorasi planet. Tugas utamanya adalah mendaratkan modul keturunan di permukaan untuk melihat apa yang ada di bawah awan.
Perancang wahana pertama, seperti penulis karya fiksi ilmiah pada tahun-tahun itu, dipandu oleh hasil pengamatan astronomi optik dan radio, yang kemudian menyimpulkan bahwa Venus adalah analog yang lebih hangat dari planet kita. Itulah sebabnya pada pertengahan abad ke-20, semua penulis fiksi ilmiah - dari Belyaev, Kazantsev, dan Strugatsky hingga Lem, Bradbury, dan Heinlein - menampilkan Venus sebagai tempat yang tidak ramah (panas, berawa, dengan atmosfer beracun), tetapi umumnya mirip dengan Venus. Dunia bumi. Untuk alasan yang sama, kendaraan pendaratan pertama wahana Venus tidak terlalu tahan lama dan tidak mampu menahan tekanan tinggi. Dan mereka mati, turun ke atmosfer, satu demi satu. Kemudian tubuh mereka mulai dibuat lebih kuat, dirancang untuk tekanan 20 atmosfer. Namun ternyata hal ini belum cukup. Kemudian para desainer, “sedikit menggigit”, membuat probe titanium yang dapat menahan tekanan 180 atm. Dan dia mendarat dengan selamat di permukaan (“Venera-7”, 1970). Perhatikan bahwa tidak semua kapal selam dapat menahan tekanan seperti itu, yang terjadi pada kedalaman sekitar 2 km di lautan. Ternyata tekanan di permukaan Venus tidak turun di bawah 92 atm (9,3 MPa, 93 bar), dan suhunya 464 °C.
Impian akan Venus yang ramah, mirip dengan Bumi pada zaman Karbon, akhirnya berakhir tepatnya pada tahun 1970. Untuk pertama kalinya, perangkat yang dirancang untuk kondisi mengerikan (“Venera-8”) berhasil turun dan bekerja di permukaan pada tahun 1972. Sejak saat itu, pendaratan di permukaan Venus telah menjadi operasi rutin, tetapi tidak mungkin untuk bekerja di sana untuk waktu yang lama: setelah 1-2 jam bagian dalam perangkat menjadi panas dan perangkat elektronik mati.
Pertama satelit buatan muncul di Venus pada tahun 1975 (“Venera-9 dan -10”). Secara umum, pekerjaan di permukaan Venus oleh kendaraan keturunan Venera-9...-14 (1975-1981) ternyata sangat sukses, mempelajari atmosfer dan permukaan planet di lokasi pendaratan, bahkan mengelola untuk mengambil sampel tanah dan menentukannya komposisi kimia dan sifat mekanik. Namun pengaruh terbesar di kalangan penggemar astronomi dan kosmonautika disebabkan oleh foto panorama lokasi pendaratan yang mereka transmisikan, pertama dalam warna hitam putih, dan kemudian berwarna. Ngomong-ngomong, langit Venus jika dilihat dari permukaan berwarna oranye. Cantik! Hingga saat ini (2017), gambar-gambar ini tetap menjadi satu-satunya dan sangat menarik bagi para ilmuwan planet. Mereka terus diproses dan bagian-bagian baru ditemukan dari waktu ke waktu.
Astronautika Amerika juga memberikan kontribusi yang signifikan terhadap studi Venus pada tahun-tahun tersebut. Flyby Mariner 5 dan 10 mempelajari atmosfer bagian atas. Pioneer Venera 1 (1978) menjadi satelit Venus Amerika pertama dan melakukan pengukuran radar. Dan "Pioneer-Venera-2" (1978) mengirim 4 kendaraan turun ke atmosfer planet: satu besar (315 kg) dengan parasut ke wilayah khatulistiwa belahan bumi siang hari dan tiga kecil (masing-masing 90 kg) tanpa parasut - ke pertengahan -garis lintang dan di utara belahan bumi siang hari, serta belahan bumi malam. Tak satu pun dari perangkat tersebut dirancang untuk bekerja di permukaan, tetapi salah satu perangkat kecil tersebut mendarat dengan selamat (tanpa parasut!) dan bekerja di permukaan selama lebih dari satu jam. Kasus ini memungkinkan Anda merasakan betapa tingginya kepadatan atmosfer di dekat permukaan Venus. Atmosfer Venus hampir 100 kali lebih besar daripada atmosfer Bumi, dan kepadatannya di permukaan adalah 67 kg/m 3, yang berarti 55 kali lebih padat dari udara Bumi dan hanya 15 kali lebih kecil dari kepadatan air dalam bentuk cair.
Tidak mudah untuk menciptakan wahana ilmiah yang kuat dan mampu menahan tekanan atmosfer Venus, sama seperti tekanan pada kedalaman satu kilometer di lautan kita. Namun yang lebih sulit lagi adalah membuat mereka mampu menahan suhu sekitar 464°C dengan adanya udara padat seperti itu. Aliran panas ke seluruh tubuh sangat besar. Oleh karena itu, bahkan perangkat yang paling andal pun bekerja tidak lebih dari dua jam. Untuk segera turun ke permukaan dan memperpanjang pekerjaannya di sana, Venus menjatuhkan parasutnya saat mendarat dan melanjutkan penurunannya, hanya diperlambat oleh perisai kecil di lambungnya. Dampaknya pada permukaan diperlunak dengan alat peredam khusus - penyangga pendaratan. Desainnya ternyata sangat sukses sehingga Venera 9 mendarat di lereng dengan kemiringan 35° tanpa masalah dan bekerja dengan normal.
Mengingat albedo Venus yang tinggi dan kepadatan atmosfernya yang sangat besar, para ilmuwan meragukan akan adanya cukup sinar matahari di dekat permukaan untuk memotret. Selain itu, kabut tebal mungkin saja menggantung di dasar lautan gas Venus, menghamburkan sinar matahari dan menghalangi diperolehnya gambar yang kontras. Oleh karena itu, kendaraan pendarat pertama dilengkapi dengan lampu halogen merkuri untuk menerangi tanah dan menciptakan kontras cahaya. Namun ternyata terdapat cukup cahaya alami di sana: cahaya di Venus sama terangnya dengan saat hari berawan di Bumi. Dan kontras cahaya alami juga cukup bisa diterima.
Pada bulan Oktober 1975, kendaraan pendarat Venera 9 dan 10, melalui blok orbitnya, mengirimkan foto pertama permukaan planet lain (jika kita tidak memperhitungkan Bulan) ke Bumi. Pada pandangan pertama, perspektif dalam panorama ini tampak terdistorsi secara aneh: penyebabnya adalah perputaran arah pemotretan. Gambar-gambar ini diambil dengan telefotometer (pemindai optik-mekanik), yang “tampilannya” perlahan berpindah dari cakrawala di bawah kaki kendaraan pendarat dan kemudian ke cakrawala lainnya: pemindaian 180° diperoleh. Dua telefotometer di sisi berlawanan perangkat seharusnya memberikan panorama yang lengkap. Namun penutup lensa tidak selalu terbuka. Misalnya, pada "Venera-11 dan -12" tidak satu pun dari keempatnya yang terbuka.
Salah satu eksperimen terindah dalam studi Venus dilakukan dengan menggunakan wahana Vega-1 dan -2 (1985). Nama mereka adalah singkatan dari “Venus-Halley”, karena setelah pemisahan modul keturunan yang ditujukan ke permukaan Venus, bagian penerbangan dari wahana tersebut berangkat untuk menjelajahi inti Komet Halley dan untuk pertama kalinya berhasil melakukannya. Alat pendaratannya juga tidak sepenuhnya biasa: bagian utama alat itu mendarat di permukaan, dan saat turun, sebuah balon yang dibuat oleh para insinyur Prancis dipisahkan darinya, dan selama kurang lebih dua hari ia terbang di atmosfer Venus pada ketinggian. dari 53-55 km, mentransmisikan data suhu dan tekanan ke Bumi, penerangan dan visibilitas di awan. Berkat angin kencang yang bertiup pada ketinggian ini dengan kecepatan 250 km/jam, balon-balon tersebut berhasil terbang mengelilingi sebagian besar planet ini. Cantik!
Foto-foto dari lokasi pendaratan hanya menunjukkan sebagian kecil permukaan Venus. Mungkinkah melihat seluruh Venus melalui awan? Bisa! Radar melihat menembus awan. Dua satelit Soviet dengan radar tampak samping dan satu satelit Amerika terbang ke Venus. Berdasarkan pengamatan mereka, peta radio Venus disusun dengan resolusi sangat tinggi. Sulit untuk mendemonstrasikannya pada peta umum, tetapi pada masing-masing fragmen peta terlihat jelas. Warna pada peta radio menunjukkan tingkatannya: biru muda dan biru tua adalah dataran rendah; Jika Venus memiliki air, maka itu akan menjadi lautan. Tapi air cair tidak bisa ada di Venus. Dan praktis tidak ada air berbentuk gas di sana. Benua yang berwarna kehijauan dan kekuningan, sebut saja begitu. Merah dan putih adalah yang paling banyak poin tinggi di Venus. Ini adalah "Tibet Venus" - dataran tinggi tertinggi. Puncak tertinggi di atasnya, Gunung Maxwell, menjulang setinggi 11 km.
Tidak ada fakta yang dapat dipercaya tentang kedalaman Venus, tentang struktur internalnya, karena penelitian seismik belum dilakukan di sana. Selain itu, rotasi planet yang lambat tidak memungkinkan pengukuran momen inersianya, yang dapat memberi tahu kita tentang distribusi kepadatan terhadap kedalaman. Sejauh ini, gagasan teoretis didasarkan pada kemiripan Venus dengan Bumi, dan tidak adanya lempeng tektonik di Venus dijelaskan oleh tidak adanya air di atasnya, yang di Bumi berfungsi sebagai “pelumas” yang memungkinkan lempeng-lempeng tersebut meluncur. dan menyelam di bawah satu sama lain. Ditambah dengan suhu permukaan yang tinggi, hal ini menyebabkan perlambatan atau bahkan tidak adanya konveksi sama sekali di tubuh Venus, mengurangi laju pendinginan interiornya dan mungkin menjelaskan kurangnya medan magnet. Semua ini tampak logis, tetapi memerlukan verifikasi eksperimental.
Ngomong-ngomong, tentang Bumi. Saya tidak akan membahas planet ketiga dari Matahari secara detail, karena saya bukan ahli geologi. Apalagi kita masing-masing punya Ide umum tentang Bumi bahkan berdasarkan pengetahuan sekolah. Namun sehubungan dengan studi tentang planet lain, saya perhatikan bahwa kita juga belum sepenuhnya memahami interior planet kita sendiri. Hampir setiap tahun terjadi penemuan-penemuan besar di bidang geologi, bahkan terkadang ditemukan lapisan-lapisan baru di perut bumi. Kita bahkan tidak mengetahui secara pasti suhu di inti planet kita. Lihatlah ulasan terbaru: beberapa penulis percaya bahwa suhu pada batas inti bagian dalam adalah sekitar 5000 K, sementara yang lain percaya bahwa suhunya lebih dari 6300 K. Ini adalah hasil perhitungan teoritis, yang mencakup parameter yang tidak sepenuhnya dapat diandalkan yang jelaskan sifat-sifat materi pada suhu ribuan kelvin dan tekanan jutaan bar. Sampai sifat-sifat ini dipelajari secara andal di laboratorium, kita tidak akan memperoleh pengetahuan akurat tentang interior bumi.
Keunikan Bumi di antara planet-planet serupa terletak pada adanya medan magnet dan air cair di permukaannya, dan yang kedua tampaknya merupakan konsekuensi dari yang pertama: magnetosfer bumi melindungi atmosfer kita dan, secara tidak langsung, hidrosfer dari matahari. aliran angin. Untuk menghasilkan medan magnet, seperti yang terlihat sekarang, di bagian dalam planet harus terdapat lapisan konduktif listrik cair, yang ditutupi oleh gerakan konvektif, dan rotasi harian yang cepat, yang menghasilkan gaya Coriolis. Hanya dalam kondisi seperti ini mekanisme dinamo menyala sehingga memperkuat medan magnet. Venus hampir tidak berotasi sehingga tidak memiliki medan magnet. Inti besi Mars kecil telah lama mendingin dan mengeras, sehingga juga tidak memiliki medan magnet. Merkurius tampaknya berputar sangat lambat dan seharusnya mendingin sebelum Mars, tetapi ia memiliki medan magnet dipol yang cukup mencolok dengan kekuatan 100 kali lebih lemah daripada medan magnet bumi. Paradoks! Pengaruh pasang surut Matahari kini diyakini bertanggung jawab menjaga inti besi Merkurius dalam keadaan cair. Miliaran tahun akan berlalu, inti besi bumi akan mendingin dan mengeras, menghilangkan perlindungan magnetis planet kita dari angin matahari. Dan satu-satunya planet berbatu dengan medan magnet yang tersisa, anehnya, adalah Merkurius.
Sekarang mari kita beralih ke Mars. Kemunculannya langsung menarik perhatian kita karena dua alasan: bahkan dalam foto yang diambil dari jauh, lapisan putih kutub dan atmosfer tembus pandang terlihat. Hal serupa terjadi antara Mars dan Bumi: lapisan kutub memunculkan gagasan tentang keberadaan air, dan atmosfer – kemungkinan bernafas. Dan meskipun air dan udara di Mars tidak sebaik yang terlihat pada pandangan pertama, planet ini telah lama menarik perhatian para peneliti.
Sebelumnya, para astronom mempelajari Mars melalui teleskop dan karenanya menantikan momen yang disebut “Oposisi Mars”. Apa yang menentang apa pada saat-saat ini?
Dari sudut pandang pengamat bumi, pada saat oposisi, Mars berada di satu sisi Bumi, dan Matahari berada di sisi lainnya. Jelas terlihat pada saat-saat inilah Bumi dan Mars mendekati jarak minimum, Mars terlihat di langit sepanjang malam dan diterangi dengan baik oleh Matahari. Bumi mengorbit Matahari setiap tahun, dan Mars setiap 1,88 tahun, sehingga waktu rata-rata antar oposisi hanya di atas dua tahun. Oposisi Mars terakhir terjadi pada tahun 2016, meskipun jaraknya tidak terlalu dekat. Orbit Mars terlihat berbentuk elips, sehingga jarak terdekat Bumi ke Mars terjadi ketika Mars berada di dekat perihelion orbitnya. Di Bumi (di zaman kita) ini adalah akhir Agustus. Oleh karena itu, konfrontasi bulan Agustus dan September disebut “hebat”; Pada momen-momen ini, yang terjadi setiap 15-17 tahun sekali, planet kita saling mendekat kurang dari 60 juta km. Hal ini akan terjadi pada tahun 2018. Dan konfrontasi super dekat terjadi pada tahun 2003: saat itu Mars hanya berjarak 55,8 juta km. Dalam hal ini, lahirlah istilah baru - “oposisi terbesar Mars”: ini sekarang dianggap sebagai pendekatan yang berjarak kurang dari 56 juta km. Terjadi 1-2 kali dalam satu abad, tetapi dalam abad ini bahkan akan ada tiga - tunggu tahun 2050 dan 2082.
Tetapi bahkan pada saat-saat yang sangat bertentangan, hanya sedikit yang terlihat di Mars melalui teleskop dari Bumi. Berikut adalah gambar seorang astronom yang melihat Mars melalui teleskop. Orang yang tidak siap akan melihat dan kecewa - dia tidak akan melihat apa pun, hanya “tetesan” kecil berwarna merah muda. Namun dengan teleskop yang sama, mata seorang astronom yang berpengalaman dapat melihat lebih banyak. Para astronom telah memperhatikan tutupan kutub sejak lama, berabad-abad yang lalu. Dan juga area gelap dan terang. Yang gelap secara tradisional disebut laut, dan yang terang – benua.
Meningkatnya minat terhadap Mars muncul selama era oposisi besar tahun 1877: - pada saat itu, teleskop yang bagus telah dibangun, dan para astronom telah membuat beberapa penemuan penting. Astronom Amerika Asaph Hall menemukan bulan Mars - Phobos dan Deimos. Dan astronom Italia Giovanni Schiaparelli membuat sketsa garis misterius di permukaan planet - kanal Mars. Tentu saja, Schiaparelli bukanlah orang pertama yang melihat saluran tersebut: beberapa di antaranya telah diperhatikan sebelum dia (misalnya, Angelo Secchi). Namun setelah Schiaparelli, topik ini menjadi dominan dalam studi Mars selama bertahun-tahun.
Pengamatan fitur-fitur di permukaan Mars, seperti “saluran” dan “laut”, menandai dimulainya tahap baru dalam studi tentang planet ini. Schiaparelli percaya bahwa “lautan” Mars memang bisa jadi merupakan perairan. Karena garis yang menghubungkannya perlu diberi nama, Schiaparelli menyebutnya “kanal” (canali), yang berarti selat laut, dan bukan bangunan buatan manusia. Dia percaya bahwa air sebenarnya mengalir melalui saluran-saluran ini di daerah kutub selama mencairnya lapisan kutub. Setelah penemuan “saluran” di Mars, beberapa ilmuwan mengemukakan sifat buatannya, yang menjadi dasar hipotesis tentang keberadaan makhluk cerdas di Mars. Namun Schiaparelli sendiri tidak menganggap hipotesis ini berdasar secara ilmiah, meski ia tidak mengesampingkan keberadaan kehidupan di Mars, bahkan mungkin kehidupan cerdas.
Namun, gagasan sistem saluran irigasi buatan di Mars mulai mendapat perhatian di negara lain. Hal ini sebagian disebabkan oleh fakta bahwa kanal Italia dalam bahasa Inggris direpresentasikan sebagai canal (jalur air buatan manusia), bukan channel (selat laut alami). Dan dalam bahasa Rusia, kata “kanal” berarti bangunan buatan. Gagasan tentang Mars memikat banyak orang pada waktu itu, dan tidak hanya para penulis (ingat H.G. Wells dengan “War of the Worlds,” 1897), tetapi juga para peneliti. Yang paling terkenal adalah Percival Lovell. Orang Amerika ini menerima pendidikan yang sangat baik di Harvard, sama-sama menguasai matematika, astronomi, dan humaniora. Namun sebagai keturunan keluarga bangsawan, ia lebih memilih menjadi diplomat, penulis, atau traveler daripada astronom. Namun, setelah membaca karya Schiaparelli tentang kanal, ia menjadi terpesona dengan Mars dan percaya akan adanya kehidupan dan peradaban di dalamnya. Secara umum, dia meninggalkan semua urusan lainnya dan mulai mempelajari Planet Merah.
Dengan uang dari keluarga kayanya, Lovell membangun sebuah observatorium dan mulai menggambar kanal. Perhatikan bahwa fotografi saat itu masih dalam tahap awal, dan mata pengamat yang berpengalaman mampu melihat detail terkecil dalam kondisi turbulensi atmosfer, yang mendistorsi gambar objek yang jauh. Peta kanal Mars yang dibuat di Observatorium Lovell adalah yang paling detail. Selain itu, sebagai penulis yang baik, Lovell menulis beberapa buku menarik - Mars dan salurannya (1906), Mars sebagai tempat tinggal kehidupan(1908), dll. Hanya satu di antaranya yang diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia bahkan sebelum revolusi: “Mars dan kehidupan di atasnya” (Odessa: Matezis, 1912). Buku-buku ini memikat seluruh generasi dengan harapan bisa bertemu dengan orang Mars.
Harus diakui bahwa kisah kanal Mars tidak pernah mendapat penjelasan yang komprehensif. Ada gambar lama dengan saluran dan foto masa kini- tanpa mereka. Dimana salurannya? Apa itu? Konspirasi para astronom? Kegilaan massal? Hipnosis diri? Sulit untuk menyalahkan ilmuwan yang telah memberikan hidupnya untuk sains atas hal ini. Mungkin jawaban atas cerita ini ada di depan.
Dan hari ini kita mempelajari Mars, sebagai suatu peraturan, bukan melalui teleskop, tetapi dengan bantuan wahana antarplanet. (Meskipun teleskop masih digunakan untuk ini dan terkadang membawa hasil penting.) Penerbangan wahana ke Mars dilakukan sepanjang lintasan semi-elips yang paling menguntungkan. Dengan menggunakan Hukum Ketiga Kepler, mudah untuk menghitung durasi penerbangan tersebut. Karena eksentrisitas orbit Mars yang tinggi, waktu penerbangan bergantung pada musim peluncuran. Rata-rata, penerbangan dari Bumi ke Mars memakan waktu 8-9 bulan.
Mungkinkah mengirim ekspedisi berawak ke Mars? Ini adalah topik yang besar dan menarik. Tampaknya yang diperlukan hanyalah kendaraan peluncur yang kuat dan pesawat luar angkasa yang nyaman. Belum ada negara yang memiliki kapal induk yang cukup kuat, namun para insinyur Amerika, Rusia, dan Tiongkok sedang mengerjakannya. Tidak ada keraguan bahwa roket semacam itu akan dibuat di tahun-tahun mendatang oleh badan usaha milik negara (misalnya, roket Angara baru kami dalam versi paling kuatnya) atau perusahaan swasta (Elon Musk - mengapa tidak).
Apakah ada kapal yang astronotnya akan menghabiskan waktu berbulan-bulan dalam perjalanan ke Mars? Belum ada hal seperti itu. Semua yang sudah ada (Soyuz, Shenzhou) bahkan yang sedang menjalani pengujian (Dragon V2, CST-100, Orion) sangat sempit dan hanya cocok untuk terbang ke Bulan yang jaraknya hanya 3 hari. Benar, ada ide untuk menambah ruangan tambahan setelah lepas landas. Pada musim gugur 2016, modul tiup diuji di ISS dan bekerja dengan baik. Dengan demikian, kemungkinan teknis untuk terbang ke Mars akan segera muncul. Jadi apa masalahnya? Dalam diri seseorang!
Kita terus-menerus terpapar radioaktivitas alami batuan bumi, aliran partikel kosmik, atau radioaktivitas buatan. Di permukaan bumi, latar belakangnya lemah: kita dilindungi oleh magnetosfer dan atmosfer planet, serta tubuhnya, yang menutupi belahan bumi bagian bawah. Rendah orbit bumi yang rendah tempat kosmonot ISS bekerja, atmosfer tidak lagi membantu, sehingga radiasi latar meningkat ratusan kali lipat. DI DALAM luar angkasa masih beberapa kali lebih tinggi. Hal ini secara signifikan membatasi durasi tinggal aman seseorang di luar angkasa. Perlu dicatat bahwa pekerja di industri nuklir dilarang menerima lebih dari 5 rem per tahun - ini hampir aman untuk kesehatan. Kosmonot diperbolehkan menerima hingga 10 rem per tahun (tingkat bahaya yang dapat diterima), yang membatasi durasi pekerjaan mereka di ISS menjadi satu tahun. Dan penerbangan ke Mars dengan kembalinya ke Bumi, paling banter (jika tidak ada suar kuat di Matahari), akan menghasilkan dosis 80 rem, yang akan menciptakan kemungkinan besar terkena kanker. Hal inilah yang menjadi kendala utama penerbangan manusia ke Mars. Mungkinkah melindungi astronot dari radiasi? Secara teoritis, hal itu mungkin terjadi.
Kita dilindungi di Bumi oleh atmosfer yang ketebalan per sentimeter perseginya setara dengan lapisan air setinggi 10 meter. Atom ringan lebih baik menghilangkan energi partikel kosmik, sehingga lapisan pelindungnya pesawat ruang angkasa tebalnya bisa 5 meter. Tetapi bahkan di kapal yang sempit, massa perlindungan ini akan mencapai ratusan ton. Mengirimkan kapal semacam itu ke Mars berada di luar kemampuan roket modern atau bahkan menjanjikan.
Baiklah kalau begitu. Katakanlah ada sukarelawan yang bersedia mempertaruhkan kesehatan mereka dan pergi ke Mars tanpa perlindungan radiasi. Apakah mereka bisa bekerja di sana setelah mendarat? Bisakah mereka diandalkan untuk menyelesaikan tugasnya? Ingat bagaimana perasaan para astronot, setelah menghabiskan enam bulan di ISS, segera setelah mendarat di tanah? Mereka digendong, diletakkan di atas tandu, dan selama dua hingga tiga minggu mereka direhabilitasi, memulihkan kekuatan tulang dan kekuatan otot. Dan di Mars tidak ada yang akan menggendong mereka. Di sana Anda harus keluar sendiri dan bekerja dengan pakaian tebal, seperti di Bulan. Bagaimanapun, tekanan atmosfer di Mars bisa dibilang nol. Baju itu sangat berat. Di Bulan relatif mudah untuk bergerak di dalamnya, karena gravitasinya 1/6 gravitasi Bumi, dan selama tiga hari penerbangan ke Bulan otot-otot tidak sempat melemah. Astronot akan tiba di Mars setelah menghabiskan berbulan-bulan dalam kondisi tanpa bobot dan radiasi, dan gravitasi di Mars dua setengah kali lebih besar daripada gravitasi bulan. Selain itu, di permukaan Mars sendiri, radiasinya hampir sama dengan di luar angkasa: Mars tidak memiliki medan magnet, dan atmosfernya terlalu tipis untuk dijadikan pelindung. Jadi film “The Martian” adalah fantasi, sangat indah, tapi tidak nyata.
Bagaimana kita membayangkan pangkalan di Mars sebelumnya? Kami tiba, memasang modul laboratorium di permukaan, tinggal dan bekerja di dalamnya. Dan sekarang begini caranya: kami terbang, menggali, membangun tempat berlindung di kedalaman setidaknya 2-3 meter (ini adalah perlindungan yang cukup andal dari radiasi) dan mencoba untuk lebih jarang muncul ke permukaan dan tidak terlalu lama. Kebangkitan terjadi secara sporadis. Kami pada dasarnya duduk di bawah tanah dan mengendalikan pekerjaan penjelajah Mars. Sehingga mereka dapat dikendalikan dari Bumi dengan lebih efisien, lebih murah dan tanpa risiko terhadap kesehatan. Hal inilah yang telah dilakukan selama beberapa dekade.
Tentang apa yang dipelajari robot tentang Mars - .
Ilustrasi disiapkan oleh V. G. Surdin dan N. L. Vasilyeva menggunakan foto dan gambar NASA dari situs publik
Dibagi menjadi 2 kelompok berdasarkan permukaan planetnya: planet gas raksasa dan planet kebumian. Planet kebumian memiliki ciri permukaan yang padat dan biasanya terdiri dari senyawa silikat. Hanya ada empat planet seperti itu di tata surya: Mars, Bumi, Venus, dan Merkurius.
Planet kebumian di Tata Surya:
Air raksa
Merkurius merupakan planet terkecil dari empat planet mirip Bumi di Tata Surya dengan radius khatulistiwa 2.439,7 ± 1,0 km. Planet ini lebih besar dari bulan seperti Titan. Namun, Merkurius memiliki kepadatan tertinggi kedua (5427 gram per sentimeter kubik) di antara planet-planet di tata surya, sedikit lebih rendah dari Bumi dalam indikator ini. Kepadatan yang tinggi memberikan petunjuk mengenai struktur internal planet, yang diyakini para ilmuwan kaya akan zat besi. Inti Merkurius diyakini memiliki kandungan besi tertinggi dibandingkan planet mana pun di sistem kita. Para astronom percaya bahwa inti cair menyumbang 55% dari total volume planet. Lapisan luar inti yang kaya zat besi adalah mantel, yang sebagian besar terdiri dari silikat. Ketebalan kerak planet ini mencapai 35 km. Merkurius terletak pada jarak 0,39 unit astronomi dari Matahari, menjadikannya planet terdekat dengan bintang kita. Karena letaknya yang dekat dengan Matahari, suhu permukaan planet ini meningkat hingga lebih dari 400º C.
Venus
Venus adalah tetangga terdekat Bumi dan salah satu dari empat planet terestrial di tata surya. Merupakan planet terbesar kedua dalam kategori ini dengan diameter 12.092 km; kedua setelah Bumi. Namun atmosfer Venus yang tebal dianggap paling padat di tata surya, dengan tekanan atmosfer 92 kali lebih tinggi dibandingkan tekanan atmosfer di planet kita. Atmosfer padatnya terdiri dari karbon dioksida yang menimbulkan efek rumah kaca dan menyebabkan suhu di permukaan Venus meningkat hingga 462º C. Planet ini didominasi oleh dataran vulkanik yang menutupi sekitar 80% permukaannya. Venus juga memiliki banyak kawah tumbukan, beberapa di antaranya berdiameter sekitar 280 km.
Bumi
Dari empat planet kebumian, Bumi merupakan planet terbesar dengan diameter ekuator 12.756,1 km. Ia juga merupakan satu-satunya planet dalam kelompok ini yang diketahui memiliki hidrosfer. Bumi merupakan planet terdekat ketiga dengan Matahari, terletak pada jarak sekitar 150 juta km (1 unit astronomi) dari Matahari. Planet ini juga memiliki kepadatan tertinggi (5,514 gram per sentimeter kubik) di Tata Surya. Silikat dan alumina adalah dua senyawa yang ditemukan dengan konsentrasi tertinggi di kerak bumi, dan mencakup 75,4% kerak benua dan 65,1% kerak samudera.
Mars
Mars adalah planet kebumian lain di Tata Surya, terletak terjauh dari Matahari pada jarak 1,5 unit astronomi. Planet ini memiliki radius khatulistiwa 3396,2±0,1 km, menjadikannya yang kedua planet terkecil dalam sistem kami. Permukaan Mars sebagian besar terdiri dari batuan basaltik. Kerak planet ini cukup tebal dan kedalamannya berkisar antara 125 km hingga 40 km.
Planet kerdil
Ada planet katai lain yang lebih kecil yang memiliki beberapa karakteristik yang sebanding dengan planet kebumian, seperti memiliki permukaan yang padat. Namun, permukaan planet katai dibentuk oleh lapisan es sehingga tidak termasuk dalam kelompok ini. Contoh planet katai di tata surya adalah Pluto dan Ceres.
Kuliah: Tata surya: planet kebumian dan planet raksasa, benda kecil tata surya
Tata surya terdiri dari berbagai macam benda. Yang utama tentu saja adalah matahari. Namun jika tidak diperhitungkan, planet dianggap sebagai elemen utama tata surya. Mereka adalah unsur terpenting kedua setelah matahari. Tata surya sendiri menyandang nama ini karena matahari memainkan peran penting di sini, karena semua planet berputar mengelilingi matahari.
Planet kebumian
Saat ini, terdapat dua kelompok planet di Tata Surya. Kelompok pertama adalah planet kebumian. Ini termasuk Merkurius, Venus, Bumi, dan juga Mars. DI DALAM daftar ini semuanya diurutkan berdasarkan jarak Matahari ke masing-masing planet tersebut. Mereka mendapatkan namanya karena sifat-sifatnya yang agak mengingatkan pada karakteristik planet Bumi. Semua planet kebumian mempunyai permukaan padat. Keunikan masing-masing planet ini adalah bahwa mereka berputar secara berbeda porosnya sendiri. Misalnya, Bumi satu kali rotasi penuh terjadi dalam sehari, yakni 24 jam, sedangkan Venus satu rotasi penuh terjadi dalam 243 hari Bumi.
Masing-masing planet kebumian mempunyai atmosfernya masing-masing. Ini bervariasi dalam kepadatan dan komposisi, tapi pasti ada. Misalnya, di Venus kepadatannya cukup besar, sedangkan di Merkurius hampir tidak terlihat. Faktanya, pada saat ini Ada anggapan bahwa Merkurius tidak memiliki atmosfer sama sekali, namun nyatanya tidak demikian. Semua atmosfer planet kebumian terdiri dari zat-zat yang molekulnya relatif berat. Misalnya atmosfer Bumi, Venus, dan Mars terdiri dari karbon dioksida dan uap air. Sebaliknya, atmosfer Merkurius sebagian besar terdiri dari helium.
Selain atmosfer, semua planet kebumian mempunyai komposisi kimia yang kurang lebih sama. Secara khusus, mereka sebagian besar terdiri dari senyawa silikon dan besi. Namun planet-planet ini juga mengandung unsur lain, namun jumlahnya tidak begitu banyak.
Ciri khas planet kebumian adalah di pusatnya terdapat inti dengan massa yang bervariasi. Pada saat yang sama, semua inti berada dalam keadaan cair - satu-satunya pengecualian adalah Venus.
Setiap planet kebumian mempunyai medan magnetnya masing-masing. Pada saat yang sama, di Venus pengaruhnya hampir tidak terlihat, sedangkan di Bumi, Merkurius, dan Mars pengaruhnya cukup terlihat. Sedangkan bagi Bumi, medan magnetnya tidak diam di satu tempat, melainkan bergerak. Meskipun kecepatannya sangat rendah dibandingkan dengan konsep manusia, para ilmuwan berpendapat bahwa pergerakan medan selanjutnya dapat menyebabkan perubahan pada sabuk magnet.
Ciri lain dari planet kebumian adalah mereka hampir tidak mempunyai satelit alami. Khususnya, hingga saat ini mereka hanya ditemukan di dekat Bumi dan Mars.
Planet raksasa
Kelompok planet kedua disebut “planet raksasa”. Ini termasuk Jupiter, Saturnus, Uranus dan Neptunus. Massa mereka secara signifikan melebihi massa planet kebumian.
Raksasa paling ringan saat ini adalah Uranus, namun massanya melebihi massa bumi
sekitar 14 setengah kali. Dan planet terberat di tata surya (kecuali Matahari) adalah Jupiter.
Tidak ada satupun planet raksasa yang benar-benar memiliki permukaannya sendiri, karena semuanya berbentuk gas. Gas-gas yang menyusun planet-planet ini, ketika mendekati pusat atau disebut khatulistiwa, berubah menjadi wujud cair. Dalam hal ini, kita dapat melihat perbedaan karakteristik rotasi planet-planet raksasa pada porosnya sendiri. Perlu diperhatikan bahwa durasi satu putaran penuh maksimal 18 jam. Sementara itu, setiap lapisan planet berputar pada porosnya dengan kecepatan yang berbeda-beda. Ciri ini disebabkan oleh fakta bahwa planet raksasa tidak padat. Dalam hal ini, bagian masing-masing tampaknya tidak berhubungan satu sama lain.
Di pusat semua planet raksasa terdapat inti padat kecil. Kemungkinan besar, salah satu zat utama planet ini adalah hidrogen, yang memiliki sifat logam. Berkat hal tersebut, kini terbukti bahwa planet raksasa memiliki medan magnetnya sendiri. Namun, dalam sains saat ini jumlahnya sangat sedikit bukti yang meyakinkan dan ada banyak kontradiksi yang bisa menjadi ciri planet raksasa.
Ciri khasnya adalah planet tersebut memiliki banyak satelit alami dan cincin. Dalam hal ini, cincin adalah kumpulan kecil partikel yang berputar langsung mengelilingi planet dan mengumpulkan berbagai jenis partikel kecil yang terbang melewatinya.
Saat ini, hanya 9 planet besar yang resmi diketahui sains. Namun, planet kebumian dan planet raksasa hanya mencakup delapan. Planet kesembilan, yaitu Pluto, tidak termasuk dalam kelompok mana pun, karena letaknya pada jarak yang sangat jauh dari Matahari dan praktis tidak dipelajari. Satu-satunya hal yang dapat dikatakan tentang Pluto adalah keadaannya yang mendekati padat. Saat ini terdapat spekulasi bahwa Pluto sama sekali bukan planet. Asumsi ini sudah ada selama lebih dari 20 tahun, namun keputusan untuk mengecualikan Pluto dari daftar planet belum diambil.
Badan-badan kecil tata surya
Selain planet, di Tata Surya banyak sekali terdapat berbagai macam benda yang massanya relatif kecil, misalnya asteroid, komet, planet kecil, dan lain sebagainya. Secara keseluruhan, datanya benda langit termasuk dalam kelompok benda langit kecil. Mereka berbeda dari planet karena mereka padat, berukuran relatif kecil, dan dapat bergerak mengelilingi Matahari tidak hanya dalam garis lurus, tetapi juga dalam garis lurus. arah sebaliknya. Ukurannya jauh lebih kecil dibandingkan planet mana pun yang ditemukan saat ini. Kehilangan gravitasi kosmik, benda-benda langit kecil di tata surya jatuh ke lapisan atas atmosfer bumi, tempat mereka terbakar atau jatuh dalam bentuk meteorit. Perubahan keadaan benda-benda yang mengorbit planet lain belum diteliti.
| | |
– memiliki ukuran dan massa yang kecil, kepadatan rata-rata planet-planet ini beberapa kali lebih tinggi daripada kepadatan air; mereka berputar perlahan di sekitar sumbunya; mereka hanya punya sedikit satelit (Merkurius dan Venus sama sekali tidak punya, Mars punya dua satelit kecil, Bumi punya satu).
Kesamaan planet-planet kebumian tidak mengesampingkan perbedaan yang signifikan. Misalnya, Venus, tidak seperti planet lain, berputar ke arah yang berlawanan dengan pergerakannya mengelilingi Matahari, dan 243 kali lebih lambat dari Bumi (bandingkan panjang tahun dan hari di Venus). Periode orbit Merkurius (yaitu tahun planet ini) hanya 1/3 lebih besar dari periode rotasinya pada porosnya (relatif terhadap bintang). Sudut kemiringan sumbu terhadap bidang orbitnya kira-kira sama untuk Bumi dan Mars, tetapi untuk Merkurius dan Venus sangat berbeda. Tahukah anda bahwa inilah salah satu penyebab yang menentukan sifat pergantian musim. Akibatnya, Mars memiliki musim yang sama dengan Bumi (meskipun setiap musim hampir dua kali lebih lama dibandingkan di Bumi).
Ada kemungkinan bahwa, karena sejumlah ciri fisiknya, Pluto yang jauh, planet terkecil dari 9 planet, juga termasuk dalam planet kebumian. Diameter rata-rata Pluto adalah sekitar 2260 km. Diameter Charon, bulan Pluto, hanya berukuran setengahnya. Oleh karena itu, ada kemungkinan bahwa sistem Pluto-Charon, seperti sistem Bumi, adalah “planet ganda”.
Suasana
Persamaan dan perbedaan juga terungkap ketika mempelajari atmosfer planet-planet kebumian. Berbeda dengan Merkurius, yang seperti Bulan, praktis tidak memiliki atmosfer, Venus dan Mars memiliki atmosfer. Data modern tentang atmosfer Venus dan Mars diperoleh dari penerbangan pesawat ruang angkasa kami (“Venera”, “Mars”) dan Amerika (“Pioneer-Venera”, “Mariner”, “Viking”). Membandingkan atmosfer Venus dan Mars dengan atmosfer Bumi, kita melihat bahwa, tidak seperti atmosfer nitrogen-oksigen di Bumi, Venus dan Mars memiliki atmosfer yang sebagian besar terdiri dari karbon dioksida. Tekanan di permukaan Venus 90 kali lebih besar, dan di Mars hampir 150 kali lebih kecil dibandingkan di permukaan Bumi.
Suhu di permukaan Venus sangat tinggi (sekitar 500°C) dan hampir sama. Apa hubungannya ini? Sekilas, Venus terlihat lebih dekat ke Matahari dibandingkan Bumi. Namun, pengamatan menunjukkan, reflektifitas Venus lebih besar daripada Bumi, sehingga memanaskan kedua planet secara merata. Tingginya suhu permukaan Venus disebabkan oleh efek rumah kaca. Begini: atmosfer Venus memancarkan sinar matahari yang memanaskan permukaannya. Permukaan yang panas menjadi sumber radiasi infra merah, yang tidak dapat keluar dari planet ini, karena tertahan oleh karbon dioksida dan uap air yang terkandung di atmosfer Venus, serta tutupan awan di planet tersebut. Akibatnya, keseimbangan antara masuknya energi dan konsumsinya ke ruang damai terjadi pada suhu yang lebih tinggi daripada suhu di planet yang bebas mentransmisikan radiasi infra merah.
Kita terbiasa dengan awan bumi yang terdiri dari tetesan kecil air atau kristal es. Komposisi awan Venus berbeda: mengandung tetesan asam sulfat dan, mungkin, asam klorida. Lapisan awan sangat melemahkan sinar matahari, namun, seperti yang ditunjukkan oleh pengukuran yang dilakukan pada satelit Venera 11 dan Venera 12, penerangan di permukaan Venus kira-kira sama dengan di permukaan bumi pada hari berawan. Studi yang dilakukan pada tahun 1982 oleh wahana Venera 13 dan Venera 14 menunjukkan bahwa langit Venus dan lanskapnya memiliki warna oranye. Hal ini dijelaskan oleh kekhasan hamburan cahaya di atmosfer planet ini.
Gas di atmosfer planet kebumian terus bergerak. Seringkali selama badai debu yang berlangsung selama beberapa bulan, sejumlah besar debu naik ke atmosfer Mars. Angin topan tercatat terjadi di atmosfer Venus pada ketinggian di mana lapisan awan berada (50 hingga 70 km di atas permukaan planet), namun di dekat permukaan planet ini kecepatan angin hanya mencapai beberapa meter per detik.
Jadi, meski ada beberapa kesamaan, secara umum atmosfer planet-planet terdekat Bumi sangat berbeda dengan atmosfer Bumi. Ini merupakan contoh penemuan yang tidak dapat diprediksi. Akal sehat menyatakan bahwa planet-planet dengan karakteristik fisik serupa (misalnya, Bumi dan Venus kadang-kadang disebut “planet kembar”) dan jaraknya kira-kira sama dari Matahari seharusnya memiliki atmosfer yang sangat mirip. Faktanya, alasan perbedaan yang diamati terkait dengan kekhasan evolusi atmosfer masing-masing planet kebumian.
Studi tentang atmosfer kelompok terestrial tidak hanya memungkinkan kita untuk lebih memahami sifat-sifat dan sejarah asal usul atmosfer bumi, tetapi juga penting untuk memecahkan masalah tersebut. masalah lingkungan. Misalnya, kabut – kabut asap yang terbentuk di atmosfer bumi akibat pencemaran udara, komposisinya sangat mirip dengan awan Venus. Awan ini, seperti badai debu di Mars, mengingatkan kita akan pentingnya membatasi emisi debu dan berbagai jenis limbah industri ke atmosfer planet kita jika kita ingin menjaga kondisi di Bumi tetap sesuai untuk keberadaan dan perkembangan kehidupan. waktu yang lama. Badai debu, di mana awan debu tetap berada di atmosfer Mars selama beberapa bulan dan menyebar ke wilayah yang luas, membuat kita berpikir tentang beberapa kemungkinan dampak lingkungan dari perang nuklir.
Permukaan
Planet kebumian, seperti Bumi dan Bulan, memiliki permukaan berbatu. Pengamatan optik di darat memberikan sedikit informasi tentangnya, karena Merkurius sulit dilihat melalui teleskop bahkan selama pemanjangan, dan permukaan Venus tersembunyi dari kita oleh awan. Di Mars, bahkan selama oposisi besar (ketika jarak antara Bumi dan Mars minimal - sekitar 55 juta km), yang terjadi setiap 15 - 17 tahun sekali, teleskop besar dapat digunakan untuk melihat detail berukuran sekitar 300 km. Namun, dalam beberapa dekade terakhir, kita bisa belajar banyak tentang permukaan Merkurius dan Mars, serta mendapatkan wawasan tentang permukaan Venus yang hingga saat ini masih misterius. Hal ini dimungkinkan berkat keberhasilan penerbangan stasiun antarplanet otomatis seperti “Venus”, “Mars”, “Viking”, “Mariner”, “Magellan”, yang terbang dekat planet atau mendarat di permukaan Venus dan Mars, dan berkat pengamatan radar berbasis darat.
Permukaan Merkurius yang penuh dengan kawah sangat mirip dengan Bulan. Jumlah “lautan” di sana lebih sedikit dibandingkan di Bulan, dan ukurannya kecil. Diameter Laut Panas Mercurian adalah 1300 km, begitu pula Laut Hujan di Bulan. Tepian curam membentang sejauh puluhan dan ratusan kilometer, kemungkinan disebabkan oleh aktivitas tektonik Merkurius sebelumnya, ketika lapisan permukaan planet bergeser dan bergerak maju. Seperti di Bulan, sebagian besar kawah terbentuk akibat tumbukan meteorit. Jika terdapat sedikit kawah, kita melihat area permukaan yang relatif muda. Kawah tua yang hancur sangat berbeda dengan kawah muda yang terpelihara dengan baik.
Gurun berbatu dan banyak bebatuan terlihat dalam panorama foto-televisi pertama yang ditransmisikan dari permukaan Venus oleh stasiun otomatis seri “Venus”. Pengamatan radar di darat telah menemukan banyak kawah dangkal di planet ini, dengan diameter berkisar antara 30 hingga 700 km. Secara umum, planet ini ternyata merupakan planet terestrial yang paling halus, meskipun ia juga memiliki barisan pegunungan yang luas dan bukit-bukit yang panjang, dua kali ukuran terestrial Tibet. Gunung berapi Maxwell yang sudah punah sangat besar, tingginya 12 km (satu setengah kali lebih besar dari Chomolungma), diameter dasar 1000 km, diameter kawah di puncak 100 km. Kerucut vulkanik Gauss dan Hertz sangat besar, namun lebih kecil dari Maxwell. Seperti ngarai keretakan yang membentang di sepanjang dasar lautan bumi, zona keretakan juga telah ditemukan di Venus, yang menunjukkan bahwa di planet ini pernah terjadi (dan mungkin masih terjadi!) proses aktif(misalnya aktivitas gunung berapi).
Pada tahun 1983 – 1984 Studi radar dilakukan dari stasiun “Venera - 15” dan “Venera - 16”, yang memungkinkan pembuatan peta dan atlas permukaan planet (ukuran detail permukaan adalah 1 – 2 km). Sebuah langkah baru dalam studi permukaan Venus dikaitkan dengan penggunaan sistem radar yang lebih canggih yang dipasang di satelit Amerika Magellan. Pesawat ruang angkasa ini mencapai sekitar Venus pada Agustus 1990 dan memasuki orbit elips yang memanjang. Survei rutin telah dilakukan sejak September 1990. Gambar yang jelas dikirimkan ke Bumi, beberapa di antaranya dengan jelas menunjukkan detail hingga ukuran 120 m.Pada Mei 1993, hampir 98% permukaan planet telah disurvei. Percobaan yang meliputi tidak hanya memotret Venus, tetapi juga melakukan penelitian lain (medan gravitasi, atmosfer, dll.) direncanakan akan selesai pada tahun 1995.
Permukaan Mars juga penuh dengan kawah. Ada banyak sekali dari mereka di belahan bumi selatan. Daerah gelap yang menempati sebagian besar permukaan planet disebut laut (Hellas, Argir, dll). Diameter beberapa lautan melebihi 2000 km. Perbukitan yang menyerupai benua bumi, berupa padang terang berwarna jingga-merah, disebut benua (Tharsis, Elysium). Seperti Venus, terdapat kerucut vulkanik yang sangat besar. Ketinggian yang terbesar (Olympus) melebihi 25 km, diameter kawahnya 90 km. Diameter dasar gunung raksasa berbentuk kerucut ini lebih dari 500 km.
Fakta bahwa jutaan tahun yang lalu terjadi letusan gunung berapi yang dahsyat di Mars dan pergeseran lapisan permukaan dibuktikan dengan sisa-sisa aliran lava, patahan permukaan yang sangat besar (salah satunya, Mariner, membentang sejauh 4000 km), banyak ngarai dan ngarai. Ada kemungkinan bahwa beberapa dari formasi inilah (misalnya, rangkaian kawah atau ngarai yang memanjang) yang 100 tahun lalu disalahartikan oleh para peneliti Mars sebagai “saluran”, yang keberadaannya kemudian mereka coba jelaskan sejak lama melalui aktivitas di Mars. penghuni Mars yang cerdas.
Warna merah Mars juga sudah tidak lagi menjadi misteri. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa tanah di planet ini banyak mengandung tanah liat yang kaya akan zat besi.
Panorama permukaan “Planet Merah” berulang kali difoto dan ditransmisikan dari jarak dekat.
Tahukah Anda bahwa hampir 2/3 permukaan bumi ditempati oleh lautan. Tidak ada air di permukaan Venus dan Merkurius. Tidak ada perairan terbuka di permukaan Mars juga. Namun, seperti yang disarankan para ilmuwan, air di Mars setidaknya harus berbentuk lapisan es yang membentuk tudung kutub, atau lapisan permafrost yang luas. Anda mungkin menyaksikan penemuan cadangan es di Mars, atau bahkan air di bawah es. Fakta bahwa pernah ada air di permukaan Mars dibuktikan dengan adanya cekungan berkelok-kelok seperti saluran yang ditemukan di sana.
