Таблица 2.3. Сравнительная характеристика планет земной группы

Урок №8.

Лекция №8.

Раздел: Строение солнечной системы.

Тема: Планеты земной группы.

Основные понятия и термины:

Планета, Солнце, Меркурий, Венера, Земля, Марс, спутник, Луна, атмосфера.

План изучения темы:

1. Общая характеристика планет земной группы.

2. Меркурий.

3. Венера.

4. Земля.

5. Марс.

1) Планеты земной группы

Общая характеристика планет земной группы. Четыре первые планеты от Солнца являются планетами земной группы: Меркурий, Венера, Земля и Марс (рис. 1).

Рис. 1 - Планеты земной группы

Таблица 2.3. Сравнительная характеристика планет земной группы

Планеты земной группы обладают высокой плотностью и состоят преимущественно из кислорода, кремния, железа, магния, алюминия и других тяжелых элементов (в отличие от газовых планет и каменно-ледяных карликовых планет).

Все планеты земной группы имеют следующее строение: в центре находится ядро из железа с примесью никеля, которое покрывают мантия и кора.

Две из планет земной группы (Земля и Марс) имеют спутники. Ни одна из планет земной группы в отличие от всех планет-гигантов не имеет колец.

2) Меркурий.

Меркурий — самая маленькая планета Солнечной системы.

Магнитное поле Меркурия в 100 раз слабее земного, но при этом достаточно сильное, чтобы влиять на движение солнечного ветра вокруг планеты, создавая магнитосферу. На Меркурии нет смены времен года. Это происходит из-за того, что ось вращения планеты почти перпендикулярна плоскости орбиты.

Дневная сторона Меркурия прогревается на 427°C, а на ночной температура падает до -173°C. Планета практически лишена атмосферного слоя, поэтому не способна обеспечивать равномерное распределение нагрева. Поверхность планеты быстро нагревается и остывает, но уже на глубине 1 м суточные колебания перестают ощущаться, а температура становится стабильной, равной приблизительно 75°C.

Поверхность Меркурия во многом напоминает лунную (рис. 2) — на ней много кратеров. От молодых кратеров, как и на Луне, в разные стороны тянутся светлые лучи.

Рис. 2 - Меркурий

Кратеры на Меркурии варьируют от маленьких впадин, имеющих форму чаши, до многокольцевых ударных кратеров, имеющих в поперечнике сотни километров. Поверхность Меркурия однородна. Этим Меркурий не схож с Луной или Марсом, у которых одно полушарие резко отличается от другого. Все его кратеры именуются в честь художников, писателей и музыкантов. Ударные формирования, превышающие в диаметре 250 км, называют бассейнами, крупнейший из них — Равнина Жары — простирается на 1550 км. Важным различием гористых ландшафтов Меркурия и Луны является присутствие на Меркурии многочисленных зубчатых откосов длиной сотни километров — уступов (эскарпов). Изучение их структуры показало, что они образовались при сжатии, сопровождавшем остывание планеты, в результате которого площадь поверхности Меркурия уменьшилась на 1%.

Бóльшая часть информации о Меркурии была получена двумя космическими аппаратами «Маринер-10» и «Мессенджер» (НАСА), достигшими планеты первый раз в 1974—1975 гг. и второй раз в 2011—2015 гг.

3) Венера.

Венера — вторая от Солнца планета, которая является самой горячей планетой Солнечной системы, и третий по яркости объект на небе Земли, после Солнца и Луны.

Венера не имеет магнитного поля. Ее вращение вокруг своей оси — обратное, т.е. происходит в направлении, противоположном движению планеты вокруг Солнца. Давление атмосферы на Венере в 90 раз больше, чем на Земле. Атмосфера Венеры состоит в основном из углекислого газа (96,5%) и азота (3,5%). Содержание других газов очень мало: диоксида серы — 0,018%, аргона — 0,007%, водяного пара — 0,003%, остальных составляющих — еще меньше. Облака на Венере состоят из капелек серной и соляной кислоты. Углекислый газовый океан и плотные облака создают сильный парниковый эффект у поверхности планеты. Они делают поверхность Венеры самой горячей в Солнечной системе, хотя планета расположена вдвое дальше от Солнца и получает на единицу площади вчетверо меньше энергии, чем Меркурий. Температура поверхности достигает 480 К. Вода в жидком состоянии при такой температуре находиться не может.

Наличие атмосферы у Венеры было открыто в 1761 г., когда планета проходила между Землей и Солнцем. М.В.Ломоносов наблюдал это событие в телескоп и был единственным, кто не только увидел свечение (нимб) вокруг Венеры в моменты входа и выхода планеты на фоне солнечного диска, но и понял, что это свечение вызвано ее плотной атмосферой, которая преломляет солнечные лучи и создает ободок вокруг ее темного диска. Им было высказано предположение о возможности жизни на Венере и других планетах.

Из-за плотных облаков поверхность Венеры недоступна оптическим наблюдениям, поэтому ее изучение в основном проводилось с помощью радиолокации. Бóльшую часть площади поверхности Венеры занимают холмистые равнины (65%). Среди них возвышаются обширные плоскогорья — Земля Иштар и Земля Афродиты. Остальные 35% поверхности планеты распределены между низменностями (27%) и возвышенностями (8%) (рис. 3). Ударные кратеры — редкий элемент венерианского пейзажа: на всей планете их лишь около 1000. Детали рельефа на Венере называют в честь богинь, женских мифологических персонажей и знаменитых женщин.

Рис. 3 - Компьютерная обработка радиолокационного изображения области Эйстлы: потоки лавы разлились на сотни километров вниз по обрушенным склонам вулканов, на горизонте видны горы Сив (высота — 2 км) и Гула (3 км)

Венера довольно интенсивно исследовалась с помощью космических аппаратов: было отправлено около 30 миссий, начиная с 1961 г. (первым достигла Венеры советская автоматическая межпланетная станция (АМС) «Венера-1»). Впрочем, условия на поверхности Венеры таковы, что ни один из космических аппаратов не проработал на планете более 2 ч (рис. 4, а). Рекордсменом был советский спускаемый аппарат «Венера-13», который работал в течение 127 мин (рис. 4, б).

а б

Рис. 4 - Место посадки:
а — АМС «Венера-9» (получены первые черно-белые изображения поверхности Венеры); б — АМС «Венера-13» (получены первые цветные изображения поверхности Венеры)

4) Марс.

Марс — четвертая от Солнца и самая подробно изученная планета в Солнечной системе.

У Марса есть два небольших естественных спутника: Фобос и Деймос (рис.5). Размеры Фобоса — 26,8 × 22,4 × 18,4 км, Деймоса — 15,0 × 12,2 × 10,4 км. При вращении вокруг Марса оба спутника обращены к планете одной стороной.

Рис. 5 - Естественные спутники Марса

У Марса было зафиксировано слабое магнитное поле — в 500 раз меньше земного. Планету окружает разреженная атмосфера, состоящая в основном из углекислого газа (углекислый газ — 95%, азот — 2%, водяной пар — 0,01%, кислород — 0,3%). Давление у поверхности в 160 раз меньше земного, т.е. плотность атмосферы и ее давление у поверхности такие, как в атмосфере Земли на высоте 30 км.

Египтяне называли Марс — Гор Красный, в Вавилоне он был известен как Звезда Смерти, евреи же именовали планету «Тот, кто краснеет». Причина этих названий — видимый кровавый цвет этого небесного тела.

Марс получает в 2,3 раза меньше тепла от Солнца, чем Земля, так как находится в 1,52 раза дальше от Солнца, чем наша планета. Средняя температура — -60°С. При наиболее благоприятных условиях летом на дневной половине планеты воздух прогревается до 20°С (а на экваторе — до 27°C). Но зимней ночью температура может достигать даже на экваторе -80…-125°С, а на полюсах ночная температура может падать до -143°C. Разреженная атмосфера не в состоянии хранить тепло, полученное днем поверхностью планеты, и в ночное время оно быстро излучается в мировое пространство. Из-за наклона оси вращения к плоскости орбиты на Марсе есть смена времен года. Каждый сезон в 2 раза продолжительнее земного.

В полдень небо Марса желто-оранжевое. Причина таких отличий от цветовой гаммы земного неба — свойства тонкой, разреженной, содержащей взвешенную пыль атмосферы Марса.

Испарение углекислого газа в полярных шапках приводит к возникновению ветров, скорость которых составляет 10…40 м/с, а иногда — до 100 м/с. Ветер поднимает с поверхности большое количество пыли, что приводит к пылевым бурям. Сильные пылевые бури практически полностью скрывают поверхность планеты на несколько месяцев.

Основная составляющая почвы — кремнезем (20…25%), содержащий примесь гидратов оксидов железа (до 15%), придающих почве красноватый цвет. Имеются значительные примеси соединений серы, кальция, алюминия, магния, натрия. Под поверхностью Марса обнаружены обширные скопления льда с примесью твердой углекислоты.

Особенностями поверхностного рельефа Марса можно считать ударные кратеры, наподобие лунных, а также вулканы, долины, пустыни и полярные ледниковые шапки, наподобие земных (рис. 6). Полушария Марса довольно сильно различаются по характеру поверхности. В южном полушарии поверхность возвышается на 1…2 км над средним уровнем и густо усеяна кратерами. Эта часть Марса напоминает лунные материки. На севере бóльшая часть поверхности находится ниже среднего уровня, здесь мало кратеров и основную часть занимают относительно гладкие равнины, вероятно, образовавшиеся в результате затопления лавой и эрозии.

Рис. 6 - Поверхность Марса — скованная морозом каменистая пустыня

К уникальным деталям рельефа Марса можно отнести долины Маринер и гору Олимп. Долины Маринер — гигантская система каньонов на Марсе; имеет длину 4500 км (четверть окружности планеты), ширину — 200 км, глубину — до 11 км и является самым крупным известным каньоном. Гора Олимп — потухший вулкан на Марсе, высочайшая гора на планетах Солнечной системы. Высота Олимпа — 26 км от основания, диаметр — около 540 км. Детали рельефа на Марсе именуют в честь исследователей Марса, авторов научной фантастики о Марсе, по названиям Марса на разных языках и т.д.

В настоящее время из-за низкого давления вода в жидком состоянии на поверхности Марса присутствовать не может, но найденные следы высохших русел рек свидетельствуют, что в прошлом вода покрывала значительную часть поверхности Марса. Предполагают, что в то время Марс окружала более плотная атмосфера и было теплее. Несмотря на это, признаков жизни на Марсе не обнаружено. Начиная с 1960 г., к Марсу были направлены 46 миссий (в основном СССР и США, из них 23 удачные), сейчас на Марсе продолжают свою работу искусственные спутники Марса и два марсохода.

У человека, попавшего на Марс без специального скафандра, при очень низком давлении произошла бы мгновенная смерть, так как газы, растворенные в крови и тканях организма (азот, гелий, водород), начали бы выделяться в виде пузырьков в кровь и разрушать стенки клеток и кровеносных сосудов, блокируя кровоток. Другим опасным фактором является сильная радиация, смертельная для человека, поскольку на планете отсутствует озоновый слой.

Резюме. Планетами земной группы являются Меркурий, Венера, Земля и Марс. Их общие особенности — небольшие размеры, наличие твердой поверхности, высокая плотность, схожее внутреннее строение. Все планеты, кроме Меркурия, обладают атмосферами. На поверхности планет и их спутников наблюдаются многочисленные древние кратеры. Автоматические станции, исследовавшие планеты, позволили узнать о физических условиях на поверхности планет, составить карты этой поверхности. Разумной жизни на планетах, кроме Земли, обнаружено не было