Планеты
Содержание:
1. Введение
2.
Излучение планет
3. Планетные
оболочки. Дифференциация недр. Химический
состав
4. Поверхности планет и их
спутников
5. Атмосферы планет
6.
Климат
1. Введение
Рис. 1. Схематическое изображение Солнечной системы. Планетные орбиты даны в масштабе. Справа внизу представлена внутренняя часть Солнечной системы. Пунктиром показана часть орбиты каждой планеты, которая лежит ниже плоскости орбиты Земли (если смотреть с северного полюса мира). |
Планета (от греческого aster planetes - блуждающая звезда) - небесное тело, движущееся вокруг Солнца в его гравитац. поле и светящееся отраженным солнечным светом. Масса П. слишком мала для того, чтобы внутри ее могли протекать характерные для звездных недр ядерные реакции (последние не могут "зажигаться" в недрах тел, имеющих массу меньше примерно . В Солнечной системе имеется 9 планет. На рис. 1 представлена схема расположения орбит П. Солнечной системы, на рис. 2 - относительные размеры П. и Солнца. В состав Солнечной системы входят кроме самих планет их спутники, а также астероиды, кометы, метеорные тела, солнечный ветер. Несомненно, П. должны быть и около многих др. звезд, однако прямые наблюдательные данные отсутствуют, есть только косвенные указания (см. Невидимые спутники звезд).
С 1962 П. успешно исследуются советскими и американскими КА: детально изучены атмосферы Венеры и Марса; с борта пролетных и орбитальных КА сфотографированы поверхности Меркурия, Марса, облачный покров Венеры, Юпитера, Сатурна, вся поверхность Луны, получены изображения спутников Марса, Юпитера, Сатурна, колец Сатурна и Юпитера. Спускаемые КА исследовали физ. и хим. св-ва пород, слагающих поверхность Марса, Венеры, Луны (образцы лунных пород были доставлены на Землю и тщательно изучены). Исследование П. перестало быть занятием одних только астрономов. Рождается комплекс наук о П.- физика планетных атмосфер, планетных недр, планетохимия.
Рис. 2. Относительные размеры планет и Солнца. |
Группы планет. По физ. характеристикам П. делятся на 2 группы: П. земного типа (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и П.-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). О Плутоне известно очень мало, но, по-видимому, он ближе по своему строению к П. земной группы. Особое положение занимает Луна. Хотя она явл. спутником Земли, отношение ее массы к массе Земли велико (1/81) и есть основание рассматривать систему Земля - Луна как двойную планету. Двойной планетой является также Плутон, имеющий массивный спутник.
В табл. 1 приведены нек-рые физ. характеристики П., позволяющие установить осн. различия П.-гигантов и П. земной группы. П.-гиганты значительно больше по размерам и массе, меньше по плотности, быстрее вращаются. Ок. 98% суммарной массы П. Солнечной системы (1/743 приходится на долю П.-гигантов. Имеется еще одно важное различие. Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца, и то же самое, по-видимому, верно и для др. П. земной группы. П.-гиганты имеют многочисленные семейства спутников. Каждое такое семейство явл. маленьким подобием Солнечной системы. Юпитер, Сатурн и Уран, кроме того, обладают кольцами, состоящими из множества мелких тел (обломков).
Табл. 1.-Основные характеристики планет
Параметр | Меркурий | Венера | Земля | Марс | Юпитер | Сатурн | Уран | Нептун | Плутон |
Среднее расстояние от Солнца, а.е. | 0,387 | 0,723 | 1,000 | 1,524 | 5,20 | 9,54 | 19,18 | 30,07 | 39,44 |
Сидерический период обращения | 88,0 сут | 224,7 сут | 365,3 сут | 687,0 сут | 11,86 лет | 29,46 лет | 84,01 лет | 164,8 лет | 247,7 лет |
Синодический период обращения, сут | 115,9 | 583,9 | 779,9 | 398,9 | 378,1 | 369,7 | 367,5 | 366,7 | |
Эксцентриситет орбиты | 0,2066 | 0,0067 | 0,0167 | 0,0934 | 0,0484 | 0,0557 | 0,0471 | 0,0087 | 0,247 |
Наклонение орбиты к эклиптике | 7о01' | 3о24' | 1о51' | 1о17' | 2о29' | 0о46' | 1о46' | 17о08' | |
Экваториальный радиус, км | 2439 | 6051 | 6378 | 3393 | 71400 | 60400 | 24300 | 25050 | 1500(?) |
Сжатие | 0,000 | 0,000 | 0,0034 | 0,0052 | 0,062 | 0,103 | 0,006 | 0,02 | (?) |
Масса, г | 3,28.1026 | 4,88.1027 | 5,98.1027 | 6,40.1026 | 1,90.1030 | 5,68.1029 | 8,70.1028 | 1,03.1029 | 1,0.1025 |
Масса (в единицах земной массы) | 0,005 | 0,816 | 1,000 | 0,107 | 318 | 95,1 | 14,6 | 17,2 | 0,0017 |
Средняя плотность, г.см-3 | 5,4 | 5,2 | 5,5 | 3,9 | 1,3 | 0,7 | 1,6 | 1,7 | 0,7(?) |
Ускорение силы тяжести на экваторе, см.с-2 | 370 | 887 | 981 | 371 | 2500 | 1100 | 950 | 1150 | 7,5 |
Параболическая скорость, км/с | 4,3 | 10,4 | 11,2 | 5,0 | 6,1 | 36 | 22 | 24 | 0,7 |
Период вращения | 58,8 сут | 243 сут | 23h56m4,1s | 24h37m22,6s | 9h50,5m | 10h14m | 10h49m | 15h40m | 6h16m |
Наклон экватора к плоскости орбиты | 7о | 3о24' | 23о27' | 25о12' | 3о07' | 26о45' | 82о | 29о | (?) |
Визуальная звездная величина * | -0,2 | -4,1 | -1,9 | -2,4 | +0,8 | +5,8 | +7,6 | +14,7 | |
Сферическое альбедо ** | 0,006 | 0,75 | 0,36 | 0,24 | 0,50 | 0,76 | 0,62 | 0,50 | 0,09 |
Солнечная постоянная, Вт.м-2 | 13600 | 2600 | 1360 | 586 | 50,3 | 15,0 | 3,70 | 1,50 | 0,87 |
Средняя эффективная температура, К | 440 | 231 | 249 | 210 | 134 | 97 | 54(?) | 56(?) | 43(?) |
Температура поверхности, К*** | 750(100) | 735 | 288 | 300(147) | |||||
Атмосферное давление у поверхности, атм. | <10-10 | 90 | 1,0 | 0,006 | |||||
Число известных спутников (естественных) | 0 | 0 | 1 | 2 | 15 | 16 | 5 | 2 | 1 |
* Меркурий и Венера в квадратуре,
остальные в противостоянии. |
Происхождение планет. Предполагается, что П. возникли одновременно (или почти одновременно) 4,6 млрд. лет назад из газово-пылевой туманности, имевшей форму диска, в центре к-рого было расположено молодое Солнце. Эта протопланетная туманность образовалась, по-видимому, вместе с Солнцем из межзвездного вещества, плотность к-рого превысила критич. предел (см. Звездообразование). По нек-рым данным (присутствие специфич. изотопов в метеоритах), такое уплотнение произошло в результате относительно близкого взрыва сверхновой звезды.
Протопланетное облако было неустойчивым, оно становилось все более плоским, твердые пылинки сближались, сталкивались, образовывали тела все больших и больших размеров, и в относительно короткий срок (по разным оценкам, от 105 до 108 лет) сформировались 9 больших П. Астероиды, кометы, метеориты явл., вероятно, остатками материала, из к-рого сформировались П.
2. Излучение планет
Рис. 3. Схема распределения энергии в
спектре |
Спектр излучения любой П. содержит два максимума (рис. 3), один из них соответствует отраженному солнечному излучению, второй - тепловому излучению П. Второй максимум присутствует независимо от величины теплового потока из недр, поскольку часть солнечного излучения поглощается П. и переизлучается в длинноволновой области спектра. Длина волны λm, на к-рой наблюдается второй максимум, определяется эффективной температурой планеты Тэ в приблизительном соответствии с законом Вина (см. Планка закон излучения):
λm (мкм) = 2886/Тэ (К) (1)
Доля солнечной энергии, отраженной от П., определяется величиной интегрального сферического альбедо
А = Ф/Фо, (2)
где Фо - падающий поток солнечного излучения, Ф - поток, рассеянный П. во все стороны. Значения А и ср. (по всей планете) эффективной темп-ры Тэ связаны ур-нием теплового баланса
s Тэ4 = 1/4 (1- А)Е0 +q (3)
где Е0- освещенность, создаваемая Солнцем в подсолнечной точке П., s=5,67.10-8Вт.м-2.К-4 - постоянная Стефана - Больцмана, q - тепловой поток из недр П. Первый член справа в ф-ле (3) - поток излучения Солнца, поглощенный П., слева - уходящий тепловой поток (в расчете на ед. площади П.). Коэфф. 1/4 в первом члене справа появился из-за тог