Планета с 30 спутниками
Астронет | Картинка дня | Обзоры astro-ph | Новости | Статьи | Книги | Карта неба | Созвездия | Переменные Звезды | A&ATr | Глоссарий
планета Астронет | Физика космоса | Биографии | Словарь | Ключевые слова | Астрономия в России | Форумы | Семинары | Сверхновые
Планеты
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 отражённым солнечным светом. Масса П. слишком мала для того, чтобы внутри её могли протекать характерные для звёздных 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. звёзд, однако прямые наблюдательные данные отсутствуют, есть только косвенные указания (см. Невидимые спутники звёзд).
С 1962 П. успешно исследуются советскими и американскими КА: детально изучены атмосферы Венеры и Марса; с борта пролётных 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 её 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 ещё 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
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 межзвёздного 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 всё более плоским, твёрдые пылинки сближались, сталкивались, образовывали тела всё 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
излучения планет. Сплошные кривые соответствуют
отражённому солнечному излучению,
прерывистые — тепловому излучению планет
(рядом указаны значения альбедо А планет и
эффективной температуры Тэ, их поверхности) .
Спектр излучения любой П. содержит два максимума (рис. 3), один из них соответствует отражённому 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, отражённой 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)
В каждом данном интервале длин волн уровень, с к-рого уходит излучение (отражённое или тепловое), соответствует, как правило, оптической толще t ≈ 1 (отсчитываемой сверху). Он может располагаться на той или иной высоте в атмосфере, на нек-рой глубине под поверхностью или практически с ней совпадать. Детальное исследование спектра излучения явл. благодаря этому важным источником информации об атмосфере и поверхности П.
УФ-излучение (с λ < 3000 
) уходит из относительно высоких слоев атмосферы. Самые внеш. слои планетных атмосфер (их водородные короны) излучают в основном в линии с λ = 1216 . Механизм свечения — рассеяние излучения Солнца в линии La (см. Лаймана серия)
Радиоволны миллиметрового, сантиметрового и дециметрового диапазонов излучает грунт Венеры (λ 1 см), Меркурия и Марса, атмосфера Юпитера (λ < 3 см) и др. П.-гигантов.
До сих пор шла речь о тепловом излучении П. Наблюдается также нетепловое радиоизлучение П. (см. Нетепловое излучение). Особенно интенсивно излучение Юпитера, представляющее собой стационарное синхротронное излучение, рождающееся в магнитосфере (3 см<λ<100 см), и излучение в форме всплесков, генерируемое колебаниями ионосферной плазмы (10 м < λ < 1 км).
3. Планетные оболочки. Дифференциация недр. Химический состав.
Планетные оболочки. Строение П. по вертикали — слоистое, выделяют неск. сферических оболочек, различающихся по хим. составу, фазовому состоянию, плотности и др. физ.-хим. характеристикам. Все П. земной группы имеют твёрдые оболочки, в к-рых сосредоточена почти вся их масса. Три из них — Венера, Земля и Марс — обладают газовыми атмосферами, Меркурий практически лишён атмосферы. Только Земля имеет жидкую оболочку (прерывистую) из воды — гидросферу, а также биосферу — оболочку, состав, структура и энергетика к-рой в существенных чертах обусловлены прошлой и совр. деятельностью живых организмов. Аналогом гидросферы на Марсе явл. криосфера — лёд Н2О в полярных шапках и в грунте (вечная мерзлота). Одна из загадок Солнечной системы — дефицит воды на Венере. Жидкой воды там нет из-за высокой темп-ры, а количество водяного пара в атмосфере эквивалентно слою жидкости толщиной ≈ 1 см.
Твёрдые оболочки П. находятся в состоянии гидростатич. равновесия, поскольку предел текучести горных пород соответствует весу столба пород высотой ≈10 км (для Земли). Поэтому форма твёрдых оболочек П., имеющих значительно большую толщину, почти сферическая. Из-за различия гравитац. сил различна макс. высота гор на П. (напр., на Земле ок. 10км, а на Марсе, где гравитац. поле слабее земного, ок. 25 км). Форма небольших спутников планет и астероидов может заметно отличаться от сферической.
Характеристики твёрдых оболочек П. относительно хорошо известны лишь у Земли (по данным о прохождении через недра сейсмических волн, возникающих при землетрясениях). Модели внутр. строения др. П. земной группы строятся гл. обр. на основании данных о св-вах вещества земных недр. Как и у Земли, в твёрдых оболочках П. выделяют кору — самую внешнюю тонкую (10- 100 км) твёрдую оболочку, мантию — твёрдую и толстую (1000-3000 км) оболочку, расположенную под корой, и ядро. У Земли ядро подразделяется на внешнее (жидкое) и внутреннее (твёрдое). Жидкое ядро, вероятно, есть также у Меркурия и Венеры, у Марса его, по-видимому, нет. Ядро — наиболее плотная часть планетных недр (12,5г.см-3 в центре Земли), кора наименее плотная (для Земли 2,8г.см-3), плотность мантии промежуточная. Мантия Земли делится на верхнюю (толщина 850-900 км) и нижнюю (ок. 2000 км), в к-рой темп-ра близка к точке плавления. Темп-ра в центре Земли оценивается в 4000- 5000К.
П.-гиганты обладают иным хим. составом, Юпитер и Сатурн содержат водород и гелий в той же пропорции, что и Солнце. Вероятно, др. элементы также содержатся в пропорциях, соответствующих солнечному составу. В недрах Урана и Нептуна тяжёлых элементов, по-видимому, больше.
Недра Юпитера находятся в жидком состоянии, за исключением небольшого каменного ядра. Жидкий водород на глубине ~ 25 000 км, по-видимому, металлизируется. Выше этой границы расположена зона молекулярного водорода, ниже — металлического. Темп-ра в центре Юпитера ≈30000 К. Сатурн по внутр. строению похож на Юпитер. Строение недр Урана и Нептуна иное: доля каменистых материалов в них существенно больше. Тепловая энергия, выделяющаяся из недр Юпитера и Сатурна, возможно, была аккумулирована ещё в эпоху их формирования.
Луна по составу и внутр. строению похожа на П. земной группы. Тяжёлое ядро у неё, видимо, отсутствует. Четыре крупных спутника Юпитера (см. Галилеевы спутники) по характеру внутр. строения неодинаковы. Ганимед и Каллисто имеют большие каменные ядра, толстые водные мантии (жидкие либо твёрдые) и ледяную кору. Европа водной мантии не имеет, но у неё есть ледяная кора. На Ио льда нет, недра этого спутника каменистые, они частично расплавлены, о чём свидетельствуют активные вулканич. явления. Спутник Сатурна Титан — единственный среди спутников, имеющий плотную атмосферу (давление у поверхности ок. 1,5 атм, состоит она в основном из азота). По внутр. строению он, вероятно, схож с Ганимедом и Каллисто. Большинство др. спутников Сатурна скорее всего целиком состоят из льда Н2О.
Процессы в недрах планет земной группы. Дифференциация. Осн. источниками энергии в недрах П. явл. радиоактивный распад элементов и гравитац. дифференциация. Второй процесс представляет собой постепенное перераспределение вещества по глубине в соответствии с плотностью — тяжёлые фрагменты тонут, лёгкие всплывают. Такое перераспределение на Земле ещё далеко не завершилось. Внутри Земли происходят перемещения, к-рые сопровождаются фазовыми переходами, изменениями хим. состава и т. д. Эти эндогенные (внутренние, глубинные) процессы влияют на земную кору, вызывая перемещения отдельных её участков, деформацию, горообразование. Такого рода явления наз. тектоническими. Им родственны вулканические процессы. Они связаны с тем, что в верхней мантии существуют небольшие области, где темп-ра достаточна для плавления её вещества. Расплавленное вещество (магма), выдавливающееся вверх, прорывается через кору и происходит вулканич. извержение. Существенно, что при этом из недр выбрасываются также газы — водяной пар, углекислый газ и др. Судя по характеру поверхности среди П. земной группы тектонически наиболее активна Земля, за ней следуют Венера и Марс.
4. Поверхности планет и их спутников
Эндогенные и экзогенные процессы. Две группы процессов формируют поверхности П. и их спутников — эндогенные (внутренние) и экзогенные (внешние). Осн. эндогенные процессы уже упоминались — это тектонические и вулканические. Один из важнейших экзогенных процессов — переработка поверхности в результате падений метеоритных тел, образующих характерные кратеры и измельчающих материал поверхности. К экзогенным процессам относятся также механич. эрозия под действием ветра, осадков, воды, ледников, химическое взаимодействие поверхности с атмосферой и гидросферой. На Земле к перечисленным факторам добавляется воздействие биосферы. Строение поверхности определяется тем, какие процессы главенствуют в различные периоды времени. В Солнечной системе эндогенные процессы наиболее активны сейчас на Земле и на Ио (спутнике Юпитера), поэтому на этих телах мало следов метеоритной эрозии. По-видимому, только на Земле хорошо выражена т. н. тектоника плит — перемещение крупных блоков земной коры. Более тонкая океаническая кора «вклинивается» под толстые континентальные блоки, и в соответствующих областях (зонах поддвигания) образуются цепи вулканов, здесь наиболее часты и сильны землетрясения.
На Земле большой вклад в формирование поверхности вносят атмосферная, водная и ледниковая эрозии. Признаки действия экзогенных процессов этого типа имеются на Марсе, но они выражены много слабее, также как и тектонич. активность. На поверхности всех тел, лишённых плотной атмосферы и обладающих относительно слабой тектонич. активностью, наиболее важный процесс — метеоритная бомбардировка.
Типичные формы рельефа. 1) Континентальные блоки и океанические впадины имеются на Земле, Марсе и Венере. Лишь на Земле они заполнены водой. Это наиболее крупномасштабные элементы рельефа. Ср. перепад высот между континентами и океанич. впадинами ≈5 км.
2) Горные цепи хорошо выражены только на Земле. Это складки тектонич. происхождения.
Рис. 4. Гигантская вулканическая гора Olympus
на Марсе. Её высота над окружающей равниной около
25 км, диаметр в основании около 600 км.
Рис. 5. Метеоритные кратеры на поверхности
Меркурия (внизу) и Каллисто (вверху)
— одного из спутников Юпитера.
3) Вулканы имеются на Земле, Марсе (рис. 4), Венере, Ио. Из них действующие — только на Земле и Ио. Видимо, Ио — наиболее активное в отношении вулканизма тело в составе Солнечной системы. Были предложены две гипотезы о возможных источниках энергии, обеспечивающих вулканизм на Ио: а) мощные приливы, обусловленные гравитац. полем Юпитера; б) электрич. токи, возникающие при движении Ио в магн. поле Юпитера (см. Галилеевы спутники, Магнитосферы планет).
4) Долины тектонич. происхождения («разломы») имеются на Земле, Венере и Марсе.
5) Метеоритные кратеры — наиболее распространённая форма рельефа на поверхности Меркурия (рис. 5, внизу), Луны, спутников Марса — Фобоса и Деймоса, спутников Юпитера — Ганимеда, Каллисто (рис. 5, вверху), Европы, спутников Сатурна — Дионы, Мимаса, Тефии, Реи и, вероятно, почти всех тел Солнечной системы, имеющих достаточно разреженную атмосферу и твёрдую поверхность. Размеры кратеров — от долей м до десятков и сотен км. Метеоритные кратеры имеются в большом количестве на поверхности Марса. При помощи радиолокац. методов они обнаружены на Венере (см. Радиолокационная астрономия). На Земле настоящих метеоритных кратеров обнаружено очень мало, однако имеются кольцевые геологич. структуры («астроблемы») — слабо выраженные следы древних метеоритных кратеров. Дело в том, что метеоритная бомбардировка формировала наблюдаемые в настоящее время на др. телах многочисленные кратеры в течение примерно 4 млрд. лет. На поверхности тел, лишенных атмосферы и внутр. активности, они сохранились, на Земле были в большинстве своём стёрты.
6) Бассейны — приблизительно круглые низменности, заполненные застывшей лавой. Они имеют диаметр от неск. сот до 1000 км. Наиболее чётко бассейны выражены на Луне, но имеются также на Марсе и Меркурии. Они образовались в результате падения крупных планетезималей (планетных зародышей, астероидальных тел) ок. 4 млрд. лет назад. При таких падениях кора растрескивалась, гигантские кратеры заполнялись лавой. Лунные моря явл. типичным примером бассейнов.
7) Образования, связанные с водной, ледниковой эрозией, с переносом пылевого вещества ветром, наблюдаются кроме Земли только ещё на одной планете — Марсе. На Марсе обнаружены извилистые долины (рис. 6), вероятно, русла древних рек, свидетельствующие о том, что неск. млрд. лет назад Марс имел более плотную атмосферу и гидросферу (в настоящее время там атмосферное давление такое низкое, что вода не может существовать на поверхности в жидкой фазе).
На Марсе имеются области т. н. хаотического рельефа, испещрённые провалами, сформировавшимися, вероятно, в результате сублимации грунтового льда. Сложными образованиями явл. полярные шапки Марса. В них можно выделить сезонную и постоянную части. Сезонная часть представляет собой конденсат CO2 с небольшой примесью H2O, к-рый выпадает осенью, а весной сублимирует и «перекачивается» в противоположное полушарие. Постоянная часть полярной шапки состоит из льда H2O. Для полярных областей Марса типичны отложения из большого количества ледяных слоев, перемежающихся уплотнившимся пылевым материалом.
По механич. структуре поверхностные слои грунта Марса, Меркурия, Луны, Фобоса, Деймоса представляют собой раздробленное вещество, т. н. реголит. Такая структура явл. результатом эрозионных процессов. Частицы реголита имеют различные размеры: от долей миллиметра до микрометра. На поверхности П. земной группы имеются и каменные глыбы метровых размеров (рис. 7).
5. Атмосферы планет
Химический состав. В табл. 2 представлены данные о хим. составе атмосфер Венеры, Земли, Марса и Юпитера. На Венере и Марсе осн. компонентами атмосферы явл. СО2 и N2, на Земле О2 и N2. Причины этого различия следующие: 1) на Земле имеется много жидкой воды, к-рая растворяет СО2 и переводит его в осадочные породы, 2) растительный покров Земли перерабатывает СО2 в О2. Наиболее резко от земной атмосферы отличаются атмосферы Юпитера и др. П.-гигантов, к-рые состоят гл. обр. из водорода и гелия. Из спутников П. только Титан имеет плотную атмосферу (её осн. составляющая — азот).
Вертикальная структура атмосферы определяется полем тяготения П., темп-рой атмосферы и её хим. составом. Давление в атмосфере убывает в е раз при изменении высоты на величину
H = RT/mg (4)
Процессы конвекции и турбулентность приводят к перемешиванию газов атмосферы, ф-ла (4) при этом остается применимой, но m в этом случае равно среднему для всех газов значению молекулярной массы. Перемешивание газов ведёт к установлению для них единой шкалы высот. Препятствует этому диффузия, к-рая стремится установить свою шкалу высот для каждого газа. Скорость диффузии обратно пропорциональна числу молекул газа в ед. объёма (численной концентрации). В планетных атмосферах диффузия начинает преобладать над перемешиванием при концентрациях n Ј 1012-1013 см-3 (в земной атмосфере это соответствует высоте 100-120 км). Этот уровень наз. гомопаузой. Часть атмосферы ниже гомопаузы наз. гомосферой (область перемешивания), выше — гетеросферой (область диффузионного разделения). Наличие гетеросферы приводит к тому, что гелий и водород становятся осн. компонентами на высоте неск. сот километров даже в атмосферах П. земной группы. Поэтому их самой внеш. частью явл. водородные короны. Благодаря малой молекулярной массе (m = 1) атомарного водорода, образуемая им корона простирается на многие тысячи км над Землёй. Газы внеш. слоев атмосферы способны из неё улетучиваться. Этот процесс наз. диссипацией атмосфер. В результате диссипации из атмосфер П. земной группы эффективно удаляется водород и гелий. В атмосферах П.-гигантов эти газы удерживаются благодаря сильному полю тяготения.
Температура атмосферы определяется её тепловым балансом. Самая нижняя часть атмосферы полностью или частично непрозрачна для теплового излучения поверхности П. и самой атмосферы. Солнечное излучение в видимом диапазоне обычно проникает достаточно глубоко, нагревает поверхность П. и нижние слои атмосферы, а поток собственного планетарного теплового излучения (балансирующий тепловой поток от Солнца) уходит вверх. Поэтому темп-ра в нижних слоях атмосферы уменьшается снизу вверх. Нижняя часть атмосферы с большим по абс. величине градиентом темп-ры наз. тропосферой. Падение темп-ры прекращается на уровне, выше к-рого атмосфера становится прозрачной для теплового излучения. Этот уровень наз. тропопаузой. Над тропопаузой расположена мезосфера, или стратомезосфера, — область, где темп-ра приблизительно постоянна. Исключение составляет Земля, в атмосфере к-рой существует температурный пик (мезопик), разделяющий стратосферу и мезосферу. Мезопик обусловлен поглощением солнечной радиации озоном (2000 < λ < 3000 ).
Рис. 8. Вертикальное строение атмосфер Земли,
Венеры, Марса и Юпитера. По оси абсцисс —
температура Т, по оси ординат — высота h и
давление р. Пунктиром показаны характерные
уровни и слои атмосферы: 1 — тропосфера,
2 — тропопауза, 3 — стратосфера, 4 — мезопик
(присутствует только в земной атмосфере),
5 — мезосфера, 6 — мезопауза, 7 — термосфера,
8 — термопауза, 9 — гомопауза.
У Юпитера твёрдой (или жидкой) поверхности
нет и за нулевой уровень принимается условно
высота, на которой давление равно 1 атм.
Штриховкой показаны облака в атмосферах
Венеры и Юпитера. Для Земли шкала абсцисс
сверху относится к верхней части кривой Т (h),
снизу — к нижней части кривой.
Коротковолновое (λ < 1300 ) УФ-излучение Солнца поглощается в высоких слоях атмосферы (примерно соответствующих по высоте гетеросфере). Поток излучения, приходящийся на эту область спектра, мал, но мала и плотность газа на рассматриваемых высотах, так что результирующий температурный эффект оказывается большим. Образуется горячая область верхней атмосферы — термосфера. В отводе теплоты участвуют молекулярная теплопроводность (вниз), турбулентная теплопроводность (вниз), излучение молекул в ИК-диапазоне (вверх). На Земле эффективны только первые два процесса, на Венере и Марсе существенную роль играет и третий (благодаря молекулам СО2, к-рые явл. хорошими излучателями). Поэтому термосфера Земли более горячая (рис. 8), чем Венеры и Марса.
Поглощение УФ-излучения Солнца приводит к диссоциации молекул, а также ионизации молекул и атомов. Поэтому в верхней атмосфере появляются атомы и более простые молекулы — продукты диссоциации молекул, имеющихся в нижней атмосфере. В результате этого процесса в атмосферах Марса и Венеры (как и в земной атмосфере) на высотах 120-200 км осн. компонентом явл. атомарный кислород. Ионизация приводит к образованию атомных и молекулярных ионов и свободных электронов. Поэтому планетная термосфера явл. одновременно ионосферой.
Солнечный ветер, набегая на П., тормозится либо её собственным магн. полем (Земля, Меркурий, Юпитер, Сатурн), либо наведённым в результате взаимодействия с ионосферой. Собственное или наведённое магн. поле создаёт магнитосферу планет.
Рис. 9. Два режима общей циркуляции
атмосферы планеты. Слева — симметричный
режим общей циркуляции: а — линия тока
в высоких слоях, б — поперечный разрез,
показывающий меридиональную проекцию
общей циркуляции. Справа — волновой
режим общей циркуляции: а — линия тока
на среднем и нижнем уровнях (жирная кривая)
и вблизи поверхности (тонкая кривая),
L — область низкого давления, Н — область
высокого давления; б — поперечный разрез
зонально-умеренной меридиональной
циркуляции и усреднённый зональный
ветер (W — западный, Е — восточный).
Общая циркуляция атмосферы. Полярные области П. получают меньше теплоты, чем экваториальные. Сглаживание темп-р между экваториальной и полярной областями происходит в результате атмосферной циркуляции. Атмосферные массы на экваторе нагреваются, поднимаются вверх, уходят в сторону полюсов и замещаются более холодными массами, приходящими из области высоких широт. Кориолисовы силы отклоняют поток от меридионального направления. Если нагрев на экваторе слабый, направление потока имеет вид, показанный на рис. 9, слева. Такой режим наз. симметричным. Если нагрев на экваторе и охлаждение на полюсах увеличиваются, то перенос теплоты возрастает. Симметричная циркуляция в состоянии переносить лишь относительно небольшой тепловой поток. При достаточно сильном нагреве и быстром вращении симметричный режим циркуляции заменяется более мощным — волновым (рис. 9, справа). Элементы обоих типов циркуляции могут сочетаться в пределах одной атмосферы, но один из них обычно преобладает. На Земле преобладает волновой режим циркуляции, на Венере доминирует, вероятно, симметричный. Сложна картина общей циркуляции на Юпитере. Полосатая структура и характер движения многих атмосферных деталей свидетельствуют о симметричном режиме. Однако в то же время имеются и мощные волновые процессы, к числу к-рых принадлежат циклоны. Большое красное пятно (рис. 10) явл., вероятно, самым большим циклоном в атмосферах П. Солнечной системы (размер ≈40000 км Х 13000 км).
Рис. 10. Большое красное пятно (КП) Юпитера и окрестности пятна
(«Вояджер-1», 1979).
Аэрозоль (частицы) в атмосферах. Имеется неск. типов аэрозольных частиц: твёрдые пылинки, поднятые с твёрдой поверхности П.; жидкие либо твёрдые частицы, возникшие в результате конденсации атмосферных газов; метеорная пыль. Последняя может быть существенна в основном в качестве ядер конденсации. Пыль, поднятая с поверхности в больших количествах, иногда на неск. месяцев делает непрозрачной атмосферу Марса (явление глобальных пылевых бурь). Облака в атмосферах Земли. Венеры, П.-гигантов явл. конденсационными. На Земле облака состоят из частиц жидкой воды или льда, на Юпитере верхний слой облаков состоит из кристаллов NH3 (по-видимому, ниже имеются также облака из H2O), на Сатурне — из NH3 и, возможно, СН4. Полностью ещё не раскрыт состав облаков Венеры. Там имеется неск. фракций разных размеров, одна из них состоит, вероятно, из водного раствора H2SO4, состав других неизвестен.
Происхождение и эволюция атмосфер достаточно ясны в случае Юпитера и Сатурна (атмосферы образовались вместе с П. и в дальнейшем не изменялись), для П. земной группы эти проблемы до конца не решены. Имеется неск. моделей возникновения атмосфер: постепенная дегазация П. (выделение газов в результате вулканич. процессов происходит приблизительно равномерно в течение всего времени жизни П.), катастрофич. дегазация (в период первоначальной аккреции или вскоре после неё), захват газов непосредственно из протопланетной туманности. Не исключено, что все три процесса внесли существенный вклад в образование атмосферы, причём распределение ролей различно для разных газов и П. Напр., есть предположение, что нерадиогенные (не являющиеся продуктами радиоактивного распада) изотопы инертных газов на Венере в основном были захвачены прямо из протопланетной туманности, в то время как химически активные газы (СО2, N2) были ею получены в составе твёрдых частиц (адсорбированными). Для Земли прямой захват газов из протопланетной туманности сыграл меньшую роль, а для Марса — ещё меньшую.
6. Климат
На поверхности П. (или спутника), лишённой атмосферы, темп-ра Тs определяется ур-нием локального теплового баланса. Для дневной стороны П. оно имеет вид:
asTs4 = (1-A).E.cosJ + F (5)
где А — локальное альбедо, J — зенитное расстояние Солнца, a — коэфф. излучения, F — тепловой поток, обусловленный теплопроводностью (внутр. тепловой поток считается пренебрежимо малым). Для ночной стороны П. в ур-нии (5) член (1-A).E.cosJ равен нулю: поверхность П. излучает теплоту, запасённую в грунте в течение дня. Атмосфера Марса достаточно разрежена, чтобы ур-ние (5) можно было применять и к этой планете. Теплопроводность планетных грунтов достаточно низка, поэтому на Меркурии, Луне, Марсе имеют место сильные суточные изменения темп-ры. В полдень на экваторе темп-ры на этих телах составляют соответственно ок. 700, 400, 280 К (ночью темп-ры снижаются до 100, 120, 200 К). Темп-ра на поверхности Марса не опускается ниже 147 К — точки конденсации СО2.
Достаточно плотная атмосфера существенно влияет на климат П.: а) парниковый эффект увеличивает темп-ру поверхности, б) теплоёмкость атмосферы сглаживает суточные температурные колебания, в) общая циркуляция атмосферы сглаживает разность темп-р между экватором и полюсом. Напр., на Венере парниковый эффект поднял темп-ру её поверхности до 735 К (при Тэ ≈230К), суточные и широтные вариации DTs < 1К из-за огромной массы атмосферы.
Сезонные вариации темп-ры возникают при достаточно большом наклонении экватора к плоскости орбиты. Они весьма заметны на Земле и Марсе и практически отсутствуют на Венере и Юпитере.
Устойчивость и вековые изменения климата. Климатические характеристики П. зависят от многих факторов, включая астрономические (поток солнечной энергии, орбита, наклонение экватора к эклиптике) и планетофизические (состав атмосферы, альбедо облаков и поверхности). Даже небольшие изменения этих факторов могут резко повлиять на климат. Так, увеличение концентрации паров воды в атмосфере может привести к увеличению темп-ры, оно в свою очередь усилит испарение воды и т. д. Существует гипотеза, что подобное случилось на Венере. Вся вода перешла в атмосферу, диссоциировала, водород улетучился в межпланетное пространство, кислород был химически связан с породами. На Земле такого рода катастрофа, по-видимому, невозможна, т. к. у неё нет сплошного облачного покрова. Если увеличивается поступление воды в атмосферу, доля поверхности, скрытая облаками, и ср. альбедо А возрастают. Это приводит к падению темп-ры, т. е. происходит саморегуляция темп-ры. Однако стабилизация темп-ры не явл. достаточно надёжной по отношению к её понижению. Небольшие изменения её вследствие вариаций наклонения экватора явл. наиболее вероятной причиной ледниковых периодов, многократно имевших место на нашей планете.
В. И. Мороз.
Мнения читателей
Открытая два года назад планета, вращающаяся вокруг сразу двух «солнц», немало удивила научный мир и доказала, что аналоги фантастической планеты Татуин из «Звездных войн» действительно существуют.
Позднее были найдены целые планетные системы, вращающиеся вокруг двойных звезд, однако вопрос о том, могут ли они в принципе быть пригодны для жизни, оставался открытым.
Ученые из международного проекта FACom (Группа вычислительной физики и астрофизики) совместно с мексиканскими астрономами доказали, что двойные светила могут в целом быть более благоприятны для возникновения жизни, чем одиночные. Говоря о возможной обитаемости, или так называемой «зоне обитаемости», куда попадают или не попадают экзопланеты, астрономы, как правило, подразумевают количество излучения, получаемого планетой от звезды: там должно быть не слишком жарко и не слишком холодно для существования жидкой воды. Выполнение этого условия зависит главным образом от температуры самой звезды и расстояния до планеты. Однако для наличия на планете мягкого климата необходимого притока тепла мало.
Реклама
Еще нужна и плотная влажная атмосфера, задерживающая тепло и позволяющая воде выпадать в качестве осадков.
Поэтому для планеты мало родиться на нужном расстоянии от светила — важно уберечь свою газовую оболочку на самых ранних этапах планетной системы, когда пространство вокруг юной звезды пронизано жестким ультрафиолетовым и рентгеновским излучением, сдувающим атмосферы с планет.
Известно, что наличие такого жесткого излучения у молодых звезд связано с их быстрым вращением и большой магнитной активностью. К примеру, если сегодня на диске Солнца астрономы могут заметить лишь несколько темных пятен одновременно, то сложно представить, какова была картина миллиарды лет назад, когда наше светило вращалось в 5 раз быстрее. По мнению астрономов, именно Солнце в далеком прошлом сделало Марс и Венеру непригодными для жизни.
Солнце раздуло атмосферу близкой Венеры, удалив из нее воду, а с легкого Марса просто сдуло его газовую оболочку.
Ученые под руководством Хорхе Сулуаги из Университета Антьокия (Колумбия) считают, что двойные звезды имеют механизм, благоприятствующий возникновению рядом обитаемых планет. Механизм этот прост: двойные звезды формируются из общего протозвездного облака и с момента рождения гравитационно связаны друг с другом. Приливные силы деформируют звезды, выпячивая их ближние бока по направлению друг к другу и останавливая собственное вращение. Благодаря этому вращение звезд с самого начала становится синхронным: двигаясь вокруг общего центра масс, каждое светило смотрит на соседку одной стороной. Точно такой же механизм когда-то заставил нашу Луну навсегда повернуться одной стороной к Земле.
Этот эффект называют приливной синхронизацией, наблюдается он во вращении двойных звезд, астероидов, планет и их спутников.
Выигрыш от рано остановивших свое вращение звезд для планет очевиден: сразу после рождения они получают куда меньше жесткого излучения и имеют все шансы сохранить атмосферу и воду.
В своей работе, опубликованной в журнале Astrophysical Journal, ученые проанализировали условия в шести известных сегодня планетных системах с двумя звездами — Kepler 16, Kepler 34, Kepler 35, Kepler 38, Kepler 47 и Kepler 64 — и пришли к выводу, что по меньшей мере на трех из них есть подходящие для жизни условия, так как одна из звезд синхронизировала свое вращение. А в системе звезды Kepler 35, состоящей из двух солнцеподобных звезд, внутри зоны обитаемости могут находиться минимум две планеты.
Во Вселенной все находится на определенной орбите. Планеты на орбите звезд, спутники на орбите планет. Некоторые спутники являются вулканическими, но вулканы ледяные, другие омывают огромные океаны. Возможно в нашей галактике больше населенных спутников, чем планет. Спутники рассказывают неизвестные истории нашей Солнечной системы, они демонстрируют ее устройство.
В нашей Солнечной системе всего 8 планет, на орбите 6-ти из них находятся спутники. Целая куча спутников, их более 200 (полноценных спутников, квазиспутников и маленьких еще больше), каждый отличается от остальных, каждый является полноценным миром. Когда мы смотрим на нашу Солнечную систему, мы видим множество планет, но спутников еще больше. Во многом они значительно интереснее, чем сами планеты вокруг которых они вращаются. У нас есть мертвые спутники без воздушной оболочки, вроде нашей Луны, существуют спутники с океанами и атмосферой. Многим астрономам интереснее изучать спутники чем планеты, и узнать можно больше.
Спутники 1 из 2 
Юпитер и его спутники 
Спутник на орбите планеты Сатурн
Самые серьезные извержения, самые холодные температуры, и самые крупные океаны в Солнечной системе. Существуют спутника с замерзшими вулканами, спутники с озерами и дождем из метана, смогом, облаками. Спутники на которых столько действующих вулканов, что они постоянно переделывают поверхность, спутники из которых в космос постоянно выстреливают струйки. У всех этих спутников совершенно невероятные среды обитания.
Когда астрономы описывают своим слушателям или коллегам поверхности спутников Сатурна или Юпитера, они называют их мирами, ведь они являются сложными и загадочными мирами. У Юпитера и Сатурна по 80 спутников (у Юпитера 79, у Сатурна 82, данные на 2019 год). Эти гигантские газовые планеты и их спутники являются миниатюрной Солнечной системой и каждая луна имеет свой характерный окрас. Япет окрашен в черный и белый цвета, у Титана густая оранжевая атмосфера, ледяной Энцелад запускает в космос ледяные гейзеры на расстояние 320 км.
Каждый спутник уникален, но всех их объединяет одно: все они являются естественными спутниками, которых удерживает гравитация. Но спутники не только вращаются на орбите планеты, они помогают стабилизировать планету на их орбите, а также поддерживают работу Солнечной системы Еще больше информации о спутниках Юпитера и Сатурна в публикации «Вулканы в Солнечной системе — источник жизни планет и спутников»).
Разнообразие спутников это интересная комбинация четких законов физики и совершенно неожиданных моментов, когда они просто сталкиваются друг с другом, а осколки летят в направлениях, которые невозможно предсказать.
У планет и спутников одно происхождение. Когда появляется звезда — вокруг остается много пыли и газа, медленно частицы пыли собирается воедино, превращаясь в камни. Камни сталкиваются друг с другом и превращаются в булыжники, потихоньку объекты становятся все больше и больше, этот процесс называется аккрецией. Это похоже на снежный ком который катится с горы и собирает по дороге снег, что делает его тверже и заставляет катится быстрее. И вот благодаря процессу неуправляемой аккреции появляются планеты и спутники.
Звучит довольно просто, но до 2003 года никто не знал как это получается. На Международной космической станции астронавт Дон Петтит проводил эксперименты в невесомости, он поместил в пластиковый пакет крупинки соли и сахара, вместо того чтобы разлетаться в разные стороны, они начинают склеиваются друг с другом. Так же появляются планеты и спутники, но вместо того чтобы появиться около звезды, большая часть спутников появляются около планет. Если их создает один процесс, почему же они получаются непохожими друг на друга.
Возьмем к примеру два спутника Юпитера: Каллисто и Ганимеда, два совершенно разных спутника, каждый из которых появился от одних и тех же осколков во времена когда Юпитер был еще очень молод. Ганимед сформировался ближе к Юпитеру, где было больше всяких обломков. Поскольку материм было очень много — он скрепился очень быстро, всего за 10 тыс. лет и был просто раскаленным, жар отделил лед от камня, это все еще отражается в ландшафте Ганимеда. Главным фактором в формировании спутников является энергия, количество этой энергии выражается в жаре во время аккреции и в том, сколько энергии было потеряно. Все эти факторы говорят нам о том, почему спутники формируются там где они сформировались и как получили свой внешний вид.
Ганимед и Каллисто 1 из 3 Каллисто и Ганимед — спутники Юпитера Ганимед — спутник Юпитера Каллисто — спутник Юпитера
А вот у Каллисто совершенно иная поверхность. Она сформировалась дальше, там где было меньше материи и жара, поэтому ей потребовалось больше времени, она быстрее остыла. В отличии от Ганимеда поверхность Каллисто единообразная: вперемешку камень и лед. То, где появляется спутник так же очень важно в плане выживания или разрушения. Если слишком сильно приблизится к планеты — ее гравитация разорвет спутник на части. Ученые считают именно так и случилось со многими спутниками, когда Юпитер был еще молодой планетой. Весьма вероятно, что у Юпитера был целый конвейер из молодых спутников, которые едва сформировавшись тут же поглощались самой планетой. Самые крупные спутники которые мы видим сегодня — единственные кому удалось удержаться в самом конце этого процесса, остановить спираль смерти и переместиться туда, где мы можем наблюдать их и по сей день. Но Юпитер пытается их поглотить, гравитация гигантской планеты постоянно притягивает к себе спутники. Она превращает их в безжизненные каменные шары, странные и драматические миры.
Юпитер — самая крупная планета в нашей Солнечной системе, вокруг нее летает 79 спутников. 4 самых крупных называются спутниками Галилео, в часть астронома, который их обнаружил в 1610. Они демонстрируют как гравитация контролирует внешний вид спутников и их поведение. Первый из спутников Галилео, — Ио, находится ближе всего к планете, всего в 350 тыс. км. от верхнего слоя облаков планеты (420 тыс. км от центра Юпитера), это примерно то же расстояние как от Луны до Земли. Но в отличие от нашей Луны, на поверхности Ио нет кратеров, это значит что поверхность спутника новая . Каждый раз когда смотришь на Ио с космической ракеты или через телескоп, — ее поверхность постоянно меняется, это значит геология этой маленькой планеты меняется как погода на других, настолько она активна.
Спутник Юпитера Ио 1 из 2 Ио — спутник Юпитера Спутник Юпитера — Ио
Когда NASA впервые отправила к Ио зонд, — они были шокированы, они увидели десятки действующих вулканов . Ниже реальная фотография действующих вулканов на Ио, которые выстреливают в космос на 320 км. У всех был только один вопрос: как на спутнике могут быть действующие вулканы? Ответ прост -гравитация. У Юпитера настолько мощная гравитация, что она пытается раздавить спутник. И на Ио воздействует не только гравитация с Юпитера, на нее так же действуют и другие спутники. Поэтому ядро спутника постоянно меняется, это называется приливным трением, именно из-за него ядро Ио постоянно раскалено.
Представьте если вы будете постоянно сгибать проволочную вешалку — она сломается, и если потрогать место сгиба, оно будет теплое. Это и есть приливное трение. Это внутреннее трение нагревает поверхность до тех пор, пока она не становится самой вулканически-активной в Солнечной системе. Постоянное трение создает внутри Ио невероятные температуры, которые изливаются в виде большого количества лавы. Ио это прекрасный пример приливного трения и силы гравитации в нашей Солнечной системе, ее постоянно притягивает Юпитер, ее постоянно притягивают другие спутники. В результате она невероятно раскалена, лава постоянно появляется на поверхности спутника, поэтому на нем не видно кратеров. Гравитация так же согревает соседку Ио — Европу.
Спутник Ио 1 из 2 Действующий вулкан на Ио — реальное фото Вулканы на спутнике Ио
Орбита Европы чуть дальше от Юпитера, поэтому она намного холоднее. Вместо лавы на поверхности Европы лежит лед. Самая низкая температура в Антарктике — минус 89,2 градусов Цельсия, поверхность Европы в 2 раза холоднее. Но под этим льдом может находиться океан, подогреваемый тем же приливным трением которое делает ее вулканической. На поверхности Европы находится океан, этот океан постоянно контактирует с каменной оболочкой, что создает тепло и так же поставляет необходимое количество питательных веществ что бы поддерживать живые организмы.
Когда-нибудь мы отправим зонд для изучения поверхности Европы и, возможно, мы найдем живые организмы, живущие в теплых океанах спутника.
За Ио и Европой находится еще 77 спутников, они кружат намного дальше от Юпитера, это значит влияние его гравитации там намного слабее. Здесь оно слишком слабое чтобы создавать приливное трение и нагревать спутники, поэтому эти отдаленные миры холодные и пустые, но не без интересные. Они носят шрамы бесчисленных столкновений, ученые считают что именно эти столкновения создали самую невероятную систему спутников.
Планета с самой необычной системой спутников — это Сатурн, она более 320 тыс. км. в ширину. Количество спутников Сатурна превосходит все планеты Солнечной системы, — их 82. Вокруг Сатурна кружит более миллиарда маленьких и больших частиц, именно из них состоят кольца Сатурна. Спутником может считаться кусок камня или льда размерами большие гальки, если он летает вокруг планеты. Кольца Сатурна состоят из бесчисленного множества кусочков камня и льда, размером они от гальки до крупного города. Ученые считают все частицы кольца, которые достигают 10 или 20 метров в ширину обломочным материалом. Но когда астрономы обнаруживают глыбу несколько километров в ширину, они считают ее спутником.
Кольца Сатурна является старейшей астрономическое загадкой. Чтобы понять откуда они взялись NASA отправила зонд Кассини с 12-летней миссией, чтобы изучить Сатурн, его кольца и спутники. С помощью Кассини ученым удалось создать самую прекрасную фотографию (смотрите ниже). Кассини находился в тени Сатурна, поэтому Солнца не видно, но видно подсвеченную планету и ее прекрасные кольца. Видно как из-за Сатурна выглядывает Солнце. На фото ниже, показано небольшую точку, это не спутник, это вдалеке виднеется планета Земля, она находится в полутора миллиардов километров. В основном все, что нам удалось узнать про Сатурн, его кольца и спутники мы узнали благодаря Кассини. До этого астрономы считали что колец всего 8, сегодня мы знаем что и более 30-ти. От снимков, полученных космическим аппаратом, в ученых глаза разбегались, они увидели то что видели и раньше но значительно более детально, это просто невероятно.
Сатурн и Кассини 1 из 2 Кассини сделал фото Сатурна, показано Землю Космический аппарат Кассини изучает Сатурн
Раньше считалось что кольца собрались из ледяных остатков после того как 4 млрд лет назад сформировался Сатурн. Но все столь старое должно быть покрыто космической пылью и грязью. Так почему же кольца Сатурна выглядят блестящими и чистыми, почти новыми. Чтобы узнать ответ на этот вопрос, пункт управления полетами отправил Кассини еще ближе к кольцам. И зонд увидел что все ледяные кусочки колец постоянно сталкиваются и ломаются. И каждое такое столкновение обнажает новую, чистую и отполированную поверхность.
Астрономы рассказали, как Сатурн получил свои кольца. Когда он был еще очень молод у него было много спутников, но не было колец. В какой-то момент прилетела ледяная комета и врезалась в один из этих спутников, затем раскололась на миллиарды осколков. Это столкновение так же подтолкнуло спутник ближе к Сатурну, где его раздавила невероятная гравитации планеты. Затем осколки спутника и кометы перемешались, в итоге гравитация Сатурна сформировала все эти осколки в кольца.
История спутников это истории гравитации. Гравитация удерживает спутники на их орбитах, она нагревает из изнутри, формирует поверхности. В итоге она контролирует все, что касается спутников, даже их выживание и уничтожение, она способна создавать новые спутники, захватывая астероиды, кометы и даже целые планеты.
Но у гравитации есть еще один способ создания спутников, — она их захватывает. Представьте себе блуждающую комету или астероид, каким-то образом они сбивается с курса и приближается к планете, чья гравитация тут же их захватывает. Однако если гравитация недостаточна, — астероиду удается сбежать, если ее слишком много, — он врезается в планету. А если ее в самый раз, — кометы или астероид становится на орбиту вокруг планеты и превращается в ее спутник.
У Марса есть два крошечных спутника, — Фобос и Деймос, размерами приблизительно 23 км. и 13 км. в диаметре. Оба они захваченные астероиды. Один облетая планету постоянно рвется вперед и со временем он освободится и продолжить свое путешествие в космосе. Второй пытается приблизиться к планете, с каждым кругом становясь все ближе к Марсу, в итоге он в него врежется.
Спутники Марса 1 из 2 Фобос — спутник Марса Деймос — спутник Марса
Круитни (3753), — на самом деле это астероид, шириной всего 5 км., но иногда его описывают как второй спутник Земли. После того как в 1986 году был обнаружен небольшой объект Круитни, астрономы начали задумываться что такое спутники. Всего несколько тысяч лет назад Круитни был обычным астероидом, летающем вокруг Солнца вместе с миллиардом других себе подобных астероидов, но в итоге он сместился с орбиты Солнца и его захватила гравитация Земли.
Но затем Круитни поступил весьма необычно: вместо того чтобы летать вокруг Земли как обычный спутник, он начал следовать за ней. Поэтому его нельзя назвать стопроцентным спутником Земли, ведь он вращается вокруг Солнца на своей собственной орбите, а не на орбите Земли. Он пересекает орбиты сразу трех планет: Венеры, Земли и Марса. Из-за особенностей его движения вокруг Солнца этот астероид также называют квазиспутником Земли (объект, который остается вблизи планеты на протяжении многих орбитальных периодов).
Иногда стероиды захватывают свои собственные спутники. В 1993 году ракета Галилео пролетала мимо астероида Ида (243) и обнаружила то, что никто не мог ожидать, — небольшой спутник, размером 1,4 км. Спутник получил имя Дактиль. Сам же астероид Ида имеет неправильную вытянутую форму со средним диаметром в 32 км. То что астрономы увидели спутник у второго астероида, с которым повстречалась ракета, означает что у большинства астероидов есть спутники.
Астероид Ида 1 из 2 Ида — астероид, и его спутник Ида — реальное фото астероида
Но не все захваченные спутники бывают маленького размера, самый крупный из захваченных спутников — Тритон. Он летает вокруг Нептуна и его размер достигает 2700 км. в диаметре. Но Тритон это спутник с необычной историей. Тритон всегда будоражил умы астрофизиков, ведь мы привыкли считать что все спутники на орбите вращается в том же направлении в котором вращается планета. В случае Тритона и Нептуна все совсем наоборот: Нептун вращается в одну сторону, а Тритон в обратную. Это означает, что в отличии от большинства спутников он был создан не из обломков, оставшихся после рождения планеты, иначе он бы вращался в том же направлении, значит что-то тут не так. Тритон огромный, у него странная, даже аномальная орбита, похоже он не является частью системы Нептуна, скорее это захваченная планета.
Теперь ученые считают что когда-то Тритон был крошечной планетой, вроде Плутона. А у гигантской планеты вроде Нептуна достаточно гравитации чтобы захватить спутник размером с Тритон. Тритон явно сформировался в дальней части Солнечной системы и затем его каким-то образом захватил Нептун. Возможно когда-то у Тритона был свой спутник, их обоих захватили и в момент захвата спутник был уничтожен. Но Тритону угрожает опасность, Нептун подтаскивает его все ближе и ближе, в итоге он окажется слишком близко и невероятная гравитация Нептуна просто разорвет его на части. Затем Тритон-спутник переродиться в систему колец, окружающих планету.
Больше информации о спутниках Нептуна и Урана в публикации «Уран и Нептун — газовые гиганты, самые последние исследования»
Тритон — спутник Нептуна 1 из 2 Тритон и Нептун в масштабе Тритон — спутник Нептуна
Как большинство спутников нашей Вселенной, наша Луна состоит из камня, она безжизненная и вся покрыта шрамами в виде кратеров. Но в чем-то наша Луна является уникальной. Долгое время астрономы считали что Луна сформировалась из остатков после рождения Земли, но в 1960 году в исследователей появилась другая идея, — они предположили что она получилась после гигантского столкновения. Когда впервые появилась идея о гигантском столкновении, сначала ее встретили реально холодно. Большинство астрономов говорили, что нужно исключить все теория о медленной эволюции, прежде чем можно будет говорить о катаклизме. Но доказательства, которые были так нужны для подтверждения этой идеи, были обнаружены на самой Луне. Для этого пришлось ждать до 1969 года, когда туда слетали и вернулись назад астронавты с Аполлона, они привезли с собой горную породу с Луны (больше информации о Луне в публикации «Луна — спутник Земли»).
Луна 1 из 2 Луна — спутник Земли Аполлон 11 — высадка людей на Луну
Ученые проанализировали камни и были просто поражены, — они оказались идентичными с горной породой земной коры, и они были перегреты. Окончательная гипотеза столкновения была предложена Уильямом Хартманом и Дональдом Дэвисом в 1975 году и на сейчас считается основной в объяснении происхождения Луны. Она хорошо объясняет все известные факты о химическом составе и строении Луны, а также и физические параметры системы Земля — Луна. Хартман был уверен, что знает как куски земной коры были перегреты и оказались на Луне: суть в том, что Земля сформировалась, затем в нее что-то угодило и снесло с поверхности этот каменный материал. Он попал на орбиту и стал Луной, Луна сделана исключительно из осколков камня с Земли.
Представьте какой хаотичной была наша Солнечная система 4,5 миллиарда лет назад. Молодая Земля была одной из сотен новых планет, летающих вокруг Солнца. Одной из них была планета, размером с Марс, которая называлась Тея, именно она врезалась в Землю. Они столкнулись друг с другом на скорости много тысяч километров в час. Тея уничтожена, Земля едва перенесла столкновение. От взрыва в космос унесло несколько миллиардов тонн горной породы, земная гравитация затем притянула эти осколки на орбиту планеты, все эти кусочки слиплись воедино и сформировали нашу Луну. Такова теория, но как ее проверить?
В лаборатории NASA воссоздают то древнее столкновение. Девятиметровая пушка выстреливает маленькие объекты со скоростью 29тыс. км. в час. Статичный объект это Земля, а Тея вылетает с дула пушки. Изменив угол столкновения с Теей, команда способна понять каким должно было быть то столкновение, чтобы получилась Луна. Во время первого выстрела Тея с невероятной силой врезается в верхнюю часть Земли. От Земли откололся гигантский кусок и получился огромный кратер, если бы это была настоящая планета то кратер получился бы шириной в несколько тысяч километров. Во время этого теста Тея лишь черкнула по Земле, поэтому в космос попало мало осколков, этого бы не хватило на создание Луны. Второй выстрел имитирует лобовое столкновение с планетой Земля, — это конец планеты, ее больше нет. Конечно часть обломков попадает в Солнечную систему, часть рассеется вне в нашей Солнечной системы. Земли больше нет, поэтому нет гравитации, которая бы собрала обломки и создала Луну. Теперь пушку установили под нужным углом, нечто среднее между чирканьем и прямым попаданием. Посмотрим что будет если Земля едва выживет. Теперь у нас отвалилась целая часть Земли. Это и было началом нашей Луны. Эксперимент показал, что Тея могла врезаться в Землю и создать Луну, но столкновение должно было быть идеальным, к счастью для нас так и было.
Сегодня орбиты Луны проходит в 363104 километров от Земли, это в самой близкой точке (перигей Луны). Но когда она впервые сформировалась, Луна находилась всего в 24 тыс км. от поверхности Земли. Если бы мы посмотрели на небо спустя 500 млн лет после формирования Луны, — она бы занимала большую его часть, она была бы огромной, ведь она находилась намного ближе чем сейчас. В то время Земля вращалась с такой скоростью, что день длился всего 6 часов. Но Луна была настолько близко, что ее гравитация стала чем-то вроде тормоза, она притормаживала нашу планету до тех пор, пока в сутках не появилось 24 часа. Гравитация Луны также создает гигантские приливы, которые происходят по всей планете, взбалтывая моря, смешивая минералы и питательные вещества. Это создало первичный бульон из которого затем появились первые формы жизни, без Луны жизнь на Земле могла и не зародиться.
Спутники полны сюрпризов, существуют спутники с гигантскими вулканами, с обширными океанами, спрятанными под толстым слоем льда… А теперь мы знаем что некоторые богаты органическими соединениями, при правильной комбинации они даже могут поддерживать жизнь. В нашей Солнечной системе биологическое окно, через которое мы можем понять остальные Вселенные, — это спутники на краю нашей Солнечной системы. Возможно там мы обнаружим второй генезис. А этот генезис станет способом познания биологической природы Вселенной.
На первый взгляд спутники не подходят для жизни, как некоторые мало обитаемые места на Земле. Взять к примеру Энцелад — 6-ой по размеру спутник Сатурна, блестящий ледяной шар диаметром 480 км., летающий на орбите планеты на расстоянии 237 тыс. км от нее. Это самый блестящий объект в Солнечной системе, он отражает 100% света, который на него попадает, поэтому он невероятно яркий, его поверхность состоит из водного льда. В 2005 году зонд Кассини наблюдал как на поверхности Энцелада извергались ледяные вулканы, это означало что подо льдом был жар. Жар который создал океаны воды, а где есть вода — есть возможность зарождение жизни.
В Йеллоустонском национальном парке (США) есть гейзер — Улей, который выстреливает водяными парами примерно на 45 м. Представьте если бы вы находились на поверхность Энцелада, вы бы увидели похожие гейзеры, они выстреливают в космос ледяными парами и ледяным градом, они в тысячи раз мощнее чем этот гейзер на Земле. Ледяными вулканами управляет гравитация: гравитация Сатурна действует на ядро спутника нагревая его, подземная вода расширяется и вырывается наружу через расщелины на поверхности льда. А затем выстреливает в космос в виде ледяных кристаллов, это самые потрясающие извержения в нашей Солнечной системе. По сравнению с ними гейзер Улий выглядит просто водяным пистолетиком. Во льду из вулкана ученые обнаружили соли и простые органические соединения, это значит — вода подо льдом не просто теплая, она наполнена питательными веществами. Энцелад стал самым привлекательным местом в Солнечной системе для поиска микробной жизни, жаль только что аппарат Кассини не позволит выяснить, есть ли в океане Энцелада сложная органика и, тем более, жизнь. Тепло, вода и питательные вещества — так зародилась жизнь на Земле. Ученые поняли что все, что раньше ассоциировалась только с океанами на Земле происходит и внутри этого спутника. Это открытие века.
У Энцелада Сатурна есть океан, как и у Европы Юпитера, но это не единственные спутники на которых может зародиться жизнь, у Сатурна есть еще один спутник — Титан с еще большим потенциалом для жизни. В 2005 году Кассини отправил на Титан зонд Гюйгенс (Huygens probe), который 3 с половиной часа передавал фотографии с незнакомой поверхности, находящийся в половине миллиардов километров от Земли. Но затем у него кончилось горючее. Это было невероятно, впервые люди смогли отправить на этот спутник одно из своих созданий, это историческое событие.
Титан — спутник Сатурна 1 из 4 Титан — спутник планеты Сатурн Зонд Гюйгенс отправляется на Титан Фото поверхности спутника Титан Гюйгенс — фото поверхности спутника Титан
Капли дождя на Титане в 2 раза больше чем на Земле, но дождь — это не вода, это метан. На Земле метан это газ, а на Титане это жидкость, ведь этот спутник очень холодный. Там могут быть метановые айсберги, там существуют метановые озера и реки, метановый дождь и облака, возможно яблоко возможно в этом метане плавают жуки. Вам кажется что жуки, живущие в метане, это просто невероятно? Ученые обнаружили что Енцелад, Европа и Титан покрыты особой субстанцией, которой дали название толен (это подобие «первичного бульона»). Он содержит химические соединения, пригодные для зарождения жизни. Может ли жизнь зародиться на одном из этих спутников?
Мы не можем получить толен со спутника, но астробиолог Крис Маккей воссоздал его в своей лаборатории. Он пропустил через газы, обнаруженные на Титане, электрический ток и получил красно-коричневый материал. Он считает что это и есть толен — небиологический органический материал. Крис использовал химическую энергию, пропущенную через простые молекулы метана и азота, и получил толен, именно этот материал ученые видели на Титане, а также Енцеладе, на поверхности множества спутников на границе нашей Солнечной системы. Это природный рецепт для создания жизни. Крис Маккей также выдвинул гипотезу о примитивных биологических организмах, которые поглощают водород и питаться молекулами ацетилена, при этом в процессе их жизнедеятельности образовывается метан. Он же об этих формах жизни сказал «очень необычны и пока химически необъяснимы. Конечно, это не доказательство наличия жизни, но очень интересно».
Возможно где-то вне зоны досягаемости нашей Солнечной системы, на каком-то отдаленном спутники уже зародилась жизнь, но возможно она сильно отличается от того что нам известно. У жизни номер 2 вовсе не обязательно будут те же гены, что и у жизни номер 1, чем сильнее она будет отличаться, тем интереснее. Не важно будет ли она той же или иной, но если на спутниках нашей Солнечной системе обнаружат жизнь, — это сильно изменит наши представление о Вселенной. Если мы когда либо узнаем, что в нашей Солнечной системе жизнь зародилась дважды, тогда мы с легкостью сможем опровергнуть любые аргументы, утверждающие что жизнь на Земле уникальна.
Спутники — это маленькие, разнообразные и динамичные миры, они помогают нам понять как устроена Вселенная, они являются важнейшей частью космической машины. Без спутников наша Солнечная система была бы совершенно иной, а без Луны на Земле бы никогда не зародилась жизнь. Кто знает где и когда, но если мы найдем новую жизнь в иной части Вселенной, — ее домом может оказаться вовсе не планета, а спутник.
Астронет | Картинка дня | Обзоры astro-ph | Новости | Статьи | Книги | Карта неба | Созвездия | Переменные Звезды | A&ATr | Глоссарий
планета Астронет | Физика космоса | Биографии | Словарь | Ключевые слова | Астрономия в России | Форумы | Семинары | Сверхновые
Кеплер-16b: планета с двумя солнцами
| << Вчера | 20.09.2011 | Завтра >> |
сюрпризом. В ближайшее время они сосредоточатся на исследовании этой системы.
1995 1996 1997 1998 |
Январь Февраль Март Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь |
Authors & editors: Robert Nemiroff (MTU) & Jerry Bonnell (USRA)
Добавить комментарий