Семья Солнца
Наш космический дом — Земля — одна из планет солнечной системы. Вместе с ними совершает она свой вечный бег вокруг Солнца. Земля — третья по расстоянию планета. Ближе к дневному светилу движутся стремительный Меркурий и красавица Венера.
Меркурий — самая маленькая планета солнечной системы. Свой оборот вокруг Солнца она совершает за 88 суток, т. е. год на Меркурии в четыре раза короче земного. До недавнего времени астрономы считали, что и период суточного вращения Меркурия также составляет 88 суток. В таком случае к Солнцу была бы всегда повернута одна и та же половина планеты. На одном полушарии Меркурия был бы вечный день, на другом вечная ночь. Однако в последнее время были получены данные, свидетельствующие о том, что периоды обращения и собственного вращения Меркурия не совпадают. Оказалось, что период вращения равен приблизительно 59 суткам. Таким образом, и на этой планете происходит хотя и медленная, но все же смена дня и ночи.
Близость Меркурия к Солнцу заставляет предполагать, что на его поверхности должна быть очень высокая температура. Действительно, наблюдения показали, что на обращенной к Солнцу стороне планеты температура в отдельных точках достигает 430° Цельсия.
В то же время можно ожидать, что поскольку Меркурий почти лишен атмосферы, то на его темной стороне должен царить глубокий холод. Однако, как показали наблюдения, самая низкая температура на ночной половине планеты составляет всего около —70° Цельсия. Создается впечатление, что на Меркурии все же происходит некоторый перенос тепла с дневной стороны па ночную, т. е. имеет место атмосферная циркуляция.
Полученные в 1963 г. советским астрономом В. И. Морозом данные показывают, что атмосферное давление у поверхности Меркурия составляет от 1 до 20 мм ртутного столба. По мнению Мороза, газовая оболочка этой планеты, видимо, состоит из 10% углекислого газа и 90% азота. Наличие подобной атмосферы объясняет отток тепла с освещенной стороны на темную.
Не исключена также возможность, что определенное влияние на меркурианские температуры оказывает тепловое излучение внутренней солнечной короны. Вообще же вопрос о распределении температур, и в особенности климатических поясов по поверхности Меркурия довольно сложен, тем более, что до сих пор не удается точно определить угол наклона оси вращения Меркурия к плоскости его орбиты.
Вслед за Меркурием располагаются три планеты: Земля и две ос ближайшие космические соседки — соседка со стороны Солнца Венера и соседка со стороны, противоположной Солнцу,— таинственный красноватый Марс.
Астрономы называют ближайшие к Солнцу планеты планетами группы Земли. Планеты эти сравнительно невелики.
Следующая планета солнечной системы — гигант Юпитер, поперечник которого составляет 143 тыс. км. Эта планета по объему в 1300 раз превосходит нашу Землю. За ней по порядку следуют огромные планеты: Сатурн, который окружен знаменитыми кольцами—уникальным образованием в мире планет, Уран и Нептун.
Хотя далекие планеты по своим размерам значительно больше планет земной группы, средняя плотность их вещества значительно ниже. Для Юпитера она равна 1,4, а для Сатурна даже 0,7, т. е. ниже плотности воды. Это объясняется тем, что в состав планет-гигантов входят главным образом легкие химические элементы — водород и его соединения — аммиак и метан.
Девятая планета солнечной системы снова невелика по размерам. Это Плутон, который был открыт сравнительно недавно, в 1930 г.
Земля представляется нам, ее жителям, огромной. Но если даже собрать вместе все планеты, то окажется, что в них содержится меньше 1% вещества всей солнечной системы. Главная его часть сосредоточена в центральном теле пашей планетной семьи — Солнце.
Современная наука довольно хорошо изучила сложные процессы, протекающие в недрах Солнца. Что же касается внутреннего строения планет, то хотя ближайшие к нам планеты расположены па сравнительно небольших расстояниях от Земли, и сами мы живем на планете, недра этих небесных тел во многом остаются для нас загадкой. На первый взгляд это кажется парадоксальным. Но, как и у любого парадокса, у такого положения вещей имеется своя вполне определенная причина. Планеты — твердые тела, а твердое тело — физическая система, поведение которой подчиняется гораздо более сложным закономерностям, чем поведение газовых систем, подобных звездам. И эти закономерности теоретически еще далеко не изучены. Что же касается экспериментальных исследований, изучения соответствующих моделей в лабораторных условиях, то этому препятствуют огромные давления в миллионы атмосфер, а также температуры в тысячи градусов, которые чрезвычайно трудно воспроизвести искусственным путем.
Однако на помощь исследователям пришел природный прожектор, способный просветить земные недра — волны землетрясений, или, как их называют, сейсмические волны. Характер распространения этих воли зависит от строения тех или иных слоев, от состояния вещества. Именно сейсмические наблюдения позволили обнаружить слоистое строение нашей планеты. Оказалось, что верхний слой, земная кора, простирается до глубины около 30 км. Далее идет так называемая мантия. По мере увеличения глубины растет и температура. На расстоянии около 100 км от земной поверхности она превосходит температуру плавления многих пород. Здесь залегают вулканические очаги. На еще больших глубинах рост температуры все еще продолжается, но вместе с тем значительно возрастает давление. Это препятствует плавлению вещества. Несмотря па очень высокую температуру, оно остается твердим.
Очередная граница раздела лежит на глубине около 3000 км. Именно здесь наблюдается резкое изменение характера распространения сейсмических поли. Ниже этого уровня находится так называемое ядро Земли. По своему химическому составу оно мало отличается от вещества мантии, но здесь господствуют давления около 1,5 млн. атмосфер. При таких давлениях вещество переходит в металлическую фазу, неметаллы приобретают целый ряд свойств, присущих металлам, в частности, высокую тепло- и электропроводность. Температура плавления такого металлизированного вещества ниже, чем вещества мантии. Поэтому ядро, как это на первый взгляд ни покажется странным, находится в жидком состоянии.
Однако на глубине около 5000 км характер распространения сейсмических волн снопа меняется. Здесь начинается самая центральная зона земных недр — внутреннее ядро. Давление в этой зоне столь велико, что даже металлизированное вещество остается твердым, несмотря па очень высокую температуру.
Таким образом, внутреннее строение нашей планеты определяется главным образом двумя факторами — температурой и давлением. Основным источником внутреннего тепла Земли является распад радиоактивных элементов. Что же касается давления, то оно целиком зависит от массы вещества нашей планеты. Отталкиваясь от этих данных, можно судить и о внутреннем строении других небесных тел, входящих в состав солнечной системы.
Так, например, масса Венеры лишь немногим меньше массы Земли. Есть также основания предполагать, что поскольку Венера формировалась приблизительно в том же районе солнечной системы, что и Земля, то запасы радиоактивных элементов в ее недрах должны быть сравнимы с земными. Поэтому весьма вероятно, что внутреннее строение Венеры сходно с внутренним строением Земли. Различие возможно только в самом центре планеты, где давление ниже, так как радиус Венеры все же на несколько сотен километров меньше земного. Поэтому у Венеры может и не быть внутреннего ядра.
Совершенно иной характер должно иметь внутреннее строение тел меньшего размера, таких, как Марс или спутник Земли — Луна. Расчеты показывают, что центральное ядро образуется за счет внутреннего давления только у тех планет, масса которых составляет не меньше 0,8 массы Земли. А масса Луны в 81 раз меньше, чем у Земли.
Таким образом, у этих небесных тел внутреннее давление к образованию центральных ядер привести не могло. Однако, с другой стороны, при более низком давлении радиоактивное тепло могло переплавить подавляющую часть вещества Марса и Луны. Очень может быть, что в недрах Марса и Луны происходил довольно интенсивный процесс так называемой гравитационной дифференциации. Более тяжелые вещества, и прежде всего железо, под действием тяжести опускались к центру и могли образовать здесь плотное ядро. В то же время более легкие химические вещества выплывали на поверхность, вынося с собой радиоактивные вещества, которые обычно содержатся именно в легких породах. А это в свою очередь должно было привести к быстрому рассеянию радиоактивного тепла в мировое пространство и угасанию горообразовательных процессов. Но, разумеется, это вовсе не означает, что в недрах Марса и Луны все мертво. Какие-то глубинные процессы, хотя и не столь интенсивные, как в недрах Земли, видимо, продолжаются и па этих небесных телах.
Наибольшей плотностью вещества среди всех планет солнечной системы обладает маленький Меркурий, На первый взгляд это может показаться странным, поскольку масса Меркурия в 20 раз меньше земной и, следовательно, давление в его недрах сравнительно невелико. Однако не следует забывать о близости Меркурия к Солнцу. Материал, из которого сформировалась эта планета, был сильно прогрет солнечными лучами. Легкие вещества при этом испарились и в состав Меркурия вошли главным образом тугоплавкие элементы с большим удельным весом.
Зато в состав планет-гигантов, расположенных далеко от Солнца, в холодной зоне солнечной системы, вошли в большом количестве легкие элементы, в том числе водород и его соединения — метан и аммиак. По расчетам астрономов, водород составляет от 0,5 до 0,9 массы больших планет. Но поскольку в недрах этих небесных тел давления чрезвычайно велики, водород здесь уже не газ — он должен перейти в твердую, а возможно, и в металлизированную фазу. К сожалению, этим в основном и ограничиваются наши сведения о внутреннем строении планет-гигантов, так как теория твердых состояний водорода при больших давлениях почти не разработана.
Правда, различными исследователями создано немало теоретических моделей больших планет, но, к сожалению, у нас пока нет возможности определить, какие из них ближе к истине. Наиболее распространенной является следующая схема: в центре громадное ядро из металлизированных газов, окруженное мантией из кристаллических твердых газов, а на поверхности океан жидкого водорода, окруженный относительно плотной газовой атмосферой.
Совершенно особый интерес представляет внутреннее строение Юпитера. Не так давно американский астроном Лоу, измеряя излучение Юпитера в инфракрасных лучах с помощью специально сконструированного чрезвычайно чувствительного прибора, обнаружил, что гигантская планета излучает в инфракрасном диапазоне в два с половиной раза больше лучистой энергии, чем получает ее от Солнца. По подсчетам ученых Юпитер ежесекундно излучает энергию, приблизительно равную энергии взрыва нескольких десятков тысяч атомных бомб.
Столь сильный поток тепла, идущий из недр этой планеты, трудно объяснить одним лишь радиоактивным распадом. Для этого, согласно вычислениям американского ученого Р. Смолучовского, в недрах Юпитера должно было бы содержаться в 100 тысяч раз больше радиоактивных веществ, чем их имеется на Земле.
Известный американский исследователь планет Дж. Койпер высказал даже мысль о том, что внутри Юпитера работает источник энергии звездного типа, т. е. в его недрах происходят термоядерные процессы. Подобное предположение выглядит довольно эффектно. Если бы оно оправдалось, то оказалось бы, что мы живем и системе двойной звезды Солнце — Юпитер. Однако оно малоправдоподобно. Хотя Юпитер обладает очень большой массой (в 318 раз больше массы Земли) и давление в его центральной части очень велико, эта планета все же слишком холодна для того, чтобы в ее недрах мог происходить термоядерный синтез.
В связи с этим Смолучовский выдвинул гипотезу, согласно которой загадочное излучение Юпитера объясняется медленным внутренним сжатием.
Дальнейшие исследования Юпитера представляют огромный интерес, так как эта планета уникальна по своим размерам, а ее масса, возможно, находится где-то вблизи предела массы небесных тел планетного типа.
Помимо девяти больших планет, обращающихся вокруг Солнца, в солнечную систему входит несколько тысяч малых планет, или астероидов. Движутся они в пространстве, разделяющем орбиты Марса и Юпитера. К началу XIX столетня эта область солнечной системы считалась свободной от небесных тел. Во всяком случае такие тела пе были известны. Но, с другой стороны, многие астрономы предполагали, что они должны существовать. Дело is том, что в расположении планет относительно Солнца вырисовывается определенная закономерность, в которую слишком большой промежуток между орбитами Марса и Юпитера явно не укладывается.
Действительно, в первый день 1801 г. итальянский астроном Дж. Пиацци обнаружил какой-то неизвестный объект, передвигающийся среди звезд. Используя
наблюдения Пиацци, знаменитый немецкий математик К. Гаусс рассчитал орбиту вновь открытого тела. Оказалось, что оно совершает свой космический путь как раз между орбитами Марса и Юпитера. Вскоре новая планета получила имя — ее назвали Церерой.
В дальнейшем открытия астероидов стали следовать одно за другим. Они особенно участились после того как в астрономии стали применяться фотографические методы. На одной лишь Симеизской обсерватории за 20 лет было открыто более 100 астероидов.
Всего в настоящее время зарегистрировано свыше 1600 малых планет с поперечником в десятки километров и километры, движущихся главным образом между орбитами Марса и Юпитера, т. е. на среднем расстоянии в 420 млн. км от Солнца. Но, по всей видимости, это лишь небольшая часть семейства астероидов, общее число которых по подсчетам ученых измеряется десятками тысяч. Таким образом, подавляющая часть астероидов остается неизвестной. Это объясняется трудностями наблюдений, связанными с очень малыми размерами большинства астероидов. Поэтому не случайно открытая первой Церера оказалась и самой большой среди малых планет. Ее поперечник составляет 780 км. Обнаружены еще три астероида, поперечники которых составляют от 190 до 470 км — они получили названия Паллада, Веста и Юнона. Общая же масса всех открытых астероидов приблизительно равна лишь одной тысячной доле массы Земли.
Поскольку астероиды — небольшие небесные тела, они сравнительно легко подвержены так называемым возмущениям со стороны больших планет. Благодаря этому их пути в мировом пространстве могут со временем довольно существенно изменяться. И если первоначально орбиты всех астероидов действительно располагались между Марсом и Юпитером, то в настоящее время некоторые из них довольно сильно вытянуты и подходят па сравнительно близкое расстояние к орбите Земли.
Так, например, астероид Эрос заходит внутрь орбиты Марса и приближается к орбите Земли на расстояние около 23 млн. км. Кратчайшее расстояние между орбитой Земли и орбитой астероида Алинда составляет 24 млн. км, Ганимеда — 34,5 млн. км, а астероид Амур, открытый в 1932 г., подходит к космической трассе нашей планеты на 15 млн. км.
Было также открыто несколько малых планет, пут которых скрещиваются с орбитой Земли и даже с орбитой Венеры. К их числу относятся астероиды Аполлон, Адонис и Гермес. Астрономам удалось зарегистрировать прохождение этих небесных тел вблизи Земли. Так, например, 24 апреля 1932 г. состоялась космическая встреча нашей планеты и астероида Аполлон. Расстояние между ними в этот момент составляло всего около 10 млн. км. 7 февраля 1936 г. астероид Адонис приблизился к Земле на 2 млн. км. А 30 октября 1937 г. астероид Гермес побил все рекорды. Он прошел от нас на расстоянии всего 580 тыс. км, т. е. примерно в 1,5 раза дальше Луны.
Эти три астероида имели сравнительно малые размеры: от 0,5 до 1,5 км. Поэтому наблюдать их было чрезвычайно сложно и в дальнейшем они оказались потерянными.
Один из самых любопытных астероидов был обнаружен 26 июня 1949 г. В этот день известный астроном Вальтер Бааде, работая на одном из крупных инструментов Паломарской обсерватории в США, заметил на фотографии звездного неба в области созвездия Скорпиона след неизвестного астероида, который перемещался среди звезд удивительно быстро — в пять раз быстрее, чем любой другой астероид. Когда же была вычислена орбита вновь открытой планеты, то выяснилось, что она является рекордсменкой и еще в одном отношении. При каждом обороте это небесное тело приближается к Солнцу на расстояние всего лишь 28 млн. км. Это примерно в пять раз меньше радиуса земной орбиты и в два раза меньше, чем расстояние от Солнца самой внутренней планеты — Меркурия. Таким образом, орбита нового астероида заходит внутрь не только орбит Земли и Венеры, но и орбиты Меркурия.
Это дало основания астрономам вспомнить знаменитый древнегреческий миф о Дедале и его сыне Икаре, изготовивших крылья и решивших с их помощью подняться в воздух. Как повествует миф, Икар, несмотря на предупреждения отца, слишком близко подлетел к Солнцу. Лучи дневного светила растопили воск, которым были скреплены крылья, и Икар упал в море... Новый астероид получил название Икар.
Интересно, что в моменты наибольшего сближения с Солнцем поверхность астероида нагревается до температуры свыше 600° Цельсия. Нагретое до такой температуры тело должно было бы светиться слабым красным светом. Так, вероятно, и было бы, если бы Икар был всегда обращен к Солнцу одной стороной. Но так как в действительности астероид вращается, то свечение, видимо, не имеет места.
4 июня 1950 г. было зарегистрировано следующее очередное прохождение Икара вблизи Земли. Астероид наблюдался также в 1952, 1953, 1954, 1957 и 1958 гг. Однако наиболее близкие прохождения Икара относительно Земли должны повториться через каждые 19 лет. Это объясняется тем, что если умножить число суток земного года па 19, то получается число 6940, которое почти без остатка делится на 409, т. е. период обращения Икара. Таким образом, следующее после 1949 г. сближение Икара с Землей должно было произойти согласно расчетам астрономов 15 июня 1968 г.
Этот вывод ученых о предстоящей космической встрече двух небесных тел дал повод для всевозможных толков о якобы надвигающейся космической катастрофе. Но имелись ли в действительности основания для каких-либо опасений, связанных с Икаром?
Точные астрономические расчеты, проделанные еще и 1966—1967 гг., показали, что расстояние между Землей и Икаром 15 июня 1968 г. составит около 6,7 млн. км. А это вполне безопасное расстояние.
Правда, было известно, что перед встречей с Землей у Икара произойдет довольно тесное сближение с Меркурием. Возник вопрос: не может ли притяжение Меркурия так изменить орбиту астероида, что она пересечет путь Земли? Однако подобные опасения оказались неосновательными, так как в расчетах американского астронома Херрика, проверенных советскими учеными, притяжение Меркурия учитывалось. Вычисления показывали, что Меркурий не в состоянии изменить путь Икара сколько-нибудь существенным образом.
И действительно, Икар прошел на достаточно большом расстоянии от Земли.
Неясным остается до сих пор и само происхождение пояса астероидов. Некоторые астрономы считают, что когда-то в этом районе солнечной системы существовала большая планета — ей даже присвоили имя Фаэтон. В дальнейшем по неизвестной причине эта планета взорвалась или распалась па части, которые и превратились и астероиды.
|
|
Читайте в рубрике «Изучение Вселенной»: |