Урок 6: солнечная система

Атмосфера и магнитосфера

Средняя температура поверхности Меркурия составляет 178,85 ° C, но локальная температура может варьироваться от −180 до 430 ° C, в основном из-за его медленного вращения и отсутствия атмосферы. На темной стороне планеты средняя температура составляет около −163,15 ° C,. Солнечная энергия, достигающая Меркурия, в 8,9 раз больше на единицу площади, чем у Земли. (9126,6 Вт/м²).

Наблюдения 1992 года показали, что на северном полюсе планеты есть замерзшая вода. Вероятно, её можно найти в постоянно затененных кратерах (подобных лунным) и она была принесена на планету кометами и / или образовался из газов из недр планеты. Меркурий имеет только следы атмосферы. Его атмосфера крайне разрежена, о чём свидетельствует тот факт, что молекулы газа чаще сталкиваются с поверхностью планеты, чем друг с другом. Газообразное содержание в основном состоит из атомарного кислорода и газообразных калия и натрия. Атмосфера Меркурия находится в динамическом равновесии — с одной стороны, её часть постоянно «улетает» в межпланетное пространство, а с другой стороны, новые частицы солнечного ветра перехватываются магнитным полем планеты. Атомы калия и натрия находятся в атмосфере в среднем 3 часа (когда Меркурий находится в перигелии — всего 1 час). Помимо захвата частиц солнечным ветром, атмосфера обогащается испарением от ударов микрометеоритов, испарением льда в полярных кратерах и газами из недр планеты.

Несмотря на медленное вращение, Меркурий имеет относительно сильную магнитосферу с напряженностью магнитного поля 1 % от земной. Вполне возможно, что это магнитное поле было создано способом, подобным земному, с помощью динамо-машины, образованной циркуляцией расплавленных материалов в ядре планеты. Железо-никелевое ядро Меркурия считается нетронутым, а циркуляция осуществляется легкоплавкими элементами, такими как сера. Согласно другой теории, магнитное поле Меркурия является остаточным эффектом предыдущей намагниченности (когда у планеты было расплавленное ядро). Иными словами, Меркурий постепенно размагничивается.

В культуре

Уже через 3 года после открытия Уран стал местом действия сатирического памфлета. С тех пор в сюжетную линию своих научно-фантастических произведений его включали Стенли Вейнбаум, Рэмси Кэмпбелл, Ларри Нивен, Сергей Павлов, Георгий Гуревич и другие.

Уран был выбран в качестве места действия фильма «Путешествие к седьмой планете», а также отдельных эпизодов сериалов «Космический патруль» и «Генеральный план далеков» (эпизод телесериала «Доктор Кто»). Также планета упоминается в нескольких комиксах, аниме и компьютерных играх.

В астрологии Уран считается управителем знака Водолея.

Планеты земного типа

Меркурий

Самая маленькая планета Солнечной системы имеет радиус всего 2440 км. Период обращения вокруг Солнца, для простоты понимания приравненный к земному году, составляет 88 дней, при этом оборот вокруг собственной оси Меркурий успевает совершить всего полтора раза. Таким образом, его сутки длятся приблизительно 59 земных дней. Долгое время считалось, что эта планета все время повёрнута к Солнцу одной и той же стороной, поскольку периоды его видимости с Земли повторялись с периодичностью, примерно равной четырем Меркурианским суткам. Это заблуждение было развеяно с появлением возможности применять радиолокационные исследования и вести постоянные наблюдения с помощью космических станций. Орбита Меркурия – одна из самых нестабильных, меняется не только скорость перемещения и его удалённость от Солнца, но и само положение. Любой интересующийся может наблюдать этот эффект.

Меркурий в цвете, снимок космического аппарата MESSENGER

Близость к Солнцу стала причиной того, что Меркурий подвержен самым большим перепадам температуры среди планет нашей системы. Средняя дневная температура составляет около 350 градусов по Цельсию, а ночная -170 °C. В атмосфере выявлены натрий, кислород, гелий, калий, водород и аргон. Существует теория, что он был ранее спутником Венеры, но пока это остается недоказанным. Собственные спутники у него отсутствуют.

Венера

Вторая от Солнца планета, атмосфера которой почти полностью состоит из углекислого газа. Её часто называют Утренней звездой и Вечерней звездой, потому что она первой из звёзд становится видна после заката, так же как и перед рассветом продолжает быть видимой и тогда, когда все остальные звёзды скрылись из поля зрения. Процент диоксида углерода составляет в атмосфере 96%, азота в ней сравнительно немного – почти 4% и в совсем незначительном количестве присутствует водяной пар и кислород.

Венера в УФ спектре

Подобная атмосфера создает эффект парника, температура на поверхности из-за этого даже выше, чем у Меркурия и достигает 475 °C. Считается самой неторопливой, венерианские сутки длятся 243 земных дня, что почти равно году на Венере – 225 земных дней. Многие называют её сестрой Земли из-за массы и радиуса, значения которых очень близки к земным показателям. Радиус Венеры составляет 6052 км (0,85% земного). Спутников, как и у Меркурия, нет.

Земля

Третья планета от Солнца и единственная в нашей системе, где на поверхности есть жидкая вода, без которой не смогла бы развиться жизнь на планете. По крайней мере, жизнь в том виде, в котором мы её знаем. Радиус Земли равен 6371 км и, в отличие от остальных небесных тел нашей системы, более 70% её поверхности покрыто водой. Остальное пространство занимают материки. Ещё одной особенностью Земли являются тектонические плиты, скрытые под мантией планеты. При этом они способны перемещаться, хоть и с очень малой скоростью, что со временем вызывает изменение ландшафта. Скорость перемещения планеты по ней – 29-30 км/сек.

Наша планета из космоса

Один оборот вокруг своей оси занимает почти 24 часа, причем полное прохождение по орбите длится 365 суток, что намного больше в сравнении с ближайшими планетами-соседями. Земные сутки и год также приняты как эталон, но сделано это лишь для удобства восприятия временных отрезков на остальных планетах. У Земли имеется один естественный спутник – Луна.

Марс

Марс, снимок космического телескопа Хаббл в 2003 году

Четвёртая планета от Солнца, известная своей разрежённой атмосферой. Начиная с 1960 года, Марс активно исследуется учеными нескольких стран, включая СССР и США. Не все программы исследования были успешными, но найденная на некоторых участках вода позволяет предположить, что примитивная жизнь на Марсе существует, или существовала в прошлом.

Яркость этой планеты позволяет видеть его с Земли без всяких приборов. Причем раз в 15-17 лет, во время Противостояния, он становится самым ярким объектом на небе, затмевая собой даже Юпитер и Венеру.

Радиус почти вдвое меньше земного и составляет 3390 км, зато год значительно дольше – 687 суток. Спутников у него 2 — Фобос и Деймос.

Зависимость плотности от температуры

Как правило, при уменьшении температуры плотность увеличивается, хотя встречаются вещества, чья плотность в определённом диапазоне температур ведёт себя иначе, например, вода, бронза и чугун. Так, плотность воды имеет максимальное значение при 4 °C и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры относительно этого значения.

При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: плотность растёт при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании жидкости. Вода, кремний, висмут и некоторые другие вещества являются исключениями из данного правила, так как их плотность при затвердевании уменьшается.

Атмосфера Урана

Несмотря на то что планета не имеет привычной твердой поверхности, достаточно сложно говорить о распределении на поверхность и атмосферу. Все же наиболее удаленную часть от планеты считают атмосферой. По предварительным подсчетам ученых следует полагать, что атмосфера удалена от основной части планеты на расстояние в 300 километров. Температура данного слоя равна 320 К при давлении в 100 бар.

Корона атмосферы Урана в два раза превышает диаметр планеты от поверхности. Атмосфера планеты разделена на три слоя:

Тропосфера с давлением около 100 бар, занимает промежуток от -300 и до 50 километров.
Стратосфера имеет давление от 0,1 до 10−10 бар.
Термосфера, или корона, удалена от поверхности планеты на 4-50 тысяч километров.

В составе атмосферы Урана находятся такие вещества, как водород в молекулярном состоянии и гелий. Нужно отметить, что гелий находится не в середине планеты, как у других гигантов, а в атмосфере. Третьей основной составляющей атмосферы планеты является метан, который можно увидеть в инфракрасном спектре, но с высотой его доля значительно снижается. Верхние слои также имеют такие вещества, как этан, диацетилен, углекислый и угарный газ, частицы водяной пары.

Атмосфера планеты

Астронавтам потребовалось много времени, чтобы понять. что атмосферы что у планеты его нет, и они ошибались. У планеты Меркурий есть атмосфера, но она очень слабая, не сравнимая с атмосферой Меркурия. с атмосферой Земли или Марса и до сих пор изучается астрономами и учеными. Его газообразная оболочка, напротив, растворилась несколько миллиардов лет назад. Отсутствие ее объясняется большая «близость» к Солнцу, слабое гравитационное притяжение и слабое магнитное поле. Проще говоря, причина отсутствия газовой оболочки у планеты заключается в сильных ветрах, которые «сдули» ее. Для сравнения, планета Марс, которая обладает аналогичным гравитационным притяжением, но находится дальше от Солнца, поэтому ее атмосфера он не сдулся, в отличие от Меркурия.

Исследования аппарата «Маринер 10»

Сама атмосфера Меркурий представляет собой тонкую сферу или шар, который имеет свой собственный состав. В нем содержатся атомы, которые уносятся в космос, образуя облако, атмосферу. Большая часть определения Меркурия атмосферы Меркурий посетила научная миссия Mariner 10, которая пролетела мимо Меркурия в 1975-1974 годах. Зонд приблизился к Меркурию на максимальное расстояние 320 километров (200 миль). До сих пор только двум космическим миссиям, Mariner 10 и Messenger, удалось проникнуть в тайны планеты, и в настоящее время они исследуют другие особенности. Космический аппарат «Маринер-10» обнаружил, что на Меркурии есть редкий атмосферу, с давлением, во много раз меньшим, чем на планете Земля.

Важная роль в исследовании атмосферы Хвост Меркурия — это открытие бостонскими астрономами в 2009 году кометоподобного хвоста нейтрально заряженных частиц длиной более двух миллионов лет. Первое свидетельство существования этого хвоста относится к 2006 году, когда с помощью телескопа ВВС США на базе ВВС США на Гавайях была сделана фотография. Окончательная модель хвоста, похожего на хвост кометы, была позже подтверждена после повторных полетов спутников Messenger.

Интересные факты про Меркурий

Стоит отметить, что естественных спутников у него нет.
По одной из гипотез, когда-то давным-давно Меркурий являлся спутником Венеры. Хотя есть и другая версия, согласно которой во время формирования нашей системы он столкнулся с Венерой и она забрала часть его вещества. Хотя пока достоверное происхождение планеты неизвестно.
Самая маленькая планета содержит в своём ядре наибольшую концентрацию железа.
На поверхности обнаружили лавовую равнину Жары, которая располагается рядом с одной из горячих точек и находится внутри кратера. Что интересно, в самом центре этой равнины есть совокупность борозд, называемая Пантеон или Паук.
Один из меркурианских кратеров под именем Койпер простирается на 60 км и является крупнейшим молодым кратером среди остальных на поверхности. Причём это ярчайшее пятно на ней.
В 2008 году открыли кометоподобный хвост протяжённостью свыше 2,5 млн км.

Кратер Койпер

МЕССЕНДЖЕР

Вторая миссия НАСА к Меркурию, получившая название MESSENGER (поверхность Меркурия, космическая среда, геохимия и дальность), была запущена 3 августа 2004 года со станции ВВС на мысе Канаверал на борту ракеты Boeing Delta 2. Он пролетел мимо Земли в августе 2005 г. и Венеры в октябре 2006 г. и июне 2007 г., чтобы вывести его на правильную траекторию и выйти на орбиту вокруг Меркурия. Первый пролет Меркурия произошел 14 января 2008 г., второй — 6 октября 2008 г. и третий — 29 сентября 2009 года. Большая часть полушария, не отображаемая Mariner 10, была нанесена на карту во время этих пролетов. Зонд успешно вышел на эллиптическую орбиту вокруг планеты 18 марта 2011 г. Первое орбитальное изображение Меркурия было получено 29 марта 2011 г. Зонд завершил однолетнюю картографическую миссию. и сейчас находится в продленной на один год миссии, которая, как ожидается, завершится в 2013 году. В дополнение к продолжающимся наблюдениям и картированию Меркурия, MESSENGER будет наблюдать солнечный максимум в 2012 году.

Миссия была разработана, чтобы прояснить шесть ключевых вопросов: высокая плотность Меркурия, его геологическая история, природа его магнитного поля, структура его ядра, наличие льда на полюсах и источник его разреженной атмосферы. С этой целью зонд оснащен устройствами формирования изображений, которые будут собирать изображения с гораздо более высоким разрешением гораздо большей части планеты, чем Mariner 10, различные спектрометры для определения содержания элементов в коре, а также магнитометры и устройства для измерения скоростей заряженных частиц. Подробные измерения крошечных изменений скорости зонда на орбите будут использоваться для определения деталей внутренней структуры планеты.

Что такое Солнечная система

Вселенная огромна и включает в себя множество галактик. Наша Солнечная система входит в состав галактики Млечный Путь, в которой более 100 миллиардов звезд. Но очень мало таких, которые похожи на Солнце. В основном все они — красные карлики, которые и по размеру меньше него, и светят не так ярко. Ученые высказали предположение, что Солнечная система образовалась после возникновения Солнца. Его огромное поле притяжения захватило газо-пылевое облако, из которого в результате постепенного охлаждения образовались частички твердого вещества. Со временем из них сформировались небесные тела. Считается, что Солнце сейчас пребывает на середине своего жизненного пути, поэтому существовать оно, равно как и все зависимые от него небесные тела, будет еще несколько миллиардов лет. Ближний космос астрономами изучен давно, и любой человек знает, какие существуют планеты Солнечной системы. Фото их, сделанные с космических спутников, можно найти на страницах всевозможных информационных ресурсов, посвященных данной тематике. Все небесные тела удерживаются сильным полем притяжения Солнца, которое составляет более 99 % объема Солнечной системы. Крупные небесные тела вращаются вокруг светила и вокруг своей оси в одном направлении и в одной плоскости, которую называют плоскостью эклиптики.

Общие сведения о Меркурии

Планета относится к земной группе, у нее нет естественных спутников. Имеет крупное железно-никелевое ядро, составляющее почти 3⁄4 ее диаметра. Циркуляция расплавленного металла в ядре создает условия для образования магнитного поля. Оно слабее, чем у Земли, примерно в 100 раз.

Меркурий совершает полный оборот вокруг Солнца за 88 земных суток, а день на нем продолжается 2 меркурианских года. Такое соотношение нетипично для Солнечной системы.

Со средней скоростью 48 км/с планета движется по необычно вытянутой эллиптической орбите со смещенным центром.

Поверхность Меркурия на первый взгляд похожа на лунную: тоже испещрена кратерами от ударов комет и метеоритов. Видны также следы вулканической активности, которая была характерна для ранних этапов образования небесного тела.

Таблица. Сравнение основных характеристик Меркурия, Венеры, Земли и Марса

Сравнение размеров планет Земной группы (слева направо: Меркурий, Венера, Земля и Марс)

Характеристики	Меркурий	Венера	Земля	Марс
Расстояние до Солнца, млн. км	57,91	108	150	228
Период обращения вокруг Солнца, сутки земные	88	224,7	365,26	687
Естественные спутники	нет	нет	Луна	Фобос Деймлс
Атмосфера	H₂ He O₂ Ca (пары) Na K	CO₂ N₂ H₂SO₄	N₂ O₂ CO₂ H₂O (пары)	CO₂ N₂ Ar O₂ CO H₂O (пары) NO
Ядро	Fe	Ni Fe	Fe Ni	Fe S Ni
Температура поверхности	от -190°С до +430°С	от -173°С до +127°С	от -89°С до +59°С	от -125°С до +20°C
Радиус, средний, км	2439	6051	6371	3396
Масса, кг	0,33х1024	4,8х1024	5,97х1024	0,642х1024
Плотность, средняя, г/см3	5,43	5,24	5,51	3,9
Ускорение свободного падения, м/c2	3,7	8,8	9,8	3,86
Вторая космическая скорость, км/с	4,25	10,2	11,2	5,0

Меркурий сжимается

Самая маленькая из планет Солнечной системы теряет в размерах, и ученые считают, что это потому, что у нее нет тектоники плит, в отличие от Земли.

Тектонические плиты — это большие участки коры и мантии, которые плавают над астеносферой, более жидким слоем, принадлежащим мантии. Такая подвижность придает Земле гибкость, которой нет у планет, лишенных тектонизма.

Вначале Меркурий был намного горячее, чем сейчас, но по мере охлаждения постепенно сжимается. Как только охлаждение прекратится, особенно в ядре, планета перестанет сокращаться.

Но что поражает на этой планете, так это то, как быстро это происходит, чему до сих пор нет последовательного объяснения.

Меркурий сегодня

По своим размерам Меркурий чуть больше Луны, однако он значительно тяжелее ее. Несмотря на то, что за ним пристально наблюдали еще с древних времен, первую фотографию этой планеты удалось получить только в 1974 г.

Снимок был сделан американским аппаратом «Маринер 10», и хотя фото было низкого качества, на нем можно было рассмотреть рельеф Меркурия.

В 2011 г. для более подробного изучения данной планеты был запущен космический аппарат «Messenger». Благодаря ему ученым удалось получить намного больше сведений об этом небесном теле.

Интересно, что самые резкие перепады температур, среди планет земной группы, происходят именно на Меркурии. Это связано с тем, что у него отсутствует атмосфера.

Таким образом, на стороне, обращенной к
Солнцу, температура может достигать +427°C, а на противоположной стороне – падать до -193°C.

Планета Меркурий

Движение переводов

Меркурий совершает поступательное движение вокруг Солнца в соответствии с законами Кеплера, что указывает на то, что орбиты планет имеют эллиптическую форму. Меркурий следует по самой эллиптической — или удлиненной — орбите из всех планет и, следовательно, имеет самый высокий эксцентриситет: 0,2056.

Максимальное расстояние Меркурий-Солнце составляет 70 миллионов километров, а минимальное — 46 миллионов. Планете требуется около 88 дней, чтобы совершить один оборот вокруг Солнца со средней скоростью 48 км / с.

Это делает его самой быстрой планетой, вращающейся вокруг Солнца, и соответствует своему названию крылатого посланника, однако скорость вращения вокруг его оси значительно ниже.

Но самое забавное, что Меркурий не следует по той же траектории, что и предыдущая орбита, другими словами, он не возвращается в ту же начальную точку, что и в предыдущий раз, а претерпевает небольшое смещение, называемое прецессией.

Вот почему какое-то время считалось, что существует облако астероидов или, возможно, неизвестная планета, нарушившая орбиту, которую назвали Вулканом.

Однако общая теория относительности могла бы удовлетворительно объяснить измеренные данные, поскольку кривизна пространства-времени способна сместить орбиту.

В случае Меркурия орбита претерпевает смещение на 43 угловых секунды за столетие, значение, которое может быть точно рассчитано с помощью теории относительности Эйнштейна. У других планет есть собственные очень маленькие смещения, которые до сих пор не измерялись.

Исследования с космическими зондами

Достижение Меркурия с Земли представляет собой серьезные технические проблемы, поскольку планета вращается гораздо ближе к Солнцу, чем Земля. Связанный с Меркурием космический корабль, запущенный с Земли, должен пройти более 91 миллиона километров в яму гравитационного потенциала Солнца. Начиная с орбитальной скорости Земли 30 километров в секунду (км / с), изменение скорости (дельта-v), которое космический корабль должен сделать, чтобы выйти на переходную орбиту Хомана, проходящую около Меркурия, велико по сравнению с другими планетными миссиями.

Потенциальная энергия, высвобождаемая при движении вниз по потенциальной яме Солнца, становится кинетической энергией; требуется еще одна большая дельта-v для чего-либо, кроме быстрого прохождения мимо Меркурия. Чтобы безопасно приземлиться или выйти на стабильную орбиту, поскольку на планете очень мало атмосферы, приближающийся космический корабль не может использовать аэродинамическое торможение и должен полагаться на ракетные двигатели. Для полета к Меркурию требуется больше ракетного топлива, чем требуется для полного выхода из Солнечной системы. Следовательно, пока что планету посетил только один космический зонд.

Литература

Бронштэн В.А. Планеты и их наблюдения. М.: Наука,
1979.
Голдсмит Г., Оуэн Т. Поиски жизни во Вселенной / Пер. с
англ. М.: Мир, 1983.
Гринин В.П. Земля и вселенная. 1995. 6. С. 3.
Жарков В.Н., Трубицин В.П. Физика планетных недр. М.:
Наука, 1980.
Кауфман У. Планеты и луны. М.: Мир, 1982.
Ксанфомалити Л.В. Планеты, открытые заново. М.: Наука,
1978.
Ксанфомалити Л.В. Планета Венера. М.: Наука, 1985.
Ксанфомалити Л.В. Парад планет М: Наука. Физматлит,
1997.
Маров М.Я. Планеты Солнечной системы. М.: Наука,
1986.
Мороз В.И. Физика планеты Марс. М.: Наука, 1978.
Симоненко А.Н. Астероиды. М.: Наука, 1985.
Уипл Ф.Л. Семья Солнца / Пер. с англ. М.: Мир,
1984.
Чурюмов К.И. Кометы и их наблюдение. М.: Наука,
1980.
Чурюмов К.И. Земля и Вселенная. 1996. 1, 12.
Шевченко В.В. Луна и ее наблюдение. М.: Наука,
1983.
Шевченко В.В., Родионова Ж.В. Глобус Марса – еще одна
планета у вас на столе. М.: ГАИШ, 1993.

Общие цифры и параметры

Плотность застройки определяется периметрами объектов и линиями между ними. При реконструкции существующего жилого фонда обычно образуются весьма сложные условия.

Расчёт и строгое соблюдение необходимых норм и требований обязательны. Но правовой аспект (прежде всего нормы строительных, архитектурных и иных основополагающих правил застройки) всегда пересекается с «неправовым», но существенным моментом – интересами жителей. Причём последние имеют вполне конкретное материальное выражение как собственники жилья и субъекты вполне конкретных прав на надлежащее благоустроенное проживание.

Требование «непросматриваемости» должно быть обеспечено – особенный обычай в жилом строительстве, имеется в виду невозможность из окон одного здания видеть внутренние помещения другого строения. Однако на практике, особенно при линейной застройке однотипными многоэтажками, об этом требовании забывается.

Линии от периметра промышленных строений до жилых зданий и общественно значимых объектов, а также до границ дошкольных и общеобразовательных организаций, центров здравоохранения, культуры и отдыха проектируются обычно более пятидесяти метров.

Общие данные

Общие характеристики планеты Меркурий представлены ниже:

Расстояние до Солнца: 57 910 000 километров;
Период обращения вокруг Солнца: 88 суток (по земному измерению);
Группа: земная группа планет (в отличие от планет-гигантов);
Сходство: с Луной;
Естественные спутники: отсутствуют;
Атмосфера: разреженная;
Ядро: железное, 83% от всего объёма планеты;
Температура поверхности: от -190°С до + 430°С;
Радиус: 2439 км;
Масса: 3,3х1023 кг;
Плотность (средняя): 5,43 г/см3 (немного меньше плотности Земли);
Ускорение свободного падения: 3,7 м/с²;
Вторая космическая скорость: 4,25 км/с.

Атмосфера и магнитное поле

Атмосфера на Меркурии практически отсутствует – она очень сильно разрежена. Ее средняя плотность равна такой же плотности на Земле на высоте 700 км. Точный состав ее не определен. Благодаря спектроскопическим исследованиям известно, что в атмосфере содержится много гелия и натрия, а также кислород, аргон, калий и водород. Атомы элементов принесены из космического пространства солнечным ветром либо подняты им с поверхности. Одним из источников гелия и аргона являются радиоактивные распады в коре планеты. Присутствие паров воды объясняется образованием воды из водорода и кислорода, содержащихся в атмосфере, ударами комет о поверхность, сублимацией льда, предположительно находящегося в кратерах на полюсах.

Меркурий имеет слабое магнитное поле, напряженность которого на экваторе в 100 раз меньше, чем на Земле. Однако такой напряженности хватает, чтобы создать у планеты мощную магнитосферу. Ось поля почти совпадает с осью вращения, возраст оценивается примерно в 3,8 млрд. лет. Взаимодействие поля с обволакивающим его солнечным ветром вызывает вихри, происходящие в 10 раз чаще, чем в магнитном поле Земли.