8.3. Краткая характеристика планет солнечной системы
Восемь планет солнечной системы образуют две существенно отличающиеся друг от друга группы – по 4 планеты в каждой группе. Ближайшие к Солнцу планеты по своим свойствам (размеры, плотность и химический состав вещества, наличие твердой коры и др.) похожи на Землю и поэтому их называют планетами земной группы. Основные общие свойства этих планет – сравнительно малые размеры и высокая плотность вещества. Кроме того, эти планеты близки по химическому составу и особенностям рельефа поверхности. Рассмотрим некоторые особенности планет земной группы – Меркурия, Венеры и Марса (нашей планете Земля будет посвящена отдельная глава).
Меркурий. Период вращения Меркурия вокруг оси (звездные сутки) на треть короче его года. В связи с этим продолжительность меркурианских суток, составляющая 176 земных, вдвое больше года (88 земных суток), так что восход Солнца на Меркурии наблюдатель смог бы увидеть только один раз в два года. Наклон экватора к орбите планеты составляет всего 2 градуса, поэтому «климат» в обоих полушариях планеты одинаков.
Поверхность Меркурия изрыта многочисленными кратерами, его ландшафт весьма похож ландшафт Луны. Из-за малой силы тяжести (примерно в 2,6 раза меньше, чем на Земле) на Меркурии практически нет атмосферы. По этой причине (а также из-за близости Солнца) перепад температур на поверхности планеты очень велик – от плюс 420 до минус 200 градусов по Цельсию. Высокая средняя плотность вещества Меркурия (5,43 г/см3) говорит о том, что эта планета имеет железное ядро.
Венера. Период орбитального движения Венеры составляет около 225 земных суток, а ее орбита почти не отличается от окружности (эксцентриситет составляет всего 0,007). По своим размерам и массе Венера, являющаяся ближайшей к нам планетой, также очень похожа не Землю. Но во многих других отношениях Венера существенно отличается и от Земли, и от других планет солнечной системы. Вокруг своей оси, которая, как и у Меркурия, почти перпендикулярна плоскости солнечного экватора, Венера вращается очень медленно и, в отличие большинства других планет, в обратном направлении (подобное обратное вращение вокруг оси наблюдается также у Урана и Плутона). Другим существенным отличием Венеры является наличие очень плотной (давление на поверхности почти в 100 раз больше, чем на Земле) газовой оболочки, содержащей 96% углекислого газа и 4% азота.
Солнце освещает поверхность Венеры лишь вдвое сильнее, чем Землю, кроме того, существенная часть солнечной энергии отражается сплошным облачным покровом, состоящим из мелких капелек серной кислоты. Тем не менее, температура на поверхности Венеры в любой ее точке составляет около 480оС (при такой температуре ночью грунт начинает светиться темно-оранжевым светом). Столь высокая величина температуры объясняется парниковым эффектом (поверхность планеты укрыта слоем СО2, как грядки в парнике – полиэтиленовой пленкой), а отсутствие перепада температуры по поверхности связано как с высокой теплопроводностью плотной атмосферы, так и с конвекционными явлениями в атмосфере. В верхних слоях атмосферы скорость непрерывно дующего ветра столь велика, что облететь Венеру на воздушном шаре можно было бы меньше, чем за неделю.
Марс. На поверхности Марса, хорошо различимой сквозь разреженную атмосферу, в телескоп можно увидеть белые полярные шапки, светлые оранжевые пятна, очертаниями похожие на материки, темный экваториальный пояс и похожие на моря отдельные темные пятна. Марсианские сутки лишь на 40 минут продолжительнее земных, а угол между осью вращения и нормалью к плоскости орбиты, составляющий около 25°, почти такой же, как у Земли. Поэтому очень долгое время свои надежды обнаружить внеземную жизнь земляне связывали именно с Марсом.
Сила тяжести на Марсе точно такая же, как на Меркурии, но атмосфера во много раз более плотная, что связано с тем, что Марс, в отличие от Меркурия, очень холодная планета. В марсианской атмосфере, плотность которой соизмерима с плотностью земной стратосферы, содержится 95% углекислого газа, 2,5% азота, 1,6% аргона, в незначительном количестве присутствуют пары воды. Лишь вблизи экватора летом в околополуденное время температура на поверхности Марса достигает небольших плюсовых значений (5 – 10 градусов), после захода Солнца поверхность быстро остывает до – 50о С, а зимой морозы достигают – 120о С.
Жидкой воды (морей, рек, озер и т.п.) на поверхности Марса нет и быть не может – слишком низки значения давления и температуры. Лед, а также твердая углекислота содержатся в полярных шапках и, возможно, в глубине марсианских песков. Однако изучение рельефа поверхности показало, что когда-то на Марсе существовали весьма полноводные и бурные реки, в сравнении с которыми даже Волга могла бы показаться заурядной речушкой.
В 1877 г. у Марса были обнаружены два спутника – Фобос и Деймос, их максимальные размер составляют соответственно 22 км и 13 км. Спутники получили имена сыновей греческого бога войны Ареса (у римлян – Марс), в переводе эти имена означают Страх и Ужас.
Планеты-гиганты. Газовые гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун), составляющие вторую группу планет в солнечной системе, имеет существенно большие размеры, чем планеты земной группы, поэтому их чаще всего называют планетами-гигантами. По своему химическому составу, который, как полагают, соответствует составу межзвездной среды 5 млрд. лет назад, эти планеты гораздо ближе к Солнцу, чем к планетам земной группы.
Средняя плотность вещества планет-гигантов лежит в пределах (0,7... 1,5) г/см3, что существенно меньше, чем у планет земной группы. Атмосфера любой из газовых планет является непрерывным продолжением ее «тела», эти планеты не имеют твердых оболочек*, соответственно нет и резкой границы между атмосферой и телом планеты.
Еще одним существенным отличительным признаком планет-гигантов является большое количество спутников у каждой из них: у Юпитера – 16 спутников, у Сатурна – 30, у Урана – 20, у Нептуна – 8. Приведенное число спутников соответствует данным на начало 3-го тысячелетия, время от времени обнаруживаются (и еще будут обнаруживаться) новые, все более мелкие спутники. Некоторые из спутников планет-гигантов, такие как Каллисто и Ганимед у Юпитера, Титан у Сатурна, имеют весьма внушительные размеры, соизмеримые с размерами Марса. В отличие самих газовых планет их спутники имеют твердую поверхность, Чаще всего эта поверхность закована в ледяной панцирь многокилометровой толщины.
Планеты-гиганты – это очень холодные планеты, температура их облачных слоев оценивается величинами от -120оС у Юпитера до -220оС у Нептуна. По орбитам вокруг этих планет обращаются не только спутники, в экваториальной плоскости каждой из них движется неисчислимое множество малоразмерных тел, образующих своеобразные кольца. Наиболее известны кольца Сатурна – их можно увидеть в любительский телескоп. Кольцо Юпитера состоит из пылинок с размерами не более 100 мкм, это кольцо прозрачнее стекла и увидеть его удается лишь с очень близкого расстояния. Кольца Урана и Нептуна можно разглядеть с Земли, но подробно изучить их удалось лишь с помощью межпланетных зондов.
Юпитер – самая крупная из планет-гигантов, его масса примерно в 2,5 раза превышает суммарную массу всех других планет солнечной системы. Сильное гравитационное поле Юпитера (сила тяжести на «поверхности» Юпитера в 2,5 раза больше, чем на Земле) играет роль своеобразного щита для других планет, снижая интенсивность их бомбардировки астероидами и метеорными телами. Недра Юпитера находятся в жидком состоянии, за исключением, как полагают, небольшого ядра из металлического водорода.
Сатурн, являющийся второй по величине планетой солнечной системы, во многих отношениях похож на Юпитер. Однако, плотность вещества Сатурна почти вдвое меньше, чем у Юпитера, что говорит о более высоком содержании водорода. Сатурн знаменит главным образом своими кольцами. В настоящее время обнаружено, что колец у Сатурна огромное множество, и что их толщина весьма мала – порядка 1 км, в то время как диаметр внешних колец составляет около 140 000 км.
Уран был открыт английским астрономом-любителем У. Гершелем, (хотя он и принял обнаруженное пятнышко сначала за комету). Удивительно, но он же через 6 лет обнаружил и первые два спутника этой новой планеты. Уникальная особенность Урана заключается в том, что он «лежит на боку» - ось его вращения расположена почти в плоскости орбиты. Поэтому экватор делит почти всю поверхность Урана на две полярные области, даже на широте 30о полярные день и ночь там длятся по 14 лет (одну шестую часть года на Уране.). Уран всего в 4 раза больше Земли, но его, как и схожий с ним по своим размерам Нептун, относят к планетам-гигантам, т.к. по своей структуре, по химическому составу и по плотности вещества эти планеты существенно ближе к Юпитеру и Сатурну, чем к планетам земной группы.
Долгое время считалось, что у Нептуна только два спутника, самый крупный из которых – Тритон – был открыт в том же далеком 1846 году, что и сам Нептун. Лишь в 1989 г. американский межпланетный зонд «Вояджер» обнаружил у этой далекой планеты еще 6 спутников. Выяснилось также, что Тритон движется навстречу всем остальным спутникам. Зонд «Вояджер» обнаружил у Нептуна весьма сильное магнитное поле, а также наличие в недрах планеты источника энергии, от которого планета получает почти в три раза больше энергии, чем от Солнца (природа этого источника энергии пока не разгадана). У планеты есть кольца, похожие на кольца Урана
Девятой планетой солнечной системы еще недавно считался Плутон, о котором известно очень мало. Находясь территориально в семействе планет-гигантов, он имеет размеры, меньшие размеров Луны. Плутон имеет весьма вытянутую орбиту и поэтому время от времени он движется внутри орбиты Нептуна (последний раз Нептун был более удаленной от Солнца планетой, чем Плутон, в период с 1979 по 1999 г.). На небольшом расстоянии от Плутона, составляющем всего около 20000 км, движется соизмеримый с ним по размерам спутник – Харон. Пару Плутон - Харон по аналогии с двойными звездами можно называть двойной планетой, каждое из этих тел всегда повернуто к другому одним и тем же полушарием.