Солнечная система

замет­ному потоку тепла из недр,превосходящему поток,получаемый им от Солн­ца.Венера,Земля и Марс обладают атмосферами,состоящими из газов,выде­лившихся из их недр.У планет-гигантов атмосферы представляют собой непосредственное продолжение их недр: эти планеты не имеют твердой или жидкой поверхности.При погружении внутрь атмосферные газы посте­пенно переходят в конденсированное состояние.Девятую планету - Плу­тон,по- видимому,нельзя отнести ни к одной из двух групп.По химичес­кому составу он близок к гуппе планет-гигантов,а по размерам к земной группе.Ядра комет по своему химическому составу родственны планетам­гигантам:они состоят из водяного льда и льдов различных газов с при­месью каменистых веществ.Почти все малые планеты по своему современ­ному составу относятся к каменистым планетам земной группы.Сравни­тельно недавно открытый Хирон, движущийся в основном между орбитами Сатурна и Урана,вероятно,подобен ледяным ядрам комет и небольшим спутникам далёких от Солнца планет.Обломки малых планет,образующиеся при их столкновении друг с другом,иногда выпадают на Землю в виде метеоритов.У малых планет,именно вследствиеих малых размеров,недра подогревались значительно меньше,чем у планет земной группы, и поэто­му их вещество зачастую претерпело лишь небольшие изменения со време­ни их образования.Измерения возраста метеоритов (по содержанию ради­оактивных элементов и продуктов их распада) показали,что они,а следо­вательно вся Солнечная система существует около 5 миллиардов лет.Этот возраст Солнечной системы находится в согласии с измерениями древней­ших земных и лунных образцов.

1Часть 1:Солнце

.Солнце - центральное тело Солнечной системы - представляет собой

раскалённый плазменный шар.Солнце - ближайшая к Земле звезда.Свет от него до нас доходит за 8,3 мин.Солнце решающим образом повлияло на образование всех тел Солнечной системы (см. главу 1) и создало те ус­ловия,которые привели к возникновению и развитию жизни на Земле (см.главу 2).Его масса в 333 000 раз больше массы Земли и в 750 раз больше массы всех других планет,вместе взятых.За 5 миллиардов лет су­ществования Солнца уже около половины водорода в его центральной час­ти превратилось в гелий.В результате этого процесса выделяется то ко­личество энергии,которое Солнце излучает в мировое пространство.Мощ­

ность излучения Солнца очень велика: около 3,8 * 410 520 0 степени МВт.На Землю попадает ничтожная часть Солнечной энергии,составляющая

около половины миллиардной доли.Она поддерживает в газообразном сос­тоянии земную атмосферу,постоянно нагревает сушу и водоёмы,даёт энер­гию ветрам и водопадам,обеспечивает жизнедеятельность животных и рас­тений.Часть солнечной энергии запасена в недрах Земли в виде каменно­го угля,нефти и других полезных ископаемых.Видимый с Земли диаметр Солнца незначительно меняется из-за эллиптичности орбиты и составля­ет,в среднем, 1 392 000 км.(что в 109 раз превышает диаметр Зем­ли).Расстояние до Солнца в 107 раз превышает его диаметр.Солнце представляет собой сферически симметричное тело,находящиеся в равно­весии.Всюду на одинаковых расстояниях от центра этого шара физические условия одинаковы,но они заметно меняются по мере приближения к цент­ру.Плотность и давление быстро нарастают вглубь,где газ сильнее сжат давлением вышележащих слоёв.Следовательно,температура также растёт по мере приближения к центру.В зависимости от изменения физических усло­вий Солнце можно разделить на несколько концентрических слоёв,посте­пенно переходящих друг в друга.

.В центре Солнца температура составляет 15 миллионов градусов,а

давление превышает сотни миллиардов атмосфер.Газ сжат сдесь до плот­

ности около 150 000 кг/ 4м 53 0.Почти вся энергия Солнца генерируется в центральной области с радиусом примерно 1/3 солнечного.Через слои,ок­ружающие центральную часть,эта энергия передаётся наружу.На протяже-

нии последней трети радиуса находится конвективная зона.Причина воз-

никновения перемешивания (конвекции) в наружних слоях Солнца та же,что и в кипящем чайнике: количество энергии,поступающее от нагре­вателя,гораздо больше того,которое отводится теплопроводностью.Поэто­

му вещество вынужденно приходит в движение и начинает само переносить

тепло.Ядро и конвективная зона фактически не наблюдаемы.Об их сущест­вовании известно либо из теоретических расчётов,либо на основании косвенных данных.Над конвективной зоной располагаются непосредственно

наблюдаемые слои Солнца,называемые его 1 Атмосферой 0.Они лучше изуче­ны,т.к. об их свойствах можно судить из наблюдений.

1а).Солнечная атмосфера 0 так же состоит из нескольких различных сло­ёв.Самый глубокий и тонкий из них 1 - фотосфера 0,непосредственно наблю­даемая в видимом непрерывном спектре.Толщина фотосферы приблизительно около 300 км.Чем глубже слои фотосферы,тем они горячее.Во внешних бо-

лее холодных слоях фотосферы на фоне непрерывного 1 0 спектра образуются 1Фраунгоферовы линии поглощения 0.Во время наибольшего спокойствия зем­ной атмосферы можно наблюдать характерную зернистую структуру фотос­феры.Чередование маленьких светлых пятнышек - гранул - размером около 1000 км.,окруженных тёмными промежутками,создаёт впечатление ячеистой структуры - 1 грануляции 0.Возникновение грануляции связано с происходя­щей под фотосферой конвекцией.Отдельные гранулы на несколько сотен градусов горячее окружающего их газа,и в течение нескольких минут их распределение по диску Солнца меняется.Спектральные измерения свидей­тельствуют о движении газа в гранулах,похожих на конвективные:в гра­нулах газ поднимается,а между ними - опускается.Это движение газов порождают в солнечной атмосфере акустические волны,подобные звуковым волнам в воздухе.Распространяясь в верхние слои атмосферы ,волны,воз­никшие в конвективной зоне и в фотосфере,передают им часть механичес-

кой энергии конвективных движений и производят нагревание газов пос-

ледущих слоёв атмосферы - 1 хромосферы 0и 1 короны 0.В результате верхние слои атмосферы с температурой около 4500К оказываются самыми "холод-

ными" на Солнце.Как вглубь,так и вверх от них температура газов быст-

ро растёт.Расположенный над фотосферой слой называют 1 хромосферой 0,во время полыых солнечных затмнений в те минуты,когда Луна полностью закрывает фотосферу,виден как розовое кольцо,окружающее тёмный диск.На краю хромосферы наблюдаются выступающие язычки пламени - хро­мосферные 1 спикулы 0 ,представляющие собой вытянутые столбики из уплот­нённого газа.Тогда же можно наблюдать и спектр хромосферы,так называ­емый 1 спектр вспышки 0.Он состоит из ярких эмиссионых линий водорода,ге­лия,ионизированного кальция и других элементов,которые внезапно вспы­хивают во время полной фазы затемнения.Выделяя излучение Солнца в этих линиях,можно получить его изображение.Хромосфера отличается от фотосферы значительно более неправильной неоднородной структурой.За­метно два типа неоднородностей - яркие и тёмные.По своим размерам они привышают фотосферные гранулы.В целом распределение неоднородностей

образует так называемую 1 хромосферную 0 1сетку 0,особенно хорошо заметную в линии ионизированного кальция.Как и грануляция,она является следстви-

ем движения газов в подфотосферной конвективной зоне,только происхо­дящих в более крупных масштабах.Температура в хромосфере быстро рас­тёт,достигая в верхних её слоях десятков тысяч градусов.Самая верхняя и самая разряжённая часть солнечной атмосферы - корона,прослеживающа­яся от солнечного лимба до расстояний в десятки солнечных радиусов и имеющая температуру около миллиона градусов.Корону можно видеть толь­

ко во время полного солнечного затмнения либо с помощью 1 коронографа 0. .Вся солнечная атмосфера постоянно колеблется.В ней распространяют-

ся как вертикальные,так и горизонтальные волны с длинами в несколько тысяч километров.Колебания носят резонансный характер и поисходят с периодом около 5 мин.В возникновении явлений происходящих на Солнце большую роль играют магнитные поля.Вещество на Солнце всюду представ­ляет собой намагниченную плазму.Иногда в отдельных областях напряжен-

ность магнитного поля быстро и сильно возрастает.Этот процесс сопро­вождается возникновенем целого комплекса явлений 1 солнечной активности

в различных слоях солнечной атмосферы.К ним относятся 1 факелы 0и 1 пятна

в фотосфере, 1флоккулы 0в хромосфере, 1протуберанцы 0 в короне. 1 0Наиболее за­мечательным явлением,охватывающим все слои солнечной атмосферы 1 0и за 1­зарождающимся в хромосфере,являются 1 солнечные вспышки 0 (см. Солнечная активность).

1б).Излучения Солнца 0.Радиоизлучение Солнца имеет две составляющие ­постоянную и переменную.во ремя сильных солнечных вспышек радиоизлу-

чение Солнца возрастает в тысячи и даже миллионы раз по сравнению с радиоизлучение спокойного Солнца.Ренгеновские лучи исходят в основном от верхних слоёв атмосферы и короны.Особенно сильным излучение бывает в годы максимума солнечной активности.Солнце излучает не только свет,тепло и все другие виды электромагнитного излучения.Оно также является источником постоянного потока частиц - корпускул.Нейтри­но,электроны,протоны,алфа-частицы,а так же более тяжелые атомные ядра

составляют 1 корпускулярное излучение Солнца 0.Значительная часть этого излучения представляет собой более или менее непрерывное истечение плазмы - 1 солнечный ветер 0, являющийся продолжением внешних слоёв Сол­нечной атмосферы - 1 солнечной короны 0.На фоне этого постоянно дующего плазменного ветра отдельные области на Солнце являются источниками более направленных,усиленных,так называемых 1 корпускулярных пото­ 1ков 0.Скорее всего они связаны с особыми областями Солнечной короны ­ 1коронными дырами 0,а также,возможно,с долгоживущими активными областями на Солнце (см. Солнечная активность).Наконец,с солнечными вспышками связаны наиболее мощные кратковременные потоки частиц,главным образом электронов и протонов.В результате наиболее мощных вспышек частицы могут приобретать скорости,составляющие заметную долю скорости све­та.Частица с такими большими энергиями называются солнечными 1 косми­ 1ческими лучами 0.Солнечное корпускулярное излучение оказывает сильное влияние на Землю,и прежде всего на верхние слои её атмосферы и маг­нитное поле,вызывая множество интерестых геофизических явлений.

1в).Солнечная активность 0 - совокупность явлений, переодически возни­кающих в солнечной атмосфере.Проявления солнечной активности тесно связаны с магнитными свойствами солнечной плазмы.Возникновение актив-

ной области начинается с постепенного увиличения магнитного потока в некоторой области фотосферы.В соответствующих местах хромосферы после этого наблюдается увиличение яркости в линиях водорода и кальция.Та­

кие области называют 1 флоккулами 0.Примерно в тех же участках на Солнце в фотосфере (т.е. несколько глубже) при этом также наблюдается увили­чение яркости в белом (видимом) свете - 1 факелы 0.Увиличение энергии,вы­деляющейся в области факела и флоккула,является следствием увиличив­шихся до нескольких десятков экстред напряженности магнитного по­ля.Затем в солнечной активности наблюдаются 1 солнечные пятна 0,возникаю­щие через 1-2 дня после появления флоккула в виде маленьких чёрных точек - пор.Многие из них вскоре исчезают,и лишь отдельные поры за

2-3 дня превращаются в крупные тёмные образования.Типичное солнечное пятно имеет размеры в несколько десятков тясяч километров и состоит

из тёмной центральной части - 1 тени 0и волокнистой 1полутени 0.Важнейшая особенность пятен - наличие в них сильных магнитных полей,достигающих

в области тени наибольшей напряжённости в несколько тысяч экстред.В целом пятно представляет собой выходящую в фотосферу трубку силовых линий магнитного поля,целиком заполняющих одну или несколько ячеек 1хромосферной сетки 0 (см.Солнечная атмосфера).Верхняя часть трубки рас­ширяется,и силовые линии в ней расходятся,как колосья в снопе.Поэтому вокруг тени магнитные силовые линии принимают направление,близкое к горизонтальному.Полное,сумарное давление в пятне включает в себя дав­ление магнитного поля и уравновешивается лавлением окружающей фотос­феры,поэтому газовое давление в пятне оказывается меньшим,чем в фо­тосфере Магнитное поле как бы расширяет пятно изнутри.Кроме того,маг-

нитное поле подавляет конвективные движения газа,переносящие энергию из глубины вверх.Вследствие этого в области пятна температура оказы­вается меньше примерно на 1000К.Пятно как бы охлаждённая и скованная магнитным полем яма в солнечной фотосфере.Большей частью пятна возни­кают целыми группами,в которых,однако,выделяются два больших пят­на.Одно,нибольшее, - на западе,а другое,чуть поменьше,- на восто­ке.Вокруг и между ними часто бывает множество мелких пятен.Такая группа пятен называется биополярной,потому что у обоих больших пятен всегда противоположная полярность магнитного поля.Они как бы связаны с одной и той же трубкой силовых линий магнитного поля,которая в виде гиганской петли вынырнула из-под фотосферы,оставив концы где-то в не­наблюдаемых,глубоких слоях.То пятно,которое соответствует выходу маг­нитного поля из фотосферы,имеет северную полярность,а то,в области которого силовые линии входят обратно под фотосферу, - южную.

.Самое мощное проявление фотосферы - это 1 вспышки 0.Они происходят в

сравнительно небольших областях хромосферы и короны,расположенных над группами солнечных пятен.По своей сути вспышка - это взрыв,вызванный внезапным сжатием солнечной плазмы. Сжатие происходит под давлением магнитного поля и приводит к образованию длинного плазменного жгута

или ленты.Длина такого образования составляет десятки и даже сотни тысяч километров.Продолжается вспышка обычно около часа.Хотя детально физические процессы,приводящие к возникновению вспышек,ещё не изуче­ны,ясно,что они имеют электромагнитную природу.

.Наиболее грандиозными образованиями в солнечной атмосфере являются

1протуберанцы 0 - сравнительно плотные облака газов,возникающие в сол­нечной короне или выбрасываемые в неё из хромосферы.Типичный протубе­ранец имеет вид гиганской светящейся арки,опирающейся на хромосферу и образованной струями и потоками более плотного и холодного,чем окру­жающая корона, вещества.Иногда это вещество удерживается прогнувшимся

под его тяжестью силовыми линиями магнитного поля,а иногда медленно стекает вдоль магнитных силовых линий.Имеется множество различных ти­пов протуберанцев.Некоторые из них связаны со взрывоподобными выбро­сами вещества из хромосферы в корону.

.Общая активность Солнца, характеризуемая количеством и силой про-

явления центров солнечной активности,периодически изменяется.Сущест­вует множество различных удобных способов оценивать уровень солнечной активности.Обычно пользуются наиболее простым и введённым раньше всех

способом - 1 числами Вольфа 0.Числа Вольфа пропорциональны сумме полного числа пятен,наблюдаемых в данный момент на Солнце,и удесятерённого числа групп,которые они образуют.Период времени,когда количество центров активности наибольшее называют 1 максимумом солнечной активнос­

1ти 0,а когда их совсем нет или почти совсем нет - 1 минимумом 0.Максимумы и минимумы чередуются в среднем с периодом 11 лет.Это составляет так называемый 11 5-и 0 летний цикл солнечной активности.

1г).Солнечная корона 0 - самые внешние,очень разряженные слои атмосфе-

ры Солнца.Во время полной фазы солнечного затмнения вокруг диска Лу­ны,который закрывает от наблюдателя яркую фотосферу,внезапно как бы вспыхивает жемчуженое сияние.Это на несколько десятков секунд стано­вится видимой солнечная корона.Важной особенностью короны является её лучистая структура.Лучи бывают разной длины,вплоть до десятка и более солнечных радиусов.Общая форма короны меняется с фазами цикла солнеч­ной активности:в годы максимума корона почти сферична,в годы минимума она сильно вытянута вдоль экватора.Корона представляет собой сильно разряжённую высокоионизированную плазму с температурой 1-2 миллиона градусов.Причина столь большого нагрева солнечной короны связана с волновыми движениями,возникающими в конвективной зоне Солнца.Цвет ко­роны почти совпадает со светом излучения всего Солнца.Это связано с тем,что свободные электроны,находящиеся в короне,и возникающие в ре­зультате сильной ионизации газов,рассеивают излучение,приходящее от фотосферы.Из-за огромной температуры частичы движутся так быстро,что при столкновениях от атомов отлетают электроны,которые начинают дви-

гатся как свободные частицы.В результате этого лёгкие элементы пол­ностью теряют все свои электроны,так что в короне практически нет атомов водорода или гелия,а есть только протоны и альфа-частицы.Тяже­лые элементы теряют до 10-15 внешних электронов.По этой причине в солнечной короне наблюдаются необычные спектральные линии,которые долгое время не удавалось отождествить с известными химическими эле­ментами.Горячая плазма сильно излучает и поглощает радиоволны.Поэтому наблюдаемое солнечное радиоизлучение на метровых и децеметровых вол­нах возникает в солнечной короне.Иногда в солнечной короне наблюдают­

ся области пониженного свечения.Их называют 1 корональными дырами 0.Осо­бенно хорошо эти дыры заметны по снимкам в ренгеновских лучах.

1д).Диаметр Солнца. 0Точные измерения показывают,что диаметр Солнца не постоянная величина.Около пятнадцати лет назад астрономы обнаружи­ли,что Солнце худеет и полнеет на несколько километров каждые 2 часа

40 минут,причем этот период сохраняется строго постоянным.С периодом 2 часа 40 минут на доли процента меняется и светимость Солнца,то есть

излучаемая им энергия.Указания на то,что диаметр Солнца испытывает еще и очень медленные колебания со значительным размахом,были получе­ны путём анализа результатов астрономических наблюдений многолетней давности.Точные измерения продолжительности солнечных затмнений, а также прохождения Меркурия и Венеры по диску Солнца показали, что в XVII веке диаметр Солнца превышал нынешний примерно на 2000 км ,то есть на 0,1%. И вот что интересно: именно в эту эпоху на Солнце дли­тельное время не

1Часть 2:Планеты земной группы

.Планеты земной группы - Меркурий,Венера,Земля и Марс отличаются от

планет-гигантов меньшими размерами,меньшей массой.Они движутся внутри пояса малых планет.В пределах одной группы планеты близки по таким физическим характеристикам,как плотность,размеры химический состав,но одна группа резко отличается при этом от другой.Каждая планета имеет свои неповторимые особенности.

. 1Меркурий 0 1- 6самая близкая к Сол 0нцу планета Солнечной системы.Распо-

ложена на расстоянии 58 млн.км от Солнца.Полный оборот на небе завер-

шает за 88 сут.Из-за близости к Солнцу и малых видимых размеров Мер­курий долго оставался малоизученной планетой.Только в 1965г. благода­ря применению радиолокации был измерен период вращения Меркурия вок­руг своей оси,оказавшийся равным 58,65 сут.,т.е. 2/3 его обращения вокруг Солнца.Такое вращение является динамически устойчивым.Солнеч­ные сутки на Меркурии продолжаются 176 дней.Ось вращения Меркурия почти перпендикулярна плоскости его орбиты.Как подсказали радионаблю­дения температура на поверхности Меркурия в пункте,где Солнце нахо­дится в зените достигает 620 К.Температура ночного полушария около 110 К. С помощью радионаблюдений удалось определить тепловые свойства наружного покроя планеты,которые оказались близкими к свойствам тон­кораздробленных породи лунного реголита.Причиной такого состояния по­род,по всей видимости,являются непрерывные удары метеоритов,почти не ослабляемые разряжённой атмосферой Меркурия.Фотографирование поверх­ности Меркурия американским космическим аппаратом "Маринер-10" в 1974-1975 гг. показало,что по виду планета напоминает Луну.Поверх­ность усеяна кратерами разных размеров,причём их распределение по ве­личине диаметра аналогично распределению кратеров Луны.Это говорит о том,что они образовались в результате интенсивной метеоритной бомбар­дировки миллиарды лет назад на первых этапах эволюции планеты.Встре­чаются кратеры со светлыми лучами,с центральными горками и без них,с тёмным и светлым дном, с резкими очертаниями валов (молодые) и полу­разрушенные (древние).Обнаружены долины,напоминающие известную Долину Альп не Луне,гладкие круглые равнины,получившие название бассей­нов.Наибольший из них - Калорис - имеет диаметр 1300 км.Наличие тём­ного вещества в бассейнах и заполненных лавой кратерах свидейтельст­вует о том,что в начальный период своего существования пленета испы­тала сильное разогревание,за которым последовала одна или несколько эпох интенсивного вулканизма.Атмосфера Меркурия очень сильно разряже-

на по сравнению с земной атмосферой.По данным,полученным с "Маринера -10",её плотность не превосходит плотности земной атмосферы на высоте 620 км.В составе атмосферы обнаружено небольшое количество водоро­да,гелия и кислорода,присутствуют и некоторые инертные газы,напри­мер,аргон и неон.Такие газы могли выделится в результате распада ра­диоактивных веществ,входящих в состав грунта планеты.Обнаружено сла­бое магнитное поле,напряженность которого меньше,чем у Земли,и боль­ше,чем у Марса.Межпланетное магнитное поле,взаимодействуя с ядром Меркурия,может создавать в нём электрические токи.Эти токи,а также перемещения зарядов в ионосфере,которая у


29-04-2015, 03:02