Жизнь в Солнечной системе

Проблема существования внеземной жизни на телах Солнечной системы остро интересует уже многие поколения не только профессионалов, но и многих жителей Земли. Прежде всего, необходимо понять какие тела по условиям естественной среды могут претендовать на роль обители внеземной жизни. После того, как окончательно установилось мнение, что значительная часть кислорода в земной атмосфере (около 21%) является результатом деятельности биомассы, наличие кислорода в среде других тел стало одним из указаний на существование хотя бы примитивных форм живых организмов.

Летом 1995 г. с помощью спектрографа высокого разрешения, установленного на Космическом телескопе им. Хаббла, в ультрафиолетовой части спектра Европы были обнаружены детали, свойственные молекулярному кислороду. На этом основании был сделан вывод о наличии у Европы кислородной атмосферы, простирающейся до высот около 200 км. Конечно, общая масса этой газовой оболочки ничтожна. По оценкам, давление атмосферы у поверхности Европы составляет всего лишь 10^-11 от давления земной атмосферы. С большой вероятностью кислород на Европе имеет небиологическое происхождение. По-видимому, существует процесс испарения незначительного количества водяного льда, которым, как упоминалось выше, покрыта поверхность Европы. Вероятной причиной может быть, например, микрометеоритная бомбардировка с последующим разложением молекул водного пара и потерей более легкого водорода. При температуре поверхности Европы около 130 К тепловые скорости молекул кислорода не столь велики, чтобы привести к быстрой диссипации газа, а постоянная подпитка парами воды способствует сохранению постоянной, хотя и сильно разреженной, атмосферы юпитерианского спутника.

Озон, обнаруженный примерно в то же время и с той же аппаратурой на другом спутнике Юпитера - Ганимеде, скорее всего имеет аналогичное по природе происхождение. Общая масса озона в предполагаемой кислородной атмосфере Ганимеда составляет не более 10% массы этого газа, ежегодно теряемой над южным полюсом Земли в области антарктической озонной дыры.

Пример ледяных спутников Юпитера показывает, что существенным условием развития организмов является соответствующая температура среды. По этому признаку из всех крупных планет может быть выделен только Марс (рис. 14). Температурный режим вблизи экватора этой планеты почти приближается к условиям полярных или высокогорных районов Земли. Давление марсианской атмосферы у поверхности почти такое же, как на высоте 30 км над Землей. Многочисленные структуры, напоминающие русла высохших рек или системы оврагов, возможно, говорят о существовании в прошлом открытых водоемов на поверхности планеты. Наконец, специфические формы выбросов вокруг некоторых ударных кратеров убедительно свидетельствуют в пользу существования криолитосферы, то есть довольно мощных подповерхностных слоев льда (рис. 15).

Рис. 14. Снимки Марса, полученные Космическим телескопом им. Хаббла. На светлом фоне северной полярной шапки можно видеть зарождение и развитие пылевого вихря (темная деталь).

Рис. 15. Область марсианской поверхности с ударными кратерами различного возраста. В области кратера с вытянутыми очертаниями видны характерные "наплывы", возникающие в случае, когда происходит ударное расплавление подповерхностных льдов.

Вывод о возможном существовании жизни на Марсе, как известно, далеко не нов и широко пропагандировался еще во времена Дж. Скаипарелли и П. Лоувелла. Но столь очевидное свидетельство, как окаменелые бактерии, появилось впервые.

Если посещение окрестностей Земли гипотетическими транснептуновыми телами пока требует дополнительного подтверждения, то обмен веществом между Луной и Землей, а также между Марсом и Землей является уже свершившимся фактом. Помимо образцов лунных пород, доставленных на Землю с поверхности Луны автоматическими станциями и космическими кораблями, насчитывается 15 фрагментов лунного вещества общей массой 2074 г., попавших на нашу планету естественным путем в виде метеоритов. Лунное происхождение их подтверждается тем, что по структурным, минералогическим, геохимическим и изотопным характеристикам данные метеориты идентичны хорошо изученным в земных лабораториях лунным породам. Невероятно, но факт.

Еще более невероятным выглядит присутствие на Земле 78,3 кг марсианского вещества также в виде отдельных осколков, выпавших на Землю. Некоторые из этих 12 метеоритов были найдены в разных частях земного шара еще в прошлом веке. По своим необычным характеристикам некоторые осколки - шерготтиты, наклиты и шассиньиты, получившие названия по местам первых находок, были отнесены к особой группе. В частности, все они имеют необычно поздний возраст кристаллизации - от 0,65 до 1,4 млрд. лет. Однако, настоящую известность эти космические пришельцы приобрели сравнительно недавно, когда было установлено, что типичный только для них изотопный состав редких газов с большой вероятностью указывает на их марсианское происхождение. Изотопные отношения являются очень стабильной характеристикой вещества и надежным указателем на его происхождение. А в августе 1996 г. достоянием научного мира стала сенсация, получившая небывало сильный общественный резонанс: Д. Мак-Кей с группой сотрудников Космического центра им. Джонсона объявил о наличии в одном из марсианских метеоритов окаменелых остатков древних микроорганизмов внеземного происхождения.

Метеорит ALH84001 весом 1930,9 г был найден в Антарктиде в 1984 г. По данным предварительных исследований сильное ударное воздействие этот фрагмент претерпел 16 млн. лет назад. По-видимому, эта временная отметка соответствует времени выброса камня за пределы Марса и началу его космического путешествия. В земную среду метеорит попал 13000 лет назад.

С помощью сканирующего электронного микроскопа удалось получить изображения внутренней структуры метеорита, на которых обнаружены детали характерной формы с размерами от 2х10^-6 до 10х10^{-6 см. На рис. 16 показано изображение единичной окаменелости, а на рис. 17 - целой "колонии" древних марсианских бактерий.}

Рис. 16. Изображение предполагаемой окаменелости марсианского микроорганизма, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа.

Рис. 17. Группа микроокаменелостей, обнаруженных внутри марсианского метеорита.

Для доказательства биологического происхождения обнаруженных реликтов исследователи выстроили целую систему сопутствующих аргументов. В частности, они обратили внимание, что все эти структуры располагаются внутри карбонатовых глобул (отложений карбонатов, окислов, сульфидов и сульфатов железа), возраст которых составляет 3,6 млрд. лет, то есть несомненно относится ко времени пребывания метеорита в марсианской среде. Кроме того, изотопный состав кислорода и углерода, образующих минералы глобул, однозначно соответствует изотопным характеристикам марсианских аналогов этих газов, определенных непосредственно на Марсе приборами космических аппаратов "Викинг" в 1976 г. Наконец, в земных условиях органические соединения, подобные тем, что обнаружены вокруг микроокаменелостей, являются продуктами жизнедеятельности и последующего разложения погибших древних бактерий. Обращающим на себя внимание отличием земных и марсианских бактерий являются их сравнительные размеры. Бактерии Земли в 100 - 1000 раз крупнее своих марсианских аналогов. Это обстоятельство является существенным с точки зрения микробиологии, поскольку в таком малом объеме не могут поместиться все клеточные механизмы, необходимые с земной точки зрения для нормальной жизнедеятельности, в частности, структура ДНК. Удовлетворительного объяснения этому не найдено и пока приходится довольствоваться тем соображением, что у древних марсианских бактерий могли быть свои понятия о нормальной жизнедеятельности.

Таким образом, в настоящий момент реально известная нам внеземная жизнь представлена лишь единственным свидетельством - окаменевшими реликтами бактерий с возрастом более 3 млрд. лет.

Планетные системы во Вселенной

В данном случае речь не пойдет о проблеме существования жизни за пределами Солнечной системы. Вопрос подразумевает возможность существования планетных систем, подобных нашей, около других звезд. Конечно, общий интерес к происхождению и развитию жизни во Вселенной стимулирует поиски планет у других звезд. Но есть и другая сторона проблемы. Располагая лишь одним, к тому же плохо изученным примером - нашей Солнечной системой, нельзя в достаточной степени понять общие закономерности происхождения и эволюции планетных систем в целом, в том числе и нашей собственной.

Поиски планет рядом с другими звездами осложнены естественными обстоятельствами: необходимо обнаружить слабый несамосветящийся объект вблизи яркой звезды. Первые намеки на реальное существование пылевой материи вблизи звезд были получены с помощью инфракрасных наблюдений. Инфракрасный телескоп с высокой чувствительностью, установленный на спутнике "IRAS", обнаружил слабые избытки ИК-излучения у ряда звезд, которые можно было интерпретировать, как излучения протопланетных дисков.

Первое изображение облака околозвездной пыли удалось получить с помощью своеобразного "внезатменного коронографа" на 2,5-метровом телескопе ESO Б.Смиту и Р. Террилу в 1984 г. Размеры диска, окружающего звезду Живописца, оказались гораздо больше диаметра Солнечной системы - около 400 а. е.

Внеатмосферные наблюдения значительно расширили возможности поиска. Были получены изображения начальной стадии формирования планетных систем из газо-пылевых околозвездных туманностей. На рис. 18 приведено изображение небольшой части (поперечником всего лишь около 0,14 световых лет) туманности Ориона, полученное Космическим телескопом им. Хаббла в 1993 г. В поле зрения оказались пять молодых звезд, вокруг четырех из которых были обнаружены протопланетные диски. Яркими выглядят образования, которые расположены близко к родительской звезде. Если основная масса пылевой материи удалена на более значительное расстояние, протопланетный диск выглядит темным (в правой части снимка). Крупномасштабное изображение подобной структуры показано на рис. 19.

Рис. 18. Протопланетные диски, обнаруженные около молодых звезд в Туманности Ориона. Изображение получено Космическим телескопом им. Хаббла.

Рис. 19. Изображение одного из протопланетных дисков, полученное Космическим телескопом им. Хаббла.

Увидеть следующую стадию эволюции планетных систем - формирование отдельных планет пока еще сложно. Для обнаружения спутников звезд приходится использовать в основном косвенные методы. Можно измерить небольшие периодические изменения блеска родительской звезды, полагая, что в эти моменты она частично затеняется крупным спутником-планетой. Если удается уверенно измерить ничтожные вариации в скорости собственного движения звезды, это может служить указанием на ее движение вокруг общего с крупными планетами центра масс. Такие данные позволяют оценить параметры предполагаемых спутников.

В настоящее время насчитывается около десяти случаев обнаружения около звезд отдельных спутников, параметры которых удалось оценить. Но прямое изображение получено лишь в одном случае. На рис. 20 представлен снимок спутника, обращающегося вокруг красного карлика Gliese 229.

Рис. 20. Снимок спутника звезды Gliese 229. Изображение получено Космическим телескопом им. Хаббла.

Снимок сделан Космическим телескопом им. Хаббла в ноябре 1995 г. На снимке изображение самой звезды отсутствует. Светлый ореол в левой части кадра является лишь засветкой части площади приемника телескопа. Спутник звезды, обозначенный как Gliese 229 B, обращается на среднем расстоянии 44 а. е. Его масса оценивается в 20 - 60 масс Юпитера. Планетой назвать этот объект нельзя - он относится к коричневым карликам и, следовательно, более правильно было бы назвать его звездой-спутником. Но в то же время, коричневые карлики являются объектами, сформировавшимися тем же путем, что и звезды, но с малой массой, которая не может обеспечить нормальное протекание ядерных реакций в их недрах. Границей, разделяющей типичные звезды и коричневые карлики, считается масса, равная 75 - 80 массам Юпитера. В связи с этим возникла новая проблема. Часть обнаруженных объектов по массе предположительно больше, чем Юпитер, а где проходит граница между планетами - газовыми гигантами и коричневыми карликами пока достоверно не установлено, потому что в этом случае основным критерием является не масса объекта, а механизм его формирования. Расчетами установлено, что нижней границей массы тела, при которой работает механизм формирования именно звезды, а не газового гиганта, является величина, равная 10 - 20 массам Юпитера. Но более точных критериев, по которым можно было бы корректно отделить спутник-планету от спутника - коричневого карлика, пока нет. И можно ли говорить о наличии планетной системы, если у звезды обнаружен лишь один спутник?

Модельные расчеты и пример нашей собственной Солнечной системы показывают одно: признать существование планетной системы можно лишь в случае, когда звезда имеет больше двух спутников, заведомо не являющихся коричневыми карликами, то есть по массе существенно не превышающими Юпитер. Из известных в настоящее время систем этому условию отвечает лишь одна - спутниковая система пульсара PSR 1257+12 в созвездии Девы, отдаленном от нас на расстояние около 1000 световых лет. Три достоверно установленных спутника пульсара образуют систему, по размерам почти не превышающую орбиту Меркурия вокруг Солнца, с полуосями орбит соответственно: 0,19, 0,36 и 0,47 а.е. Периоды обращения спутников также близки к меркурианскому: 23, 66 и 95 земных суток. По массе ближайший к пульсару спутник предположительно равен Плутону. Средний спутник в 3 раза более массивен, чем Земля. Самый удаленный объект превышает по массе нашу планету в 1,6 раза. Таким образом, планетная система пульсара PSR 1257+12 - единственная достоверно известная в настоящее время - по природе центральной звезды (нейтронная звезда) и по характеристикам спутников резко отличается от нашей собственной и, следовательно, не может ничего сообщить о типичных механизмах формирования планет и спутников. Пока мы по-прежнему остаемся одинокими во Вселенной.

СОЛНЦЕ

Масса = 1.99* 10³⁰ кг. Диаметр = 1.392.000 км.
Абсолютная звёздная величина = +4.8. Спектральный класс = G2
Температура поверхности = 5800^о К.

Период обращения вокруг оси = 25 ч(полюса) -35 ч(экватор)
Период обращения вокруг центра галактики = 200.000.000 лет
Расстояние до центра галактики 25000 свет. Лет Скорость движения вокруг центра галактики = 230 км/сек.

Солнце. Звезда давшая начало всему живому в нашей системе, приблизительно в 750 раз превосходит по массе все остальные тела солнечной системы, поэтому всё в нашей системе можно считать обращающимся вокруг солнца, как общего центра масс.

Солнце - это сферически симметричный раскаленный плазменный шар, находящийся в равновесии. Оно, вероятно, возникло вместе с другими телами Солнечной системы из газопылевой туманности примерно 5 млрд. лет назад. В начале своей жизни солнце, примерно на 3/4 состояло из водорода. Затем, из-за гравитационного сжатия, температура и давление в недрах настолько увеличились, что самопроизвольно начала происходить термоядерная реакция, в ходе которой водород превращаться в гелий. В результате этого очень сильно поднялась температура в центре Солнца, (порядка 15.000.000 К), а давление в его недрах возросло настолько (1,5^.10⁵ кг/м³), что смогло уравновесить силу тяжести и остановить гравитационное сжатие. Так возникла современная структура Солнца. За время существования Солнца уже около половины водорода в его центральной области превратилось в гелий и вероятно ещё через 5 млрд. лет, когда в центре светила водород будет на исходе, Солнце (жёлтый карлик в настоящее время) увеличится в размерах и станет красным гигантом.

Вообще масса звезды однозначно определяет её дальнейшую судьбу. Наше солнце закончит свою жизнь как белый карлик, порадовав неведомых нам внеземных астрономов будущего новой планетарной туманностью, форма которой может оказаться весьма причудливой благодаря влиянию планет.

Мощность излучения Солнца 3,8^.10²⁰ МВт. 48 % излучения приходится на видимую область спектра, 45 % на инфракрасную, а остальные 8 % распределяются между остальными (радио,ультрафиолет, и т. д.). На Землю, через 8 минут и 20 секунд после излучения, падает только около половины миллиардной доли. Однако она поддерживает в газообразном состоянии земную атмосферу, постоянно нагревает сушу и водоемы, дает энергию ветрам и водопадам, обеспечивает жизнедеятельность животных и растений.

Почти вся энергия Солнца генерируется в центральной области с радиусом примерно ¹/₃ солнечного. Через слои, окружающие центральную часть, эта энергия передается наружу. На протяжении последней трети радиуса находится конвективная зона. Причина возникновения перемешивания (конвекции) в наружных слоях Солнца та же, что и в кипящем чайнике: количество энергии, поступающие от нагревателя, гораздо большее того, которое отводится теплопроводностью. Поэтому вещество вынуждено приходит в движение и начинает само переносить тепло. Над конвективной зоной располагаются непосредственно наблюдаемые слои Солнца, называемые его атмосферой.

Солнечная атмосфера также состоит из нескольких различных слоев. Самый глубокий и тонкий из них- фотосфера, непосредственно наблюдаемая в видимом непрерывном спектре. Толщина фотосферы всего около 300 км. Чем глубже слои фотосферы, тем они горячее. Во внешних более холодных слоях фотосферы на фоне непрерывного спектра образуются фраунгоферовы линии поглощения.

Во время наибольшего спокойствия земной атмосферы в телескоп можно наблюдать характерную зернистую структуру фотосферы. Чередование маленьких светлых пятнышек- гранул- размером около 1000 км., окруженных темными промежутками, создает впечатление ячеистой структуры- грануляции. Возникновение грануляции связано с происходящей под фотосферой конвекцией. Отдельные гранулы на несколько сотен градусов горячее окружающего их газа, и в течении нескольких минут их распределение по диску Солнца меняется. Спектральные измерения свидетельствуют о движении газа в гранулах, похожих на конвективные: в гранулах газ поднимается, а между ними- опускается.

Эти движения газов порождают в солнечной атмосфере акустические волны, подобные звуковым волнам в воздухе.

Распространяясь в верхние слои солнечной атмосферы, волны, возникшие в конвективной зоне и в фотосфере, передают им часть механической энергии конвективных движений и производят нагревание газов последующих слоев атмосферы- хромосферы и короны. В результате верхние слои фотосферы с температурой около 4500K оказываются самыми "холодными" на Солнце. Как вглубь, так и вверх от них температура газов быстро растет.

Расположенный над фотосферой слой, называемый хромосферой, во время полных солнечных затмений в те минуты, когда Луна полностью закрывает фотосферу, виден как розовое кольцо, окружающее темный диск. На краю хромосферы наблюдаются выступающие как бы язычки пламени- хромосферные спикулы, представляющие собою вытянутые столбики из уплотненного газа. Тогда же можно наблюдать и спектр хромосферы, так называемый спектр вспышки. Он состоит из ярких эмиссионных линий водорода, гелия ионизированного кальция и других элементов, которые внезапно вспыхивают во время полной фазы затмения. Выделяя излучение Солнца в этих линиях, можно получить в них его изображение.

Хромосфера отличается от фотосферы значительно более неправильной неоднородной структурой. Заметно два типа неоднородностей- яркие и темные. По своим размерам они превышают фотосферные гранулы. В целом распределение неоднородностей образует так называемую хромосферную сетку, особенно хорошо заметную в линии ионизированного кальция. Как и грануляция, она является следствием движений газов в подфотосферной конвективной зоне, только происходящие в более крупных масштабах. Температура в хромосфере быстро растет, достигая в верхних ее слоях десятков тысяч градусов.

Самая внешняя и самая разреженная часть солнечной атмосферы- корона, прослеживающаяся от солнечного лимба до расстояний в десятки солнечных радиусов и имеющая температуру около миллиона градусов. Корону можно видеть только во время полного солнечного затмения либо с помощью коронографа.

Солнечная атмосфера постоянно колеблется. В ней распространяются как вертикальные, так и горизонтальные волны с длинами в несколько тысяч километров. Колебания носят резонансный характер и происходят с периодом около 5 минут.

В возникновении явлений, происходящих на Солнце, большую роль играет магнитное поле, которое сильнее земного в 6000 раз. Вещество на Солнце всюду представляет собой намагниченную плазму, смесь электронов и ядер водорода и гелия. Иногда в отдельных областях напряженность магнитного поля быстро и сильно возрастает. Этот процесс сопровождается возникновением целого комплекса явлений солнечной активности в различных слоях солнечной атмосферы. К ним относятся факелы и пятна в фотосфере, флоккулы в хромосфере, солнечные вспышки зарождающиеся в хромосфере и протуберанцы (выбросы вещества) в короне.

Солнечные пятна появляются парами в тех местах, где линии искаженного магнитного поля выходят из поверхности и входят в нее. Пара пятен при этом образует пару полюсов поля - южный и северный. В годы повышенной солнечной активности магнитное поле искажено сильнее и пятен на Солнце больше. В годы "спокойного" Солнца пятен может не быть вовсе. Период изменения солнечной активности приближенно принято считать равным 11,2 года. После появления пятна могут просуществовать от нескольких часов до нескольких месяцев. Форма и размеры пятен бывают различными. Их температура на 1000-1500°ниже, чем у остальной поверхности Солнца, и лишь поэтому они кажутся темными. Холодными пятна можно считать только относительно прочих частей поверхности Солнца.

Солнце- мощный источник радиоизлучения. В межпланетное пространство проникают радиоволны, которые излучает хромосфера (сантиметровые волны) и корона (дециметровые и метровые волны).

Радиоизлучение Солнца имеет две составляющие- постоянную и переменную (всплески, "шумовые бури"). Во время сильных солнечных вспышек радиоизлучение Солнца возрастает в тысячи и даже миллионы раз по сравнению с радиоизлучением спокойного Солнца. Это радиоизлучение имеет нетепловую природу.

Рентгеновские лучи исходят в основном от верхних слоев хромосферы 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, альфа-частицы, а также более тяжелые атомные ядра все вместе составляют корпускулярное излучение Солнца. Значительная часть этого излучения представляет собой более или менее непрерывное истечение плазмы- солнечный ветер, являющийся продолжением внешних слоев солнечной атмосферы- солнечной короны. На фоне этого постоянно дующего плазменного ветра отдельные области на Солнце являются источниками более направленных, усиленных, так называемых корпускулярных потоков. Скорее всего они связаны с особыми областями солнечной короны- коронарными дырами, а также, возможно, с долгоживущими активными областями на Солнце. Наконец, с солнечными вспышками связанны наиболее мощные кратковременные потоки частиц, главным образом электронов и протонов. В результате наиболее мощных вспышек частицы могут приобретать скорости, составляющие заметную долю скорости света. Частицы с такими большими энергиями называются солнечными космическими лучами.

Солнечное корпускулярное излучение оказывает сильное влияние на Землю, и прежде всего на верхние слои ее атмосферы и магнитное поле, вызывая множество геофизических явлений.

Специалисты НАСА (Национальное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства), ведущие наблюдение за поведением Солнца, зарегистрировали переворот магнитных полюсов. Они отмечают, что северный магнитный полюс Солнца, который был в северном полушарии только несколько месяцев назад, теперь находится в южном.

Впрочем, такое перевернутое местоположение магнитных полюсов не является уникальным событием. Полный 22-летний магнитный цикл связан с 11-летним циклом солнечной активности и переворот полюсов случается во время прохождения максимума.

Магнитные полюса Солнца останутся теперь на новых местах до следующего перехода, который случается с регулярностью часового механизма. Загадочен секрет этого явления, и до сих пор тайной остается цикличность солнечной активности. Геомагнитное поле Земли также изменяло зеркально свое направление, но последний такой реверс случился 740 тыс. лет тому назад. Некоторые исследователи полагают, что наша планета просрочила свой срок для переворота магнитных полюсов, но никто не может точно предсказать, когда следующий обратный ход случится.

Хотя магнитные поля Солнца и Земли ведут себя по-разному, но они имеют и общие черты. В течение минимума солнечной активности магнитное поле нашей звезды, как и геомагнитное поле нашей планеты, направлено вдоль меридиана. Силовые линии располагаются в пространстве подобно тому, как вокруг намагниченного железного стержня расположатся магнитные стрелки. Магнитные линии концентрируются у полюсов и разрежены в области экватора. Ученые называют такое поле 'дипольным', подчеркивая даже в названии существование двух полюсов. Напряженность магнитного поля Солнца составляет около 50 Гаусс, а геомагнитное поле Земли в 100 раз слабее.

Когда солнечная активность увеличивается и растет число солнечных пятен на поверхности Солнца, магнитное поле нашей звезды начинает изменяться. Солнечные пятна представляют собой места, где замыкаются потоки магнитной индукции, и величина магнитного поля в этих областях может в сотни раз превышать значения основного дипольного поля. Как отмечает специалист по физике Солнца в Центре космических полетов имени Маршалла Дэвид Хатевэй, «меридиональные течения на поверхности Солнца захватывают и несут магнитные потоки солнечных пятен от средних широт к полюсам, и дипольное поле устойчиво ослабевает». Используя данные, собранные астрономами Национальной обсерватории США в Пик Кит, Хатевэй ежедневно записывал среднее магнитное поле Солнца в зависимости от широты и времени, начиная с 1975 года по настоящее время. В результате получилась своего рода маршрутная карта, протоколирующая поведение магнитных потоков на поверхности Солнца.

В модели солнечного динамо предполагается, что наше светило работает как генератор постоянного тока и основные действия происходят в области зоны конвекции. Магнитные поля произведены электрическими токами, которые получаются за счет движения потоков горячих ионизированных газов. Мы наблюдаем ряд потоков относительно поверхности Солнца, и все эти потоки могут создавать магнитные поля высокой интенсивности. Магнитные потоки в этой модели подобны резиновым полосам. Они состоят из непрерывных силовых линий, которые подвергаются растяжению и сжатию. Подобно резиновым полосам, под внешним воздействием напряженность в магнитных потоках может быть усилена при их растяжении или скручивании. Это растяжение, скручивание и сжатие осуществляется за счет реакции термоядерного синтеза, идущей внутри Солнца.

Меридиональное течение потоков на поверхности Солнца выносит от экватора к полюсам огромные массы вещества (75% массы Солнца составляет водород, около 25% - гелий, а на долю других элементов приходится менее 0,1%). На полюсах эти потоки уходят внутрь светила и образуют внутренний встречный противоток вещества. За счет такой циркуляции заряженной плазмы и работает солнечный магнитный генератор постоянного тока. На поверхности Солнца скорость движения потока вдоль меридиана составляет около 20 метров в секунду (40 миль в час). Обратный противоток к экватору происходит в глубине Солнца, где плотность материи намного выше, и поэтому его скорость снижается до 1-2 метров в секунду (от 2 до 4 миль в час). Этот медленный противоток несет вещество от полярных областей до экватора приблизительно 20 лет.

Теория находится в развитии и требует новых экспериментальных данных. До сих пор исследователи никогда не наблюдали непосредственно момент магнитной переполюсовки Солнца. В данной ситуации космический корабль «Улисс» (Ulysses) может позволить ученым проверить теоретические модели и получить уникальную информацию. Этот космический аппарат - плод международного сотрудничества Европейского космического агентства и НАСА. Он был запущен в 1990 году для наблюдения за солнечной системой выше орбитальной плоскости планет. «Улисс» пролетел над южным полюсом Солнца и сейчас возвращается, чтобы упасть на северный полюс и добыть новую информацию.

«Улисс» пролетал над полюсами Солнца в 1994-м и 1996-м во время пониженной солнечной активности и позволил сделать несколько важных открытий относительно космических лучей и солнечного ветра. Финалом миссии этого разведчика является исследование Солнца в период максимальной активности, что позволит получить данные о полном солнечном цикле.

Продолжающиеся изменения не ограничены областью космоса вблизи нашей звезды. Магнитное поле Солнца ограничивает нашу солнечную систему гигантским «пузырем», образующим «гелиосферу». Гелиосфера простирается от 50 до 100 астрономических единиц (1 а.е. = 149 597 871 км) далее орбиты Плутона. Все, что находится внутри этой сферы, является солнечной системой, а далее - межзвездное пространство.

«Переполюсовка» магнитного поля Солнца передастся через гелиосферу солнечным ветром, - поясняет Стив Суесс, еще один астрофизик в Центре космических полетов имени Маршалла. - Требуется около года, чтобы эта весть дошла от Солнца до внешних границ гелиосферы. Поскольку Солнце вращается, совершая оборот каждые 27 дней, магнитные поля за пределами светила имеют форму спирали Архимеда. Из-за всех завихрений и поворотов трудно заранее оценить в деталях влияние реверса магнитного поля на поведение гелиосферы'.

Магнитосфера Земли защищает жителей планеты от солнечного ветра. Но существуют и другие, менее очевидные, связи солнечной активности с процессами на нашей планете. В частности, отмечено, что сейсмичность Земли увеличивается при прохождении максимума активности Солнца и установлена связь сильных землетрясений с характеристиками солнечного ветра. Возможно, этими обстоятельствами и объясняется серия катастрофических землетрясений, случившихся в Индии, Индонезии и Сальвадоре после наступления нового Миллениума.

МЕРКУРИЙ

Меркурий - самая близкая к солнцу планета. Поверхность Меркурия покрыта кратерами, большинство из которых возникло около 3,5 миллиардов лет назад, когда планета подвергалась массированным бомбардировкам метеоритов. Диаметр кратеров варьируется от нескольких метров до более чем 1000 км. Крупнейшие кратеры называют котловинами, среди которых выделяется котловина Калорис или Равнина Зноя (ее диаметр равен 1300 км) . Котловина была так названа потому, что когда Меркурий приближается к Солнцу, котловина периодически оказывается повернутой к нему. В такие дни это самое горячее место на планете.Среди особенностей кратеров можно назвать центральные пики, кольца, террасные стены и изверженную породу (вещество, выброшенное в результате удара). Все особенности кратеров зависят от размеров, скорости и направления полета метеорита. Наличие темного вещества в бассейнах и заполненных лавой кратерах свидетельствует, что в начальный период своей истории планета испытала сильное внутреннее разогревание, за которым последовала одна или несколько эпох интенсивного вулканизма. 80 % массы Меркурия сосредоточено в его железо-никелевом ядре, диаметром 3600 км. Кора и мантия (толщиной около 600 км.) состоят из кремниевых пород.

У Меркурия обнаружена очень разреженная гелиевая атмосфера, создаваемая " солнечным ветром". В среднем каждый атом гелия находится в его атмосфере около 200 дней, а затем покидает планету. Давление такой атмосферы у поверхности в 500 млрд. раз меньше, чем у поверхности Земли. Кроме гелия выявлено ничтожное количество водорода, следы аргона и неона. Поскольку планета очень близко от Солнца, и практически не имеет атмосферы, способной сохранять тепло ночью, температура ее поверхности колеблется от -180 ^оC до +440 ^оC.

Teм нe мeнee, нaблюдaтeли нeoднoкpaтнo зaмeчaли y пoлюcoв Mepкypия... oблaкa.Bпepвыe этoт фeнoмeн зaмeтил в тeлecкoп И.И.Шpeтep eщe в 1800 гoдy. Toгдa y южнoгo poгo cepпa Mepкypия, нa eгo нoчнoй cтopoнe, нo опpeдeлeннo нaд кpaeм диcкa плaнeты, блecтeлo нeбoльшoe пятнышкo. Bыcoтa тoгo oбpaзoвaния, ocвeщeннoгo Coлнцeм, былa oцeнeнa в 20 км. Haблюдaтeль видeл явнo нe гopy. Beдь гopa пoявлялacь бы кaк тoчкa cнoвa и cнoвa, нo втopoй paз нeчтo пoдoбнoe былo зaмeчeнo лишь 140 лeт cпycтя. B июлe 1885 г. Дж. Бaллo видeл нeбoльшoe вытянyтoe oблaчкo, выдaвaвшeecя зa пpeдeлы Mepкypия. Oнo ocтaвaлocь 8 днeй, пocтeпeннo cливaяcь c плaнeтoй и нeмнoгo мeняя фopмy. Любoпытнo, чтo "пpитyплeния" зaмeчaли тoлькo y южнoгo пoлюca, нo никoгдa - y ceвepнoгo.

Из - за скорости своего вращения и кратчайшей из всех больших планет орбиты, у Меркурия самый короткий год: со средней скоростью 48 км/сек он совершает полный оборот вокруг Солнца за 88 земных суток. За это время планета совершает всего полтора оборота вокруг своей оси. По этой причине звездные сутки длятся очень долго - 59 земных суток. Солнечные сутки Меркурия, которые длятся от одного восхода Солнца до другого, равняются 176 земным суткам. Фотографирование поверхности Меркурия американским космическим аппаратом "Маринер-10" в 1974-1975 гг позволило составить карту западного полушария меркурия и обнаружить магнитное поле. Его напряженность составляет примерно около 1% от напряженности земного магнитного поля. Наклон оси диполя к оси вращения Меркурия почти такой же, как у Земли - 12 градусов.

Ceнcaциoннoe oткpытиe y пoлюcoв Mepкypия былo cдeлaнo aмepикaнcкими yчeными в 1991 гoдy. Kaк извecтнo, нa caмoй близкoй к Coлнцy плaнeтe пoвepxнocть pacкaляeтcя дo тeмпepaтypы +430' C. Ho изoбpaдeния диcкa Mepкypия, пoлyчeнныe c пoмoщью нaзeмнoгo paдapa, пoкaзaли ocлeпитeльнo яpкиe пoляpныe шaпки, пo-видимoмy, из вoдянoгo льдa. Bcкope cпeциaлиcтaм yдaлocь пoвыcить paзpeшeниe изoбpaжeний дo 15 км, и шaпки pacпaлиcь нa 2 дecяткa пятeн. Cpaвнeниe c фoтoгpaфиями, пoлyчeнными "Mapинepoм-10" пoзвoлилo oтoждecтвить тe пятнa c кpyпными пoляpными кpaтepaми Mepкypия, днo кoтopый никoгдa нe ocвeщaeтcя coлнeчными лyчaми. Пo oцeнкaм тeopeтикoв, тaм, в вeчнoм мpaкe вce peмя цapит жecтoкий мopoз -213'C. Этoгo впoлнe дocтaтoчнo для coxpaннocти льдa в тeчeнии миллиapдoв лeт.

Венера

Венера, вторая по близости к Солнцу планета, почти такого же размера, как Земля. Орбита Венеры ближе к окружности, чем у любой другой планеты Солнечной Системы. Временами Венера подходит к Земле на расстояние, меньшее 40 млн. км. Венера вращается в обратном направлении - с востока на запад, а не с запада на восток, как Земля и большинство других планет, кроме Венеры и Урана. Период вращения Венеры вокруг оси относительно звёзд, звёздные сутки - длительный, около 243 земных суток,

Однако следует обратить внимание на то - что сутки, которые обычно сравнивают с годом - это солнечные сутки, синодический период вращения. Его несложно вычислить он равен: 1/(1/243 + 1/224.7) = 116.7 земных суток. Знак "плюс" взят с учетом противоположного направления вращения. Именно столько и длятся солнечные сутки на Венере.
Плотность атмосферы Венеры в 35 раз больше Земной. Давление на поверхности планеты составляет около 95 атмосфер! Состоит эта атмосфера, в основном, из углекислого газа с примесями азота и кислорода. Углекислый газ, пропуская солнечные лучи позволяет нагреваться поверхности , и не выпускает тепло обратно в космос, что является причиной явления, которое называется парниковым эффектом. Из-за этого поверхность Венеры сильно разогрета.

Облачный слой Венеры, скрывающий от нас ее поверхность, расположен на высотах 49-68 км. над поверхностью, по плотности напоминает легкий туман и состоит, в основном, из паров 80 %-ной серной кислоты. Облака Венеры движутся с востока на запад с преобладающими на планете ветрами, совершая полный оборот вокруг ее оси за 4 дня, а освещенность на поверхности в дневное время подобна земной в серый пасмурный день.

Большая протяженность облачного слоя делает его совершенно непрозрачным для земного наблюдателя, поэтому изучение планеты ведется в основном радиолокационными методами. Американские радиолокационные исследования показали, что на поверхности Венеры имеются большие по размеру, но мелкие кратеры. Происхождение кратеров неизвестно, но, поскольку в такой плотной атмосфере должна быть сильная эрозия, по "геологическим" стандартам они вряд ли могут быть очень старыми. Причиной возникновения кратеров может быть и вулканизм, поэтому гипотезу о том, что на Венере происходят вулканические процессы, пока нельзя исключить. Также на Венере найдено несколько горных областей. Самый большой горный район - Иштар, по площади вдвое превышает Тибет. В центре его на высоту 11 км поднимается гигантский вулканический конус. Состав материала поверхности Венеры, определенный в нескольких местах посадки, оказался близким к составу базальтов Земли. Hо распределение высот поверхности по планете, что косвенно говорит о характере ее геологического строения, на Венере и на Земле оказалось разным. Hа Земле это распределение бимодальное - есть два максимума распространенности, отражающие деление поверхности нашей планеты на выступы материков и океанические бассейны. А на Венере распределение высот одномодальное.

Из анализа изображений обозначились основные черты геологии планеты. Было установлено, что в зоне съемки наиболее широко распространены равнины нескольких типов, сложенные наслоениями вулканических лав. Морфология лавовых потоков в сочетании с результатами определения химического состава в местах посадки космических аппаратов серии "Венера" - "Вега" свидетельствуют о том, что это - базальтовые лавы, широко развитые на Земле, Луне, и, очевидно, на Меркурии и Марсе. В пределах этих равнин наблюдаются специфические кольцевые вулканотектонические структуры поперечником в сотни километров, получившие название "венцы".

Среди равнин находятся "острова" и "континенты" сильно пересеченной

местности, не типичной для других планет. Структурный рисунок такой поверхности, определяемый пересечениями многочисленных тектонических разломов, напоминает вид черепичной кровли, и потому местность этого типа получила название "тессера", что по-гречески значит "черепица".

В зоне съемки "Венеры-15, -16" было обнаружено около 150 ударных кратеров диаметром от 8 до 140 км. Зная, хотя и очень приблизительно, частоту столкновений с Венерой астероидов и комет, по количеству кратеров на единице площади поверхности можно было, тоже очень приблизительно, оценить средний возраст геологических образований в зоне съемки. Он был определен в 0.5-1 млрд. лет. Это отличает Венеру от Земли, где 2/3 твердой поверхности занимает дно океанов с возрастом подстилающих осадки базальтов моложе 100-200 млн. лет. Прекрасная сохранность всех наблюдаемых на изображениях вулканических, тектонических и ударных (кратеры) образований, большой возраст поверхности говорят об очень низкой интенсивности изменений различных форм рельефа ветровой эрозией или аккумуляцией, химическим выветриванием и другими поверхностными факторами. Анализ данных "Венеры-15,16" привел к выводу о том, что в пределах зоны съемки нет признаков "тектоники плит" - типичной для Земли глобальной организации геологической активности, для которой характерно разделение верхней жесткой оболочки - литосферы - на несколько крупных, горизонтально передвигающихся относительно друг друга, плит. Главной движущей силой вулканических тектонических процессов на Венере, по результатам анализа данных "Венеры-15,16", представлялись вертикальные, восходящие и нисходящие, движения вещества недр планеты за счет тепловых неоднородностей - так называемых "горячих пятен" Горячие пятна существенны и в геологии Земли, но роль их все-таки второстепенна.

Они обычно проявляются на фоне движущихся литосферных плит, например, в виде цепочки вулканов внутри одной плиты. Hа Венере "горячие точки", очевидно, являются причиной формирования упоминающихся выше венцов и некоторых других образований. Результаты съемки "Венеры-15,16" привели к открытию ключевых элементов геологии Венеры. Впервые в этой области на смену догадкам пришло твердое знание. Было установлено, что эндогенные геологические процессы - базальтовый вулканизм и разломная тектоника - господствуют над экзогенными процессами. Hе обнаружено никаких следов деятельности жидкой воды на планете. Это обстоятельство и некоторые особенности распределения ударных кратеров по размеру показали, что условия, близкие к современным, были на Венере на протяжении всего прослеженного в глубь отрезка геологической истории планеты.

И равнины, и тессеры рассекаются протяженными (тысячи километров), сложно построенными желобами, образованными роями тектонических разломов. По топографии и морфологии они похожи на так называемые рифтовые зоны Земли и, видно, имеют ту же природу.Hа поверхности равнин планеты в ряде мест, зафиксированных на снимках "Магеллана" обнаружены загадочные "русла" длиной от сотен до нескольких тысяч километров и шириной от 2-3 до 10-15 км. Они имеют типичные признаки долин, прорезанных течением какой-то жидкости, - меандровидные извилины, расхождение и схождение отдельных "проток", а в редких случаях - нечто вроде дельты. В начале самого длинного русла, названного долиной Балтис, протяженностью около 7000 км при очень выдержанной (2-3 км) ширине находится вулкан поперечником около 100 км. Морфология его - типичная для базальтовых вулканов. Остается загадкой, какая жидкость прорезала эти русла. Проще всего было бы считать, что они - результат термической эрозии текущим потоком базальтовой лавы. Hо расчеты показывают, что на пути длиной 7000 км у потока базальтовой лавы не хватит запаса тепла, чтобы безостановочно течь и подплавлять вещество базальтовой же равнины, прорезая в ней русло. Вероятнее всего это, например, сильно перегретые коматиитовые лавы или еще более экзотические жидкости вроде расплавленных карбонатов или расплавленной серы.

Открытые в ходе съемки "Венеры-15, -16" кольцевые структуры венцов на снимках "Магеллана" обнаружили существенные детали их строения. Кольцевое обрамление этих структур, обычно поперечником от 150 до 1000 км, состояло из систем густой или разреженной трещиноватости широких или узких гряд с общим концентрическим или радиально-концентрическим рисунком. Часть этих структурных элементов моложе окружающих равнин, часть - древнее, что говорит о многоактном характере образования венцов. Явные аналоги венцов Венеры на других планетных телах земной группы не известны. Hа заснятых "Магелланом" 98% поверхности планеты удалось обнаружить около 930 ударных кратеров диаметром от 2 до 280 км. Hа его снимках удалось увидеть некоторые неожиданные стороны процесса образования ударных кратеров в условиях Венеры.
Оказалось что у многих кратеров часть выбросов ведет как жидкотекучая субстанция, образуя направленные обычно в одну сторону от кратера обширные потоки длиной в десятки километров, а иногда и больше. Hеясно, что это течет - перегретый ударный расплав или суспензия тонкообломочного твердого вещества и капелек расплава, взвешенная в плотном (65 кг/м³) газе приповерхностной атмосферы.

Важным свойством популяции ее ударных кратеров является характер их распределения по поверхности, не отличимый от случайного, а также то, что подавляющее большинство кратеров явно не затоплено лавами окружающих равнин не нарушено окрестными тектоническими деформациями, а выглядит наложенным и на равнины, и на тессеры. Это может означать, что большая часть наблюдаемых вулканических и тектонических образований поверхности Венеры сформировалась до начала накопления наблюдаемой кратерной популяции за сравнительно короткий промежуток времени, отстоящий от нынешнего на 300-500 млн. лет. Hо одновременно это значит, что вулканические и тектонические образования, на которые наложены кратеры, сформировались очень быстро. Время образования должно быть гораздо меньше 300-500 млн. лет, так как в противном случае количество кратеров на более древних и более молодых участках заметно различалось бы и распределение их по площади не было бы случайным.

У планеты нет магнитного поля и радиационных поясов. Период вращения планеты и координаты ее Северного полюса, полученные в результате совместной обработки бортовых радиолокационных и доплеровских измерений "Магеллана" и "Венеры-15, -16" для 20 опорных точек поверхности Венеры, оказались следующими: Период вращения Т=243.0183 земных суток. Прямое восхождение = 272.57. Склонение = 67.14.

ЗЕМЛЯ

Земля, третья планета от Солнца, является крупнейшей из 4-х внутренних планет, имеющих схожую с земной внутреннюю структуру. В процессе движения нашей планеты по орбите вокруг Солнца плоскость земного экватора (наклоненная к плоскости орбиты на угол 23^o45') перемещается параллельно самой себе таким образом, что в одних участках орбиты земной шар наклонен к Солнцу своим северным полушарием, а в других- южным, именно это и является причиной смены времён года. Кроме того расстояние от Земли до Солнца в различных точках орбиты неодинаковые, в перигелии (3 января) оно приблизительно на 2.5 млн. км. меньше, а в афелии (3 июля)- на столько же больше среднего расстояния, составляющего 149, 6 млн. км.

Большую часть поверхности Земли занимает Мировой океан (361 млн. км², или 71%), суша составляет 149 млн. км² (29%). Средняя глубина Мирового океана- 3 900 м. Существование осадочных пород, возраст которых (по данным радиоизотопного анализа) превосходит 3,7 млрд. лет, служит доказательством существования на Земле обширных водоемов уже в ту далекую эпоху, когда, предположительно появились первые живые организмы.

Форма Земли, как известно близкая к шарообразной, при более детальных измерениях оказывается очень сложной, даже если обрисовать ее ровной поверхностью океана (не искаженной приливами, ветрами и течениями) и условным продолжением этой поверхности под континенты. Неровности поддерживаются неравномерным распределением массы в недрах Земли. Такая поверхность называется геоидом. Геоид (с точностью порядка сотен метров) совпадает с эллипсоидом вращения, экваториальный радиус которого 6 378 км., а полярный радиус на 21,38 км. меньше экваториального. Разница этих радиусов возникла за счет центробежной силы, создаваемой суточным вращением Земли.

Одна из особенностей Земли как планеты - ее магнитное поле, благодаря которому мы можем пользоваться компасом. Магнитный полюс Земли, к которому притягивается северный конец стрелки компаса, не совпадает с Северным географическим полюсом, а находится в пункте с координатами приблизительно 76^o с.ш. 101^o з.д. Магнитный полюс, расположенный в южном полушарии Земли, имеет координаты 66^o ю.ш. и 140^o в.д. (в Антарктиде).Кроме того, ось магнитного поля не проходит через центр Земли, а отстоит от него на 430 км. Магнитное поле Земли несимметрично. Под действием исходящего от Солнца течения плазмы (солнечного ветра) магнитное поле Земли искажается и приобретает "шлейф" в направлении от Солнца, который простирается на сотни тысяч километров.

Наша планета окружена обширной атмосферой, которая благодаря присутствию небольшого озонового слоя, нейтрализует опасное для жизни коротковолновое солнечное и космическое излучение. Из-за содержащегося в атмосфере углекислого газа на нашей планете имеет место парниковый эффект. Он проявляется не так сильно, как на Венере, но все же поднимает среднюю (равновесную) температуру на Земле с теоретических минус 23 до плюс 15. Действуя подобно хорошей одежде, атмосфера оберегает земную поверхность и от температурных перепадов. В отсутствие атмосферы в некоторых точках Земли температура в течение суток колебалась бы между 160-ю тепла и 100 градусами мороза.

Основными газами, входящими в состав нижних слоев атмосферы Земли, являются азот (~78%), кислород (~21%) и аргон (~1%). Других газов в атмосфере Земли очень мало, например, углекислого газа около 0,03%. Атмосферное давление на уровне поверхности океана составляет при нормальных условиях ~0,1 MПа. Полагают, что земная атмосфера сильно изменилась в процессе эволюции: обогатилась кислородом и приобрела современный состав в результате длительного химического взаимодействия с горными породами и при участии биосферы, то есть растительных и живых организмов.

Доказательством того, что такие изменения действительно произошли, служат, например, залежи каменного угля и мощные пласты отложений карбонатов в осадочных породах. Они содержат громадное количество углерода, который раньше входил в состав земной атмосферы в виде углекислого газа и окиси углерода.

Ученые считают, что древняя атмосфера произошла из газообразных продуктов вулканических извержений; о ее составе судят по химическому анализу образцов газа, "замурованных" в полостях древних горных пород. В исследованных образцах, возраст которых более 3,5 млрд. лет, содержится приблизительно 60% углекислого газа, а остальные 40% - это соединения серы (сероводород и сернистый газ), аммиак, а также хлористый и фтористый водород. В небольшом количестве были найдены азот и инертные газы.

Доказательством того, что в земной атмосфере в течение первых 4 млрд. лет ее существования не было свободного кислорода, являются обнаруженные в геологических пластах соответствующего возраста чрезвычайно легко окисляемые, но не окисленные вещества такие, как сернистый натрий. Кислород, который выделялся в ничтожном количестве из водяного пара под действием солнечного облучения, полностью затрачивался на окисление содержавшихся в атмосфере горючих газов: аммиака, сероводорода, а также, вероятно, метана и окиси углерода. В результате окисления аммиака освобождался азот, который постепенно накапливался в атмосфере. 600 млн. лет назад количество свободного кислорода в земной атмосфере достигло 1% от его современного содержания. В это время уже существовало значительное число различных примитивных одноклеточных живых организмов. Около 400 млн. лет назад содержание свободного кислорода в земной атмосфере стало быстро увеличиваться благодаря широкому распространению зарослей крупных растений, характерных для этой эпохи.

Прежде предполагали, что Земля вначале была расплавленной, а затем остывала. Но эта точка зрения не подтверждается современными выводами науки. Большое процентное содержание на Земле некоторых летучих веществ указывает на то, что температура частиц, из которых образовалась наша планета, не могла быть очень высокой. Средний химический состав первичной Земли, вероятно, соответствовал химическому составу известных сегодня типов метеоритов.

В результате естественного распада радиоактивных элементов и некоторых других процессов в недрах Земли в течение долгого времени выделялась и накапливалась тепловая энергия. Это привело к сильному разогреву и частичному расплавлению вещества в недрах и к постепенному формированию и росту центрального ядра из наиболее тяжелых элементов и наружной коры из менее плотных веществ.

О

О внутреннем строении Земли прежде всего судят по особенностям прохождения сквозь различные слои Земли механических колебаний, возникающих при землетрясениях или взрывах. Ценные сведения дают также изменения величины теплового потока, выходящего из недр, результаты определений общей массы, момента инерции и полярного сжатия нашей планеты.

Масса Земли найдена из экспериментальных измерений физической постоянной тяготения и ускорения силы тяжести (на экваторе ускорение силы тяжести равно 978,05 гал; 1 гал = 1 ^см/_с2). Для массы Земли получено значение 5,976^.10²⁴ кг, что соответствует средней плотности вещества 5517 ^кг/_м3. Определено, что средняя плотность минералов на поверхности Земли приблизительно вдвое меньше средней плотности Земли. Из этого следует, что плотность вещества в центральных частях планеты выше для всей Земли. Полученный из наблюдений момент инерции Земли, который сильно зависит от распределения плотности вещества вдоль радиуса Земли, свидетельствует также о значительном увеличении плотности от поверхности к центру.

Поток тепла из недр, различных в разных участках поверхности Земли, в среднем близок к 1,6*10^-6 кал*см^-2*сек^-1, что соответствует суммарному выходу энергии 10²⁸ эрг в год. Поскольку тепло может передаваться только от более нагретого к менее нагретому веществу, температура вещества в недрах Земли должна быть выше, чем на ее поверхности. Действительно, согласно измерениям, проведенным в шахтах и буровых скважинах, температура повышается приблизительно на 20^o на каждый километр глубины.

На основе всего комплекса современных научных данных и построена модель внутреннего строения Земли, которая хорошо удовлетворяет измеренным значениям всех перечисленных выше параметров.

Твердую оболочку Земли называют литосферой. Ее можно сравнить со "скорлупой", охватывающей всю поверхность Земли. Но эта "скорлупа" как бы растрескалась на части и состоит из нескольких крупных литосферных плит, медленно перемещающихся одна относительно другой. По их границам концентрируется подавляющее большинство очагов землетрясений. Верхний слой литосферы- эта земная кора, минералы которой состоят преимущественно из окислов кремния и алюминия, окислов железа и щелочных металлов. Земная кора имеет неравномерную толщину: 35-65 км. на континентах и 6-8 км. подо дном океанов.

Верхний слой земной коры состоит из осадочных пород, нижний- из базальтов. Между ними находится слой гранитов, характерный только для континентальной коры. Под корой расположена так называемая мантия, имеющая иной химический состав и большую плотность. Граница между корой и мантией называется поверхностью Мохоровичича. В ней скачкообразно увеличивается скорость распространения сейсмических волн.

На глубине 120-250 км под материками и 60-400 км под океанами залегает слой мантии, называемой астеносферой. Здесь вещество находится в близком к плавлению состоянию, вязкость его сильно понижена.

Все литосферные плиты как бы плавают в полужидкой астеносфере, как льдины в воде. Более толстые участки земной коры, а также участки, состоящие из менее плотных пород, поднимаются по отношению к другим участкам коры. В то же время дополнительная нагрузка на участок коры, например, вследствие накопления толстого слоя материковых льдов, как это происходит в Антарктиде, приводит к постепенному погружению участка. Такое явление называется изостатическим выравниванием.

Ниже астеносферы, начиная с глубины около 410 км, "упаковка" атомов в кристаллах минералов уплотнена под влиянием большого давления. Резкий переход обнаружен сейсмическими методами исследований на глубине около 2 920 км. Выше этой отметки плотность вещества составляет 5 560 ^кг/_м3, а ниже ее- 10080 ^кг/_м3. Здесь начинается земное ядро, или, точнее говоря, внешнее ядро, так как в его центре находится еще одно- внутреннее ядро, радиус которого 1 250 км.

Внешнее ядро, очевидно, находится в жидком состоянии, поскольку поперечные волны, не способные распространяться в жидкости, через него не проходят. С существованием жидкого внешнего ядра связывают происхождение магнитного поля Земли. Внутреннее ядро, по-видимому, твердое.

У нижней границы мантии давление достигает 130 ГПа, температура там не выше 5 000К. В центре Земли температура, возможно, поднимается до

10 000К.

МАРС

Марс, ближайшая к Земле(временами) планета. Через каждые 780 дней Земля и Марс оказываются на минимальном расстоянии друг от друга, которое меняется от 56 до 101 млн. км. Такие сближения планет называют противостояниями. Если же расстояние менее 60 млн. км, то их называют великими. Великие противостояния наблюдаются через каждые 15-17 лет. Эксцентриситет орбиты Марса составляет 0,09, поэтому расстояние от Марса до Солнца меняется от 207 млн. км в перигелии до 250 млн. км в афелии.

Орбиты Марса и Земли практически лежат в одной плоскости (угол между ними составляет 2 градуса). Ось вращения Марса наклонена на угол 25,2 градуса от перпендикуляра к плоскости орбиты и направлена в Созвездие Лебедя.

На Марсе также наблюдается смена времен года, длительность которых почти вдвое больше. Из-за эллиптической орбиты сезоны в северном и южном полушария имеют разную продолжительность: лето в северном полушарии продолжается 177 марсианских суток, а в южном оно на 21 день короче и теплее на 20 градусов, чем лето в северном полушарии.

Из-за большей отдаленности от Солнца Марс получает лишь 43% той энергии, которую получает Земля. Среднегодовая температура там -60° С. В течение суток температура поверхности изменяется существенно. Например, в южном полушарии на широте 50 градусов температура в середине осени меняется от -18 градусов (в полдень) до -63 градусов (вечером). Однако, на глубине 25 см под поверхностью температура практически постоянная -60° С. в течение суток и не зависит от сезона. Максимальные значения температуры поверхности не превышают нескольких градусов выше 0, а минимальные значения зарегистрированы на северной полярной шапке -138°С.

Поиск по сайту: