Метеориты

О составе астероидов мы можем судить по выпадению метеоритов на Землю из пояса астероидов. Это каменные, железокаменные или железные образования. Падения метеоритов на Землю сопровождаются световыми, звуковыми и механическими явлениями. По небу проносится яркий огненный шар, называемый болидом, сопровождаемый светящимся хвостом и разлетающимися искрами. После того как болид исчезает, через, некоторое время (секунды) доносятся взрывы, вызываемые ударными волнами В течение года на Землю выпадает около 2000 метеоритов. Самый крупный железный метеорит (Гоба), который имел массу около 60 т, был найден в Юго-Западной Африке в 1920 г. Такие крупные метеориты падают редко.

К крупнейшим метеоритам относится и железный Сихотэ-Алиньский, упавший в СССР в 1947 г. Он раскололся на тысячи частей. Обнаруженные части составили массу в 23 т.

Рис.37 Метеорит Вилламетт

В мировой коллекции собраны метеориты, представляющие около 3500 отдельных падений. Примерно 1/3 из этого числа метеоритов наблюдалась при падении. Остальные — случайные находки (преобладают железные, так как они больше привлекают внимание и более легко распознаваемы от земных пород) (рис.37). На самом деле в Солнечной системе наиболее распространены каменные метеориты, менее — железокаменные и еще меньше — железные.

Изучение метеоритов дает представление осоставе, структуре и физических свойствах других небесных тел, а также позволяет оценить состав глубинных частей Земли.

Например, исследование метеоритов показало, что их состав и состав земных пород характеризуется практически одним и тем же набором химических элементов, что дало возможность сделать вывод о единстве происхождения вещества земных и неземных образований в Солнечной системе. Возраст метеоритов сопоставим с возрастом формирования Земли (4,6 млрд. лет). Изучение метеоритов позволяет судить о процессах, которые происходили на ранних стадиях формирования Солнечной системы.

Хотя в метеоритах встречаются минералы, типичные для земных пород, тем не менее в них обнаруживаются своеобразные минеральные виды, не установленные в условиях образования земной коры.

Железные метеориты преимущественно состоят из железа с примесью – никеля, хрома (первые проценты — десятые доли процента) и кобальта — десятые — сотые доли процента. Примесными компонентами являются различные силикаты, платина, алмазы, карбиды железа, кремния и некоторые другие образования.

Помимо установленных разновидностей метеоритов выделяется особая группа — тектиты. Эти удивительные создания представляют собой стеклянные шарики расплавленной застывшей массы силикатного материала,образовавшегося за счет ранее расплавленных капелек вещества земных пород в результате извержения вулканов или падения на Землю крупных обломков метеоритов.

Пояс астероидов надо рассматривать, как остаток протопланетного материла, не сконцентрировавшегося в единое планетарное тело, состав которого нам известен по попадающим к нам метеоритам. Есть предположение, что в некоторых метеоритах содержится также межзвездное вещество, образовавшееся за пределами Солнечной системы.

4.3.4 Планеты – гиганты

Отличаются огромными размерами: по объему в десятки раз больше «твердых» планет; плотность их вещества (в основном водород и гелий) приближается к плотности воды. Они не имеют твердой поверхности, характеризуются быстрым вращением вокруг своей оси, имеют огромное количество спутников, мощные атмосферы, состоящие из водорода, гелия, метана, аммиака, аммония. Планеты покрыты тонкими кольцами; где имеют место гигантские вихри, сохраняющиеся до 100 и 1000 лет; температуры составляют -150⁰ и ниже.

Юпитер

Пятая от Солнца и самая большая планета Солнечной системы. Среднее расстояние между Юпитером и Солнцем составляет 778,57 млн. км. Затрачивает на один оборот вокруг Солнца в 12 земных лет.

Юпитер вдвое массивней, чем все остальные планеты Солнечной системы, вместе взятые (рис.38). Масса Юпитера больше массы Земли в 318 раз, но в 1000 раз меньше массы Солнца. Экваториальный радиус планеты в 11 раз больше радиуса Земли.

Подобно Солнцу, Юпитер вращается не как твердое, а как газовое тело. Из-за быстрого вращения эта планета сильно сжата у полюсов (он обладает значительной выпуклостью вокруг экватора). На экваторе сутки длятся около 9 ч. 50 мин. Состоит преимущественно из водорода и гелия (89% и 10% по числу молекул соответственно). Средняя плотность — 1,33 г/см³, что весьма близко к плотности Солнца.

Рис.38 Юпитер

идимая поверхность Юпитера представляет собой верхний уровень облаков, окружающих планету. Облака Юпитера состоят из кристалликов и капелек аммиака. Под облаками находится слой глубиной 7 – 25 тыс. км, в котором водород постепенно изменяет свое состояние от газа к жидкости с увеличением давления и температуры (до 6000⁰ С). Под жидким водородом находится слой жидкого металлического водорода около 42 – 46 тыс.км. Мощные электротоки, возникающие в этом слое, порождают гигантское магнитное поле. Юпитер имеет твердое каменное ядро, состоящее из тяжелых элементов. Его размеры – 15 – 30 тыс. км в диаметре, ядро обладает высокой плотностью. Температура на границе ядра – порядка 30 000К, а давление – 30-100 млн. атмосфер.

Атмосфера Юпитера состоит из водорода (81 % по числу атомов и 75 % по массе) и гелия (18 % по числу атомов и 24 % по массе). На долю остальных веществ приходится не более 1 %. В атмосфере присутствуют метан, водяной пар, аммиак, имеются также следы органических соединений, этана, сероводорода, неона, кислорода, фосфина, серы. Внешние слои атмосферы содержат кристаллы замороженного аммиака. Внешняя атмосфера планеты явно разделена на несколько вытянутых полос вдоль широт, и это приводит к бурям и штормам вдоль их взаимодействующих границ. Заметный результат этого – Большое Красное пятно, гигантский шторм, который известен с XVII века. В настоящее время оно имеет размеры 15 – 30 тыс. км (значительно больше размеров Земли). Красный цвет Большого Красного Пятна представляет собой загадку. Одной из возможных причин могут быть химические соединения, содержащие фосфор.

Температура в верхнем слое облаков составляет около -145⁰ С. Температура растет с увеличением глубины, ядро планеты разогрето до температуры около 24 000⁰ С – больше, чем на поверхности Солнца.

Количество тепла, которое испускает Юпитер, более чем вдвое превышает тепловую энергию, получаемую от Солнца. Возможно, что идущее из недр планеты тепло выделяется в процессе ее медленного сжатия (1 мм вгод!).

Магнитное поле планеты оказалось сложным и состоит как бы из двух полей: дипольного (как у Земли), которое простирается до 1,5 млн. км от Юпитера, и недипольного, занимающего остальную часть магнитосферы. Его напряженность в 20 раз больше напряженности магнитного поля Земли.

На Юпитере отсутствуют времена года. В настоящее время у него обнаружено более 63 спутника – максимальное значение для Солнечной системы.

По данным, полученным с американских космических аппаратов «Вояджер», Юпитер окружен в экваториальной области системой колец. Кольца расположены в 55 тыс. км от поверхности планеты, толщина колец не превышает нескольких километров. Существование колец Юпитера было предсказано в 1960 г. так же С. К. Всехвятским (1905 - 1984).

Наличие жизни на Юпитере представляется маловероятным ввиду низкой концентрации воды в атмосфере и отсутствия твердой поверхности.

Спутники Юпитера

Юпитер имеет 63 спутника. Первые 4 спутника были открыты еще Г. Галилеем (Ио, Европа, Ганимед, Каллисто). Они, а также внутренний самый близкий спутник Амальтея движется почти в плоскости экватора планеты. Два из них по размерам близки к Луне, а третий и четвертый по объему даже больше Меркурия, хотя по массе значительно уступают ему.

Рис. 39 Европа

Европа обладает глобальным океаном, в котором не исключено наличие жизни. Океан простирается вглубь на 90 км, его объем превосходит объем земного Мирового океана. Поверхность Европы испещрена разломами и трещинами, возникшими в ледяном панцире спутника (рис.39).

На снимках поверхности Ио, полученных космическими аппаратами «Вояджер», хорошо видны действующие вулканы. Над ними вздымаются светлые облака из газа и пепла, выбрасываемые на высоту до 200 км. Его поверхность покрыта пятнами морей, заполненных расплавленной серой. Вулканизм на Ио был предсказан отечественным астрономом С. К. Всехвятским. Причина вулканизма на Ио лежит в гравитационном воздействии на него со стороны Юпитера.

Ганимед является самым большим спутником не только Юпитера, но и вообще в Солнечной системе среди всех спутников планет. Ганимед и Каллисто покрыты многочисленными кратерами, на Каллисто многие из них окружены трещинами. На этих двух спутниках также предполагается существование подледного океана.

Внешние спутники обращаются вокруг планеты по сильно вытянутым орбитам с большими углами наклона к экватору (до 30°). Это небольшие (10—120 км в поперечнике) тела неправильной формы. Самые внешние спутники вращаются вокруг планеты в обратном направлении.

Сатурн

Шестая по порядку и вторая по величине планета Солнечной системы. Масса планеты в 95 раз превышает массу Земли (рис.40). Среднее расстояние между Сатурном и Солнцем составляет 1433 531 000 километров. Двигаясь со средней скоростью (примерно 9,69 км/с), Сатурн обращается вокруг Солнца за 10 759 дней (примерно 29,5 лет). Один оборот вокруг оси Сатурн совершает за 10 часов 34 минуты и 13 секунд.

Его экваториальный радиус немного меньше, чем у Юпитера, но по массе она втрое меньше Юпитера, так как плотность ее всего 0,7 г/см³ (меньше плотности воды). Низкая плотность Сатурна связана с тем, что планета состоит в основном из водорода, с примесями гелия и следами воды, метана, аммиака и «горных пород» и не имеет твердой поверхности. Внутренняя область представляет собой небольшое ядро из горных пород и льда, покрытого тонким слоем металлического водорода и газообразным внешним слоем.

Верхние слои атмосферы Сатурна состоят на 93 % из водорода (по объему) и на 7 % - из гелия. Имеются примеси метана, водяного пара, аммиака и некоторых других газов. Аммиачные облака в верхней части атмосферы мощнее юпитерианских. На Сатурне дуют сильные ветры, в основном в восточном направлении, скорость ветра может достигать 1800 км/ч. В атмосфере обнаружены мощные грозовые разряды, полярные сияния, ультрафиолетовое излучение водорода. Температура поверхности облаков на Сатурне -184 °С.

У Сатурна имеется планетарное магнитное поле, занимающее промежуточное звено по мощности между магнитным полем Земли и мощным полем Юпитера. Магнитное поле Сатурна простирается на 1 млн. км в направлении Солнца.

Сатурн окружен системой колец, которые отмечал еще Г. Галилей в 1610 г. Эти удивительные образования опоясывают планету по экватору и нигде не соприкасаются с поверхностью. В кольцах выделяются три основных концентрические зоны, отграниченные узкими щелями: внешнее кольцо А, среднее В (наиболее яркое), внутреннее кольцо С, довольно прозрачное, «креповое», внутренний край его нерезкий. Наиболее близкие к планете слабо различимые части внутреннего кольца обозначают символом D. Сквозь все кольца просвечивают звезды. На самом деле кольца образованы из тысячи колец, чередующихся со щелями, картина напоминает дорожки граммофона. Кольца вращаются вокруг Сатурна, причем скорость вращения внутренних колец выше внешних. Таким образом, они не являются сплошными образованиями, а представляют собой плоскую систему из бесчисленного количества мелких спутников планеты. Размеры частиц достигают нескольких сантиметров, предполагается присутствие более крупных и мелких частиц, в том числе пыли.

Рис.40 Сатурн

Угол плоскости наклона колец к экватору равен 28°. В зависимости от положения планеты на орбите мы видим кольца то с одной, то с другой стороны. Полный цикл изменения их вида завершается через 29,5 лет — таков период обращения Сатурна вокруг Солнца. Кольца Сатурна очень тонкие. При диаметре 250 000 км их толщина не достигает и километра.

Инфракрасные спектры колец Сатурна напоминают спектры водяного инея. Однако в других частях спектра была обнаружена особенность, не характерная для чистого льда. Происхождение колец Сатурна не совсем ясно. Тем не менее, это нестабильная система, а материал, из которого они состоят, периодически замещается, вероятно, из-за разрушения некоторых мелких спутников.

Спутники Сатурна

Вокруг Сатурна в настоящее время обнаружено 62 спутника. Наиболее крупные: Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан. Гиперион, Япет, Феба, Янус. Ближайший из них Янус, движется настолько близко к планете, что обнаружить его удалось только при затмении колец Сатурна, которые создают вместе с планетой яркий ореол, затрудняющий наблюдение спутника.

Титан — один из величайших спутников Солнечной системы по размерам и массе, превосходящий Меркурий. Его диаметр приблизительно такой, как у Ганимеда. Титан окружен атмосферой, состоящей из метана и водорода, в которой движутся непрозрачные облака. Ученые предполагают, что условия на этом спутнике схожи с теми, которые существовали на нашей планете 4 миллиарда лет назад, когда на Земле зарождалась жизнь.

На Титане и Энцеладе проявляются признаки вулканической активности. Активность эта не схожа с земной, поскольку в значительной степени обусловлена активностью льда.

Рис.41 Мимас

Все спутники Сатурна, кроме Фебы, обращаются в прямом направлении. Феба движется по орбите с довольно большим эксцентриситетом в обратном.

Существует полная согласованность между кольцами и спутниками планеты. И действительно, некоторые из них, так называемые «спутники - пастухи», играют роль в удержании колец на их местах. Мимас (рис.41), например, «отвечает» за отсутствие вещества в щели Кассини, а Пан находится внутри разделительной полосы Энке.

Уран

Уран – седьмая по удаленности от Солнца, третья по диаметру и четвертая по массе планета Солнечной системы (рис.42). Была открыта в 1781 году английским астрономом У. Гершелем и названа в честь греческого бога неба Урана. Период обращения Урана вокруг Солнца составляет 84 земных года.

Уран стал первой планетой, обнаруженной при помощи телескопа. Не смотря на то, что Уран различим невооруженным глазом, ранее наблюдатели никогда не признавали Уран за планету из-за его тусклости и медленного движения.

Рис.42 Уран

Уран тяжелее Земли в 14,5 раз, что делает его наименее массивной из планет гигантов Солнечной системы. Период вращения Урана вокруг своей оси составляет 17 часов 24 минуты. В отличие от других планет Солнечной системы Уран вращается как бы лежа на боку, т. е. ось его вращения лежит почти в плоскости орбиты под углом 97,86⁰ (у остальных планет ось вращения примерно перпендикулярна плоскости орбиты). Вследствие этого планета бывает обращена к Солнцу попеременно то северным полюсом, то южным, то экватором, то средними широтами. Если другие планеты можно сравнить с вращающимися волчками, то Уран больше похож на катящийся шар. В настоящее время наземными наблюдениями удалось различить признаки сезонных изменений и увеличения погодной активности на планете, вызванных приближением Урана к точке своего равноденствия. Скорость ветров на Уране может достигать 240 м/с.

Наиболее удивительная особенность Урана состоит в том, что планета имеет невыразительный облик — это голубовато-зеленый шар без особых «деталей». Предполагают, что Уран имеет сложную слоистую структуру облаков, где вода составляет нижний слой, а метан – верхний. Температура ниже облачного слоя (на уровне давления 0,4 земного) составляет 49 К или —224°С. Это самая холодная планетарная атмосфера Солнечной системы. Основу атмосферы Урана составляют водород и гелий. Кроме того, в атмосфере обнаружены следы метана и других углеводородов.

Плотность Урана, равная 1,27 г/см³ , ставит его на второе место после Сатурна по наименьшей плотности среди планет Солнечной системы. Уран состоит в основном изо льдов – водного, аммиачного и метанового. Водород и гелий составляют лишь малую часть от общей массы, оставшаяся доля приходится на горные породы (ядро). Стандартная модель Урана предполагает, что Уран разделен на три части: в центре каменное ядро, в середине ледяная оболочка и снаружи водородно-геливая атмосфера. По сравнению с Сатурном и Юпитером он имеет более плотный состав, что противоречит простой модели образования планет Солнечной системы, когда роль водорода и гелия в составе планет должна возрастать по направлению от Юпитера к Сатурну, Нептуну и Плутону. Возможно, ледяные компоненты Урана и Нептуна обязаны своим происхождением кометам, находящимся во внешних областях Солнечной системы зоны Оорта. В отличие от газовых гигантов – Сатурна и Нептуна, состоящих в основном из водорода и гелия, в недрах Урана и схожего с ним Нептуна отсутствует металлический водород. За счет того, что много высокотемпературных модификаций льда специалисты выделили эти две планеты в отдельную категорию «ледяных гигантов». Измерения «Вояджера – 2» позволили обнаружить у Урана специфическое магнитное поле, которое не направлено из геометрического центра планеты, и наклонено на 59 градусов относительно оси вращения. Вокруг Урана имеется 27 спутников. Кроме спутников вокруг него движется множество мелких частиц, образующих своеобразные кольца, не похожие на знаменитые кольца Сатурна. На данный момент у Урана известно 13 колец.

Спутники Урана.

«Вояджер-2» сфотографировал пять больших спутников Урана с близкого расстояния — Оберон, Титанию, Умбриэль, Ариэль и Миранду.

Спутниковая система Урана наименее массивна среди спутниковых систем газовых гигантов. Даже объединенная масса всех этих пяти спутников не составит и половины массы Тритона, спутника Нептуна. Наибольший из спутников Урана, Титания, имеет радиус всего в 788,9 км, что менее половины радиуса земной Луны. Луны Урана – это скопления льда и горных пород в соотношении примерно 50 на 50. Лед может включать в себя аммиак и углекислый газ.

Рис.43 Ариэль .

У Ариэля (рис.43) самая молодая поверхность с наименьшим количеством кратеров. Поверхность Умбриэля самая старая. На Миранде имеются каньоны до 20 км глубиной, террасы и хаотичный ландшафт.

Нептун

Эта восьмая и самая дальняя планета Солнечной системы была открыта необычным образом по результатам наблюдений отклонений в движении Урана, сделанных в 1781 г. английским астрономом и оптиком У. Гершелем (1738 - 1822), английским астрономом Дж. Адамсом (1819 - 1892) и французским астрономом У. Леверье (1811 - 1877). Получив данные У. Леверье, ассистент Берлинской обсерватории И. Галле (1812 - 1910) 23 сентября 1846г. обнаружил планету. Планета была названа в честь римского бога морей.

Нептун является четвертой по диаметру и третьей по массе планетой (рис.44). Масса Нептуна в 17,2 раза, а диаметр экватора в 3,9 раза больше таковых у Земли.

Период обращения по орбите настолько длинен (164 года и 288 дней), что с момента открытия Нептун еще не завершил полный оборот вокруг Солнца.

Рис.44 Нептун

Плотность планеты оказалась равной 2,3 г/см³. Нептун по составу близок к Урану. Атмосфера Нептуна состоит в основном из водорода и гелия, подобно атмосфере Юпитера и Сатурна, со следами углеводородов и, возможно, азота, однако содержит в себе более высокую пропорцию льдов: водного, аммиачного, метанового. Ядро Нептуна, как и Урана, состоит главным образом из льдов и горных пород. Следы метана во внешних слоях атмосферы, в частности, являются причиной синего цвета планеты.

В атмосфере Нептуна бушуют самые сильные ветры среди планет Солнечной системы, по некоторым оценкам, их скорости могут достигать 2100 км/ч. Во время полета «Вояджера - 2» в 1989 году в южном полушарии Нептуна было обнаружено так называемое Большое темное пятно, аналогичное Большому красному пятну на Юпитере.

Своей магнитосферой, и магнитным полем, сильно наклоненным на 47⁰ относительно оси вращения планеты, и распространяющегося на 0,55 от ее радиуса (приблизительно 13 500 км) Нептун напоминает Уран.

У Нептуна есть слабая и фрагментированная кольцевая система. Кольца могут состоять из ледяных частиц, покрытых силикатами, или основанными на углероде материалом, вероятно, это он придает им красноватый цвет.

В настоящее время вокруг Нептуна вращается 13 спутников. Также Нептун сопровождается астероидами, называемыми Нептунские троянцы, которые находятся с ним в резонансе 1:1.

Спутники Нептуна

У Нептуна имеется 13 спутников (рис 45). Наиболее крупные из них являются: Тритон и Нереида. Тритон по размерам и массе больше Луны. Имеет обратное направление вращения и является геологически активным, с гейзерами жидкого азота. Нереида обладает сильно вытянутой орбитой. Направление вращения по орбите — прямое.

Рис.45 Ларисса - спутник Нептуна