Нептун имеет 12 каменных спутников, три из которых значительных размеров: Тритон (диаметр 2700 км), Нерида (340 км) и Протей (400 км), остальные меньше — от 50 до 190 км.

Плутон — самая дальняя из планет, открыта в 1930 г., не принадлежит к планетам-гигантам. Его масса в 10 раз меньше земной.

Быстро вращаясь вокруг оси, Плутон имеет сильно вытянутую эллиптическую орбиту, и потому с 1969 по 2009 г. он будет находиться ближе к Солнцу, чем Нептун. Этот факт может быть дополнительным доказательством его «непланетной» природы. Вполне вероятно, что Плутон принадлежит к телам из пояса Койпера, открытого в 90-х годах XX в., который является аналогом пояса астероидов, но за орбитой Нептуна. В настоящее время обнаружено около 40 таких тел диаметром от 100 до 500 км, очень тусклых и почти черных, с альбедо 0,01 — 0,02 (у Луны альбедо — 0,05). Плутон, возможно, одно из них. Поверхность планеты, очевидно, ледяная. У Плутона есть единственный спутник Харон диаметром 1190 км, с орбитой, проходящей в 19 тыс. км от него и периодом обращения 6,4 земных суток.

По характеру движения планеты Плутон исследователи предполагают наличие еще одной крайне удаленной и малой (десятой) планеты. В конце 1996 г. появилось сообщение о том, что астрономы из Гавайской обсерватории открыли состоящее из ледяных глыб небесное тело, которое вращается на околосолнечной орбите за пределами Плутона. Эта малая планета пока не имеет названия и зарегистрирована под номером 1996TL66.

Луна — спутник Земли, вращающийся от нее на расстоянии 384 тыс. км, чьи размеры и строение приближают его к планетам. Периоды осевого и сидерического вращения вокруг Земли почти равны (см. табл. 3.1), из-за чего Луна обращена к нам всегда одной стороной. Вид Луны для земного наблюдателя постоянно меняется в соответствии с ее фазами — новолуние, первая четверть, полнолуние, последняя четверть. Период полной смены лунных фаз называется синодическим месяцем, который в среднем равен 29,53 земных суток. Он не совпадает с сидерическим (звездным) месяцем, составляющим 27,32 суток, за который Луна делает полный оборот вокруг Земли и одновременно — оборот вокруг своей оси по отношению к Солнцу. В новолуние Луна находится между Землей и Солнцем и не видна с Земли. В полнолуние Земля находится между Луной и Солнцем и Луна видна как полный диск. С позициями Солнца, Земли и Луны связаны солнечные и лунные затмения — положения светил, при которых тень, отбрасываемая Луной, падает на поверхность Земли (солнечное затмение), или тень, отбрасываемая Землей, падает на поверхность Луны (лунное затмение).

Лунная поверхность представляет собой чередование темных участков — «морей», соответствующих плоским равнинам, и светлых участков — «материков», образованных возвышенностями. Перепады высот достигают 12—13 км, самые высокие вершины (до 8 км) расположены у Южного полюса. Многочисленные кратеры размером от нескольких метров до сотен километров имеют метеоритное или вулканическое происхождение (в кратере Альфонс в 1958 г. было обнаружено свечение центральной горки и выделение углерода). Интенсивные вулканические процессы, свойственные Луне на ранних этапах развития, сейчас ослаблены.

Образцы верхнего слоя лунного грунта — реголита, взятые советскими космическими аппаратами и американскими астронавтами, показали, что на поверхность Луны выходят магматические породы основного состава — базальты и анортозиты. Первые характерны для «морей», вторые — для «материков». Низкая плотность реголита (0,8—1,5 г/см³) объясняется его большой пористостью (до 50%). Средняя плотность более темных «морских» базальтов составляет 3,9 г/см³, а более светлых «континентальных» анортозитов — 2,9 г/см³, что выше средней плотности горных пород земной коры (2,67 г/см³). Средняя плотность пород Луны (3,34 г/см³) ниже средней плотности пород Земли (5,52 г/см³). Предполагают однородное строение ее недр и, по-видимому, отсутствие значительного металлического ядра. До глубины 60 км лунная кора сложена теми же породами, что и поверхность. У Луны не обнаружено собственного дипольного магнитного поля.

По химическому составу лунные породы близки к земным и характеризуются следующими показателями (%): SiO₂ — 49,1 — 46,1; MgO - 6,6-7,0; FeO - 12,1-2,5; А1₂О₃ - 14,7-22,3; CaO -12,9- 18,3; Na₂O - 0,6-0,7; ТiO₂ - 3,5-0,1 (первые цифры для грунта лунных «морей», вторые — для материкового грунта). Близкое сходство пород Земли и Луны может указывать на то, что оба небесных тела образовались на сравнительно небольшом расстоянии друг от друга. Луна формировалась в околоземном «спутниковом рое» примерно 4,66 млрд лет назад. Основная масса железа и легкоплавких элементов в это время уже была захвачена Землей, что, вероятно, и определило отсутствие у Луны железного ядра.

Небольшая масса позволяет Луне удерживать лишь очень разреженную атмосферу, состоящую из гелия и аргона. Атмосферное давление на Луне равно 10^-7 атм в дневное и ~10^-9 атм в ночное время. Отсутствие атмосферы определяет большие суточные колебания температуры поверхности — от -130 до 180С.

Исследование Луны началось 2 января 1959 г., когда в сторону Луны стартовала первая советская автоматическая станция «Луна-1». Первыми людьми были американские астронавты Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин, прилунившиеся 21 июля 1969 г. на космическом корабле «Аполлон-11».

Астероиды. Своеобразной границей между планетами является пояс астероидов (малых планет) — скопление твердых космических тел разного размера, свидетельствующих либо о разрушении былой планеты Фаэтон, либо о нереализованных возможностях образования еще одной планеты. В настоящее время в каталогах зарегистрировано свыше 2000 относительно крупных астероидов, диаметром 450— 1050 км и даже имеющих собственные имена (Церера, Паллада, Веста и др.). Большинство астероидов располагается в главном поясе между орбитами Марса и Юпитера и движется по орбитам в прямом направлении со скоростью около 20 км/с с периодами обращения вокруг Солнца от 3 до 9 лет. Этот пояс достаточно четко разделяет планеты на существенно каменные, со следами метеоритных обработок, и на планеты преимущественно газожидкостного состава, имеющие значительные размеры, а подчас и специфические кольцевые образования. Астероиды иногда объединяются в семейства (Аполлона, Амура и др.). Наряду с этим в качестве астероидов рассматриваются и потерянные планетами спутники или их обломки, которые в той или иной мере наследовали орбиты планет и приобрели свойственное астероидам обращение вокруг Солнца. На космических снимках астероиды представлены неправильными каменными телами со сглаженными углами (Гаспра, Ида, Дактиль и др.).

Звездные аналоги Солнечной системы.Крупнейшим достижением ученых в XX в. является открытие в космическом пространстве аналогов Солнечной системы— долгоживущих, подобных Солнцу, небольших звезд, которые окружены массивными флюидными планетами, соизмеримыми по размеру с Юпитером. Получены доказательства наличия планет-гигантов, обращающихся по круговым орбитам вокруг звезд и создающих их периодические смещения, фиксируемые доплеровским эффектом.

К таким звездно-планетным системам в настоящее время причисляют: 55 Canceri, HD 114762, 70 Virginis, 47 Ursae Majoris, τ Bootis, ρ Coronae Borealis, ν Andromedae, 16 Cygni B, 51 Pegasi. К середине 2012 г. было известно о более чем 50 планетных системах на расстоянии от 65 до 192 световых лет от Земли. Минимум пять из них имеют окружающую обстановку, близкую к земным условиям, что позволяет предполагать возможность существования жизни.

Происхождение Солнечной системы. В вопросе о происхождении Солнечной системы мнения ученых сходятся в том, что исходным веществом для ее формирования послужили межзвездные пыль и газы, широко распространенные во Вселенной. Образование протосолнечной туманности происходило под действием гравитационного сжатия сгустков первичной материи и их уплотнения вплоть до образования отдельных небесных тел. Это подтверждается результатами наблюдений над другими небесными телами, находящимися за пределами Солнечной системы. Но каким образом в составе планет оказался полный набор химических элементов таблицы Д. И. Менделеева и что послужило толчком для начала конденсации газа и пыли протосолнечной туманности, остается не вполне доказанным. В качестве одной из возможных причин рассматривается идея о взрыве Сверхновой звезды, в недрах и газовой оболочке которой за счет ядерных реакций происходил нуклеосинтез, что и обусловило разнообразие химических элементов, в том числе радиоактивных. Ударная волна, возникшая при взрыве, могла инициировать процесс конденсации межзвездной материи, приведшей к образованию Солнца и протопланетного диска, развитие которого далее происходило по собственным законам.

Следующая стадия эволюции Солнечной системы предусматривает распад протопланетного диска на отдельные планеты. Существует несколько космогонических гипотез, объясняющих этот процесс.

1. Солнце сформировалось раньше планет, а вещество последних возникло из вещества Солнца или другой звезды (например, при столкновении). Одной из наиболее популярных долгое время была гипотеза приливной эволюции Солнца, высказанная в конце XVIII в. Ж. Бюффоном. Согласно этой теории, с Солнцем столкнулась комета и выбила из него материал, давший начало объектам Солнечной системы (сейчас это предположение считается маловероятным). В начале XX в. Д. Джинc путем расчетов показал, что достаточно появления в поле тяготения Солнца другой звезды. Тогда в результате возникновения приливной силы солнечное вещество будет «разорвано», часть его извергнется наружу и в процессе последующей эволюции образует планеты. Эта теория не объясняет, почему при чрезвычайно высокой температуре в миллионы градусов, характерной для внутренних частей Солнца, извергнутое наружу вещество сразу не испарилось и не рассеялось в пространстве.

Одним из вариантов названной гипотезы является представление А. Вульфсона о том, что вещество изверглось не из раскаленного Солнца, а из холодной (когда вещество находится в нерасплавленном состоянии, при температуре менее 900—1100 °С) звезды. Эта теория объясняет, почему вещественный состав планет так отличается от солнечного, и не противоречит с тем, что момент движения Солнца ничтожно мал по сравнению с моментом движения планет.

2. Солнце и планеты образовались одновременно из одной вращающейся туманности — облака, или небулы. Первая небулярная теория была предложена И. Кантом, который объяснил возникновение и саморазвитие неоднородностей в распределении вещества и образование зародышей планет — планетезималей, а также указал причину, по которой будущие планеты по мере увеличения массы «раскручиваются». Однако теория Канта не была принята, пока П.Лаплас не объяснил, что планеты образуются из колец (наподобие колец Сатурна), возникающих в процессе вращения туманности вокруг массивного центрального тела. Теория Канта—Лапласа просуществовала до начала XX в., когда Г. Джеффрис показал, что несоответствие масс (98%принадлежит Солнцу) и моментов количества движений (примерно столько же принадлежит планетам) необъяснимо с позиций этой теории. Возникла необходимость объяснить данный парадокс и предложить механизм, посредством которого разрозненное вещество собиралось бы в планеты.

3. Солнце образовалось отдельно, а планетное вещество было захвачено им из межзвездных облаков или другого источника.В середине 40-х годов XX в. К. Вейцзекер объяснил момент передачи движения в туманности, находящейся вблизи Солнца, трением. По закону И. Кеплера, чем больше радиус орбиты тела, вращающегося вокруг центра массы, тем меньше угловая скорость. В то же время туманность по К. Вейцзекеру стремится вращаться как тело (диск), т. е. с одинаковой угловой скоростью в каждой точке независимо от радиуса орбиты, которую она описывает вокруг Солнца. Это стремление реализуется в том, что момент движения центрального тела и ближайших к нему частей диска оказывается избыточным и передается на периферию диска, где момент количества движения изначально был недостаточным. Посредством таких рассуждений К. Вейцзекер объяснил, почему массивное Солнце характеризуется ничтожным (для своей массы) моментом движения.

Наиболее популярной в нашей стране была гипотеза О. Ю. Шмидта, предложенная в 40-х годах XX в. В соответствии с этой гипотезой Солнце захватило газообразный, ледяной и каменный рой тел, находившихся в космическом пространстве, из которого и образовались планеты. Шмидту удалось объяснить причины прямого осевого вращения планет и закономерности удаления планет от Солнца. Современные представления о «холодном» образовании планет восходят к представлениям О. Ю. Шмидта.

Общими недостатками всех гипотез являются недоучет различий вещественного состава космических объектов (например, Земли и Луны) и отсутствие объяснения механизма формирования качественно различных оболочек.

Одной из теорий, где эти недостатки учтены, является геохимическая теория Г.В. Войткевича, основанная на гравитационной дифференциации вещества. Согласно этой теории, первичное Солнце образовалось из холодной рассеянной материи и обладало небольшим моментом вращения. Вследствие гравитационного сжатия и уплотнения вещества произошло увеличение скорости вращения. Центробежная сила уменьшила гравитационное давление вещества на нижележащие сферы Солнца, причем наибольшим это уменьшение было в экваториальной части, где центробежная сила наибольшая. В связи с последним событием в экваториальной части Солнца произошло истечение материи, из которой образовался газовый диск. Одна часть материи, вероятно, рассеялась, другая пошла на постройку планет. Первоначально протопланетный материал был представлен плазмой (сильно ионизированным разреженным газом). По мере остывания плазмы ядра атомов приобрели электронные оболочки, т.е. появились химические элементы, стали возможны химические реакции и возникли химические соединения. Разделение планет Солнечной системы на две группы (внутренние и внешние) объясняется дифференциацией вещества газового диска под действием двух сил: тяготения и магнитного поля. Первая влекла частицы к центру системы пропорционально плотности вещества, вторая удерживала их в зависимости от заряда. Под воздействием обеих сил исходное вещество перераспределялось. Ядра и оболочки планет образовались в различное время: ядра возникли в результате слипания металлических частиц, преимущественно железа, на ранних стадиях формирования Солнечной системы, оболочки силикатного состава сформировались позднее вокруг металлических ядер. В дальнейшем происходил разогрев вещества планет, в процессе которого начались гравитационная дифференциация вещества мантии и образование отдельных сфер (рис. 3.4).

Формирование железокаменных ядер планет, как считает А. А. Маракушев, осложнялось импульсным вращением их гигантских флюидных оболочек и отделением спутников под действием центробежных сил. В спутниках концентрировался относительно легкий и бедный железом каменный материал, а ядра обогащались железом. Состав планет земной группы формировался в результате сложного процесса дифференциации их материнских протопланет, в огромных гелий-водородных оболочках которых развивалась жидкостная несмесимость с обособлением в них железо-силикатных расплавов, которые были подвержены влиянию, с одной стороны, сил гравитации, увлекающих богатые железом расплавы в тяжелые ядра, с другой — центробежных сил, вовлекающих более легкие силикатные и флюидно-силикатные расплавы в зарождающиеся спутниковые системы.

Весьма любопытным представляется факт установления каменно-силикатного состава практически всех обнаруженных спутников, даже тех, которые принадлежат газово-жидкостным планетам-гигантам. Эти разноразмерные тела могут быть астероидами, захваченными силой гравитационных полей планет, и тогда они чужеродны своим «родителям», или одновременными образованиями и тогда они характеризуют особенности планетной системы в целом. Таковы основные, известные на начало XXI в., сведения о планетах Солнечной системы и их спутниках. Все имеющиеся данные о строении и функционировании космических тел нашей Вселенной важны для познания ее истории, расшифровки эволюции каждой планеты, а главное — для понимания возникновения, существования и развития географической оболочки Земли и возможных путей ее эволюции. Они играют также важную роль в установлении космологической истории мира: как и когда возникали планетные скопления в Космосе; как они развивались и функционировали; что нас ожидает в будущем; уникальна ли жизнь во Вселенной или она существует и в других мирах.

Рис. 3.4. Схема образования современной Земли в результате гетерогенной аккреции (по Г. В. Войткевичу): 1 — сульфид-металлическая фаза; 2 — металлическая фаза; 3 — силикатная фаза

Земля — третья от Солнца и самая крупная из планет земной группы. Вместе со своим спутником Луной она образует систему — двойную планету.

Фигура Земли. Земля имеет самую совершенную из математических форм — шарообразную, со средним радиусом 6371,032 км. Сжатие, обусловленное осевым вращением, составляет l/300, что определяет разность экваториальной и полярной полуосей эллипсоида вращения в 21,383 км (6378,160 и 6356,777 км соответственно). В зависимости от цели исследования используют различные модели, считая их последовательными приближениями к истинной форме Земли.

Первое приближение — сфера. Это наиболее общая модель планеты. Сплюснутость Земли с полюсов в отдельных случаях не играет существенной роли. Сфера не имеет выраженной единственной оси симметрии — все ее оси равноправны, их бесчисленное множество, так же как и экваторов. Несоответствие сферической модели Земли ее реальной форме заметно проявляется при изучении горизонтальной структуры географической оболочки, характеризующейся выраженной поясностью и известной симметрией относительно экватора.

Второе приближение — эллипсоид вращения. Тип симметрии эллипсоида отвечает указанным выше особенностям формы Земли (выраженная ось, экваториальная плоскость симметрии, меридиональные плоскости). Эта модель используется в высшей геодезии для расчета координат, построения картографических сеток и др.

Третье приближение — трехосный эллипсоид.Установлено, что экваториальное сечение Земли также представляет эллипс, разность полуосей которого составляет всего около 200 м, а эксцентриситет — 1/30 000. Однако полярные полуоси северного и южного полушарий не одинаковы (вторая на 100—200 м короче первой), поэтому полярное сжатие южного полушария больше, чем северного. Такая сердцевидная фигура с осевой впадиной на южном полюсе и выпуклостью на северном получила название кардио-идального эллипсоида. Экваториальное сжатие свидетельствует о сложном внутреннем строении планеты, проявляющемся в несимметричном распределении масс. В географических исследованиях эта модель почти не используется.

Четвертое приближение — геоид (буквально — землеподобный). Геоид — геометрически неправильное тело, ограниченное уровенной (или изопотенциальной) поверхностью, совпадающей со средним уровнем Мирового океана. Эта поверхность представляет собой геометрическое место точек пространства, имеющих одинаковый потенциал силы тяжести, и не является горизонтальной плоскостью. Уровенная поверхность в любой точке перпендикулярна отвесу, благодаря чему можно проследить положение объектов — их отклонение (высоту или глубину) от невозмущенного состояния с помощью измерительных средств (например, альтиметров). Внутри материков поверхность геоида поднимается над поверхностью эллипсоида, в океанах — опускается. Некоторые свойства последнего приближения показаны на рис. 3.5 — 3.6.

Форма Земли зависит от размеров планеты, распределения плотностей и скорости осевого вращения.Ни один из этих факторов нельзя назвать стабильным. Вследствие глубинного сжатия радиус планеты сокращается приблизительно на 5 см за столетие, а значит, уменьшается и объем Земли. Однако это уменьшение носит пульсирующий характер, потому что его сменяют периоды расширения, вызываемые огромным количеством тепла, освобождаемого сокращением радиуса.

Описанные выше процессы отражаются и на скорости вращения Земли: при уменьшении радиуса скорость возрастает, при увеличении — замедляется. Следовательно, при вековой тенденции к уменьшению объема планеты скорость вращения должна увеличиваться. Но так как имеет место еще один (весьма мощный) фактор — приливное торможение, скорость вращения Земли в итоге систематически уменьшается. Это означает ослабление полярного сжатия Земли (оно изменяется пропорционально квадрату угловой скорости вращения планеты) и стремление земного эллипсоида перейти к форме шара. Однако следует иметь в виду, что из-за значительной вязкости вещества планеты изменение ее фигуры будет несколько отставать от изменения скорости вращения. Современная форма Земли отвечает не теперешней скорости, а той, которая была около 10 млн лет назад.

Рис. 3.5. Отклонение (м) поверхности геоида от эллипсоида вращения (Мир географии, 1984)

Рис. 3.6. Соотношение положений поверхности литосферы (I), геоида (//) и эллипсоида вращения (///): 1 — литосфера; 2 — океан

Длительное уменьшение полярного сжатия должно привести к уменьшению экваториального вспучивания Земли и поднятию приполярных областей, увеличение сжатия — к восстановлению экваториальной «опухоли» и погружению приполярных районов. Первый случай создает благоприятные условия для возникновения океана в экваториальной области и материков в полярных и умеренных широтах, второй — для занятия экваториальных районов материками, а умеренных и полярных — океаном. Современное распределение суши и океана отражает ослабление полярного сжатия в Северном полушарии и его увеличение в Южном полушарии. По-видимому, в ходе векового уменьшения полярного сжатия Земли Северное полушарие опережает Южное.

Главное географическое значение формы Земли состоит в том, что она обусловливает зональное распределение тепла на земной поверхности (убывание от экватора к полюсам), и, следовательно, зональность всех явлений, зависящих от теплового режима.

Модели строения Земли. Первая модель, которая разработана В.М.Гольдшмидтом в первой четверти XX в., основана на аналогии процессов дифференциации элементов при доменной плавке и в расплавленной Земле. В соответствии с этой моделью металл погружается к центру Земли, образуя ядро плотностью около 7 г/см3, а на поверхность всплывает наиболее легкий «шлак» — силикатное вещество, образующее магматические породы земной коры (плотность ниже 3 г/см3). Между ними располагается исходное вещество — мантия. Основным фактором дифференциации Гольдшмидт считал атомные объемы элементов. Элементы с минимальными атомными объемами, соединяясь с железом (сидеро-фильные элементы), образовали ядро. Элементы с максимальными атомными объемами и некоторые другие, обладающие сходством с кислородом (литофильные элементы), составили земную кору и верхнюю мантию — литосферу. Элементы, способные соединяться с серой (халькофильные элементы), образовали сульфидно-оксидную оболочку нижней мантии.

Через 10 лет после гипотезы В.М.Гольдшмидта академик А. Е. Ферсман предложил свою модель внутреннего строения Земли. Он выделил следующие геосферы: гранитно-базальтовую кору (до 70 км от поверхности), перидотитовую (оливиновую) оболочку (до глубины 1200 км), рудную оболочку (до глубины 2450 км) и ядро, состоящее из никелистого железа.

В модели Гутенберга—Буллена использована индексация геосфер, популярная и в настоящее время. Авторы выделяют: земную кору (слой А) — гранит, метаморфические породы, габбро; верхнюю мантию (слой В); переходную зону (слой С); нижнюю мантию (слой D), состоящую из кислорода, кремнезема, магния и железа. На глубине 2900 км проводят границу между мантией и ядром. Ниже находится внешнее ядро (слой Е), а с глубины 5120 м — внутреннее ядро (слой G), сложенное железом.

Предположения о внутренней неоднородности («сферности») Земли основаны как на правилах дифференциации вещества, так и на имеющихся данных об изменении скоростей и направлений геофизических векторов (сейсмических, магнитных, электрических волн) при их распространении в глубь планеты. Именно последние послужили основой выделения внутренних сфер — земной коры, мантии, ядра. Однако известно, что такие изменения возникают не только при изменении состава вещества. Геофизически установленные границы, конечно, реальны, но их нельзя объяснить исключительно сменой элементного состава вещества. Непосредственные наблюдения на Кольской сверхглубокой скважине показали, что аналогичная граница проходит внутри одинаковых по составу горных пород, но находящихся в разном состоянии. Кроме того, большая часть гипотез исходит из признания того, что вещества, послужившие основой для образования земных оболочек, были близки к современным, а их химические реакции и процессы минералообразования сходны с наблюдаемыми ныне.

Новую гипотезу строения Земли предложил в середине 70-х годов XX в. В. Н. Ларин. Согласно его представлениям, при возникновении сфер первостепенное значение имела не гравитационная дифференциация, а магнитная сепарация вещества. Исходным материалом послужили не отдельные элементы, а их соединения в виде гидридов и карбидов металлов. Разложение гидридов, обладающих повышенной плотностью и выделяющих энергию при своем распаде, обусловило процессы окисления и образование силикатов протопланет. В этой модели дано объяснение источника внутренней энергии планет с выделением огромной энергии (тип водородных реакторов), обусловливающей процессы дегазации вещества, образование оксидов, зонные плавки и др. Кислородно-водородная (изначально гидридная) модель объясняет возникновение земных оболочек не столько дифференциацией вещества, сколько химическими реакциями, происходящими при возгонке водорода, когда меняются состав вещества и его свойства: от центра к периферии Земли идет многократное разуплотнение исходного материала и смена восстановительных условий окислительными.

Происхождение Земли. Вопрос о происхождении нашей планеты непосредственно связан с космогоническими гипотезами, объясняющими образование Солнечной системы в целом. Распад протопланетного диска на отдельные компоненты с образованием большого числа твердых и довольно крупных (до нескольких сотен километров в диаметре) тел — планетезималей, их последующее скопление и соударение способствовали аккреции Земли как небесного формирования. Продолжают дискутироваться следующие вопросы: какой, холодной или горячей, однородной (гомогенной) с последующим развитием слоев или неоднородной (гетерогенной) с одновременным расслоением вещества вышла Земля из стадии аккреции? Как формировались ее внутренние оболочки, прежде всего ядро и мантия? По мнению В. Е. Хаина (1994), вероятным сценарием начальной стадии развития Земли были: 1) быстрая аккреция с участием не только мелких, но и более крупных планетезималей, возможно, с тенденцией некоторого обогащения ранних порций аккретирующего вещества более тяжелыми, металлическими компонентами; 2) разогрев в процессе аккреции вплоть до частичного плавления, приведшего к началу дифференциации Земли на ядро и мантию. Возможный способ образования планеты подтверждается геохимическими закономерностями распределения элементов и реализуется в моделях строения Земли.

Гипотеза образования Земли и планет в быстро вращающейся протосолнечной небуле разработана японскими исследователями на основе представлений об аккумуляции твердых тел и частиц (силикатных и металлических). Согласно этой гипотезе, в течение всего периода формирования Земля оставалась окруженной протосолнечной небулой (туманностью).В результате гравитационного притяжения вокруг нее возникла флюидная оболочка (в 200 раз массивнее современной атмосферы), препятствующая потере аккреционного тепла. Температура достигла значений (более 4000 К), достаточных для расплавления, что определило расслоение Земли на оболочки. После этого флюидная оболочка Земли была удалена под воздействием солнечного ветра, ультрафиолетового и теплового излучения Солнца.

Положение Земли в пространстве, физические поля, строение поверхности, форма и размеры небесного тела оказывают существенное влияние на ее взаимодействие с Космосом, однако и Космос оказывает свое воздействие на Землю.

Солнечно-земные связи. Генеральная схема солнечно-земных связей включает электромагнитное и корпускулярное излучения (рис. 3.7), которые обусловливают ряд процессов и явлений во всех геосферах (например, полярные сияния, магнитные бури и связанные с ними последствия). Активность Солнца различна, выделяют периоды, когда в результате происходящих на Солнце процессов наша планета получает дополнительное (по сравнению с излучением Солнца в спокойном состоянии) излучение, которое влияет на характер многих земных процессов.

Под солнечной активностью обычно понимают совокупность всех физических и энергетических изменений, происходящих на Солнце и вызывающих на нем видимые образования: пятна и факелы в фотосфере, флоккулы и вспышки в хромосфере, протуберанцы в короне.

Солнечная вспышка — взрывообразное высвобождение большого количества энергии, происходящее обычно вблизи больших групп солнечных пятен. Вспышка сопровождается резким возрастанием яркости излучения во всех диапазонах волн, а также выбросом плазменных частиц, которые воздействуют на межпланетную среду и планеты.

Рис. 3.7. Схема солнечно-земных связей (по Л.И.Мирошниченко)

Более 350 лет назад, сразу же после открытия телескопа, было обнаружено, что на ослепительно ярком диске Солнца время от времени появляются пятна. В последующем было установлено, что температура в области пятен на 1000—1500 К ниже температуры поверхности Солнца, вследствие чего они кажутся относительно темными и хорошо заметны на фотосфере. Продолжительность существования солнечных пятен различна и колеблется от нескольких часов до месяцев. Размеры пятен также непостоянны и изменяются от нескольких сотен до десятков и сотен тысяч километров в поперечнике. Пятна концентрируются главным образом в широтных зонах от 5° до 35-40° каждого полушария Солнца и отсутствуют в полярных и экваториальных областях.

Согласно одной из гипотез, более низкие температуры в области расположения солнечных пятен связаны с процессами неравномерного конвективного перемешивания основных солнечных газов — водорода и гелия, в результате чего конвективный поток, подойдя к фотосфере, имеет более низкую температуру, чем окружающие его участки. По другим представлениям, более низкая по сравнению с фотосферой температура в области солнечного пятна обусловлена тем, что часть тепловой энергии пятна превращается в энергию его магнитного поля.

Для количественной характеристики солнечной активности используют разные числовые показатели, установленные в основном эмпирическим путем. Среди них — число (индекс) Вольфа, которое вычисляется по формуле