Планеты земной группы

Луна

Солнце

Центральное тело нашей планетной системы – Солнце – ближайшая к Земле звезда, представляющая собой раскаленный плазменный шар. Это гигантский источник энергии: мощность излучения его очень велика – около 3,86 10²³ кВт. В настоящее время принято считать, что в недрах Солнца при огромнейших температурах – около 15 млн. градусов – и чудовищных давлениях протекают термоядерные реакции, которые сопровождаются выделением огромного количества энергии. Одной из таких реакций может быть синтез ядер водорода, при котором образуются ядра атома гелия. Подсчитано, что в каждую секунду в недрах Солнца 564 млн. т водорода преобразуются в 560 млн. т гелия, а остальные 4 млн. т водорода превращаются в излучение. Термоядерная реакция будет происходить до тех пор, пока не иссякнут запасы водорода. В настоящее время они составляют около 60 % массы Солнца.

Почти вся энергия Солнца генерируется в его центральной области, откуда переносится излучением, а затем во внешнем слое передается конвекцией. Температура поверхности Солнца – фотосферы составляет около 6000 °К.

Наше Солнце – источник не только света и тепла: его поверхность излучает потоки невидимых ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, а также элементарных частиц. Солнечный ветер, воздействуя на геомагнитное поле с освещенной стороны, сжимает его примерно в 2,5 раза и вытягивает магнитные силовые линии полярных областей в хвост магнитосферы, который формируется в ночной стороне Земли.

Распределение плазмы Солнца в магнитосфере Земли в плоскости полуденного меридиана представлено на рис. 5.2.1.

Pиc. 5.2.1. Распределение плазмы в магнитосфере; плоскость полуденного меридиана;

1-внутренний, 2-внешний радиационные пояса Земли.

Хвост магнитосферы достигает нескольких сот радиусов Земли. Вспышки на Солнце формируют в магнитосфере ударные волны, которые вызывают геомагнитные бури. Интенсивность геомагнитных бурь зависит от уровня солнечной активности.

Радиационные пояса Земли (рис. 5.2.1) – это области пространства, заполненные заряженными частицами, захваченными магнитным полем Земли. Потоки этих частиц на много порядков превышают потоки частиц космических лучей, поэтому первые же полеты спутников на больших высотах привели к открытию радиационных поясов Земли. Впервые внутренний радиационный пояс был зарегистрирован американским ученым Дж. Ван-Алленом, а внешний радиационный пояс – советскими учеными во главе с С. Н. Верновым и А. Е. Чудаковым.

Для проникающей радиации, т.е. для электронов и протонов сравнительно больших энергий (электронов с энергией >100 кэв и протонов с энергией >30 Мэв), разделение на внутренний и внешний пояса является очень четким, причем протоны с энергией >30 Мэв существуют только во внутреннем радиационном поясе, а во внешнем поясе их нет. Для электронов с энергией меньше 100 кэв область минимума интенсивности между внутренним и внешним поясами выражена более слабо, а протоны малых энергий (~1-2 Мэв) в этом районе имеют максимальную интенсивность.

Разделение радиационных поясов на внутренний и внешний имеет значение также и с другой точки зрения. Оказывается, что радиация, захваченная в области внутреннего радиационного пояса, почти не подвержена временным изменениям, в то время как радиация в области внешнего пояса испытывает разнообразные и значительные временные вариации как по интенсивности, так и по распределению в пространстве.

После открытия радиационных поясов Земли стала ясна их тесная связь с магнитными бурями, полярными сияниями, поглощением космического радиоизлучения в полярных областях и другими геофизическими явлениями, связанными с солнечной активностью.

Магнитное поле Земли убывает по мере удаления от ее поверхности и с некоторых расстояний начинает эффективно испытывать воздействие межпланетной среды, особенно корпускулярных потоков Солнца, называемых «солнечным ветром». Это воздействие приводит к тому, что с дневной стороны происходит поджатие геомагнитного поля, а с ночной – его растяжение, а само поле оказывается ограниченным в определенной области пространства, называемой магнитосферой Земли. Внутри магнитосферы магнитное поле определяется силовыми линиями или линиями магнитной индукции магнитного поля Земли, а вне магнитосферы – межпланетной средой. Особенно важным с этой точки зрения является недавно открытый с ночной стороны Земли так называемый магнитный хвост Земли, простирающийся на очень большие расстояния, вплоть до орбиты Луны. В этом «хвосте» магнитные силовые линии на ночной стороне, вытянутые в сторону от Солнца, начиная с расстояний 8-9 радиусов Земли, образуют узкий нейтральный слой в плоскости эклиптики, напряженность магнитного поля, в котором практически равна нулю. Предполагается, что в этом нейтральном слое могут осуществляться условия, необходимые для ускорения частиц до энергий, наблюдаемых в радиационных поясах и в полярных сияниях.

В результате взаимодействия с магнитосферой Земли частицы солнечного ветра, имеющие скорость 300 - 800 км/сек, на расстоянии 12-15 радиусов Земли образуют ударную волну. Эта ударная волна подобна той, которая возникает перед телом, обдуваемым потоком воздуха (например, в аэродинамической трубе), имеющим сверхзвуковую скорость. В области между фронтом ударной волны и границей магнитосферы (магнитопаузой) поток частиц солнечного ветра в значительной степени турбулизован.

Подобно тому как наша Земля обращается вокруг Солнца, вокруг Земли движется Луна – естественный спутник нашей планеты. Луна меньше Земли, её поперечник составляет около одной четверти земного диаметра, а масса в 81 раз меньше массы Земли. Поэтому сила тяжести на Луне в 6 раз меньше, чем на нашей планете. Слабая сила притяжения не позволила Луне удержать атмосферу, по той же причине не может быть на её поверхности и воды. Открытые водоемы быстро испарились бы, а водяной пар улетучился бы в космос.

Поверхность Луны весьма неровная: она покрыта горными хребтами, кольцевыми горами – кратерами и темными хребтами равнинных областей, называемых морями, на которых наблюдаются мелкие кратеры. Предполагается, что кратеры имеют метеоритное происхождение, т.е. образовались в местах падения гигантских метеоритов.

Возраст самых молодых пород – около 2,6 млрд. лет, а возраст более древних пород не превосходит 4 млрд. лет.

На поверхности Луны образовался рыхлый слой, покрывающий основную породу – раголит, состоящий из осколков магматических пород, шлакообразных частиц и застывших капель расплавленной магмы. Предполагается, что около 95% пород, покрывающих лунную поверхность, находится в магматическом состоянии.

Температура лунной поверхности составляет 100-400 ° К. Луна находится в среднем на расстоянии 384400 км от Земли. Преодолев такое расстояние, 21 июля 1969 г. американский астронавт Н. Армстронг впервые ступил на поверхность Луны – сбылась давняя сказочная мечта полета человека на Луну.

Объединенные в одну группу планеты Меркурий, Венера, Земля, Марс, хотя и близки по некоторым характеристикам, но все же каждая из них имеет свои неповторимые особенности (рис. 5.2.2).

Меркурий – самая малая планета в земной группе. Эта планета не смогла сохранить атмосферу в том составе, который характерен для Земли, Венеры, Марса. Ее атмосфера крайне разрежена и содержит Аг, Nе, Не. Атмосфера Земли отличается относительно большим содержанием кислорода и паров воды, благодаря которым обеспечивается существование биосферы.

Рис. 5.2.2. Планеты Солнечной системы.

На Венере и Марсе в атмосфере содержится большое количество углекислого газа при очень малом содержании кислорода и паров воды – всё это характерные признаки отсутствия жизни на данных планетах. Нет жизни и на Меркурии: отсутствие кислорода, воды и высокая дневная температура (620° К) препятствуют развитию живых систем. Планеты Меркурий и Венера спутников не имеют. Природные спутники Марса – Фобос и Деймос.