Планеты земной группы. Система «Земля — Луна». Природа Луны
Солнечная система - это система планет, в центре которой находится яркая звезда, источник энергии, тепла и света - Солнце.
В центре Солнечной системы находится Солнце, вокруг которого по орбитам вращаются восемь крупных планет. Так как Солнце смещено от центра планетарных орбит, то за цикл оборота вокруг Солнца планеты то приближаются, то отдаляются по своим орбитам.
Планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Эти планеты небольшого размера с каменистой поверхностью, они находятся ближе других к Солнцу.
Планеты гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Это крупные планеты, состоящие в основном из газа и им характерно наличие колец, состоящих из ледяной пыли и множества скалистых кусков.
Планеты в этих группах сходны между собой по физическим условиям.
А вот Плутон не попадает ни в одну группу, т.к., несмотря на свое нахождение в Солнечной системе, слишком далеко расположен от Солнца и имеет совсем небольшой диаметр, всего 2320 км, что в два раза меньше диаметра Меркурия.
Планеты земной группы - Меркурий, Венера, Земля и Марс отличаются от планет-гигантов меньшими размерами, меньшей массой, большей плотностью, более медленным вращением, гораздо более разреженными атмосферами, малым числом спутников или их отсутствием.
Вспомним, что:
Для Земли Звездные сутки равны 23ч. 56мин. 4с. Это то время, которое нужно звезде, чтобы, два раза последовательно пересечь небесный меридиан (Звездный период).
Солнечные сутки равны 24 часам - это промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через небесный меридиан (в полдень) (Синодический период).
Солнечные сутки примерно на 4 мин длиннее звездных из-за того, что Земля одновременно вращается вокруг своей оси и обращается вокруг Солнца. Поэтому для нового появления Солнца на небесном меридиане Земле необходимо повернуться вокруг своей оси чуть больше одного раза.
Причиной четырехминутной разницы между звездными и солнечными сутками является Обращение Земли вокруг Солнца.
Вращение: Это ближайшая к Солнцу планета, немногим больше Луны, но средняя плотность ее почти такая же, как и у Земли. Радиолокационные наблюдения обнаружили крайне медленное вращение Меркурия.
Звездные сутки его, т. е. период вращения вокруг оси относительно звезд, равны 58,65 наших суток (вращение вокруг собственной оси).
Солнечные сутки (промежуток времени, за который небесное тело совершает 1 поворот вокруг своей оси относительно центра Солнца, т. е. промежуток времени между последовательными полуднями). на этой планете составляют около 176 земных суток. Они равны двум меркурианским годам, так как один оборот вокруг Солнца Меркурий делает за 88 земных суток.
Атмосфера: Атмосфера на Меркурии практически отсутствует. Поэтому дневное полушарие его сильно накаляется. В подсолнечной точке на Меркурии была измерена температура более 400°С. При такой температуре плавится свинец, олово и даже цинк.
Рельеф: Поверхность Меркурия усеяна кратерами так, что на фотографиях ее трудно отличить от поверхности Луны. Сходны они также отражательной способностью и теплопроводностью поверхностного слоя. Заметным различием является малое число впадин, подобных лунным "морям". Крупнейшая из них - море Зноя - имеет диаметр около 1300 км.
Сравнение Луны и Меркурия в одинаковой фазе: Луна - слева, Меркурий - справа (масштаб этих фотографий неодинаков)
Меркурий. Анимация на основе космических снимков (https://pikabu.ru/story/merkuriy_animatsiya_na_osnove_kosmicheskikh_snimkov_1024902)
Эта планета лишь немногим меньше Земли по объему и массе.
Вращение: Радиолокационные наблюдения выявили, что Венера вращается вокруг оси в сторону, противоположную той, в которую вращаются все планеты (кроме Урана) и в которую она сама обращается вокруг Солнца. Солнечные сутки на ней составляют 117 земных суток.
Наклон оси Венеры к плоскости ее орбиты близок к прямому углу, так что северное и южное полушария всегда освещаются Солнцем одинаково.
Вращение Венеры (http://www.gifmania.co.uk/Space-Animated-Gifs/Animated-Astronomy/Planet-Venus/?p)
Атмосфера: У поверхности зарегистрирована температура 470-480 °С и давление примерно в 100-раз больше атмосферного на Земле (≈107Па). На 97% по массе атмосфера Венеры состоит из углекислого газа. Азот и инертные газы составляют лишь несколько процентов, кислород - около 0,1%, а водяной пар еще меньше.
В атмосфере Венеры зарегистрированы грозовые разряды.
В видимых лучах облака Венеры совершенно однородны и белы, но в ультрафиолетовых отчетливо видна структура облачного слоя, говорящая о движениях газа, происходящих в верхних слоях атмосферы. Скорость ветров, составляющая всего несколько метров в секунду в нижних слоях атмосферы, на высотах около 50 км достигает 60 м/с. Через облака Венеры (состоящие, по-видимому, из капелек серной кислоты с небольшой примесью других химических соединений) поверхность планеты не видна.
Облака Венеры (https://imgarcade.com/venus-rotation-gif.html)
Рельеф: На ней найдены горные хребты и кратеры.
Анализ содержания радиоактивных калия, урана и тория в поверхностных породах Венеры показал их сходство с земными базальтовыми породами.
Магнитное поле: Венера единственная планета Солнечной системы не имеющая собственного магнитного поля.
3) Mapc
Mapc вдвое меньше Земли по диаметру. На Марсе можно заметить белые полярные шапки, темные пятна ("моря") на общем оранжево-красном фоне марсианских "пустынь".
Вращение: Его орбита имеет значительный эксцентриситет, поэтому, когда Марс находится в противостоянии вблизи перигелия, он сияет на небе, уступая по яркости только Венере. Такие противостояния называются великими и повторяются через 15 и 17 лет.
Год Марса почти вдвое длиннее земного, есть там и смена времен года, так как ось суточного вращения Марса наклонена к плоскости его орбиты, почти как земная.
Вращение Марса (https://imgur.com/gallery/SdBaGHD/comment/431884524)
Атмосфера: Атмосфера планеты очень разрежена и ее давление примерно в 100 раз меньше земного. В основном она состоит из углекислого газа. Кислорода и водяных паров в ней крайне мало. Условия на Марсе суровые. Даже на экваторе летом температура редко поднимается до 0°С, а к ночи падает до жестокого мороза (-70; -100°С). Суточные температурные изменения на Марсе достигают 80-100°С.
Особенно холодно на полюсах (до - 130°С). В таких условиях замерзает не только вода, но и углекислый газ, которые образуют белый покров, хорошо видимый у полюсов, но имеющийся ив других частях планеты.
В атмосфере Марса (в отличие от Венеры) лишь иногда можно наблюдать редкие белые облака и туманы чаще над полярными шапками.
Изредка на Марсе происходят мощные пылевые бури, иногда длящиеся месяцами, поднимающие в атмосферу колоссальнейшие количества мельчайших пылинок. Таким образом, подтверждается существование там песчаных пустынь, определивших собой оранжевый цвет Марса в целом. Судя по пылевым бурям, на Марсе могут быть сильные ветры, дующие со скоростями в десятки метров в секунду.
Рельеф: Марс, подобно Луне и Меркурию, усеян кратерами. Форма марсианских кратеров свидетельствует о явлениях выветривания и выравнивания его поверхности.
Сравнение кратеров (слева направо) на Марсе, Луне и Меркурии
На Марсе обнаружено несколько гигантских, по-видимому, давно потухших вулканов. Высота самого большого из них составляет 27 км. Между отдельными участками поверхности планеты, как и на Земле, имеются большие перепады высот.
Обнаружены на Марсе и каньоны, которые по своим масштабам и форме напоминают земные русла высохших рек.
Исследования марсианского грунта, проведенные автоматическими станциями на поверхности планеты, позволяют сделать вывод о сходстве пород с земными и лунными, а красноватый оттенок ее объяснить наличием гидратов оксидов железа.
Биологические эксперименты по обнаружению органических соединений и живых организмов (хотя бы в форме бактерий), проведенные автоматическими космическими аппаратами "Викинг-1 и -2", не привели к положительному результату.
Магнитное поле: Магнитное поле Марса значительно слабее земного. Магнитные полюса не совпадают с физическими. Это говорит о том, что железное ядро Марса находится в сравнительной неподвижности по отношению к его коре.
4) Земля
Атмосфера: Планета Земля обладает атмосферой, которую удерживают силы гравитации, в состав атмосферы входят важные элементы водорода, углерода, которые делают возможным на Земле жизнь. Атмосфера состоит из нескольких слоев, нижний из которых - тропосфера находится на 10-15 км от поверхности Земли. В этом слое формируются облака и другие природные явления, температура тропосферы -40° C -50° C. Выше расположен другой слой - стратосфера, который содержит газ озон, он поглощает волны солнечной радиации, под воздействием которых в стратосфере температура повышается до +15° C. Еще выше - ионосфера, где температура понижается до -90° C.
Вращение Земли (https://myearthscience.com/astronomy/earths-motions/)
Рельеф: Поверхность Земли состоит на 2/3 из воды, остальная часть это континенты, где и в воде и на суше развивается жизнь. Кислород на Земле, не критическая температура на поверхности планеты и другие свойства дали благоприятную возможность для существования растительного, животного мира и жизни человека на Земле.
Оси вращения планет земной группы
Луна - самое близкое к Земле небесное тело, и потому изучена лучше всего. Ближайшие к нам планеты находятся примерно в 100 раз дальше. Луна меньше Земли по диаметру вчетверо, а по массе в 81 раз. Средняя ее плотность 3,3*103 кг/м3, т. е. меньше, чем у Земли. Вероятно, у Луны ядро не такое плотное, как у Земли.
Атмосфера: На Луне нет атмосферы, смягчающей палящее солнечное излучение и защищающей от космических лучей и потоков микрометеоров. Нет там ни облаков, ни воды, ни туманов, ни радуги, ни зари с рассветом. Тени резкие и черные.
Частые удары метеоритов, падающих на лунную поверхность, дробят ее на мелкие осколки и пылинки. В условиях вакуума происходит молекулярное сцепление этой пыли в пористый шлакоподобный слой. Такая структура поверхностного слоя придает ему малую теплопроводность. В результате даже на небольшой глубине температура сохраняется постоянной, несмотря на ее сильные колебания снаружи.
Большую часть поверхности Луны занимают более светлые возвышенности - "материки".
Есть несколько горных хребтов, названных, подобно земным, Альпами, Кавказом и т. д. Высота гор достигает 9 км. Но основной формой рельефа являются кратеры. Их кольцевые валы высотой до нескольких километров окружают большие круглые впадины диаметром до 200 км, например Клавий и Шиккард. Всем крупным кратерам даны названия в честь ученых. Так, на Луне есть кратеры Тихо, Коперник и др.
В центре кратера часто видна горка, в действительности это группа гор. Кратерные стены обрываются террасами круто внутрь. Дно кратеров лежит ниже окружающей местности.
Цирк Альфонс, в котором наблюдалось выделение вулканических газов
Вся поверхность Луны изрыта мелкими кратерами - пологими углублениями - это результат ударов мелких метеоритов.
С Земли видно только одно полушарие Луны.
В 1959 г. советская космическая станция, пролетая мимо Луны, впервые сфотографировала невидимое с Земли полушарие. Принципиально оно не отличается от видимого, но на нем меньше "морских" впадин.
Теперь составлены подробные карты этого полушария на основании многочисленных фотографий Луны, выполненных с близкого расстояния автоматическими станциями, посылавшимися к Луне. Аппараты неоднократно опускались и на ее поверхность.
Химический анализ образцов лунного вещества показал, что породы Луны не столь разнообразны, как земные, и сходны по составу с базальтами.
Посылались на Луну и советские автоматические самоходные лаборатории - луноходы, выполнившие много научных измерений и анализов грунта и прошедшие по Луне значительные расстояния - несколько десятков километров. Даже в тех местах лунной поверхности, которые с Земли выглядят ровными, грунт изобилует воронками и засыпан камнями всевозможных размеров.
Вид внутренности вала и центральной горки кратера Коперник, сфотографированы искусственным спутником Луны сбоку.
В формировании рельефа Луны, по-видимому, принимали участие и внутренние, и внешние силы. Роль тектонических и вулканических явлений несомненна, так как на Луне есть линии сброса и цепочки кратеров, имеющих сходство с лавовыми озерами Гавайских островов. Что касается лунных "морей", то они, по-видимому, образованы проплавлениями лунной коры и излияниями лавы на поверхность. Однако на Луне не обнаружено пород моложе 2 млрд. лет, и это говорит о давнем прекращении магматической и вулканической активности.
Большинство лунных кратеров образовалось при ударах метеоритов и даже астероидов. На Земле также есть кратеры ударного происхождения.
Аризонский метеоритный кратер
Магнитное поле: Советские космические станции установили отсутствие у Луны магнитного поля и поясов радиации. Магнитное поле Луны за последние 20 лет активно изучалось человеком. Луна лишена дипольного поля. Из-за этого межпланетное магнитное поле не замечает Луны, и магнитные линии свободно проходят сквозь спутник. На Луне обнаружено 2 типа магнитных полей: постоянные и переменные.
Постоянные поля создаются от намагниченных пород поверхности. Они быстро меняются от одной точки к другой. А переменные поля возникают в недрах Луны из-за межпланетных магнитных полей.
Задачи:
1. С Земли на Луне в телескоп видны объекты размером 1 км. Каков наименьший размер деталей, видимых с Земли на Марсе в такой же телескоп во время противостояния (на расстоянии 55 млн. км)?
DЗ-Л=3,8*105км
Составим пропорцию: 1км – 3,8*105 км
Хкм – 550*105 км
Х= 145км
2. Чему был бы равен угловой диаметр Солнца, наблюдаемого с Марса? Среднее расстояние от Марса до Солнца составляет 228 млн км. Радиус Солнца 696 000км.
D
=228 000 000 км
r = Dsin φ
φ = r*206265"/D.
r = 696 000км Угловой диаметр = 2 φ
φ-?
φз=10,5′ Угловой диаметр 21′
3. Море Москвы, расположенное на невидимой стороне Луны, имеет поперечник d ≈ 300 км. Можно ли было бы увидеть его с Земли невооружённым глазом, если бы оно находилось на обращённом к Земле полушарии Луны? Ответ обоснуйте, принимая во внимание, что разрешающая способность глаза α = 1′.
d ≈ 300 км. Минимальный размер r объекта, видимого невооружённым
α = 1′=60". глазом, определим по формуле: r = Dsin φ r = D φ /206265 "
DЗ-Л=3,8*105км r=111км
Так как r>d, Море Москвы можно было бы увидеть невооружённым глазом.
4 На краю Луны видна с Земли гора в виде зубца высотой 1". Рассчитайте ее высоту в километрах. С учётом того, что линейный диаметр Луны d ≈ 3480 км, а угловой диаметр φ = 30′
d ≈ 3480 км
φ
= 30′=1800"
h = d* sin α /sin φ= d* α / φ
α = 1". h = 1,9км
Контрольные вопросы:
1. Видны ли с Луны те же созвездия (видны ли они так же), что и с Земли?
2. Какая планета ближайшая к Солнцу?
3. Какие наблюдения Луны, которые может провести каждый, доказывают, что там происходит смена дня и ночи?
4. Почему на Марсе происходят более резкие, чем на Земле, колебания температуры в течение суток?
5. У какой планеты наблюдаются сильные пылевые бури, иногда длящиеся месяцами?
6. У какой планеты наклон оси к плоскости ее орбиты близок к прямому углу, так что северное и южное полушария всегда освещаются Солнцем одинаково.
На следующие вопросы дайте односложные ответы — «да» или «нет».
1. Является ли Луна ближайшим к Земле небесным телом?
2. Имеется ли на Луне атмосфера?
3. Смог ли бы космонавт на Луне воспользоваться компасом для ориентирования, как путешественник на Земле?
4. Характерны ли для Луны резкие смены температур?
5. Похоже ли Лунное вещество на вулканические земные породы — базальты?
6. Имеются ли в Лунных породах следы органических соединений?
7. Верно ли утверждение, что возраст лунных пород составляет около 4.5 млрд лет?
8. Связаны ли с Луной явления приливов и отливов на Земле?
9. Имеется ли в лунных морях вода?
10. Являются ли кратеры самыми многочисленными образованиями на Луне?
11. Верно ли, что Луна повёрнута к Земле всегда одной стороной?
12. Можно ли изучать внутреннее строение Луны по записям сотрясений от ударов метеоритов по её поверхности?
13. Ось вращения Луны почти перпендикулярна плоскости её орбиты. Будет ли на небе Луны α Малой Медведицы играть роль Полярной звезды?
Домашнее задание:
Задача. На краю лунного диска видна гора, выступающая над ним на α = 0.03′. С учётом того, что линейный диаметр Луны d ≈ 3480 км, а угловой диаметр φ = 30′, найдите высоту этой горы в километрах
Задание 1: Используя карту Луны, найдите и подпишите следующие объекты: моря (Кризисов, Изобилия, Облаков, Спокойствия), горные хребты (Альпы, Кавказ), кратеры (Архимед, Аристотель).
Задание 2: Подготовить презентацию «Планеты Солнечной системы» по одной из тем:
1. Происхождение солнечной вселенной
2. Планета Марс
3. Связь Луны с приливами и отливами на Земле
4. Фазы Луны
5, Планеты Венера
6. Планета Меркурий
7. Планета Змля