Происхождение и структура планет Солнечной системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Происхождение и структура планет Солнечной системы



Введение

Актуальность темы обусловлена тем, что единой, завершённой теории образования галактик (как и звезд, планет) пока не существует. Процесс возникновения Солнечной системы, а также формирование Земли и жизни на ней особенно важен, ведь это позволит понять, при каких условиях возникла человеческая цивилизация и, соответственно, есть ли ещё жизнь во Вселенной, так как все процессы в ней закономерны и, следовательно, должны существовать системы подобные Солнечной и другие формы жизни. Более того, все мы знаем, что Вселенная не статична, как и все её “составляющие”, поэтому изучение процессов, происходящих в ней, тоже очень важно для того, чтобы знать, что может ожидать нашу цивилизацию в будущем, но не в масштабах 5-10 лет, а в гораздо больших, сотни, тысячи и миллионы лет. Также вполне очевидно, что планета Земля не всегда сможет обеспечивать потребности человечества, которые необходимы не только для его существования, но и для его развития, поэтому, чтобы избежать угрозы вымирания и деградации, необходимо искать новые источники ресурсов и изучение структуры других планет также способствует продвижению в этом вопросе.

Таким образом, цель данной работы - изучение развития представлений о происхождении планет Солнечной системы и рассмотрение их структуры.



1. Развитие и эволюция представлений о происхождении планет Солнечной системы

Гипотезы о происхождении планет Солнечной системы

Вопросами происхождения планет Солнечной системы занимается космогония. Полного и исчерпывающего ответа на этот вопрос наука сейчас не может дать.

“Гипотеза” Анаксимиандра

В качестве первоначала всего сущего Анаксимандр считает апейрон (беспредельное). В его интерпретации апейрон не является ни водой, ни воздухом, ни огнем. “Апейрон есть не что иное, как материя”, которая находится в вечном движении и порождает бесконечное множество и многообразие всего существующего. Признавая апейрон материей, рассматриваемую как обобщенное абстрактное первоначало, приближающееся по своей сущности к понятию и включающее в себя существенные свойства природных элементов

Гипотеза Демокрита

По его мнению, бесконечное движение атомов приводит их к совпадению, взаимной встрече и столкновению сначала отдельных атомов, а потом и целых комплексов. Под влиянием этого столкновения образуется единый вихрь, в котором атомы кружатся, наталкиваются друг на друга, соединяются и разделяются. При этом подобные отходят к подобным. Имеющие одинаковый вес, вследствие большого скопления, больше не в состоянии кружиться и образуют различные соединения. Тонкие тельца отступают в наружные части пустоты, как бы пролетая к периферии. Прочие же остаются в центре и образуют некое шарообразное соединение. Из этой шарообразной массы отделяется нечто вроде "оболочки", которая в виде неба простирается над всем миром. Более плотные и тяжелые тельца собираются в середине и образуют землю, занимающую центр мироздания. По Демокриту, Вселенная бесконечна и бесконечно в ней количество миров. В средние века царила доктрина теологии, то есть божественное учение о происхождении Вселенной и, соответственно, нашей Солнечной системы, поэтому следующие гипотезы появляются только в 18 веке (эпоха просвещения), когда развивалась наука, а влияние церкви, в свою очередь, уменьшалось.

Гипотеза Декарта

Несмотря на авторитет церкви Декарт бросил ей вызов и сформулировал свою версию происхождения Солнечной системы. Гипотеза образования Солнечной системы, предложенная в 1644 г. Декартом, имеет заметное сходство с теорией, признанной в настоящее время. По представлениям Декарта, Солнечная система образовалась из первичной туманности, имевшей форму диска и состоявшей из газа и пыли (монистическая теория).

Гипотеза Канта-Лапласа

В 1755 году в своем труде «Общая естественная история и теория неба» Кант предположил, что Солнечная система образовалась из космического облака, или «хаоса». Формируясь из сгущений, возникших в первичной туманности, планеты отдалялись от нее и от Солнца центробежными силами. У Канта, таким образом, образование планет происходило из холодного газопылевого облака. Идею Канта поддержал Лаплас, однако, согласно его гипотезе планеты образовались в результате отделения от раскаленного протосолнца газовых колец, их охлаждения и конденсации. Кольца разделялись на несколько масс, образовавших затем разные планеты. Эта гипотеза получила название небулярной (от лат. nebula - туманность) гипотезы Канта-Лапласа. Поскольку формирование колец и планет происходило в условиях вращения туманности и действия центробежных сил, эта гипотеза называется еще и ротационной (лат. rotatio - вращение).

Гипотеза Джинса

Гипотеза Канта-Лапласа не могла объяснить тот факт, что момент количества движения (кинетический момент) планет приблизительно в 29 раз больше момента количества движения Солнца, а это противоречит закону сохранения кинетического момента. Для разрешения этого противоречия появились так называемые «катастрофические гипотезы», к которым относится гипотеза Джинса. Согласно ей некая звезда прошла неподалеку от Солнца и вызвала мощные приливы на нем, принявшие форму газовых струй, из которых впоследствии образовались планеты. Из этой гипотезы следовал вывод об уникальности Солнечной системы.

Гипотеза Ж.Бюффона

В XVIII веке французский естествоиспытатель Жорж Бюффон высказал предположение, поддержанное и развитое американскими физиками Чемберленом и Мультоном. Суть этих предположений такова: когда-то в окрестностях Солнца пронеслась другая звезда и произошло гигантское извержение из обеих звезд. Оторвавшись, эта волна стала закручиваться вокруг Солнца и распадаться на сгустки, каждый из которых сформировал свою планету и их спутники.

Учёные Лёйтон и Нёльке, а также и Спицер доказали, что горячие волокна газа Солнца, вышедшие из его недр, проходят диссипацию (рассеивание). И что рассеивание этих волокон происходит быстрее, чем конденсация. Гипотеза Бюффона похожа на гипотезу Джонса, но есть одно отличие:

Жорж Бюффон: ”Планеты - это «брызги» от столкновения Солнца с кометой.”

Джеймс Джинс: “Другая звезда «вырвала» из Солнца часть вещества - так возникли планеты”.

Гипотеза Х. Альвена

Альвен высказал предположение, что некогда Солнце обладало сильным электромагнитным полем. Туманность, окружавшая светило, состояла из нейтральных атомов. Под действием излучений и столкновений атомы ионизировались. Ионы попадали в ловушки из магнитных силовых линий и увлекались вслед за вращающимся светилом. Постепенно Солнце теряло вращательный момент, передавая его газовому облаку.

Её слабость в том, что атомы наиболее легких элементов должны были ионизироваться ближе к Солнцу, атомы тяжелых - дальше. Соответственно, ближайшие планеты к Солнцу должны были состоять из наилегчайших элементов - водорода и гелия, а более отдаленные из железа и никеля. Однако наблюдения говорят об обратном.

Гипотеза Ф.Хойла

Хойл усовершенствовал гипотезу Альвена, чтобы преодолеть противоречие его версии. Хойл предположил, что Солнце зародилось в недрах туманности, при этом быстро вращаясь. Туманность становилась все более плоской, превращаясь в диск. Постепенно диск тоже начинал разгоняться , а Солнце тормозилось.

Момент количества движения переходил к диску. Затем в нем образовались планеты. Если предположить, что первоначальная туманность уже обладола магнитным полем, то вполне могло произойти перераспределение углового момента.

Гипотеза О.Ю. Шмидта

Выдвинул гипотезу в 1943 году. Процесс образования Земли и планет, по Шмидту, происходил следующим образом. Несколько миллиардов лет тому назад Солнце, совершая свой путь во Вселенной, прошло через газово-пылевую туманность, которых в пространстве встречается довольно много. В результате этого Солнце захватило с собой часть этой туманности, образовавшей вокруг него гигантское облако. Согласно естественным законам, газово-пылевое облако получило вращательное движение, стало постепенно сжиматься и делаться все более и более плотным. Возник густой поток метеорных тел, которые, вращаясь вокруг Солнца, сливались, образуя все более и более крупные тела. Расчеты Шмидта, в частности, показали, что начальный период обращения Солнца был очень большим, а затем должен был уменьшиться до 20 суток. В действительности он равен 25 суткам, и такое совпадение считается хорошим. Именно гипотеза Шмидта больше всех совпадает с современными гипотезами о формировании Солнечной системы.

Согласно современным представлениям, планеты солнечной системы образовались из холодного газопылевого облака, окружавшего Солнце миллиарды лет назад. Пылевые частицы сконцентрировались в центральной плоскости, образовав слой повышенной плотности. Когда плотность слоя достигла некоторого критического значения, его собственное тяготение стало «соперничать» с тяготением Солнца. Слой пыли оказался неустойчивым и распался на отдельные пылевые сгустки. Сталкиваясь друг с другом, они образовали множество сплошных плотных тел. Наиболее крупные из них приобретали почти круговые орбиты и в своем росте начали обгонять другие тела, став потенциальными зародышами будущих планет. Как более массивные тела, новообразования присоединяли к себе оставшееся вещество газопылевого облака. В конце концов сформировалось девять больших планет, движение которых по орбитам остается устойчивым на протяжение миллиардов лет.

Все гипотезы по-разному трактуют происхождение Солнечной, но они едины в том, что все планеты произошли из единого сгустка материи, а дальше судьба каждой из них решалась по-своему.

2.Структура планет Солнечной системы

Меркурий

Период обращения вокруг Солнца: 88 земных суток. Период обращения вокруг собственной оси: 59 земных суток. 1 сутки на Меркурии равняются 176 земным суткам.

Масса планеты - 3,3 * 1023 кг. Плотность тела Меркурия примерно составляет 5,43 г/см3, диаметр - 4878 км. Ускорение свободного падения на Меркурии равно 3,70 м/с?.

Довольно неожиданно звучит утверждение, что, не смотря на высокие температурные режимы, планета Меркурий обладает запасами водяного льда. Он находится в полярных точках и на дне глубоких кратеров. Воду на данное космическое тело доставляют кометы. Некоторые из них, подлетая к Солнцу, сталкиваются именно с ним. Лёд, из которых состоят подобные образования, тает, превращается в воду, а та, в свою очередь, испаряется в атмосферу. Она начинает “путешествовать” по планете в виде паров, а в холодное время суток оседает на поверхность и опять превращается в лёд. Оказавшись на дне кратеров или на полюсах, вода замерзает и уже никогда не возвращается в газообразное состояние. Раз на планете наблюдаются большие перепады температур, то легко сделать вывод: у рассматриваемого космического тела атмосфера отсутствует. Если быть совсем точным: газовая подушка в наличии имеется, но она очень разреженная. Давление её ничтожно и составляет миллиардные доли атмосферного давления Земли.

До 1973 года о планете Меркурий почти ничего не было известно. Полноценное изучение планеты началось после запуска аппарата Маринер-10.

Планета обладает крупным железным ядром, являющимся источником магнитного поля по своей совокупности составляющим 0,01 от земного. Ядро Меркурия составляет 70 % от всего объёма планеты. Поверхность Меркурия также во многом напоминает лунную -- она сильно “кратерирована”. Плотность кратеров различна на разных участках. Возможно, что более густо усеянные кратерами участки являются более древними, а менее густо усеянные -- более молодыми, образовавшимися при затоплении лавой старой поверхности. Важным различием гористых ландшафтов Меркурия и Луны является присутствие на Меркурии многочисленных зубчатых откосов, простирающихся на сотни километров. Изучение их структуры показало, что они образовались при сжатии, сопровождавшем остывание планеты, в результате которого площадь поверхности Меркурия уменьшилась на 1 %. Наличие на поверхности Меркурия хорошо сохранившихся больших кратеров говорит о том, что в течение последних 3 -- 4 млрд. лет там не происходило в широких масштабах движение участков коры, а также отсутствовала эрозия поверхности.

До недавнего времени предполагалось, что в недрах Меркурия находится металлическое ядро радиусом 1800--1900 км, содержащее 60 % массы планеты, так как «Маринер-10» обнаружил слабое магнитное поле, и считалось, что планета с таким малым размером не может иметь жидкого ядра. Но в 2007 году группа Жана-Люка Марго подвела итоги пятилетних радарных наблюдений за Меркурием, в ходе которых были замечены вариации вращения планеты, слишком большие для модели с твёрдым ядром. Поэтому на сегодняшний день можно говорить, что ядро планеты именно жидкое.

На сегодняшний день существует следующая структура планеты Меркурия, а именно: жидкое железно-никелевое ядро и окружающую его силикатную оболочку. Оно содержит в себе 70% массы планеты, а его диаметр равен 3600 километров. Соответственно толщина силикатного слоя колеблется в пределах 650 километров.

Геологическая история Меркурия разделена на эры. Они имеют следующие названия: дотолстовская, толстовская, калорская, поздняя калорская, мансурская и койперская.

После формирования Меркурия 4,6 млрд лет назад происходила интенсивная бомбардировка планеты астероидами и кометами. Последняя сильная бомбардировка планеты произошла 3,8 млрд лет назад. Часть регионов формировалась также за счёт их заполнения лавой. Это привело к образованию гладких плоскостей внутри кратеров. По мере того как планета остывала и сжималась, образовывались хребты и разломы. Их можно наблюдать на поверхности более крупных деталей рельефа планеты, таких как кратеры, равнины, что указывает на более позднее время их образования. Период вулканизма на Меркурии закончился, когда мантия сжалась достаточно для предотвращения выхода лавы на поверхность планеты. Это, вероятно, произошло в первые 700--800 млн лет её истории. Все последующие изменения рельефа обусловлены ударами о поверхность планеты внешних тел.

Венера

Период обращения Венеры по орбите - 225 земных суток, а период обращения вокруг своей оси - 243 земных суток. Плотность - 5,25 г/см^3. Длина суток - 243 земных суток. Радиус планеты 6500 км. Масса - 0,815 массы Земли. Ускорение свободного падения - 0,9 от ускорения свободного падения Земли

При этом, в отличие от большинства планет Солнечной системы, вокруг своей оси Венера вращается в сторону, противоположную своему движению по орбите. Cчитается, что спутников Венера не имеет, хотя с XIX века существует научная гипотеза, что в прошлом спутником Венеры являлся Меркурий, который впоследствии был ею «потерян».

Несмотря на то, что, по современным представлениям, в центре Венеры должно находиться металлическое ядро, собственного магнитного поля у Венеры нет. Возможно, это обусловлено крайне медленным вращением планеты.

Поверхность Венеры скрыта под плотными облаками, так что достоверные данные о климате Венеры и строении её поверхности были получены только после запуска к ней космических аппаратов. Первую информацию о климате Венеры принесла советская станция "Венера-7", это произошло в 1970 г.

Условия на Венере оказались совершенно непредсказуемыми для ученых. Мощная атмосфера создаёт на поверхности гигантское давление, в 100 раз большее атмосферного давления у поверхности Земли, а температура достигает 480 градусов по Цельсию! Температура на Венере даже больше, чем на Меркурии, находящемся куда ближе к Солнцу, это обусловлено мощным парниковым эффектом - ведь Венера имеет очень плотную атмосферу и эта атмосфера состоит на 96% из углекислого газа. Согласно расчётам, при отсутствии парникового эффекта температура на Венере была бы меньше на 400 градусов! Также в атмосфере Венеры имеется азот и небольшие примеси других газов.

Постоянный плотный облачный покров не пропускает к поверхности Венеры прямой солнечный свет, поэтому там царит постоянный сумрак, как на Земле в очень пасмурный день. На уровне венерианских облаков, которые состоят из мелких капелек серной кислоты, постоянно дует очень сильный ветер, скорость которого превышает 100 м/с. Также было установлено, что в атмосфере Венеры постоянно происходят очень мощные грозы. Исследования при помощи радаров позволили составить примерную карту венерианской поверхности. На поверхности резко преобладают, занимая около 85% площади, вулканические базальтовые равнины, а среди них наиболее распространены разновидности с гладкой (относительно масштабов изображений) поверхностью. Такие гряды известны также на вулканических равнинах Луны и Марса и считаются структурами коробления поверхности при сжатии. Кроме равнин с извилистыми грядами наблюдаются, занимая сравнительно небольшие площади, участки равнин с поверхностью, густо покрытой трещинами (структуры растяжения) или смятой в протяженные пояса широких гряд (структуры сжатия), или же практически не нарушенной никакими, различимыми на снимках, тектоническими деформациями. Также в ряде мест, зафиксированных на снимках космического аппарата "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. Остается загадкой, какая жидкость прорезала эти русла. Возможно, что они - результат термической эрозии текущим потоком базальтовой лавы, но расчеты показывают, что на пути длиной 7000 км у потока базальтовой лавы не хватит запаса тепла, чтобы безостановочно течь и проплавлять вещество базальтовой же равнины. Вероятнее всего это, например, сильно перегретые коматиитовые лавы или еще более экзотические жидкости вроде расплавленных карбонатов или расплавленной серы.
Структура планеты Венера:

Кора - 50 км (Кремниевые породы)

Мантия - 3000 км (Твердые породы)

Ядро - 3000 км (Полурасплавленное железо и никель.)

Земля

Радиус - 6378 км, масса 6*10+24E, плотность 5,5 г/см^3. 1 сутки равняются 23 часам 56 минутам, 1 оборот вокруг Солнца совершает за 365 дней. Величина магнитного поля равняется 2 миллитеслам. Вследствие вращения вокруг своей оси имеет приплюснутую форму. Имеет единственный спутник - Луну. Луна -- относительно большой спутник с диаметром, равным четверти земного. Это самый большой, по отношению к размерам своей планеты, спутник солнечной системы. По названию земной Луны, естественные спутники других планет также называют «лунами».

Гравитационное притяжение между Землёй и Луной является причиной земных приливов и отливов. Аналогичный эффект на Луне проявляется в том, что она постоянно обращена к Земле одной и той же стороной (период оборота Луны вокруг своей оси равен периоду её оборота вокруг Земли; см. также приливное ускорение Луны). Это называется приливной синхронизацией.

Земля является единственной планетой Солнечной системы, на которой сейчас существует жизнь и является наиболее изученной.

Земля имеет слоистое внутреннее строение

Толщина Земной коры изменяется от нескольких километров (в океанических областях) до нескольких десятков километров (в горных районах материков). На сферу земной коры приходится около 0,5% общей массы планеты. Основной состав коры - это окислы кремния, алюминия, железа и щелочных металлов. В составе континентальной коры, содержащей под осадочным слоем верхний (гранитный) и нижний (базальтовый), встречаются наиболее древние породы Земли, возраст которых оценивается более чем в 3 млрд. лет. Океаническая же кора под осадочным слоем содержит в основном один слой, близкий по составу к базальтовым. Возраст осадочного чехла не превышает 100-150 миллионов лет.

От мантии земную кору отделяет во многом еще загадочный Слой Мохо (назван так в честь сербского сейсмолога Мохоровичича, открывшего его в 1909 году), в котором скорость распространения сейсмических волн скачкообразно увеличивается.

На долю Мантии приходится около 67% общей массы планеты. Твердый слой верхней мантии, распространяющийся до различных глубин под океанами и континентами, совместно с земной корой называют литосферой - самой жесткой оболочкой Земли. Под ней отмечен слой, где наблюдается некоторое уменьшение скорости распространения сейсмических волн, что говорит о своеобразном состоянии вещества. Этот слой, менее вязкий и более пластичный по отношению к выше и ниже лежащим слоям, называют астеносферой. Считается, что вещество мантии находится в непрерывном движении, и высказывается предположение, что в относительно глубоких слоях мантии с ростом температуры и давления происходит переход вещества в более плотные модификации. Такой переход подтверждается и экспериментальными исследованиями.

В нижней мантии на глубине 2900 км отмечается резкий скачок в скорости продольных волн, в плотности, а поперечные волны здесь исчезают совсем, что указывает на смену вещественного состава пород.

Земное ядро открыто в 1936 году. Экстремальные температуры и давления ядра долгое время трудно было воспроизвести в лаборатории. Земное ядро разделяется на 2 отдельные области: жидкую (внешнее) и твердую (внутреннее), переход между ними лежит на глубине 5156 км. Железо - элемент, который соответствует сейсмическим свойствам ядра и обильно распространен во Вселенной, чтобы представить в ядре планеты приблизительно 35% ее массы. По современным данным, внешнее ядро представляет собой вращающиеся потоки расплавленного железа и никеля, хорошо проводящие электричество. Именно с ним связывают происхождение земного магнитного поля, считая, что, электрические токи, текущие в жидком ядре, создают глобальное магнитное поле. Слой мантии, находящийся в соприкосновении с внешним ядром, испытывает его влияние, поскольку температуры в ядре выше, чем в мантии. Местами этот слой порождает огромные, направленные к поверхности Земли тепломассопотоки - плюмы.

ВНУТРЕННЕЕ ТВЕРДОЕ ЯДРО. Считается, что его твердое состояние, несмотря на высокую температуру, обеспечивается гигантским давлением в центре Земли. Существуют предположения о том, что в ядре помимо железоникелевых сплавов должны присутствовать и более легкие элементы, такие как кремний и сера, а возможно, кремний и кислород. Вопрос о состоянии ядра 3емли до сих пор остается дискуссионным. По мере удаления от поверхности увеличивается сжатие, которому подвергается вещество. Расчеты показывают, что в земном ядре давление может достигать 3 млн. атм. При этом многие вещества переходят в металлическое состояние. Существовала даже гипотеза, что ядро Земли состоит из металлического водорода.

3.Формирование планеты Земля

Согласно современным космологическим представлениям 3емля образовалась вместе с другими планетами около 4,5 млрд. лет назад из кусков и обломков, вращавшихся вокруг молодого Солнца.

Она разрасталась, захватывая вещество, находившееся вокруг, пока не достигла своего нынешнего размера. Вначале процесс разрастания происходил очень бурно, и непрерывный дождь падающих тел (существует предположение, что такое количество воды на Земле было доставлено астероидами, содержащих лед) должен был привести к ее значительному нагреванию, так как кинетическая энергия частиц превращалась в тепло. При ударах возникали кратеры, причем выбрасываемое из них вещество уже не могло преодолеть силу земного притяжения и падало обратно.

Энергия падающих тел освобождалась уже не на поверхности, а в глубине планеты, не успевая излучиться в пространство. Хотя первоначальная смесь веществ могла быть однородной в большом масштабе, разогрев земной массы вследствие бомбардировки ее обломками привел к расплавлению смеси и возникшие жидкости под действием тяготения отделялись от оставшихся твердых частей.

Постепенное перераспределение вещества по глубине в соответствии с плотностью должно было привести к его расслоению на отдельные оболочки. Менее плотные вещества, богатые кремнием, отделялись от более плотных, содержащих железо и никель, и образовывали первую земную кору. Через миллиард лет, существенно охладившись, земная кора затвердела, превратившись в прочную внешнюю оболочку планеты. При этом происходил выброс ядром множества различных газов (обычно это происходило при извержении вулканов). Легкие газы большей частью улетучивались в космическое пространство, но так как сила притяжения 3емли была уже достаточно велика, то удерживала у своей поверхности более тяжелые.

Они то и составили основу земной атмосферы (азот, кислород,). Часть водяных паров из атмосферы сконденсировалась, и на 3емле возникли океаны, в которых в дальнейшем зародилась жизнь.

Марс

1 год равен 687 суткам, период вращения вокруг собственной оси 24,5 ч, средний диаметр 6780 км, масса составляет 6,4 10^23 кг(10%-11% от массы Земли). Ускорение силы тяжести равно 3,72 м/сек^ 2 . У Марса есть магнитное поле, примерно в 800 раз слабее земного. 2 естественных спутника - Фобос и Деймос. Состав атмосферы: СО2 (»95%), N2 (2,5%), Ar(1,5-2%), СО(0,06%), Н2О (до 0,1%); давление на поверхности 5-7 гПа.

Существует предположение, что когда - то произошло столкновение Марса и крупного космического тела, в результате которого произошла остановка вращения ядра, его магнитное поле ослабло и солнечный ветер(солнечное вещество, которое выплескивает Солнце в открытый космос, разносящееся с огромной скоростью) буквально “содрал” его атмосферу.

Поверхность

Поверхностный слой марсианской почвы содержит 21% кремния, 12,7% железа, 5% магния, 4% кальция, 3% алюминия, 3,1% серы (в 100 раз больше, чем в земных породах).

Основная составляющая почвы -- кремнезём, содержащий примесь гидратов оксидов железа (до 10%), придающих почве красноватый цвет. Тёмные области отражают примерно втрое меньше света, чем светлые.

На Марсе имеется множество геологических образований, напоминающих водную эрозию, в частности, высохшие русла рек. Данные марсоходов НАСА Спирит и Оппортьюнити также свидетельствуют о наличии воды в прошлом (найдены минералы, которые могли образоваться только в результате длительного воздействия воды).

Внутреннее строение

Предполагают, что внутреннее строение Марса таково: кора толщиной 100 км, мантия толщиной 1500 км и ядро радиуса 1700 км. Плотность в центре планеты должна достигать 8,5 г/см^2.

Геологическая история Марса заключает в себя 3 эпохи:

Ноачианская эпоха (названа в честь «Ноачиской земли», района Марса): Формирование наиболее старой сохранившейся до наших дней поверхности Марса. Продолжалась в период 4,5 млрд -- 3,5 млрд лет назад. В эту эпоху поверхность была изрубцована многочисленными ударными кратерами.

Гесперийская эра: от 3,5 млрд лет назад до 2,9 -- 3,3 млрд лет назад. Эта эпоха отмечена образованием огромных лавовых полей.

Амазонийская эра (названа в честь «Амазонской равнины» на Марсе): от 2,9 -- 3,3 млрд лет назад до наших дней. Районы, образовавшиеся в эту эпоху, имеют очень мало метеоритных кратеров, но во всём остальном они полностью различаются. Гора Олимп сформирована в этот период. В это время в других частях Марса разливались лавовые потоки.

Юпитер

Масса в 318 раз больше массы Земли, плотность меньше в 4 с лишним раза. Ускорение свободного падения на экваторе равно 24,79 м/с^2. Оборот вокруг своей оси совершает за 10 часов. Вследствие большой скорости вращения и небольшой средней плотности имеет заметное сжатие по полюсам: диаметр планеты у полюсов равен 134700 км, а по экватору 143000 км, т.е. сжатие по полюсам составляет 8300 км.

Юпитер имеет, по крайней мере, 63 спутника, самые крупные из которых -- Ио, Европа, Ганимед и Каллисто -- были открыты Галилео Галилеем в 1610 году.

Вследствие большой скорости вращения и небольшой средней плотности Юпитер имеет большую степень сжатия по линии полюсов: диаметр у полюсов равен 134700 км, а по экватору он равен 143000 км, соответственно разница составляет 8300 км.

Структура: Верхний облачный слой имеет толщину около 50 км. В этой области давление в атмосфере сравнимо с таковым на Земле, но оно быстро растет с глубиной. Под облаками находится слой толщиной примерно 21000 км, состоящий из смеси водорода и гелия, водород постепенно изменяет свое состояние от газа к жидкости с увеличением давления и температуры (до 6000°С). Под жидким водородным слоем находится море жидкого металлического водорода глубиной 40 000 км. Неизвестный на Земле жидкий металлический водород формируется при давлении 3 млн. атмосфер. Состоящий из протонов и электронов, он является прекрасным проводником электричества. Последние эксперименты показали, что водород не изменяет свою фазу внезапно, следовательно, внутренности Юпитера не имеют четких границ между слоями. Ученые полагают, что Юпитер имеет твердое ядро размером в полтора диаметра Земли, но в 10-30 раз более плотное. Если даже на Юпитере и имеется твердая поверхность, то стоять на ней нельзя без опасения быть раздавленным весом выше лежащей атмосферы. По теоретическим расчетам, температура ядра планеты около 30 000°С, а давление 30-100 млн. атмосфер. Такие условия недостаточны для термоядерных реакций.

Существуют 2 основные гипотезы, объясняющие процессы возникновения и формирования Юпитера.

Согласно первой гипотезе, получившей название гипотезы «контракции», относительное сходство химического состава Юпитера и Солнца (большая доля водорода и гелия) объясняется тем, что в процессе формирования планет на ранних стадиях развития Солнечной системы в газопылевом диске образовались массивные «сгущения», давшие начало планетам, т. е. Солнце и планеты формировались схожим образом. Правда, эта гипотеза не объясняет всё-таки имеющиеся различия в химическом составе планет: Сатурн, например, содержит больше тяжёлых химических элементов, чем Юпитер, а тот, в свою очередь, больше, чем Солнце. Планеты же земной группы вообще разительно отличаются по своему химическому составу от планет-гигантов.

Вторая гипотеза (гипотеза «аккреции») гласит, что процесс образования Юпитера, а также Сатурна, происходил в два этапа. Сначала в течение нескольких десятков миллионов лет шёл процесс формирования твёрдых плотных тел, наподобие планет земной группы. Затем начался второй этап, когда на протяжении нескольких сотен тысяч лет длился процесс аккреции газа из первичного протопланетного облака на эти тела, достигшие к тому моменту массы в несколько масс Земли. Ещё на первом этапе из области Юпитера и Сатурна диссипировала часть газа, что повлекло за собой некоторые различия в химическом составе этих планет и Солнца.

В 2004 году Катариной Лоддерс из Университета Вашингтона была выдвинута гипотеза о том, что ядро Юпитера состоит в основном из некоего органического вещества, обладающего клеящими способностями, что, в свою очередь, в немалой степени повлияло на захват ядром вещества из окружающей области пространства. Образовавшееся в результате каменное-смоляное ядро силой своего притяжения «захватило» газ из солнечной туманности, сформировав современный Юпитер.

Сатурн

Период вращения вокруг Солнца равен примерно 29,5 лет. Экваториальный радиус планеты равен 60 300 км, полярный радиус -- 54 400 км.

Масса планеты в 95 раз превышает массу Земли. Средняя плотность Сатурна составляет всего 0,69 г/см?

Ускорение свободного падения на экваторе составляет 10,44 м/с?.

Крупнейшие спутники -- Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан и Япет -- были открыты к 1789 году, однако и по сегодняшний день остаются основными объектами исследований. Диаметры этих спутников варьируются в пределе от 397км (Мимас) до 5150 км (Титан). По состоянию на февраль 2010 г. известно 62 спутника Сатурна.

Происхождение Сатурна (как и Юпитера) объясняют две основные гипотезы: «контракции» и “аккреции”. Согласно первой гипотезе, состав Сатурна, схожий с Солнцем (большая доля водорода), и, как следствие, малую плотность можно объяснить тем, что в процессе формирования планет на ранних стадиях развития Солнечной системы в газопылевом диске образовались массивные «сгущения», давшие начало планетам, то есть Солнце и планеты формировались схожим образом. Тем не менее, эта гипотеза не может объяснить различия состава Сатурна и Солнца.

Гипотеза «аккреции» гласит, что процесс образования Сатурна происходил в 2 этапа. Сначала в течение 200 миллионов лет шёл процесс формирования твёрдых плотных тел, наподобие планет земной группы. Во время этого этапа из области Юпитера и Сатурна диссипировала часть газа, что затем повлияло на различие в химическом составе Сатурна и Солнца. Затем начался второй этап, когда самые крупные тела достигли удвоенной массы Земли. На протяжении нескольких сотен тысяч лет длился процесс аккреции газа на эти тела из первичного протопланетного облака.

Структура

Кольца

У Сатурна имеется кольцо, открытое еще в 1656 г. голландским физиком X. Гюйгенсом, а точнее, семь тонких плоских концентрических колец, которые отделены друг от друга темными промежутками и обращаются вокруг планеты в плоскости ее экватора. Кольца не являются сплошным твёрдым телом, а состоят из миллиардов мельчайших частиц, находящихся на околопланетной орбите.

Сохраняя свое направление в пространстве, кольца через каждые 14,7 года бывают повернуты к Земле ребром и не видны; только их тень узкой темной полоской падает на диск планеты. Это явление называется исчезновением колец.

Атмосфера

Верхние слои атмосферы Сатурна состоят на 96,3 % из водорода и на 3,25 % -- из гелия. Имеются примеси метана, аммиака, этана и некоторых других газов. Облака нижней части атмосферы состоят из гидросульфида аммония (NH4SH) или воды.

В глубине атмосферы Сатурна растут давление и температура, и водород постепенно переходит в жидкое состояние, однако этот переход является постепенным. На глубине около 30 тыс. км водород становится металлическим (а давление достигает около 3 миллионов атмосфер).

Ядро

В центре планеты находится массивное ядро из тяжёлых материалов -- камня, железа и, предположительно, льда. Его масса составляет приблизительно от 9 до 22 масс Земли. Температура ядра достигает 11 700 °C, а энергия, которую оно излучает в космос, в 2,5 раза больше энергии, которую Сатурн получает от Солнца. Значительная часть этой энергии генерируется за счёт механизма Кельвина -- Геймгольца, который заключается в том, что когда температура планеты падает, то падает и давление в ней. В результате она сжимается, а потенциальная энергия её вещества переходит в тепло. По оценкам, область ядра имеет диаметр приблизительно 25 000 км.

Уран

Период обращения 84 года, период вращения около 17 часов, экваториальный диаметр 51 200 км, масса 8,7·10^25 кг, состав атмосферы: водород, гелий, метан. Так же, как и у других газовых гигантов Солнечной системы, у Урана имеется система колец и магнитосфера, а кроме того, 27 спутников. средняя плотность Урана 1,26 г/см3.

Данные, которые сейчас наука имеет об Уране, не позволяют однозначно определить его структуру, но самой распространенной считается следующая модель:

В центре -- каменное ядро.

Ядро является относительно маленьким, с массой приблизительно от 0,55 до 3,7 земных масс и с радиусом в 20 % от радиуса всей планеты. В центре Урана плотность предположительно должна повышаться до 9 г/см?.

В середине -- ледяная оболочка.

Мантия (льды) составляет большую часть планеты (60 % от общего радиуса). Снаружи -- водородно-гелиевая атмосфера.

Атмосфера простирается на 20 % радиуса Урана. Давление на границе ядра и мантии должно достигать 7 - 8 млн. атмосфер при температуре в 5000 К. Ледяная оболочка фактически не является ледяной в общепринятом смысле этого слова, так как состоит из горячей и плотной жидкости, являющейся смесью воды, аммиака и метана.

Формирование Урана

Как полагают, Солнечная система сформировалась из гигантского вращающегося шара, состоящего из газа и пыли и известного как Протосолнечная туманность. Потом шар уплотнился, и сформировался диск с Солнцем в центре. Большая часть водорода с гелием пошла на формирование Солнца. А частицы пыли стали собираться вместе, чтобы впоследствии сформировать протопланеты.

Поскольку планеты увеличивались в размерах, некоторые из них обзавелись достаточно сильным магнитным полем, позволившим им сконцентрировать вокруг себя остаточный газ. Современные теории формирования Солнечной системы имеют некоторые трудности в объяснениях формирования Урана и Нептуна. Эти планеты слишком крупные для расстояния, на котором они находятся от Солнца. Возможно, ранее они были ближе к Солнцу, но потом каким-то образом поменяли орбиты.

Нептун

Масса равняется 102,4*10^24 кг, радиус равен 24764 км, средняя плотность 1,6 г/см^3. Ускорение свободного падения составляет 11м/с^2, 1 оборот вокруг Солнца совершает за 164,8 лет, оборот вокруг своей оси совершает примерно за 16-19 часов.

У Нептуна на данный момент известно 13 спутников.

Нептун относят к классу ледяных гигантов, поэтому он имеет такую же структуру, как и Уран, отличие лишь в том, что у Нептуна гораздо больше погодная активность. Погода на Нептуне характеризуется системой штормов с ветрами, достигающими порой сверхзвуковых скоростей (около 600 м/с).

Формирование Нептуна происходило предположительно также как и формирование Урана.

планета солнечный спутник



Заключение

Вопрос о происхождении и структуре планет Солнечной системы очень сложен, хотя бы исходя из того, какой масштаб знаний он в себе объединяет, но вместе с тем имеет огромное значение для всего человечества.

У ученых есть ещё много противоречий между собой, поэтому этот вопрос остается открытым.

Дальнейшее продолжение изучения этого вопроса необходимо, оно способствует развитию науки и техники, взглядов человека на происхождение мира и на происходящее в окружающей действительности, и, самое главное, помогает понять ценность и уникальность нашей планеты.



Список интернет ресурсов

1. http://www.libsid.ru/estestvoznanie/strukturnie-urovni-organizatsii-materii-mega-i-makromir/gipotezi-o-proischozhdenii-planet-solnechnoy-sistemi

2. http://mathsun.ru /shmidt.html

3. http://kartinamira.info/science/82-solarsystem

4. http://nashivkosmose.ru/teoria_sistema.html

5. http://www.all3000.narod.ru/astronomy/sunsystem/mercury/mercury.htm

6. http://factruz.ru/space_mistery/mercury.htm

7. http://galspace.spb.ru/index9.html

8. http://ria.ru/science/20100506/231089046.html

9. http://www.allmars.ru/

10. http://galspace.spb.ru/index46.html

11. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AE%D0%BF%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80_(%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B0)#.D0.A1.D1.82.D1.80.D1.83.D0.BA.D1.82.D1.83.D1.80.D0.B0

12. http://www.astro.alfaspace.net/sol_sys/8.htm

13. http://kosmos19.narod.ru/kosmos/ura.html

14. http://www.megabook.ru/Article.asp?AID=680841

15. Размещено на Allbest.ru

...