Сравнительная характеристика планет Солнечной системы

Кроме того, у каждой из этих гигантских планет имеется система спутников, по сравнению с которой наша система спутников, состоящая из одной Луны, кажется карликовой. Первыми из спутников внешних планет были открыты четыре крупнейших спутника Юпитера, которые Галилей в 1610 г. увидел в свой первый телескоп. Позже всех из больших спутников был открыт спутник Нептуна Тритон, замеченный в 1816 г. английским астрономом Вильямом Ласселем (1799--1880). Были открыты еще и малые спутники, второй спутник Нептуна, Нереида, был обнаружен только в 1949 г. американским астрономом, голландцем по происхождению, Джерардом Питером Койпером (род. в 1905 г). Всего теперь в солнечной системе вместе с нашей Луной известен 31 спутник. Но весьма вероятно, что будут открыты и еще какие-нибудь малые спутники.

Представление о размерах некоторых систем спутников по сравнению с системой спутников Земли может дать следующая таблица.

Движение тел Солнечной системы

Соотношение расстояний и периодов обращения планет вокруг Солнца определяется известным третьем законом Кеплера, согласно которому квадраты периодов пропорциональны кубам больших полуосей относительных орбит. Рис. 4 иллюстрирует эту основную закономерность в строении Солнечной системы.

Соотношение расстояний и периодов обращения планет (третий закон Кеплера)

Другой фундаментальной особенностью строения Солнечной системы является то, что все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении, совпадающем с направлением осевого вращения Солнца, и в том же направлении они обращаются вокруг своей оси. Исключение составляют Венера, Уран и Плутон, осевое вращение которых противоположно солнечному. Существует корреляция между массой планеты и скоростью осевого вращения. В качестве примеров достаточно упомянуть Меркурий, сутки которого составляют около 59 земных суток, и Юпитер, который успевает сделать полный оборот вокруг своей оси менее, чем за 10 часов. Примерно с тем же периодом обращается вокруг своей оси Сатурн. Сутки Урана и Нептуна составляют соответственно 17 и 16 часов. А период осевого вращения Плутона равен примерно 6 земным суткам. Необычно вращение Венеры. При массе, примерно равной массе Земли, Венера вращается вокруг своей оси с периодом в 243 суток. В сочетании с продолжительностью периода обращения Венеры вокруг Солнца (225 суток) вращение этой планеты оказывается ретроградным, то есть противоположным по направлению вращению Солнца и большинства планет.

Принципиально важным для понимания физических процессов в Солнечной системе является резкая диспропорция в распределении массы и момента количества движения между Солнцем и планетами. Хотя основная масса вещества Солнечной системы сосредоточена в самом Солнце, 98% момента количества движения (произведения массы на скорость и радиус вращения) приходится на долю планет. При этом обнаруживается, что объединенные вместе планеты земной группы, а также объединенные в одну группу астероиды и каждая из планет-гигантов подчиняются единой зависимости момента количества движения J (гхсм2/с) от массы М (г). Эту зависимость, показанную на рис. 5, можно представить выражением:

J = 7,6 M4/5 .

Соотношение момента количества движения и массы отдельных планет Солнечной системы

Исключением является Солнце, собственный период вращения которого не соответствует общей тенденции и при огромной массе составляет более 25 суток. Другим исключением является опять-таки экзотическая пара Плутон-Харон, происхождение и само существование которой остаются загадочными. Место группы кометных тел определилось значениями совокупных характеристик, принятых на основе известных в настоящее время данных. То, что положение этой группы не согласуется с общей зависимостью, говорит прежде всего о несовершенстве наших знаний о кометах и об их истинном месте в Солнечной системе.

Место мелких осколков вещества - метеоритов и космической пыли на диаграмме (рис. 5) определить сложно, поскольку эти объекты заполняют всю Солнечную систему. Вторгаясь в земную атмосферу, мелкие частицы порождают такие явления, как отдельные метеоры и целые метеорные ливни. Концентрация пылевых частиц около Земли ответственна за явление зодиакального света - свечения неба вдоль направления, соответствующего проекции плоскости эклиптики на небесную сферу. В окрестностях планет-гигантов мелкие фрагменты вещества и космическая пыль существуют в форме колец. Наиболее известны кольца Сатурна, обнаруженные в XVII веке при первых наблюдениях с простейшими телескопами. Уже в наше время были открыты аналогичные по природе, хотя и не столь массивные, кольца Юпитера, Урана и Нептуна.

На рис. 1 приведены результаты лишь отдельных оценок параметров метеоритов и космической пыли, показывающие общую тенденцию. В действительности эта область должна быть заполнена бесчисленным количеством точек, которые образуют непрерывную последовательность.

Если значения моментов количества движения в Солнечной системе соотнести с массой, т.е. получить удельное значение J, получится, что эта величина для планет в среднем в 35000 раз больше, чем для Солнца. Исчерпывающего объяснения данному факту еще не получено. Возможно, что ответственным за перенос момента количества движения может быть магнитное поле Солнца, пронизывающее всю нашу планетную систему.

Чем отличается Земля от других планет Солнечной системы.

Наверняка каждый человек задавался вопросом: а чем же отличается наша планета от всех остальных, кроме того, что она заселена живыми организмами? Еще в школе нам рассказывали, что от восьми планет Солнечной системы (все-таки на сегодняшний день мы не относим Плутон к полноценной планете) Земля отличается очень сильно. Конечно, мало кто помнит школьные уроки астрономии, поэтому в этой статье мы определим основные признаки отличия.

Определение

Земля является единственной планетой в Солнечной системе, на которой есть жизнь. Очень часто ее называют Голубой планетой (в связи с тем, что на Земле имеется огромное количество воды). Как говорят ученые, наша планета образовалась примерно 4,5 миллиарда лет назад, и вскоре у нее появился естественный спутник - Луна. Благодаря многочисленным исследованиям было выяснено, что жизнь на нашей планете образовалась не сразу, а лишь через миллиард лет после ее создания. Жизнь на Земле возможна в том числе из-за влияния магнитного поля, которое заметно ослабляет радиацию Солнца, губительную для всех живых организмов на планете. Чуть более 70 процентов поверхности занимает Мировой океан, в то время как на сушу приходится менее тридцати процентов.

Другие планеты Солнечной системы в большинстве своем остаются для нас загадкой, многие из которых нам только предстоит раскрыть. Основной вопрос, который мучает ученых, - есть ли жизнь на других планетах? На сегодняшний день ответ отрицательный, но некоторые ученые все же предполагают, что это мнение может быть ошибочным. Планеты можно разделить на две группы: планеты Земной группы (помимо самой Земли это Марс, Венера и Меркурий), а также планеты-гиганты (это Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун). Каждый из этих объектов представляет для нас огромный интерес, особенно самые большие планеты - Юпитер и Сатурн. Например, знаменитые кольца Сатурна постоянно изучаются различными специалистами, и полученные результаты частенько вызывают в общественности широкий резонанс.

Сравнение Земли с другими планетами Солнечной системы

В чем же разница между Землей и другими планетами Солнечной системы? Конечно, присутствие разумной жизни очень сильно выделяет Землю на фоне других планет. Однако существуют и другие признаки различия. Мы выделим пять основных:

* Наша планета имеет жидкую оболочку. Ни одна из планет или их спутников не может похвастаться этим. Как было отмечено выше, больший процент поверхности планеты - именно вода.

* Несмотря на то, что атмосферу можно обнаружить не только на Земле, наша планета является единственной, где содержится столь огромное количество кислорода.

* Еще одно отличие - это наличие уникального спутника. Дело в том, что Луна имеет огромные размеры, если сравнивать спутник непосредственно с планетой. Такого соотношения никто не имеет больше, включая планеты Земной группы.

* Планета Земля сильно отличается и по внешнему виду, если наблюдать из Космоса. Особенно отчетливо видны участки Мирового океана - такого голубого цвета не имеет ни одна планета.

* У Земли уникальные физические свойства, которые подходят для существования именно белковой формы жизни.

TheDifference.ru определил, что отличие Земли от других планет заключается в следующем:

1. Разумные формы жизни присутствуют только на Земле.

2. Только на Земле есть вода (жидкая оболочка).

3. Наша планета имеет огромное количество кислорода.

4. Присутствует уникальный спутник - Луна, который в значительной степени определяет условия жизни.

5. Отличия можно найти и во внешнем виде (голубой цвет планеты Земля).

6. Земля имеет уникальные физические свойства, способствующие развитию белковой формы жизни.

6. Положение Земли в Галактике и в Солнечной системе

Земля вращается вокруг Солнца в среднем на расстоянии 150 млн. км. Среди всех планет Солнечной системы лишь на Земле развита жизнь, что напрямую связано с ее месторасположением на таком расстоянии.

Ученые считают, что необходимое для существования жизни количество солнечного тепла имеется только в пространстве между орбитами Венеры и Марса. По сравнению с Землей орбита Венеры расположена к Солнцу на 40 млн. км ближе, а Марс, наоборот, на 78 млн. км дальше.

Если сравнивать в масштабе Солнечной системы, то это небольшая разница. Поэтому люди надеялись на существование на этих планетах хоть какой-нибудь жизни. Однако космические исследования показали обратное. Отправленные на Марс и на Венеру космические приборы определили, что там нет необходимых для жизни условий.

На поверхности Венеры температура поднимается до +500° С, а 97% атмосферы состоит из вредного для жизни углекислого газа. Слой атмосферы на Марсе очень тонкий и полностью состоит из углекислого газа и не удерживает солнечное тепло. Поэтому поверхность Марса холодная. Только в некоторых более благоприятных местах планеты температура поднимается до +16° С, а в остальных местах - все время ниже 0° С. От такого холода не только вода, но и углекислый газ, составляющий большую часть атмосферы, находится в твердом состоянии. При таких условиях, как известно, даже микроорганизмы не могут существовать.

Таким образом, Земля - единственная планета Солнечной системы, на которой возникла жизнь. Причиной этого стало ее месторасположение в Солнечной системе (расстояние от Солнца), наличие толстого атмосферного слоя, время вращения вокруг своей оси и ряд других условий.

Рис. Орбиты планет Солнечной системы.

Астрономам удалось получить более точные данные о местонахождении нашей планеты в галактике. В ходе исследования, учёные смогли определить расстояние до многих туманностей и за счёт этого определить истинные размеры рукава Млечного Пути, включающего в свой состав Солнечную систему.

Как оказалось, ранее протяжённость этого рукава была занижена. По словам исследователей, точные координаты Земли внутри Млечного Пути определить далеко не просто, поскольку невозможно посмотреть на нашу галактику со стороны и точно определить расстояний до окружающих нас звёзд и туманностей.

На этот раз для наблюдения исследователи использовали комплекс из десяти радиотелескопов, имеющих 25-метровые параболические антенны. Поскольку они разнесены друг от друга на расстояние до 8 000 километров, то учёным удалось получить угловое разрешение, сопоставимое с разрешением телескопа имеющего зеркало диаметром 8 000 километров. Это позволило довольно точно определить расстояния до туманностей и звёзд.

Сравнительная характеристика планет Солнечной системы.

Меркурий - самая маленькая из всех планет солнечной системы. Её поверхность покрыта кратерами. На Меркурии находится самый большой кратер в солнечной системе.

Венера - самая горячая из планет солнечной системы. Её окутывают белые облака из серной кислоты. Венера оранжевого цвета.

Земля - единственная планета, известная человечеству, на которой есть жизнь. На Земле есть вода, воздух. На земле не слишком жарко и не слишком холодно - как раз условия, пригодные для жизни.

Марс - красный от того, что он покрыт железной пылью. На нем находится самый большой вулкан в солнечной системе.

Юпитер - самая большая из планет солнечной системы. У него 60 спутников, самый загадочный из них - Европа.

Сатурн всем известен своими кольцами. Самый крупный из его спутников - Титан.

Уран - самая холодная планета солнечной системы, он состоит из газа.

Нептун состоит из газа, поэтому его считают газовым гигантом.

Сравнение 8-ми* больших планет с.с. по весу.

Выводы:

Все большие планеты С.с. делятся на 2 группы: планеты-гиганты ( они во много раз тяжелее Земли) и планеты земной группы (они легче за Землю).

2. Среди планет-гигантов самой тяжёлой является планета ЮПИТЕР (вес Юпитера в 320 раз больше за вес планеты Земля).

3. Самой лёгкой планетой С.с. является планета МЕРКУРИЙ. Если Землю, как арбуз, разделить на 20 долек, то Меркурий весит как одна такая долька.

Зависимость температуры на планетах от их удаленности от Солнца.

Почему луна всегда повернута к нам одной стороной?

Земля вертится, луна вертится вокруг своей оси да еще и вокруг Земли. Но при этом почему-то луна всегда повернута к Земле одной стороной. Что это за кокетство? Могли ли в силу случайных каких-то обстоятельств совпасть периоды обращения Луны вокруг Земли и собственной оси? Маловероятно.

Загадка эта будоражила многие пытливые умы. Высказывались версии, что Луна плоская, что она имеет грушевидную форму и потому притягивается к земле. Даже, что под поверхностью Луны, (а то и вся она) скрыт огромный инопланетный корабль, висящий над землей с наблюдательной целью.

Однако, ларчик открывается несколько проще. Причинами такого расположения небесных тел является гравитационное воздействие Земли на Луну, вызывающее приливные силы. Все знакомы с приливами, регулярно возникающими в океанах, и поднимающих воду на высоту в несколько метров под действием притяжения Луны. Разные части Земли по разному подвергаются притяжению Луны: сторона, повернутая к Луне, - в большей степени, обратная сторона - в меньшей, так как дальше находится от нашего спутника. В результате, разные части Земли стремятся прийти в движение в направлении Луны с разными скоростями. Поверхность, обращенная к Луне, вздувается, центр Земли смещается меньше, а противоположная поверхность вовсе отстает, и с этой стороны тоже образуется горб. Земная кора деформируется неохотно, на суше приливных сил мы не замечаем. А вот про изменение уровня моря, про приливы и отливы, слышали все. Вода под воздействию Луны, образует приливные горбы на противоположных сторонах планеты. Вращаясь, Земля "подставляет" Луне разные свои стороны, и приливной горб перемещается по поверхности. Такие деформации земной коры вызывают внутреннее трение, которое тормозит вращение нашей планеты. Если Луна, масса которой во много раз меньше массы Земли, способна вызывать столь большие возмущения, то каковы же должны были быть они на самой Луне, под воздействием Земли, когда она вращалась. Этот механизм и остановил вращение Луны, и теперь она повернута к нам всегда одной стороной.

Тороможение Земли под действием Луны не единственный эффект от их "сожительства". Куда девается энергия, которая должна выделяться из-за замедления планеты? Частично в тепло, частично - на увеличение орбитальной скорости Луны, а следовательно - расстояния между Землей и Луной.

Подсчитано, что миллиард лет назад земные сутки были короче на 4 часа чем сейчас, они составляли всего около 20 часов. В тот период Луна была расположена гораздо ближе, совершала один оборот вокруг нашей планеты за несколько суток, и приливы и отливы были гораздо сильнее выражены. А через 5 миллиардов лет вращение Земли затормозится столь сильно, что она сама повернется к Луне одной стороной, в земном году будет всего лишь 9 суток вместо нынешних 365, а удалившаяся Луна будет совершать в год 9 оборотов - в году будет 9 месяцев, а в каждом месяце - один день.

Возникновение лунного затмения.

Явление, когда Луна попадает в область земной тени или полутени, называется лунным затмением.

Происходят всегда в полнолуние, когда Земля расположена между Солнцем и Луной. Как и в случае с солнечными затмениями, лунное происходит далеко не в каждое полнолуние.

Геометрия лунного затмения

Земной наблюдатель во время такого затмения увидит полностью или частично затмившуюся Луну. Понятно, что на тех территориях, где Луна вообще в это время будет видна, будет наблюдаемо лунное затмение, т.е. половина земного шара. Это одна из причин того, что эти затмения можно увидеть довольно часто. Второй причиной является то, что земная тень/полутень много больше лунной. Средняя периодичность затмений для одного населенного пункта одно затмение в 2-4 года, а максимальное количество их в году может достигать трех.

Полутеневая фаза.

Полутеневая фаза.

Полная фаза.

Фазы (этапы) затмения здесь несколько отличаются от случая с солнечными. Дело в том, что светлую поверхность Луны не закрывает инородное тело (как закрывает Луна Солнце в случае солнечного затмения), ее покрывает земная тень/полутень. Соответственно наблюдаются фазы полутеневая, частная и полная.

Полутеневая фаза длится, когда Луна частично или полностью погружена в полутень, но еще не касается тени. Наблюдатель на Луне при этом увидел бы частично затмившееся Землей Солнце. Потемнение лунного диска при этом незначительное и видно обычно лишь на фотографиях (см. фото 1). Продолжительность - около часа в начале и в конце затмения. Обычно эту фазу не наблюдают.

Частная фаза длится, когда Луна частично погружается в земную тень. Последняя видна четко, хотя граница немного размыта из-за рассеяния света в земной атмосфере. Рассеяный свет (в основном красная часть спектра) попадает в т.ч. и на затененную часть лунного диска, поэтому там наблюдается слабое красноватое свечение (пепельный свет) (см. фото 2). Если бы наблюдатель находился на таком участке Луны, то он бы увидел светящуюся красноватую кромку атмосферы Земли, т.е. закат. Продолжительность - около часа до и после полной фазы.

Полная фаза длится, когда Луна полностью погружена в тень. Луна при этом светится еле заметным пепельным светом (см. фото 3). Вообще говоря, яркость и цвет этого свечения зависит от солнечной активности. При высокой активности (как было в 1982г) свечение довольно яркое, красновато-кирпичного цвета. Когда активность мала, то свечение довольно слабое, но зато наблюдается много цветовых оттенков: от розового до серебристо-сине-голубого, это зрелище поразительной красоты. Так было, например, в 1992 г., когда во время полной фазы Луну нельзя было без телескопа вовсе отыскать на небе!

По наличию у затмений вышеописанных фаз их разделяют на полутеневые, частные теневые и полные теневые.

Полутеневое - когда видна лишь полутеневая фаза. Обычно такие затмения не наблюдают.

Частное теневое - когда Луна входит в тень Земли, но не полностью. Видны полутеневая фаза в начале, в конце и частная фаза.

Полное теневое - когда Луна входит в тень Земли полностью. Видны полутеневая, частная, полная фазы, затем обратно частная и полутеневая.

Схематично показано расположение зон земной тени и полутени для Луны.

Разумеется, они становятся видимыми только во время прохождения по ним Луны, т.е. во время лунного затмения. Кстити, по круглой форме тени в прошлом астрономы сделали вывод о шаровидной форме Земли.

Приливы и отливы.

Ньютон объявил тяготение «всемирным» или «универсальным» («универсум» значит по-латыни «мир», «вселенная»). Закон тяготения относится не только к огромным космическим телам, но и к мельчайшим частицам вещества. В «Началах» Ньютона имеется хороший пример притяжения частиц: это объяснение явления приливов, наблюдаемых в открытых морях и в океанах.

Явление приливов объясняется тем притяжением, которое Луна оказывает на каждую отдельную частицу, входящую в состав Земли.

Схема образования приливов и отливов. Вверху -- водная оболочка земного шара, если бы на частицы воды не оказывало влияния притяжение Луны и Солнца. Стрелки показывают равномерное тяготение к центру Земли. Слева и справа -- приливные «горбы», вызываемые тем, что частицы воды в местах, обращённых к Луне, притягиваются сильнее центра Земли, а самые далёкие частицы воды отстают от центра Земли.

Находящиеся на обращённой к Луне стороне Земли, ближе к Луне и притягиваются ею сильнее, чем более далёкие частицы, находящиеся на противоположной стороне Земли. В свою очередь частицы, находящиеся близ центра Земли, притягиваются сильнее частиц противоположной Луне стороны земного шара.

Частицы жидкости очень подвижны: они легко смещаются относительно друг друга. Поэтому притяжение Луны более заметно сказывается именно на водной оболочке земного шара. В результате в открытых морях и в океанах образуются два приливных выступа: частицы Земли в местах, обращённых к Луне, притягиваются сильнее центра Земли, а самые далёкие от Луны частицы воды отстают от центра Земли.

Можно сказать и так: под влиянием притяжения Луны водная оболочка Земли принимает форму, несколько вытянутую в направлении Луны. А так как Земля вращается вокруг оси, то приливные выступы перемещаются по земной поверхности.

Таким образом, закон всемирного тяготения дал истинное объяснение явлению приливов и отливов, явлению, которое долгое время оставалось загадочным.

Источники

1. А.В. Колпакова, Е.А. Власенко, статья по источнику "Загадки и тайны Вселенной"

Размещено на Allbest.ru