16. Планета Земля

1. Строение

Многочисленные фотографии Земли, полученные с борта космических аппаратов (рис. 42 и 43), дают возможность увидеть три основные оболочки земного шара: атмосферу и ее облака, гидросферу и литосферу с ее природными покровами. Соответствующие этим оболочкам три агрегатных состояния вещества - газообразное, жидкое и твердое - являются привычными для нас, жителей Земли. Атмосферой обладает большинство планет Солнечной системы, твердая оболочка характерна для планет земной группы, спутников планет и астероидов. Гидросфера же Земли - уникальное явление в Солнечной системе, никакая другая из известных планет ею не располагает. Ведь для существования воды в жидком виде нужны определенные условия температуры и давления. Вода является весьма распространенным химическим соединением во Вселенной, но на других небесных телах мы встречаемся с водой главным образом в ее твердой фазе, известной и на Земле в виде снега, инея и льда.

Рис. 42. Земля над горизонтом Луны

Рис. 43. Фотография Земли, сделанная из космоса

Процессы, происходящие в литосфере, химический состав ее вещества несут на себе следы тех изменений, которые совершались в течение миллиардов лет. За счет энергии, выделяющейся при распаде радиоактивных элементов, происходило расплавление и дифференциация вещества. В результате легкие соединения, в основном силикаты, оказались сверху, в коре, а более тяжелые образовали центральную часть - ядро.

Толщина коры очень невелика: от 10 км под океанами до 80 км под горными хребтами. Ядро имеет радиус вдвое меньше радиуса планеты, а между ядром и корой располагается промежуточный слой - мантия Земли, состоящая из веществ, более плотных, чем в коре.

Результаты исследований, выполненных с помощью косми-, ческих аппаратов, показали, что внутреннее строение Луны и планет земной группы в общих чертах такое же.

2. Атмосфера

Газовая оболочка - атмосфера, окружающая Землю, содержит 78% азота, 21% кислорода и ничтожное количество других газов.

Нижний слой атмосферы называется тропосферой, которая простирается до высоты 10-12 км (в средних широтах). В ней с увеличением высоты температура падает. Выше - в стратосфере она остается почти постоянной, порядка - 40 °С. С высоты около 25 км температура земной атмосферы медленно растет вследствие поглощения ультрафиолетового излучения Солнца.

Почему в тропосфере температура с увеличением высоты падает?

Плотность атмосферы тоже уменьшается с высотой. Так, на . высоте около 6 км она в 2 раза меньше, чем у поверхности Земли, а на высоте в сотни километров в миллионы раз меньше. Выше, до нескольких радиусов Земли, имеется в основном водород с концентрацией частиц порядка тысяч атомов в объеме 1 см³.

В верхних слоях земной атмосферы солнечное излучение производит сильную ионизацию. Ионизованные слои атмосферы называются ионосферой.

Атмосфера отражает или поглощает большую часть излучения, приходящего к Земле из космического пространства. Например, она не пропускает рентгеновское излучение Солнца. Атмосфера предохраняет нас и от непрерывной бомбардировки микрометеоритами, и от разрушающего действия космических лучей - потоков быстро летящих частиц (в основном протонов и ядер атомов гелия).

Атмосфера играет важнейшую роль в тепловом балансе Земли. Видимое солнечное излучение может проходить через нее почти без ослабления. Оно поглощается земной поверхностью, которая при этом нагревается и излучает инфракрасные лучи.

Почему при ясной погоде ночью происходит наиболее сильное 7 похолодание?

Согласно современным представлениям только благодаря существованию гидросферы и атмосферы на Земле смогла возникнуть жизнь. Поэтому проблемы экологии, сохранения природы нашей уникальной планеты приобретают особое значение.

3. Магнитное поле

Магнитное поле Земли достаточно велико (около 5*10^-5 Тл). С удалением от Земли индукция магнитного поля ослабевает.

Исследование околоземного пространства космическими аппаратами показало, что наша планета окружена мощным радиационным поясом (рис. 44), состоящим из быстро движущихся заряженных элементарных частиц - протонов и электронов. Его называют также поясом частиц высоких энергий.

Рис. 44. Схема радиационного пояса Земли: 1 - внутренняя часть, 2 - внешняя часть

Внутренняя часть пояса простирается примерно на 500-5000 км от поверхности Земли. Внешняя часть радиационного пояса находится на высоте от 1 до 5 радиусов Земли и состоит в основном из электронов с энергией в десятки тысяч электронвольт - в 10 раз меньшей, чем энергия частиц внутреннего пояса.

Частицы, образующие радиационный пояс, вероятно, захватываются земным магнитным полем из числа частиц, непрерывно выбрасываемых Солнцем. Особенно мощные потоки частиц рождаются при взрывных явлениях на Солнце - так называемых солнечных вспышках. Поток солнечных частиц движется со скоростью 400-1000 км/с и достигает Земли примерно через 1 - 2 дня после того, как на Солнце произошла породившая его вспышка горячих газов. Такой усиленный корпускулярный поток возмущает магнитное поле Земли. Быстро и сильно меняются характеристики магнитного поля, что называется магнитной бурей. Стрелка компаса колеблется. Возникает возмущение ионосферы, нарушающее радиосвязь, происходят полярные сияния (рис. 45). Полярные сияния разной формы и окраски возникают на высотах от 80 до 1000 км. Их образование связано с тем, что в полярных областях частицы, двигаясь вдоль линий индукции магнитного поля, которые там почти перпендикулярны поверхности, проникают в атмосферу. Частицы бомбардируют молекулы воздуха, ионизуют их и возбуждают свечение, как поток электронов в вакуумной трубке. М. В. Ломоносов первым высказал догадку о том, что полярные сияния имеют электрическую природу. Цветовые оттенки полярного сияния обусловлены свечением различных газов атмосферы.

Рис. 45. Полярное сияние

Итак, мы выяснили, что на Земле и в ее атмосфере происходят разнообразные процессы, многие из которых связаны с Солнцем, отстоящим от нас на 150 млн. км, т. е. Земля не изолирована от космоса.

4. Достижения СССР и международное сотрудничество в мирном освоении космического пространства

Большие успехи, достигнутые в изучении планет и других тел Солнечной системы, способствовали усилению связи астрономии с такими науками о Земле, как геофизика и геология. Ученые этих специальностей, изучающие результаты топографических, радиофизических и других исследований Меркурия, Венеры, Марса, Луны и других . спутников, пользуются методом сравнительной геологии. Это позволяет глубже понять древнюю историю развития нашей планеты, закономерности формирования месторождений полезных ископаемых и успешнее осуществлять их разведку на Земле.

Космическая техника применяется и в других, самых различных отраслях науки, техники и народного хозяйства. Для осуществления бесперебойной радиотелефонной связи с отдаленными и труднодоступными районами нашей страны, для передачи информации с помощью телевидения используются спутники связи 'типов "Молния", "Экран" и "Горизонт". Некоторые из них выводятся на стационарные орбиты и обеспечивают прием телевизионных передач на коллективные антенны в небольших населенных пунктах.

В последние десятилетия создана космическая метеорологическая система, главным достоинством которой является оперативность и глобальность получаемой информации. Метеоспутники типа "Метеор" позволяют детально изучать картину распределения облачного покрова над нашей планетой, уверенно определять состояние и направление движения циклонов и атмосферных фронтов, следить за ледовой обстановкой на морях и океанах.

Космическая информация обеспечивает постоянное наблюдение за состоянием лесов и посевов сельскохозяйственных культур. Эта информация позволяет определять эффективность всех земельных ресурсов, своевременно выявлять очаги заболевания - растений, прогнозировать урожаи различных культур в масштабах страны.

На борту орбитальных пилотируемых комплексов "Союз - Салют" проводятся разнообразные технологические эксперименты по изучению влияния невесомости и других необычных условий космического полета на различные процессы и получению в этих условиях веществ и материалов с заданными свойствами. Космонавты ведут астрофизические, геофизические, метеорологические и другие наблюдения, выходят в открытый космос, испытывают новые приборы и оборудование, необходимые для дальнейшего развития космонавтики.

Миролюбивая внешняя политика СССР находит яркое выражение в этой области научно-технического прогресса. В составе экипажей на орбите работали космонавты-исследователи всех стран социализма, Индии и Франции. Ученые многих государств участвовали в создании научной аппаратуры, которая устанавливалась на борту пилотируемых и автоматических станций, в изучении образцов лунного грунта, доставленных на Землю. Информация, полученная при космических полетах, обрабатывается специалистами братских социалистических стран, используется ими в научных исследованиях и народном хозяйстве. Наша страна активно выступает против политики "звездных войн", за широкое международное сотрудничество в использовании космического пространства исключительно в мирных целях.

Применение космической техники в народном хозяйстве дает значительный экономический эффект и обеспечивает возможность проведения различных видов работ, которые трудно или даже невозможно выполнить другими методами. Роль космонавтики в жизни человечества и ее вклад в научно-технический прогресс постоянно возрастают.

Задание 8

Используя литературу, рекомендованную учителем, подготовьте сообщение: 1) об очередной научной экспедиции в космос; 2) об использовании космической техники в одной из отраслей народного хозяйства.