18. Планеты земной группы

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.

В настоящее время исследование планет этой группы (как и Луны) носит комплексный характер и привлекает внимание не только астрономов, но и специалистов других профилей: геологов, геофизиков, топографов, радиоинженеров и др., которые используют для изучения планет методы, хорошо опробованные в земных условиях и позволяющие получать надежные сведения о строении их поверхности и атмосферы.

1. Меркурий

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. Солнечные сутки на этой планете (т. е. промежуток времени между последовательными полуднями) составляют около 176 земных суток. Они равны двум меркурианским годам, так как один оборот вокруг Солнца Меркурий делает за 88 земных суток.

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.

Поверхность Меркурия усеяна кратерами так, что на фотографиях ее трудно отличить от поверхности Луны (рис. 50). 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.

Рис. 50. Сравнение Луны и Меркурия в одинаковой фазе: Луна - слева, Меркурий - справа (масштаб этих фотографий неодинаков)

2. Венера

Эта планета лишь немногим меньше Земли по объему и массе. Еще Ломоносов и его современники обнаружили существование у Венеры атмосферы. Ломоносов правильно полагал, что она плотнее, чем земная. Венера окутана сплошным покровом белых облаков, прозрачным только для радиоволн. 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.

С 1961 г. начались запуски к Венере советских автоматических станций. Некоторые станции имели аппараты, спускавшиеся на Венеру на парашюте, автоматические приборы которых измеряли характеристики ее атмосферы на различной высоте и у поверхности и передавали эти сведения по радио на Землю. Магнитного поля Венеры эти приборы не обнаружили. У поверхности они зарегистрировали температуру 470-480 °С и давление примерно в 100-раз больше атмосферного на Земле (≈10⁷ Па). Выяснилось, что 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. Крайне высокая температура в нижних слоях атмосферы Венеры и на ее поверхности в большой мере обусловлена так называемым "парниковым эффектом". Энергия солнечных световых лучей поглощается в нижних слоях и, излучаясь обратно в виде инфракрасных лучей, задерживается ее облачным слоем, как тепло в парниках. С высотой над поверхностью температура понижается, *и в стратосфере Венеры царит мороз.

В видимых лучах облака Венеры совершенно однородны и белы, но в ультрафиолетовых отчетливо видна структура облачного слоя (рис. 51), 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. Радиолокационные исследования, проводимые как с Земли, так и с борта автоматических межпланетных станций, позволили изучить рельеф поверхности Венеры. На ней найдены горные хребты и кратеры.

Рис. 51. Фотография Венеры, окутанной облаками, полученная космической станцией

Анализ содержания радиоактивных калия, урана и тория в поверхностных породах Венеры показал их сходство с земными базальтовыми породами. Телевизионные камеры советских автоматических станций, опущенные на поверхность планеты, впервые в мире передали на Землю панорамы окружающей их безжизненной каменистой местности: в 1975 г.- в черно-белом изображении ("Венера-9 и -10"), а в 1982 г. - в цветном ("Венера-13 и -14"). Атмосфера Венеры изучалась при помощи научной аппаратуры, установленной на воздушных шарах, доставленных на планету советскими станциями, например в 1986 г. станциями "Вега-1 и -2", запущенными для исследования Венеры и кометы Галлея с близкого расстояния (отсюда и название Ве(нера и Га(ллея)).

Панорама поверхности Венеры, переданная на Землю АМС 'Венера-14'

По-видимому, лишь дальнейшие исследования смогут дать ответ на вопрос: почему столь похожая на Землю по размерам и массе планета стала в ходе своей эволюции по многим характеристикам сильно отличаться от нашей?

Несмотря на серьезные различия в природе двух соседних планет, исследования атмосферных процессов на Венере позволяют получать результаты, полезные для решения задач земной метеорологии.

3. Mapc

Mapc вдвое меньше Земли по диаметру. 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.

В школьный телескоп на Марсе можно заметить белые полярные шапки, темные пятна ("моря") на общем оранжево-красном фоне марсианских "пустынь".

Автоматические станции-лаборатории, выведенные на орбиту вокруг Марса, по команде с Земли производили фотографирование поверхности планеты и изучение ее атмосферы, существование которой было установлено уже давно. Оказалось, что 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.

Почему на Марсе происходят более резкие, чем на Земле, колебания температуры в течение суток?

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 туману чаще над полярными шапками.

Фотографии Марса с расстояния около 450 000 км

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.

Несколько космических аппаратов опускалось на поверхность Марса. Получены тысячи фотографий планеты с разного расстояния, на основе которых составлены подробные карты ее поверхности.

Марс, подобно Луне и Меркурию, усеян кратерами (рис. 52). Форма марсианских кратеров свидетельствует о явлениях выветривания и выравнивания его поверхности. 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.

Рис. 52. Сравнение кратеров (слева направо) на Марсе, Луне и Меркурии

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.

Магнитное поле Марса значительно слабее земного.

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.

Упражнение 16

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)?

2. Чему был бы равен угловой диаметр Солнца, наблюдаемого с Марса?