Галактики. Наша Галактика – Млечный Путь

Галактикой называется огромная система из звезд, межзвездного газа, пыли, темной материи и, возможно, темной энергии, связанная силами гравитационного взаимодействия. Метагалактика – изученная часть Вселенной со всеми находящимися в ней объектами. Предположительно, в видимой части Вселенной находится около 100 млрд. галактик, из них изучено около 200. Галактики содержат от миллионов до нескольких триллионов (1000000000000) звезд, а также туманности. Размеры галактик от тысяч до нескольких сотен тысяч световых лет. А расстояние между галактиками достигает миллионов световых лет. Для обозначения огромных расстояний введены такие величины как – парсек (пк), световой год (св.г.), астрономическая единица (а.е.).

· 1 а.е. = 150 млн. км (среднее расстояние от Земли до Солнца)

· 1 св.г. = 9,4605х10¹⁵ = 63240 а.е. = 0,3066 пк = 10000 млрд. км в год (расстояние, которое проходит световой луч при скорости света 300000 км/с за 1 календарный год на Земле, в одну минуту луч проходит около 18 млн. км.)

· 1 пк = 3,0857х10¹⁶ = 3,2616 световых лет = 206265 а.е.

Кроме того, все космические системы вращаются вокруг своей оси и относительно друг друга по сложным орбитам с периодами в сотни миллионов лет и под определенными углами наклона.

Около 90% массы галактик приходится на долю темной материи и энергии. Природа этих невидимых компонентов пока не изучена. Существуют свидетельства того, что в центре многих галактик находятся сверхмассивные черные дыры. Пространство между галактиками практически не содержит вещества и имеет среднюю плотностью меньше 1 атома на 1 м³ – вакуум.

Возраст галактик равен примерно возрасту Вселенной, около 14 млрд. лет назад в первичном веществе началось обособление протоскоплений, в которых, в ходе разнообразных динамических процессов, происходило выделение групп галактик. Сжатие галактики длится около 3 млрд. лет. За это время происходит превращение газового облака в звездную систему.

В 1926 г. Эдвином Хабблом предложена морфологическая классификация галактик, названая последовательность Хаббла или Камертон Хаббла, поскольку иллюстрация имеет сходство с этим инструментом. Хаббл разделил все галактики на 3 класса, основываясь на их внешнем виде, но впоследствии открыли и другие виды. Современная классификация галактик: эллиптические (Е), линзообразные(S0), обычные спиральные(S), пересеченные спиральные(SB), неправильные (Ir), класс больших спиральных звездных систем. Выделяют активные «взрывающиеся», Сейфертовские галактики, квазары.

Наша Галактика – Млечный Путь (с лат. via lactea «молочная дорога», скопировано с др.-греч. ϰύϰλος γαλαξίας «молочный круг»). Спиральные галактики (S) составляют до 50% всех галактик. Они вращаются со значительными скоростями, поэтому звезды, пыль и газы сосредоточены у них в узком диске, внутри которого расположено центральное сгущение – балдж и несколько спиральных рукавов, имеющих яркий голубоватый цвет, так как в них присутствует много молодых гигантских звезд и идут активные процессы звездообразования. Молодые звезды возбуждают свечение диффузных газовых туманностей. Диск обычно окружен большим сфероидальным гало (светящееся кольцо вокруг объекта; оптический феномен), состоящим из старых звезд второго поколения. Многие спиральные галактики имеют в центре перемычку (бар), от концов которой отходят спиральные рукава. В 2005 г. установлено, что наша Галактика Млечный Путь также относится к спиральным галактикам с перемычкой.

Диаметр нашей Галактики около 100000 св. лет, но толщина в 100 раз меньше. От центра Млечного Пути до центра Солнечной системы около 33000 св. лет, 15 млн. км, а расстояние от общей плоскости Галактики около 50 св. лет. Солнце совершает оборот вокруг центра Галактики за 226 млн. лет.

Спутники Млечного Пути – местная группа галактик: Туманность Андромеды – одна из самых массивных среди известных галактик с массой в 400 млрд. масс Солнца и самый далекий объект, видимый невооруженным глазом: сегодня мы видим свет, который покидал эту Туманность Андромеды, когда на Земле только начиналась последняя ледниковая эпоха. Колесо со спицами – третья по размерам в нашем скоплении; Большое и Малое Магеллановы Облака, и более 30 карликовых галактик – 1 млрд. солнечных масс. А до ближайшей галактики 80000 св. лет.

 

Звезды. Солнце

Звезды – массивные, светящиеся, газовые (плазменные) небесные тела, образующиеся путем гравитационного сжатия облаков галактического газа, состоящие из сильно ионизированного газа, в которых энергия, высвобождаемая при термоядерных реакциях превращения водорода в гелий, происходящих при высоких температурах во внутренних областях, излучается через звездную атмосферу в космос. Температура вещества в недрах звезд измеряется миллионами кельвинов, а на их поверхности тысячами кельвинов. Они различаются по размеру, температуре и яркости. Запасы межзвездного газа постепенно истощаются, рождение звезд становится менее интенсивным. Через несколько миллиардов лет, когда будут исчерпаны все запасы газа, спиральная галактика превратится в линзообразную, состоящую из слабых красных звезд. Эллиптические галактики уже находятся на этой стадии: весь газ в них израсходован 10-15 млрд. лет назад.

Солнце – типичная звезда, хотя кажется гораздо ярче и больше всех остальных звезд, поскольку расположено намного ближе к Земле. Ближайшей к Солнцу звездой является Проксима Центавра. Она расположена в 4,2 св. лет от центра Солнечной системы (39 Пм = 39 триллионов км = 3,9·10¹³ км), то есть в 272000 раз дальше от Земли, чем Солнце, поэтому звезды кажутся нам светлыми точками на небе. Хотя звезды рассыпаны по всему небосводу, мы видим их только ночью, а днем на фоне яркого, рассеянного в воздухе солнечного света они не видны. Невооруженным взглядом (при хорошей остроте зрения) на небе видно около 6000 звезд, по 3000 в каждом полушарии. Все видимые с Земли звезды (включая видимые в самые мощные телескопы) находятся в местной группе галактик.

Атмосфера Земли преломляет лучи света звезд, поэтому они кажутся нам мигающими и дрожащими. Космонавты видят звезды как цветные немигающие точки.

В давние времена все небесные светила, кроме Луны и Солнца, называли «звездами», а планеты – «блуждающими звездами». Перемещение блуждающих звезд относительно неподвижных вызывало интерес и благоговение. Поскольку люди считали себя центром мироздания, они думали, что перемещение светил как-то влияет на их судьбу. Это астрологическое поверие стимулировало астрономические наблюдения, необходимые для составления астрологических прогнозов. Все планеты движутся приблизительно в одной плоскости, их наблюдаемые с Земли траектории проходят на небе вдоль узкой полосы, называемой Зодиаком. Поэтому расположенные вдоль линии Зодиака созвездия в прежние времена считались особенно важными.

Многие храмы были ориентированы по звездам. Скажем, Великие пирамиды в Гизе построены так, что узкий коридор в них направлен точно на полярную звезду, роль которой тогда выполняла aльфа Дракона. Мегалитическая постройка Стоунхендж на Солсберийской равнине в Англии сооружена в точном соответствии с сезонными изменениями положения Солнца и Луны.

В нашу эпоху звезды часто используют как яркие метки на небе для определения времени и для навигации. Поскольку Земля вращается, каждый наблюдатель замечает, как звезды поочередно пересекают воображаемую линию «север-зенит-юг»называемую – небесный меридиан. Это явление применяют для отсчета звездного времени. За начало новых звездных суток на всей Земле принят момент пересечения определенной точкой небесной сферы меридиана Гринвича в Англии.

В нашей Галактике более 100 млрд. звезд. Всего около 0,01% всех звезд Галактики занесено в каталоги, а подавляющее большинство наблюдаемых звезд пока не сосчитано.

Самые яркие звезды у каждого народа получили свои имена. Многие из ныне употребляющихся, например, Альдебаран, Алголь, Денеб, Ригель и др., имеют арабское происхождение; культура арабов послужила мостом через интеллектуальную пропасть, отделяющую падение Рима от эпохи Возрождения.

Спектральная классификация – описание наблюдаемого спектра, позволяет оценить важные астрофизические характеристики звезды, такие как эффективная температура ее поверхности, светимость, иногда особенности химического состава.

Класс	Температура	цвет
О	60000-30000	Горячие ↓ Средние ↓   Холодные	голубой
В	30000-10000	бело-голубой и белый
А	10000-7500	белый
F	7500-6000	желто-белый и белый
G	6000-5000	желтый
К	5000-3500	желтый и желтовато-оранжевый
М	3500-2000	оранжево-красный и красный

ГП – звезды главной последовательности

Звездная величина соответствует блеску звезды – чем звезда тусклее, тем больше ее величина, чем ярче звезда – тем меньше ее звездная величина. У самых ярких звезд звездная величина отрицательная, например, у Сириуса (-1,4). А невооруженным глазом видно звезды до 6-й звездной величины.

Ярчайшие звезды, видимые невооруженным глазом: южное полушарие: Сириус – белая ГП (-1,44); Канопус – белый гигант (-0,72); Ахернар – бело-голубоватая ГП (+0,45); Альфа Центавра – желтая ГП (-0,28); северное полушарие: Вега – белая ГП (+0,03); Капелла – желтый гигант (+0,08); Арктур – красный гигант (-0,05); экваториальная область: Ригель – бело-голубой сверхгигант (+0,14); Процион – белый (+0,4); Бетельгейзе – красный сверх-гигант (+0,41); для сравнения: Солнце – желтый карлик ГП (+4,8).

Современная классификация звезд сложна, в общем плане различают кратные, новые и сверхновые звезды, нестационарные (молодые). В группе двойных звезд выделяют спектрально-двойные и заметно-двойные. Карликовые звезды бывают красные, белые и коричневые карлики. Позже были открыты нейтронные и пульсирующие звезды, квазары, пекулярные звезды и др. Диаграмма Герцшпрунга-Расселла выражает расположение звезд в соответствии с величиной их светимости и температурой. Например, чем горячее звезда, тем она ярче, но меньше. Красные сверхгиганты холодные, но очень яркие благодаря своим огромнейшим размерам. Белые карлики маленькие, могут быть очень горячими, но все равно светят тускло.

По сравнению с белым карликом, Солнце – великан, однако диаметр красных гигантов в 20-40 раз больше Солнечного. Бетельгейзе – красный сверхгигант, удален на 427 св. лет, и имеет диаметр – 800 диаметров Солнца. Самые крупные по массе звезды более чем в 150 раз больше Солнца. Масса самых мелких звезд примерно 10% массы Солнца. Еще меньше коричневые карлики – звездоподобные тела, не разогревшиеся для начала термоядерной реакции, выделяющие тепло, но не светящие как настоящие звезды.

Кратные звезды вращаются друг вокруг друга. Ближе всего к нам в космосе тройная система – альфа Центавра. Она состоит из звезд: альфа А Центавра, альфа В Центавра и маленькой звезды Проксима. Самая яркая звездная система – Сириус, различают две звезды: Сириус А (Собачья звезда) и Сириус В (Щенок).

Астрономы выделяют области неба со скоплениями звезд, которые ныне описаны как 88 созвездий северной и южной небесных полусфер. Древнейшие уходят корнями в Месопотамию на 5000 лет назад, другие на 2000 лет в древний Египет и Грецию. Считается, что первыми созвездиями, на которые обратили внимание, были Телец (есть на Месопотамских табличках 3000 лет назад), Лев (обозначен у шумеров 6000 лет назад) и Скорпион.

В нашем Северном полушарии особый интерес представляет Большая Медведица или «большой ковш» и Малая Медведица, (рис. 2) похожая по строению ковша, но развернутого ручкой в противоположную сторону. Ярчайшая звезда на хвосте Малой Медведицы – это Полярная Звезда (Альфа Малой Медведицы). Звездное небо вращается, но Полярная звезда практически всегда находится в минимальной близости от Северного полюса мира всего около 1°. Находясь точно на севере, она остается неподвижной, на нее можно ориентироваться. Полярная звезда является не просто переменным пульсаром и сверх-гигантом, а звездной системой, состоящей из трех звезд, в самом центре которых находится сверхгигант – Полярная A, которая превышает яркость нашего Солнца, более чем в 2000 раз. Вторая составляющая троицы Полярная B, находится от Полярной A, на достаточно приличном расстоянии, что дает возможность рассмотреть ее в телескоп даже с Земли. Третья – карликовая Полярная ab, располагается так близко к гиганту, что ее сфотографировать удалось лишь телескопу «Хаббл». Возраст Полярной звезды и ее членов приблизительно 80 млн. лет, возможно, они являются остатками бедного рассеянного скопления.

С течением времени в результате прецессии (вращение земной оси), земная ось сдвигается, тем самым приближаясь к разным звездам. Так, 5000 лет назад, неподвижной звездой полюсабыла альфа Дракона. А через 2000 лет Полярную звезду заменит гамма Цефея, и следующая будет уже через 12000 лет звезда Вега (альфа Лиры). То, что впоследствии звезды этих созвездий будут называть «Полярной», ни чего не значит, так как Полярная звезда – это зафиксированное и собственное имя альфы Малой Медведицы.

Рис. 2. Расположение звезд в созвездиях Большая и Малая Медведица

Солнце - центральное тело нашей планетной системы. Среди космических объектов Солнце – звезда третьего поколения главной последовательности, относящаяся к семейству желтых карликов (спектральный класс G2V). По сравнению с другими звездами оно имеет небольшие размеры, однако сосредоточило в себе 99,866% всей массы своей Солнечной системы, и только 0,134% вещества приходится на все остальные ее тела.

Солнце движется, относительно ближайших звезд примерно со скоростью 19,5 км/с, и перемещается в направлении созвездия Геркулеса. Вокруг галактического центра Млечного пути Солнце движется со скоростью 250 км/с., и вместе с планетарной системой совершает полный оборот примерно за 200 млн. лет.

Возраст Солнца примерно 5 млрд. лет. Средний радиус равен 6,9599·10⁸ м. Диаметр – 1392000 км. Масса – 1,8·10³⁰ кг, что составляет 332946 масс Земли. Плотность – 1,409 Мг/м³ плотности воды. Сила тяжести на поверхности составляет – 27,9 силы тяжести на Земле (у Меркурия и Марса – 0,38; у Венеры – 0,9; у Юпитера – уже 2,6; у Сатурна и Нептуна – 1,1). Период сидерического вращения на экваторе – 25,380 суток, у полюсов – 34 суток. А период синодического вращения на экваторе – 27,275 суток. Химический состав: Н-71%, Не-26,5%, прочие 2,5%. Солнце будет светить еще 6-7 млрд. лет, пока весь водород не превратится в гелий. Тогда, вздувшись и превратившись в красного гиганта, Солнце сбросит оболочки и станет белым карликом.

Внутреннее строение Солнца

Солнечное ядро - радиусом примерно 150-175 тыс. км (то есть 20-25% от радиуса Солнца), в котором энергия и тепло получается от термоядерной реакции остальная часть звезды нагрета этой энергией. Плотность вещества в ядре в 150 раз выше плотности воды и в ~6,6 раз выше плотности самого плотного металла на Земле – осмия, а температура 14 млн. К и более.

Зона лучистого переноса – перенос энергии происходит с помощью излучения и поглощения фотонов. Перепад температур от 2 млн. К до 7 млн. К в глубине. Конвективная зона – толщиной 200 тыс. км, здесь возникает конвекция – вихревое перемешивание плазмы, и перенос энергии к поверхности (фотосфере) совершается движениями самого вещества. Температура 5800 К.

Фотосфера – слой, излучающий свет, толщиной от 100 до 400 км. Температура уменьшается с 6600 К до 4400 К. Фотосфера образует видимую поверхность Солнца, по которой определяются размеры Солнца, расстояние от Солнца, т.д.

Хромосфера (от др.-греч. Χρομα-цвет, σφαίρα-шар, сфера) внешняя оболочка толщиной около 2000 км, окружающая фотосферу. Температура увеличивается с высотой от 4000 до 20000 К. Плотность хромосферы невелика.

Солнечная корона – внешняя оболочка в основном из протуберанцев и энергетических извержений, извергающихся на несколько сотен миллиона километров в пространство, образуя солнечный ветер. Температура 1-2 млн. К, до 20 млн. К. Корона видна во время полного солнечного затмения, так как плотность вещества в ней мала. Она интенсивно излучает в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. Эти излучения не проходят сквозь земную атмосферу. Существуют горячие активные и спокойные области, а также корональные дыры с невысокой температурой в 600 тыс. К,, из которых выходят магнитные силовые линии, что позволяет частицам беспрепятственно покидать Солнце, поэтому солнечный ветер испускается из корональных дыр.

Солнечный ветер – поток ионизированных частиц (протонов, электронов и α-частиц), распространяющийся до границ гелиосферы. Быстрый солнечный ветер – 750 км/с, по составу похож на фотосферу. Медленный 400 км/с и по составу близко соответствует короне, он вдвое более плотный и менее постоянный, и имеет сложную структуру с регионами турбулентности.

Магнитное поле Солнца генерируется в нижней части конвективной зоны с помощью механизма гидромагнитного конвективного динамо, а затем всплывает в фотосферу под воздействием магнитной плавучести. Этим же механизмом объясняется 22-летняя цикличность солнечного магнитного поля. Солнечная активность – комплекс явлений, вызванных генерацией сильных магнитных полей, они проявляются в фотосфере как солнечные пятна и вызывают солнечные вспышки, генерацию потоков ускоренных частиц, изменения в уровнях электромагнитного излучения Солнца в различных диапазонах, корональные выбросы массы, возмущения солнечного ветра и др. За несколько минут иногда выделяется энергия примерно миллиарда атомных бомб. Продолжительность сильных 3 ч, а слабые 20 мин. Вспышки также связаны с магнитными полями, которые после вспышки как правило, ослабевают. С солнечной активностью связаны также вариации геомагнитной активности (в том числе и магнитные бури). Общий уровень солнечной активности меняется с характерным периодом, примерно равным 11 годам (так называемый «одиннадцатилетний цикл»). Этот период в XX веке был ближе к 10 годам, а за последние 300 лет варьировался от 7 до 17 лет. Во второй половине XVII в. 11-летние циклы были сильно ослаблены (минимум Маундера). В Европе отмечалось снижение среднегодовых температур – Малый ледниковый период. Существует точка зрения, что глобальное потепление до некоторой степени вызвано повышением уровня солнечной активности в к.XX в. Наибольшая группа пятен наблюдалась в 1947 г. – 172 шт.

Солнечные затмения упоминаются уже в античных источниках. Однако наибольшее число датированных описаний содержится в западноевропейских средневековых хрониках.

Солнце не самая мощная звезда, но оно находится относительно близко к Земле и поэтому светит очень ярко – в 400 тыс. раз ярче полной Луны. Возникает солнечное затмение из-за того, что Луна закрывает (затмевает) полностью или частично Солнце от наблюдателя на Земле. Солнечное затмение возможно только в новолуния, когда сторона Луны, обращенная к Земле, не освещена, и сама Луна не видна. Когда наблюдатель находится в тени от Луны, он наблюдает полное солнечное затмение. Когда он в области полутени – может наблюдать частное солнечное затмение. Бывают кольцеобразные затмения, при которых визуально Луна проходит по диску Солнца, но оказывается меньше в диаметре и не может скрыть его полностью. В год на Земле может происходить от 2 до 5 солнечных затмений, из которых не более двух – полные или кольцеобразные. В среднем за 100 лет происходит 237 солнечных затмений, из которых 63 – полные, 14 – кольцеобразные. Затмения в большой фазе и полные происходят достаточно редко. Так, на территории Москвы с XI по XVIII вв. наблюдалось 159 солнечных затмений с фазой больше 0,5 из которых всего 3 полных (1124 г., 1140 г., 1415 г.). Еще одно полное солнечное затмение произошло 19.08.1887 г., а кольцеобразное 26.04.1827 г. Сильное затмение с фазой 0,96 произошло 09.07.1945 г. Следующее полное солнечное затмение ожидается в Москве лишь 16 октября 2126 г.

Воздействие Солнца на Землю. Для людей, животных и растений солнечный свет является очень важным. У значительной их части свет вызывает изменение циркадного ритма. Так, на человека, по некоторым исследованиям, оказывает влияние свет интенсивности более 1000 люкс, причем его цвет имеет значение. В тех областях Земли, которые в среднем за год получают мало солнечного света, например, тундре, устанавливается низкая температура (до −35 °C зимой), короткий сезон роста растений, малое биоразнообразие и низкорослая растительность.

В листьях растений содержится зеленый пигмент хлорофилл – улавливатель световой энергии в процессе фотосинтеза, при котором из углекислого газа и воды с использованием энергии света синтезируются органические вещества (глюкоза), и выделяется кислород. Таким образом, фотосинтез обеспечивает возможность существования жизни на Земле.

Основной приток энергии в систему атмосфера-Земля обеспечивается излучением Солнца в спектральном диапазоне от 0,1 до 4 мкм. При этом в диапазоне 0,3 мкм до 1,5-2 мкм атмосфера Земли прозрачна для солнечного излучения почти полностью. В ультрафиолетовой области спектра (для волн короче 0,3 мкм) излучение поглощается в основном слоем озона, расположенного на высотах 15-20 (до 60) км. Рентгеновское и гамма-излучение до поверхности Земли практически не доходят. Ультрафиолет проникает вглубь биологических тканей, вызывая мутации в ДНК, нарушение биосинтеза в клетках, вплоть до разрушения структуры вещества (солнечные ожоги). Однако, воздействуя на пигменты в клетках кожи человека, вызывает синтез витамина Д, необходимого для протекания нормального обмена веществ, роста и иммунитета.

 

Строение Солнечной системы. Планеты и тела

Размеры Солнечной системы 500-100 а.е. или 10 млрд. км, что в 1 млн. раз превосходит диаметр Земли. Космический спутник «Вояджер-1» запущенный в 1977 г., к 2005 г. удалился от Солнца на 97 а.е., и является самым удаленным искусственным объектом.

Тела Солнечной системы представлены объектами различных свойств, среди которых классификационное значение имеют в большей степени плотность, а также масса, вращение, давление, размеры, химический состав и строение. Классификации различны, и в свете развития науки постепенно претерпевают изменения.

Крупные тела Солнечной системы – планеты. Например, планеты, принадлежащие к одной и той же группе, по плотности различаются между собой незначительно. Однако, средняя плотность планет земной группы примерно в 5 раз больше средней плотности планет-гигантов. Планеты земной группы составляют внутреннюю часть Солнечной системы. Планеты-гиганты образуют ее внешнюю часть. Промежуточное положение занимает пояс астероидов, расположенный между Марсом и Юпитером, в котором сосредоточена большая часть малых планет, астероидов, пыли.

Международный астрономический союз (МАС, или IAU - International Astronomical Union) с 1919 г. занимается номенклатурой планет и спутников. Решения этой организации влияют на работу всех профессиональных астрономов.

Ранее считалось, что Солнечная система состоит из Солнца (звезды) и 9 планет. С 2006 г. по рекомендации МАС введено определение «планета» и классификация изменилась. В настоящее время планеты разделены на группы:

· Планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля, Марс;

· Планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун;

· Карликовые планеты: Плутон (до 2006 г. считался девятой планетой), Церера, Хаумеа, Макемаке, Эрида (являются крупными астероидами на окраинах Солнечной системы).

Малые тела Солнечной системы – представлены:

· несколькими десятками спутников планет (в настоящее время их открыто 180, включая спутники карликовых планет);

· малыми планетами – астероидами (~100 тысяч);

· кометами (~1011 объектов);

· огромным количеством мелких фрагментов – метеоритов, метеоров, а также космической пылью.

Механически все эти объекты объединены в общую систему силой притяжения Солнца. Средняя плотность тел Солнечной системы изменяется в пределах от 0,5 г/см³ для ядер комет до 7,7 г/см³ для металлических астероидов и метеоритов.

Соотношение расстояний и периодов обращения планет вокруг Солнца определяется известным законом Кеплера, согласно которому квадраты периодов пропорциональны кубам больших полуосей относительных орбит.

Планеты движутся вокруг Солнца в одном направлении, совпадающем с направлением осевого вращения Солнца, и в том же направлении они вращаются вокруг своей оси. Исключение составляют Венера, Уран и Плутон, осевое вращение которых противоположно солнечному.

После завершения стадии формирования больших планет и спутников из первичного газопылевого облака, состояние их поверхности в основном определялось двумя процессами: выпадением большого числа мелких фрагментов, находившихся в межпланетном пространстве, и внутренней активностью собственных недр. Современный вид поверхности больших планет и спутников показывает, что для каждого тела воздействия этих процессов сочетались в различных пропорциях. На поздних стадиях развития планет существенную роль играло также наличие или отсутствие у тела газовой оболочки – атмосферы.

Планеты земной группы – состоят из оксидов и соединений тяжелых химических элементов: железа, магния, алюминия и других металлов, содержат много кремния, разнообразие неметаллов.

В литосфере Земли на долю четырех основных элементов – Fe, O, Si, Mg – приходится более 90% массы планеты. В этой группе планет Земля и Венера почти не отличаются друг от друга по размерам, массе и средней плотности (5,52 и 5,24 г/см³ соответственно), а Марс и Меркурий меньше по размерам и массе.

Планеты-гиганты отличаются особо малой плотностью. Это объясняется тем, что они состоят в основном из водорода и гелия, которые находятся преимущественно в газообразном и жидком состояниях. Атмосферы этих планет содержат также соединения водорода – метан и аммиак. Все эти различия возникли уже на стадии формирования планет.

Общая характеристика планет (подробные данные в таблице)

Планеты земной группы (внутренние планеты)

<

1. Меркурий – самая близкая к Солнцу планета Солнечной системы. О планете известно сравнительно немного. Только в 2009 г. составили первую полную карту Меркурия, используя снимки аппаратов «Маринер-10» и «Мессенджер». Естественных спутников у планеты не обнаружено. После лишения Плутона в 2006 г. статуса планеты, Меркурию перешло звание самой маленькой планеты Солнечной системы. Кроме того, Меркурий самая маленькая планета земной группы. Его радиус меньше радиуса спутника Юпитера Ганимеда и спутника Сатурна Титана, однако, он все же превосходит их по массе. Средняя плотность Меркурия лишь незначительно меньше плотности Земли. Учитывая, что Земля больше по размерам, значение плотности Меркурия указывает на повышенное содержание в его недрах металлов, железа и кремниевых пород. На всех планетах разная мощность геомагнитных полей и отсюда разное ускорение свободного падения, на Меркурии оно равно 3,70 м/с², тогда как на Земле 9,8 м/с². Атмосферы нет, температура от -173°С нагревается до +427°С. Планета названа древними римлянами в честь бога торговли быстроногого Меркурия, поскольку она движется по небу быстрее других планет. Астрономический символ Меркурия – стилизованное изображение крылатого шлема бога Меркурия с его кадуцеем.

2. Венера – вторая внутренняя планета Солнечной системы и третий по яркости объект на небе Земли (после Солнца и Луны) и достигает видимой звездной величины в (−4,6). Поскольку Венера ближе к Солнцу, чем Земля, она никогда не удаляется от Солнца более чем на 47,8° (для земного наблюдателя). Своей максимальной яркости Венера достигает незадолго до восхода или после захода Солнца, что дало повод называть ее также Вечерняя звезда или Утренняя звезда. Венеру иногда называют «сестрой Земли», потому что обе планеты похожи размерами, силой тяжести и составом. Однако, поверхность Венеры скрывает чрезвычайно густая облачность из облаков серной кислоты с высокими отражательными характеристиками, что не дает возможности увидеть поверхность в видимом свете, но атмосфера прозрачна для радиоволн, с помощью которых впоследствии и был исследован рельеф планеты. У Венеры самая плотная среди прочих землеподобных планет атмосфера, состоящая главным образом из углекислого газа. Это объясняется тем, что на Венере нет круговорота углерода и жизни, которая могла бы перерабатывать его в биомассу. В глубокой древности Венера, как полагают, настолько разогрелась, что подобные земным океаны, которыми, как считается, она обладала, полностью испарились, оставив после себя пустынный пейзаж с множеством плитоподобных скал. Одна из гипотез полагает, что водяной пар из-за слабости магнитного поля поднялся так высоко над поверхностью, что был унесен солнечным ветром в межпланетное пространство. Для легкости запоминания: атмосферное давление на поверхности Венеры в 100 (точно в 92) раза больше, чем на Земле, а на Марсе в 150 (точно в 160) раз меньше. Поверхность Венеры носит на себе яркие черты вулканической деятельности, а атмосфера содержит большое количество серы. Некоторые эксперты полагают, что вулканическая деятельность на Венере продолжается и сейчас. Но явных доказательств этому не найдено, поскольку ни на одной из вулканических впадин (кальдер) не было замечено лавовых потоков. Низкое число ударных кратеров говорит в пользу того, что поверхность Венеры относительно молода, и ей приблизительно 500 млн. лет (а Земли – 4,5 млрд. лет). Свидетельств тектонического движения плит не обнаружено, возможно, потому, что кора планеты без воды, придающей ей меньшую вязкость, не обладает должной подвижностью. Венера – единственная из восьми основных планет Солнечной системы, получившая название в честь женского божества – Венеры, богини любви из римского пантеона.

3. Земля – крупнейшая по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы (рис. 3). Земля взаимодействует гравитационными силами с другими объектами в космосе, включая Солнце и Луну. Расстояние Земли от Солнца 147-152 млн. км (среднее 150 млн. км), Длина орбиты Земли – 940 млн. км. Средняя скорость движения по орбите – 107 000 км/час или около 30 км/с. В целом, перемещаясь в космическом пространстве, Земля совершает минимум четыре вида движения: 1. Земля вращается вместе с Солнечной системой вокруг центра Галактики совершая оборот за 280 млн. лет, называемый галактическим годом, Влияние этого движения на Земные процессы пока не изучено. 2. Один оборот вокруг Солнца планета совершает за 365, 24 суток. Это время называется звездным годом. Земля совершает полный оборот вокруг Солнца за 365 суток и 6 часов. Для удобства считают, что в году 365 дней, а через каждые четыре года, когда из 6 часов «накопится» 24 часа, в году бывает не 365, а 366 дней. Этот год называется високосным. 3. Земля вращается вокруг своей оси, за 23 часа 56 минут и 4,1 секунды - звездные солнечные сутки. Благодаря этому движению на планете происходит смена дня и ночи. 4. Вместе с естественным спутником – Луной, масса которой соизмерима с массой нашей планеты, Земля вращается вокруг общего с Луной центра масс, совершая один оборот за 27 суток и 8 часов (условно 28 суток Лунного цикла). Земля и Луна считаются двойной планетой. В Солнечной системе только Плутон имеет спутник Харон, масса которого соизмерима с массой этой планеты. У большинства планет Солнечной системы по нескольку спутников, и их массы намного меньше масс самих планет. Следует отметить, что относительно Вселенной, наша Галактика Млечный Путь вместе с Солнечной системой и Землей, и всеми другими объектами, также вращается в различных направления и плоскостях, но длится этот процесс миллиарды лет. Эфемеридное время (ET) – равномерная шкала времени, основанная на определении секунды. Единицей времени является секунда международной системы единиц СИ – или атомная секунда. Определение секунды, как оно дано 13-й Генеральной конференцией мер и весов в 1967 г.: «секунда – это продолжительность 9 192 631 770 периодов излучения атома цезия 133, испускаемого им при переходе между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния». Сутки, как единица времени, это 86400 атомных секунд. Звездный (сидерический) год определяется обращением Солнца по эклиптике относительно неподвижных звезд и равен 365,25636 (или 365,26) средних солнечных суток, а звездные сутки – обращение относительно точки весеннего равноденствия, они равны 23 ч 56 мин 04.0905308 с (или 24 ч). Внимание, звездные сутки - это период относительно точки весны, а не звезд. Тропический год– промежуток времени, за который Солнце последовательно проходит через точку истинного весеннего равноденствия. Продолжительность тропического года медленно меняется и равна (в эфемеридных сутках) 365,24. (За эталон принята продолжительность тропического года в фундаментальную эпоху 1900 г., январь 0, 12 ч ЕТ). Причиной, из-за которой тропический год оказывается короче звездного года, является прецессия оси вращения Земли. Среднее солнечное время определяется с помощью звездного времени на основе следующего соотношения, установленного многочисленными наблюдениями: 365, 2422 средних солнечных сут = 366,2422 звездных сут, откуда следует, что 24 ч звездного времени = 23 ч 56 мин 4,091 с среднего солнечного времени, а 24 ч среднего солнечного времени = 24 ч 3 мин 56,555 с звездного времени. Поскольку ни тропический, ни звездный год не содержат целого числа средних солнечных суток, в качестве гражданского календаря в Европе в 46 г. до н.э. был введен юлианский календарь (в честь Юлия Цезаря). Календарь определяется четырехлетним циклом: 3 года по 365 суток, затем следует високосный год из 366 суток. Поэтому один год в юлианском календаре равен 365,25 средних солнечных суток и называется юлианским годом. Одно юлианское столетие содержит ровно 36525 средних солнечных суток. В связи с заменой секунды времени (как части средних солнечных суток) на атомную секунду было изменено определение юлианского года. Сейчас юлианский год равен 365,25 атомных суток. Юлианское столетие принято в качестве одной из основных единиц времени и используется в фундаментальных науках, формулах, связывающих звездное и всемирное время и т.д. (МАС, 1976 г.). Основная шкала времени – Международное атомное время (Time Atomic International, TAI), строится на показаниях атомных часов разных стран. Однако, по данным палеонтологии, 1,3 млрд. лет назад, продолжительность суток составляла 14,9-16 часов, а год длился около 546-588 дней. Уже 500 млн. лет назад, в кембрий палеозойской эры, сутки составляли около 20,5 часов, а год примерно 425 дней. Таким образом, вокруг своей оси Земля замедлила вращение, а продолжительность года сократилась, то есть движение по орбите ускорилось. Научные данные указывают на то, что Земля образовалась из солнечной туманности около 4,54 млрд. лет назад, и вскоре после этого приобрела свой единственный естественный спутник – Луну. Луна начала свое обращение на орбите вокруг Земли примерно 4,53 млрд. лет назад, что стабилизировало осевой наклон планеты и является причиной приливов, которые замедляют вращение Земли и отдаляют Луну. Жизнь появилась на Земле около 3,5 млрд. лет назад. С тех пор биосфера Земли значительно изменила атмосферу и прочие абиотические факторы, обусловив количественный рост аэробных организмов, так же как и формирование озонового слоя, который вместе с магнитным полем Земли ослабляет вредную сол