Реферат. Планеты земной группы. 2010

Читайте :)


Планеты  - наиболее массивные тела Солнечной системы, движутся по эллиптическим орбитам вокруг Солнца, светятся отраженным солнечным светом. Расположение планет в направлении от Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон.
Планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) близки по размерам и химическому составу. Средняя плотность их вещества от 5,52 до 3,97 г/см3. Характерная черта всех планет земной группы - наличие твердой литосферы. Рельеф их поверхности сформировался в результате действия внешних (удары тел, падающих на планеты с огромными скоростями) и внутренних (тектонические движения и вулканические явления) факторов. Также у всех планет земной группы кроме Меркурия имеется атмосфера. Отличительной особенностью Земли от других планет земной группы является наличие атмосферы.
Атмосферы Марса и Венеры весьма близки по своему составу между собой, но в то же время значительно отличаются от земной. Для объяснения причин такого различия приходится обратиться к рассмотрению эволюционных изменений, происходящих на протяжении длительных промежутков лет. Считается, что атмосфера Марса и Венеры в основном сохранили тот состав, который когда-то имела Земля. За миллионы лет земная атмосфера в значительной степени уменьшила содержание углекислого газа и обогатилась кислородом за счет растворения углекислого газа в водах Мирового океана, который, по-видимому, никогда не замерзал, и за счет выделения кислорода появившейся на Земле растительностью. На Венере и Марсе эти процессы не могли происходить по простым причинам - отсутствие гидросферы и растительности. Современные исследования круговорота углекислого газа на нашей планете показывают, что только наличие гидросферы способно обеспечить сохранение температурного режима в пределах, необходимых для существования живых организмов.
Меркурий
Меркурий - ближайшая к Солнцу планета Солнечной системы.
Меркурий движется вокруг Солнца по сильно вытянутой эллиптической орбите, плоскость которой наклонена к плоскости эклиптики под углом 7°00'15. Расстояние Меркурия от Солнца меняется от 46,08 млн. км до 68,86 млн. км. Период обращения вокруг Солнца (меркурианский год) составляет 87,97 земных суток, а средний интервал между одинаковыми фазами (синодический период) 115,9 земных суток. Продолжительность солнечных суток на Меркурии равна 176 земным суткам. Расстояние Меркурия от Земли меняется от 82 до 217 млн. км. Максимальный угловой размер планеты при наблюдении с Земли составляет 13, минимальный — 5. Средняя скорость движения Меркурия по орбите вокруг Солнца — 47,89 км/с.
Период обращения Меркурия вокруг своей оси равен 58,6461 ± 0,0005 суток, что составляет 2/3 от периода обращения вокруг Солнца. Это обстоятельство является результатом действия приливного трения и крутящего момента гравитационных сил со стороны Солнца, обусловленного тем, что на Меркурии распределение масс не является строго концентрическим (центр масс смещен по отношению к геометрическому центру планеты). Обращение Меркурия вокруг Солнца и его собственное вращение приводят к тому, что длительность солнечных суток на планете равна трем звездным меркурианским суткам или двум меркурианским годам и составляет около 175,92 земных суток.
Размеры, форма и масса Меркурия
По форме Меркурий близок к шару с экваториальным радиусом (2440 ± 2) км, что примерно в 2,6 раза меньше, чем у Земли. Разность полуосей экваториального эллипса планеты составляет около 1 км; экваториальное и полярное сжатия незначительны. Отклонения геометрического центра планеты (шара) от центра масс — порядка полутора километров. Площадь поверхности Меркурия в 6,8 раз, а объем — в 17,8 раз меньше, чем у Земли.
Масса Меркурия равна 3,31 • 1023 кг, что примерно в 18 раз меньше массы Земли. Средняя плотность близка к земной и составляет 5,44 г/см3. Ускорение свободного падения вблизи поверхности 3,7 м/с2.
Температура и рельеф поверхности Меркурия
Как ближайшая к Солнцу планета, Меркурий получает от центрального светила значительно большую энергию, чем, например, Земля (в среднем в 10 раз). Из-за вытянутости орбиты поток энергии от Солнца варьируется примерно в два раза. Большая продолжительность дня и ночи приводит к тому, что яркостные температуры (измеряемые по инфракрасному излучению в соответствии с законом теплового излучения Планка) на «дневной» и на «ночной» сторонах поверхности Меркурия при среднем расстоянии от Солнца могут изменяться примерно от 600 К до 100 К. Но уже на глубине нескольких десятков сантиметров значительных колебаний температуры нет, что является следствием весьма низкой теплопроводности пород.
Поверхность Меркурия, покрытая раздробленным веществом базальтового типа, довольно темная. Судя по наблюдениям с Земли и фотографиям с космических аппаратов, она в целом похожа на поверхность Луны, хотя контраст между темными и светлыми участками выражен слабее. Наряду с кратерами (как правило, менее глубокими, чем на Луне) есть холмы и долины.
Над поверхностью Меркурия имеются следы весьма разреженной атмосферы, содержащей, кроме гелия, также водород, углекислый газ, углерод, кислород и благородные газы (аргон, неон). Близость Солнца обусловливает ощутимое влияние на Меркурий солнечного ветра. Благодаря этой близости значительно и приливное воздействие Солнца на Меркурий, что должно приводить к возникновению над поверхностью планеты электрического поля, напряженность которого может быть примерно вдвое больше, чем у «поля ясной погоды» над поверхностью Земли, и отличается от последнего сравнительной стабильностью.
Венера
Венера - вторая от Солнца и ближайшая к Земле планета Солнечной системы.
Венера движется вокруг Солнца по орбите, располагающейся между орбитами Меркурия и Земли, с сидерическим периодом, равным 224,7 земных суток. Орбита Венеры близка к круговой — она имеет самый малый эксцентриситет (0,0068) среди планет Солнечной системы. Среднее расстояние от Венеры до Солнца равно 108,21 млн. км, что составляет 0,72333 а. е. Средняя скорость движения по орбите 34,99 км/с. Орбита наклонена к плоскости эклиптики под углом 35°23'39''.
Венера — единственная планета Солнечной системы, собственное вращение которой противоположно направлению ее обращения вокруг Солнца. Период собственного вращения близок к 243 земным суткам, что соответствует угловой скорости вращения 2,99 • 10-7 рад/с (у Земли 7,292 • 10-5 рад/с). Из-за «обратного» направления вращения Венеры длительность солнечных суток на ней в 116,8 раз больше, чем на Земле, так что за один венерианский год восход и заход Солнца на Венере происходит всего дважды.
Расстояние от Венеры до Земли изменяется от 38 млн. км до 258 млн. км. Наклон плоскости экватора Венеры к плоскости ее орбиты не превышает 3°, из-за чего сезонные изменения на ней незначительны.
До тех пор пока для исследований Венеры использовались только оптические телескопы, удавалось измерить лишь верхнюю границу радиуса плотного облачного покрова, закрывающего поверхность Венеры. Появление радиоинтерференционных методов позволило (поскольку облака прозрачны для электромагнитных волн радиодиапазона) перейти к исследованию ее твердой поверхности. Еще более точные данные были получены, когда Венера оказалась в пределах досягаемости космических аппаратов (советских, серий «Венера», и американских, серий «Маринер» и «Пионер-Венера»). Наиболее точное значение среднего радиуса твердой поверхности, найденное к настоящему времени при помощи радиовысотометрических и траекторных измерений, составляет 6051,5 ± 0,1 км. Радиус верхней границы облаков — около 6120 км.
Фигура планеты близка к сферической. Более точно она может быть представлена трехосным эллипсоидом, у которого полярное сжатие на два порядка меньше, чем у Земли. В экваториальной плоскости полуоси эллипсоида равны 6052,02 ± 0,1 км и 6050,99 ± 0,14 км; полярная полуось равна 6051, 54 ± 0,1 км.
Масса Венеры, наиболее точное значение которой получается из анализа траекторий искусственных спутников, равна 0,8136 от массы Земли, или 4,86 • 1024 кг. Средняя плотность составляет 0,951 от средней плотности Земли (~ 5,5 г/см3).
Температура на поверхности Венеры (на уровне среднего радиуса планеты) — около 750 К, причем ее суточные колебания незначительны. Давление — около 100 атм., плотность газа почти на два порядка выше, чем в атмосфере Земли. Установление этих фактов явилось разочарованием для многих исследователей, полагавших, что на этой, так похожей на нашу, планете условия близки к тем, что были на Земле в каменноугольный период, а, следовательно, там и похожая фауна. Первые определения температуры, казалось, могли оправдать такие надежды, но уточнения (в частности, при помощи спускаемых аппаратов) показали, что благодаря парниковому эффекту возле поверхности Венеры исключено всякое существование жидкой воды.
Земля
Земля - третья от Солнца планета в Солнечной системе. По форме Земля близка к эллипсоиду, сплюснутому у полюсов и растянутому в экваториальной зоне. Средний радиус Земли 6371,032 км, полярный —6356,777 км, экваториальный —6378,160 км. Масса Земли 5,976•1024 кг, средняя плотность 5518 кг/м3.
Земля движется вокруг Солнца со средней скоростью 29,765 км/с по эллиптической, близкой к круговой орбите (эксцентриситет 0,0167); среднее расстояние от Солнца 149,6 млн. км, период одного обращения по орбите 365, 24 солнечных суток. Вращение Земли вокруг собственной оси происходит со средней угловой скоростью 7,292115•10-5рад/с, что примерно соответствует периоду в 23 ч 56 мин 4,1 с. Линейная скорость поверхности Земли на экваторе —около 465 м/с. Ось вращения наклонена к плоскости эклиптики под углом 66° 33' 22''. Этот наклон и годовое обращение Земли вокруг Солнца обуславливают исключительно важную для климата Земли смену времен года, а собственное ее вращение —смену дня и ночи. Вращение Земли из-за приливных воздействий неуклонно (хотя и очень медленно —на 0,0015 с за столетие) замедляется. Имеются и небольшие нерегулярные вариации продолжительности суток.
Положение географических полюсов меняется с периодом 434 суток с амплитудой 0,36''. Кроме того, имеются и небольшие сезонные их перемещения.
Площадь поверхности Земли 510,2 млн. км2, из которых примерно 70,8% приходится на Мировой океан. Его средняя глубина около 3,8 км, максимальная (Марианская впадина в Тихом океане) равна 11,022 км; объем воды 1370 млн. км3, средняя соленость 35 г/л. Суша составляет соответственно 29,2% и образует шесть материков и острова. Она поднимается над уровнем моря в среднем на 875 м; наибольшая высота (вершина Джомолунгма в Гималаях) 8848 м. Горы занимают свыше 1/3 поверхности суши. Пустыни покрывают около 20% поверхности суши, саванны и редколесья —около 20%, леса — около 30%, ледники — свыше 10%. Свыше 10% суши занято под сельскохозяйственными угодьями.
Земля окружена атмосферой. Нижний ее слой (тропосфера) простирается в среднем до высоты в 14 км; происходящие здесь процессы играют определяющую роль для формирования погоды на планете. Температура в тропосфере падает с увеличением высоты. Слой от 14 до 50-55 км называют стратосферой; здесь температура возрастает с увеличением высоты. Еще выше (примерно до 80-85 км) находится мезосфера, над которой наблюдаются (обычно на высоте около 85 км) серебристые облака. Для биологических процессов на Земле огромное значение имеет озоносфера —слой озона, находящийся на высоте от 12 до 50 км. Область выше 50-80 км называют ионосферой. Атомы и молекулы в этом слое интенсивно ионизируются под действием солнечной радиации, в частности, ультрафиолетового излучения. Если бы не озоновый слой, потоки излучения доходили бы до поверхности Земли, производя разрушения в имеющихся там живых организмах. Наконец, на расстояниях более 1000 км газ настолько разрежен, что столкновения между молекулами перестают играть существенную роль, а атомы ионизированы более чем наполовину. На высоте порядка 1,6 и 3,7 радиусов Земли находятся первый и второй радиационные пояса.
Гравитационное поле Земли с высокой точностью описывается законом всемирного тяготения Ньютона. Ускорение свободного падения над поверхностью Земли определяется как гравитационной, так и центробежной силой, обусловленной вращением Земли. Зависимость ускорения свободного падения от широты приближенно описывается формулой g = 9,78031 (1+0,005302 sin2) m/c2, где m —масса тела.
Земля обладает также магнитным и электрическим полями. Магнитное поле над поверхностью Земли складывается из постоянной (или меняющейся достаточно медленно) «главной» и переменной частей; последнюю обычно относят к вариациям магнитного поля. Главное магнитное поле имеет структуру, близкую к дипольной. Магнитный дипольный момент Земли, равный 7,98•1025 единиц СГСМ, направлен примерно противоположно механическому, хотя в настоящее время магнитные полюсы несколько смещены по отношению к географическим. Их положение, впрочем, меняется со временем, и хотя эти изменения достаточно медленны, за геологические промежутки времени, по палеомагнитным данным, обнаруживаются даже магнитные инверсии, то есть обращения полярности. Напряженности магнитного поля на северном и южном магнитных полюсах равны соответственно 0,58 и 0,68 Э, а на геомагнитном экваторе —около 0,4 Э.
Электрическое поле над поверхностью Земли в среднем имеет напряженность около 100 В/м и направлено вертикально вниз —это так называемое «поле ясной погоды», но это поле испытывает значительные (как периодические, так и нерегулярные) вариации.
Геофизика Земли относительно молода. Все происходящее в недрах нашей планеты изучено пока еще далеко не полно.
Марс
Марс - четвертая от Солнца планета Солнечной системы.
Марс движется вокруг Солнца по эллиптической орбите с эксцентриситетом 0,0934. Плоскость орбиты наклонена к плоскости эклиптики под небольшим углом (1° 51'). Среднее расстояние от Солнца равно 227,99 млн. км (1,524 а. е.). Минимальное расстояние от Солнца примерно 207, максимальное — 249 млн. км; из-за этого различия количество поступающей от Солнца энергии варьируется на 20-30%.
Поскольку наклон экватора к плоскости орбиты значителен (25,2°), на планете существуют заметные сезонные изменения. Период обращения Марса вокруг Солнца почти вдвое больше земного года (686,98 земных суток). Средняя скорость орбитального движения составляет 24,13 км/с. Период суточного обращения Марса вокруг своей оси почти такой же, как у Земли (24 ч 37 мин 22,58 с).
Экваториальный радиус планеты равен 3394 км, полярный — 3376,4 км. Уровень поверхности в южном полушарии в среднем на 3-4 км выше, чем в северном.
Масса Марса составляет 6,44 1023 кг, то есть 0,108 массы Земли. Средняя плотность 3,95 г/см3. Ускорение свободного падения на экваторе 3,76 м/с2.
Марс находится на минимальном расстоянии от Земли во время противостояний, происходящих с интервалами в 779,94 земных суток. Однако раз в 15-17 лет происходит так называемое великое противостояние, когда эти две планеты сближаются примерно на 56 млн. км; последнее такое сближение имело место в 1988. Во время великих противостояний Марс выглядит самой яркой звездой на полуночном небе (—2,7 звездной величины), оранжево-красного цвета, вследствие чего его стали считать атрибутом бога войны (отсюда название планеты).
Атмосфера на Марсе разрежена (давление порядка сотых и даже тысячных долей атмосферы), и состоит, в основном, из углекислого газа (около 95%) и малых добавок азота (около 3%), аргона (примерно 1,5%) и кислорода (0,15%). Концентрация водяного пара невелика, и она существенно меняется в зависимости от сезона. Существование воды на Марсе — один из главных вопросов в изучении этой планеты. В 2004 марсоходы «Спирит» и «Оппортьюнити» показали наличие воды в пробах марсианского грунта.
Есть все основания полагать, что воды на Марсе немало. На такую мысль наводят длинные ветвящиеся системы долин протяженностью в сотни километров, весьма похожие на высохшие русла земных рек, причем перепады высот отвечают направлению течений. Некоторые особенности рельефа явно напоминают выглаженные ледниками участки. Судя по хорошей сохранности этих форм, не успевших ни разрушиться, ни покрыться последующими наслоениями, они имеют относительно недавнее происхождение (в пределах последнего миллиарда лет). Где же теперь марсианская вода?
Вокруг Марса обращаются два спутника: Фобос (Страх) и Деймос (Ужас). Первый из них движется вокруг Марса по орбите со средним радиусом 9350 км за 7 ч 39 мин, то есть обгоняет планету в ее суточном вращении. Деймос облетает Марс по орбите с радиусом 23500 км за 30 ч 17 мин. Оба спутника имеют неправильную форму и всегда обращены к Марсу одной и той же стороной. Их максимальные размеры: 26 км в длину и 21 км в ширину у Фобоса и, соответственно, 13 и 12 км — у Деймоса. Гравитационные поля спутников настолько слабые, что атмосферы они не имеют. На поверхности обнаружены метеоритные кратеры. На Фобосе крупнейший кратер Стикни имеет диаметр 10 км.
 
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.    Космос: Сборник. Научно - популярная литература/ Сост. Ю. И. Коптев и С. А. Никитин; Вступ. ст. академика Ю. А. Осипьяна. Л.: Дет. лит., 2000. - 223 с.
2.    И. А. Климишин. Астрономия наших дней. - М.: "Наука"., 2001. - 453 с.
3.    А. Н. Томилин. Небо Земли. Очерки по истории астрономии/ Научный редактор и автор предисловия доктор физико-математических наук К. Ф. Огородников. Рис. Т. Оболенской и Б. Стародубцева. Л., "Дет. лит.", 1974. - 334 с., ил.
4.    Энциклопедический словарь юного астронома/ Сост. Н. П. Ерпылев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Педагогика, 1986. - 336с.
5.    Астрономия: Учеб. для 11 кл. сред. шк.-М.: Провсещение,2006.
6.    Р. Болдуин “Что мы знаем о Луне”. Москва, “МИР” 2007.
7.    Энциклопедия (первый том) “Наука и вселенная”. Под редакцией А.Д. Суханова и Г.С. Хромова. Москва, “МИР” 1983 г.
8.    Коломейцев А.В. Физика космоса. М., 2008.
9. Материал Википедии