Строение солнечной системы

02.07.2018
Основные геодинамические процессы, протекающие на поверхности Земли и в ее недрах в настоящее время и в геологическом прошлом, а также результаты этих процессов, т. е. то, что является предметом изучения наук геодинамического цикла, не доступны для исследования без общих представлений о бескрайнем и вечно меняющемся мире, именуемом Космосом или космическим пространством (от греч. космос — вселенная). Наши знания о Земле как о космическом теле, об околоземном пространстве — это тоже сведения о Космосе. Несмотря на то, что мы живем в Космосе и ощущаем его не только разумом, но и всем своим телом, знаем мы о нем очень мало. И сегодня можно охарактеризовать Вселенную словами М.В. Ломоносова: «Открылась бездна звезд полна, звездам числа нет, бездне — дна».

Неизвестны ни размер Вселенной, ни ее форма, ни возраст, ни содержание и потому считаем ее бесконечной во времени и пространстве. Часть Вселенной, издавна доступная для наблюдения, состоит из темного пространства и скоплений в виде светлых, молочных пятен и спиралей, которые так и называются галактики (от греч. галактика — молоко). Галактика, видная в темном небе с Земли в виде широкой полосы, пересекающей небо от края до края, и которой принадлежит Земля, называется Млечный Путь, возраст ее около 12 млрд лет. Солнце — лишь одна из многочисленных звезд в нашей Галактике.

Солнечная система состоит из одной звезды — Солнца, девяти планет, 42 спутников, пояса астероидов, сотни комет, метеоритов, направленных потоков ионов и протонов — солнечного ветра (рис. 1.1). Основная масса Солнечной системы сосредоточена в Солнце — 99,87 %; а 0,1 % приходится на Юпитер, на долю всех других тел — менее 0,03 %. Расположено Солнце в пределах одной из спиральных ветвей нашей Галактики и обращается вокруг ее центра с периодом в 200 млн лет.

Плотность Солнца составляет 1,41 г/см3. Верхняя оболочка — фотосфера имеет мощность около 300 км. В состав Солнца входят 70 химических элементов, главные из которых водород и гелий.

Вследствие малой плотности верхней оболочки Солнца скорость ее вращения вокруг оси неравномерна. Экваториальная часть делает полный оборот за 25 дней, а полярные области — за 34 дня. Внутри Солнца расчетная температура достигает 16 млн °С. Температура поверхности около 5600 °С. За 1 с Солнце излучает около 10в26 кал. Примерно миллиардная часть этой энергии достигает Земли, но это количество соизмеримо со всей энергией углеводородного сырья (уголь, нефть, газ), накопленного в земных недрах. Тепловая энергия Солнца непрерывно пополняется вследствие ядерных процессов превращения водорода в гелий.

Планеты вращаются вокруг Солнца в плоскости эклиптики, близкой плоскости его экватора. Лишь две крайние планеты: первая — Меркурий и последняя — Плутон отклоняются от этой плоскости, орбиты их эллиптические. Другие планеты обращаются вокруг Солнца по орбитам, близким к круговым. Семь планет и Солнце вращаются вокруг своей оси в одну сторону, а Венера и Уран — в противоположную. По своим физическим свойствам планеты разделяются на две группы: первая — Меркурий, Венера, Земля, Марс; вторая — Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Первая группа носит название внутренних планет, или планет земной группы, или малых планет, вторая — больших планет, или планет-гигантов. Общая характеристика планет представлена в табл. 1.1.

Малые планеты имеют относительно небольшие размеры (от 0,39 до 1,00 радиуса Земли), высокую плотность, относительно небольшую массу (от 0,11 до 1,00 массы Земли) и скорость вращения вокруг своей оси меньшую, чем планеты-гиганты. На четыре планеты приходится лишь три спутника, плотность которых близка соответствующим планетам.

Планеты-гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун имеют большие размеры и скорости вращения, вследствие чего сильно сжаты у полюсов. Масса их огромна, для них обычны спутники. Планеты Юпитер, Сатурн и Уран имеют кольцевые спутники.

Расстояние планет от Солнца измеряется в астрономических единицах (а. е.); 1 а. е. равняется среднему расстоянию Земли от Солнца. Эти расстояния в первом приближении описываются правилом Титуса—Боде: r = 0,4 + 0,3*2n, где для Земли n = 1, Марса n = 2 и т. д. Для n = 3 определенной планеты нет.

В то же время на этом расстоянии между Марсом и Юпитером проходит пояс астероидов, по мнению ряда астрофизиков, пребывающий на стадии эволюции планетного вещества, агломерация которого еще не достигла образования планеты.

Выпадает из этого правила и планета Плутон, для которого n = 7. Малые его размеры и масса, а также отличающиеся от общих математических закономерностей астрономические параметры позволяют выдвинуть предположение о том, что Плутон — не планета, а спутник, вышедший на самостоятельную орбиту. Большой интерес представляют собой Луна и метеориты, дающие информацию о первоначальном (недифференцированном) составе малых планет, в частности Земли. Общей точкой зрения геологов считается вывод о том, что Луна, где процессы эндогенной и особенно экзогенной динамики проявляются слабо, сохранила на своей поверхности полностью или фрагментами протокору (древнюю, первичную кору). Неслучайно древнейшая кора Земли получила название коры лунного типа, а эта стадия ее формирования называется лунной.

Солнечная система образовалась в результате взрыва сверхновой звезды II типа около 5 млрд лет назад. Солнце, превратившись в звезду, активно воздействовало на свое окружение посредством солнечного ветра. Солнечный ветер — это поток полностью концентрированной водородной плазмы, который со сверхзвуковой скоростью движется от Солнца на расстояние до 200 а. е. и является мощным фактором преобразования планет.

Планеты Солнечной системы сосредоточили огромные массы космического вещества (в единицах массы Земли): Уран — 14,6; Нептун — 17,2; Сатурн — 19,2; Юпитер — 317,9. Протопланеты земной группы, которые утратили свои огромные массы в результате дегазации под действием солнечного ветра, превратились в небольшие железо-каменные планеты: Меркурий — 0,0558; Марс — 0,1074; Венера — 0,8150; Земля — 1,000 (598*10в25 г), потерявшие свои гигантские флюидные гелий-водородные оболочки. Юпитер, Сатурн и последующие планеты только частично потеряли часть водорода своей оболочки (плотность Юпитера — 1,3 г/см3, а Сатурн — 0,7 г/см3)

Тепловой запас протопланеты приобрели вследствие генерации энергии в процессе аккреции и гравитационного сжатия. Подъем температур вызывал полное расплавление вещества планеты. По достижении максимума, зависящего от массы протопланет и их состава, начиналось падение температуры с внутренним расслоением планет на железосиликатные расплавные ядра и окружающие их мощные флюидные оболочки.

Планеты земной группы. К ним относятся дегазированные планеты непосредственного окружения Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс, сложенные железо-каменным веществом со средней плотностью от 3,9 до 5,3 г/см3. Спутники планет состоят из вещества меньшей плотности, которая уменьшается с увеличением их расстояния до планет. Главной причиной отличия планет земной группы от планет-гигантов является их разноудаленность от Солнца.

Земля и Луна. Наиболее важными особенностями Земли является наличие сильного магнитного поля, кислородно-азотной атмосферы, гидросферы и континентов с корой гранитного состава, богатой кремнием, алюминием и калием. Вероятно эти особенности связаны не только с размерами, положением и составом Земли в Солнечной системе, но и с особенностями ее эволюции, в ходе которой длительно (и особенно активно на ранних стадиях) выделялась гранитоидная (андезит-дацитовая) магма, богатая водой.

Формирование Земли началось более 4,6 млрд лет назад с образованием железо-силикатного расплавного ядра, окруженного водородной оболочкой ее материнской планеты. От водородной оболочки планеты под действием центробежных сил отделялись гигантские капли флюидно-силикатных расплавов, из которых формировались спутники. Существует и такое предположение, что Луна образовалась в результате косого удара о Землю крупного тела размером с Марс при ее аккреции и выброса мантийного вещества на околоземную орбиту.

Луна занимала такую же позицию по отношению к Земле, как Ио в системе Юпитера. В дальнейшем материнская планета Земля под действием Солнца утратила свою водородную оболочку и в результате уменьшения сил ее притяжения потеряла всех спутников, кроме Луны.

Снимки Ио, сделанные с «Вояджера-1» и «Вояджера-2» 4 марта 1979 г. с расстояния 490 тыс. км, показали, на что могла походить Луна в геологическом прошлом. Ио — копия Луны по своим размерам (диаметр Ио равен 1,048 диаметра Луны) (рис. 1.2). Очень похожи и вулканические рельефы Ho и Луны, но они резко отличаются по возрасту. «Вояджер-1» обнаружил на Ио восемь действующих вулканов.

Земля и Луна — наиболее древние образования Солнечной системы. Возраст лунных базальтов составляет 4,6—3,2 млрд лет. Если эндогенная активность Луны закончилась 1—5 млрд лет назад, то современная активность вулканической деятельности Ио свидетельствует о ее относительной молодости, хотя сам Юпитер имеет возраст 4—5 млрд лет.

Относительная молодость спутников Юпитера говорит о том, что благодаря колоссальному запасу энергии в своих недрах он около 3 млрд лет оставался на примитивной стадии своего развития, когда еще не происходило расслоения на железо-силикатное ядро и флюидную оболочку, от которой отделялось вещество, формирующее спутники. Поскольку спутники сложены более легким веществом (силикатным и флюидно-силикатным), отделение их приводит к утяжелению ядер их материнских планет (в них повышается содержание Fe). Возможно отделение большой массы спутников планет, в процессе дальнейшей эволюции утерянной ими, и объясняет большое содержание Fe в Земле и особенно в Меркурии.

Вначале предполагалось, что Луна имеет однородное строение, но при изучении образцов лунного грунта — реголита, доставленного «Аполлонами», эти представления изменились. Некоторые образцы обладали намагниченностью, из чего следовало, что во время их образования Луна имела магнитное поле. Отсюда вытекает предположение, что у Луны есть железное ядро, которое в момент извержения лавы (между 3,2 и 4,6 млрд лет назад) должно было находиться в жидком состоянии, а циркуляция вещества внутри его создавала магнитное поле (как современное магнитное поле Земли).

Существование магнитного поля Луны подтверждается и целым рядом других данных (данные магнитометров, установленных на поверхности Луны, магнитные съемки, проведенные с помощью миниспутников, запущенных с космических кораблей «Аполлон-15» и «Аполлон-16», определивших на лунной поверхности магнитные аномалии).

На поверхности Луны в период 3,2-4,6 млрд лет назад развивался интенсивный базальтовый вулканизм эксплозивного характера. Лунные базальты представлены многочисленными разновидностями, образующими лавы и стратифицированные пирокластические отложения. Лунные породы этой древнейшей формации формируют первичные коры основного состава планет земной группы. На видимой стороне Луны сосредоточены обширные вулканические депрессии — огромные плоские равнины, сложенные базальтовыми лавами. Эти равнины впервые в телескоп наблюдал еще Г. Галилей (а поскольку на фоне более светлых возвышенностей они показались ему заполненными водой, их и назвали морями — Море Спокойствия, Море Дождей и др.). Крупнейшее из них — Море Дождей с диаметром 1100 км, Море Ясности — 700 км (рис. 1.3). Прослеживаются на поверхности Луны и рифтовые структуры (например, Альпийская долина), которая является результатом растяжения первичной коры под напором базальтовых расплавов.

Древние первичные коры Луны отличаются гористым рельефом и многочисленными кратерами, образовавшимися в результате эксплозивных извержений. Все описанные структурные элементы присущи видимой стороне Луны. Обратная (невидимая) сторона представлена первичной корой, усеянной бесчисленными кратерами и имеет одну депрессию диаметром 350 км — Море Москвы и одну рифтовую долину протяженностью 240 км (рис. 1.4).

Около 3 млрд лет назад эндогенная активность Луны прекратилась, а вместе с ней перестало существовать и ее магнитное поле. Луна, как и другие спутники планет, развивалась, используя флюидный запас компонентов, захваченных ею при отделении расплавной силикатной массы от водородной оболочки материнской планеты. И сейчас, по выражению А.А. Маракушева, Луну можно считать «мертвой» планетой — эндогенно пассивным космическим телом, изменение которого происходит только под действием падающих на нее метеоритов.

Меркурий — самая близкая к Солнцу планета Солнечной системы. Расположена на расстоянии 58 млн км от Солнца. Полный оборот на небе завершает за 88 сут. Из-за близости к Солнцу и малых размеров Меркурий долго оставался мало изученной планетой. Только в 1965 г., благодаря применению радиолокации, был измерен период вращения Меркурия вокруг своей оси, оказавшийся равным 58,65 сут, т. е. 2/3 его обращения вокруг Солнца. Такое вращение является динамически устойчивым. Солнечные сутки на Меркурии продолжаются 176 дн. Ось вращения Меркурия почти перпендикулярна плоскости его орбиты. Как показали радионаблюдения, температура на поверхности Меркурия в пункте, где Солнце находится в зените, достигает 620 К. Температура ночного полушария около 110 К. С помощью радионаблюдений удалось определить тепловые свойства наружного покрова планеты, которые оказались близкими к свойствам тонко раздробленных пород лунного реголита. Причиной такого состояния пород, по всей видимости, являются непрерывные удары метеоритов, почти не ослабляемые разряженной атмосферой Меркурия.

Фотографирование поверхности Меркурия американским космическим аппаратом «Маринер-10» в 1974—1975 гг. показало, что по виду планета напоминает Луну (рис. 1.5). Поверхность усеяна кратерами разных размеров, причем их распределение по величине диаметра аналогично распределению кратеров Луны. Это говорит о том, что они образовались в результате интенсивной метеоритной бомбардировки миллиарды лет назад на первых этапах эволюции планеты. Большие кратеры получили имена великих людей: Гомер, Шекспир, Толстой, Роден, Бетховен и др. Кратер Бетховен имеет диаметр 625 км.
Строение солнечной системы

Обнаружены долины, напоминающие известную Долину Альп на Луне, гладкие округлые равнины, получившие название бассейнов. Наибольший из них — Калорис — имеет диаметр 1300 км. Наличие темного вещества в бассейнах и заполненных лавой кратерах свидетельствует о том, что в начальный период своего существования планета испытала сильное разогревание, за которым последовала одна или несколько эпох интенсивного вулканизма.

Атмосфера Меркурия очень сильно разряжена по сравнению с земной атмосферой. По данным, полученным с «Маринера-10», ее плотность не превосходит плотности земной атмосферы на высоте 620 км. В составе атмосферы обнаружено небольшое количество водорода, гелия и кислорода, присутствуют и некоторые инертные газы, например, аргон и неон. Такие газы могли выделиться в результате распада радиоактивных веществ, входящих в состав грунта планеты. Обнаружено слабое магнитное поле, напряженность которого меньше, чем у Земли, и больше, чем у Марса. Межпланетное магнитное поле, взаимодействуя с ядром Меркурия, может создавать в нем электрические токи. Эти токи, а также перемещения зарядов в ионосфере, которая у Меркурия слабее по сравнению с земной, могут поддерживать магнитное поле планеты. Взаимодействуя с солнечным ветром, оно создает магнитосферу.

Высказывается гипотеза о том, что Меркурий имеет мощную силикатную оболочку (500—600 км). Меркурий испытал глобальное сжатие с уменьшением радиуса на 1—2 км, результатом чего явилось образование на его поверхности дугообразных уступов надвиговой природы. Средняя плотность Меркурия составляет 5,44 г/см3, а масса его — 1/18 массы Земли, из чего следует, что Меркурий — самая богатая железом планета Солнечной системы. По-видимому, ПротоМеркурий создал вокруг себя развитую систему спутников, в которые отошла большая часть силикатного материала его водородной оболочки. С появлением Меркурия и уменьшением его гравитационного поля вся масса спутников была им утрачена.

Венера — вторая по расстоянию от Солнца и ближайшая к Земле планета Солнечной системы (среднее расстояние от Солнца — 108 млн км, или 0,7 а. е.). Ее размеры, масса и плотность близки к земным. Вместе с тем ее магнитное поле почти в три раза слабее, чем на Земле. Венера очень медленно вращается вокруг своей оси, причем в обратную сторону по сравнению с Землей: период вращения равен 243,01 сут. Диаметр Венеры — 12 104 км (95% диаметра Земли), масса 4,9*10в24 кг (81,5 % массы Земли или 1/408400 массы Солнца), средняя плотность — 5,25 г/см3. Наклон оси вращения к плоскости ее орбиты равен почти 90°, т. е. северное и южное полушария освещаются Солнцем одинаково. Период обращения вокруг Солнца составляет 224,7 сут. Из-за необычного сочетания направлений и периодов вращения и обращения вокруг Солнца смена дня и ночи на Венере происходит за 117 сут, поэтому день и ночь там продолжаются 58,5 сут.

Исследования Венеры всегда были затруднены из-за ее плотной и мощной атмосферы, которая на 96,5 % состоит из углекислого газа. В нее входит также около 3 % азота и небольшое количество инертных газов, кислорода, окиси углерода, хлороводорода, фторо-водорода и около 0,1% водяного пара. Углекислый газ и водяной пар создают в атмосфере Венеры парниковый эффект, приводящий к сильному разогреву ее поверхности до 500 °С. Давление на ее поверхности достигает 90 атм. По данным спектральных анализов было установлено, что венерианские облака, находящиеся на высоте 49—68 км над ее поверхностью, состоят из капель водородного раствора серной кислоты. Из-за существования мощной атмосферы первые сведения о ее строении были получены с помощью наземных радиотелескопов. Радиокартирование Венеры выполнено со станции «Венера-9» и «Венера-10», а радиолокационная съемка осуществлялась с американского спутника «Пионер—Венера». По результатам этих исследований была составлена карта ее поверхности (рис. 1.6, а, б).

Данные о рельефе Венеры позволяют выделить впадины, холмистые равнины и горные массивы. Поверхность равнин осложнена большим числом кратеров, диаметры которых составляют 400—600 км, а глубина — 200—700 м. Наиболее крупные, отчетливо выраженные кратеры получили названия Лиза Мейтнер, Саппоро и Ева. Наличие на поверхности равнин древних кратеров дает основание сопоставлять их с древними областями Луны и Марса. Возвышенные районы охватывают 24 % поверхности Венеры, образуя четыре изолированные горные страны: Земля Иштар, Земля Афродиты и области Бета и Альфа. Земля Иштар представляет собой плато, обрамленное с востока горами Максвелла высотой около 11 км, Акны и Фрейм, относительно выровненный участок в пределах земли Иштар называется плато Лакшми. Протяженный горный хребет Акны образовался в результате сжатия коры при сокращении ее объема в процессе консолидации. Земля Афродиты имеет форму овала протяженностью 1500 км, отдельные вершины ее поднимаются в высоту до 9 км над средним уровнем планеты. Для нее характерны протяженные рифтовые долины, разделенные грядами высотой 7—8 км.

Область Бета — район вулканического рифтогенеза представляет собой поднятие высотой 5—6 км, увенчанное крупными щитовыми вулканами — горами Реи и Тлейи. Один из вулканов имеет относительную высоту 5 км и поперечник — 700 км. Он превышает по размерам величайший вулкан Марса Олимп, но уступает ему в высоте. Венерианские вулканы, по-видимому, не могут быть слишком высокими из-за большего, чем на Марсе, значения силы тяжести. Кроме того, на Венере должно происходить активное разрушение рельефа под действием химического выветривания, благодаря высокому содержанию в атмосфере кислот и других активных компонентов.

Область Альфа представляет собой поднятие высотой 1800 м над средним уровнем планеты и отличается значительной изрезанностью поверхности в связи с развитием системы субпараллельных разломов.

Судить о тектонической природе возвышенных областей Венеры следует с учетом молодости и значительной расчлененности развитого в их пределах рельефа, отсутствия древних крупных разрушенных кратеров импактного происхождения, приуроченности к ним всех наиболее крупных щитовых вулканов, явной связи с рифтогенными структурами. Все это дает полное основание для сопоставления возвышенных областей Венеры с тектоно-вулканическими поднятиями Фарсид и Элизий на Марсе.

В центральной части планеты прослеживается целый ряд трещин, образующих рифтовую систему, имеющую, возможно, глобальный характер. В плане рифтовая система напоминает огромный треугольник, ориентированный с востока на запад, основание которого расположено южнее поднятия Бета. В широтном направлении рифтовая система Венеры протягивается вдоль поднятия Афродиты на расстояние свыше 20 000 км.

Несмотря на развитие рифтовой системы, можно предположить, что в целом, по сравнению с Землей и Марсом, количество разрывных нарушений на Венере может быть меньше. Из-за медленного вращения планеты и малых значений сил Кориолиса на ней, по-видимому, не так интенсивно развита система планетарной трещиноватости.

Об основных этапах тектонической эволюции можно судить, исходя из особенностей структуры поверхности Венеры с учетом данных сравнительной планетологии. Первоначально возникла древняя кора континентального типа, мощностью около 70 км, испытавшая интенсивную метеоритную бомбардировку. По аналогии с Луной этот процесс завершился примерно на рубеже 4 млрд лет. Позднее образовались впадины, выполненные базальтами так же, как и на других планетах земной группы. Наиболее молодыми тектоническими элементами являются тектоно-вулканические поднятия, увенчанные, как и на Марсе, гигантскими щитовыми вулканами.

Определение состава пород Венеры стало возможным после посадок на ее поверхность спускаемых аппаратов со станций серии «Венера», на которых были установлены гамма-спектрографы. Плотность фунта, замеренная с помощью радиоактивного плотномера, оказалась 2,7 г/см3, что полностью подтверждено данными радиолокации.

Просмотр последних панорам планеты и результаты химических анализов пород позволили прийти к заключению, что 70 % ее поверхности сложены древнейшими базальтами, аналоги которых на Земле образуются на глубине 60—80 км. Спутников Венера не имеет. Она, как и Марс, является «мертвой» планетой, утратившей свою эндогенную активность. Существующее слабое магнитное поле, вероятно, связано с намагниченностью приповерхностных толщ горных пород.

Марс — четвертая по расстоянию от Солнца планета Солнечной системы, орбита которого удалена от Солнца на 227 млн км. Планета периодически подходит к Земле на расстояние до 57 млн км, значительно ближе, чем любая из земных планет, кроме Венеры. По диаметру Марс почти вдвое меньше Земли и Венеры (6749 км).

Марс окутан газовой оболочкой — атмосферой, которая имеет меньшую плотность, чем земная. Даже в глубоких впадинах Марса, где давление атмосферы наибольшее, оно приблизительно в 100 раз меньше, чем у поверхности земного шара, а на уровне марсианских горных вершин в 500—1000 раз меньше. Тем не менее в атмосфере Марса наблюдаются облака и постоянно присутствует более или менее плотная дымка из мелких частиц пыли и кристалликов льда. Как показали снимки с американских автоматических посадочных станций «Викинг-1» и «Викинг-2», марсианское небо в ясную погоду имеет розоватый цвет, что объясняется рассеянием солнечного света на пылинках и подсветкой дымки оранжевой поверхностью планеты. По химическому составу марсианская атмосфера отличается от земной и содержит 95,3 % углекислого газа с примесью 2,7 % азота, 7,6 % аргона, 0,07 % окиси углерода, всего лишь 0,13 % кислорода и приблизительно 0,03 % водяного пара, содержание которого изменяется, а также примеси неона, криптона и ксенона. При отсутствии облаков газовая оболочка Марса значительно прозрачнее, чем земная, в том числе и для ультрафиолетовых лучей, опасных для живых организмов.

Скорость движения Марса по орбите 24 км/с. Полный оборот вокруг Солнца он завершает за 687 земных суток — марсианский год почти в два раза длиннее земного. Солнечные сутки на Марсе длятся 24 ч 37 мин 22 с — всего на 38 мин длиннее земных. Масса планеты почти в 10 раз меньше земной, поэтому сила тяжести на Марсе в 2,5 раза меньше, чем на Земле. Значительный наклон экватора к плоскости орбиты (25,2°) приводит к тому, что поверхность Марса нагрета неравномерно: наибольшая температура (-33 °С) на стороне, обращенной к Солнцу, самая низкая (-139 °С) вблизи южного полюса, вблизи северного полюса (-129°С). Полюса Марса покрыты полярными шапками, образующимися в результате конденсации углекислого газа (рис. 1.7, а).

Марс находится на таком уровне планетного развития, который был достигнут только Землей. Эволюция Марса — это следующая ступень развития внешних оболочек расслоенных планет земной группы. Первичная, сильно кратерированная кора (аналогичная лунной) сохранилась на огромных плато южного полушария. В северном полушарии такая первичная кора наблюдается только в отдельных фрагментах, а на нее наложены вулканические депрессии и поднятия грандиозных щитовых вулканов. Существование таких структур позволяет выделить два этапа эволюции марсианской коры.

Первый этап начался с формирования на первичной коре огромных депрессий диаметром 700—1000 км, образование которых связано с утончением коры и развитием интенсивного базальтового вулканизма.

Второй этап развития марсианской коры — это образование грандиозных купольно-вулканических поднятий — Элизий и Фарсид. Элизий занимает площадь 2—3 тыс. км2 и в пределах его находятся огромные вулканы центрального типа диаметром 130—180 км (Геката, Альбор, Элизий), вулканогенные гряды, грабены и узкие линейные депрессии. На поднятии Фарсид диаметром около 6 тыс. км и высотой 10—11 км расположены крупнейшие щитовые вулканы Марса — Акреус, Арсия, Павонис, Олимп и др.

Эти вулканы аналогичны щитовым вулканам Гавайских островов, но гораздо больше их по размерам. По отношению к среднему уровню поверхности Марса высота Арсии и Акреуса — 27 км, а Олимпа и Павониса — 26 км, диаметры кратеров у Арсии — 100 км, Олимпа — 60 км. Как показали исследования, вулканические формации островных поднятий на Земле (Гавайские о-ва) являются следующим этапом эволюции базальтового вулканизма, представленного генерацией щелочных магм, что коррелируется с увеличением мощности коры, которая на Гавайях достигает 25—30 км (нормальная мощность океанической коры составляет 8—10 км). Следы интенсивно развитого вулканизма дают также хорошо сохранившиеся остатки лавовых потоков на панорамах, переданных с американского посадочного аппарата «Викинг-2». Место посадки на обширной марсианской равнине Утопия усыпано многочисленными обломками с характерными сколами и ноздреватыми поверхностями типа пемз (рис. 1.7, б). Подобные продукты раздробления пемзовых лав в виде обломочных рыхлых глыб часто встречаются на Земле. Об интенсивной тектонической активности свидетельствуют многочисленные разломы, грабены на поверхности марсианской коры, обширные ущелья с системами ветвящихся каньонов, достигающих нескольких километров в глубину, десятков километров в ширину и сотен и даже тысяч — в длину. Грандиозные каньоны часто отделены друг от друга плоскими плато или горами с плоскими вершинами и крутыми склонами. В отдельных уступах, вероятно сложенных вулканогенно-осадочными отложениями, наблюдается отчетливая слоистость.

Вследствие наличия атмосферы и значительной эрозии поверхность Марса покрыта огромным количеством пылепесчаного материала. Возникновение мощных пылевых вихрей — грандиозное явление, иногда охватывающее всю планету. Пыль во время бурь поднимается на высоту до 10 км и более, так что выступающими над этой сплошной пеленой оказываются только вершины крупнейших вулканов.

Возраст поверхности Марса, отражающий время потери им эндогенной активности, определяется приблизительно по густоте наблюдаемых на ней ударных кратеров и по разным оценкам составляет 1,8—3,8 млрд лет, т. е. 3/4 возраста самой планеты.

На наиболее сильно кратерированных участках поверхности число кратеров и их распределение по размерам сравнимы со степенью насыщенности лунной поверхности, в то время как на других участках они практически отсутствуют.

В настоящее время Марс, по-видимому, полностью утратил эндогенную активность и обладает крайне слабым магнитным полем с напряженностью в 3,5 раза меньше земного.

Своего рода контрольную цифру для получения сравнительной оценки числа соударений, которым подвергалась поверхность всей планеты за геологическую историю, дает изучение поверхности спутников Марса — Фобоса размерами 27,0х21,4х19,2 км и Деймоса 15,0х12,0х11,01 км (рис. 1.8). Поскольку спутники лишены атмосферы и находятся в той же области Солнечной системы, что и сама планета, такое сравнение кажется правомерным. Оно свидетельствует об очень высокой эффективности процессов эрозии на Марсе, поскольку насыщенность кратерами поверхностей спутников выше.

Спутники Марса имеют очень низкую отражательную способность (альбедо меньше 5%), их можно отнести к наиболее темным объектам среди астероидов в Солнечной системе. Из материалов, обладающих низким альбедо, наиболее вероятны углистые хондриты, представляющие собой неплотное темное углистое вещество, богатое гидратированными силикатами, газами и даже органическими соединениями. Они образуют небольшую группу среди обычных хондритов — самого распространенного класса каменных метеоритов, содержащих наибольшее количество легких летучих элементов. Предположение об углистых хондритах и сравнительно малая плотность спутников (около 2 г/см3) не противоречат наиболее вероятной модели их строения, согласно которой рыхлым материалом образованы только внешние слои, окружающие более плотные недра. Видимо, их поверхности покрыты слоем пыли вследствие интенсивной метеоритной бомбардировки, и поверхностный слой напоминает лунный реголит.

Планеты-гиганты. К этой группе относятся планеты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон), которые, благодаря энергии гравитационного сжатия и энергии, освобождающейся при аккреции ледяных планетезималей, обладают огромным тепловым потенциалом своих недр. Подъем температуры сопровождался полным расплавлением вещества и достигал некоторого максимума, после которого происходило падение температуры недр планеты, дальнейшее, уже незначительное уплотнение вещества и расслаивание планет на же-лезо-каменные расплавные ядра и окружающие их мощные флюидные оболочки. Газовые атмосферы планет образовались в результате стяжения газов протосолнечной небулы их гравитационными полями.

По составу флюидных оболочек планеты подразделяются на периферические с оболочками существенно водного состава (Уран, Нептун) и водородные (Юпитер, Сатурн), которые расположены ближе к Солнцу и мало отличаются от его состава. Благодаря исследованиям межпланетных космических станций «Пионер-11» (1979) и «Вояджер-1», «Вояджер-2 (1977—1989) у планет-гигантов было обнаружено много новых мелких спутников и доказано, что системы колец свойственны всем планетам (Нептуну, Урану, Юпитеру, Сатурну), но различаются по масштабам развития, строению и составу.

Юпитер — пятая по расстоянию от Солнца и самая большая планета Солнечной системы — отстоит от Солнца в 5,2 раза дальше, чем Земля, и затрачивает на один оборот по орбите длиной 7,78*10в8 км почти 12 лет. Экваториальный диаметр Юпитера — 142600 км (в 11 раз больше диаметра Земли). Период вращения Юпитера — самый короткий из всех планет 9 ч 50 мин 30 с на экваторе и 9 ч 55 мин 40 с в средних широтах. Из-за быстрого вращения планета имеет сильное сжатие у полюсов. Масса Юпитера равна 3/8 массы Земли. Средняя плотность 1,33 г/см3, что близко к плотности Солнца. Ось вращения Юпитера почти перпендикулярна его орбите (наклон 87°).

Детали на поверхности Юпитера постоянно меняют свой вид, из устойчивых деталей известно Большое Красное Пятно, наблюдающееся уже более 300 лет (рис. 1.9). Это громадное овальное образование размерами 35 000 км по долготе и 14 000 км по широте. Цвет его красноватый, но подвержен изменениям. Предположительно окраска Красного Пятна связана с выносом к поверхности планеты гидрида фосфора — фосфина (PH3), разлагающегося под действием солнечного излучения. Спектральные исследования Юпитера показали, что его атмосфера состоит из молекулярного водорода и его соединений: метана и аммиака. В небольших количествах присутствуют также этан, ацетилен, фосфин и водяной пар.

Облака Юпитера представляют собой трехслойную систему, состоящую из кристалликов и капелек аммиака, гидросульфидов аммония и водяного льда. С помощью американского космического аппарата «Пионер-10» удалось уточнить содержание гелия в атмосфере Юпитера. Можно считать установленным, что атмосфера Юпитера на 74 % состоит из водорода и на 26 % из гелия. На долю метана приходится не более 0,2 %, на долю аммиака — не более 0,1 % состава атмосферы планеты (по массе). Учитывая низкую среднюю плотность планеты, можно считать, что эти два газа (водород и гелий) составляют почти всю массу самой планеты. Ниже чисто газового слоя в атмосфере Юпитера лежит слой облаков. Слой жидкого молекулярного водорода имеет толщину 24 000 км. На этой глубине давление достигает 300 ГПа, а температура — 11 000 К, здесь водород переходит в жидкое металлическое состояние. Слой жидкого металлического водорода имеет толщину 42 000 км. Внутри него располагается офомное железно-силикатное твердое ядро радиусом 15000 км и массой, достигающей 10—20 масс Земли, которое генерирует мощное магнитное поле. На фанице ядра температура достигает 30000 К. Полеты американских космических аппаратов «Пионер-10» и «Пионер-11» позволили уточнить строение магнитосферы Юпитера. Напряженность магнитного поля у поверхности в полярных областях планеты 10—15 эрстед, т. е. в 20 раз больше, чем на Земле.

В 1965 г. было обнаружено радиоизлучение Юпитера на волне 3 см, соответствующее тепловому излучению с температурой 145 К. По измерениям в инфракрасном диапазоне температура самых наружных слоев облаков Юпитера 130 К.

Юпитер имеет 16 спутников. Первые четыре спутника были открыты еще Г. Галилеем (Ио диаметром 3630 км, Европа — 3138 км, Ганимед — 5562 км, Каллисто — 4800 км). Они, а также внутренние спутники Амальтея и открытые в 1979—1980 гг. маленькие спутники Метис и Адрастея движутся в плоскости экватора планеты. Внешние спутники обращаются вокруг планеты по сильно вытянутым орбитам с большими углами наклона к экватору (до 30°). Это маленькие тела от 10 до 120 км, по-видимому, неправильной формы. Самые внешние четыре спутника Юпитера обращаются вокруг планеты в обратном направлении.

Кроме спутников Юпитер окружен очень слабо светящимся пылевым кольцом. Оно было обнаружено на снимках, сделанных «против света», т. е. когда Солнце светило почти в объектив телевизионной камеры «Вояджер-2». Кольцо вокруг Юпитера — плоское и чрезвычайно тонкое, а его ширина (приблизительно 6,4 км) очень мала по сравнению с его радиусом по внешней фанице (125 тыс. км). По своей ширине и яркости кольцо Юпитера сильно уступает системе колец Сатурна.

Сатурн — вторая по величине и шестая по расстоянию от Солнца планета Солнечной системы. Его экваториальный диаметр лишь немного меньше, чем у Юпитера (116 000 км), но по массе Сатурн уступает Юпитеру более чем втрое и имеет очень низкую среднюю плотность — всего 0,70 г/см3. Низкая плотность Сатурна объясняется тем, что он состоит (как и другие планеты-гиганты) из водорода и гелия. При этом давление не достигает столь высоких значений, как на Юпитере, поэтому плотность вещества меньше. Сатурн состоит из железо-каменного жидкого центрального ядра примерно земного размера, которое окружено флюидной оболочкой из водорода, гелия, метана, аммиака и воды.

Температура поверхности облаков на Сатурне составляет 110 К и сходна по составу с гелиево-водородной атмосферой Юпитера, хотя метана в ней больше, аммиака меньше. В телескоп видны вытянутые вдоль экватора темные полосы, называемые также поясами, и светлые зоны, но эти детали менее контрастны, чем на Юпитере, и отдельные пятна в них наблюдаются гораздо реже. Сатурн окружен кольцами, которые хорошо видны в телескоп в виде «ушек» по обе стороны диска планеты. Они были замечены еще Г. Галилеем в 1610 г. Кольца Сатурна — одно из самых удивительных и интересных образований в Солнечной системе. Плоская система колец опоясывает планету вокруг экватора и нигде не соприкасается с поверхностью. В кольцах разделяются три основные концентрические зоны (рис. 1.10).

Сквозь все кольца Сатурна просвечивают звезды. Кольца вращаются вокруг Сатурна, причем скорость движения внутренних частей больше, чем наружных. Кольца Сатурна не сплошные, а представляют собой плоскую систему из бесконечного количества мелких спутников планеты. Плоскость колец практически совпадает с плоскостью экватора Сатурна и имеет постоянный наклон к плоскости орбиты, равный приблизительно 27,5°. Полный цикл изменения их вида завершается в течение 29,5 лет — таков период обращения Сатурна вокруг Солнца. Толщина колец, по современным данным, около 3,5 км. Она очень мала по сравнению с их диаметром, который по наружному краю внешнего кольца составляет 275 тыс. км. Радиоастронометрические наблюдения свидетельствуют о наличии в кольцах множества частиц размером не менее нескольких сантиметров. He исключена возможность присутствия в кольцах Сатурна еще более крупных частиц, так же как и пыли. Инфракрасные спектры колец Сатурна напоминают спектры водяного инея. Однако в других частях спектра позднее была обнаружена особенность, нехарактерная для чистого льда.

Кроме колец, у Сатурна известно 17 спутников: Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан, Гиперон, Япет, Феба, Янус и др. Последний (самый близкий к Сатурну) движется настолько близко к поверхности планеты, что обнаружить его удалось только при затмении колец Сатурна, создающих вместе с планетой яркий ореол в поле зрения телескопа. Самый большой спутник Сатурна — Титан с диаметром 5150 км — один из величайших спутников в Солнечной системе по размеру и массе. Его диаметр приблизительно такой же, как диаметр Ганимеда. Титан окружен атмосферой, состоящей из метана и водорода. В ней движутся непрозрачные облака. Все спутники Сатурна, кроме Фебы, обращаются в прямом направлении. Феба движется по орбите с довольно большим эксцентриситетом в обратном направлении.

Уран. Строение Урана и Нептуна «соответствуют их происхождению из начальной агломерации низкотемпературных конденсатов, богатых летучими веществами, такими, как вода и другие льды».

Первичные планетезимали, из которых складывалось путем аккреции вещество Урана и Нептуна, существенно не отличалось от вещества комет. Водород и гелий, содержащиеся в атмосфере планет, концентрировались под действием их мощных гравитационных полей. Затем планеты прошли стадии полного расплавления и внутреннего расслаивания, в результате чего произошло разделение на плотные железо-силикатные ядра и флюидные оболочки. В ядрах содержатся преимущественно тугоплавкие компоненты (MgO, SiO2, Fe, FeO, Ni, CaO и др.) и по размерам они сопоставимы с ядрами планет земной группы, а радиус самого Урана — 25 650 км и он сосредоточивает 14,54 земной массы.

Уран был открыт в 1781 г. английским ученым В. Гершелем. Какие-либо детали на его поверхности различить обычно не удается из-за малых угловых размеров планеты в поле зрения телескопа. Это затрудняет его исследования, в том числе и изучение закономерностей вращения. По-видимому, Уран (в отличие от всех других планет), как бы лежа на боку, вращается вокруг своей оси (рис. 1.11). Такой наклон экватора создает необычные условия освещения: на полюсах в определенный сезон солнечные лучи падают почти отвесно, а полярный день и полярная ночь охватывают (попеременно) всю поверхность планеты, кроме узкой полосы вдоль экватора. Так как Уран обращается по орбите вокруг Солнца за 84 года, то полярный день на полюсах планеты продолжается 42 года, а затем сменяется такой же полярной ночью. Лишь в экваториальном поясе Урана Солнце регулярно всходит и заходит с периодичностью равномерного осевого вращения планеты. Даже в тех участках планеты, где Солнце расположено в зените, температура на Уране (точнее, на видимой поверхности облаков) около — 215°С.

В составе атмосферы Урана по спектроскопическим наблюдениям найдены водород и небольшая примесь метана. В относительно большом количестве есть, по косвенным признакам, гелий. Средняя плотность Урана 1,58 г/см3, объясняется существованием в недрах планеты ядра из тяжелых элементов. Одной из необычных особенностей Урана является открытая в 1977 г. система опоясывающих его колец. Они состоят из множества отдельных непрозрачных, и, по-видимому, очень темных частиц. В отличие от колец Сатурна, кольца Урана — узкие, как бы «ниточные» образования. Они не видны в отраженном свете и обнаруживаются только по сильному ослаблению блеска звезд, оказавшихся для земного наблюдателя позади колец при орбитальном движении Урана. Удаленность колец от центра планеты составляет от 1,60 до 1,85 радиуса Урана. Спутников у Урана 15: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания, Оберон и др. Обращаются они по орбитам, плоскости которых практически совпадают между собой.

Уникальная информация по Урану получена с американской автоматической «Вояджер-2». Было установлено, что Уран имеет расплавное железо — каменное ядро, генерирующее магнитное поле, по мощности сходное с земным. Около 30 % излучаемой Ураном тепловой энергии поступает из его недр. Экваториальный диаметр Урана на 2,45 больше полярного. У верхней границы атмосферы Урана, где температура падает до 52 К, вода, аммиак и газ образуют мощные слои облаков из ледяного аэрозоля, верхний слой которых состоит из метанового льда. А выше идет тонкий слой атмосферы из водорода с примесью гелия и неона.

Уран окружен системой радиационных поясов, близких по своей природе к земным, но с более высоким уровнем радиации. В этих поясах находятся спутники и кольца Урана, которые постоянно подвергаются бомбардировке высокоэнергетическими частицами.

Нептун является аналогом Урана, но имеет большую массу и меньший радиус (рис. 1.12). Средняя плотность Нептуна — 1,66 г/см3, поэтому ядро Нептуна, состоящее «из железа, горных пород и льдов, немного более массивно, чем соответствующая область Урана». Высокая температура его недр генерирует мощный тепловой поток, поднимающийся от его поверхности. Выделение тепла обусловлено гравитационным сжатием планеты в процессе ее образования.

Нептун был открыт необычным образом. Было замечено, что Уран движется не совсем так, как ему полагается двигаться под действием притяжения Солнца и известных в то время планет. Тогда заподозрили существование еще одной массивной планеты и попытались предположить ее положение на небе. Эту чрезвычайно сложную задачу независимо друг от друга успешно решили английский астроном Дж. Адамс и француз У. Леверье. Получив данные, У. Лeверье, ассистент Берлинской обсерватории 23 сентября 1846 г. обнаружил планету. Открытие Нептуна имело величайшее значение прежде всего потому, что оно послужило блестящим подтверждением закона всемирного тяготения, положенного в основу расчетов. Средняя удаленность Нептуна от Солнца 30,1 а. е., период вращения по орбите — 164 г. и 288 дн. Таким образом, с момента открытия Нептун даже не совершил полного оборота по своей орбите. Уточнить диаметр Нептуна удалось 7 апреля 1967 г., когда планета в своем движении на фоне звездного неба заслонила одну из далеких звезд. По результатам наблюдений с нескольких астрономических обсерваторий, экваториальный диаметр Нептуна составляет 50 200 км. Новые сведения о диаметре позволили уточнить величину средней плотности Нептуна: она оказалась равной 2,30 г/см3. Такие характеристики типичны для планет-гигантов, состоящих главным образом из водорода и гелия с примесью соединений других химических элементов. В центре Нептуна согласно расчетам имеется тяжелое ядро из силикатов, металлов и других элементов, входящих в состав планет земной группы.

Изучение характера ослабления блеска звезды при ее затмении атмосферой Нептуна дало много дополнительной информации. В частности, был найден средний молекулярный вес надоблачных слоев атмосферы Нептуна. Он соответствует молекулярному водороду с небольшой примесью метана. Детали на поверхности Нептуна различить очень трудно. Поэтому параметры суточного вращения — положение оси, направление и период вращения — определить из наземных наблюдений сложно. У Нептуна известны восемь спутников. Первый — Тритон — открыт в 1846 г. через две недели после открытия самого Нептуна. По размерам и массе он больше Луны, имеет обратное направление орбитального движения. Второй спутник — Нереида — очень небольшой, обладает сильно вытянутой орбитой. Расстояние от спутника до планеты меняется в пределах от 1,5 до 9,6 млн км. Направление орбитального движения — прямое.

Детальные данные о Нептуне (в том числе открытие шести новых спутников) получены с американской межпланетной станции «Вояджер-2», которому понадобилось 12 лет, чтобы достичь Нептуна, находящегося на расстоянии 4,5 млрд км от Солнца. Он был запушен 20 августа 1977 г., а 24 августа 1989 г. пролетел над северным полюсом планеты на расстоянии около 4800 км. На пути своего полета он обследовал Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун и впервые в истории космических исследований вышел за пределы Солнечной системы.

Как и Уран, Нептун — огромный шар с радиусом 24 820 км, с расплавным железо-каменным ядром примерно земного размера и состава, флюидной (в основном водной) оболочкой атмосферы, состоящей из водорода, гелия и метана. У Нептуна сильное магнитное поле, которое «у планет возникает в результате действия того же механизма, что и звезд: конвекция электропроводящего материала».

Нептун является более эндогенно активной планетой, чем Уран. Мощные струи газов, поднимающиеся из его недр, создают в его атмосфере штормы и ураганы, господствующие на поверхности. В этом он похож на Юпитер и Сатурн, тоже отличающиеся высокой эндогенной активностью.

Плутон. Во многих отношениях Плутон — это «белая ворона». Все другие внешние планеты вращаются вокруг Солнца по орбитам, близким к круговым. Плутон же имеет сильно эксцентрическую орбиту, по которой он иногда приближается к Солнцу ближе, чем Нептун. «Плутон может оказаться сохранившимся со времени зарождения Солнечной системы остатком планетезимали».

Плутон был открыт сравнительно недавно в 1930 г. американским астрономом К. Томбо. Из всех планет Солнечной системы он наиболее удален от Солнца. Среднее расстояние Плутона от Солнца 39,5 а. е. Плутон очень медленно, за 247,7 г. совершает оборот по орбите, которая имеет необычно большой наклон к плоскости эклиптики и вытянута настолько, что в перигелии Плутон подходит к Солнцу на более короткое расстояние, чем Нептун.

Плутон представляет собой крупное скопление кометного ледяного вещества с рассеянной в нем железо-силикатной пылью, плотность которого составляет 0,9—1,12 г/см3, а диаметр его равен 2200 км. По расчетам, Плутон содержит 21 % железо-каменного вещества и состоит в основном из водяного льда (74%) с примесью метана (5 %), который устанавливается по инфракрасным спектрам на поверхности Плутона, где температура составляет — 228 °С.

Дополнительное сходство Плутона с кометами заключается в его орбите, которая не лежит в плоскости эклиптики, как орбиты планет Солнечной системы, а пересекает ее под углом 17°.

В 1978 г. у Плутона был открыт спутник Харон с диаметром 1270 км (рис. 1.13). Период его обращения составляет 6,39 сут при среднем радиусе орбиты 20 000 км, ориентированной почти перпендикулярно плоскости орбиты Плутона. Масса Харона сравнима с массой Плутона, и они всегда повернуты друг к другу одними и теми же сторонами. Нигде в Солнечной системе не встречается такого, чтобы планета была всего лишь вдвое больше своего спутника. Так что скорее всего Плутон и Харон — это гигантские кометообразные тела, находящиеся в динамическом взаимодействии.

Астероиды (малые планеты) — космические тела размерами в сотни километров и меньше, движутся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, расположенным между орбитами Марса и Юпитера. Периоды их обращения — от 3 до 9 лет, а скорость — 20 м/с. Первая малая планета Церера была открыта случайно итальянским астрономом Пиаци 1 января 1801 г. Пояс астероидов открыл астроном Г. Ольбер, высказавший предположение, что они являются обломками ранее существовавшей планеты Фаэтон (еще ее называют планетой Ольбера по имени первооткрывателя). В настоящее время это предположение уже не вызывает сомнения: облик астероидов в форме обломков определен многочисленными космическими снимками и наблюдениями с Земли, устанавливающими широкие колебания их блеска.

В последние годы размеры и отражательные способности крупнейших малых планет определяются путем измерения инфракрасного излучения и на основе эмпирической зависимости поляризационных

свойств поверхности от ее отражательной способности. К настоящему времени получены такие сведения почти о 200 малых планетах поперечником более 70 км. Самые большие астероиды имеют следующие размеры: Церера — 1003 км, Паллада — 608 км, Веста — 538 км, Тгия — 450 км. На космических снимках астероиды представлены неправильными телами угловатой формы (рис. 1.14). Их поверхность усеяна многочисленными ударными кратерами от падения метеоритов.

Малые планеты с близким значением их орбит объединяются в генетические группы (семейства). Семейство Аполлона, состоит из более чем 40 астероидов, движущихся по орбите, которая пересекается с земной. Семейства Троянцы и Греки состоят из нескольких десятков астероидов, движущихся вдоль орбиты Юпитера (т. е. практически унаследовали его орбиту). Малые планеты семейства Амура имеют небольшие вытянутые орбиты и, судя по их положению, принадлежат потерянным спутникам Марса. По-видимому, спутники и их обломки образовали семейства астероидов, практически унаследовавшие орбиты их материнских планет. Это семейство Афины, Аполлона и Амура — потерянные спутники Венеры, Земли и Марса соответственно.

А.А. Маракушев приводит следующую классификацию астероидов по составу. Хондритовые темные астероиды представляют вещество планет, практически не подвергшихся расслоению. Они отличаются низким альбедо и тяготеют к внешней части пояса астероидов. Светлые (каменные) астероиды с более высокой отражательной способностью распространены во внутренней части пояса. Кроме того, существуют астероиды, вещество которых аналогично богатым железом метеоритам.

Есть и силикатные астероиды, которые образовались в результате взрывного распада уже расслоенных планет. Пояс астероидов служит источником метеоритов.

Метеориты — обломки планет разнообразного состава и размеров, падающих на поверхность Солнца и планет. Самый крупный метеорит был найден в юго-западной Африке в 1920 г. Метеорит этот, названный Гоба, имеет массу 60 т. К крупнейшим метеоритам относится и Сихотэ-Алиньский, упавший в 1947 г. Он еще в атмосфере раскололся на тысячи частей и выпал на землю «железным» дождем. При ударе о фунт части метеорита раздробили скальные породы, образовав в них кратеры и воронки диаметром от 20 см до 26 м. Масса Сихотэ-Алиньского метеорита оценивается в 70 т, собрано осколков 23 т. Много метеоритов обнаружено на ледовом щите Антарктиды, встречаются они и в осадках ложа океанов.

С падением железных метеоритов связано образование на Земле крупных кратеров. Хорошо известен крупнейший Аризонский кратер в США, глубина которого достигает 180 м, а диаметр — 1200 м. Кратер окружен валом, образовавшимся в результате выброса обломочного материала. В обломках железного метеорита наблюдаются кристаллы алмаза, защищенные фафитом. Эти преобразования алмаза свидетельствуют о температуре порядка 2000 °С.

В состав метеоритов входят восемь основных элементов: Fe, Ni, Mg, Si, S, Al, Ca, О. Остальные элементы встречаются в очень малых количествах. По составу метеориты подразделяются на три основные группы: железные, железо-каменные и каменные, наиболее часто встречающиеся.

Среди каменных метеоритов преобладают хондриты, которые составляют до 88 % метеоритов, падающих на Землю. Хондриты получили свое название за счет того, что состоят из мельчайших силикатных капелек-шариков — хондр.

Принято считать, что хондриты являются обломками железокаменных планет, находящихся на самой примитивной стадии своего развития, не успевших расслоиться на богатые железом ядра и силикатные оболочки.

Хондриты относятся в основном к очень древним образованиям с возрастом 4,6—3,5 млрд лет, но есть и более молодые — 1 млрд лет. Существуют несколько генетических типов хондритов и во всех обнаружены алмазы, но наиболее богаты алмазами углистые хондриты, содержащие сложные соединения углерода и воду.

Ахондриты — разновидность каменных метеоритов, состоящих в основном из силикатов: оливина, пироксена, плагиоклаза, близких по составу к земным базальтам (эвкритам).

Железные метеориты сложены, в основном, самородным железом, богатым никелем (от 5 до 16 %). Железные метеориты и ахондриты составляют всего 14% падений метеоритов на Землю, что свидетельствует о распаде планет в основном на примитивной (хонд-ритовой) стадии.

Кометы — космические небольшие тела, сосредоточенные за пределами Солнечной системы и только лишь периодически в нее входящие. При приближении к Солнцу у комет образуются плазменный и пылевой хвосты, направленные от Солнца и тянущиеся на миллионы километров (рис. 1.15). Существует гипотеза, согласно которой кометы образовались почти одновременно с планетами, причем непосредственно из пылевых частиц в плотном малозвездном облаке, гравитационно связанном с протосолнечной туманностью — газово-пылевым облаком, из которого конденсировалась Солнечная система.

В последние годы благодаря использованию межпланетных станций получены важные сведения о кометах. Наиболее детально изучена комета Галлея, которая через каждые 70—80 лет пролетает мимо Земли. Было установлено, что ядро кометы размером 16х8х8 км и массой 10 млрд т сложено льдом, который на 80 % состоит из воды, 13 % оксидов углерода (CO и CO2), 2 % (NH3) и цианисто-водородной кислоты. В лед вкраплено множество пылевидных железосиликатных частиц диаметром от 0,1 до 10 мкм, состоящих из Mg, Si, Fe и О. После посещений кометой Галлея Солнечной системы у нее образуется широкий шлейф крупных (> 1 мкм) пылевидных частиц, через который Земля проходит два раза в год в октябре и мае, когда в ее атмосфере можно наблюдать метеоритные дожди. Последний раз комета Галлея посетила Солнечную систему в 1999 г.

В настоящее время ежегодно открывают 5—7 новых комет. Японец Юи Хиякутаке 31 января 1996 г. открыл новую комету, получившую официальное обозначение — с/1996В2, которая 25 марта прошла на расстоянии 15 млн км от Земли со скоростью 58 км/с, а в начале мая скрылась в лучах Солнца и, обогнув его, начала свой обратный путь за пределы Солнечной системы.

Заканчивая общий обзор Солнечной системы, необходимо отметить важное обстоятельство. Наша Солнечная система является системой устойчивой, по крайней мере в течение нескольких сотен миллионов лет. Это означает, что форма, размеры и взаимодействие планет, взаимная ориентировка орбит тел, ее составляющих, не могут значительно измениться с течением времени, претерпевая лишь периодические колебания около своих средних значений. Главная причина устойчивости Солнечной системы заключается в том, что 98,7 % всей массы сосредоточена в Солнце.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: