Планеты земной группы

Поверхность

 Первые данные, характеризующие планету с близкого расстояния, были получены в марте 1974 года благодаря космическому аппарату, запущенному в рамках американской космической миссии Mariner 10, который приблизился на расстояние 9500 км и сфотографировал поверхность при разрешении 150 м. Mariner 10, выйдя на орбиту вокруг Солнца, со скоростью точно вдвое превосходящей скорость движения Меркурия по орбите, приближался к планете еще несколько раз.

Хотя температура поверхности  Меркурия уже была определена на Земле, более точные данные были получены при близких измерениях. Температура  на дневной стороне поверхности достигает 700 К, примерно температура плавления свинца. Однако после захода Солнца, температура быстро опускается примерно до 150 К, после чего медленнее остывает до 100 К. Таким образом, разность температур на Меркурии примерно 600К, большая чем на любой другой планете.

Меркурий сильно напоминает Луну по внешности. Он покрыт тысячами кратеров, большие из которых достигают 1300 км в диаметре. Так же на поверхности  встречаются крутые откосы, которые  могут превышать километр в высоту и сотни километров в длину, хребты и долины. Некоторые из самых больших кратеров имеют лучи подобно кратерам Тихо и Коперника на Луне и многие из них имеют центральные вершины.

Большинство рельефных объектов на поверхности планеты было названо  в честь известных художников, композиторов и представителей других профессий, внесших свой вклад в развитие культуры. Самые большие кратеры названы Бах, Шекспир, Толстой, Моцарт, Гете.

Большая впадина на поверхности  была названа "Калорий" (от латинского "тепло"), т.к. во время перигелия Солнце светит прямо на его дно и в это время здесь самая высокая температура. Калорий — самая большая и красивая впадина на Меркурии. Очевидно, она образовалась при столкновении с большим телом. Во впадине обнаружены следы потоков лавы, однако лава не имеет отличительного черного цвета, как на Луне. Из-за того, что очень сложно наблюдать Меркурий с Земли и из-за того, что к Меркурию был запущен только один космический аппарат, мы знаем очень мало о химическом составе поверхности и об источнике этой лавы.

Несмотря на то, что во впадине  Калорий чрезвычайно высокая  температура, на Меркурии есть и холодные участки поверхности. Вследствие того, что ось вращения практически перпендикулярна к плоскости орбиты, времен года на Меркурии не существует и северный и южный полюс вечно остаются в тени.

В 1992 году астрономы обнаружили районы с высоким уровнем отражения  радиоволн, по своим свойствам сходные  со свойствами отражения у полюсов  на Земле и на Марсе. Оказалось, что  в этих районах содержится лед в кратерах, покрытых тенью. И хотя существование таких низких температур не явилось неожиданностью, загадкой оказалось происхождение этого льда на планете, остальная часть которой испытывает воздействие высоких температур и абсолютно сухая.

Меркурий так же отличается от Луны тектоническими чертами очевидно вследствие сжатия коры. Отличительные черты Меркурия — длинные откосы, которые иногда пересекают кратеры, являются свидетельством сжатия. Очевидно, планета сжималась, и по поверхности шли трещины. И этот процесс происходил уже после того, как образовалось большинство кратеров. Если стандартная кратерная хронология верна по отношению к Меркурию, то это сжатие должно было происходить на протяжении первых 500 миллионов лет истории Меркурия.

Если бы мы могли более полно понять внутреннюю структуру и состав Меркурия, мы могли бы рассчитать, как внутренние изменения температуры должны были привести к глобальному сжатию, которому нет аналогов нигде в солнечной системе. В общем, оказывается, что очень раннее начало процесса расширения, могло привести к появлению разломов на поверхности и выпуску с больших глубин магмы, которая образовала вулканические долины планеты. После этого, процесс внутреннего расширения сменился процессом сжатия коры. Поверхностные разломы закрылись, вулканическая активность стихла, и сформировались хребты. Детали описанного процесса носят спекулятивный характер. Многие ученые считают, что следующие космические аппараты, запущенные к Меркурию принесут больше информации, которая позволит раскрыть многие загадки этой необычной планеты.

Меркурий - мир жара и холода

 Меркурий - яркое  светило, но увидеть его на небе не так просто. Дело, в том, что, находясь вблизи Солнца, Меркурий всегда виден для нас недалеко от солнечного диска, отход от него то влево (к востоку), то вправо (к западу) только на небольшое расстояние, которое не превосходит 28⁰. Поэтому его можно увидеть только в те дни года, когда он отходит от Солнца на самое большое расстояние. Пусть, например, Меркурий отодвинулся от Солнца влево. Солнце и все светила в своем суточном движении плывут по небу слева направо. Поэтому сначала заходит Солнце, а через час с небольшим заходит Меркурий, и надо искать эту планету низко над Западным горизонтом.

Если рассматривать Меркурий в  сильный телескоп, то вместо звездочки  он будет выглядеть, как маленькая  Луна, имея очертания, либо узкого серпика, либо полукруга. Это происходит по той же причине, что и смена фаз Луны. Меркурий – это темный шар, собственного света он не дает и сияет на небе за счет отражения солнечных лучей. На той половине Меркурия, которая повернута к Солнцу, - день, а на другой – ночь. Мы видим только освещенную часть планеты. Диаметр Меркурия в 2 ½ раза меньше диаметра Земли и в ½ раза больше диаметра Луны.

В сильный телескоп на Меркурии можно  заметить темные пятна, имеющие примерно такой же вид, как “моря” Луны для  невооруженного глаза. Наблюдая за этими  пятнами, ученые установили одну важную особенность. Двигаясь по своему пути вокруг Солнца, Меркурий вместе с тем поворачивается вокруг своей оси так, что к Солнцу обращена всегда одна и та же его половина. Это значит, что на одной стороне Меркурия всегда день, а на другой – ночь.

Меркурий гораздо ближе к Солнцу, чем Земля. Поэтому Солнце на нем светит и греет в 7 раз сильнее, чем у нас. На дневной стороне Меркурия страшно жарко, тем вечное пекло. Измерения показывают, что температура там поднимается до 400⁰ выше нуля. Зато на ночной стороне должен быть всегда сильный мороз, который, вероятно, доходит до 200⁰ и даже 250⁰ ниже нуля.

На такой планете не может  быть ни океанов, ни атмосферы. Действительно, самые тщательные наблюдения не обнаружили на Меркурии никаких признаков воздушной  оболочки.

Итак, Меркурий – это царство  пустынь. Одна его половина – горячая  каменная пустыня, другая половина –  ледяная пустыня, быть может, покрытая замерзшими газами. 
 

Наблюдения  ученых

 Меркурий –  четвертая по блеску планета: в максимуме  она почти так же ярка, как Сириус, ярче же бывают только Венера, Марс, Юпитер. Тем не менее, Меркурий очень трудная для наблюдения планета из-за малости его орбиты и, следовательно, близости к Солнцу; его наибольшая элонгация (видимое угловое расстояние от Солнца) составляет 28⁰ . В том самом благоприятном для наблюдения положении фаза Меркурия соответствует фазе Луны в первой и третьей четвертях; полная фаза приходится на верхнее соединение, когда находится за Солнцем почти на одной прямой с ним. После захода Солнца перед его восходом Меркурий на небе всегда находится очень близко к Солнцу, что ограничивает ночные наблюдения планеты коротким интервалом. Кроме того, турбулентность нашей атмосферы на низких высотах обуславливает плохое изображение. Поэтому Меркурий наблюдают большей частью при полном дневном свете, а рассеянный дневной свет исключают в минимально возможной мере применением соответствующих экранов. Вследствие всех этих разного рода трудностей только самым упорным наблюдателям удавалось обнаружить детали на поверхности Меркурия. Склапарелли (Италия, 1833-1910) и Барнард (США, 1857-1923) – два великих наблюдателя – сделали зарисовки инертных деталей поверхности, причем эти зарисовки не слишком хорошо согласуются между собой. Поскольку фотографии Луны показали, что некоторые детали, в особенности лучи, а до некоторой степени и моря, становятся особенно заметными в полнолуния, весьма интересно отметить, что Барнард, охарактеризовал пятна на Меркурии в основном как похожие на лунные “моря”, а Склапарели получил свои наилучшие результаты, когда планета была близка к полной фазе, т.е. находилась по соседству с Солнцем.

На протяжении длительного времени  Меркурий наблюдался во Франции –  сначала Антониади в Медоне, а позднее Дольфюсом на Пик де Мидея. Все наблюдатели согласны, что Меркурий медленно вращается вокруг своей оси, будучи всегда обрашенным к Солнцу одной стороной, если не считать не больших либраций. Таким образом, период вращения Меркурия, составляющий 88 суток, согласно Дольфюсу, равен с точностью до 1/10000 сидерическому периоду обращения планеты вокруг Солнца. Так как Солнце освещает только одну сторону планеты, Склапарелли и Антониаде наблюдали Меркурий вечером, а Дольфюс утром. Чтобы сравнить карты Склапарелли и Антониаде с картой Дельфюса, их следует повернуть примерно на 15О. Дельфюс полагает, что наблюдаемые детали можно привести к совпадению, считая, что угол наклона экватора Меркурия к эклиптике равен 7⁰.

Поскольку оптическая разрешающая способность составляет приблизительно 0,3, т.е.1/13-1/20 видимого диаметра Меркурия, на рисунках, очевидно, представлены почти все детали, которые когда-либо наблюдались с поверхности Земли.

Сравнение всех трех карт Меркурия на первый взгляд наводит на мысль, что наблюдатели расходятся в своих наблюдениях, но более тщательная проверка выявляет согласие в наиболее существенных чертах. Два человека никогда не нарисуют плохо видимый объект одинаково. Чтобы убедиться в этом важном для наблюдательной астрономии факте, поместите одну из этих карт на таком расстоянии, чтобы детали были едва различны, и зарисуйте, что вы видите. Сравнение рисунка с оригиналом может дать удивительные результаты. Несомненно, поверхность Меркурия во многом сходна с поверхностью Луны, хотя мы и не знаем, действительно ли на поверхности Меркурия имеются моря и кратеры. Однако среднее визуальное альбедо Меркурия (0,14) вдвое больше, чем альбедо Луны.

Попытки доказать существование у  Меркурия атмосферы в основном давали отрицательные результаты, хотя иногда наблюдатели высказывали подозрение, что легкие беловатые облачка затуманивали более темные пятна. Скорость убегания для Меркурия составляет всего 3,7 км/сек, а температура на его поверхности может быть гораздо более высокой – выше, чем для Луны. Следовательно, лишь самые теплые газы могли бы остаться на поверхности планеты. Точно также, выбрасываемые во время солнечных бурь частицы, должны, даже в большей степени, чем в случае Луны, вышибать атомы остаточной атмосферы Меркурия. Когда Меркурий наблюдается в виде серпа, то его рога не выходят за пределы их геометрических граней, что указывает на отсутствие сколько-нибудь значительных сумеречных эффектов – рассеяния или рефракции в атмосфере. Однако Дельфюс считает, что свет рогов характеризуется небольшой избыточной поляризацией. Если этот эффект обусловлен наличием атмосферы, то последняя в целом составляет не более 1/300 атмосферы Земли. Петтит (обсерватории Маунт Вилеон и Маунт Баломар) из инфракрасных измерений Меркурия нашел, что температура в подсолнечной точке в перигелии сильно возрастает, достигая 415^ОС; в афелии она составляет около 285^ОС. При 415^ОС плавится олово и свинец; даже цинк находится близ своей точки плавления (419^ОС). Поэтому Меркурий даже с большим основанием, чем Плутон, мог быть назван в честь бога преисподней.

В противоположность очень высоким  значениям температуры, на стороне  Меркурия, обращенной к Солнцу на вечно темной ее стороне температура очень низкая. Тепло может проникать туда только через твердое тело планеты, посредством теплопроводности, а это процесс крайне медленный, или же посредством конвенции в остатках атмосферы, но последнее можно лишь предполагать. Температура не освещенного полушария, вероятно, не превышает 10^О, считая от абсолютного нуля, т.е. там даже холоднее, чем на Плутоне. Таким образом, Меркурий проявляет своего рода “раздвоение личности”, совмещая в себе обе крайности значений температуры планет. Интересно знать, не могут ли оказаться захваченными и замороженными на темной стороне такие газы, как азот, углерод, углекислый газ, кислород и другое. Для ответа на этот вопрос требуется более строгая проверка при помощи космических зондов и радиолокационных наблюдений.

На очень большое сходство между  Меркурием и Луной указывают  их размеры, характер вращения, разреженность атмосферы и внешний вид. Оба этих тела практически одинаково отражают свет, как в отношении цвета, так и в отношении интенсивности при различных углах отражения. Лучи света, падающие перпендикулярно к поверхности, отражаются в направлении падения достаточно эффективно, но при падении света под большими углами отражение бывает очень слабым. Даже поляризация или плоскость колебаний отраженного света для Меркурия и Луны одинакова. Все это дает нам право сделать вывод, что поверхность Меркурия сходна с поверхностью Луны, как в отношении отдельных деталей, так и в целом. Несомненно, поверхность Меркурия неправильной формы и неровная.

Средняя плотность Меркурия, хотя она определена не слишком точно, по-видимому, почти в 5,5 раза выше плотности воды, т.е. примерно равна плотности Земли. Так как масса Меркурия мала, то увеличение его плотности, вследствие сжатия, ограничено величиной 1-2%, а средняя плотность основных составляющих его материалов, если извлечь их из планеты, согласно подсчетам Юри составит 5,4 вместо 4,4 для Земли. Следовательно, доля более тяжелых элементов для Меркурия должна быть вполне измеримое железное ядро. В этом отношении Меркурий сильно отличается от Луны и, по существу, является самым плотным телом значительных размеров в солнечной системе. Эволюционный процесс, в результате которого возникла высокая плотность, пока еще не вполне понятен, но, несомненно, он связан с близостью Меркурия к Солнцу.

Сравнительные свойства Луны и Меркурия

Планета Венера

Венера - вторая после Меркурия по удаленности от Солнца (108млн.км) планета  земной группы. Ее орбита имеет форму почти правильного круга (эксцентриситет 0,007). Венера совершает облет Солнца за 224,7 земных суток со скоростью 35 км/сек.  
Особенность движения Венеры в космосе: если все планеты (кроме Урана) вращаются вокруг своей оси против часовой стрелки (если смотреть со стороны Северного полюса мира), то Венера вращается в противоположном направлении - по часовой стрелке. 
Ось вращения Венеры почти перпендикулярна к орбитальной плоскости (наклон 3^о), поэтому там отсутствуют сезоны года - один день похож на другой, имеет одинаковую продолжительность и одинаковую погоду. Эта погодная однотипность еще больше усиливается специфичностью венерианской атмосферы - ее сильным парниковым эффектом.