Сонячна система Походження сонячної системи

Передмова.

Сучасна наука має в своєму розпорядженні багатим матеріалом про фізико-хімічну основу життя, про шляхи, які могли кілька мільярдів років привести до виникнення примітивних організмів.

Глава 1: Походження Сонячної системи (гіпотеза О. Ю. Шмідта)

Всесвіт настільки грандіозна, що в ній почесно грати навіть скромну роль

Х а р л про у Ш е п л і

Частина 1: Космогонія

Космогонія - наука, що вивчає походження і розвиток небесних тіл, наприклад планет і їх супутників, Сонця, зірок, галактик. Астрономи спостерігають космічні тіла на різній стадії розвитку, що утворилися нещодавно і в далекому минулому, швидко "старіючі" або майже "застиглі" у своєму розвитку. Зіставляючи численні дані спостережень із фізичними процесами, які можуть відбуватися за різних умов у космічному просторі, вчені намагаються пояснити, як виникають небесні тіла. Єдиної, завершеної теорії утворення зірок, планет або галактик поки не існує. Проблеми, з якими зіткнулися вчені, часом важко розв'язати. Вирішення питання про походження Землі і Сонячної системи в цілому значно ускладнюється тим, що інших подібних систем ми поки не спостерігаємо. Нашу Сонячну систему не з чим поки що порівнювати, хоча системи, подібні до неї, повинні бути досить поширені і їх виникнення повинно бути не випадковим, а закономірним явищем

В даний час при перевірці тієї чи іншої гіпотези про походження Сонячної системи значною мірою грунтується на даних про хімічний склад і вік порід Землі та інших тіл Сонячної системи. Найбільш точний метод визначення віку порід полягає в підрахунку відношення кількості радіоактивного урану до кількості свинцю, що знаходиться в даній породі. Швидкість цього процесу відома точно, і її не можна змінити ніякими способами. Найдавніші гірські породи мають вік кілька мільярдів років. Земля в цілому, очевидно, виникла дещо раніше, ніж земна кора.

У середині XVIII століття німецький філософ І. Кант запропонував свою теорію утворення Сонячної системи, що грунтується на законі всесвітнього тяжіння. Вона передбачала виникнення Сонячної системи з хмари холодних пилинок, що знаходяться в безладному хаотичному русі. У 1796 році французький вчений П. Лаплас докладно описав гіпотезу утворення Сонця і планет з вже обертається газової туманності. Лаплас врахував основні характерні риси Сонячної системи, які повинна була пояснити будь-яка гіпотеза про її походження. У даний період найбільш розробленою є гіпотеза О. Ю. Шмідта, розроблена в середині століття.

Частина 2: Туманність

Давайте перенесемося в далеке минуле, приблизно на 7 мільярдів років тому. Сучасна наука, як кажуть вчені, з достатнім ступенем ймовірності дозволяє нам уявити відбувалися тоді події. Одним словом ми "висимо" в космосі і спостерігаємо за життям однієї з газово-пилових, воднево-гелієвих (з домішкою важких елементів) туманностей. Тієї, яка в майбутньому дасть початок нашій Сонячній системі, Сонцю, Землі і нам з вами. Туманність темна й непрозора, як дим. Зловісною невидимкою повільно повзе вона на тлі чорної прірви, і про її рваних, розмитих обрисах можна тільки здогадуватися з того, як поступово блякнуть і гаснуть за нею далекі зорі. Через деякий час ми виявляємо, що туманність повільно повертається навколо свого центру, ледве помітно обертається. Ми помічаємо так само, що вона поступово зменшується, стискається, очевидно ущільнюючись при цьому. Діє тяжіння, збираючи до центру частки туманності. Обертання туманності при цьому прискорюється. Якщо ви хочете зрозуміти механіку цього явища, згадайте простий земний приклад - що обертається на льоду спортсмена-фігуриста. Не роблячи ніякого додаткового поштовху, він прискорює своє обертання лише тим, що руки, до цього розкриті в сторони, притискає до тіла. Працює "Закон збереження кількості руху". Минає час. Туманність обертається все швидше. А від цього виникає і збільшується відцентрова сила, здатна боротися з тяжінням. Відцентрова сила нам добре знайома. Вона, наприклад, "працює" в будь-якому автобусі, коли на крутому завороту валить стоячих пасажирів. Боротьба двох сил, тяжіння і відцентровою, починається в туманності при прискоренні її обертання. Тяжіння стискає туманність, а відцентрова сила прагне роздути її, розірвати. Але тяжіння тягне частки до центру з усіх сторін однаково. А відцентрова сила відсутня на "полюсах" туманності й найсильніше виявляється на її "екваторі". Тому саме на "екваторі" вона виявляється сильнішою за тяжіння і роздуває туманність у боки. Туманність, продовжуючи обертатися все швидше, сплющується, з кулі перетворюється на плоску "коржик", схожу на спортивний диск. Настає момент, коли на зовнішніх краях "диска" відцентрова сила врівноважує, а потім і пересилює тяжіння. Клоччя туманності тут починають відділятися. Центральна частина її продовжує стискатися, все прискорюючи своє обертання, і від зовнішнього краю продовжують відходити все нові й нові шматки, окремі газопилові хмари.

Частина 3: Народження Сонця

І ось туманність набула зовсім іншого вигляду. У середині величаво обертається величезна темна, трохи сплющене хмара, а навколо нього на різних відстанях пливуть по кругових орбітах, розташованих приблизно в одній площині, що відірвалися від нього невеликі "хмари-супутники". Постежити за центральним хмарою. Воно продовжує ущільнюватися. Але тепер із силою тяжіння починає боротися нова сила - сила газового тиску. Адже в середині хмари накопичується все більше частинок речовини. Там виникає "страшна тіснота" і "неймовірна штовханина" частинок. Вони метушаться, все сильніше б'ючи один одного. Мовою фізиків - в центрі підвищуються температура і тиск. Спочатку там стає тепло, потім жарко. Зовні ми цього не помічаємо: хмара величезна й непрозоро. Тепло назовні не виходить. Але ось щось всередині сталося! Хмара перестало стискатися. Могутня сила зрослого від нагріву газового тиску зупинила роботу тяжіння. Різко війнуло нестерпним жаром, як з жерла раптово відкрилася печі! У глибині чорної хмари стали слабко просвічувати рвуться назовні клуби тьмяного червоного полум'я. Вони все ближче і яскравіше. Куля величаво кипить, перемішуючи вирвався вогонь ядра з чорним туманом своїх околиць. Спопеляючий жар змушує нас відскочити ще дальне тому. Однак, вирвавшись назовні, гарячий газ послабив протидію тяжінню. Хмара знову стало стискатися. Температура в його центрі знову почала зростати. Вона дійшла вже до сотень тисяч градусів! У цих умовах речовина не може бути навіть газоподібним. Атоми розвалюються на свої частини. Речовина переходить в стан плазми. Але і плазма - скажена штовханина атомних ядер і електронів - не може виносити нагрів до нескінченності. Коли її температура підніметься вище десяти мільйонів градусів, вона як би "запалюється". Удари часток один про одного стають такими сильними, що ядра атомів водню вже не відскакують один від одного, як м'ячики, а врізаються, вдавлюються один в одного і зливаються один з одним. Починається "ядерна реакція". З кожних чотирьох ядер атомів водню утворюється одне ядро ​​гелію. При цьому виділяється величезна енергія. Таке ось "ядерне горіння" водню почалося і в наш розпеченому кулі. Цей "пожежа" тепер вже не зупинити. "Плазма" розбушувалася. Газове тиск у центрі запрацювало з подесятереною силою. Плазма рветься назовні, як пара з котла. З дивовижною силою вона зсередини тисне на зовнішні шари кулі й припиняє їхнє падіння до центру.

Встановилася рівновага. Плазмі не вдається розірвати кулю, розкидати його уривки в сторони. А тяжінню не вдається зламати тиск плазми і продовжити стискання кулі. Сліпуче світиться біло-жовтим світлом куля перейшов у стійку стадію. Він став зіркою. Став нашим Сонцем! Тепер воно буде мільярдами років, не змінюючи розміру, не охолоджуючись і не перегріваючись, світити однаково яскравим біло-жовтим світлом. Поки всередині не вигорить весь водень. А коли він весь перетвориться на гелій, зникне "підпора" усередині Сонця, воно стиснеться. Від цього температура в його надрах знову підвищиться. Тепер вже до сотень мільйонів градусів. Але тоді "запалає" гелій, перетворюючись на більш важкі елементи. І стиснення знову припиниться.

Є в запасі у зірок ще кілька ядерних реакцій, що вимагають для свого початку все більш високих тисків і температур. У них "варяться" ядра все більш складних і важких елементів. Зрештою, всі можливі реакції будуть вичерпані. Зірка стиснеться, стане крихітним "білим карликом". Потім поступово охолоне, потьмяніє. Нарешті, згасне зовсім. Мовчазний невидимкою буде плисти в космосі "чорний карлик" - холодна "головешка", що залишилася від колись бушував потужного багаття. Як бачимо з вихідного матеріалу - водню - в надрах зірок, в ядерних реакціях синтезу "варяться" ядра атомів усіх елементів. І мабуть, можна сказати, що саме там, у надрах зірок, закладається початок життя. Адже саме там виникають ядра "атома життя" вуглецю. А за ними ядра атомів усіх інших необхідних для життя елементів таблиці Менделєєва. Не обов'язково це цінне "вариво" виявляється потім похованим у остившіх "чорних карликів". У багатьох зірок, що утворилися з більших згустків туманностей, ядерне горіння проходить дуже бурхливо. Газовий тиск виявляється набагато сильніше тяжіння. Воно роздуває зірку, рве її на шматки, розкидаючи на всі боки. Ці грандіозні вибухи в зоряному світі іноді спостерігаються із Землі і називаються спалахами "наднових зірок". У результаті вибуху зірка розсіюється в міжзоряному просторі, збагачуючи його важкими елементами. Це основне джерело тієї таємничої, життєво важливої ​​домішки, про яку ми говорили раніше. Тепер про виділення цієї домішки.

Частина 4: Освіта планет

Повернемося до супутників нашого Сонця, до тих уривків туманності, які відірвалися від центрального згустку під дією відцентрової сили і почали кружляти навколо нього. Саме тут створюються умови, що сприяють розділенню легких і важких часток туманності. Відбувається щось схоже на наш древній спосіб видобутку золота промиванням з золотоносного піску або на провеіваніе зерна в молотарка. Струмінь води або повітря відносить легкі частинки, залишаючи важкі. Хмари-супутники знаходяться на дуже різних відстанях від Сонця. Далекі воно майже не гріє. Зате в близьких - його жар випаровує все здатне випаруватися. А його сліпучий яскраве світло, працюючи як своєрідний "вітер", видуває з них все випарується, взагалі все легке, залишаючи лише те, що важче, що "не зрушити з місця". Тому тут майже не залишається легких газів - водню і гелію, основною складовою газопилової туманності. Мало залишається і інших "летючих" речовин. Все це несеться гарячим "вітром" у далечінь. У результаті через деякий час хімічний склад хмар-супутників стає зовсім різним. У далеких - він майже не змінився. А в тих, що кружляють поблизу розточує жар і світло Сонця, залишився лише "прожарений" і "обдутий" матеріал - виділена "дорогоцінна життєво важлива домішка" важких елементів. Матеріал для створення жилої планети готовий. Починається процес перетворення "матеріалу" в "виріб", часток туманності - в планети.

а) Етап перший - злипання частинок.

У далеких хмарах-супутниках численні молекули легких газів і рідкі легкі пилинки потроху збираються у величезні пухкі кулі малої щільності. Надалі це планети групи Юпітера. У хмарах-супутниках, близьких до Сонця, важкі порошини злипаються в щільні кам'янисті грудки. Вони поєднуються у величезні масивні скелясті брили, жахливими сірими незграбними громадами пливуть по орбітах навколо своєї зірки. Рухаючись по різних, іноді пересічних орбітах, ці "астероїди", розміром в десятки кілометрів кожний, зіштовхуються. Якщо на невеликій відносної швидкості, то як би "вдавлюються" один в інший, "нагромаджуються", "налипає" один на інший. Об'єднуються в більш великі. Якщо на великій швидкості, то мнуть, кришать одне одного, породжуючи нову "дрібниця", незліченні уламки, осколки, які знову проходять довгий шлях об'єднання. Сотні мільйонів років йде цей процес злиття дрібних часток у великі небесні тіла. У міру збільшення своїх розмірів вони стають все більш куляста. Зростає маса - зростає сила тяжіння на їхній поверхні. Верхні шари тиснуть на внутрішні. Виступаючі частини виявляються вантажем більш важким і поступово занурюються в товщу нижележащих мас, розсовуючи їх під собою. Ті, відходячи в сторони, заповнюють собою западини. Грубий "ком" поступово згладжується. У результаті поблизу Сонця утворюються декілька порівняно невеликих за розміром, але дуже щільних, що складаються з дуже важкого матеріалу, планет земної групи. Серед них - Земля. Всі вони різко відрізняються від планет групи Юпітера багатством хімічного складу, великою кількістю важких елементів, великою питомою вагою. Тепер подивимося на Землю. На зоряному фоні, освітлений з одного боку яскравими сонячними променями, пливе перед нами величезний кам'яний шаріще. Він ще не гладкий не рівний. Ще стирчать де-не-де виступи зліпили його брил. Ще "читаються" не повністю заплилі "шви" між ними. Поки це ще "груба робота". Але ось що цікаво. Вже є атмосфера. Трохи каламутна, очевидно, від пилу, але без хмар. Це видавлені з надр планети водень і гелій, які свого часу прилипли до кам'янистих часток і якимось дивом вціліли, не були "здути" сонячними променями. Первинна атмосфера Землі. Довго вона не протримається. "Не києм, то палицею" Сонце знищить її. Легкі рухливі молекули водню й гелію під дією нагрівання сонячними променями будуть поступово випаровуватися в космос. Цей процес називається "диссипацией"

б) Етап другий - розігрівання.

Усередині планети, у суміші з іншими виявляються затиснутими, "замкнутими" радіоактивні речовини. Вони відрізняються тим, що безперервно виділяють тепло, ледь помітно нагріваються. Але в товщі планети цього тепла нікуди вийти, немає вентиляції, немає омиваючої вологи. Над ними - потужна "шуба" з верхніх шарів. Тепло накопичується. Від цього радіоактивного розігріву починається розм'якшення всієї товщі планети. У розм'якшеному вигляді речовини, свого часу хаотично, безсистемно зліпили її, починають тепер розподіляться по вазі. Важкі поступово опускаються, тонуть до центру. Легкі видавлюються ними, піднімаються вище, спливають все ближче до поверхні. Поступово планета набуває будову, подібне теперішньої нашої Землі, в центрі, стиснутої жахливим вагою навалилися зверху шарів, важке ядро. Воно оточене "мантією" - товстим шаром речовини легше вагою. І нарешті, зовні зовсім тонка, завтовшки всього в декілька десятків кілометрів, "кора", що складається з найлегших гірських порід. Радіоактивні речовини в основному містяться в легких породах. Тому тепер вони скупчилися в "корі", гріють її. Основне тепло з поверхні планети йде в космос, від планети "трохи повіяло теплом". А на глибині десятків кілометрів тепло зберігається, розігріваючи гірські породи.

в) Етап третій - вулканічна діяльність.

У деяких місцях надра планети розпалюються до червоного. Потім навіть більше. Камені плавляться, перетворюються на розпечену, що світиться оранжево-білим світом вогненну кашу - "магму". У товщі кори їй тісно. У ній повно стислих газів, які готові були б підірвати, розкидати всю цю магму на всі сторони вогняними бризками. Але сил для цього не вистачає. Занадто міцна і важка навколишнє і придавив зверху кора планети. І вогненна магма, намагаючись хоч якось вирватися нагору, на свободу, намацує між стискають її брилами слабкі місця, протискується в щілини, подплавляя їх стінки своїм жаром. І потроху з роками, століттями набираючи силу, піднімається з глибин до поверхні планети. І ось перемога! "Канал" пробитий! Стрясаючи скелі, з гуркотом виривається з надр стовп вогню. Клуби диму і пари здіймаються до неба. Летять вгору камені і попіл. Вогняна магма, яка називається тепер "лава", виливається на поверхні планети, розтікається в сторони. Відбувається виверження вулкана. Таких "пробитих зсередини дірок" на планеті багато. Вони допомагають молодій планеті "боротися з перегрівом". Через них вона звільняється від накопичилася вогняної магми, "видихає" розпираючий її гарячі гази - в основному вуглекислий газ і водяна пара, а з ними - різні домішки, такі, як метан, аміак. Поступово в атмосфері майже зникли водень і гелій, і вона стала складатися в основному з вулканічних газів. Кисню в ній поки немає і в помині. Для життя ця атмосфера зовсім не придатна. Дуже важливо, що вулкани викидають на поверхню велику кількість водяної пари. Він збирається в хмари. З них на поверхню планети ллються дощі. Вода стікає в низини, накопичується. І потроху на планеті утворюються озера, моря, океани, в яких може розвинутися життя.

Тут треба зробити застереження. З декількох гіпотез походження життя найбільш поширену, яка видається нам найбільш обгрунтованою, гіпотезу самовільного зародження життя запропонував академік А. І. Опаркін.

Частина 5: Чому саме Земля?

А поки - про Землю, ідеально підготовленої до того, щоб стати нашою колискою. Нам пощастило. На землі збіглося кілька сприятливих для життя обставин. Далеко не кожна зірка стає Сонцем, оточеним планетами. Варто було туманності повільніше обертатися, не виникла б відцентрова сила, не відірвалися б клаптики від центрального згустку, не виникли б планети. І пливла б така самотня "бездітна" зірка в чорній безодні, безплідно марнуючи своє тепло і світло ... Далеко не кожна зірка, що породила планети, здатна створити на них умови, придатні для зародження життя. Для зародження і розвитку життя потрібно дуже багато часу, мільярди років. Весь цей час зірка має горіти рівно, спокійно, однаково. Тоді умови на планеті будуть постійними - і життя зможе до них пристосуватися. Але ж зірки далеко не такі не всі такі спокійні, як наше Сонце. Молоді зірки іноді спалахують. Хвиля спопеляючого спека обрушується на навколишні планети, спалюючи, випаровуючи все, що може горіти і кипіти. Життя на планеті після такого вогненного урагану, безумовно, загине, і на порожньому голом кулі треба буде починати все спочатку. Для розвитку життя потрібна спокійна зірка. Наше Сонце - спокійна зірка. Але поставте нашу Землю ближче до Сонця, наприклад, на місце Меркурія або Венери. Від нестерпної спеки на Землі навіть не зможуть утворитися океани. Вода відразу википить. Яка вже тут життя. Відсуньте Землю далі від Сонця, куди-небудь в район Юпітера. Теж життя не виникне. Вода - основа життя буде там завжди замерзлої. Нам пощастило ще в тому, що орбіта Землі кругова, а адже могла бути еліптична. От уявіть собі, що Земля то наближається до Сонця так близько, що вода з її поверхні вся випаровується, то віддаляється так далеко, що вода, випавши з атмосфери назад на Землю, промерзає наскрізь. Через "комфортне" місце, де температури "у самий раз", вона проноситься двічі на рік з такою стрімкістю, що "нічого не встигнути зробити". Для зародження і розвитку життя просто немає часу. Подібний жар-холод може бути не тільки від еліптичності орбіти. Бувають "подвійні зірки". Тоді при будь-якій орбіті планета не може завжди бути на рівній відстані від джерела тепла. То одне сонце близько, то інше, то обидва далеко. Нам пощастило і в сенсі розміру нашої планети. Будь вона менше, наприклад, розміром з Місяць, не втримати їй на собі атмосферу. А значить, і воду, схильну випаруються, переходячи в атмосферу. Скільки б вулкани не підкидали все нові і нові порції газів і води, все це швидко випарується в космос. На Місяці тому й немає ні атмосфери, ні води, ні життя. Незручна для життя і Земля, розміром, скажімо з Юпітер. Незручна через занадто сильного тяжіння. Така велика "Земля" буде тримати на собі шар дуже густий атмосфери, що містить до того ж водень і гелій, несприятливі для виникнення життя. Товстий шар дуже щільних хмар створить на такій планеті вічний морок. А без цілющих сонячних променів яка може бути життя? Одним словом, коли ми дивимося на небо, усипане зірками, не треба забувати, що, по-перше, ймовірно, далеко не всі зірки мають планети, а по-друге, далеко не всі планети придатні для життя. Але ... зірок у нашій галактиці приблизно 100 мільярдів, і вже напевно, в ній досить планет, схожих на Землю.

Глава 2: Зародження життя (гіпотеза А. І. Опаркіна)

Задовго до того, як ми встановимо контакт з іншими розумними істотами, що живуть де-небудь в галактиці, ми повинні зрозуміти не тільки те місце, яке ми займаємо, а й пройдений нами довгий шлях.

Джон Бернал

Частина 1: Початок

Отже, перед нами планета Земля. Вона має океан. Уявімо його собі. Річки, що впадають у нього, спочатку течуть по схилах гір, по дорозі кришачи гірські породи, і все, що можуть, виносять з собою в океан. Атмосфера над океаном насичена вулканічними газами, пилом, попелом. Хвилі, розлітаючись бризками, захоплюють все це у свої глибини. В результаті вода в первозданному океані гірко-солона, каламутна. Вона - справжній "бульйон", стільки тут всього перемішано і розчинений. Тут можна зустріти майже всі елементи таблиці Менделєєва. Особливо багато тих, які необхідні для створення живих істот. Тепла вода забезпечує молекул і атомів хорошу рухливість, перемішування, контакти між собою в самих різних поєднаннях. Але для хімічних реакцій цього мало. Для них часто буває потрібна "зовнішня" сила. Поштовх ззовні може допомогти атомам і молекулам з'єднатися, може розбити молекули на частини. Хіміки для прискорення реакцій часто застосовують нагрів. Подібним же чином діє і природа. Для цього працюють не тільки частинки світла - фотони, але і "космічні промені" - осколки атомів, викинуті далекими зірками, які цілодобово проносяться крізь атмосферу і встромлюють в товщу океану. Їх удари особливо сильні і більше годяться для розбивання молекул.

Частина 2: Блиснула блискавка

Небо затягли чорні хмари. У них і у воді накопичуються електричні розряди. Вони рвонулися назустріч один одному. Сліпучий спалах блискавки освітив хвилі і прибережні скелі. А в товщі води при цьому різко метнулися молекули, збила один з одним. Деякі від ударів розвалилися. Зате інші, навпаки, з'єдналися. Стихла гроза. Настала ніч. Далеко від берега на дні океану пробудився дрімав вулкан. Гарячі гази, вирвавшись з його жерла, розчинилися у воді, наситивши її новими порціями вуглекислоти, метану, аміаку, сірчистого газу. З надр планети пішла в чорну безодню вогненна лава. Спалахнула червоним сяйвом, закипіла вода. Хмари сліпуче блискучих бульбашок спрямувалися вгору. Завирували, засвітилися зсередини в темряві ночі чорні хвилі. Густі хмари пари накрили їх. "Бульйон" над вулканом став гаряче і гущі. Цілими купами поплили нові, химерні "грудки" атомів - тільки що виникли великі молекули ...

Частина 3: Природний відбір

Океанські хвилі без кінця перемішують, переставляють атоми, по-різному комбінують їх. Молекули створюються і розпадаються. Знову і знову в кожній краплі океану повторюються мільярди разів вже випробувані і не виправдали себе поєднання. Невже в таких умовах можлива хоч якась еволюція? Можлива. Самі собою, без жодного плану або системи, створюються різні, які вийдуть, варіанти молекул. А потім випробовуються. Нагорі, в небі, розігралася гроза. І ми бачимо, як при спалаху блискавок, шарахнувшісь, розвалюються, розсипаються всі слабо зв'язані молекули. А ті, що витримали цю перевірку на міцність, залишаються. Вже на цьому етапі хімічної еволюції речовини працює своєрідний "природний відбір". Еволюція йде в напрямку створення все більш складних і при цьому міцних молекул, що володіють все новими і новими властивостями. А це наближає можливість намацати надалі такі форми і властивості молекул, які зроблять речовина істотою. У хімічній еволюції речовини головну роль відіграють атоми вуглецю. Це особливий, незамінний елемент. Його атоми мають воістину невичерпними "потенційними можливостями". Вони чотиривалентний (тобто дуже висока здатність приєднувати атоми і молекули інших хімічних елементів), що в атомному світі рідкість. Чіпляючись один за одного, вони можуть утворювати молекули у вигляді кілець або ланцюжків, при цьому прихоплюючи інші атоми або молекули. І тоді кільця і ​​ланцюжки обростають "гронами", створюються грандіозні, найскладніші молекули у вигляді розгалужених дерев, що налічують у своєму складі багато тисяч атомів самих різних елементів. Сьогодні таких молекул у природі незліченна безліч варіантів. Але поки вони ще не створилися. У первозданному океані йдуть експерименти. Фронт роботи найширший - весь океан. Атомів - скільки завгодно. Часу - сотні мільйонів років. І ось ні-ні, де-то виходить щось цікаве. Виникає цілком випадково якась нова комбінація атомів, що володіють прогресивними властивостями. І значить, крихітний крок до появи життя зроблений. Роблячи, може бути, всього по одному такому кроку за тисячі років, природа за мільярд років все ж дійшла до виникнення життя. Спробуємо подумки уявити собі головні з цих кроків. Пропустимо кілька мільйонів років і знову повернемося в первозданний океан. Крім вихідних крихітних і примітивних молекул, начебто метану, аміаку і вуглекислого газу, з яких все почалося, перед нами тепер плаває у воді безліч абсолютно нових, незнайомих комбінацій атомів. З'явилися, наприклад, полімери - довгі ланцюжки з молекул. Іноді однакових, іноді різних. З'явилися каталізатори. Це молекули-помічники, молекули-посередники, що полегшують перебудову інших молекул. Через багато мільйонів років ми бачимо, що простенькі полімери стали поліпептидами. Пливуть довгі, складні, гіллясті нитки, що складаються з амінокислот. Їх тисячі варіантів. Але саме вражаюче - з'явився процес копіювання молекул - реплікація. Це формений еволюція. Раніше випадково виникла комбінація атомів, існуючи в одному екземплярі, не впливала на хід хімічної еволюції в цілому. До того ж вона могла в будь-який момент бути розбита шалений космічної часткою і "винахід" безповоротно втрачалося. Тепер, при тиражуванні молекул, "досвід" поширюється, а загибель деяких примірників не становить небезпеки.

Частина 4: Мутація

Реплікація не гальмує прогрес, як це може здатися, заповнюючи океан однотипними молекулами. Справа в тому, що при копіюванні іноді відбувається збій. Вихідну молекулу або її матрицю може що-небудь зашкодити. Наприклад, блиснула поблизу блискавка. Вийде "мутація", і травма починає друкуватися у всіх наступних копіях, давши початок нової серії молекул. "Мутанти" зовсім не завжди є шлюбом. Трапляється, що серед них знаходять цінні знахідки, що володіють перевагами перед оригіналами. Тому, кажучи жартівливо, зовнішні сили не калічать молекули, а вносять у них невеликі зміни, як би з метою подивитися: що вийде? Результати цих стихійних експериментів природи оцінює практика. Природний відбір нещадно перекреслює всі мільйони "дурних" варіантів, залишаючи лише одиниця "розумних". У результаті мутації сприяють збільшенню різноманітності молекул і цим допомагають йти хімічної еволюції речовини.

Проходять ще мільйони років. Природа "намацала" найліпші послідовності амінокислот в ланцюжках поліпептидів - з'явилися білкові молекули - майбутні цеглини живих організмів. Ускладнилася і стала досконаліше реплікація. Матриця тепер вже не механічна форма, а умовна, хімічна "запис" порядку амінокислот в білковій молекулі. Запис у вигляді портативної ланцюжка особливих молекул - нуклеотидів. Еволюція речовини піднімається на новий рівень. Довгі, химерно зігнуті нитки різних білкових молекул чіпляються один за одного і потроху збираються. Спочатку в невеликі грудочки, потім у більші грудки, схожі на клубки або краплі. У молекул, тісно зіштовхувалися в грудці, різні властивості. Іноді це призводить до можливості своєрідного їхньої співпраці. Наприклад, каталізатори, що опинилися в гущі молекул, можуть сприяти реакцій, корисним для грудки в цілому. Інакше кажучи, грудки білкових молекул виявляються в ряді випадків "системами", здатними до якоїсь внутрішньої діяльності. Але система системі ворожнечу. І звичайно, починається довгий шлях пошуків найбільш вдалих поєднань молекул в них. Вдаліше, наприклад, ті, в яких зовні розташувалися особливо міцні молекули. Вони служать механічним захистом іншим. Ліпше ті, до яких включено молекули, здатні реагувати на небезпечні домішки у воді. Вони служать хімічним захистом. Але найбільш цікаві ті варіанти, в яких опинився хороший набір каталізаторів. Тепер, правда, їх потрібно називати ферментами. У цих грудках починається більш-менш активний "обмін речовин" з навколишнім середовищем. Йде захоплення матеріалу, розщеплення молекул, іноді навіть з виділенням енергії, викидання відходів, відновлення пошкоджених молекул. Навіть реплікація - синтез білкових ланцюжків. Обмін речовин - властивість дуже прогресивне. Такий грудку виявляється дуже стійким перед різними руйнують зовнішніми впливами, незалежним, міцним, довговічним. При великій складності він стає дуже живучим - те, до чого прагне хімічна еволюція. Речовина в ньому, по суті, набуло деякі властивості живого! Еволюція білкових молекул призводить до їх спеціалізації. У одних, наприклад, краще йдуть реакції з отриманням енергії, інші чітко реагують на зміни температури, в третіх добре налагоджена реплікація. І якщо ми знову пропустимо мільйони років, то виявимо в океані ще більше "гігантські" споруди, в кожному з яких мільйони молекул. Різні типи грудок увійшли до них у вигляді окремих деталей. Зараз біологи називають ці деталі органелами. А вся споруда в цілому - одноклітинним організмом!

Згадайте передісторію життя. Атоми - молекули - полімери - органели - одноклітинні істоти. Все йде в напрямку від простого до складного, до різноманітності структур, форм, властивостей. У живих організмах додалося найважливіше нове - могутнє прагнення до самозбереження, до довговічності. Потрібні поліпшена захищеність, більш хороша озброєність в боротьбі за існування. Об'єднуючись, клітини цього досягають. Боротьба за існування, зокрема, сприяє збільшенню різноманітності форм у тваринному світі. Іноді куди вигідніше не вступати в бій з ворогом, а просто піти в іншу "екологічну нішу", змінити спосіб життя так, щоб, навіть залишаючись на тій же ділянці землі, ніколи і ні в чому не стикатися з ворогом. Перестати змагатися з ним. Не мати з ним нічого спільного. Протиставити супернику не силу, а якусь абсолютно особливу якість, яке дає нові можливості для існування. Пройде ще дуже багато часу і на Землі з'явиться людина. З'явиться, і змінить світ в якому живе. Він навчиться спостерігати за зірками, за планетами Сонячної системи, будувати космічні апарати і запускати їх в космос. Багато хто з цих апаратів сідають на поверхні планет і повертаються назад.

Глава 3: Людство і пошук

Людство досягло таких успіхів в астрономії, техніці, зв'язку, кібернетики, які створили реальні технічні передумови для встановлення зв'язку з розумним життям інших світів.

Академік В.А. А м б а р ц у м я н

Частина 1: Цивілізація та її вплив на космос

Плоди нашої діяльності вже помітні з космосу. Це підтверджують космонавти, що розрізняють з орбітальних станцій навіть шосейні і залізні дороги, мости, кораблі в море. Вони бачать це неозброєним оком, а значить, з Місяця те ж саме можна побачити в тисячократним телескоп, які стоять у наших обсерваторіях. Марсіани, якщо б вони існували, навіть озброєні технікою, рівноцінної нашої, без особливих зусиль знайшли б наші міста, дими промисловості, космічні апарати, випробування атомних бомб. При більш пильному спостереженні вони помітили б штучні моря і зрошувальні канали. Ну а роботу телевізійних станцій можна виявити і з інших планетних систем. Люди в світі зірок. Цивілізація. Спільнота розумних істот, що виросло за мільярди років з грудочок слизу, що копошаться в каламутних калюжах. Розумних істот, які проникли в глибини атома і в дали Всесвіту, які пізнали будову зірок і таємницю живої клітини, які спіткали закони своєї еволюції!

Частина 2: Нове століття - нове рішення

У кожну епоху люди в своїх мріях вирішували проблему контактів з інопланетянами, виходячи з техніки свого часу. Аж до XVIII століття люди вважали, що для польоту до зірок достатньо буде енергії м'язів, своїх і домашніх тварин. І тому, навіть фантазуючи, єдино що вони могли запропонувати - це всього-на-всього екіпаж, запряжений ... в зграю птахів. Що повітря скінчиться відразу, як "Відліт від будинку", наші далекі предки не знали. Вони не уявляли собі і величезні відстані, що відділяють нас від Місяця і планет, не кажучи вже про відстані до зірок. Потім, вимірявши ці відстані і дізнавшись, що небесні тіла розділяє майже пусте, безповітряний простір, стали мріяти хоча б про взаємну сигналізації.

У XIX столітті, всього якихось сто років тому все серйозно вірили в існування марсіан. І тоді цілком серйозно вчені висували припущення про оптичного зв'язку з ними. Математик Карл Гаус пропонував прорубати в сибірських лісах багатометрову просіку у вигляді трикутника і засіяти її пшеницею. Марсіани побачать у свої телескопи на тлі темно-зелених лісів акуратненький світлий трикутник, і зрозуміють, що сліпа природа не могла це зробити. Значить на цій планеті живуть розумні істоти. Багатьом ідея Гауса сподобалася, але, щоб показати марсіанам, що земляни високоосвічені, пропонували на сторонах трикутника зробити квадрати, щоб вийшов малюнок теореми Піфагора. Цей проект мав помітними вадами. Адже Сибір часто покрита хмарами і снігом, і трикутник може довго залишатися непоміченим марсіанами. А головне, навіть в гарну погоду його можна буде бачити тільки вдень. Тому більш правильним здався проект віденського астронома Йозефа Йоганна фон літровий. Він пропонував в пустелі Сахара, де завжди безхмарно, вирити канали у вигляді правильних геометричних фігур (можливо теорему Піфагора). Сторони багатокутника повинні бути принаймні тридцять кілометрів. А вночі поверх води налити гас і підпалити. Вогненні смуги прокреслити на нічній стороні планети яскравий креслення. Вже марсіани не можуть його не помітити. Але і цей проект був відкинутий як дуже дорогою. Француз Шарль Кро підказав набагато дешевший спосіб зв'язку. Він порадив своєму уряду спорудити величезну батарею дзеркал для відбиття сонячних променів у бік Марса. Зайчик, звичайно, був би сліпучо яскравий. Проект Шарля Кро мав дуже велику перевагу в порівнянні з іншими. Дзеркала можна ворушити, і тоді при погляді з Марса сліпуча яскрава точка на Землі підморгувала б. І головне, миготіння можна було передати марсіанам повідомлення. Наївно! Але ж це все було зовсім недавно, за життя наших предків. Тим часом створюється цілий ряд науково-фантастичних творів, присвячених переміщенням між планетами. Найбільш відомі з них "З гармати на Місяць" Жюль Верна та "Війна світів" Герберта Уеллса.

З розвитком ракетної техніки в післявоєнні роки, а головне, запуск першого штучного супутника Землі в 1957 році дали потужний поштовх старим мріям людства про міжпланетні перельоти. Хлинула ціла лавина найрізноманітніших науково-фантастичних творів. Політавши до Венери і Марса, герої книг стали запросто літати до зірок, борознячи вже на величезних міжзоряних кораблях безкраї простори Галактики, борючись з найрізноманітнішою космічної нечистю і злодіями. Але і тут знову, вже вкотре, суворий аналіз охолодив мрійників. Сучасні ракети, що працюють на хімічному паливі, виготовляються з міцних і легких матеріалів, з двигунів "вижато" вже майже все, але все це робить межею наших мрій політ до Марсу або Венері. І все ж польоти в межах Сонячної системи реальні. Але в нас немає надії зустріти тут розумні істоти. Є шанси знайти їх в інших планетних системах, біля інших зірок. Але про політ до зірок на сучасних ракетах говорити безглуздо: політ до найближчої зірки (крім Сонця) - Альфа Центавра триватиме 80 тисяч років при швидкості 17 кілометрів на секунду.

Глава 4: Сонячна система: склад та особливості

Ми раді тій таємничості, яка знаходиться за межами нашої досяжності ...

Харлоу Шеплі

У Сонячну систему входить Сонце, 9 великих планет разом з їх 34 супутниками, більше 100 тисяч малих планет (астероїдів), близько 10 в 11 ступені комет, а також незліченна кількість дрібних, так званих метеорних тіл (поперечником від 100 метрів до мізерно малих порошин ). Центральне положення в Сонячній системі займає Сонце. Його маса приблизно в 750 разів перевершує масу всіх інших тіл, що входять в систему. Гравітаційне тяжіння сонця є головною силою, що визначає рух всіх обертаються навколо нього тіл Сонячної системи. Середня відстань від Сонця до найдальшої від нього планети - Плутон 39,5 а.о., тобто 6 мільярдів кілометрів, що дуже мало в порівнянні з відстанями до найближчих зірок. Тільки деякі комети віддаляються від Сонця на 100 тисяч а.о. і піддаються впливу притягання зірок. Рухаючись у Галактиці, Сонячна система час від часу пролітає крізь міжзоряні газопилові хмари. Унаслідок крайньої разряженности речовини цих хмар занурення Сонячної системи в хмару може виявиться тільки при невеликому поглинанні і розсіюванні сонячних променів. Прояви цього ефекту в минулому історії Землі поки не встановлені. Всі великі планети - Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун і Плутон - обертаються навколо сонця в одному напрямку (у напрямку свого обертання самого Сонця), по майже кругових орбітах, мало нахилених один до одного (і до сонячного екватора). Площина земної орбіти - екліптика приймається за основну площину при відліку нахилень орбіт планет і інших тіл, які обертаються навколо Сонця. Відстані від планет до Сонця утворюють закономірну послідовність - проміжки між сусідніми орбітами зростають з віддаленням від Сонця. Ці закономірності руху планет у поєднанні з розподілом їх на дві групи за фізичними властивостями вказують на те, що Сонячна система не є випадковим зібранням космічних тіл, а виникла в єдиному процесі. Завдяки майже круговій формі планетних орбіт і великих проміжків між ними виключена можливість тісних зближень між планетами, при яких вони могли б істотно змінювати свій рух у результаті взаємних тяжінь. Це забезпечує тривале існування планетної системи. Планети обертаються так само навколо своєї осі, причому майже у всіх планет, крім Венери й Урана, обертання відбувається в тому ж напрямку, що і їх звернення навколо Сонця. Надзвичайно повільне обертання Венери відбувається у зворотному напрямку, а Уран обертається ніби лежачи на боці. Більшість супутників обертаються навколо своїх планет у тому ж напрямку, в якому відбувається осьове обертання планети. Орбіти таких супутників зазвичай кругові й лежать поблизу площини екватора планети, утворюючи зменшену подобу планетної системи. Такі, наприклад, система супутників Урана й система галілеївських супутників Юпітера. Зворотними рухами мають супутники, розташовані далеко від планети. Сатурн, Юпітер і Уран крім окремих супутників помітних розмірів мають безліч дрібних супутників, як би зливаються в суцільні кільця. Ці супутники рухаються по орбітах, настільки близько розташованим до планети, що її приливна сила не дозволяє їм об'єднатися в єдине тіло. Переважна більшість орбіт нині відомих малих планет розташовується в проміжку між орбітами Марса і Юпітера. Усі малі планети обертаються навколо Сонця в тому ж напрямку, що і великі планети, але їхні орбіти, як правило, витягнуті і нахилені до площини екліптики. Комети рухаються в основному по орбітах, близьких до параболічних. Деякі комети мають витягнутими орбітами порівняно невеликих розмірів - у десятки і сотні а.о. У цих комет, званих періодичними, переважають прямі рухи, тобто руху в напрямку обертання планет. Будучи обертовою системою тіл, Сонячна система володіє моментом кількості руху (МКД). Головна частина його зв'язана з орбітальним рух планет навколо Сонця, причому масивні Юпітер і Сатурн дають близько 90%. Осьове обертання Сонця містить в собі лише 2% загального МКД всієї Сонячної системи, хоча маса самого Сонця складає більше 99,8% загальної маси. Такий розподіл МКД між Сонцем і планетами зв'язано з повільним обертанням Сонця і величезними розмірами планетної системи - її поперечник у кілька тисяч разів більше поперечника Сонця. МКД планети набули в процесі свого утворення: він перейшов до них з тієї речовини, з якого вони утворилися. Планети поділяються на дві групи, що відрізняються за масою, хімічним складом (це виявляється у відмінностях їх щільності), швидкості обертання і кількості супутників. Чотири планети, найближчі до Сонця, планети Земної групи, невеликі, складаються з щільної кам'янистої речовини і металів. Планети-гіганти - Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун - набагато масивніші, складаються в основному з легких речовин і тому, незважаючи на величезний тиск у їхніх надрах, мають малу щільність. У Юпітера й Сатурна головну частку їхньої маси складають водень і гелій. У них міститься так само до 20% кам'янистих речовин і легких з'єднань кисню, вуглецю та азоту, здатних при низьких температурах концентруватися в льоди. Надра планет і деяких супутників знаходяться в розпеченому стані. У планет земної групи і супутників внаслідок малої теплопровідності зовнішніх шарів внутрішнє тепло дуже повільно просочується назовні і не робить помітного впливу на температуру поверхні. У планет-гігантів конвекція в їхніх надрах призводить до помітного потоку тепла з надр, що перевершує потік, одержуваний ним від Сонця. Венера, Земля і Марс мають атмосферами, що складаються з газів, що виділилися з їхніх надр. У планет-гігантів атмосфери являють собою безпосереднє продовження їхніх надр: ці планети не мають твердої чи рідкої поверхні. При зануренні всередину атмосферні гази пості пінно переходять в конденсована стан. Дев'яту планету - Плутон, мабуть, не можна віднести ні до однієї з двох груп. За хімічним складом він близький до групи планет-гігантів, а за розмірами до земної групи. Ядра комет за своїм хімічним складом близькі планет - гігантів: вони складаються з водяного льоду і льодів різних газів з домішкою кам'янистих речовин. Майже всі малі планети за свого сучасного складу відносяться до кам'янистих планет земної групи. Порівняно недавно відкритий Хірон, що рухається в основному між орбітами Сатурна і Урана, ймовірно, подібний крижаним ядрам комет і невеликим супутникам далеких від Сонця планет. Уламки малих планет, які утворюються при їхньому зіткненні один з одним, іноді випадають на Землю у вигляді метеоритів. У малих планет, саме внаслідок їхніх малих розмірів, надра підігрівалися значно менше, ніж у планет земної групи, і тому їх речовина часто зазнало лише невеликі зміни з часу їх утворення. Виміри віку метеоритів (за вмістом радіоактивних елементів і продуктів їхнього розпаду) показали, що вони, а отже вся Сонячна система існує близько 5 мільярдів років. Цей вік Сонячної системи знаходиться у згоді з вимірами найдавніших земних і місячних зразків.

Частина 1: Сонце

Сонце - центральне тіло Сонячної системи - є розжарений плазмовий кулю. Сонце - найближча до Землі зірка. Світло від нього до нас доходить за 8,3 хв. Сонце вирішальним чином вплинуло на освіту всіх тіл Сонячної системи і створило ті умови, які призвели до виникнення і розвитку життя на Землі. Його маса в 333 000 разів більша за масу Землі й у 750 разів більша за масу всіх інших планет, разом узятих. За 5 мільярдів років існування Сонця вже близько половини водню в його центральній частині перетворилося на гелій. У результаті цього процесу виділяється та кількість енергії, яку Сонце випромінює у світовий простір. Потужність випромінювання Сонця дуже велика: близько 3,8 * 20 жовтня ступеня МВт. На Землю потрапляє незначна частина Сонячної енергії, що становить близько половини мільярдної частки. Вона підтримує в газоподібному стані земну атмосферу, постійно нагріває суходіл і водойми, дає енергію природним явищам тощо, забезпечує життєдіяльність тварин і рослин. Частина сонячної енергії запасена в надрах Землі у вигляді кам'яного вугілля, нафти та інших корисних копалин. Видимий із Землі діаметр Сонця ледь змінюються через еліптичність орбіти й у середньому складає 1 392 000 км (що в 109 разів перевищує діаметр Землі). Відстань до Сонця в 107 разів перевищує його діаметр. Сонце являє собою сферично симетричне тіло, що знаходиться в рівновазі. Усюди на однакових відстанях від центру цієї кулі фізичні умови однакові, але вони помітно змінюються з наближенням до центру. Щільність і тиск швидко наростають усередину, де газ сильніше стиснутий тиском горішніх шарів. Отже, температура зростає в міру наближення до центру. У залежності від зміни фізичних умов Сонце можна розділити на кілька концентричних шарів, що поступово переходять один в одного. У центрі Сонця температура сягає 15 млн градусів, а тиск перевищує сотні мільярдів атмосфер. Газ стиснутий тут до щільності близько 150 000 кг/м3. Майже вся енергія Сонця генерується в центральній області з радіусом приблизно 1 / 3 сонячного. Через шари, що оточують центральну частину, ця енергія передається назовні. Протягом останньої третини радіусу знаходиться конвективна зона. Причина виникнення перемішування (конвекції) в зовнішніх шарах Сонця та ж, що і в киплячому чайнику: кількість енергії, що надходить від нагрівача, набагато більше того, яке відводиться теплопровідністю. Тому речовина вимушено починає рухатися й починає саме переносити тепло. Ядро і конвективна зона фактично не спостережувані. Про їх існування відомо або з теоретичних розрахунків, або на підставі непрямих даних. Над конвективного зоною розташовуються безпосередньо спостережувані шари Сонця, звані його Атмосферою. Вони краще вивчені, тому що про їх властивості можна судити зі спостережень.

1а). Сонячна атмосфера також складається з декількох різних шарів. Найглибший і тонкий з них - фотосфера, безпосередньо спостережувана у видимому безперервному спектрі. Товщина фотосфери приблизно близько 300 км. Чим глибше шари фотосфери, тим вони гарячіші. У зовнішніх холодніших шарах фотосфери на фоні безперервного спектру утворюються Фраунгоферови лінії поглинання. Під час найбільшого спокою земної атмосфери можна спостерігати характерну зернисту структуру фотосфери. Чергування маленьких світлих цяток - гранул - розміром близько 1000 км, оточених темними проміжками, створює враження комірчастої структури - грануляції. Виникнення грануляції пов'язане з яка відбувається під фотосферою конвекцією. Окремі гранули на декілька сотень градусів гарячіше навколишнього їх газу, і протягом декількох хвилин їх розподіл по диску Сонця змінюється. Спектральні вимірювання свідчать про рух газу в гранулах, схожих на конвективні: в гранулах газ піднімається, а між ними - опускається. Це рух газів породжують в сонячної атмосфері акустичні хвилі, подібні звуковим хвилям в повітрі. Поширюючись у верхні шари атмосфери, хвилі, що виникли в конвективній зоні й у фотосфері, передають їм частину механічної енергії конвективних рухів і виробляють нагрівання газів наступних шарів атмосфери - хромосфери й корони. У результаті верхні шари атмосфери з температурою близько 4500 К виявляються найбільш "холодними" на Сонце. Як углиб, так і вгору від них температура газів швидко росте. Розташований над фотосферою шар називають хромосферою, під час повних сонячних затемнень у ті хвилини, коли Місяць повністю закриває фотосферу, видно як рожеве кільце, що оточує темний диск. На краю хромосфери спостерігаються виступаючі язички полум'я - хромосферні спікули, що представляють собою витягнуті стовпчики з ущільненого газу. Тоді ж можна спостерігати і спектр хромосфери, так званий спектр спалаху. Він складається з яскравих емісійних ліній водню, гелію, іонізованого кальцію та інших елементів, які раптово спалахують під час повної фази затемнення. Виділяючи випромінювання Сонця в цих лініях, можна отримати його зображення. Хромосфера відрізняється від фотосфери значно більш неправильною неоднорідною структурою. Помітно два типи неоднорідностей - яскраві та темні. За своїми розмірами вони перевищують фотосферні гранули. Загалом розподіл неоднорідностей утворює так звану хромосферну сітку, особливо добре помітну в лінії іонізованого кальцію. Як і грануляція, вона є наслідком руху газів у підфотосферній конвективної зоні, тільки що відбуваються в більших масштабах. Температура в хромосфері швидко зростає, досягаючи у верхніх її шарах десятків тисяч градусів. Сама верхня та розряджена частина сонячної атмосфери - корона, яка простежується від сонячного лімба до відстаней в десятки сонячних радіусів і має температуру близько мільйона градусів. Корону можна бачити тільки під час повного сонячного затемнення або за допомогою коронографа.

Вся сонячна атмосфера постійно коливається. У ній поширюються як вертикальні, так і горизонтальні хвилі з довжинами в кілька тисяч кілометрів. Коливання носять резонансний характер і відбуваються з періодом близько 5 хв. У виникненні явищ що відбуваються на Сонці велику роль відіграють магнітні поля. Речовина на Сонце скрізь є намагніченою плазму. Іноді в окремих областях напруженість магнітного поля швидко і сильно зростає. Цей процес супроводжується виникненням цілого комплексу явищ сонячної активності в різних шарах сонячної атмосфери. До них відносяться факели і плями у фотосфері, флоккули в хромосфері, протуберанці в короні. Найбільш чудовим явищем, що охоплює всі верстви сонячної атмосфери і за - зароджується в хромосфері, є сонячні спалахи.

1б). Випромінювання Сонця.

Радіовипромінювання Сонця має дві складові - постійну і змінну. Під час сильних сонячних спалахів радіовипромінювання Сонця зростає в тисячі і навіть мільйони разів у порівнянні з радіовипромінювання спокійного Сонця. Рентгенівські промені виходять в основному від верхніх шарів атмосфери і корони. Особливо сильним випромінювання буває в роки максимуму сонячної активності. Сонце випромінює не тільки світло, тепло і всі інші види електромагнітного випромінювання. Воно також є джерелом постійного потоку частинок - корпускул. Нейтрино, електрони, протони, альфа-частинки, а також більш важкі атомні ядра становлять корпускулярне випромінювання Сонця. Значна частина цього випромінювання являє собою більш-менш безперервне витікання плазми - сонячний вітер, що є продовженням зовнішніх шарів Сонячної атмосфери - сонячної корони. На тлі цього постійно дме плазмового вітру окремі області на Сонці є джерелами більш спрямованих, посилених, так званих корпускулярних потоків. Швидше за все вони пов'язані з особливими областями Сонячної корони - коронними дірами, а також, можливо, з довгоживучими активними областями на Сонці. Нарешті, з сонячними спалахами пов'язані найпотужніші короткочасні потоки часток, головним чином електронів і протонів. У результаті найбільш потужних спалахів частки можуть набувати швидкості, складові помітну частку швидкості світла. Частка з такими великими енергіями називаються сонячними космічними променями. Сонячне корпускулярне випромінювання впливає на Землю, і перш за все на верхні шари її атмосфери і магнітне поле, викликаючи безліч цікавих геофізичних явищ.

1в). Сонячна активність - сукупність явищ, що періодично виникають у сонячній атмосфері. Прояви сонячної активності тісно пов'язані з магнітними властивостями сонячної плазми. Виникнення активної області починається з поступового збільшення магнітного потоку у певній області фотосфери. У відповідних місцях хромосфери після цього спостерігається збільшення яскравості в лініях водню і кальцію. Такі області називають флоккуламі. Приблизно в тих же ділянках на Сонце в фотосфері (тобто трохи глибше) при цьому також спостерігається збільшення яскравості в білому (видимому) світлі - смолоскипи. Збільшення енергії, що виділяється в області факела і флоккула, є наслідком збільшилися до декількох десятків екстред напруженості магнітного поля. Потім у сонячної активності спостерігаються сонячні плями, що виникають через 1-2 дні після появи флоккула у вигляді маленьких чорних точок - пір. Багато з них незабаром зникають, і лише окремі пори за 2-3 дня перетворюються на великі темні освіти. Типове сонячне пляма має розміри у кілька десятків тисяч кілометрів і складається з темної центральній частині - тіні й волокнистої півтіні. Найважливіша особливість плям - наявність в них сильних магнітних полів, що сягають в області тіні найбільшої напруженості в кілька тисяч екстред. У цілому пляма представляє собою виходить у фотосферу трубку силових ліній магнітного поля, цілком заповнюють одну чи кілька осередків хромосферної сітки. Верхня частина трубки розширюється, і силові лінії в ній розходяться, як колосся в снопі. Тому навколо тіні магнітні силові лінії беруть напрямок, близьке до горизонтального. Повне, сумарне тиск у плямі включає в себе тиск магнітного поля і врівноважується тиском навколишнього фотосфери, тому газовий тиск у плямі виявляється меншим, ніж у фотосфері Магнітне поле як би розширює пляма зсередини. Крім того, магнітне поле пригнічує конвективні руху газу, що переносять енергію з глибини вгору. Внаслідок цього в області плями температура виявляється менше приблизно на 1000 К. Пляма як би охолоджена і скута магнітним полем яма в сонячної фотосфері. Здебільшого плями виникають цілими групами, в яких, проте, виділяються два великі плями. Одне, найбільше, - на заході, а інше, трохи менше, - на сході. Навколо і між ними часто буває безліч дрібних плям. Така група плям називається біполярної, тому що в обох великих плям завжди протилежна полярність магнітного поля. Вони як би пов'язані з однією і тією ж трубкою силових ліній магнітного поля, що у вигляді гігантської петлі виринула з-під фотосфери, залишивши кінці десь у неспостережуваних, глибоких шарах. Те пляма, яке відповідає виходу магнітного поля з фотосфери, має північну полярність, а те, в області якого силові лінії входять назад під фотосферу, - південну.

Найпотужніше прояв фотосфери - це спалаху. Вони відбуваються в порівняно невеликих областях хромосфери й корони, розташованих над групами сонячних плям. За своєю суттю спалах - це вибух, викликаний раптовим стисканням сонячної плазми. Стиснення відбувається під тиском магнітного поля і призводить до утворення довгого плазмового джгута чи стрічки. Довжина такої освіти становить десятки і навіть сотні тисяч кілометрів. Триває спалах зазвичай близько години. Хоча детально фізичні процеси, що призводять до виникнення спалахів, ще не вивчені, ясно, що вони мають електромагнітну природу.

Найбільш грандіозними утвореннями в сонячній атмосфері є протуберанці - порівняно щільні хмари газів, що виникають у сонячній короні або викидаються в неї з хромосфери. Типовий протуберанець має вигляд гігантської світної арки, що спирається на хромосферу і освіченою струменями і потоками більш щільного і холодного, ніж навколишня корона, речовини. Іноді ця речовина утримується прогнувшись під його вагою силовими лініями магнітного поля, а іноді повільно стікає уздовж магнітних силових ліній. Є безліч різних типів протуберанців. Деякі з них пов'язані зі вибухоподібними викидами речовини з хромосфери в корону.

Загальна активність Сонця, що характеризується кількістю і силою прояви центрів сонячної активності, періодично змінюється. Існує безліч різних зручних способів оцінювати рівень сонячної активності. Зазвичай користуються найбільш простим і введеним раніше за всіх способом - числами Вольфа. Числа Вольфа пропорційні сумі повного числа плям, які спостерігаються в даний момент на Сонце, і подесятереною числа груп, які вони утворюють. Період часу, коли кількість центрів активності найбільше називають максимумом сонячної активності, а коли їх зовсім немає або майже зовсім немає - мінімумом. Максимуми і мінімуми чергуються в середньому з періодом 11 років. Це складає так званий 11-й річний цикл сонячної активності.

1г). Сонячна корона - самі зовнішні, дуже виряджені верстви атмосфери Сонця. Під час повної фази сонячного затемнення навколо диска Місяця, який закриває від спостерігача яскраву фотосферу, раптово як би спалахує перлове сяйво. Це на кілька десятків секунд стає видимої сонячна корона. Важливою особливістю корони є її промениста структура. Промені бувають різної довжини, аж до десятка і більше сонячних радіусів. Загальна форма корони змінюється з фазами циклу сонячної активності: у роки максимуму вона майже сферична, у роки мінімуму вона сильно витягнута уздовж екватора. Корона являє собою сильно розріджену високо іонізовану плазму з температурою 1-2 мільйона градусів. Причина такого великого нагрівання сонячної корони пов'язана з хвильовими рухами, що виникають в конвективній зоні Сонця. Колір корони майже збігається зі світлом випромінювання всього Сонця. Це пов'язано з тим, що вільні електрони, що знаходяться в короні, і виникають у результаті сильної іонізації газів, розсіюють випромінювання, що приходить від фотосфери. З-за величезної температури частки рухаються так швидко, що під час зіткнень від атомів відлітають електрони, які починають рухатися як вільні частки. У результаті цього легкі елементи повністю втрачають усі свої електрони, так що в короні практично немає атомів водню або гелію, а є тільки протони й альфа-частинки. Важкі елементи втрачають до 10-15 зовнішніх електронів. З цієї причини в сонячній короні спостерігаються незвичайні спектральні лінії, які довгий час не вдавалося ототожнити з відомими хімічними елементами. Гаряча плазма сильно випромінює й поглинає радіохвилі. Тому спостерігається сонячне радіовипромінювання на метрових і дециметрових хвилях виникає в сонячній короні. Іноді в сонячної короні спостерігаються області зниженого світіння. Їх називають корональними дірами. Особливо добре ці діри помітні знімками в рентгенівських променях.

1д). Діаметр Сонця.

Точні виміри показують, що діаметр Сонця не стала величина. Близько п'ятнадцяти років тому астрономи виявили, що Сонце худне і гладшає на кілька кілометрів кожні 2 години 40 хвилин, причому цей період зберігається строго постійним. З періодом 2 години 40 хвилин на частки відсотка змінюється і світність Сонця, тобто випромінювана ним енергія. Вказівки на те, що діаметр Сонця зазнає ще й дуже повільні коливання зі значним розмахом, були отримані шляхом аналізу результатів астрономічних спостережень багаторічної давності. Точні виміру тривалості сонячних затемнень, а також проходження Меркурія і Венери по диску Сонця показали, що в XVII столітті діаметр Сонця перевищував нинішній приблизно на 2000 км, тобто на 0,1%. І ось що цікаво: саме в цю епоху на Сонце тривалий час не

Частина 2: Планети земної групи

Планети земної групи - Меркурій, Венера, Земля і Марс відрізняються від планет-гігантів меншими розмірами, меншою масою. Вони рухаються всередині поясу малих планет. У межах однієї групи планети близькі за такими фізичними характеристиками, як густина, розміри хімічний склад, але одна група різко відрізняється при цьому від іншої. Кожна планета має свої неповторні особливості.

Меркурій - найближча до Сонця планета Сонячної системи. Розташована на відстані 58 млн. км від Сонця. Повний оберт на небі завершує за 88 діб. Із-за близькості до Сонця і малих видимих ​​розмірів Меркурій довго залишався маловивченою планетою. Тільки в 1965р. завдяки застосуванню радіолокації було виміряно період обертання Меркурія навколо своєї осі, що виявився рівним 58,65 добу, тобто 2 / 3 його обертання навколо Сонця. Таке обертання є динамічно стійким. Сонячна доба на Меркурії тривають 176 днів. Вісь обертання Меркурія майже перпендикулярна площині його орбіти. Як підказали радионаблюдения температура на поверхні Меркурія в пункті, де Сонце знаходиться в зеніті досягає 620 К. Температура нічної півкулі близько 110 К. З допомогою радіонаблюденій вдалося визначити теплові властивості зовнішнього крою планети, які виявилися близькими до властивостей тонко роздроблених порід місячного реголіту. Причиною такого стану порід, по всій видимості, є безперервні удари метеоритів, майже не послаблює розрядженою атмосферою Меркурія. Фотографування поверхні Меркурія американським космічним апаратом "Марінер-10" в 1974-1975 рр.. показало, що по вигляду планета нагадує Місяць. Поверхня всіяна кратерами різних розмірів, причому їх розподіл за величиною діаметра аналогічно розподілу кратерів Місяця. Це говорить про те, що вони утворилися в результаті інтенсивного метеоритного бомбардування мільярди років тому на перших етапах еволюції планети. Зустрічаються кратери зі світлими променями, з центральними горами і без них, з темним і світлим дном, з різкими контурами валів (молоді) і напівзруйновані (древні). Виявлено долини, що нагадують відому Долину Альп не Місяці, гладкі круглі рівнини, що отримали назву басейнів. Найбільший з них - Калоріс - має діаметр 1300 км. Наявність темної речовини в басейнах і заповнених лавою кратерах свідчить про те, що в початковий період свого існування планета зазнала сильне розігрівання, за яким пішла одна або кілька епох інтенсивного вулканізму. Атмосфера Меркурія дуже сильно розряджена в порівнянні із земною атмосферою. За даними, отриманими з "Марінера-10", її густина не перевершує щільності земної атмосфери на висоті 620 км. У складі атмосфери виявлена ​​невелика кількість водню, гелію і кисню, присутні і деякі інертні гази, наприклад, аргон і неон. Такі гази могли виділиться в результаті розпаду радіоактивних речовин, що входять до складу грунту планети. Виявлено слабке магнітне поле, напруженість якого менше, ніж у Землі, і більше, ніж у Марса. Міжпланетне магнітне поле, взаємодіючи з ядром Меркурія, може створювати в ньому електричні струми. Ці струми, а також переміщення зарядів в іоносфері, яка в Меркурія слабкіше в порівнянні із земною, можуть підтримувати магнітне поле планети. Взаємодіючи з сонячним вітром, воно створює магнітосферу. Середня щільність Меркурія значно вище місячної і майже дорівнює середній щільності Землі. Висловлюється гіпотеза про те, що Меркурій має потужну силікатну оболонку (500 - 600 км.), А що залишилися 50% обсягу займає залозисте ядро. Життя на Меркурії через дуже високої денної температури і відсутності рідкої води не може існувати. Супутників Меркурій не має.

Венера - друга по відстані від Сонця і найближча до Землі планета Сонячної системи. Середня відстань від Сонця - 108 млн. км. Період обертання навколо нього - 225 діб. Під час нижніх з'єднань може наближатися до Землі до 40 млн. км, тобто ближче будь-якої іншої великої планети Сонячної системи. Орбітальний період (від одного нижнього з'єднання до іншого) дорівнює 584 сут. Венера - найяскравіше світило на небі після Сонця і Місяця. Відома людям з глибокої давнини. Діаметр Венери - 12 100 км. (95% діаметра Землі), маса - 81,5% маси Землі або 1:408 400 маси Сонця, середня щільність 5,2 г/см3, прискорення сили тяжіння на поверхні - 8,6 м / с2 (90% земного). Період обертання Венери довго не вдавалося встановити через щільну атмосферу і хмарний шар, що огортають цю планету. Тільки за допомогою радіолокації встановили, що він дорівнює 243,2 на добу, причому Венера обертається в зворотну сторону в порівнянні з Землею й іншими планетами. Нахил осі обертання Венери до площини її орбіти дорівнюють майже 90 0. Існування атмосфери Венери було виявлене в 1761 р. М. В. Ломоносовим при спостереженнях проходження її по диску Сонця. У XX столітті за допомогою спектральних досліджень в атмосфері Венери знайдений вуглекислий газ, який виявився основним газом її атмосфери. За даними радянських міжпланетних станцій серії "Венера", не частку вуглекислого газу припадає 97% всього складу атмосфери Венери. У неї входять так само близько 2% азоту і інертних газів, не більше 0,1% кисню і невеликі кількості окису вуглецю, хромоводорода і фтороводню. Крім того, в її атмосфері міститься біля 0,1% водяної пари. Вуглекислий газ і водяна пара створюють в атмосфері Венери парниковий ефект, який призводить до сильного розігрівання планети. Причина цього полягає в тому, що обидва газу інтенсивно поглинають інфрачервоні (теплові) промені, що випускаються нагрітою поверхнею Венери. Температура її досягає близько 500 0 С. Хмарний шар Венери, що ховає від нас її поверхню, як встановлено станціями серії "Венера", розташований на висоті 49-68 км. над поверхнею, за щільністю нагадує легкий туман. Але велика довжина хмарного шару робить його зовсім непрозорим для земного спостерігача. Передбачається, що хмари складаються з крапель водневого розчину сірчаної кислоти. Освітленість на поверхні в денний час подібна земної у похмурий день. З космосу хмари Венери виглядають як система смуг, що розташовуються зазвичай паралельно до екватора планети, однак часом вони утворюють деталі, які були помічені ще із Землі, що і дозволило встановити приблизно 4-х добовий період обертання хмарного шару. Це чотиридобове обертання було підтверджено космічними апаратами і пояснюється наявністю на рівні хмар постійних вітрів, що дмуть у бік обертання планети зі швидкістю близько 100 м / с. Атмосферний тиск біля поверхні Венери складає близько 9МПа, а щільність в 35 разів перевищує щільність земної атмосфери. Кількість вуглекислого газу в атмосфері Венери в 400 тис. разів більше, ніж у земній атмосфері. Причиною цього, імовірно, є інтенсивна вулканічна діяльність, а крім того, відсутність на планеті двох основних поглиначів вуглекислого газу - океану з його планктоном і рослинності. Самі верхні шари атмосфери Венери складаються повністю з водню. Воднева атмосфера простягається до висоти 5500 км. Радіолокація дозволила вивчити невидимий з-за хмар рельєф Венери. У приекваторіальній зоні виявлено більше 10 кільцевих структур, подібних кратерам Місяця і Меркурія, діаметром від 35 до 150 км., Але сильно згладжених і плоских. Виявлено розлом в корі планети довжиною 1500 км., Шириною 150 км. і глибиною близько 2 км., гірські масиви, вулкан з діаметром підстави 300-400 км та заввишки близько 1 км, величезна улоговина довжиною 1500 км з півночі на південь і 1000 км із заходу на схід. Міжпланетні станції "Венера-9" і "Венера-10" дозволили вивчити з орбіт штучних супутників Венери рельєф 55 районів планети; при цьому були виявлені гористі ділянки місцевості з перепадом висот 2-3 км, а так само щодо рівні ділянки. Поверхня Венери щодо більш гладка, ніж поверхня Місяця. Аналіз природи і поверхні Венери може мати велике значення для побудови теорії еволюції всіх планет Сонячної системи, в тому числі і нашої Землі. Супутників Венера не має.

Земля - ​​одна з планет Сонячної системи. Подібно іншим планетам вона рухається навколо Сонця по еліптичній орбіті. Відстань від Землі до Сонця в різних точках орбіти неоднакова. Середнє ж відстань близько 149,6 млн. км. У процесі руху нашої планети навколо Сонця площина земного екватора (нахилена до площини орбіти під кутом 23 0 27 ') переміщається паралельно сама собі таким чином, що в одних ділянках орбіти земна куля нахилений до Сонця своїм північним півкулею, а в інших - південним. Більшу частину поверхні Землі (до 71%) займає Світовий океан. Середня глибина Світового океану - 3900 м. Існування осадових порід, вік яких перевищує 3,5 млрд. років, є доказом існування на Землі великих водойм вже в ту далеку пору. На сучасних континентах більш поширені рівнини, головним чином низинні, а гори - особливо високі - займають незначну частину поверхні планети, так само як і глибоководні западини на дні океанів. Форма Землі, як відомо близька до кулястої, при більш детальних вимірах виявляється дуже складною, навіть якщо змалювати її рівною поверхнею океану (не спотвореної припливами, вітрами, течіями) і умовним продовженням цієї поверхні під континенти. Нерівності підтримуються нерівномірним розподілом маси в надрах Землі. Така поверхня називається геоидом. Геоїд (з точністю порядку сотень метрів) збігається з еліпсоїдом обертання, екваторіальний радіус якого 6378 км, а полярний радіус на 21,38 км менше екваторіального. Різниця цих радіусів виникла за рахунок відцентрової сили, створюваної добовим обертанням Землі. Добове обертання земної кулі відбувається з практично постійною кутовою швидкістю з періодом 23 год 56 хв 4,1 с тобто за одну зоряна доба, кількість яких у році рівно на одну добу більше, ніж сонячних. Вісь обертання Землі спрямована своїм північним кінцем приблизно на зірку альфа Малої Ведмедиця, яка тому називається Полярною зіркою. Одна з особливостей Землі - її магнітне поле, завдяки якому ми можемо користуватися компасом. Магнітний полюс Землі, до якого притягається північний кінець стрілки компаса, не збігається з Північним географічним полюсом. Під дією сонячного вітру магнітне поле Землі спотворюється і набуває "шлейф" у напрямку від Сонця, який простягається на сотні тисяч кілометрів. Наша планета оточена великою атмосферою. Основними газами, що входять до складу нижніх шарів атмосфери є азот (приблизно 78%), кисень (близько 21%) і аргон (близько 1%). Інших газів в атмосфері Землі дуже мало, наприклад вуглекислого газу близько 0,03%. Атмосферний тиск на рівні поверхні океану складає за нормальних умов приблизно 0,1 МПа. Вважають, що земна атмосфера сильно змінилася в процесі еволюції: збагатилася киснем і набула сучасного складу в результаті тривалої взаємодії з гірськими породами і за участі біосфери, тобто рослинних і тваринних організмів. Доказом того, що такі зміни дійсно відбулися, служать, наприклад, поклади кам'яного вугілля і потужні пласти відкладень карбонатів в осадових породах. Вони містять величезну кількість вуглецю, який раніше входив до складу земної атмосфери у вигляді вуглекислого газу і окису вуглецю. Вчені вважають, що давня атмосфера сталася з газоподібних продуктів вулканічних вивержень; про її склад судять по хімічному аналізі зразків газу, "замурованих" в порожнинах древніх гірських порід. У досліджених зразках, вік яких приблизно 3,5 млрд. років міститься приблизно 60% вуглекислого газу, а інші 40% - сполуки сірки, аміак, хлористий і фтористий водень. А невеликій кількості знайдені азот і інертні гази. Весь кисень був хімічно зв'язаним. Однією з найважливіших завдань сучасної науки про Землю є вивчення еволюції атмосфери, поверхні і зовнішніх шарів Землі, а так само внутрішню будову її надр. Про внутрішню будову Землі перш за все судять за особливостями проходження крізь різні шари Землі механічних коливань, що виникають при землетрусах або вибухах. Цінні відомості дають також вимірювання величини теплового потоку, що виходить із надр, результати визначень загальної маси, моменту інерції і полярного стискання нашої планети. Маса Землі знайдена з експериментальних вимірювань фізичної постійної тяжіння і прискорення сили тяжіння. Для маси Землі отримано значення 5,976 * 10 24 кг. Потік тепла з надр, різних в різних ділянках поверхні Землі, в середньому близький до 1,6 * 10-6 кал * см-2.сек-1, що відповідає сумарному виходу енергії 20 28 ерг на рік. Оскільки тепло може передаватися тільки від більш нагрітого до менш нагрітого речовини, температура речовини в надрах Землі повинна бути вище, ніж температура на її поверхні. Дійсно, відповідно до вимірів, проведеним в шахтах і свердловинах температура підвищується приблизно на 20 0 на кожен кілометр глибини. На основі всього комплексу сучасних наукових даних побудована модель внутрішньої будови Землі.

Тверду оболонку Землі називають літосфера. Її можна порівняти зі шкаралупою, яка охоплює всю поверхню Землі. Але ця "шкаралупа" як би розтріснулася на частини складається з декількох великих літосферних плит, повільно переміщаються одна відносно іншої. За їх кордонів концентрується переважна кількість землетрусів. Верхній шар літосфери - це земна кора, мінерали якої складаються переважно з оксидів кремнію і алюмінію, оксидів заліза і лужних металів. Земна кора має нерівномірну товщину: 35-65 км на континентах і 6-8 км під дном океану. Верхній шар земної кори складається з осадових порід, нижній з базальтів. Між ними знаходиться шар гранітів, характерний тільки для континентальної кори. Під корою розташована так звана мантія, що має інший хімічний склад і велику щільність. Кордон між корою і мантією називається поверхнею Мохоровичича. У ній стрибкоподібно збільшується швидкість поширення сейсмічних хвиль. На глибині 120-250 км під материками і 60-400 км під океанами залягає шар мантії, званий астеносферой. Тут речовина знаходиться в близькому до плавлення стані, в'язкість його сильно знижена. Всі літосферні плити ніби плавають у напіврідкої астеносфері, як крижини у воді. Більш товсті ділянки земної кори, а так само ділянки, що складаються з менш щільних порід, піднімаються по відношенню до інших ділянок кори. У той же час додаткове навантаження на ділянку кори, наприклад, внаслідок накопичення товстого шару материкових льодів, як це відбувається в Антарктиді, призводить до поступового занурення ділянки. Таке явище називається ізостатичним вирівнювання. Нижче астеносфери, починаючи з глибини близько 410 км "упаковка" атомів в кристалах мінералів ущільнена під впливом великого тиску. Різкий перехід виявлений сейсмічними методами досліджень на глибині близько 2920 км. Тут починається земне ядро, або, точніше кажучи, зовнішнє ядро, так як в його центрі знаходиться ще одне - внутрішнє ядро, радіус якого 1250 км. Зовнішнє ядро, очевидно, знаходиться в рідкому стані, оскільки поперечні хвилі, не поширюються в рідині, через нього не проходять. З існуванням рідкого зовнішнього ядра пов'язують походження магнітного поля Землі. Внутрішнє ядро, мабуть, тверде. Біля нижньої межі мантії тиск сягає 130ГПа, температура там не вище 5000 К. У центрі Землі температура, можливо піднімається вище 10 000 К.

Земля має єдиний природний супутник - Місяць.

Марс - четверта по відстані від Сонця планета Сонячної системи. На зоряному небі вона виглядає як Немигающий точа червоного кольору, яка час від часу значно перевершує за блиском зірки першої величини. Марс періодично підходить до Землі на відстань до 5 7 млн. км, значно ближче, ніж будь-яка планета, крім Венери. По основних фізичних характеристиках Марс належить до планет земної групи. По діаметру він майже вдвічі менше Землі і Венери. Планета оповита газовою оболонкою - атмосферою, яка має меншу щільність, ніж земна. Навіть у глибоких западинах Марса, де тиск атмосфери найбільше, воно приблизно в 100 разів менше, ніж біля поверхні Землі, а на рівні марсіанських гірських вершин - в 500-1000 разів менше. Проте в атмосфері Марса спостерігаються хмари і постійно присутній більш-менш щільний серпанок із дрібних часток пилу й кристаликів льоду. Як показали знімки з американських посадкових станцій "Вікінг-1" і "Вікінг-2" марсіанське небо в ясну погоду має рожевий колір, що пояснюється розсіюванням сонячного світла на порошинках і підсвічуванням димки помаранчевої поверхнею планети. За хімічним складом марсіанська атмосфера відрізняється від земної і містить 95,3% вуглекислого газу з домішкою 2,7% азоту, 1,6% аргону, 00,7% окису вуглецю, 0,13% кисню і приблизно 0,03% водяної пари , зміст якої змінюється, а також домішки неону, криптону, ксенону. При відсутності хмар газова оболонка Марса значно прозоріша, ніж земна, в тому числі і для ультрафіолетових променів, небезпечних для живих організмів. Сонячна доба на Марсі тривають 24г 39 хв 35с. Значний нахил екватора до площини орбіти (25,2500) призводить до того, що на одних ділянках орбіти висвітлюються і обігріваються Сонцем переважно північні широти Марса, на інших - південні, тобто відбувається зміна сезонів. Марсіанський рік триває близько 686,9 днів. Еліптичність марсіанської орбіти призводить до значних розбіжностей клімату північної та південної півкуль: у середніх широтах зима холодніша, а літо тепліше, ніж у південних, але коротше, ніж у північних. Температурні умови на Марсі суворі з точки зору жителя Землі. Найбільш висока температура поверхні 290К досягається в так званої соняшниковій точці. Найбільш низька температура поверхні в полярних районах, де в зимовий сезон вона тримається на позначці близько 150К. Отримані з спостережень відомості про температуру з'явилися ключем до пояснення природи полярних шапок, які при спостереженнях в телескоп видно як світлі, майже білі пляма біля полюсів планети. Коли в північній півкулі Марса настає літо, північна полярна шапка швидко зменшується, але в цей час росте інша - біля південного полюса, де настає зима. У кінці XIX - початку XX століття вважали, що полярні шапки Марса - це льодовики і снігу. За сучасними даними, обидві полярні шапки Марса - північна і південна - складаються з твердого двоокису вуглецю, тобто сухого льоду, який утворюється при замерзанні вуглекислого газу, що входить до складу марсіанської атмосфери, і з водяного льоду з домішкою мінерального пилу.

У 1975 році на основі матеріалів телевізійної зйомки всієї поверхні планети з космічних апаратів була складена карта деталей марсіанського рельєфу, багато з яких уже отримали назви, і на карті Марса з'явилися імена: кратер Ломоносов, Корольов, Фесенков та ін Нанесені на карти Марса ще в XIX столітті темні області в основному зберігають свої обриси, але в науковій літературі вказані приклади місцевих змін відбивних властивостей окремих районів Марса. Протягом багатьох років популярні були гіпотези, в основі яких лежить зміна оптичних властивостей деяких речовин під впливом змін на Марсі біосфери, тобто живих організмів. Завдання пошуку життя на Марсі була однією з основних програм американського "Вікінга". Проте виявити якісь сліди життя не вдалося. Не виявилося у зразках грунту і органічних сполук. Були проведені елементні дослідження складу зразків марсіанського грунту. Знайдено близьку подібність хімічного складу зразків у двох взаімоудаленних місцях посадки. У досліджених зразках виявлено великий вміст окислів кремнію і заліза. Зміст сірки (у вигляді сульфатів) у десятки разів більше, ніж у земній корі. На знімках Марса знайдені сліди як ударно-метеоритної, так і вулканічної активності, а так само сліди рухів, піднять і розтріскувань марсіанської кори і сліди багатьох процесів руйнування і згладжування рельєфу поверхні, переміщення й відкладення наносів. Перепад висоти між найвищими вершинами і найбільш глибокими западинами на Марсі становить близько 20 км. Для марсіанських гір характерні многовершінной, в основному згладжені форми. Крім того, виявлені типові вулканічні конуси із кратерами на вершині. На знімках поверхні Марса космічними апаратами чітко видно деталі, що мають велику схожість з руслами річок на Землі. Оскільки весь комплекс інформації суперечить можливості існування там річок, можна припустити, що марсіанські русла виникли в результаті розтоплювання підповерхневого водяного льоду в зонах підвищеного виділення тепла планети. Деякі додаткові відомості про Марс вдається отримати непрямими методами на основі досліджень його природних супутників - Фобоса і Демосу.

Обидва супутники Марса рухаються майже точно в площині його екватора. За допомогою космічних апаратів встановлено, що Фобос і Демос мають неправильну форму й у своєму орбітальному положенні залишаються поверненими до планети завжди однієї і тією ж стороною. Розміри Фобоса складають близько 27 км, а Демосу - близько 15 км. Поверхня супутників Марса складається з дуже темних мінералів і вкрита численними кратерами. Один з них - на Фобос має поперечник близько 5,3 км. Кратери, ймовірно, народжені метеоритної бомбардуванням, походження системи паралельних борозен невідомо. Кутова швидкість орбітального руху Фобоса настільки велика, що він, обганяючи осьове обертання планети, сходить, на відміну від інших світил, на заході, а заходить на сході.

Частина 3: Планети-гіганти

Юпітер - п'ята по відстані від Сонця і найбільша планета Сонячної системи - відстоїть від Сонця в 5,2 рази далі, ніж Земля, і витрачає на одні оборот по орбіті майже 12 років. Екваторіальний діаметр Юпітера 142 600 км (в 11 разів більше діаметру Землі). Період обертання Юпітера - найкоротший з усіх планет - 9ч 50 хв 30с на екваторі і 9ч 55мін 40с в середніх широтах. Таким чином, Юпітер, подібно до сонця, обертається не як тверде тіло - швидкість обертання неоднакова в різних широтах. Через швидке обертання ця планета має сильне стискання біля полюсів. Маса Юпітера дорівнює 318 масам Землі. Середня щільність 1,33 г/см3, що близько до щільності Сонця. Вісь обертання Юпітера майже перпендикулярна до площини його орбіти (нахил 87о). Навіть у невеликий телескоп видно полярне стиснення Юпітера і смуги на його поверхні, паралельні до екватора планети. Видима поверхня Юпітера є верхній рівень хмар, що оточують планету. Завдяки цьому всі деталі на поверхні Юпітера постійно змінюють свій вигляд. Зі стійких деталей відомо Велика Червона пляма, що спостерігається вже більше 300 років. Це - величезне овальне утворення, розмірами близько 35 000 км по довготі і 14 000 за широтою між Південною тропічної і Південної помірною смугами. Колір його червонуватий, але зазнає змін.

Спектральні дослідження Юпітера показали, що атмосфера його складається з молекулярного водню і його сполук: метану й аміаку. У невеликих кількостях присутні також етан, ацетилен, фосфен і водяна пара. Хмари Юпітера складаються з кристаликів і крапельок аміаку. У грудні 1973 р. з допомогою американського космічного апарата "Піонер-10" вдалося виявити наявність гелію в атмосфері Юпітера і виміряти його зміст. Можна вважати, що атмосфера Юпітера на 74% складається з водню і на 26% з гелію. На частку метану доводиться не більше 0,1% складу атмосфери планети (за масою). Атмосферне шар має товщину близько 1000 км. Нижче суто газового шару в атмосфері лежить шар хмар, які ми і бачимо в телескоп. Шар рідкого молекулярного водню має товщину 24 000 км. На цій глибині тиск сягає 300 ГПа, а температура 11 000 К, тут водень переходить у рідкий металеве стан, тобто стає подібним рідкому металу. Шар рідкого металевого водню має товщину близько 42 000 км. Всередині нього розташовується невелике железноселікатное тверде ядро ​​радіусом 4 000 км. На межі ядра температура сягає 30 000 К. У 1956 р. було виявлено радіовипромінювання Юпітера на хвилі 3 см., відповідне тепловому випромінюванню з температурою 145 К. За вимірюваннями в інфрачервоному діапазоні температура самих зовнішніх хмар Юпітера 130 К. Польоти американських космічних апаратів "Піонер -10 "і" Піонер-11 "дозволили уточнити будову магнітосфери Юпітера, а зміна температури хмарного шару в основному підтвердило відомий з наземних спостережень результат: кількість тепла, яке Юпітер випускає, більш ніж вдвічі перевищує теплову енергію, яку планета отримує від Сонця. Можливо, що йде з надр планети тепло виділяється в процесі повільного стиску гігантської планети (1мм.в рік).

Магнітне поле планети виявилося складним і складається ніби з двох полів: дипольного (як поле Землі), яке тягнеться до 1,5 млн. км від Юпітера, і недіпольного, що займає іншу частину магнітосфери. Напруженість магнітного поля в поверхні в 20 разів більше, ніж на Землі. Крім теплового і дециметрового радіовипромінювання Юпітер є джерелом радіовсплесков (різких підсилень потужності випромінювання) на хвилях завдовжки від 4 до 85 м, тривалістю від часток секунди до декількох хвилин або навіть годин. Однак тривалі обурення - це не окремі сплески, а серії сплесків - своєрідні шумові бурі і грози. Відповідно до сучасних гіпотез, ці сплески пояснюються плазмовими коливаннями в іоносфері планети.

Юпітер має 13 супутників. Перші 4 супутники відкриті ще Галілеєм (Іо, Європа, Ганімед, Каллісто). Вони, а також внутрішній, найближчий супутник Амальтея рухаються майже в площині екватора планети. Іо і Європа майже порівняти з Місяцем, а Ганімед і Каллісто навіть більше Меркурія, хоча за масою значно поступаються йому. У порівнянні з іншими супутниками галілеївські досліджені більш детально. Зовнішні супутники обертаються навколо планети по сильно витягнутим орбітам з великими кутами нахилу до екватора (до 30о). Це маленькі тіла - від 10 до 120 км, мабуть, неправильної форми. Самі зовнішні 4 супутники Юпітера обертаються навколо планети у зворотному напрямку. За даними, отриманими з американських космічних апаратів "Вояжер", Юпітер оточений в екваторіальній області системою кілець. Кільце розташоване на відстані 50 000 км від поверхні планети, його ширина близько 1 000 км. Існування кільця Юпітера було передбачене в 1960 р. астрономом С. К. Всехсвятським на підставі спостережень. У 1975 році був виявлений об'єкт, який, мабуть, є 14-м супутником Юпітера. Орбіта його невідома.

Сатурн - друга за величиною серед планет Сонячної системи. Його екваторіальний діаметр лише трохи менше, ніж у Юпітера, але за масою Сатурн поступається Юпітеру більше ніж втричі і має дуже низьку середню щільність - близько 0,7 г/см3. Низька щільність пояснюється тим, що планети-гіганти складаються головним чином з водню і гелію. При цьому в надрах Сатурна тиск не досягає настільки високих значень, як на Юпітері, тому густина речовини там менше. Спектроскопічні дослідження виявили в атмосфері Сатурна деякі молекули. Температура поверхні хмар на Сатурні близька до температури плавлення метану (-184оС), з твердих частинок якого швидше за все і складається хмарний шар планети. У телескоп видно витягнуті уздовж екватора темні смуги, звані також поясами, і світлі зони, але ці деталі менш контрастні, ніж на Юпітері, і окремі плями в них спостерігаються набагато рідше. Сатурн оточений кільцями, які добре видно в телескоп у вигляді "вушок" по обидві сторони диска планети. Вони були помічені ще Галілеєм в 1610 році. Кільця Сатурна - одне з найдивовижніших і цікавих утворень у Сонячній системі. Плоска система кілець оперізує планету навколо екватора і ніде не стикається з поверхнею. У кільцях розділяються три основні концентричні зони, розмежовані вузькими щілинами: зовнішнє кільце А, середнє В (найбільш яскраве), внутрішнє кільце С, досить прозоре, "крепове", внутрішній край його не різкий. Найбільш близькі до планети слаборазлічімие частини внутрішнього кільця позначаються символом D. Виявлено також існування практично прозорого самого зовнішнього кільця D '.

Крізь всі кільця Сатурна просвічують зірки. Кільця обертаються навколо Сатурна, причому швидкість руху внутрішніх частин більше, ніж зовнішніх. Кільця Сатурну не суцільні, а являють собою плоску систему з нескінченної кількості дрібних супутників планети. Площина кілець практично збігається з площиною екватора Сатурна і має постійний нахил до площини орбіти, що дорівнює приблизно 27о. Залежно від положень планети на орбіті ми бачимо кільця то з однієї, то з іншого боку. Повний цикл зміни їх виду завершується протягом 29,5 років - такий період обертання Сатурна навколо Сонця. Час від часу кільця на короткий термін перестають бути видимими в телескопи середніх розмірів. Це відбувається коли площина кілець проходить точно через Сонце і бокова поверхня виявляється позбавленої яскравого освітлення, або коли кільця бувають звернені до спостерігача "ребром" і виглядають як надзвичайно тонка смужка, видима тільки в найбільші телескопи. Товщина кілець, за сучасними даними, близько 3,5 км. Вона дуже мала в порівнянні з їх діаметром, який по зовнішньому краю кільця А складає 275 тис. км. Розміри часток не визначені остаточно. Радіоастронометріческіе спостереження свідчать про наявність в кільцях безлічі часток розміром не менше кількох сантиметрів. Не виключена можливість присутності в кільцях Сатурна ще більш великих часток, так само як і пилу.

Інфрачервоні спектри кілець Сатурна нагадують спектри водяного інею. Однак в інших частинах спектра пізніше була виявлена ​​особливість, не характерна для чистого льоду. Крім кілець, Сатурн відомо 10 супутників. Це Мімас, Енцелад, Тефія, Діона, Рея, Титан, Гіперіон, Япет, Феба, Янус. Останній - найближчий до Сатурна, рухається настільки близько до поверхні планети, що виявити його вдалося лише за затемнень кілець Сатурна, що створюють разом з планетою яскравий ореол в поле зору телескопа. Найбільший супутник Сатурна - Титан - один з найбільших супутників в Сонячній системі за розміром і масою. Його діаметр приблизно такий же, як діаметр Ганімеда. Титан оточений атмосферою, що складається з метану і водню. У ній рухаються непрозорі хмари. Всі супутники Сатурна, крім Феби, звертаються в прямому напрямку. Феба рухається по орбіті з досить великим ексцентриситетом у зворотному напрямку.

Уран - сьома по порядку від Сонця планета Сонячної системи. По діаметру він майже вчетверо більша за Землю. Дуже далекий від Сонця і освітлений порівняно слабко. Уран був відкритий англійським ученим В. Гершелем в 1781 р. Будь-які деталі на поверхні Урана розрізнити не вдається через малих кутових розмірів планети в полі зору телескопа. Це ускладнює його дослідження, в тому числі і вивчення закономірностей обертання. Мабуть, Уран (на відміну від всіх інших планет) обертається навколо своєї осі ніби лежачи на боці. Такий нахил екватора створює незвичайні умови освітлення: на полюсах у певний сезон сонячні промені падають майже прямовисно, а полярний день і полярна ніч охоплюють (поперемінно) усю поверхню планети, крім вузької смуги уздовж екватора. Так як Уран звертається по орбіті навколо Сонця за 84 роки, то полярний день на полюсах триває 42 роки, потім змінюється полярною ніччю такої ж тривалості. Лише в екваторіальному поясі Урана Сонце регулярно сходить і заходить з періодичністю рівномірного осьового обертання планети. Навіть у тих ділянках, де Сонце розташоване в зеніті, температура на Урані (точніше на видимій поверхні хмар) становить близько-215оС. У таких умовах деякі гази замерзають. У складі атмосфери Урана за спектроскопическим спостереженнями знайдені водень і невелика домішка метану. У відносно великій кількості є, за непрямими ознаками, гелій. Як і інші планети-гіганти, Уран має такий склад, ймовірно, майже до самого центру. Однак середня щільність Урана (1,58 г/см3) трохи більше, ніж щільність Сатурна і Юпітера, хоча речовина в надрах цих гігантів стисло набагато сильніше, ніж на Урані. Таку щільність Урана можна пояснить припущенням про підвищений вміст гелію або існуванням у надрах Урана ядра з важких елементів.

Однією незвичайною особливістю Урана є відкрита в 1977р. система оперізують кілець. Вони складаються з безлічі окремих непрозорих і, очевидно, дуже темних часток. На відміну від кілець Сатурна кільця Урана - вузькі, як би "ниткові" освіти. Їх не видно у відбитому світлі і виявляються тільки за сильного ослаблення блиску зірок, що опинилися для земного спостерігача позаду кілець при орбітальному русі планети. Відстань кілець від центру Урана становить від 1,6 до 1,85 радіуса планети.

Супутники Урана - Міранда, Аріель, Умбріель, Титанія і Оберлон обертаються по орбітах, площини яких практично збігаються між собою. Вся система в цілому відрізняється надзвичайним нахилом - її площина майже перпендикулярна до середньої площини всіх планетних орбіт.

Нептун - восьма за рахунком планета Сонячної системи. Нептун був відкритий незвичайним образом. Було відмічено, що Уран рухається не зовсім так, як йому покладається рухатися під дією притягання Сонця і відомих у той час планет. Тоді запідозрили існування ще однієї масивної планети і спробували перечислити її положення на небі. Цю надзвичайно складну задачу незалежно друг від друга успішно вирішили англійський астроном Дж. Адамс і француз У. Левер. Отримавши дані Левер'є, асистент Берлінської обсерваторії І. Галлі 23 вересня 1846 р. виявив планету. Відкриття Нептуна мало найбільше значення насамперед тому, що воно послужило блискучим підтвердження закону всесвітнього тяжіння, покладеного в основу розрахунків. Середня далекість Нептуна від Сонця 30,1 а.о., період обертання по орбіті - 164 роки і 288 днів. Таким чином, з моменту відкриття Нептун навіть не зробив повного обороту по своїй орбіті. Видимий кутовий діаметр Нептуна складає близько 2 ". При вимірі настільки малого діаметра кутомірними пристосуваннями з поверхні Землі відносна помилка дуже велика. Уточнити діаметр Нептуна удалося 7 квітня 1967 р., коли планета у своєму русі на тлі зоряного неба затулила одну з далеких зірок. За результатами спостережень з декількох астрономічних обсерваторій екваторіальний діаметр Нептуна складає 50 200 км. Нові зведення про діаметр дозволили уточнити величину середньої щільності Нептуна: вона виявилася рівної 2,30 г/см3. Такі характеристики типові для планет-гігантів, що складаються головним чином з водню і гелію з домішкою з'єднань інших хімічних елементів. У центрі Нептуна, відповідно до розрахунків, мається важке ядро ​​із силікатів, металів і інших елементів, що входять до складу земної групи. Вивчення характеру ослаблення блиску зірки при її затьмаренні атмосферою Нептуна дало багато додаткової інформації. Зокрема, був знайдена середня молекулярна вага надхмарних шарів атмосфери Нептуна. Він відповідає молекулярному водню з невеликою домішкою метану. Деталі на поверхні Нептуна розрізнити дуже важко. Тому параметри добового обертання - положення осі, напрямок і період обертання - визначити з наземних спостережень дуже складно.

. У Нептуна всього два супутники. Перший Тритон, відкритий в 1846 р., через два тижні після відкриття самого Нептуна. За розмірами і масі він більше Місяця. Має зворотний напрямок орбітального руху. Другий супутник - Нереїда - дуже невеликий, має сильно витягнутою орбітою. Відстань від супутника до планети міняється в межах від 1,5 до 9,6 млн. км. Напрямок орбітального руху - пряме.

Частина 4: Плутон

Плутон був відкритий Клайдосом Томбо (США) в 1930 р. З 9 відомих великих планет Сонячної системи Плутон найбільш віддалений від Сонця. Середня відстань планети до Сонця становить 39,5 а.о. Плутон виглядає як точковий об'єкт п'ятнадцятий зоряної величини, тобто приблизно в 4 тис. разів слабкіше тих зірок, які знаходяться на межі видимості неозброєним оком. Плутон дуже повільно, за 247,7 року, здійснює оборот по орбіті, має незвичайно великий нахил (17о) до площини екліптики, і витягнута настільки, що в перигелії Плутон підходить до Сонця на більш коротку відстань, ніж Нептун. Через величезну віддаленість від Сонця і слабкої освітленості вивчати Плутон дуже складно. Безпосередні виміри кутового діаметра Плутона на 5-метровому телескопі дали результат 0,23 ". Астрономи намагалися виміряти діаметр Плутона більш точними методами - за затемненню їм зірки, як це було зроблено для Нептуна. Однак Плутон, проходячи повз зірки на відстані 0,1" , не затулив її, і затемнення не відбулося. З цього був зроблений висновок, що кутовий діаметр Плутона не менше 0,2 ". Таким чином, в перерахунку на одиниці довжини діаметр Плутона не менше 6 800 км. Якщо ж діаметр Плутона обчислити за його абсолютного блиску, то виходить приблизно 3 тис. км . Поверхня Плутона, що нагрівається Сонцем до мінус 220оС, навіть у найменш холодних полуденних ділянках, покрита, мабуть, снігом із замерзлого метану. Атмосфера планети розряджена і складається з газоподібного метану з можливою домішкою інертних газів. Блиск Плутона змінюється з періодом обертання 6 діб 9ч. У 1978 р. з'ясувалося, що ця періодичність відповідає орбітальному руху супутника Плутона, виявленого американськими астрономами. Супутник Плутона щодо яскравий, але розташований настільки близько до планети, що його зображення на фотознімках зливається із зображенням Плутона, лише злегка виступаючи то з одного, то з іншого боку. З періоду обігу та відстані між центрами вирахували масу системи "Плутон-супутник". Маса виявилася несподівано малою: 1,7% маси Землі. Майже вся вона зосереджена в Плутоні, тому що діаметр супутника, судячи з блиску , малий у порівнянні з діаметром планети. У такому випадку середня щільність Плутона становить приблизно 0,7 г/см3, якщо прийняти його діаметр рівним 3 тис. км. Така мала густина означає, що Плутон складається переважно з летючих хімічних елементів і сполук, т . тобто приблизно такий же склад, як планети-гіганти та їх супутники.

У планети Плутон також вдалося виявити в 1978 р. супутник. Це відкриття має дуже велике значення, по-перше, тому що дає можливість більш точно обчислити масу планети за даними про період обертання супутника і, по-друге, у зв'язку з дискусією про те, чи не є сам Плутон "загубився" супутником Нептуна.

Список літератури

Енциклопедичний словник юного астронома, М., Педагогіка, 1980

Астрономія, Учеб. для 11 кл. середовищ. шк., М., Просвітництво, 1990

Клушанцев П. В. "Чи самотні ми у всесвіті?", Дет. лит., 1981

Еврика-89, М., Мол. гвардія, 1991

Пошуки життя в Сонячній системі, Пер. з англ. М., Мир, 1988

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://referat2000.bizforum.ru/