Информация о научных исследованиях планет. Исследования солнечной системы

Большинство планет Солнечной системы было открыто в глубокой древности. С тех пор их регулярно наблюдали. Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн видны невооруженным глазом, поэтому нельзя с точностью сказать, кто и когда впервые их обнаружил.

Подробнее о планетах Солнечной системы можно прочитать на нашем сайте: http://сайт/index.php/3-planeti-solnechnoy-sistemi .
Ближайшей к Солнцу планетой является маленький Меркурий. Его орбита близка к Солнцу (в астрономических масштабах) – среднее расстояние между Меркурием и Солнцем «всего лишь» 57 900 000 км.

Трудно установить дату открытия этой планеты, но самое раннее известное наблюдение Меркурия было зафиксировано в сборнике вавилонских астрономических таблиц ассирийскими астрономами примерно в XIV веке до н. э . Шумерское название может быть прочитано как «прыгающая планета». Первоначально планету ассоциировали с богом Нинуртой (бог счастливой войны), а в более поздних записях её называют «Набу» в честь бога мудрости и писцового искусства.
В Древней Греции во времена Гесиода планету знали под именами Στίλβων («Стилбон») и Ἑρμάων («Гермаон») - форма имени бога Гермеса. Позже греки стали называть планету «Аполлон».
Существует предположение, что название «Аполлон» соответствовало видимости на утреннем небе, а «Гермес» («Гермаон») на вечернем. Римляне назвали планету в честь бога торговли Меркурия, который эквивалентен греческому богу Гермесу, за то, что он перемещается по небу быстрее остальных планет. Клавдий Птолемей в своей работе «Гипотезы о планетах» написал о возможности перемещения планеты через диск Солнца. Но такое прохождение никогда не наблюдалось потому, что такая планета, как Меркурий, слишком мала для наблюдения или потому, что момент прохождения наступает нечасто.
Наблюдали Меркурий и в Древнем Китае , там его называли Чэнь-син (辰星), «Утренняя звезда». Синодический период Меркурия китайскими учёными признавался равным 115,91 дней. В современной китайской, корейской, японской и вьетнамской культурах планета стала называться «Водяная звезда» (水星).
В индийской мифологии Меркурий называли Будха. Этот бог, сын Сомы, был главенствующим по средам. В германском язычестве бог Один также ассоциировался с планетой Меркурий и со средой. Индейцы майя представляли Меркурий как сову (или, возможно, как четыре совы: две соответствовали утреннему появлению Меркурия, а две - вечернему), которая была посланником загробного мира. На иврите Меркурий был назван «Коха́в Хама́» («Солнечная планета»).
Средневековые наблюдения Меркурия в северных частях Европы затруднялись тем, что планета всегда наблюдается в заре - утренней или вечерней - на фоне сумеречного неба и довольно низко над горизонтом (особенно в северных широтах). Период его наилучшей видимости наступает несколько раз в году (продолжаясь около 10 дней). Даже в эти периоды увидеть Меркурий невооружённым глазом непросто (относительно неяркая звёздочка на довольно светлом фоне неба).
Известна легенда о том, что Николай Коперник сожалел, что за всю жизнь так и не увидел Меркурий. И действительно, в работе Коперника «О вращениях небесных сфер» не приводится ни одного примера наблюдений Меркурия. Но он описал планету, используя результаты наблюдений других астрономов. Как он сам сказал, Меркурий всё-таки можно «изловить» с северных широт, проявив терпение и хитрость.
Впервые в телескоп Меркурий увидел Галилео Галилей в начале XVII века , но его телескоп не был достаточно мощным, чтобы наблюдать фазы Меркурия. В 1631 г. Пьер Гассенди сделал первое телескопическое наблюдение прохождения планеты по диску Солнца, но момент прохождения был вычислен до этого Иоганном Кеплером . В 1639 г. Джованни Зупи с помощью телескопа открыл, что орбитальные фазы Меркурия подобны фазам Луны и Венеры – это окончательно подтвердило, что Меркурий обращается вокруг Солнца.
Очень редким астрономическим событием является перекрытие одной планетой диска другой, наблюдаемое с Земли. Венера перекрывает Меркурий раз в несколько столетий, и это событие наблюдалось только один раз в истории - 28 мая 1737 года Джоном Бевисом в Королевской Гринвичской обсерватории. Следующее перекрытие Венерой Меркурия будет 3 декабря 2133 года.
Трудности, сопровождающие наблюдение Меркурия, привели к тому, что он долгое время был изучен менее остальных планет.
Близость Солнца создаёт некоторые проблемы и для телескопического изучения Меркурия. Так, например, телескоп «Хаббл» никогда не использовался и не будет использоваться для наблюдения этой планеты. Его устройство не позволяет проводить наблюдения близких к Солнцу объектов - при попытке сделать это аппаратура получит необратимые повреждения.
Меркурий - наименее изученная планета земной группы. К телескопическим методам его изучения в XX веке добавились радиоастрономические, радиолокационные и исследования с помощью космических аппаратов.
Последние исследовательские данные о Меркурии:
Температура поверхности Меркурия: 600 К в подсолнечной точке и 150 К на неосвещенной стороне.
Отражательные свойства Меркурия и Луны сходны.
Период вращения Меркурия: 59 дней.
На картинке вы видите «Маринер-10» - первый космический аппарат, достигший Меркурия.
Два космических аппарата были направлены для исследования Меркурия: «Маринер-10» в 1974-1975 годах трижды пролетел мимо Меркурия; максимальное сближение составляло 320 км. Было получено несколько тысяч снимков. Дальнейшие исследования с Земли показали возможность существования водяного льда в полярных кратерах.
Из всех планет, видных невооружённым глазом, только Меркурий никогда не имел собственного искусственного спутника. В настоящее время НАСА осуществляет вторую миссию к Меркурию под названием «Мессенджер». Аппарат был запущен 3 августа 2004 г., а в январе 2008 г. впервые совершил облёт Меркурия. Для выхода на орбиту вокруг планеты в 2011 году аппарат совершил ещё два гравитационных манёвра вблизи Меркурия.
Европейским космическим агентством (ESA) совместно с японским агентством аэрокосмическим исследований (JAXA) разрабатывается миссия «Бепи Коломбо» для исследования поверхности Меркурия и его глубины, а также наблюдения за магнитным полем и магнитосферой планеты. Запуск аппарата планируется на 2013 год.
Больше появилось возможностей и для наземных наблюдений Меркурия с помощью приёмников излучения ПЗС и последующую компьютерную обработку снимков. 17 марта 2011 года межпланетный зонд «Мессенджер» вышел на орбиту Меркурия. По данным первых исследований, магнитное поле планеты не симметрично относительно полюсов; таким образом, северного и южного полюса Меркурия достигает различное количество частиц солнечного ветра. Также был проведён анализ распространённости химических элементов на планете. Исследования продолжаются.
Россия планирует отправить на планету первую посадочную станцию «Меркурий-П». Реализация проекта планировалась на 2019 год, но была значительно отодвинута.

Венеру также наблюдали уже в глубокой древности – ее легко увидеть на небосклоне, т.к. по блеску она намного превосходит самые яркие звёзды. Тысячелетия она приковывает взгляды человека к себе. Планета носит имя богини любви. У нее ровный белый цвет. Как и у Меркурия, у Венеры существуют периоды утренней и вечерней видимости, поэтому в древности считали, что утренняя и вечерняя Венеры - разные звёзды. В телескоп можно без труда наблюдать изменение видимой фазы диска планеты. Его впервые наблюдал в 1610 г. Галилей .
На Земле можно наблюдать прохождение Венеры по диску Солнца, когда с Земли в телескоп эта планета видна в виде маленького чёрного диска на фоне огромного Солнца. Впервые прохождение Венеры по диску Солнца 4 декабря 1639 года наблюдал английский астроном Иеремия Хоррокс , но вначале он вычислил это явление.
«Явление Венеры на Солнце» наблюдал и М. В. Ломоносов 6 июня 1761 года . Это явление наблюдали во всём мире, но только М. В. Ломоносов обратил внимание на то, что при соприкосновении Венеры с диском Солнца вокруг планеты возникло «тонкое, как волос, сияние». Такой же светлый ореол наблюдался и при схождении Венеры с солнечного диска. Таким образом было открыто наличие атмосферы на Венере, и это за сто лет до открытия спектрального анализа!
Венера интенсивно исследовалась с помощью космических аппаратов. Первым космическим аппаратом, предназначавшимся для изучения Венеры, была советская «Венера-1» (12 февраля 1961г.), к планете направлялись советские аппараты серии «Венера», «Вега», американские «Маринер», «Пионер-Венера-1», «Пионер-Венера-2», «Магеллан», европейский «Венера-экспресс», японский «Акацуки». В 1975 г. космические аппараты «Венера-9» и «Венера-10» передали на Землю первые фотографии поверхности Венеры Но условия на поверхности Венеры таковы, что ни один из космических аппаратов не проработал на планете более двух часов. Роскосмос планирует отправку станции «Венера-Д» со спутником планеты и более живучим зондом, который должен проработать на поверхности планеты не менее месяца.

Исследование Марса началось тоже очень давно – более 3,5 тыс. лет назад в Древнем Египте. Планету назвали в честь Марса- древнеримского бога войны (соответствующего древнегреческому Аресу). Иногда Марс называют «красной планетой» из-за красноватого оттенка поверхности, придаваемого ей оксидом железа. У Марса есть спутники Фобос и Деймос.
Сохранились описания положения Марса, составленные вавилонскими астрономами , которые разработали ряд математических методов для предсказания положения планеты. Пользуясь данными египтян и вавилонян, древнегреческие философы и астрономы разработали подробную геоцентрическую модель для объяснения движения планет. Спустя несколько веков индийские и исламские астрономы вычислили размер Марса и расстояние до него от Земли. Иоганн Кеплер ввел более точную эллиптическую орбиту Марса, совпадающую с наблюдаемой.
В 1659 г. Франческо Фонтана , рассматривая Марс в телескоп, сделал первый рисунок планеты – в виде черного пятна.
В 1660 году к чёрному пятну прибавились две полярные шапки, добавленные Жаном Домиником Кассини .
В 1888 году Джованни Скиапарелли дал первые имена отдельным деталям поверхности: моря Афродиты, Эритрейское, Адриатическое, Киммерийское; озёра Солнца, Лунное и Феникс.
Расцвет телескопических наблюдений Марса пришёлся на конец XIX - середину XX века.
Начиная с 1960-х годов, исследованием Марса занимались АМС СССР (программы «Марс» и «Фобос»), ЕКА и США (программы «Маринер», «Викинг», «Mars Global Surveyor» и другие).
В настоящее время Марс активно исследуется. На орбите Марса находятся три активно работающие АМС:
«Марсианский разведывательный спутник»
«Марс-экспресс» с радаром Marsis
«Марс Одиссей»
На поверхности планеты работают марсоходы:
«Оппортьюнити» (с 25 января 2004 года) в рамках программы «Mars Exploration Rover»
«Кьюриосити» (с 6 августа 2012 года) в рамках программы «Mars Science Laboratory».
Хоть Марс изучен гораздо лучше других планет, он до сих пор является для нас загадкой.

Юпитер

Вместе с Сатурном, Ураном и Нептуном Юпитер относится к газовым гигантам. Эта планета была известна людям с глубокой древности, что нашло своё отражение в мифологии и религиозных верованиях различных культур: месопотамской, вавилонской, греческой и других . Современное название Юпитера происходит от имени древнеримского верховного бога-громовержца. У Юпитера есть естественные спутники. На сегодняшний день учёным известны 67 спутников Юпитера.
В начале XVII века Галилео Галилей изучал Юпитер с помощью изобретённого им телескопа и открыл четыре крупнейших спутника планеты. В 1660-х годах Джованни Кассини наблюдал пятна и полосы на «поверхности» гиганта. В 1671 г., наблюдая за затмениями спутников Юпитера, датский астроном Оле Рёмер обнаружил, что истинное положение спутников не совпадает с вычисленными параметрами, причём величина отклонения зависела от расстояния до Земли. На основании этих наблюдений Рёмер сделал вывод о конечности скорости света и установил её величину - 215 000 км/с (современное значение - 299 792,458 км/с).
Со второй половины XX века активно проводятся исследования Юпитера как с помощью наземных телескопов (в том числе и радиотелескопов), так и с помощью космических аппаратов - телескопа «Хаббл» и ряда зондов. С 1970-х годов к планете было отправлено 8 межпланетных аппаратов НАСА: «Пионеры», «Вояджеры», «Галилео» и другие.
Юпитер изучался исключительно аппаратами НАСА США.
Невооруженному глазу Юпитер представляется яркой звездой. Из-за его огромных размеров даже в небольшие телескопы можно увидеть слегка окрашенные ленты облаков и большое красно пятно на его диске.

Газовый гигант. Назван в честь римского бога земледелия. Сатурн обладает заметной системой колец, состоящей главным образом из частичек льда, меньшего количества тяжёлых элементов и пыли. Впервые наблюдая Сатурн через телескоп в 1609-1610 годах , Галилео Галилей заметил, что Сатурн выглядит не как единое небесное тело, а как три тела, почти касающихся друг друга, и высказал предположение, что это два крупных «компаньона» (спутника) Сатурна. В 1633 г. Гассенди нарисовал яркое кольцо вокруг Сатурна. В 1656 г. Гюйгенс подтверждает, что вокруг Сатурна есть тонкое плоское кольцо, не касающееся планеты. В 1675 г. Кассини обнаруживает в кольцах щель, которую впоследствии называют щелью Кассини, а Энке в 1837 г. находит вторую щель. В 1852 г. Ласселл устанавливает, что кольцо Сатурна почти прозрачно, а это значит, что оно не может быть твердым. К тому же он предположил, что это кольцо состоит из отдельных частиц, расположенных очень близко друг к другу, поэтому они кажутся сплошной лентой. В 1895 г. Килер обнаруживает, что отдельные части колец вращаются с разными скоростями, и это тоже подтверждает предположение Ласселла о том, что кольца не могут быть твердыми.
У Сатурна известно 62 естественных спутника с подтверждённой орбитой, 53 из которых имеют собственные названия. Большая часть спутников имеет небольшие размеры и состоит из горных пород и льда.
Гюйгенс также открыл самый крупный спутник Сатурна - Титан. В дальнейшем значительных открытий не было до 1789 года, когда У. Гершель открыл ещё два спутника - Мимас и Энцелад. Затем группой британских астрономов был открыт спутник Гиперион, с формой, сильно отличающейся от сферической. В 1899 году Уильям Пикеринг открыл Фебу, которая относится к классу нерегулярных спутников и не вращается синхронно с Сатурном как большинство спутников. Период её обращения вокруг планеты - более 500 дней, при этом обращение идёт в обратном направлении. В 1944 году Джерардом Койпером было открыто наличие мощной атмосферы на другом спутнике - Титане. Данное явление для спутника уникально в Солнечной системе. В 1990-х годах Сатурн, его спутники и кольца неоднократно исследовались космическим телескопом «Хаббл».
Сатурн исследуется автоматическими межпланетными станциями (АМС) «Кассини-Гюйгенс», «Вояджер» (программа), «Пионер-11». В 2009 году появился совместный американско-европейский проект НАСА и ЕКА по запуску АМС Titan Saturn System Mission для изучения Сатурна и его спутников Титана и Энцелада. В ходе него станция 7-8 лет будет лететь к системе Сатурна, а затем станет спутником Титана на два года. Также с неё будут спущены воздушный шар-зонд в атмосферу Титана и посадочный модуль (возможно, плавающий).
Планета видна с Земли невооруженным глазом.

Уран был обнаружен 13 марта 1781 года английским астрономом Уильямом Гершелем . Изучая звездное небо в свой телескоп, он заметил, что Уран движется относительно звезд. Другие люди видели Уран раньше, даже отмечали его на звездных картах, но они не понимали, что это не звезда.
За пределами орбиты Сатурна находятся две планеты, имеющие много общего между собой – Уран и Нептун. У Урана известно 27 естественных спутников.
Планета названа в честь греческого бога неба. Уран в 19 раз дальше от Солнца, чем Земля. Путешествие Урана по орбите длится больше 84 лет. Когда блеск Урана достигает максимума, его можно увидеть невооруженным глазом, как звезду. Уран выделяется среди других планет тем, что свой путь по орбите вокруг Солнца он совершает на боку. Может быть, он столкнулся с каким-нибудь небесным телом и опрокинулся? У Урана также есть кольца, они обнаружены в 1977 г . Правда, они слабо видны.
Исследуют Уран космический аппарат НАСА «Вояджер-2» и космический телескоп «Хаббл».

Нептун - восьмая и самая дальняя планета Солнечной системы. Планета была названа в честь римского бога морей.
На основании малых отклонений в орбите Урана, Джон Адамс и Урбен Леверье предсказали существование другой, более далекой планеты. 23 сентября 1846 г. по просьбе Леверье Иоганн Галле отыскал новую планету - Нептун.
Многие люди видели Нептун раньше, в том числе Галилео Галилей, который во время наблюдения за Юпитером заметил "звезду", которая, как сейчас считается, была Нептуном. Нептун стал первой планетой, открытой благодаря математическим расчётам, а не путём регулярных наблюдений.
У Нептуна есть естественные спутники, а также фрагментированная кольцевая система, обнаруженная ещё в 1960-е годы, но достоверно подтверждённая «Вояджером-2» лишь в 1989 году. Тритон – удивительный спутник Нептуна, он движется по орбите в обратную по отношению к Нептуну сторону.
Исследует Нептун «Вояджер-2». Ближе всего к Нептуну «Вояджер-2» подошёл 25 августа 1989 года. Оказалось, что Нептун – одна из самых красивых планет Солнечной системы.

Самая отдаленная планета в нашей Солнечной системе – Плутон. Она была обнаружена 18 февраля 1930 года американским астрономом Клайдом Томбо. Он фотографировал одну и ту же часть ночного неба в разные дни, в результате чего обнаружил движущийся относительно звезд объект. Дальнейшие наблюдения показали, что этот объект является планетой.
Однако существуют серьезные разногласия по этому поводу. Ведет себя Плутон не как планета. Вытянутая орбита Плутона больше напоминает кометную. Из-за того, что Плутон очень далеко, его разглядеть трудно. Даже в самые мощные телескопы он виден как крошечный кружочек. Но наблюдения, выполненные с помощью передовых технологий, дают возможность предположить, что Плутон похож на спутник Нептуна – Тритон. Сначала Плутон классифицировали как планету, но сейчас он считается одним из крупнейших объектов (возможно, самым крупным) в поясе Койпера.

Изучение Планет Солнечной системы

До конца XX века принято было считать, что в Солнечной системе девять планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Но в последнее время было открыто множество объектов за орбитой Нептуна, причем некоторые из них похожи на Плутон, а иные даже больше него по размерам. Поэтому в 2006 г. астрономы уточнили классификацию: 8 крупнейших тел - от Меркурия до Нептуна - считаются классическими планетами, а Плутон стал прототипом нового класса объектов - карликовых планет. Ближайшие к Солнцу 4 планеты принято называть планетами земной группы, а следующие 4 массивных газовых тела называют планетами-гигантами. Карликовые планеты в основном населяют область за орбитой Нептуна - пояс Койпера.

Луна

Луна - естественный спутник Земли и самый яркий объект на ночном небе. Формально Луна не планета, но она существенно крупнее всех планет-карликов, большинства спутников планет и не сильно уступает в размере Меркурию. На Луне нет привычной для нас атмосферы, нет рек и озер, растительности и живых организмов. Сила тяжести на Луне в шесть раз меньше, чем на Земле. День и ночь с перепадами температур до 300 градусов длятся по две недели. И тем не менее Луна все больше привлекает землян возможностью использовать ее уникальные условия и ресурсы. Поэтому Луна - наша первая ступень в знакомстве с объектами Солнечной системы.

Луна хорошо исследована как с помощью наземных телескопов, так и благодаря полетам более 50 космических аппаратов и кораблей с космонавтами. Советские автоматические станции «Луна-3» (1959 г.) и «Зонд-3» (1965 г.) впервые сфотографировали восточную и западную части невидимого с Земли полушария Луны. Искусственные спутники Луны исследовали ее гравитационное поле и рельеф. Самоходные аппараты «Луноход-1 и -2» передали на Землю множество снимков и информацию о физико-механических свойствах грунта. Двенадцать американских астронавтов с помощью кораблей «Аполлон» в 1969-1972 гг. побывали на Луне, где проводили исследования поверхности в шести различных местах посадок на видимой стороне, установили там научную аппаратуру и привезли на Землю около 400 кг лунных пород. Зонды «Луна-16, -20 и -24» в автоматическом режиме выполнили бурение и доставили лунный грунт на Землю. Космические аппараты нового поколения «Клементина» (1994 г.), «Лунар Проспектор» (1998-99 гг.) и «Смарт-1» (2003-06 гг.) получили более точные сведения о рельефе и гравитационном поле Луны, а также обнаружили на поверхности залежи водородосодержащих материалов, возможно, водяного льда. В частности, повышенная концентрация этих материалов обнаружена в постоянно затененных понижениях около полюсов.

Китайский аппарат «Чаньэ-1», запущенный 24 октября 2007 года, выполнил фотографирование лунной поверхности и сбор данных для составления цифровой модели ее рельефа. 1 марта 2009 года аппарат был сброшен на поверхность Луны. 8 ноября 2008 г. на селеноцентрическую орбиту был выведен индийский аппарат «Чандрайян 1». 14 ноября от него отделился зонд, совершивший жесткую посадку в районе южного полюса Луны. Аппарат работал в течение 312 дней и передавал данные о распределении химических элементов по поверхности и о высотах рельефа. Японская АМС «Кагуя» и два дополнительных микроспутника «Окина» и «Оюна», работавшие в 2007-2009 гг., выполнили научную программу исследований Луны и передали данные о высотах рельефа и распределении силы тяжести на ее поверхности с высокой точностью.

Новым важным этапом в исследовании Луны стал запуск 18 июня 2009 года двух американских АМС «Lunar Reconnaissance Orbiter» (Лунный орбитальный разведчик) и «LCROSS» (спутник по наблюдению и детектированию лунных кратеров). 9 октября 2009 г. АМС «LCROSS» была направлена в кратер Кабео. На дно кратера сначала упала отработавшая ступень ракеты «Атлас-V» массой 2,2 т. Примерно через четыре минуты туда же упала АМС «LCROSS» (массой 891 кг), которая перед падением промчалась сквозь поднятое ступенью облако пыли, успев сделать необходимые исследования до момента гибели аппарата. Американские исследователи считают, что им всё-таки удалось найти некоторое количество воды в облаке лунной пыли. «Лунный орбитальный разведчик» продолжает исследовать Луну с полярной окололунной орбиты. На борту космического аппарата установлен российский прибор ЛЕНД (лунный исследовательский нейтронный детектор), предназначенный для поиска замёрзшей воды. В районе Южного полюса им обнаружено большое количество водорода, который может быть признаком наличия там воды в связанном состоянии.

В недалёком будущем начнётся освоение Луны. Уже в наши дни детально разрабатываются проекты создания на её поверхности постоянно действующей обитаемой базы. Длительное или постоянное присутствие на Луне сменных экипажей такой базы позволит решать более сложные научные и прикладные задачи.

Движется Луна под воздействием тяготения, в основном, двух небесных тел - Земли и Солнца на среднем расстоянии 384 400 км от Земли. В апогее это расстояние увеличивается до 405 500 км, в перигее уменьшается до 363 300 км. Период обращения Луны вокруг Земли по отношению к далеким звездам составляет около 27,3 суток (сидерический месяц), но поскольку вместе с Землей Луна обращается вокруг Солнца, ее положение относительно линии Солнце-Земля повторяется через несколько больший промежуток времени - около 29,5 суток (синодический месяц). За этот период проходит полная смена лунных фаз: от новолуния к первой четверти, затем к полнолунию, к последней четверти и вновь к новолунию. Вращение Луны вокруг оси происходит с постоянной угловой скоростью в том же направлении, в котором она обращается вокруг Земли, и с тем же периодом 27,3 суток. Именно поэтому с Земли мы видим только одно полушарие Луны, которое так и называем - видимое; а другое полушарие всегда скрыто от наших глаз. Это не видимое с Земли полушарие называют обратной стороной Луны. Фигура, образованная физической поверхностью Луны, очень близка к правильной сфере со средним радиусом 1737,5 км. Площадь поверхности лунного шара составляет около 38 млн. км 2 , что составляет лишь 7,4% площади земной поверхности, или около четверти площади земных материков. Соотношение масс Луны и Земли составляет 1:81,3. Средняя плотность Луны (3,34 г/см 3) значительно меньше средней плотности Земли (5,52 г/см 3). Сила тяжести на Луне в шесть раз меньше, чем на Земле. В летний полдень близ экватора поверхность разогревается до +130° С, в отдельных местах и выше; а ночью температура падает до -170 °С. Быстрое остывание поверхности наблюдается и во время лунных затмений. На Луне выделяют области двух типов: светлые - материковые, занимающие 83% всей поверхности (включая обратную сторону), и темные области, названные морями. Такое деление возникло еще в середине XVII века, когда предполагалось, что на Луне действительно имеется вода. По минералогическому составу и содержанию отдельных химических элементов лунные породы на темных участках поверхности (морях) очень близки к земным породам типа базальтов, а на светлых участках (материках) - к анортозитам.

В вопросе о происхождении Луны пока нет полной ясности. Особенности химического состава лунных пород позволяют предположить, что Луна и Земля образовались в одной и той же области Солнечной системы. Но разница в их составе и внутреннем строении заставляет думать, что оба эти тела не были в прошлом единым целым. Большинство крупных кратеров и огромные впадины (многокольцевые бассейны) появились на поверхности лунного шара в период сильной бомбардировки поверхности. Около 3,5 млрд. лет назад в результате внутреннего разогрева из недр Луны излились на поверхность базальтовые лавы, заполнившие низины и круглые впадины. Так образовались лунные моря. На обратной стороне из-за более толстой коры излияний было значительно меньше. На видимом полушарии моря занимают 30% поверхности, а на обратном - лишь 3%. Таким образом, эволюция лунной поверхности в основном завершилась около 3 млрд. лет назад. Метеоритная бомбардировка продолжалась, но уже с меньшей интенсивностью. В результате длительной переработки поверхности образовался верхний рыхлый слой пород Луны - реголит, толщиной в несколько метров.

Меркурий

Ближайшая к Солнцу планета названа в честь античного бога Гермеса (у римлян Меркурий) - посланника богов и бога зари. Меркурий находится на среднем расстоянии 58 млн. км или 0.39 а.е. от Солнца. Двигаясь по сильно вытянутой орбите, он в перигелии приближается к Солнцу на расстояние 0,31 а.е., а в максимальном удалении находится на расстоянии 0,47 а.е., совершая полный оборот за 88 земных суток. В 1965 г. методами радиолокации с Земли было установлено, что период вращения этой планеты составляет 58.6 суток, то есть за 2/3 своего года он завершает полный оборот вокруг своей оси. Сложение осевого и орбитального движений приводит к тому, что, находясь на линии Солнце - Земля, Меркурий всегда повернут одной и той же стороной к нам. Солнечные сутки (промежуток времени между верхними или нижними кульминациями Солнца) продолжаются на планете 176 земных суток.

В конце ХIХ века астрономы пытались зарисовать темные и светлые детали, наблюдаемые на поверхности Меркурия. Наиболее известны работы Скиапарелли (1881-1889 гг.) и американского астронома Персиваля Ловелла (1896-1897 гг.). Интересно, что астроном Т. Дж. Си в 1901 г. даже объявил о том, что он видел кратеры на Меркурии. Мало кто поверил в это, однако впоследствии 625-километровый кратер (Бетховен) оказался в месте, отмеченном Си. Французский астроном Эжен Антониади составил в 1934 г. карту «видимого полушария» Меркурия, поскольку тогда считалось, что всегда освещено лишь одно его полушарие. Отдельным деталям на этой карте Антониади дал названия, которые частично используются и на современных картах.

Составить действительно надежные карты планеты и увидеть мелкие детали рельефа поверхности впервые удалось благодаря американскому космическому зонду «Маринер-10», запущенному в 1973 г. Он трижды сближался с Меркурием и передавал на Землю телевизионные изображения различных участков его поверхности. В общей сложности было снято 45% поверхности планеты, в основном - западное полушарие. Как оказалось, вся его поверхность покрыта множеством кратеров разных размеров. Удалось уточнить значение радиуса планеты (2439 км) и её массы. Датчики температуры позволили установить, что в течение дня температура поверхности планеты поднимается до 510° С, а ночью опускается до -210° С. Напряжённость его магнитного поля составляет около 1% от напряжённости земного магнитного поля. Более 3 тыс. фотографий, полученных при третьем подлете, имели разрешение до 50 м.

Ускорение свободного падения на Меркурии составляет 3,68 м/с 2 . Космонавт на этой планете будет весить почти в три раза меньше, чем на Земле. Поскольку выяснилось, что средняя плотность Меркурия почти такая же, как и у Земли, предполагается существование у Меркурия железного ядра, занимающего примерно половину объема планеты, над которым расположена мантия и силикатная оболочка. Меркурий получает в 6 раз больше солнечного света на единицу площади, чем Земля. Причем большая часть солнечной энергии поглощается, поскольку поверхность планеты темная, отражающая лишь 12-18 процентов падающего света. Поверхностный слой планеты (реголит) сильно измельчен и служит прекрасной теплоизоляцией, так что на глубине нескольких десятков сантиметров от поверхности температура постоянная - около 350 градусов К. У Меркурия обнаружена чрезвычайно разреженная гелиевая атмосфера, создаваемая «солнечным ветром», который обдувает планету. Давление такой атмосферы у поверхности в 500 млрд. раз меньше, чем у поверхности Земли. Кроме гелия, выявлено ничтожное количество водорода, следы аргона и неона.

Американская АМС «Мессенджер» (Мessenger - от англ. Курьер), запущенная 3 августа 2004 г., совершила первый пролет около Меркурия 14 января 2008 г. на расстоянии 200 км от поверхности планеты. Она сфотографировала восточную половину ранее не заснятого полушария планеты. Исследования Меркурия проведены в два этапа: сначала обзорные с пролетной траектории полета при двух встречах с планетой (2008 г.), а затем (30 сентября 2009 г.) - детальные. Выполнена съемка всей поверхности планеты в различных диапазонах спектра и получены цветные изображения местности, определены химический и минералогический состав пород, измерено содержание летучих элементов в приповерхностном слое грунта. Лазерный высотомер выполнил измерения высот рельефа поверхности Меркурия. Оказалось, что перепад высот рельефа на этой планете менее 7 км. При четвертом сближении, 18 марта 2011 г., АМС «Мессенджер» должна выйти на орбиту искусственного спутника Меркурия.

Согласно решению Международного астрономического союза, кратеры на Меркурии называют в честь деятелей : писателей, поэтов, художников, скульпторов, композиторов. Например, крупнейшие кратеры диаметром от 300 до 600 км получили названия Бетховен, Толстой, Достоевский , Шекспир и другие. Есть и исключения из этого правила - один кратер диаметром 60 км с лучевой системой назван в честь известного астронома Койпера, а другой кратер диаметром 1,5 км вблизи экватора, принятый за начало отсчета долгот на Меркурии, назван Хун Каль, что на языке древних майя означает "двадцать". Через этот кратер условились проводить меридиан, с долготой 20°.

Равнинам даны названия планеты Меркурий на разных языках, например, равнина Собкоу или равнина Один. Есть две равнины, названные по их местоположению: Северная равнина и равнина Жары, находящаяся в области максимальных температур на 180° долготы. Окаймляющие эту равнину горы назвали горами Жары. Отличительной особенностью рельефа Меркурия являются протяженные уступы, получившие имена морских исследовательских судов. Долины названы по названиям радиоастрономических обсерваторий. Две гряды носят названия Антониади и Скиапарелли, в честь астрономов, составивших первые карты этой планеты.

Венера

Венера - ближайшая к Земле планета, она находится ближе нас к Солнцу и потому освещается им ярче; наконец, она очень хорошо отражает солнечный свет. Дело в том, что поверхность Венеры укрыта под мощным чехлом атмосферы, полностью скрывающей от нашего взора поверхность планеты. В видимом диапазоне ее нельзя рассмотреть даже с орбиты искусственного спутника Венеры, и, тем не менее, мы имеем «изображения» поверхности, которые были получены методом радиолокации.

Вторая от Солнца планета названа в честь античной богини любви и красоты Афродиты (у римлян - Венера). Средний радиус Венеры 6051,8 км, а масса составляет 81% массы Земли. Венера обращается вокруг Солнца в ту же сторону, что и другие планеты, совершая полный оборот за 225 суток. Период ее вращения вокруг оси (243 суток) удалось определить лишь в начале 1960-х годов, когда для измерения скоростей вращения планет стали применять методы радиолокации. Таким образом, суточное вращение Венеры самое медленное среди всех планет. К тому же, оно происходит в обратном направлении: в отличие от большинства планет, у которых направления обращения по орбите и вращения вокруг оси совпадают, Венера вращается вокруг оси в сторону, противоположную орбитальному движению. Если посмотреть формально, то это не уникальное свойство Венеры. Например, Уран и Плутон тоже вращаются в обратном направлении. Но они вращаются практически «лежа на боку», а ось Венеры почти перпендикулярна орбитальной плоскости, так что она единственная «действительно» вращается в обратном направлении. Именно поэтому солнечные сутки на Венере короче времени ее оборота вокруг оси и составляют 117 земных суток (у других планет солнечные сутки длиннее периода вращения). А год на Венере лишь вдвое продолжительнее солнечных суток.

Атмосфера Венеры состоит на 96,5% из углекислого газа и почти на 3,5% из азота. Другие газы - водяной пар, кислород, окись и двуокись серы, аргон, неон, гелий и криптон - в сумме составляют менее 0,1%. Но следует иметь в виду, что венерианская атмосфера примерно в 100 раз массивнее нашей, так что азота там, например, в пять раз больше по массе, чем в атмосфере Земле.

Туманная дымка в атмосфере Венеры простирается вверх до высоты 48-49 км. Далее до высоты 70 км идет облачный слой, содержащий капельки концентрированной серной кислоты, а в самых верхних слоях также присутствуют соляная и плавиковая кислоты. Облака Венеры отражают 77% падающего на них солнечного света. На вершине самых высоких гор Венеры - гор Максвелла (высота около 11 км) - давление атмосферы составляет 45 бар, а на дне каньона Дианы - 119 бар. Как известно, давление земной атмосферы у поверхности планеты всего лишь 1 бар. Мощная атмосфера Венеры, состоящая из углекислого газа, поглощает и частично пропускает к поверхности около 23% солнечного излучения. Это излучение нагревает поверхность планеты, однако тепловое инфракрасное излучение поверхности проходит сквозь атмосферу обратно в космос с большим трудом. И лишь когда поверхность нагревается примерно до 460-470 °C, уходящий поток энергии оказывается равным приходящему к поверхности. Именно по причине этого парникового эффекта у поверхности Венеры сохраняется высокая температура независимо от широты местности. Но в горах, над которыми толщина атмосферы меньше, температура ниже на несколько десятков градусов. Венеру исследовали более 20 космических аппаратов: «Венеры», «Маринеры», «Пионер-Венеры», «Веги» и «Магеллан». В 2006 году на орбите вокруг нее работал зонд «Венера-Экспресс». Увидеть глобальные особенности рельефа поверхности Венеры ученые смогли благодаря радиолокационному зондированию с борта орбитальных аппаратов «Пионер-Венера» (1978 г.), «Венера-15 и -16» (1983-84 гг.) и «Магеллан»(1990-94 гг.). Наземная радиолокация позволяет «увидеть» только 25% поверхности, причем с гораздо меньшим разрешением деталей, чем способны космические аппараты. Например, «Магеллан» получил изображения всей поверхности с разрешением в 300 м. Оказалось, что большая часть поверхности Венеры занята холмистыми равнинами.

На долю возвышенностей приходится лишь 8% поверхности. Все заметные детали рельефа получили свои имена. На первых наземных радиолокационных изображениях отдельных участков поверхности Венеры исследователи использовали различные названия, из которых сейчас на картах остались - горы Максвелла (название отражает роль радиофизики в исследованиях Венеры), области Альфа и Бета (две наиболее яркие в радиолокационных изображениях детали рельефа Венеры названы по первым буквам греческого алфавита). Но эти названия являются исключениями из правил наименований, принятых Международным астрономическим союзом: астрономы решили называть детали рельефа поверхности Венеры женскими именами. Крупные возвышенные области получили названия: Земля Афродиты, Земля Иштар (в честь ассирийской богини любви и красоты) и Земля Лады (славянская богиня любви и красоты). Крупные кратеры названы в честь выдающихся женщин всех времен и народов, а небольшие кратеры носят личные женские имена. На картах Венеры можно встретить такие названия как Клеопатра (последняя царица Египта), Дашкова (директор Петербургской академии наук), Ахматова (русская поэтесса) и другие известные имена. Из русских имен встречаются Антонина, Галина, Зина, Зоя, Лена, Маша, Татьяна и другие.

Марс

Четвертая от Солнца планета, названная именем бога войны Марса, удалена от светила в 1,5 раза дальше Земли. Один оборот по орбите занимает у Марса 687 земных суток. Орбита Марса обладает заметным эксцентриситетом (0,09), поэтому его расстояние от Солнца меняется от 207 млн. км в перигелии до 250 млн. км в афелии. Орбиты Марса и Земли лежат почти в одной плоскости: угол между ними всего 2°. Через каждые 780 дней Земля и Марс оказываются на минимальном расстоянии друг от друга, которое может составлять от 56 до 101 млн. км. Такие сближения планет называют противостояниями. Если в этот момент расстояние между планетами менее 60 млн. км, то противостояние называют великим. Великие противостояния происходят через каждые 15-17 лет.

Экваториальный радиус Марса 3394 км, на 20 км больше полярного. По массе Марс в десять раз меньше Земли, а по площади поверхности он меньше в 3,5 раза. Период осевого вращения Марса был определен путем наземных телескопических наблюдений за контрастными деталями поверхности: он составляет 24 часа 39 минут и 36 секунд. Ось вращения Марса отклонена на угол 25,2° от перпендикуляра к плоскости орбиты. Поэтому на Марсе также наблюдается смена времен года, но длительность сезонов почти вдвое больше, чем на Земле. Из-за вытянутости орбиты сезоны в северном и южном полушариях имеют разную продолжительность: лето в северном полушарии длится 177 марсианских суток, а в южном оно на 21 сутки короче, но при этом теплее, чем лето в северном полушарии.

Из-за большей отдаленности от Солнца Марс получает лишь 43% той энергии, которая попадает на ту же площадь земной поверхности. Среднегодовая температура на поверхности Марса около -60 °С. Максимальное значение температуры там не превышает нескольких градусов выше нуля, а минимальное зарегистрировано на северной полярной шапке и составляет -138 °С. В течение суток температура поверхности существенно изменяется. Например, в южном полушарии на широте 50° характерное значение температуры в середине осени меняется от -18 °С в полдень до -63 °С ночью. Однако уже на глубине 25 см под поверхностью температура практически постоянная (около -60 °С) независимо от времени суток и сезона. Большие изменения температуры на поверхности объясняются тем, что атмосфера Марса очень разрежена, и ночью поверхность быстро остывает, а днем быстро нагревается Солнцем. Атмосфера Марса состоит на 95% из углекислого газа. Другие ее составляющие: 2,5% азота, 1,6% аргона, менее 0,4% кислорода. Среднее давление атмосферы у поверхности 6,1 мбар, т. е. в 160 раз меньше давления земного воздуха на уровне моря (1 бар). В самых глубоких впадинах на Марсе оно может достигать 12 мбар. Атмосфера планеты сухая, в ней практически нет водяных паров.

Полярные шапки Марса многослойны. Нижний, основной слой толщиной несколько километров образован обычным водяным льдом, смешанным с пылью; этот слой сохраняется и в летний период, образуя постоянные шапки. А наблюдаемые сезонные изменения полярных шапок происходят за счет верхнего слоя толщиной менее 1 метра, состоящего из твердой углекислоты, так называемого « сухого льда». Покрытая этим слоем площадь быстро растет в зимний период, достигая параллели 50°, а иногда и переходя этот рубеж. Весной с повышением температуры верхний слой испаряется, и остается лишь постоянная шапка. «Волна потемнения» участков поверхности, наблюдаемая со сменой сезонов, объясняется изменением направления ветров, постоянно дующих в направлении от одного полюса к другому. Ветер уносит верхний слой сыпучего материала - светлую пыль, обнажая участки более темных пород. В периоды, когда Марс проходит перигелий, нагрев поверхности и атмосферы усиливается, и нарушается равновесие марсианской среды. Скорость ветра возрастает до 70 км/час, начинаются вихри и бури. Иногда более миллиарда тонн пыли поднимается и удерживается во взвешенном состоянии, при этом резко меняется климатическая обстановка на всем марсианском шаре. Продолжительность пылевых бурь может достигать 50 - 100 суток. Исследования Марса космическими аппаратами начались в 1962 г. запуском зонда «Марс- 1». Первые снимки участков поверхности Марса передал «Маринер-4» в 1965 г., а затем «Маринер-6 и -7» в 1969 г. Мягкую посадку удалось совершить спускаемому аппарату «Марса-3». По снимкам «Маринера-9» (1971 г.) были составлены подробные карты планеты. Он передал на Землю 7329 снимков Марса с разрешением до 100 м, а также фотографии его спутников - Фобоса и Деймоса. Целая флотилия из четырёх космических аппаратов «Марс-4, -5, -6, -7», запущенных в 1973 г., достигла окрестностей Марса в начале 1974 г. Из-за неисправности бортовой системы торможения «Марс-4» прошёл на расстоянии около 2200 км от поверхности планеты, выполнив только её фотографирование. «Марс-5» проводил дистанционные исследования поверхности и атмосферы с орбиты искусственного спутника. Спускаемый аппарат «Марса-6» совершил мягкую посадку в южном полушарии. На Землю переданы данные о химическом составе, давлении и температуре атмосферы. «Марс-7» прошёл на расстоянии 1300 км от поверхности, не выполнив своей программы.

Самыми результативными были полёты двух американских «Викингов», запущенных в 1975 г. На борту аппаратов находились телекамеры, инфракрасные спектрометры для регистрации водяных паров в атмосфере и радиометры для получения температурных данных. Посадочный блок «Викинга-1» совершил мягкую посадку на Равнине Хриса 20 июля 1976 г., а «Викинга-2» — на Равнине Утопия 3 сентября 1976 г. В местах посадок были проведены уникальные эксперименты с целью обнаружить признаки жизни в марсианском грунте. Специальное устройство захватывало образец грунта и помещало его в один из контейнеров, содержавших запас воды или питательных веществ. Поскольку любые живые организмы меняют среду своего обитания, приборы должны были это зафиксировать. Хотя некоторые изменения среды в плотно закрытом контейнере наблюдались, к таким же результатам могло привести наличие сильного окислителя в грунте. Вот почему учёные не смогли уверенно отнести эти изменения за счёт деятельности бактерий. С орбитальных станций было выполнено детальное фотографирование поверхности Марса и его спутников. На основе полученных данных составлены подробные карты поверхности планеты, геологические, тепловые и другие специальные карты.

В задачу советских станций «Фобос-1, -2», запущенных после 13-летнего перерыва, входило исследование Марса и его спутника Фобоса. В результате неверной команды с Земли «Фобос-1» потерял ориентацию, и связь с ним не удалось восстановить. «Фобос-2» вышел на орбиту искусственного спутника Марса в январе 1989 г. Дистанционными методами получены данные об изменении температуры на поверхности Марса и новые сведения о свойствах пород, слагающих Фобос. Получено 38 изображений с разрешением до 40 м, измерена температура его поверхности, составляющая в наиболее горячих точках 30 °С. К сожалению, осуществить основную программу по исследованию Фобоса не удалось. Связь с аппаратом была потеряна 27 марта 1989 г. На этом не закончилась серия неудач. Американский космический аппарат «Марс-Обсервер», запущенный в 1992 г., также не выполнил своей задачи. Связь с ним была потеряна 21 августа 1993 г. Не удалось вывести на траекторию полёта к Марсу и российскую станцию «Марс-96».

Одним из самых успешных проектов НАСА является станция «Марс глобал Сервейер», запущенная 7 ноября 1996 года для детального картографирования поверхности Марса. Аппарат выполняет также роль телекоммуникационного спутника для роверов «Спирит» и «Оппортьюнити», доставленных в 2003 г. и продолжающих работать до сих пор. В июле 1997 г. «Марс-Пасфайндер» доставил на планету первый автоматический марсоход «Соджернер» весом менее 11 кг, который успешно исследовал химический состав поверхности и метеорологические условия. Связь с Землей марсоход поддерживал через посадочный модуль . Автоматическая межпланетная станция НАСА «Марсианский разведывательный спутник» начал свою работу на орбите в марте 2006 г. С помощью камеры высокого разрешения на поверхности Марса можно было различать детали размером 30 см. «Марс Одиссей», «Марс - экспресс» и «Марс разведывательный спутник» продолжают исследования с орбиты. Аппарат «Феникс» работал в приполярной области с 25 мая по 2 ноября 2008 года. Им впервые произведено бурение поверхности и обнаружен лед. «Феникс» доставил на планету цифровую библиотеку научной фантастики. Разрабатываются программы полёта на Марс астронавтов. Такая экспедиция займёт более двух лет, поскольку, чтобы вернуться, им придётся ждать удобного взаимного расположения Земли и Марса.

На современных картах Марса, наряду с наименованиями, присвоенными формам рельефа, которые выявлены по космическим снимкам, используются также старые географические и мифологические названия, предложенные Скиапарелли. Самая крупная возвышенная область, поперечником около 6000 км и высотой до 9 км получила название Фарсида (так на древних картах назывался Иран), а огромная кольцевая депрессия на юге диаметром более 2000 км названа Элладой (Греция). Густо покрытые кратерами участки поверхности получили название земель: Земля Прометея, Земля Ноя, и другие. Долинам даются названия планеты Марс из языков разных народов. Крупные кратеры названы в честь ученых, а небольшие кратеры носят названия населенных пунктов Земли. Четыре гигантских потухших вулкана возвышаются над окружающей местностью на высоту до 26 м. Самый крупный из них - гора Олимп, расположенный на западной окраине гор арсида, имеет основание диаметром 600 км и кальдеру (кратер) на вершине поперечником 60 км. Три вулкана - гора Аскрийская, гора Павлина и гора Арсия - расположены на одной прямой на вершине гор Фарсида. Сами вулканы возвышаются над Фарсидой еще на 17 км. Помимо указанных четырех, на Марсе найдено более 70 потухших вулканов, но они гораздо меньше по занимаемой площади и по высоте.

К югу от экватора находится гигантская долина глубиной до 6 км и протяженностью более 4000 км. Ее назвали Долиной Маринера. Выявлено также множество долин меньших размеров, а также борозд и трещин, свидетельствующих о том, что в древности на Марсе была вода и, следовательно, атмосфера была более плотной. Под поверхностью Марса в отдельных областях должен находиться слой вечной мерзлоты, толщиной несколько километров. В таких районах на поверхности у кратеров видны необычные для планет земной группы застывшие потоки, по которым можно судить о наличии подповерхностного льда.

За исключением равнин, поверхность Марса сильно кратерирована. Кратеры, как правило, выглядят более разрушенными, чем на Меркурии и Луне. Следы ветровой эрозии можно видеть повсюду.

Фобос и Деймос - естественные спутники Марса

Спутники Марса были открыты во время великого противостояния 1877 г. американским астрономом А. Холлом. Их назвали Фобос (в переводе с греческого Страх) и Деймос (Ужас), поскольку в античных мифах бога войны всегда сопровождали его дети - Страх и Ужас. Спутники очень малы по размеру и имеют неправильную форму. Большая полуось Фобоса составляет 13,5 км, а малая 9,4 км; у Деймоса, соответственно, 7,5 и 5,5 км. Зонд «Маринер-7» сфотографировал Фобос на фоне Марса в 1969 г., а «Маринер-9» передал множество снимков обоих спутников, на которых видно, что их поверхности неровные, обильно покрытые кратерами. Несколько близких подлетов к спутникам совершили зонды «Викинг» и «Фобос-2». На лучших фотографиях Фобоса видны детали рельефа размером до 5 метров.

Орбиты спутников круговые. Фобос обращается вокруг Марса на расстоянии 6000 км от поверхности с периодом 7 час 39 мин. Деймос удален от поверхности планеты на 20 тыс. км, а период его обращения составляет 30 час 18 мин. Периоды вращения спутников вокруг оси совпадают с периодами их обращения вокруг Марса. Большие оси фигур спутников всегда направлены к центру планеты. Фобос восходит на западе и заходит на востоке по 3 раза за марсианские сутки. Средняя плотность Фобоса менее 2 г/см 3 , а ускорение свободного падения на его поверхности составляет 0,5 см/с 2 . Человек весил бы на Фобосе всего несколько десятков граммов и мог бы, бросив камень рукой, заставить его навсегда улететь в космос (скорость отрыва на поверхности Фобоса около 13 м/с). Самый большой кратер на Фобосе имеет диаметр 8 км, сопоставимый с наименьшим поперечником самого спутника. На Деймосе крупнейшая впадина имеет диаметр 2 км. Небольшими кратерами поверхности спутников усеяны примерно также как и Луна. При общем сходстве, обилии мелко раздробленного материала, покрывающего поверхности спутников, Фобос выглядит более «ободранным», а Деймос имеет более сглаженную, засыпанную пылью поверхность. На Фобосе обнаружены загадочные борозды, пересекающие почти весь спутник. Борозды имеют ширину 100-200 м и тянутся на десятки километров. Глубина их от 20 до 90 метров. Есть несколько о происхождении этих борозд, но пока нет достаточно убедительного объяснения, как впрочем и объяснения происхождения самих спутников. Скорее всего, это захваченные Марсом астероиды.

Юпитер

Юпитер не зря называют «царем планет». Это самая крупная планета в Солнечной системе, превосходящая Землю в 11,2 раза по диаметру и в 318 раз по массе. Юпитер имеет низкую среднюю плотность (1,33 г/см 3), поскольку почти целиком состоит из водорода и гелия. Он находится на среднем расстоянии 779 млн. км от Солнца и затрачивает на один оборот по орбите около 12 лет. Несмотря на гигантские размеры, эта планета вращается очень быстро - быстрее Земли или Марса. Самое удивительное, что твердой поверхности в общепринятом смысле у Юпитера нет - это газовый гигант. Юпитер возглавляет группу планет-гигантов. Названный в честь верховного бога античной мифологии (у древних греков - Зевс, у римлян - Юпитер), он находится впятеро дальше от Солнца, чем Земля. Из-за быстрого вращения Юпитер сильно сплюснут: его экваториальный радиус (71 492 км) на 7% больше полярного, что легко заметить при наблюдении в телескоп. Сила тяжести на экваторе планеты в 2,6 раза больше, чем на Земле. Экватор Юпитера наклонен всего на 3° к его орбите, поэтому на планете не бывает смены времен года. Наклон орбиты к плоскости эклиптики еще меньше - всего 1°. Каждые 399 суток повторяются противостояния Земли и Юпитера.

Водород и гелий - основные составляющие этой планеты: по объему соотношения этих газов составляют 89% водорода и 11% гелия, а по массе 80% и 20% соответственно. Вся видимая поверхность Юпитера - это плотные облака, образующие систему темных поясов и светлых зон к северу и югу от экватора до параллелей 40° северной и южной широты. Облака образуют слои коричневатых, красных и голубоватых оттенков. Периоды вращения этих облачных слоев оказались не одинаковыми: чем ближе они к экватору, тем с более коротким периодом вращаются. Так, вблизи экватора они завершают оборот вокруг оси планеты за 9 час 50 мин, а на средних широтах - за 9 час 55 мин. Пояса и зоны - это области нисходящих и восходящих потоков в атмосфере. Атмосферные течения, параллельные экватору, поддерживаются благодаря потокам тепла из глубины планеты, а также быстрому вращению Юпитера и энергии Солнца. Видимая поверхность зон расположена примерно на 20 км выше поясов. На границах поясов и зон наблюдается сильные турбулентные движения газов. Водородно-гелиевая атмосфера Юпитера имеет огромную протяженность. Облачный покров расположен на высоте около 1000 км над «поверхностью», где газообразное состояние меняется на жидкое из-за высокого давления.

Еще до полетов космических аппаратов к Юпитеру было установлено, что поток тепла из недр Юпитера вдвое превышает приток солнечного тепла, получаемого планетой. Это может быть связано с медленным погружением к центру планеты более тяжелых веществ и всплыванием более легких. Падение метеоритов на планету также может быть источником энергии. Окраска поясов объясняется наличием различных химических соединений. Ближе к полюсам планеты, на высоких широтах облака образуют сплошное поле с коричневыми и голубоватыми пятнами поперечником до 1000 км. Самая известная деталь Юпитера - Большое Красное Пятно, овальное образование изменяющихся размеров, расположенное в южной тропической зоне. В настоящее время оно имеет размеры 15000×30000 км (т. е. в нем свободно расположатся два земных шара), а сто лет назад наблюдатели отмечали, что размеры Пятна были вдвое больше. Иногда оно бывает видно не очень четко. Большое Красное Пятно - это долгоживущий вихрь в атмосфере Юпитера, совершающий полный оборот вокруг своего центра за 6 земных суток. Первое исследование Юпитера с близкого расстояния (130 тыс. км) состоялось в декабре 1973 г. с помощью зонда «Пионер-10». Наблюдения, проведенные этим аппаратом в ультрафиолетовых лучах, показали, что планета имеет протяженные водородную и гелиевую короны. Верхний слой облачности, по-видимому, состоит из перистых облаков аммиака, а ниже находится смесь водорода, метана и замерзших кристаллов аммиака. Инфракрасный радиометр показал, что температура внешнего облачного покрова составляет около -133 °С. Было обнаружено мощное магнитное поле и зарегистрирована зона наиболее интенсивной радиации на расстоянии 177 тыс. км от планеты. Шлейф магнитосферы Юпитера заметен даже за орбитой Сатурна.

Трасса «Пионера-11», пролетевшего на расстоянии 43 тыс. км от Юпитера в декабре 1974 г., была рассчитана иначе. Он прошел между радиационными поясами и самой планетой, избежав опасной для электронной аппаратуры дозы радиации. Анализ цветных изображений облачного слоя, полученных фотополяриметром, позволил выявить особенности и структуру облаков. Высота облаков оказалась разной в поясах и зонах. Еще до полетов «Пионера-10 и -11» с Земли при помощи летающей на самолете астрономической обсерватории удалось определить содержание в атмосфере Юпитера других газов. Как и ожидалось, обнаружилось наличие фосфина - газообразного соединения фосфора с водородом (PH 3), придающего цветовую окраску облачному покрову. При нагревании он распадается с выделением красного фосфора. Уникальное взаимное расположение на орбитах Земли и планет-гигантов, имевшее место с 1976 по 1978 гг., было использовано для последовательного изучения Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна с помощью зондов «Вояджер-1 и -2». Их трассы были рассчитаны так, что удалось использовать тяготение самих планет для разгона и поворота трассы полета от одной планеты к другой. В результате перелет к Урану занял 9 лет, а не 16, как было бы по традиционной схеме, а перелет к Нептуну - 12 лет вместо 20. Подобное взаимное расположение планет повторится только через 179 лет.

На основе данных, полученных космическими зондами, и теоретических расчетов построены математические модели облачного покрова Юпитера и уточнены представления о его внутреннем строении. В несколько упрощенном виде Юпитер можно представить в виде оболочек с плотностью, возрастающей по направлению к центру планеты. На дне атмосферы толщиной 1500 км, плотность которой быстро растет с глубиной, находится слой газо-жидкого водорода толщиной около 7000 км. На уровне 0,9 радиуса планеты, где давление составляет 0,7 Мбар, а температура около 6500 К, водород переходит в жидко-молекулярное состояние, а еще через 8000 км - в жидкое металлическое состояние. Наряду с водородом и гелием, в состав слоев входит небольшое количество тяжелых элементов. Внутреннее ядро диаметром 25 000 км металлосиликатное, включающее воду, аммиак и метан. Температура в центре составляет 23 000 К, а давление 50 Мбар. Похожее строение имеет и Сатурн.

Вокруг Юпитера обращаются 63 известных спутника, которые можно разделить на две группы - внутреннюю и внешнюю, или регулярные и иррегулярные; первая группа включает 8 спутников, вторая - 55. Спутники внутренней группы обращаются по почти руговым орбитам, практически лежащим в плоскости экватора планеты. Четыре ближайших к планете спутника - Адрастея, Метида, Амальтея и Теба имеют диаметры от 40 до 270 км и находятся в пределах 2-3 радиусов Юпитера от центра планеты. Они резко отличаются от следующих за ними четырех спутников, расположенных на расстоянии от 6 до 26 радиусов Юпитера и имеющих значительно большие размеры, близкие к размеру Луны. Эти крупные спутники - Ио, Европа, Ганимед и Каллисто были открыты в начале XVII в. почти одновременно Галилео Галилеем и Симоном Марием. Их принято называть галилеевыми спутниками Юпитера, хотя первые таблицы движения этих спутников составил Марий.

Внешняя группа состоит из маленьких - диаметром от 1 до 170 км - спутников, движущихся по вытянутым и сильно наклоненным к экватору Юпитера орбитам. При этом пять более близких к Юпитеру спутника движутся по своим орбитам в сторону вращения Юпитер, а почти все более далекие спутники движутся в обратном направлении. Подробная информация о характере поверхностей спутников получена космическими аппаратами. Остановимся подробнее на галилеевых спутниках. Диаметр ближайшего к Юпитеру спутника Ио 3640 км, а его средняя плотность 3,55 г/см 3 . Недра Ио разогреты из-за приливного влияния Юпитера и возмущений, вносимых в движение Ио его соседями - Европой и Ганимедом. Приливные силы деформируют внешние слои Ио и разогревают их. При этом накопившаяся энергия вырывается на поверхность в виде вулканических извержений. Из жерла вулканов сернистый газ и пары серы выбрасываются со скоростью около 1 км/с на высоту в сотни километров над поверхностью спутника. Хотя в районе экватора температура поверхности Ио составляет в среднем около -140 °C, там существуют горячие пятна размером от 75 до 250 км, в которых температура достигает 100-300 °C . Поверхность Ио покрыта продуктами извержений и имеет оранжевый цвет. Средний возраст деталей на ней небольшой - порядка 1 млн. лет. Рельеф Ио в основном равнинный, но имеется несколько гор высотой от 1 до 10 км. Атмосфера Ио сильно разрежена (практически это вакуум), но за спутником тянется газовый хвост: вдоль орбиты Ио обнаружено излучение кислорода, паров натрия и серы - продуктов вулканических извержении.

Второй из галилеевых спутников - Европа по размеру несколько меньше Луны, его диаметр 3130 км, а средняя плотность вещества около 3 г/см3. Поверхность спутника испещрена сетью светлых и темных линий: по-видимому, это трещины в ледяной коре, возникшие в результате тектонических процессов. Ширина этих разломов меняется от нескольких километров до сотен километров, а протяженность достигает тысяч километров. Оценка толщины коры колеблется от нескольких километров до десятков километров. В недрах Европы также выделяется энергия приливного взаимодействия, которая поддерживает в жидком виде мантию - подледный океан, возможно даже теплый. Не удивительно поэтому, что существует предположение о возможности существования простейших форм жизни в этом океане. Исходя из средней плотности спутника, под океаном должны быть силикатные породы. Поскольку кратеров на Европе, имеющей довольно гладкую поверхность, очень мало, возраст деталей этой оранжево-коричневой поверхности оценивается в сотни тысяч и миллионы лет. На снимках высокого разрешения, полученных «Галилео», видны отдельные поля неправильной формы с вытянутыми параллельными хребтами и долинами, напоминающими шоссейные дороги. В ряде мест выделяются темные пятна, скорее всего это отложения вещества, вынесенного из-под ледяного слоя.

По мнению американского ученого Ричарда Гринберга, условия для жизни на Европе следует искать не в глубоком подледном океане, а в многочисленных трещинах. Из-за приливного эффекта трещины периодически сужаются и расширяются до ширины 1 м. Когда трещина сужается, вода океана уходит вниз, а когда она начинает расширяться, вода поднимается по ней почти до самой поверхности. Сквозь ледяную пробку, мешающую воде достичь поверхности, проникают солнечные лучи, неся энергию, необходимую живым организмам.

Самый крупный спутник в системе Юпитера - Ганимед имеет диаметр 5268 км, однако его средняя плотность лишь вдвое превосходит плотность воды; это говорит о том, что около 50% массы спутника приходится на лед. Множество кратеров, покрывающих участки темно-коричневого цвета, свидетельствует о древнем возрасте этой поверхности, около 3-4 млрд. лет. Более молодые участки покрыты системами параллельных борозд, сформированных более светлым материалом в процессе растяжения ледяной коры. Глубина этих борозд - несколько сотен метров, ширина - десятки километров, а протяженность может доходить до нескольких тысяч километров. У некоторых кратеров Ганимеда встречаются не только светлые лучевые системы (похожие на лунные), но иногда и темные.

Диаметр Каллисто 4800 км. Исходя из средней плотности спутника (1,83 г/см 3), предполагают, что водяной лед составляет около 60% его массы. Толщина ледяной коры, как и у Ганимеда, оценивается десятками километров. Вся поверхность этого спутника сплошь усеяна кратерами самых разных размеров. На нем нет протяженных равнин или систем борозд. Кратеры на Каллисто имеют слабо выраженный вал и небольшую глубину. Уникальной деталью рельефа является многокольцевая структура диаметром 2600 км, состоящая из десяти концентрических колец. Температура поверхности на экваторе Каллисто в полдень достигает -120 °C. У спутника обнаружено собственное магнитное поле.

30 декабря 2000 г. вблизи Юпитера прошел зонд «Кассини», направляющийся к Сатурну. При этом был выполнен ряд экспериментов в окрестности «царя планет». Один из них был направлен на обнаружение очень разреженных атмосфер галилеевых спутников во время их затмения Юпитером. Другой эксперимент состоял в регистрации излучения радиационных поясов Юпитера. Интересно, что параллельно с работой «Кассини» это же излучение регистрировалось с помощью наземных телескопов школьниками и студентами в США. Результаты их исследований были использованы наряду с данными «Кассини».

В результате изучения галилеевых спутников была высказана интересная гипотеза о том, что на ранних стадиях своей эволюции планеты-гиганты излучали в космос огромные потоки тепла. Излучение Юпитера могло плавить льды на поверхности трех галилеевых спутников. На четвертом - Каллисто - этого не должно было произойти, поскольку он удален от Юпитера на 2 млн. км. Поэтому и поверхность его так отличается от поверхностей более близких к планете спутников.

Сатурн

Среди планет-гигантов Сатурн выделяется своей замечательной системой колец. Подобно Юпитеру, он представляет собой огромный быстро вращающийся шар, состоящий преимущественно из жидкого водорода и гелия. Обращаясь вокруг Солнца на расстоянии в 10 раз дальше Земли, Сатурн совершает полный оборот по почти круговой орбите за 29,5 лет. Угол наклона орбиты к плоскости эклиптики составляет всего 2°, в то время как экваториальная плоскость Сатурна наклонена на 27° к плоскости его орбиты, поэтому смена времен года присуща этой планете.

Имя Сатурна восходит к римскому аналогу античного титана Кроноса, сына Урана и Геи. Эта вторая по массе планета превосходит Землю по объему в 800 раз, а по массе в 95 раз. Нетрудно вычислить, что его средняя плотность (0,7 г/см 3) меньше плотности воды - уникально низкая для планет Солнечной системы. Экваториальный радиус Сатурна по верхней границе облачного слоя 60 270 км, а полярный радиус на несколько тысяч километров меньше. Период вращения Сатурна составляет 10 час 40 мин. В атмосфере Сатурна содержится 94% водорода и 6% гелия (по объему).

Нептун

Нептун был открыт в 1846 г. в результате точного теоретического прогноза. Изучив движение Урана, французский астроном Леверье определил, что на седьмую планету влияет притяжение не менее массивного неизвестного тела, и вычислил его положение. Руководствуясь этим прогнозом, немецкие астрономы Галле и Д"Аррест обнаружили Нептун. Позднее выяснилось, что, начиная с Галилея, астрономы отмечали положение Нептуна на картах, но принимали его за звезду.

Нептун - четвертая из планет-гигантов, назван в честь бога морей в античной мифологии. Экваториальный радиус Нептуна (24 764 км) почти в 4 раза превышает радиус Земли, а по массе Нептун в17 раз больше нашей планеты. Средняя плотность Нептуна 1,64 г/см 3 . Он обращается вокруг Солнца на расстоянии 4,5 млрд км (30 а. е.), совершая полный цикл почти за 165 земных лет. Плоскость орбиты планеты наклонена на 1,8° к плоскости эклиптики. Наклон экватора к плоскости орбиты составляет 29,6°. Из-за большой удаленности от Солнца освещенность на Нептуне в 900 раз меньше, чем на Земле.

Данные, переданные «Вояджером-2», который прошел на расстоянии около 5000 км от поверхности облачного слоя Нептуна в 1989 г., позволили увидеть детали облачного покрова планеты. Полосы на Нептуне выражены слабо. Большое темное пятно размером с нашу планету, обнаруженное в южном полушарии Нептуна, является гигантским антициклоном, совершающим полный оборот за 16 земных суток. Это область повышенного давления и температуры. В отличие от Большого Красного Пятна на Юпитере, дрейфующего со скоростью 3 м/с, Большое Темное Пятно на Нептуне перемещается к западу со скоростью 325 м/с. Темное пятно меньших размеров, расположенное на 74° ю. ш., за неделю сместилось на 2000 км к северу. Довольно быстрым движением отличалось и светлое образование в атмосфере - так называемый «скутер». В некоторых местах скорость ветра в атмосфере Нептуна достигает 400-700 м/с.

Как и у других планет-гигантов, атмосфера у Нептуна в основном состоит из водорода. На долю гелия приходится около 15%, и 1% - на долю метана. Видимый облачный слой соответствует давлению 1,2 бар. Предполагается, что на дне нептунианской атмосферы находится океан из воды, насыщенной различными ионами. Значительное количество метана, по-видимому, содержится глубже, в ледяной мантии планеты. Даже при температуре в тысячи градусов, при давлении в 1 Мбар смесь воды, метана и аммиака может образовать твердые льды. На долю горячей ледяной мантии, вероятно, приходится 70% массы всей планеты. Около 25% массы Нептуна должно, по расчетам, принадлежать ядру планеты, состоящему из окислов кремния, магния, железа и его соединений, а также каменных пород. Модель внутреннего строения планеты показывает, что давление в ее центре около 7 Мбар, а температура около 7000 К. В отличие от Урана, поток тепла из недр Нептуна почти втрое больше тепла, получаемого от Солнца. Этот феномен связывают с выделением тепла при радиоактивном распаде веществ с большим атомным весом.

Магнитное поле Нептуна вдвое слабее, чем поле Урана. Угол между осью магнитного диполя и осью вращения Нептуна 47°. Центр диполя смещен на 6000 км в южное полушарие, поэтому магнитная индукция у южного магнитного полюса в 10 раз выше, чем у северного.

Кольца Нептуна в целом похожи на кольца Урана, с той лишь разницей, что суммарная площадь вещества в кольцах Нептуна в 100 раз меньше, чем в кольцах Урана. Отдельные дуги колец, окружающих Нептун, были обнаружены при покрытиях звезд планетой. На снимках «Вояджера-2» вокруг Нептуна видны незамкнутые образования, которые назвали арками. Они расположены на сплошном самом внешнем кольце малой плотности. Диаметр внешнего кольца 69,2 тыс. км, а ширина арок примерно 50 км. Другие кольца, находящиеся на расстояниях от 61,9 тыс. км до 62,9 тыс. км, замкнутые. При наблюдениях с Земли к середине ХХ века были найдены 2 спутника Нептуна - Тритон и Нереида. «Вояджер-2» обнаружил еще 6 спутников размером от 50 до 400 км и уточнил диаметры Тритона (2705 км) и Нереиды (340 км). В 2002-03 гг. при наблюдениях с Земли были открыты еще 5 далеких спутников Нептуна.

Крупнейший спутник Нептуна - Тритон обращается вокруг планеты на расстоянии 355 тыс. км с периодом около 6 суток по круговой орбите, наклоненной на 23° к экватору планеты. При этом он единственный из внутренних спутников Нептуна, движущийся по орбите в обратном направлении. Период осевого вращения Тритона совпадает с его орбитальным периодом. Средняя плотность Тритона 2,1 г/см3. Температура поверхности очень низкая (38 К). На космических снимках большая часть поверхности Тритона представляет собой равнину с множеством трещин, отчего она напоминает дынную корку. Южный полюс окружает светлая полярная шапка. На равнине обнаружены несколько впадин поперечником 150 - 250 км. Вероятно, ледяная кора спутника многократно перерабатывалась в результате тектонической активности и падения метеоритов. У Тритона, по-видимому, есть каменное ядро радиусом около 1000 км. Предполагается, что ледяная кора толщиной около 180 км покрывает водный океан глубиной около 150 км, насыщенный аммиаком, метаном, солями и ионами. Разреженная атмосфера Тритона в основном состоит из азота, небольшого количества метана и водорода. Снег на поверхности Тритона - это иней азота. Полярная шапка также образована азотным инеем. Удивительные образования, выявленные на полярной шапке - темные пятна, вытянутые к северо-востоку (их было найдено около пятидесяти). Они оказались газовыми гейзерами, поднимающимися на высоту до 8 км, и затем превращающиеся в шлейфы, тянущиеся примерно на 150 км.

В отличие от остальных внутренних спутников, Нереида движется по очень вытянутой орбите, своим эксцентриситетом (0,75) больше похожей на орбиту комет.

Плутон

Плутон, после его открытия в 1930 г., считался самой маленькой планетой Солнечной системы. В 2006 г. решением Международного астрономического союза он был лишен статуса классической планеты и стал прототипом нового класса объектов - карликовых планет. Пока в группу планет-карликов кроме него входят астероид Церера и несколько недавно открытых объектов в поясе Койпера, за орбитой Нептуна; один из них даже превышает размером Плутон. Нет сомнений, что в поясе Койпера обнаружатся и другие подобные объекты; так что планет-карликов в Солнечной системе может оказаться довольно много.

Плутон обращается вокруг Солнца за 245,7 лет. В момент своего открытия он был довольно далеко от Солнца, занимая месту девятой планеты Солнечной системы. Но орбита Плутона, как оказалось, имеет значительный эксцентриситет, поэтому в каждом орбитальном цикле он в течение 20 лет находится ближе к Солнцу, чем Нептун. В конце ХХ столетия как раз был такой период: 23 января 1979 г. Плутон пересек орбиту Нептуна, так что оказался ближе него к Солнцу и формально превратился в восьмую планету. В этом статусе он пребывал до по 15 марта 1999 г. Пройдя через перигелий своей орбиты (29,6 а. е.) в сентябре 1989 г., Плутон теперь удаляется в сторону афелия (48,8 а. е.), которого он достигнет в 2112 г., а первый после своего открытия полный оборот вокруг Солнца завершит лишь в 2176 г.

Чтобы понять интерес астрономов к Плутону, нужно вспомнить историю его открытия. В начале ХХ века, наблюдая за движением Урана и Нептуна, астрономы заметили некоторую странность в их поведении и предположили, что за орбитами этих планет существует еще одна, неоткрытая, гравитационное влияние которой сказывается на движении известных планет-гигантов. Астрономы даже рассчитали предполагаемое место этой планеты, - «Планеты Х», - хотя и не очень уверенно. После длительных поисков, в 1930 г. американский астроном Клайд Томбо открыл девятую планету, названную именем бога подземного мира - Плутона. Однако открытие, по-видимому, было случайным: последующие измерения показали, что масса Плутона слишком мала, чтобы его гравитация заметным образом отразилась на движении Нептуна и, тем более, Урана. Орбита Плутона оказалась значительно более вытянутой, чем у других планет, и заметно наклоненной (17°) к эклиптике, что также не характерно для планет. Некоторые астрономы склонны считать Плутон «неправильной» планетой, больше похожей на стероид или на потерянный спутник Нептуна. Однако у Плутона есть свои спутники, а по временам бывает и атмосфера, когда покрывающие его поверхность льды испаряются в области перигелия орбиты. Вообще же Плутон исследован очень слабо, поскольку к нему пока не долетел ни один зонд; до недавних пор не предпринималось даже таких попыток. Но в январе 2006 г. к Плутону стартовал аппарат «New Horizons» (NASA), который должен пролететь мимо планеты в июле 2015 г.

Измеряя интенсивность отраженного Плутоном солнечного света, астрономы установили, что видимый блеск планеты периодически меняется. Этот период (6,4 сут) был принят за период осевого вращения Плутона. В 1978 г. американский астроном Дж. Кристи обратил внимание на неправильную форму изображения Плутона на фотоснимках, полученных с наилучшим угловым разрешением: размытое пятнышко изображения часто мело выступ с одной стороны; его положение также изменялось с периодом 6,4 сут. Кристи заключил, что у Плутона имеется довольно крупный спутник, который назвали Хароном по имени мифического лодочника, перевозившего души умерших по рекам в подземном царстве мертвых (владыкой этого царства, как известно, был Плутон). Харон появляется то с севера, то с юга от Плутона, поэтому стало ясно, что орбита спутника, как и ось вращения самой планеты, сильно наклонена к плоскости ее орбиты. Измерения показали, что угол между осью вращения Плутона и плоскостью его орбиты составляет около 32°, а вращение обратное. Орбита Харона лежит в экваториальной плоскости Плутона. В 2005 г. были открыты еще два небольших спутника - Гидра и Никс, обращающиеся дальше Харона, но в той же плоскости. Таким образом, Плутон со своими спутниками напоминает Уран, который вращается, «лежа на боку».

Период вращения Харона, составляющий 6,4 суток, совпадает с периодом его движения вокруг Плутона. Как и Луна, Харон всегда обращен к планете одной стороной. Это свойственно всем спутникам, движущимся недалеко от планеты. Удивительно другое - Плутон также обращен к Харону всегда одной и той же своей стороной; в этом смысле они равноправны. Плутон и Харон - уникальная двойная система, очень компактная и имеющая беспрецедентно высокое отношение масс спутника и планеты (1:8). Отношение масс Луны и Земли, например, составляет 1:81, а у других планет аналогичные отношения гораздо меньше. По существу, Плутон и Харон - двойная карликовая планета.

Наилучшие изображения системы Плутон - Харон были получены Космическим телескопом «Хаббл». По ним удалось определить расстояние между спутником и планетой, оказавшееся всего около 19 400 км. Используя затмения звезд Плутоном, а также взаимные затмения планеты ее спутником, удалось уточнить их размеры: диаметр Плутона по недавним оценкам составляет 2300 км, а диаметр Харона - 1200 км. Средняя плотность Плутона находится в пределах от 1,8 до 2,1 г/см 3 , а Харона - от 1,2 до 1,3 г/см 3 . По-видимому, внутреннее строение Плутона, состоящего из каменных пород и водяного льда, отличается от строения Харона, больше похожего на ледяные спутники планет-гигантов. Поверхность Харона на 30% темнее, чем у Плутона. Различен и цвет у планеты и спутника. По-видимому, они образовались независимо друг от друга. Наблюдения показали, что в перигелии орбиты яркость Плутона заметно увеличивается. Это дало основание предположить появление у Плутона временной атмосферы. При покрытии звезды Плутоном в 1988 г. яркость этой звезды убывала постепенно в течение нескольких секунд, из чего было окончательно установлено наличие у Плутона атмосферы. Главной ее составляющей, скорее всего, служит азот, а из других компонентов возможно наличие метана, аргона и неона. Толщина слоя дымки оценивается в 45 км, а самой атмосферы - в 270 км. Содержание метана должно меняться в зависимости от положения Плутона на орбите. Плутон прошел перигелий в 1989 г. Расчеты показывают, что часть отложений замерзшего метана, азота и углекислого газа, имеющихся на его поверхности в виде льдов и инея, при приближении планеты к Солнцу переходит в атмосферу. Максимальная температура поверхности Плутона составляет 62 К. Поверхность Харона, по-видимому, образована водяным льдом.

Итак, Плутон - это единственная планета (хоть и карликовая), атмосфера у которой то возникает, то исчезает, как у кометы во время ее движения вокруг Солнца. С помощью космического телескопа «Хаббл» в мае 2005 года были обнаружены два новых спутника карликовой планеты Плутон, получившие названия Никта и Гидра. Орбиты этих спутников располагаются за орбитой Харона. Никта находится на расстоянии около 50000 км от Плутона, а Гидра - около 65 000 км. Миссия «Новые горизонты», стартовавшая в январе 2006 г., предназначена для изучения окрестностей Плутона и Пояса Койпера.

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №4»

Муниципальная научно-исследовательская

Конференция школьников

«Открытие»

Секция «Астрономия»

Планеты солнечной системы:

взгляд из прошлого в настоящее

исследовательская работа

Выполнена ученицей

6-а класса МОУ «СОШ №4»

г. Валуйки Белгородской области

Пахомовой Дарьей Викторовной

Научный руководитель:

Алексеева Майя Альбертовна,

учитель физики и астрономии

МОУ «СОШ №4» г. Валуйки

Белгородской области

Астрономия заставляет душу смотреть вверх и ведет нас из этого мира в другой.

Платон

Оглавление

Введение………………………………………………………………… ..4

Результаты поисково-исследовательской деятельности………………………………………………………………

Глава 1 «Обзор научной и научно-популярной литературы» ………6

Глава 2 «Планеты Солнечной системы»………………………………..8

2.1 « Планеты земной группы »…………………………………...8

2.2 «Планеты-гиганты» …………………………………………10

2.3 «Планеты – карлики» ………………………………………...12

Глава 3 «Наблюдение – основной метод изучения астрономии.

Результаты собственных наблюдений»……………………………....13

Глава 4 «Анализ данных и оформление выводов»…………………….17

Заключение………………………………………………………………..18

Литература…………………………………………………………………19

Введение

Жизнь человека – движение по пути познания. Каждый шаг может обогащать нас, если благодаря новому опыту мы начинаем видеть то, чего ранее не замечали или не понимали, чему не придавали значения.

Каждый из нас изначально по своей природе – исследователь. Мы можем эту способность подавить, а можем развить, освоив наработанные способы организации исследовательской деятельности.

Исследовательская работа учитывает образовательные потребности учеников, выходящие за рамки того или иного школьного предмета, ориентирует на овладение методами самостоятельного научного труда, что в результате подготовит к успешной сдаче экзаменом, поступлению в вузы, выбору профессии.

До сих пор остается без ответа вопрос, касающийся происхождения Солнечной системы. Основная трудность состоит в том, что иные системы, подобные нашей, в других стадиях развития мы наблюдать не можем. Солнечную систему сравнить пока что не с чем. Но гипотез, рассматривающих возникновение Солнечной системы, выдвигалось и до сих пор выдвигается очень много.

В центре Солнечной системы находится Солнце, вокруг которого, кроме нашей Земли, вращается еще 7 планет: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Все они движутся на разных расстояниях от солнца и вращаются вокруг собственной оси. Далёкие «земли» - планеты – это «сестры» нашей Земли и самые ближайшие к нам небесные тела в бесконечной и загадочной Вселенной. Планеты, освещенные солнечным светом, можно увидеть на звездном небе невооруженным глазом, а в телескопе нетрудно заметить даже их диски. Но несмотря на то, что наука в настоящее время способна ответить на многие вопросы, касающиеся характеристик планет, каждая из них хранит множество загадок, так и не решенных поныне. Попытка разгадать тайны Вселенной или хотя бы приблизиться к этому – цель нашей исследовательской деятельности.

К принятию решения выступить с результатами нашей исследовательской деятельности подтолкнуло участие в научно-исследовательской конференции «Первые шаги в науке» в номинации «Астрономия».

Объектом исследовательской работы избраны планеты Солнечной системы.

Предметом исследования определены:

достижения научной астрономической мысли с древности до наших дней;

гипотезы о происхождении планет и модели Вселенной;

сравнительная характеристика планет солнечной системы;

Актуальность выбранной проблемы исследования объясняем тем, что:

не ослабевает научный интерес к изучению тайн Вселенной;

в последнее время появилось много сенсаций в этой области, в частности, связанные с открытием так называемой десятой планеты;

современные школьники не владеют достаточной информацией о планетах Солнечной системы, и результаты нашей работы будут интересны и полезны другим любознательным ребятам;

В ходе исследования предусматривается решение следующих задач:

изучение всех материалов по открытию и исследованию планет Солнечной системы;

систематизация вопросов, связанных с историей открытия и исследования планет, попытка найти на них вопросы на уровне современных знаний;

Методы исследования:

изучение научной литературы, посвященной проблеме исследования;

наблюдение

анализ и синтез собранного материала;

Результаты поисково-исследовательской деятельности

Глава 1

Обзор научной и научно-популярной литературы

Все планеты Солнечной системы астрономы разделили на 3 класса:

планеты земной группы

планеты-гиганты

планеты-карлики

Очень много для развития взглядов о строении Вселенной сделали древнегреческие ученые. Один из них – великий Пифагор (ок. 580-500 до н.э.) первым предположил, что Земля вовсе не плоская, а имеет форму шара. Правильность этого предположения доказал другой великий грек – Аристотель (з84 – 322 до н.э.). Аристотель предложил свою модель строения Вселенной. В центре её, по мнению ученого, расположена неподвижная Земля, вокруг которой вращаются восемь небесных сфер. На них закреплены небесные тела.

Человеком, которому удалось создать новую модель Вселенной, стал польский астроном Николай Коперник (1473-1543). Он сделал вывод о том, что Земля вращается вокруг Солнца.

Много сделал для развития учения Коперника итальянский ученый Галилео Галилей (1564 – 1642). В своих наблюдениях за небесными телами он впервые использовал телескоп, который изготовил самостоятельно.

Впервые разговор о происхождении планет завел французский ученый Жорж Бюффон , предположивший, что Земля возникла в результате катастрофы. По мнению ученого, огромная комета столкнулась с Солнцем, и при столкновении образовалось большое количество «брызг». Самые крупные «брызги», постепенно остывая, превратились в планеты.

По-иному видел образование планет немецкий философ Имманул Кант , выдвинувший в середине 18 века свою гипотезу. Его смелая идея, суть которой заключалась в том, что Солнечная система возникла из облака холодных пылинок, находившихся в беспорядочном (хаотичном) движении, дала пищу для размышления многим ученым мужам того времени.

В 1796 году, французский ученый Пьер Лаплас подробнейшим образом изложил гипотезу возникновения Солнца и планет из вращающейся раскаленной газовой туманности. По его представлению, туманность, постепенно остывая, сжималась. В результате образовались кольца, которые уплотнялись и превращались в планеты. Из центрального сгустка возникло Солнце.

До недавнего времени самой разработанной теорией происхождения Солнечной системы считалась гипотеза русского ученого, академика О.Ю. Шмидта . Хотя и до него существовала немало различных и даже самых невероятных предположений. Шмидт в 1944 году первоначально исходил из того, что не только в нашей Системе, но и во всей Вселенной в изобилии встречается метеоритное вещество (как в форме различных кусков, так и в виде пыли). Это вещество в основном собрано в огромнейшие космические облака, содержащие еще и колоссальное количество газа. Академик полагал, что миллиарды лет назад Солнце было окружено подобным гигантским облаком, состоящем из некоего допланетного (метеоритного) вещества: частичек пыли и замерзшего газа. Весь этот «мусор» обращался вокруг Солнца. Постоянно двигаясь, сталкиваясь и притягивая друг друга, частички «слипались» и формировали сгустки. Со временем облако сплющилось, а сгустки стали двигаться по орбитам. Именно из этих сгустков, согласно гипотезе Шмидта, образовались планеты Солнечной системы.

Глава 2 «Планеты солнечной системы»

Глава 2.1

Планеты земной группы

Меркурий - самая близкая к , обращающаяся вокруг Солнца за 88 земных суток. Планета названа древними римлянами в честь бога торговли быстроногого , поскольку она движется по небу быстрее других планет.

После лишения в статуса планеты, Меркурию перешло звание самой маленькой планеты Солнечной системы. О планете пока известно сравнительно немного. Только в учёные составили первую полную карту Меркурия, используя снимки аппаратов « » и « ». Естественных у планеты не обнаружено. Из-за близости к Солнцу поверхность планеты нагревается до +400 0 С. Меркурий

практически лишен атмосферы.

Вене́ра - вторая внутренняя с периодом обращения в 224,7 земных суток. Планета получила своё название в честь , любви в

Венера - третий по яркости объект на небе Земли после и . Поскольку Венера ближе к Солнцу, чем , она никогда не удаляется от Солнца более чем на 47,8° (для земного наблюдателя). Своей максимальной яркости Венера достигает незадолго до восхода или через некоторое время после захода Солнца, что дало повод называть её также Вечерняя звезда или Утренняя звезда .

Венера классифицируется как планета, и иногда её называют «сестрой Земли», потому что обе планеты похожи размерами, силой тяжести и составом. Поверхность Венеры скрывает чрезвычайно густая облачность из . Споры о том, что находится под густой облачностью Венеры, продолжались до двадцатого столетия, пока многие из тайн Венеры не были приоткрыты .

У Венеры самая плотная среди прочих землеподобных планет , состоящая главным образом из . Такая атмосфера удерживает тепло, поэтому температура на Венере - до +500 0 С

Удивительно низкое число говорит в пользу того, что поверхность Венеры относительно молода, и ей приблизительно 500 миллионов лет.

Земля́ - третья от , крупнейшая по , и среди .

Единственное известное человеку на данный момент тело Солнечной системы, населённое . Жизнь появилась на Земле около . С тех пор Земли значительно изменила .

Земля обращается вокруг Солнца и делает вокруг него полный оборот примерно за 365,26 дней.

Более 70% поверхности Земли покрыто водой, чего не встретишь на остальных планетах.

Марс - четвёртая по удалённости от Солнца и предпоследняя по размерам ; планеты составляет 10,7 % массы . Названа в честь - бога войны. Иногда Марс называют «красной планетой» из-за красноватого оттенка поверхности.

Марс - с разреженной (давление у поверхности в 160 раз меньше земного). Особенностями поверхностного рельефа Марса можно считать наподобие , а также , , и наподобие .

У Марса есть два естественных спутника - и .

Глава 2.2

Планеты-гиганты

Юпи́тер - пятая от , крупнейшая в .

Планета была известна людям с глубокой древности. Современное название Юпитера происходит от имени .

Ряд атмосферных явлений на Юпитере - такие, как , , , - имеют масштабы, на порядки превосходящие земные. Примечательным образованием в атмосфере является - гигантский шторм, известный с .

Юпитер имеет, по крайней мере, 67 , самые крупные из которых - , , и - были открыты в .

Юпитера проводятся при помощи наземных и орбитальных .

Во время (одно из которых происходило в сентябре ) Юпитер виден невооружённым глазом как один из самых ярких объектов на ночном небосклоне после и .

Сату́рн - шестая от и вторая по размерам планета в после . Сатурн назван в честь .

В основном Сатурн состоит из , с примесями гелия и следами воды, , и тяжёлых элементов.

Скорость ветра на Сатурне может достигать местами 1800 км/ч, что значительно больше, чем на Юпитере. У Сатурна имеется планетарное магнитное поле, которое простирается на 1 000 000 километров в направлении Солнца.

Сатурн обладает заметной системой колец, состоящей главным образом из частичек льда, меньшего количества тяжёлых элементов и пыли.

Вокруг планеты обращается 62 известных на данный момент , и - самый крупный из них.

Ура́н - седьмая по удалённости от , третья по диаметру и четвёртая по массе . Была открыта в английским астрономом и названа в честь греческого бога неба .

Уран стал первой планетой, обнаруженной в и при помощи телескопа. Несмотря на то, что порой Уран различим невооружённым глазом, более ранние наблюдатели не догадывались, что это планета, из-за его тусклости и медленного движения.

В недрах Урана отсутствует металлический водород, но зато много высокотемпературных модификаций . Основу атмосферы Урана составляют и . Это самая холодная планетарная атмосфера с минимальной температурой -224 °C.

У Урана имеется и 27 .

Непту́н - восьмая и самая дальняя . Нептун также является четвёртой по и третьей по планетой. Масса Нептуна в 17,2 раза, а диаметр экватора в 3,9 раза больше таковых у Земли. Планета была названа в честь .

Обнаруженный , Нептун стал первой планетой, открытой благодаря расчётам, а не путём регулярных наблюдений. Вскоре был открыт и его спутник , однако остальные 12 спутников, известные ныне, были неизвестны до .

Нептун по составу близок к , и обе планеты отличаются по составу от более крупных планет-гигантов - и ..

В атмосфере Нептуна бушуют самые сильные ветры среди планет , по некоторым оценкам, их скорости могут достигать 2100 км/ч. Во время пролёта « » в в южном полушарии Нептуна было обнаружено так называемое , аналогичное на .

Глава 2.3

Планеты-карлики

Изучая природоведение в 5 классе, я обратила внимание на тот факт, что в августе 2006 года Ассамблея Международного астрономического союза исключила Плутон из класса планет и перевела его в класс планет-карликов.

Меня заинтересовал этот вопрос, и я стала исследовать данную проблему. Оказалось, что 5 января 2005 года был замечен интересный объект, который в дальнейшем и послужил «яблоком раздора» в астрономических кругах. Была открыта, как показалось, новая, десятая, планета. Ей дали имя Эрис, или Эрида, в честь мифологической Эриды, которая вызвала ссору богов, подкинув им то самое яблоко раздора, в результате чего началась Троянская война. Так как в 2006 году процедура «отставки» Плутона вызвала горячие споры, название Эрис получилось очень удачным.

Астрономы сообщили, что эта маленькая планета, лишившая Плутона звания полноценной планеты, на самом деле является холодным близнецом Плутона.

Ученые предполагают, что Эрис имеет богатую метаном атмосферу, которая периодически замерзает и оттаивает, поддерживая таким образом яркость ледяной поверхности карликовой планеты.

В апреле 2006 года был опубликован документ, в котором представлены результаты измерений диаметра и светимости объекта, выполненные с помощью космического телескопа Хаббл. Оказалось, что диаметр Эриды - 2326 х12 км. (лишь на 6% больше диаметра Плутона), а светимость -86 %. Таким образом, поверхность планеты Эрис имеет второй показатель отражаемости в Солнечной системе. Спектроскопические наблюдения показывают, что поверхность объекта покрыта метановым снегом, чем и объясняется отражаемость. Этим Эрида похожа на Плутон и спутник Нептуна Тритон. Однако Плутон и Тритон красноватые, а Эри серого цвета.

Астроном Калифорнийского института Майк Браун, чья группа обнаружила Эрис, предполагает, что она тяжелее Плутона на 27%, и, следовательно, должна содержать больше камня и меньше льда.

Измерения теплового потока от Эриды позволяют на основе закона Стефана Больцмана рассчитать, что сейчас средняя температура её поверхности составляет около – 253 0 С, а в ближайшей к Солнцу точке орбиты температура может достичь – 230 0 С.

Группа астрономов под руководством француза Бруно Сикара установила, что карликовая планета Эрида обладает временной атмосферой. Когда планета подходит близко к Солнцу, тонкий слой замерзших газов, покрывающих поверхность Эриды, способен образовать временную воздушную оболочку карликовой планеты. Как предполагается, атмосфера у Эрис появится к середине 23 века, то есть через 250 лет.

Эрида в отличие от классических планет и старых карликовых планет Цереры и Плутона не имеет официального символа. Используются следующие символы: «рука Эриды», «яблоко раздора», «глаз провидения», предложенный астрологами.

Глава 3

«Наблюдение – основной метод изучения астрономии»

Каким же образом астрономы получают информацию об изучаемых объектах? Безусловно, основными источниками информации здесь являются наблюдения.

Астрономия – одна из древнейших наук. Сознательными наблюдениями за небесными светилами люди стали заниматься очень давно, одновременно со своими основными занятиями (скотоводство, морская навигация, культовое служение и т.п.), поэтому всех ранних исследователей неба формально можно было бы причислить к астрономам-любителям.

Визуальный метод предполагает наблюдения небесных объектов и явлений невооружённым глазом и в телескоп. Приёмником информации является глаз человека.

Особенность астрономических наблюдений состоит в том, что наблюдения пассивны и иногда требуют очень длительных сроков. Мы не можем активно влиять на небесные тела, ставить опыты (за исключением редких случаев), как это делают в физике, в биологии. Лишь космонавтика дала в этом отношении некоторые возможности.

К тому же мы наблюдаем положения небесных тел и их движения с Земли, которая сама находится в сложном движении.

Главным прибором астронома является телескоп.
Назначение телескопа - собирать больше света, чтобы обнаруживать слабые источники излучения, и увеличивать угол зрения, под которым рассматривают небесный объект.

В телескопе получается перевернутое изображение. Но это не важно, так как в космосе, вне Земли, нет ни верха, ни низа. Выпрямление изображения требует введения дополнительных линз или зеркал, а они вносят лишние потери света.

Результаты собственных наблюдений

Наблюдения невооруженным глазом:

Планета Венера более доступна для наблюдений невооруженным глазом. Венеру можно наблюдать в течение нескольких часов после захода Солнца как «Вечернюю звезду» или перед восходом - как «Утреннюю звезду».

Я использовала самый легкий способ наблюдения Венеры невооруженным глазом: нужно найти планету во время её восхода на утреннем небе и не упускать из вида после восхода Солнца до тех пор, пока это возможно. В благоприятные периоды видимости (а это было в течение второй половины октября) и при наличии идеального состояния атмосферы Венеру удается не упускать из вида довольно продолжительное время. Шансы на успех увеличиваются, если заслонить Солнце искусственной или естественной преградой. Например, найти удобное место, чтобы высоко стоящее дерево или здание могло заслонить яркое Солнце, но не закрывало планету.

Наблюдения в бинокль или подзорную трубу:

Бинокль - отличный инструмент для поиска Венеры и проведения её простейших наблюдений. Поиски Венеры лучше всего проводить в хорошую погоду, когда небо синее и видны далекие строения на линии горизонта, что говорит о высокой прозрачности атмосферы. В качестве ориентира при поиске планеты я стараюсь выбрать Луну, которая обычно без труда видна на светлом небе.

Наблюдения в телескоп:

С точки зрения наблюдателя Юпитер – одна из самых интересных планет Солнечной системы. Это очень динамичная планета, где постоянно что-то происходит, что меняет ее внешний вид. Сколько бы вы ни направляли на нее телескоп, вам не удастся увидеть одно и то же.

В августе этого года мне посчастливилось побывать в г. Коктебель (республика Крым) и удалось направить на Юпитер небольшой линзовый телескоп (60–90 мм) с увеличением в 150 х, отчетливо были видны северный и южный экваториальные пояса, располагающиеся соответственно чуть выше и чуть ниже экватора планеты. Также можно рассмотреть третий пояс – Южный Умеренный Пояс. Яркая полоса между ЮЭП и ЮУП - Южная Тропическая Зона, и именно в ней располагается легендарное Большое Красное Пятно, которое просматривалось как овальное пятнышко немного темнее окружающего фона.

Уникальное красивое астрономическое могли наблюдать земляне 6 июня 2012 года: в одну линию выстроились Солнце, Венера и Земля. Астрономы-любители наблюдали транзит Венеры по диску Солнца. К сожалению, невооруженным глазом ничего нельзя было разглядеть, а вот с помощью телескопа астрономы можно было наблюдать движение "маленькой точки" на фоне солнечного диска.

Просмотр видео в сети Интернет:

Современные информационные технологии позволяют разместить в социальных Сетях огромное количество информации, а пользователи - получить возможность ознакомится с ней. К сожалению, информация зачастую бывает неправдоподобной.

Так, в третьей декаде августа Интернет пестрел сенсационными призывами: «27 августа в 00:30 подними глаза и посмотри на ночное небо. В эту ночь планета Марс пройдет всего лишь в 34,65 тыс. милях от Земли. Невооруженным глазом это будет выглядеть как две Луны над Землей! Следующий раз Марс будет так близко к Земле только в 2287 году».

Последнее великое противостояние Марса было 27 Августа 2003 года, именно с этих пор пошла байка про «супермарсы». На самом деле Марс тогда подошел на расстояние в тысячу раз меньшее, чем объявленное в сообщениях и выглядел он, как 50 копеечная монетка с расстояния 170 метров. Следующее великое противостояние Марса будет в 2018.

Но мне, как наблюдателю, не спавшему в ночь с 27-го на 28-е августа 2012 года, пришлось разочароваться: я увидела изумительный звездный дождь из созвездия Персея – Персеиды.

Сравнение видимых размеров Марса

в период максимального сближения с землёй и Луны .
Разве это похоже на две Луны???

Конец 2012г. Интернет пестрел сообщениями, отснятыми в компьютерной графике видео с анонсами предстоящего 21 декабря грандиозного космического явления – Великого Парада планет, когда все планеты выстроятся в один ряд по ту сторону Солнца и пересекут Млечный Путь.

Эти сообщения сопровождались предсказаниями о нарушении Вселенского равновесия и наступлением очередного конца света. Конца света не случилось, но может быть, кто-то по-новому оценил смысл жизни.

И вот последние новости. В средствах массовой информации появились сообщения, что в скором времени на Землю обрушится большой поток солнечных частиц. После сильнейших возмущений на Солнце, они достигнут поверхности Земли за 8 секунд. Результатом их воздействия могут быть глобальные катастрофы в энергетике. Предполагается выход из строя ядерных реакторов, энергосистемы. Ученые-астрофизики могут предупредить население планеты о надвигающейся беде за двое суток и люди смогут принять меры по своей защите.

Глава 4

Анализ данных и оформление выводов

Сегодня ученые придерживаются гипотезы что Солнце и планеты возникли одновременно из межзвёздного вещества: частичек газа и пыли. Это вещество было холодным и, постепенно уплотняясь и сжимаясь, в конце концов распалось на неравные по величине сгустки.

Солнечная система еще изучается и, может быть, в ближайшем будущем именно обнаружение самого большого объекта Солнечной системы на сегодняшний день и привело к тому, что Плутон перевели из класса планет в класс планет-карликов.

Открытие Эриды стало одной из астрономических сенсаций последнего времени, и в настоящее время она является самым большим объектом, обнаруженным в Солнечной системе после открытия Нептуна в 1846 году.

Заключение

Проведенная исследовательская работа имеет, на наш взгляд, общественное значение и практическую ценность. В результате исследовательской деятельности привлечено внимание к новым открытиям в области астрономии.

Благодаря целенаправленной поисковой работе систематизированы научные данные, связанные с историей открытия и исследования планет, найдены факты на уровне современных знаний, пополнены справочный фонд научного общества учащихся и методическая копилка школьного кабинета физики.

Анализ и систематизация собранного материала показали, что полученные в результате исследования сведения выходят за рамки поставленных в данной работе задач, что дает перспективу для дальнейшей работы в выбранном направлении.

Литература

Все о … Детская энциклопедия: Космос/Авт.-сост.Л.Бурмистрова. – М.: «Издательство Астрель», 2000

Итальянская Е.Г., Маркова С.Н. Тайны космоса. – М.: ООО «Издательство «РОСМЭН-ПРЕСС», 2003

Плешаков А.А. Природоведение. 5 класс. – М.: Дрофа, 2010

Симон Ф., Лор-Буэ М. Тайны Вселенной.- М.: ООО «Издательская группа «Азбука-Аттикус», 2011 starmission . ru /сайт «Новости астономии, астофизики и космонавтики со всей Вселенной»

РЕГИОНАЛЬНЫЙ ЭТАП XI ВСЕРОССИЙСКОГО ДЕТСКОГО КОНКУРСА НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ И ТВОРЧЕСКИХ РАБОТ «ПЕРВЫЕ ШАГИ В науке »

Секция: физика

Тема: Планеты Солнечной системы: взгляд из прошлого в настоящее

Научный руководитель: Алексеева Майя Альбертовна

Место выполнения работы: МОУ «СОШ № 4» города Валуйки

201 3

После успешного опыта посылки советских автоматических межпланетных станций к Луне в 1959 г., в начале 60-х гг. в нашей стране были предприняты первые запуски космических аппаратов к планетам Солнечной системы: в 1961 г. к Венере и в 1962 г. к Марсу. АМС «Венера-1» преодолела расстояние до Венеры за 97 суток, АМС «Марс-1» затратила на перелет Земля - Марс более 230 суток. В дальнейшем сроки перелета к Венере были увеличены до 117-120 суток, так как при этом скорость сближения с планетой была ниже, что облегчало спуск в атмосфере и мягкую посадку на планету.

Перелеты к Марсу, в зависимости от его положения на орбите, занимают от 6 до 10 месяцев.

Первая жесткая посадка на Венеру была осуществлена советской станцией «Венера-3» 1 марта 1966 г., плавный спуск в атмосфере с передачей большого комплекса научных данных впервые совершила АМС «Венера-4» 18 октября 1967 г., а мягкую посадку на поверхность Венеры произвела АМС «Венера-7» 15 декабря 1970 г. В октябре 1975 г. вышел на орбиту первый искусственный спутник Венеры - «Венера-9».

Первая передача изображений поверхности другой планеты (Марса) была осуществлена американским космическим аппаратом «Маринер-4» в июле 1965 г., первым искусственным спутником Марса стал «Мари-нер-9» (США) 14 ноября 1971 г., а спустя две недели искусственными спутниками планеты стали советские АМС «Марс-2» и «Марс-3». Первую мягкую посадку на поверхность Марса произвел спускаемый аппарат АМС «Марс-3» в начале декабря 1971 г.

Подлет к Меркурию с передачей изображений его поверхности с близкого расстояния был осуществлен американским космическим аппаратом «Маринер-10» в марте 1974 г., подлет к Юпитеру - «Пионером-10» (США) в декабре 1974 г. Фотографии Венеры с большого расстояния передал тот же «Маринер-10» в феврале 1974 г., первые панорамные изображения поверхности Венеры с нее самой передали советские АМС «Венера-9» и «Венера-10» в октябре 1975 г., а панорамные изображения поверхности Марса - американские спускаемые аппараты «Викинг-1» и «Викинг-2», начиная с 20 июля 1976 г.

Применение космических аппаратов намного расширило возможность исследования планет. Основными методами научных исследований при этом являются следующие:

1. Прямое фотографирование планеты с более или менее близкого расстояния или небольших участков ее поверхности как с орбиты или пролетной траектории, так и с самой поверхности планеты. Примеры применения этого метода уже приводились выше. Иногда съемка производилась с использованием светофильтров («Марс-3», «Маринер-10»).

Полученные изображения передаются на Землю методом, давно уже используемым в «земном» телевидении: изображение развертывается построчно в цепь сигналов, которые передаются антенной станции на Землю, а затем луч в электронно-лучевой трубке телевизора превращает полученный сигнал снова в изображение. Это изображение, фотографируемое с экрана телевизора, проходит затем длительную обработку, направленную на устранение помех, искажений и дефектов, а также специальных марок с экрана телевизора, служащих для ориентировки изображения, но ненужных при рассматривании вида поверхности планеты.

2. Измерение давления и температуры атмосферы планеты при спуске производится с помощью манометров (работающих по принципу барометра-анероида) и термометров сопротивления, плотность измеряется плотномерами различных типов (ионизационный, камертонный и др.). Подробное описание устройства этих приборов имеется в книге А. Д. Кузьмина и М. Я. Марова «Физика планеты Венера» (М.: «Наука», 4974) и в других книгах и статьях, перечисленных в списке литературы в конце книги.

Кроме прямых измерений, параметры атмосферы планеты и их изменение но высоте могут быть вычислены по скорости снижения аппарата, поскольку аэродинамические характеристики его известны. Опыт показал, что этот метод дает хорошее согласие с предыдущим.

3. Измерение химического состава атмосферы. Производится с помощью газоанализаторов различных типов. Обычно каждый газоанализатор предназначен для определения содержания какого-то определенного газа.

4. Изучение верхних слоев атмосферы по методу радиопросвечивания. Этот метод, состоит в том, что космический аппарат, заходя (для земного наблюдателя) за диск планеты или выходя из-за него, посылает радиоволну определенной длины (используются волны от 8 см до 6 м). Проходя сквозь атмосферу планеты, радиоволна испытывает преломление (рефракцию) и дефокусировку, связанную с тем, что показатель преломления атмосферы убывает с высотой. Поэтому волна, прошедшая сквозь более высокие слои атмосферы, преломляется меньше, чем проходящая через более низкие слои (рис. 18).

В результате весь пучок радиоволн расширяется и интенсивность сигнала ослабевает. В зависимости от показателя преломления меняется и частота сигнала.

Если планета имеет ионосферу, то в ионосферных слоях происходит, наоборот, фокусировка радиолуча и усиление сигнала.

Рис. 18. Метод радиопросвечивания (схема).

Поскольку космический аппарат движется, посланный им радиолуч, пересекая последовательно верхние и нижние слои атмосферы планеты (или в обратном порядке - при выходе из-за планеты), испытывает то усиления, то ослабления, что позволяет построить модель верхних слоев атмосферы, включая ионосферу (в нижних слоях луч ослабевает настолько, что принимать сигнал уже нельзя).

5. Спектральные наблюдения свечения газов атмосферы в ультрафиолетовых лучах позволяют регистрировать самые интенсивные,- так называемые резонансные спектральные линии. К ним относится знаменитая линия водорода (Лайман-альфа) на длине волны 1216 А, кислородный триплет с длиной волны 1302- 1305 А и ряд других. Исследование свечения этих линий Дает сведения о составе и плотности атмосферы до самых больших высот. Напомним, что ультрафиолетовый участок спектра совершенно недоступен для наблюдений с Земли.

6. Измерения содержания заряженных частиц в атмосфере и в околопланетном пространстве с помощью ионных ловушек; измерения скорости и потока заряженных частиц в магнитосфере планеты.

7. Измерения напряженности магнитного поля планеты и изучение структуры ее магнитосферы с помощью чувствительных магнитометров.

8. Различные методы изучения физических свойств и состава грунта планеты; определение содержания радиоактивных элементов с помощью гамма-спектрометров, определение диэлектрической проницаемости грунта с помощью бортового радиолокатора, химический анализ забираемых проб грунта приборами спускаемых аппаратов, измерение плотности грунта плотномером и т. д.

9. Изучение рельефа Марса по интенсивности полос поглощения главного компонента его атмосферы - углекислого газа.

10. Изучение гравитационного поля планеты по движению ее искусственных спутников или пролетающих мимо нее космических аппаратов.

11. Исследование собственного теплового и радиоизлучения планеты с близких расстояний в широком диапазоне длин волн - от микронных до дециметровых.

Этот перечень далеко не полон. Некоторые методы будут описаны или упомянуты ниже, при изложении результатов исследований планет. Однако уже из этого перечня можно видеть, насколько разнообразны методы космических исследований планет, какие богатые возможности они представляют ученым. Неудивительно, что за какие-нибудь 15 лет эти исследования дали нам колоссальный объем информации о природе планет.

Близкие встречи с автоматическими космическими аппаратами превратили для нас планеты, спутники и бесчисленные мелкие миры из интригующих разрисованных дисков или далеких точек света в полноценные сложные объекты с уникальной историей.

РЯДОМ С СОЛНЦЕМ

Ближе всего к Солнцу лежит быстро вращающийся Меркурий, и именно он задал ученым сложнейшую задачу, поскольку аппараты сталкиваются с трудностями при выходе на его орбиту. Благодаря станции «Маринер-10», стартовавшей в 1973 году, мы узнали о поверхности Меркурия.

Астрономы были рады любой возможности увидеть хоть какие-либо детали поверхности этой планеты. Теперь, когда космическая станция «МЕССЕНДЖЕР», наконец, вышла на орбиту Меркурия, ей предстоит составить карту его невидимой стороны.

БЛИЗНЕЦ ЗЕМЛИ

Венера, вторая от Солнца планета и ближайшая соседка Земли, с начала 1960-х годов приняла у себя целый отряд орбитальных аппаратов и посадочных модулей. При этом ее враждебная поверхность быстро разрушала все аппараты, которые пытались войти в ее плотную атмосферу.

Советские аппараты для изучения Венеры достигли уникальных успехов: жесткая и мягкая посадка на поверхность, изучение атмосферы, обнаружение водородной короны, первый сеанс радиосвязи с другой планеты и пр. В начале 1990-х годов американская станция «Магеллан» с помощью радара составила карту поверхности планеты, открыв целый мир вулканов.

Стартовые окна . Отправить космическую станцию на другую планету очень трудно, это ведь не простой перелет по прямой линии от одной орбиты до другой. Следовательно, космический аппарат должен пройти дальше кратчайшего расстояния между двумя объектами. Аппараты используют гомановскую траекторию (орбиту Гомана — Ветчинкина). По существу, это сегмент эллиптической орбиты вокруг Солнца, которая заставляет аппарат вращаться по спирали, приближаясь к центру Солнечной системы. Такие орбиты помогают минимизировать расход топлива, однако из-за подобных условий аппарат может покидать Землю только в узком временном окне (где-то пару недель), когда он точно сможет встретиться с нужным объектом. Если маршрут космической станции проходит мимо больше одной планеты, то планирование полета вызывает значительные трудности.

НАШ СПУТНИК

Луна находится на нашем космическом крыльце, поэтому ее так легко наблюдать в тех или иных подробностях в любой телескоп. Наверное, поэтому Луна была и остается популярной целью для космических аппаратов, начиная с самых первых советских экспедиций «Луна» в конце 1950-х годов.

Многие американские станции 1960-х годов конструировались преимущественно в поддержку пилотируемой программы «Аполлон». К примеру, аппараты серии «Рейнджер» сделали подробные фотографии поверхности нашего спутника. Полученные фото показали, что лунные кратеры не имеют нижней границы размеров, поэтому, вероятно, являются следствием ударов метеоритов, а не вулканической активности.

Вскоре после этого американские аппараты «Сервейер», выполнившие мягкую посадку, исследовали условия на поверхности Луны, а серия орбитальных аппаратов «Лунар Орбитер» составила подробный фотографический атлас.

С 1990-х годов к Луне снова были отправлены космические станции, в частности Lunar Prospector (он первым составил карту элементного состава поверхности Луны) и японский орбитальный аппарат «КАГУЯ», оборудованный камерами высокого разрешения.

МЕНЯЮЩИЙСЯ МАРС

Красная планета служила непрерывным источником для игры воображения многих специалистов еще задолго до начала космической эры. Первые станции «Маринер» пролетали над кратерированными южными высокогорьями. Эти первые беглые взгляды обнаружили нечто вроде ржавой версии нашей безжизненной Луны, развенчав все иллюзии о том, что Марс может быть вполне гостеприимен для нас. Прибытие орбитального аппарата «Маринер-9» в 1971 году изменило представления о планете. Обнаружилось, что это куда более интересный мир с громадными вулканами и древними руслами рек.

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ СЕКРЕТЫ

В 1996 году была запущена станция «Марс Глобал Сервейор», которая вместе с последовавшими за ней другими аппаратами обнаружила будоражащие воображение признаки того, что на или под поверхностью Марса и сегодня может течь вода.

Благодаря посадочным модулям мы узнали историю Марса. Аппараты «Викинг» представили нам первый беглый взгляд на пустынную поверхность планеты в 1976 году, когда они тщетно искали признаки жизни. Mars Pathfinder («Марсопроходец») и марсоходы Mars Exploration Rover осматривали ландшафт планеты в 1997-м и далее с 2004 года. Они помогли раскрыть ряд важных геологических секретов, нашли убедительные доказательства того, что некогда стоячая вода была широко распространена по всей планете.

Посадочный модуль «Феникс», запущенный в 2007 году, прибыл на Северный полюс Марса в мае 2008 для подтверждения существования на планете воды. В сентябре 2008 года модуль увидел снег, падавший с облаков Марса.

МАЛЫЕ МИРЫ

Космические аппараты посещали также — астероиды и кометы. Комета Галлея, первый такой объект, который земные станции посетили в 1986 году, оказалась очень эффектной. Последовавшие в дальнейшем миссии исследовали кометы различными способами: отбирали образцы материала из их хвостов, падали на них и фотографировали их поверхности.

«Галилео» впервые показал нам крупным планом астероид, когда находился в полете к Юпитеру в 1991 году. Но первые подробные снимки были получены в рамках проекта по отслеживанию околоземных астероидов NEAR, когда космическая станция вышла на орбиту астероида (433) Эрос на целый год, начиная с 2000-го.

СРЕДИ ГИГАНТОВ

За пределы пояса астероидов , полетевшие на свидание с Юпитером и Сатурном в 1970-х годах. Они проложили путь аппаратам «Вояджер», обнаружившим сложность устройства планет-гигантов.

Хотя встреча с небесным телом ограничивалась лишь расширенным пролетом мимо него, великолепные камеры на борту и тщательно высчитанные траектории позволяли станциям проходить максимально близко к крупнейшим спутникам. Вот почему им удалось открыть вулканическую активность на Ио, признаки наличия океана под ледяной корой Европы, плотную атмосферу, укрывающую Титан, и поразительную сложность системы колец Сатурна.

Этих открытий оказалось более чем достаточно, чтобы подтвердить целесообразность отправки орбитальных станций «Галилео» и «Кассини» для исследования Юпитера и Сатурна. «Галилео» не только подтвердил теории о существовании водяного океана на спутнике Юпитера Европе, но и нашел доказательства чего-то похожего под поверхностью Ганимеда и Каллисто. «Кассини» открыла на Титане углеводородные озера, а также выявила активность на маленьком спутнике Энцеладе.

НА КРАЙ СВЕТА

Если «Вояджер-1» от Сатурна полетел в космическое пространство, то «Вояджер-2» с помощью гравитационных маневров обогнул Уран и Нептун, бросив лишь беглый взгляд на эти холодные миры и их системы спутников.

Ни один из этих аппаратов, находясь на пути к краю Солнечной системы, не смог пролететь мимо объектов пояса Койпера, но запущенная недавно станция «Новые горизонты» заполнит этот пробел, и наше первое разведывательное освоение Солнечной системы, длившееся более полувека, будет завершено.