Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепции современного естествознания

Подождите немного. Документ загружается.

В циклоне преобладают восходящие движения воздуха, которые

способствуют конденсации влаги, в антициклоне — нисходящие,

при которых степень насыщения влагой уменьшается.

На низких географических широтах преобладают ветры,

называемые пассатами и муссонами. Пассаты — это ветры,

возникающие из-за различия атмосферного давления в

экваториальной зоне. В Северном полушарии они имеют северо-

восточное направление, в Южном — юго-восточное. Муссоны —

это сезонные ветры, возникающие из-за разности температур

воздуха над материками и океанами. Зимой они дуют с холодных

материков к теплым океанам, летом — со сравнительно холодных

океанов на нагретые материки.

В последнее столетие наблюдается глобальное потепление

климата Земли. Причиной считается увеличение содержания в

атмосфере углекислого газа, что является результатом

хозяйственной деятельности людей.

Большинство обитателей Земли принимают свою планету

такой, какая она есть. Конечно, люди ворчат на плохую погоду,

жалуются на плохие урожаи или стихийные бедствия, но обычно не

проводят критического анализа. Когда-то такое отношение было

оправданно. Ведь у человека не было выбора — родившись на

Земле, он должен был принимать ее гостеприимство. Теперь, в

эпоху освоения космического пространства, уместно спросить: не

стоит ли переселиться на другую планету или обосноваться в

космическом корабле? Окинем же нашу родную планету

критическим взглядом. Посмотрим, в какой степени безопасны мы

на Земле, какие опасности таятся в космосе и какие уникальные

условия необходимы для поддержания хрупкого творения, которое

мы называем жизнью.

Среди планет земной группы Земля достигла высокой степени

эволюции благодаря исключительному динамизму развития,

широкому диапазону интенсивных природных процессов. Коренные

изменения планеты произошли в ее внешней области — в строении

коры, устройстве поверхности, составе атмосферы и климатической

обстановке. По сравнению с другими планетами Земля обладает

наибольшей плотностью,

240

а следовательно, и большим количеством радиогенной и

гравитационной энергии, что обеспечивает ей чрезвычайно

активную внутреннюю жизнь.

Разрез земного шара показан на рис. 10.5.

Сейсмическое зондирование земных недр установило факты их

дифференциации на концентрические сферы. Это установлено из

анализа изменения скорости прохождения сейсмических волн —

продольных (Р) и поперечных (S). В твердом веществе земных недр

плотность с глубиной возрастает и соответственно увеличивается

скорость прохождения сейсмических волн. Через жидкую среду

(внешнее ядро) поперечные волны не проходят, а скорость

продольных снижается.

Сила притяжения Земли оказалась достаточной для удержания

выделявшихся из ее недр газов и паров воды, из которых

сформировались плотная атмосфера и мощная гидросфера.

241

Земная поверхность как бы надежно защитилась от воздействия

космоса (сильного охлаждения, проникновения губительной для

всего живого коротковолновой радиации Солнца и космических

лучей), а также и от метеоритной бомбардировки. Атмосфера

обладает еще одним важным свойством — парниковым эффектом.

Благодаря ему средняя температура земной поверхности поднялась

на 38 °С, т. е. вместо равновесной температуры земной поверхности

в -23 °С ее действительная температура составляет в настоящее

время +15 °С.

Гидросфера, благодаря высокой теплоемкости и низкой

теплоотдаче, сильно смягчает температурную контрастность земной

поверхности. Этому способствует и облачный покров,

распространенный приблизительно на 50% поверхности земного

шара.

На Земле мало мест, где максимальные годовые амплитуды

температур превышали 100 °С (Центральная Якутия). Колебания

остальных мест крайне малы — на экваторе не более 10 °С, в

среднем максимальные колебания можно считать +50 °С до -50 °С.

Для функционирования природной среды важно, что в этом

температурном интервале гидросфера может находиться во всех

трех фазах: жидкой, твердой, газообразной. Воды на Земле так

много (причем 95% ее находится в жидкой фазе), что если бы ее

равномерно распределить по поверхности, то образовался бы слой

толщиной в 2,7 км, т. е. Землю можно считать океанической

планетой. В самом деле, 71% поверхности Земли приходится на

океаны и моря, и только 29% площади, т. е. в ~ 2,5 раза меньше,

занимает суша.

На Земле экзогенные процессы (перемещения и

преобразования вещества под влиянием солнечной энергии)

протекают в бурном темпе, что оказывает существенное воздействие

даже на общую эволюцию планеты, а тем более на ее внешнюю

область. Экзогенный фактор на Земле может при соответствующих

условиях не только свести на нет морфологический эффект действия

эндогенного фактора (перемещения и преобразования под

воздействием внутренней энергии), но и полностью нейтрали-

242

зовать фундаментальный космический фактор — метеоритную

бомбардировку.

10.3. Состав и строение Солнечной системы

Приход наш и уход загадочны, —

их цели все мудрецы Земли

осмыслить не сумели.

Где круга этого начало, где конец,

откуда мы пришли, куда уйдем

отселе?

Омар Хайям

Солнечная система представляет собой комплекс небесных тел,

объединенных не только упорядоченностью движения, но и

общностью физических свойств. В центре Солнечной системы

находится наша дневная звезда — Солнце. Вокруг него вместе со

своими спутниками обращаются 9 больших планет: Меркурий,

Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон.

Их физические характеристики приведены в табл. 10.1 и 10.2.

Меркурий — ближайшая к Солнцу планета и наименьшая из

планет земной группы. Ее диаметр составляет 0,383 диаметра Земли,

а масса 0,056 земной массы. Период вращения Меркурия вокруг оси

равен 58,65 земных суток. Это близко к 2/3 периода обращения

планеты вокруг Солнца (88 земных суток). Значит, одни сутки на

Меркурии длятся два меркурианских года. К Земле Меркурий

обращен всегда одним и тем же полушарием. По внешнему виду

Меркурий напоминает Луну с множеством ее кратеров, гор и морей.

На Меркурии имеются следы сильно разреженной атмосферы, в

состав которой входят водород, гелий, кислород, а также аргон и

неон. Температура поверхности планеты колеблется от -180 °С до

+430 °С. У планеты слабое магнитное поле. Спутников Меркурий не

имеет.

Венера — вторая по расстоянию от Солнца и ближайшая к

Земле планета Солнечной системы. Видна как "вечерняя звезда"

243

Таблица 10.1

Физические характеристики планет Солнечной системы

Планета Масса, кг

Средняя

плотность,

г/см

Температур

поверхност

и, К

Сила

тяжести на

поверхности,

(зем. = 1)

Экваториаль

ный

диаметр,

км

Меркурий

3.15 - 10

5,44

100

0,38

4880

Венера

4,89 - 10

5.16

743

0,91

12 104

Земля

5,98 - 10

5,52

290

1,00

12 756

Марс

6,42 - 10

3,94

250-320

0,38

6776

Юпитер

1,89 - 10

1,88

173 (макс)

2,34

140 140

Сатурн

5.68 - 10

0,71

127

0,93

115 600

Уран

8,68 - 10

1,47

90 (макс)

0,85

49 400

Нептун

1,03 - 10

1,70

72 (макс)

1.14

49 008

Плутон

1,40 - 10

1,30

63 (макс)

0,04

2300

Таблица 10.2

Динамические характеристики планет Солнечной системы

Планета

Среднее

расстояние

от Солнца,

млн км

Период

обращения

вокруг Солнца,

годы (сут.)

Средняя скорость

орбитального

движения, км/с

Период

вращения

вокруг оси

(сутки и

часы)

Меркурий

57,91 0,24 (88) 47,87 58,6 сут.

Венера

108,21

0,62 (224,7)

35,00

243,16 сут.

Земля 149,60 1,00 (365,24) 29,79

23 ч. 56 мин.

4с

Марс 227,94 1,88 (687,0) 24,13

24 ч. 37 мин.

23 с

Юпитер 777,80 11,86 13,05

9 ч. 50 мин.

30 с

Сатурн

1427,00

29.46

9,65

10 ч. 14 мин.

Уран

2869,00

84,02

6,80

10 ч. 48 мин.

Нептун

4496,00

164,80

5.43

15 ч. 48 мин.

Плутон

5947,00

247,70

4,74

6,39 сут.

в западной стороне неба сразу после захода Солнца или как

"утренняя звезда" — в восточной стороне неба незадолго до восхода

Солнца. Венера — самое яркое светило на небе после Солнца и

Луны. Венера вращается вокруг оси не с запада на восток, как

244

Земля, а в обратном направлении — с востока на запад. Венера

окутана плотной атмосферой, почти целиком состоящая из

углекислого газа (97%) с примесью азота, кислорода и водяных

паров. Атмосферное давление — свыше 90 атм. Температура вблизи

поверхности планеты достигает +470 °С. Поверхность планеты

сухая и каменистая. На ней замечены обширные равнины, но есть и

горы. Их наибольшая высота достигает 12 км. По-видимому, там

много и вулканов. Естественных спутников у Венеры нет.

Марс — четвертая от Солнца планета Солнечной системы. На

звездном небе он выглядит как немерцающая точка красного цвета.

Марс вдвое меньше Земли по диаметру и в девять раз — по массе.

Период вращения планеты вокруг оси 24 ч. 37 мин. 23 с. Наклон оси

вращения Марса к плоскости орбиты почти такой же, как и у Земли

(около 25°), поэтому на Марсе есть смена времени года, похожая на

земную, хотя продолжительность марсианского года близка к 687

земным суткам. Атмосфера Марса сильно разрежена и состоит в

основном из углекислого газа с примесью азота, аргона, кислорода и

водяных паров. Атмосферное давление у поверхности планеты в 160

раз меньше, чем на уровне моря на Земле. В атмосфере Марса часто

возникают ветры и даже ураганы, вызывающие пылевые бури.

Среднегодовая температура планеты -70 °С. При этих условиях

жидкой воды на Марсе быть не может, и она существует только в

виде пара, снега или льда. Марс обладает магнитным полем в 500

раз более слабым, чем магнитное поле Земли. На снимках,

сделанных во время полетов автоматических межпланетных

станций, поверхность планеты выглядит как красная, безводная,

усеянная камнями пустыня с изрезанным рельефом. На Марсе есть

кратеры, имеются горы, некоторые из них являются потухшими

вулканами. Самая крупная во всей Солнечной системе

вулканическая гора Олимп возвышается более чем на 20 км над

поверхностью планеты. Марс имеет два естественных спутника —

Фобос и Деймос.

Юпитер — самая крупная планета Солнечной системы и пятая

по расстоянию от Солнца. Свое название она получила в честь

римского бога неба, громовержца Юпитера. Масса планеты почти в

2,5 раза превышает суммарную массу остальных планет

245

и в 318 раз массу Земли. Диаметр Юпитера больше диаметра Земли

в 11,2 раза. Юпитер отстоит от Солнца в 5,2 раза дальше, чем Земля,

и затрачивает на один оборот по орбите почти 12 лет. Вокруг своей

оси Юпитер вращается быстрее любой другой планеты Солнечной

системы. В телескоп планета видна сжатой у полюсов с заметным

рядом светлых и темных полос, которые каждый год располагаются

по-разному. Юпитер окружен толстой водородно-гелиевой

атмосферой, в верхних слоях которой температура около -160 °С.

Особенность этой планеты в наличии знаменитого Большого

Красного пятна — огромного газового образования овальной формы

и розового цвета, по размерам превышающего размеры земного

шара. Предположительно, оно представляет собой грандиозный

вращающийся вихрь. Юпитер обладает мощным магнитным полем,

а также является источником довольно сильного радиоизлучения.

Вокруг Юпитера вращаются 16 спутников, четыре наиболее

крупные из которых были открыты в 1610 г. Галилеем. Кроме

спутников Юпитер окружен кольцом из мелких камней и пыли. Оно

всегда обращено к Земле ребром, поэтому с Земли не видно.

Сатурн — вторая по величине планета Солнечной системы.

Имея массу, равную примерно 95 земным массам, и объем более 758

земных объемов, обладает самой низкой средней плотностью по

сравнению с другими планетами. В атмосфере Сатурна

присутствуют водород, метан и другие газы. Вблизи верхней

границы облаков температура около -170 °С. Планета обладает

магнитным полем и является источником радиоизлучения. Сатурн

имеет 17 спутников, самый крупный из них — Титан. Одно из

хорошо известных и интересных небесных образований — кольца

Сатурна.

Уран — седьмая по порядку от Солнца планета Солнечной

системы. Это первая из планет, открытая с помощью телескопа.

Уран относится к числу планет-гигантов. По диаметру он почти в 4

раза, а по массе — приблизительно в 14,6 раза больше Земли.

Расстояние от Урана до Солнца почти в 20 раз больше, чем от Земли

до Солнца, и он совершает полный оборот вокруг нашего светила за

84 года. Уран, подобно Венере, вращается вокруг своей

246

оси в направлении с востока на запад (а не с запада на восток, как

Земля и другие планеты). Уран сильно сжат у полюсов. Его

атмосфера состоит наполовину из водорода. Кроме того, в ней

присутствуют метан, аммиак и гелий. Температура на поверхности

облачного слоя планеты — около -215 °С. Уран имеет девять узких

непрозрачных газопылевых колец и 16 спутников.

Нептун — восьмая по расстоянию от Солнца большая планета

Солнечной системы. Диаметр Нептуна равен 3,81 диаметра Земли, а

масса — 17,2 земных масс. Планета сильно сжата и быстро

вращается вокруг своей оси. Она состоит, по-видимому, из

замороженной воды и других распространенных в космосе

водородных соединений. 20% массы приходится на соединения

кремния и металлов. Планета получает от Солнца в 900 раз меньше

тепла, чем Земля. Температура на поверхности Нептуна -200-220 °С

Планета окутана плотной водородно-гелиевой атмосферой с

примесью метана и аммиака. Нептун имеет 8 спутников и кольца

такой же природы, как и у Юпитера.

Плутон — наименьшая среди известных нам планет Солнечной

системы и наиболее далекая от Солнца. Плутон был открыт

сравнительно недавно. Плутон находится в 40 раз дальше от Солнца,

чем Земля, и получает от него в 1600 раз меньше тепла и света, чем

наша планета. Плутон — это холодный темный и безмолвный мир,

поверхность которого покрыта метановым льдом. Температура

планеты рекордно низка: -230 °С. Период вращения Плутона равен

6,4 сут., а период обращения — почти 248 лет. В 1978 г.

американский астроном Дж. Кристи открыл у Плутона один

спутник, названный Хароном. Он удален от планеты на расстояние в

17 000 км.

Солнечная система обладает рядом важных особенностей.

Перечислим основные из них.

1. Подавляющая часть полной массы Солнечной системы

принадлежит Солнцу, т. е. центральному телу. На долю Солнца

приходится 99,87% массы Солнечной системы, так что сила его

притяжения почти полностью управляет движением планет, которые

обращаются вокруг него по орбитам, близким к эллип-

247

сам. Поэтому Солнце находится почти точно в центре планетных

орбит.

2. Орбиты всех планет и большинства астероидов близки к

окружностям и лежат приблизительно в плоскости эклиптики, т. е. в

плоскости земной орбиты. Наибольшим наклоном к эклиптике

(земной орбите) и наибольшей вытянутостью обладают орбиты

Плутона (17°) и Меркурия (7°).

3. По размерам, массе и общему строению большие планеты

делятся на две группы: на планеты типа Земля (или планеты земной

группы), расположенные внутри пояса астероидов, и планеты-

гиганты (вне его). Плутон занимает особое положение, отличаясь от

планет обеих групп.

Планеты типа Земля значительно меньше гигантов по массе и

размерам. Они обладают большей средней плотностью вещества и

сравнительно медленным вращением.

Планеты-гиганты в десятки и сотни раз массивнее планет

земной группы. Они окружены сравнительно плотными

протяженными атмосферами. В основном планеты-гиганты состоят

из водорода и гелия; доля всех других элементов в них значительно

меньше, чем у планет земной группы.

4. Все планеты обращаются вокруг Солнца в одну сторону,

причем направление их осевого вращения, как правило, совпада

ет с направлением движения по орбите. Исключение составляют

лишь Венера и Уран, которые вращаются в противоположную

сторону, причем ось вращения Урана почти лежит в плоскости

орбиты.

Перечисленные особенности связаны с теми условиями, в

которых происходило формирование планет миллиарды лет тому

назад.

Возраст Солнечной системы был определен на основании

лабораторного изотопного анализа земных скальных пород, а также

метеоритов и доставленных на Землю космическими аппаратами

образцов лунного грунта. Оказалось, что наиболее старые из них

имеют возраст около 4,5 млрд лет. Возраст Солнца, полученный на

основе теории эволюции звезд, оценивается примерно в 5 млрд лет.

Поэтому считается, что все планеты

248

сформировались приблизительно в одно время — 4,5-5 млрд лет

тому назад.

Согласно существующим представлениям, вещество, из

которого возникли планеты и их спутники, первоначально

образовывало массивный диск из холодного газа и пыли,

окружавший еще молодое Солнце. Планеты сформировались в

результате роста сгущений, возникших под действием сил

гравитации в этом вращавшемся диске. Поэтому и сейчас все они,

сохраняя движение диска, обращаются вокруг Солнца в одну и ту

же сторону. Плотность, температура и химический состав

протопланетного вещества были весьма различными во внешних,

далеких от Солнца, и внутренних, близких к нему, частях диска. Это

привело к сильному различию двух групп планет — внутренних и

внешних.

Две основные причины, определяющие важнейшие свойства

каждой планеты, — это ее расстояние от Солнца и масса. Чем

больше среднее расстояние планеты от Солнца, тем меньше энергии

от него она получает. По этой причине температура планет быстро

падает с увеличением расстояния от Солнца. Напомним, что, в

отличие от далеких планет, планеты земной группы, расположенные

ближе к Солнцу, содержат очень много тугоплавких элементов

(кремний, железо и др.). По-видимому, это отражает особенности

химического состава того протопланетного газопылевого диска, из

вещества которого сформировались планеты: чем дальше от Солнца,

тем больше легких газов содержалось в протопланетном диске.

Причина этого в том, что на больших расстояниях от Солнца при

более низких температурах молекулы легких газов могли намерзать

на пылинки, в то время как вблизи Солнца легкие газы нагревались

и покидали протопланетный диск.

Масса планеты определяет ее способность удерживать вокруг

себя атмосферу. Газ всегда стремится к расширению, и газовые

атмосферы удерживаются вокруг планет только благодаря

гравитационному притяжению к ним. Но из атмосферы любой

планеты непрерывно происходит утечка вещества в межпланетное

пространство. Причина этого понятна: тепловое

249