Планети земної групи: Меркурій, Венера, Земля, Марс та супутники#
Пряме посилання на 3D мапу: https://eyes.nasa.gov/apps/solar-system/#/home
Типологія планет за фізичними властивостями#
Сучасна астрономія виділяє дві головні категорії планет у Сонячній системі, які суттєво відрізняються за своїми властивостями:
Планети земного типу: Меркурій, Венера, Земля, Марс
Газові гіганти: Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун
Відмінності між цими групами визначаються їхнім походженням та хімічним складом. Планети земного типу сформувалися з важких елементів, мають тверду поверхню і відносно високу густину. Їхня структура представлена чітко визначеними шарами: ядро, мантія та кора.
Натомість газові гіганти складаються переважно з легких елементів – здебільшого водню та гелію. Вони характеризуються низькою середньою густиною та відсутністю чіткої межі між атмосферою та поверхнею. Фактично, ці планети є величезними газовими кулями з поступовим переходом від газоподібного до рідкого стану в міру збільшення тиску до центру.
Земля#
Земля посідає третю позицію серед планет Сонячної системи. Її форма найкраще описується як геоїд - сфероїд з певним сплющенням біля полюсів. Вісь обертання Землі нахилена під кутом 66.5° відносно площини її орбіти (екліптики). Наша планета обертається навколо Сонця із середньою швидкістю близько 30 км/с. Одночасно з обертанням навколо Сонця, Земля здійснює один повний оберт навколо власної осі за 24 години.
Захисний щит нашої планети - атмосфера - сягає відстані понад 1000 км від поверхні, створюючи необхідні умови для розвитку життя через регулювання температури, забезпечення оптимального хімічного складу повітря та збереження водного балансу.
Хімічний профіль атмосферних шарів неоднорідний. Приземний шар складається переважно з азоту (N₂) - життєво важливого елемента для рослинного світу, що займає 78% об'єму. Необхідний для дихання кисень (O₂) становить близько 21% атмосфери.
Водяна пара відіграє критичну роль у підтримці теплового балансу, утримуючи інфрачервоне випромінювання планети і створюючи природний парниковий ефект. Без цього механізму клімат Землі був би значно суворішим - навіть екваторіальні регіони могли б охолоджуватись до -25°C.
Погодні явища (вітри, циклони та антициклони) формуються в тропосфері - найнижчому шарі атмосфери, де передача енергії відбувається не лише через випромінювання, а й через конвекційні потоки.
Магнітосфера Землі, що простягається на висоту понад 500 км, формує захисний пояс радіації. Ця природна оболонка відхиляє заряджені частинки високої енергії, не дозволяючи їм досягати атмосфери, і таким чином захищає земне життя від руйнівного космічного випромінювання.
Внутрішня будова Землі представлена кількома концентричними шарами. В центрі розташоване металеве ядро, зовнішня частина якого перебуває в рідкому стані при температурі близько 7000°C, тоді як внутрішня залишається твердою. Над ядром розміщується шар силікатної оболонки, або мантії. На мантії "плаває" найтонший зовнішній шар - земна кора - що має неоднакову товщину: від кількох кілометрів під океанами до десятків кілометрів під гірськими масивами. Унаслідок конвекційних потоків у мантії земна кора розділилася на тектонічні плити, що постійно повільно зміщуються.
Ключові параметри Землі
Параметр |
Значення |
|---|---|
Кут нахилу екватора до площини орбіти |
23,4° |
Середня відстань до Сонця |
149,6 млн км (1 а.о.) |
Період обертання навколо Сонця |
365,26 земних діб |
Період обертання навколо осі |
23,93 год |
Діаметр по екватору |
12 756 км |
Маса |
5,97·10²⁴ кг |
Середня густина |
5,5·10³ кг/м³ |
Температура поверхні |
Від −83 °C до +52°C |
Місяць#
Єдиний супутник нашої планети має кулеподібну форму і позбавлений атмосфери через низьку гравітацію та високі температурні показники. Біологічні прояви на його поверхні досі не виявлені.
Хоча Місяць отримує практично таку ж кількість сонячної енергії на одиницю площі, як і Земля, умови на ньому кардинально відрізняються. Головна причина - гравітація, що слабша за земну в 6 разів, що унеможливлює утримання газових молекул біля поверхні.
Температурний режим на Місяці характеризується надзвичайними контрастами: двотижневий день розігріває поверхню до +130°C, а наступна двотижнева ніч охолоджує її до −170°C на світанку. Через таку температурну амплітуду та слабку гравітацію формування стабільної атмосфери неможливе.
Місячний пейзаж завжди супроводжується чорним небом - навіть удень, оскільки відсутня розсіювальна атмосфера. Там немає метеорологічних явищ і сезонних змін, адже вісь обертання супутника майже перпендикулярна до площини його орбіти.
Поверхня Місяця має характерні ландшафтні зони: темніші ділянки, названі "морями" (хоча вони не містять води), та світліші "материки". Вода в рідкому стані на поверхні неможлива - у вакуумі вона миттєво випаровується або замерзає. Однак у глибинних шарах, де температура стабільно тримається близько −30°C, можливе існування льоду.
Телескопічні спостереження виявляють численні кратери на місячних материках - округлі гірські утворення діаметром до сотень кілометрів з підвищеними краями. Більшість з них утворилися внаслідок метеоритних ударів, хоча деякі мають вулканічне походження. Застигла лава колишніх вулканів сформувала місячні "моря". Вулканічна активність на Місяці давно припинилася - вік найдавніших материкових порід становить близько 4,4 млрд років, а морські лавові утворення сформувалися приблизно 3 млрд років тому.
Параметри Місяця
Параметр |
Значення |
|---|---|
Зоряна величина (максимальна) |
−12,7 |
Середня відстань до Землі |
384,4 млн км (60,3 радіуси Землі) |
Період обертання навколо Землі |
27,32 земних діб |
Період обертання навколо осі |
27,32 земних діб |
Діаметр по екватору |
3475 км |
Маса (Земля = 1) |
0,012 |
Середня густина |
3,34·10³ кг/м³ |
Сила тяжіння на екваторі (Земля = 1) |
0,17 |
Температура поверхні |
Від +130°C до −170°C |
Дослідження Місяця#
Історичною віхою у вивченні Місяця стала місія "Аполлон-11" у липні 1969 року, коли Нейл Армстронг здійснив перший людський крок на іншому небесному тілі. Загалом 12 астронавтів досліджували місячну поверхню та доставили на Землю зразки місячного ґрунту.
Наукові дослідження підтвердили, що поверхня Місяця вкрита шаром подрібненого матеріалу - реголітом, який варіюється за товщиною від кількох сантиметрів до кількох метрів. Реголіт складається з частинок різного розміру - від мікроскопічних до метрових уламків. Мікрочастинки переважно містять оксиди силіцію і нагадують дрібні скляні кульки, що утворилися при високотемпературному впливі мікрометеоритів.
Сучасні космічні місії виявили запаси водяного льоду в полярних регіонах Місяця, ймовірно принесені кометами, що падали в ці зони.
Постійне бомбардування поверхні Місяця метеоритами різних розмірів - ключовий фактор еволюції місячного ландшафту. Навіть невеликий метеорит масою 1 кг, що рухається зі швидкістю 10 км/с, при зіткненні може утворити метровий кратер і розкидати уламки на десятки метрів. Багатомільярдні космічні "обстріли" поступово перетворили верхній шар місячної поверхні на дрібнозернистий "пил", хоча найбільші кратери діаметром у сотні кілометрів сформувалися близько 4 млрд років тому, коли інтенсивність метеоритного бомбардування була значно вищою.
Додаткові джерела:
https://science.nasa.gov/learn/basics-of-space-flight/chapter1-2/
Меркурій#
Меркурій – найменша планета земної групи, розташована найближче до нашої зірки. Це розташування робить його спостереження неозброєним оком складним завданням, оскільки він завжди знаходиться поблизу яскравого сонячного диску.
Дивовижною особливістю Меркурія є незвичне співвідношення між періодами його обертання: сонячна доба на планеті триває вдвічі довше, ніж період обертання навколо Сонця. Це означає, що на Меркурії день і ніч тривають надзвичайно довго, а поверхня планети зазнає екстремальних температурних коливань.
Космічний апарат "Мессенджер" у 2008 році передав детальні знімки з відстані приблизно 27 тисяч кілометрів, які дозволили науковцям порівняти рельєф Меркурія з місячним. Обидва небесні тіла рясніють кратерами різного розміру. Цікаво, що один із найбільших кратерів на Меркурії названо на честь видатного українського поета Тараса Шевченка.
Дослідження також виявили величезні рівнини, залиті застиглою базальтовою лавою, що свідчить про інтенсивну вулканічну активність у ранній історії планети. Ці відкриття дозволяють вченим краще зрозуміти процеси формування не лише Меркурія, але й інших кам'янистих планет, включаючи Землю.
Параметри Меркурія
Параметр |
Значення |
|---|---|
Зоряна величина (максимальна) |
-2,2 |
Середня відстань до Сонця |
57,9 млн км (0,387 а.о.) |
Період обертання навколо Сонця |
88 земних діб |
Період обертання навколо осі |
58,6 земних діб |
Діаметр по екватору |
4880 км |
Маса (Земля = 1) |
0,055 |
Середня густина |
5,4×10³ кг/м³ |
Температура поверхні |
від -170°C до +430°C |
Сила тяжіння на екваторі (Земля = 1) |
0,38 |
Венера#
Венера за розмірами та масою надзвичайно схожа на Землю, через що її часто називають "сестрою" нашої планети. Проте умови на ній кардинально відрізняються – це найспекотніша планета Сонячної системи з температурою поверхні близько 480°C.
На нічному небі Венера вирізняється своєю яскравістю, яка перевищує блиск найяскравіших зір у десятки разів. У різних культурах її називали вечірньою або ранковою зіркою, оскільки вона видима або відразу після заходу Сонця, або перед його сходом. В українській традиції планету часто іменують Вечірньою зорею (коли вона з'являється ввечері) або Вранішньою зорею (коли її можна побачити перед світанком).
Атмосфера Венери привертає особливу увагу науковців. Вона переважно складається з вуглекислого газу, що створює надзвичайно потужний парниковий ефект – головну причину екстремально високих температур. Тиск на поверхні планети приблизно в 90 разів перевищує земний.
Цікавою особливістю Венери є зворотне обертання – планета обертається навколо своєї осі у напрямку, протилежному руху більшості планет Сонячної системи. Це обертання відбувається дуже повільно – один венеріанський день триває довше, ніж рік на цій планеті.
Венеріанські хмари містять сірчану кислоту, однак кислотні дощі ніколи не досягають поверхні планети через екстремальну спеку – краплі випаровуються задовго до того, як можуть досягти ґрунту. Хмаровий покрив розташований високо, на висоті 50-70 км, утворюючи багатошарову структуру з різним хімічним складом.
Параметри Венери
Параметр |
Значення |
|---|---|
Зоряна величина (максимальна) |
-4,7 |
Середня відстань до Сонця |
108,2 млн км (0,723 а.о.) |
Період обертання навколо Сонця |
224,7 земних діб |
Період обертання навколо осі (зворотне обертання) |
243 земні доби |
Діаметр по екватору |
12104 км |
Маса (Земля = 1) |
0,815 |
Середня густина |
5,2×10³ кг/м³ |
Температура поверхні |
480°C |
Сила тяжіння на екваторі (Земля = 1) |
0,9 |
Марс#
Марс, четверта планета від Сонця, виділяється своїм характерним червонуватим кольором, який зумовлений високим вмістом оксидів заліза (іржі) у ґрунті. За яскравістю на земному небі він поступається лише Венері серед усіх планет.
Астрономічно Марс має багато спільного із Землею: тривалість доби складає 24,6 години, планета має сезонні зміни завдяки нахилу осі обертання (близько 65°), а також атмосферу, хоча й дуже розріджену. Однак марсіанські сезони тривають майже вдвічі довше через більшу орбіту та довший рік (близько 687 земних днів).
Особливе зацікавлення Марс викликав після того, як італійський астроном Джованні Скіапареллі у 1877 році описав систему "каналів" на його поверхні. Ці структури породили численні спекуляції про можливе існування розвинутих форм життя. Сучасні дослідження за допомогою космічних апаратів показали, що ці "канали" насправді є оптичною ілюзією, створеною комбінацією природних елементів рельєфу – гірських хребтів, долин та кратерів.
Параметри Марса:
Параметр |
Значення |
|---|---|
Зоряна величина (максимальна) |
-2,0 |
Середня відстань до Сонця |
228,0 млн км (1,524 а.о.) |
Період обертання навколо Сонця |
1,88 земного року |
Період обертання навколо осі |
24,62 год |
Діаметр по екватору |
6794 км |
Маса (Земля = 1) |
0,107 |
Середня густина |
3,9×10³ кг/м³ |
Температура поверхні |
від -130°C до +15°C |
Сила тяжіння на екваторі (Земля = 1) |
0,38 |
Марс має два невеликі природні супутники неправильної форми – Фобос і Деймос. Їхні розміри складають лише 27×21×29 км для Фобоса та 15×12×8 км для Деймоса. Обидва супутники нагадують астероїди за формою та складом, що породило гіпотезу про їхнє астероїдне походження – ймовірно, вони були захоплені гравітаційним полем Марса.
Поверхня обох супутників усіяна кратерами різних розмірів (від 50 м до 10 км у діаметрі), що свідчить про інтенсивне метеоритне бомбардування. Через малі розміри ці тіла не можуть підтримувати будь-яку геологічну активність – їхня маса недостатня для створення внутрішнього тепла, необхідного для вулканізму чи тектоніки.