Венера.
Атмосфера Венеры состоит в основном из углекислого газа (CO2), а также небольшого количества азота (N2) и паров воды (H2O). В виде малых примесей обнаружены соляная кислота (HCl) и плавиковая кислота (HF). Давление у поверхности 90 бар (как в земных морях на глубине 900 м); температура около 750 К по всей поверхности и днем, и ночью. Причина столь высокой температуры у поверхности Венеры в том, что не совсем точно называют "парниковым эффектом": солнечные лучи сравнительно легко проходят сквозь облака ее атмосферы и нагревают поверхность планеты, но тепловое инфракрасное излучение самой поверхности выходит сквозь атмосферу обратно в космос с большим трудом. Облака Венеры состоят из микроскопических капелек концентрированной серной кислоты (H2SO4). Верхний слой облаков удален от поверхности на 90 км, температура там ок. 200 К; нижний слой - на 30 км, температура ок. 430 К. Еще ниже так жарко, что облаков нет. Разумеется, на поверхности Венеры нет жидкой воды. Атмосфера Венеры на уровне верхнего облачного слоя вращается в том же направлении, что и поверхность планеты, но значительно быстрее, совершая оборот за 4 сут; это явление называют суперротацией, и объяснения ему пока не найдено. Автоматические станции опускались на дневной и ночной сторонах Венеры. Днем поверхность планеты освещена рассеянным солнечным светом примерно с такой интенсивностью, как в пасмурный день на Земле. Ночью на Венере замечено много молний. Станции "Венера" передали изображения небольших участков в местах посадки, на которых виден скалистый грунт. В целом топография Венеры изучена по радиолокационным изображениям, переданным орбитальными аппаратами "Пионер-Венера" (1979), "Венера-15 и -16" (1983) и "Магеллан" (1990). Мельчайшие детали на лучших из них имеют размер около 100 м. В отличие от Земли на Венере нет четко выраженных континентальных плит, но отмечается несколько глобальных возвышенностей, например земля Иштар размером с Австралию. На поверхности Венеры множество метеоритных кратеров и вулканических куполов. Очевидно, кора Венеры тонка, так что расплавленная лава подходит близко к поверхности и легко изливается на нее после падения метеоритов. Поскольку дождей и сильных ветров у поверхности Венеры не бывает, эрозия поверхности происходит очень медленно, и геологические структуры остаются доступными для наблюдения из космоса сотни миллионов лет. О внутреннем строении Венеры известно мало. Вероятно, у нее есть металлическое ядро, занимающее 50% радиуса. Но магнитного поля у планеты нет вследствие ее очень медленного вращения. Нет у Венеры и спутников.
Земля. Наша планета - единственная, у которой большая часть поверхности (75%) покрыта жидкой водой. Земля - активная планета и, возможно, единственная, у которой обновление поверхности обязано процессам тектоники плит, проявляющим себя срединно-океаническими хребтами, островными дугами и складчатыми горными поясами. Распределение высот твердой поверхности Земли бимодальное: средний уровень океанического дна на 3900 м ниже уровня моря, а континенты в среднем возвышаются над ним на 860 м (см. также ЗЕМЛЯ). Сейсмические данные указывают на следующее строение земных недр: кора (30 км), мантия (до глубины 2900 км), металлическое ядро. Часть ядра расплавлена; там генерируется земное магнитное поле, которое улавливает заряженные частицы солнечного ветра (протоны и электроны) и формирует вокруг Земли две заполненные ими тороидальные области - радиационные пояса (пояса Ван-Аллена), локализованные на высотах 4000 и 17 000 км от поверхности Земли.
Атмосфера Земли состоит на 78% из азота и на 21% из кислорода; это результат длительной эволюции под влиянием геологических, химических и биологических процессов. Возможно, первичная атмосфера Земли была богата водородом, который затем улетучился. Дегазация недр наполнила атмосферу углекислым газом и водяным паром. Но пар сконденсировался в океанах, а двуокись углерода оказалась связанной в карбонатных породах. (Любопытно, что если бы весь CO2 заполнил атмосферу в виде газа, то давление стало бы 90 бар, как на Венере. А если бы вся вода испарилась, то давление было бы 257 бар!). Таким образом, в атмосфере остался азот, а кислород появился постепенно в результате жизнедеятельности биосферы. Еще 600 млн. лет назад содержание кислорода в воздухе было раз в 100 ниже нынешнего (см. также АТМОСФЕРА; ОКЕАН). Существуют указания, что климат Земли изменяется в короткой (10 000 лет) и длинной (100 млн. лет) шкалах. Причиной этого могут быть изменения орбитального движения Земли, наклона оси вращения, частоты вулканических извержений. Не исключены и колебания интенсивности солнечного излучения. В нашу эпоху на климат влияет и деятельность человека: выбросы газов и пыли в атмосферу.
У Земли есть спутник - Луна, происхождение которой до сих пор не разгадано.
Луна. Один из крупнейших спутников, Луна находится на втором месте после Харона (спутника Плутона) по отношению масс спутника и планеты. Ее радиус в 3,7, а масса в 81 раз меньше, чем у Земли. Средняя плотность Луны 3,34 г/см3, что указывает на отсутствие у нее значительного металлического ядра. Сила тяжести на лунной поверхности в 6 раз меньше земной. Луна обращается вокруг Земли по орбите с эксцентриситетом 0,055. Наклон плоскости ее орбиты к плоскости земного экватора изменяется от 18,3° до 28,6°, а по отношению к эклиптике - от 4°59ў до 5°19ў. Суточное вращение и орбитальное обращение Луны синхронизованы, поэтому мы всегда видим только одно ее полушарие. Правда, небольшие покачивания (либрации) Луны позволяют в течение месяца увидеть около 60% ее поверхности. Основная причина либраций в том, что суточное вращение Луны происходит с постоянной скоростью, а орбитальное обращение - с переменной (вследствие эксцентричности орбиты). Участки лунной поверхности издавна условно делят на "морские" и "материковые". Поверхность морей выглядит темнее, лежит ниже и значительно реже покрыта метеоритными кратерами, чем материковая поверхность. Моря залиты базальтовыми лавами, а материки сложены анортозитовыми породами, богатыми полевыми шпатами. Судя по большому количеству кратеров, материковые поверхности значительно старше морских. Интенсивная метеоритная бомбардировка сделала верхний слой лунной коры мелко раздробленным, а наружные несколько метров превратила в порошок, называемый реголитом. Астронавты и автоматические зонды доставили с Луны образцы скального грунта и реголита. Анализ показал, что возраст морской поверхности около 4 млрд. лет. Следовательно, период интенсивной метеоритной бомбардировки приходится на первые 0,5 млрд. лет после образования Луны 4,6 млрд. лет назад. Затем частота падения метеоритов и образования кратеров практически не изменялась и составляет до сих пор один кратер диаметром 1 км за 105 лет.
Лунные породы бедны летучими элементами (H2O, Na, K, и т.п.) и железом, но богаты тугоплавкими элементами (Ti, Ca и т.п.). Лишь на дне лунных полярных кратеров могут быть залежи льда, такие, как на Меркурии. Атмосферы у Луны практически нет и нет свидетельств, что лунный грунт когда-либо подвергался воздействию жидкой воды. Нет в нем и органических веществ - лишь следы углистых хондритов, попавшие с метеоритами. Отсутствие воды и воздуха, а также сильные колебания температуры поверхности (390 К днем и 120 К ночью) делают Луну непригодной для жизни. Доставленные на Луну сейсмометры позволили узнать кое-что о лунных недрах. Там часто происходят слабые "лунотрясения", вероятно, связанные с приливным влиянием Земли. Луна довольно однородна, имеет маленькое плотное ядро и кору толщиной около 65 км из более легких материалов, причем верхние 10 км коры раздроблены метеоритами еще 4 млрд. лет назад. Крупные ударные бассейны распределены по лунной поверхности равномерно, но толщина коры на видимой стороне Луны меньше, поэтому именно на ней сосредоточено 70% морской поверхности. История лунной поверхности в целом известна: после окончания 4 млрд. лет назад этапа интенсивной метеоритной бомбардировки еще около 1 млрд. лет недра были достаточно горячими и базальтовая лава изливалась в моря. Затем лишь редкое падение метеоритов меняло лик нашего спутника. А вот о происхождении Луны до сих пор спорят. Она могла сформироваться самостоятельно и затем быть захваченной Землей; могла сформироваться вместе с Землей как ее спутник; наконец, могла отделиться от Земли в период формирования. Вторая возможность еще недавно была популярна, но в последние годы серьезно рассматривается гипотеза образования Луны из вещества, выброшенного прото-Землей при столкновении с крупным небесным телом. Несмотря на неясность происхождения системы Земля - Луна, дальнейшая их эволюция прослеживается довольно надежно. Приливное взаимодействие существенно влияет на движение небесных тел: суточное вращение Луны практически уже прекратилось (его период уравнялся с орбитальным), а вращение Земли замедляется, передавая свой момент импульса орбитальному движению Луны, которая в результате удаляется от Земли примерно на 3 см в год. Это прекратится, когда вращение Земли выровняется с движением Луны. Тогда Земля и Луна будут постоянно повернуты друг к другу одной стороной (как Плутон и Харон), а их сутки и месяц станут равны 47 нынешним суткам; при этом Луна удалится от нас в 1,4 раза. Правда, и эта ситуация не сохранится навсегда, ибо не прекратят действовать на вращение Земли солнечные приливы. См. также
Марс. Марс похож на Землю, но почти вдвое меньше ее и имеют несколько меньшую среднюю плотность. Период суточного вращения (24 ч 37 мин) и наклон оси (24°) почти не отличаются от земных. Земному наблюдателю Марс кажется красноватой звездочкой, блеск которой заметно меняется; он максимален в периоды противостояний, повторяющиеся через два с небольшим года (например, в апреле 1999 и в июне 2001). Особенно близок и ярок Марс в периоды великих противостояний, происходящих, если он в момент противостояния проходит вблизи перигелия; это случается через каждые 15-17 лет (ближайшее в августе 2003). В телескоп на Марсе видны яркие оранжевые области и более темные районы, тон которых меняется в зависимости от сезона. На полюсах лежат ярко-белые снежные шапки. Красноватый цвет планеты связан с большим количеством окислов железа (ржавчины) в ее грунте. Состав темных областей, вероятно, напоминает земные базальты, а светлые сложены мелкодисперсным материалом.
В основном наши знания о Марсе получены автоматическими станциями. Самыми результативными оказались два орбитальных и два посадочных аппарата экспедиции "Викинг", которые опустились на Марс 20 июля и 3 сентября 1976 в областях Хриса (22° с.ш., 48° з.д.) и Утопия (48° с.ш., 226° з.д.), причем "Викинг-1" работал до ноября 1982. Оба они сели в классических светлых областях и оказались в красноватой песчаной пустыне, усыпанной темными камнями. 4 июля 1997 зонд "Марс пасфайндер" (США) в долину Ареса (19° с.ш., 34° з.д.) первый автоматический самоходный аппарат, обнаруживший смешанные породы и, возможно, обточенную водой и перемешанную с песком и глиной гальку, что указывает на сильные изменения марсианского климата и наличие в прошлом большого количества воды. Разреженная атмосфера Марса состоит на 95% из углекислого газа и на 3% из азота. В малом количестве присутствуют водяной пар, кислород и аргон. Среднее давление у поверхности 6 мбар (т. е. 0,6% земного). При таком низком давлении не может быть жидкой воды. Средняя дневная температура 240 К, а максимальная летом на экваторе достигает 290 К. Суточные колебания температуры около 100 К. Таким образом, климат Марса - это климат холодной, обезвоженной высокогорной пустыни. В высоких широтах Марса зимой температура опускается ниже 150 К и атмосферный углекислый газ (CO2) замерзает и выпадает на поверхность белым снегом, образуя полярную шапку. Периодическая конденсация и сублимация полярных шапок вызывает сезонные колебания давления атмосферы на 30%. К концу зимы граница полярной шапки опускается до 45°-50° широты, а летом от нее остается небольшая область (300 км диаметром у южного полюса и 1000 км у северного), вероятно, состоящая из водяного льда, толщина которого может достигать 1-2 км. Иногда на Марсе дуют сильные ветры, поднимающие в воздух тучи мелкого песка. Особенно мощные пылевые бури бывают в конце весны в южном полушарии, когда Марс проходит через перигелий орбиты и солнечное тепло особенно велико. На недели и даже месяцы атмосфера становится непрозрачной от желтой пыли. Орбитальные аппараты "Викингов" передали изображения мощных песчаных дюн на дне крупных кратеров. Отложения пыли так сильно меняют вид марсианской поверхности от сезона к сезону, что это заметно даже с Земли при наблюдении в телескоп. В прошлом эти сезонные изменения цвета поверхности некоторые астрономы считали признаком растительности на Марсе. Геология Марса весьма разнообразна. Большие пространства южного полушария покрыты старыми кратерами, оставшимися от эпохи древней метеоритной бомбардировки (4 млрд. лет назад). Значительная часть северного полушария покрыта более молодыми лавовыми потоками. Особенно интересна возвышенность Фарсида (10° с.ш., 110° з.д.), на которой расположены несколько гигантских вулканических гор. Высочайшая среди них - гора Олимп - имеет поперечник у основания 600 км и высоту 25 км. Хотя признаков вулканической активности сейчас нет, возраст лавовых потоков не превышает 100 млн. лет, что немного по сравнению с возрастом планеты 4,6 млрд. лет.
ГОРА ОЛИМП - гигантский древний вулкан на Марсе. Он напоминает крупнейшие вулканы Земли, расположенные на Гавайях.
Хотя древние вулканы указывают на некогда мощную активность марсианских недр, признаков тектоники плит нет: отсутствуют складчатые горные пояса и другие указатели сжатия коры. Однако есть мощные рифтовые разломы, крупнейший из которых - долины Маринера - тянется от Фарсиды к востоку на 4000 км при максимальной ширине 700 км и глубине 6 км. Одним из интереснейших геологических открытий, сделанных по снимкам с космических аппаратов, стали разветвленные извилистые долины длиной в сотни километров, напоминающие высохшие русла земных рек. Это наводит на мысль о более благоприятном климате в прошлом, когда температура и давление могли быть выше и по поверхности Марса текли реки. Правда, расположение долин в южных, сильно кратерированных районах Марса указывает на то, что реки на Марсе были очень давно, вероятно, в первые 0,5 млрд. лет его эволюции. Теперь вода лежит на поверхности в виде льда полярных шапок и, возможно, под поверхностью в виде слоя вечной мерзлоты. Внутреннее строение Марса изучено слабо. Его низкая средняя плотность свидетельствует об отсутствии значительного металлического ядра; во всяком случае оно не расплавлено, что следует из отсутствия у Марса магнитного поля. Сейсмометр на посадочном блоке аппарата "Викинг-2" не зафиксировал сейсмической активности планеты за 2 года работы (на "Викинге-1" сейсмометр не действовал). Марс имеет два маленьких спутника - Фобос и Деймос. Оба они неправильной формы, покрыты метеоритными кратерами и, вероятно, являются астероидами, захваченными планетой в далеком прошлом. Фобос обращается вокруг планеты по очень низкой орбите и продолжает приближаться к Марсу под действием приливов; позже он будет разрушен притяжением планеты.
Юпитер. Крупнейшая планета Солнечной системы, Юпитер, в 11 раз больше Земли и в 318 раз массивнее ее. Его низкая средняя плотность (1,3 г/см3) указывает на состав, близкий к солнечному: в основном это водород и гелий. Быстрое вращение Юпитера вокруг оси вызывает его полярное сжатие на 6,4%. В телескоп на Юпитере видны облачные полосы, параллельные экватору; светлые зоны в них перемежаются красноватыми поясами. Вероятно, светлые зоны - это области восходящих потоков, где видны верхушки аммиачных облаков; красноватые пояса связаны с нисходящими потоками, яркий цвет которых определяют гидросульфат аммония, а также соединения красного фосфора, серы и органические полимеры. Кроме водорода и гелия в атмосфере Юпитера спектроскопически обнаружены CH4, NH3, H2O, C2H2, C2H6, HCN, CO, CO2, PH3 и GeH4. Температура на уровне верхушек аммиачных облаков 125 К, но с глубиной она увеличивается на 2,5 К/км. На глубине 60 км должен быть слой водяных облаков. Скорости движения облаков в зонах и соседних поясах существенно различаются: так, в экваториальном поясе облака движутся к востоку на 100 м/с быстрее, чем в соседних зонах. Разница скоростей вызывает сильную турбулентность на границах зон и поясов, что делает их форму весьма замысловатой. Одним из проявлений этого служат овальные вращающиеся пятна, крупнейшее из которых - Большое Красное Пятно - было открыто более 300 лет назад Кассини. Это пятно (25 000ґ15 000 км) больше диска Земли; оно имеет спиральную циклоническую структуру и совершает один оборот вокруг оси за 6 сут. Остальные пятна меньшего размера и почему-то все белые.