Марс

Меркурий самая маленькая планета в Солнечной системе

Планета сформировалась 4,5 млрд. лет назад. Свое название получила в честь римского бога торговли. Меркурий уступает в размере Земле, его диаметр меньше в 2,5 раза. При этом скорость движения по орбите превышает земную в 1,6 раз. Это самая быстрая планета в Солнечной системе.

Сравнение размеров планет Солнечной системы. Credit: сiclo2elcastrogecs.blogspot.com

История исследования

Первые сведения о наблюдении за Меркурием датируются XIV в. до н.э. Ассирийские ученые в своих астрологических таблицах назвали небесное тело «прыгающей планетой».

Древние египтяне называли планету по именам богов — Сет и Горус; греки — Стилбон, Искрящийся; китайские мудрецы — Утренняя звезда, индусы — Будха.

Европейским ученым в эпоху Средневековья исследовать Меркурий было непросто. В северных широтах его можно было видеть только на заре. Даже в периоды наилучшей видимости неяркую звездочку было трудно наблюдать на фоне светлого неба. Коперник говорил, что для этого требуются терпение и хитрость.

Галилео Галилей первым изучал Меркурий при помощи телескопа. В XIX в. астрономы рассчитывали периоды вращения, картографировали поверхность.


Выдающийся ученый Галилео Галилей сделал много открытий в астрономии. Credit: vashurok.ru

Использование космических аппаратов и развитие новых методов исследований (радиолокационных, радиоастрономических) позволили приумножить знания о далекой планете. Но и сейчас проблемы, связанные с близостью Солнца, преодолеть трудно.

Первая межпланетная станция с автоматической системой управления «Маринер-10» долетела до Меркурия в 1974 г. Благодаря материалам, полученным с американской станции, были сделаны и обработаны на компьютере тысячи снимков, составлена карта поверхности.

В августе 2004 г. был запущен второй автоматический аппарат «Мессенджер». В 2008 г. он впервые облетел Меркурий, а в 2011 г. стал его искусственным спутником.

В 2018 г. ESA (Европейское Космическое Агентство) отправило в сторону Меркурия ракету с исследовательскими аппаратами на борту. Добраться до Меркурия они должны к 2025 г.

Самый большой в мире телескоп «Хаббл» планетологи не рискуют использовать для наблюдения. Близость светила опасна: аппаратура может получить повреждения, исправить которые будет невозможно.

В Роскосмосе прорабатываются проекты запуска космического зонда, который будет называться «Меркурий-П», с последующей посадкой на поверхность.

Цель миссии «Меркурий-П» — исследование грунта Меркурия. Credit: pavlonews.info

Особенности строения

Меркурий имеет форму шара. Поверхность изрыта кратерами — следами «бомбардировки» твердыми телами из космоса. Самый большой из них имеет размеры 1525 км×1315 км. Равнины сложены из базальтовых пород, которые изливались из недр.

Толщина коры — 100-130 км.

Мантия сформирована из силикатных материалов со сложным химическим составом. Ее толщина достигает 600 км.

Железно-никелевое ядро (радиус 1800 км) находится в жидком состоянии. Концентрация железа выше, чем у других планет.


Внутреннее строение Меркурия. Credit: comp-pro.ru

Температура на поверхности меняется резко из-за разреженности атмосферы, близкого расположения к Солнцу и медленного вращения вокруг собственной оси. Разница дневной и ночной температур огромна: максимальная температура днем +430°C; ночью поверхность охлаждается до -170°C.

Аномальная прецессия орбиты и движение планеты

Наблюдения за движением Меркурия помогли астрономам и математикам найти подтверждение теории тяготения Эйнштейна.

Астроном Леверье заметил, что истинное движение планеты отличается от расчетного.

Смещение перигелия пытались объяснить существованием неизвестной планеты, оказывающей влияние на Меркурий. Ей даже дали название — Вулкан, но так и не обнаружили.

После проведения дополнительных расчетов ученые пришли к выводу, что причина несоответствия — неточность ньютоновского закона всемирного тяготения.

Перемещение Меркурия по орбите планетологи считают особенным. Двигаясь по вытянутой эллиптической орбите со скоростью около 48 км/с планета совершает оборот вокруг Солнца за 88 земных суток.

Оборот вокруг своей оси равен 59 дням, т. е. меркурианские сутки в 1,5 раза короче меркурианского года.

Скорость осевого вращения постоянна, а орбитальная скорость изменяется.

Еще одна особенность отличает Меркурий: на планете не меняются времена года, т. к. ось вращения расположена перпендикулярно по отношению к плоскости орбиты.

Почему Марс красный?

Почему Марс красный?

Причиной красноватого оттенка планеты является оксид железа. Попросту: ржавчина, составляющая основную часть пыли. Она покрывает Марс слоем от нескольких миллиметров до двух метров (нагорье Фарсида). Оксид железа с помощью ветров, создающих восходящие потоки воздуха, поднимается в атмосферу. Его и видно из космоса.

Поверхность Марса

На самом деле поверхность Марса имеет весь спектр цветов: жёлтый, бурый, золотистый, коричневый, рыжий, зелёный. Всё зависит от химического состава грунта.

Спектральный анализ, проведённый аппаратурой, установленной на межпланетной космической станции «Марс-экспресс» дал исчерпывающий ответ на загадку, тысячи лет не дававшую покоя лучшим умам человечества.

Состав и поверхность планеты Марс

С показателем плотности в 3.93 г/см3 Марс уступает Земли и имеет лишь 15% нашего объема. Мы уже упоминали, что красный цвет образуется из-за присутствия оксида железа (ржавчина). Но из-за присутствия других минералов он бывает коричневым, золотым, зеленым и т.д. Изучите строение Марса на нижнем рисунке.

Внутреннее строение Марса

Марс относится к планетам земного типа, а значит обладает высоким уровнем минералов, вмещающих кислород, кремний и металлы. Грунт слабощелочный и располагает магнием, калием, натрием и хлором.

В таких условиях поверхность не способна похвастаться водой. Но тонкий слой марсианской атмосферы позволил сохранить лед в полярных областях. Да и можно заметить, что эти шапки охватывают приличную территорию. Существует еще гипотеза о наличии подземной воды на средних широтах.

В структуре Марса присутствует плотное металлическое ядро с силикатной мантией. Оно представлено сульфидом железа и вдвое богаче на легкие элементы, чем земное. Кора простирается на 50-125 км.

Ядро охватывает 1700-1850 км и представлено железом, никелем и 16-17% серы. Небольшие размер и масса приводят к тому, что гравитация достигает лишь до 37.6% земной. Объект на поверхности будет падать с ускорением в 3.711 м/с2.

Стоит отметить, что марсианский пейзаж похож на пустыню. Поверхность пыльная и сухая. Есть горные хребты, равнины и крупнейшие в системе песчаные дюны. Также Марс может похвастаться наибольшей горой – Олимп, и самой глубокой пропастью – Долина Маринер.

На снимках можно заметить множество кратерных формирований, которые сохранились из-за медлительности эрозии. Эллада Планитиа – крупнейший кратер на планете, охватывающий в ширину 2300 км, а вглубь – 9 км.

Планета способна похвастаться оврагами и каналами, по которым ранее могла протекать вода. Некоторые тянутся на 2000 км в длину и на 100 км в ширину.

Основные характеристики вращения планеты

Движение Марса вокруг собственной оси и по орбите вокруг центра солнечной системы во многом напоминает земное. Однако есть и различия:

  • эксцентриситет марсианской орбиты в 5,5 раз выше, чем у Земли — Красная планета движется по гораздо более вытянутой траектории;
  • осевое вращение Марса более нестабильно и хаотично, его ось способна непредсказуемо изменять свой наклон.

Последнее объясняется фактом, что Марс не имеет естественных лун, способных силой своего притяжения стабилизировать и регулировать вращение планеты — ее спутники Деймос и Фобос слишком малы, чтобы оказывать подобное влияние. Кроме того, на наклон оси может воздействовать гравитация соседнего гиганта Юпитера.

Параметры марсианской орбиты

Красная планета движется вокруг центральной точки нашей системы по вытянутой эллиптической траектории. Ученые выяснили, что примерно 1,35-1,5 млн лет назад марсианская орбита была приближена к кругу, но после растянулась под воздействием гравитации соседних космических тел.

Для расчетов берут среднее значение расстояния от Солнца до Марса — 228 млн км. Когда планета находится в перигелии, ближайшей точке к светилу, радиус ее орбиты равен 206,7 млн км, в афелии он удаляется на максимальное расстояние от звезды — на 249,2 млн км. Настолько существенная разница объясняет разброс в количестве поступающего на планету солнечного света (20-30%) и температурные перепады на ее поверхности.

Орбитальный период Марса. Credit: Switch-case.

Необычную сезонность на Марсе объясняют также большой эксцентриситет траектории и наклон экватора к плоскости орбиты — 25,2° (аналогичный земной параметр составляет 23,5°). Как и на Земле, здесь в одном полушарии планеты длится летний период, во втором — зима, после они меняются местами, но длительность их непостоянна, они могут растягиваться и уменьшаться.

В северном полушарии теплый сезон (лето и весна) наступает, когда планета находится в афелии, поэтому он здесь длинный и прохладный. В южной полусфере это время начинается в перигелии, потому сезон более короткий и теплый. На Земле сезоны распределяются более равномерно из-за того, что наша орбитальная траектория больше походит на окружность.

Противостояния Марса

Каждые 26 земных месяцев Марс и Земля оказываются на минимальном расстоянии друг от друга, а когда наша планета начинает обгонять своего соседа, земному наблюдателю видится, будто последний начал свое движение назад — это ретроградный эффект.

Такие периоды называются противостояниями, при них Солнце, Земля и Марс находятся на одной прямой линии, и это оптимальное время для запуска космических кораблей на Красную планету из-за снижения затрат топлива и продолжительности полета, который продлится всего 7-8 месяцев. Например, такой возможностью воспользовался аппарат Mars InSight, запущенный в марте 2018 г. и удачно совершивший посадку на марсианскую поверхность в ноябре того же года.

Вращение по оси

Линейная скорость осевого вращения Марса примерно вдвое меньше Земли — 868 км/ч против земных 1674 км/час, но сутки на этих двух планетах длятся почти одинаково: марсианский день равен 24 часам 37 минутам 23 секундам.

Осевое вращение Марса — причина не только смены дня и ночи на Красной планете, но и изменения формы небесного тела: центробежная сила сплющивает его на 0,3% в полярных областях.

1. Размеры

Когда в 1965 году американская станция Маринер-4 с малого расстояния впервые получила снимки Марса, эти фотографии вызвали сенсацию. Астрономы были готовы увидеть что угодно, только не лунный ландшафт. Один известный астроном из Пулковской обсерватории даже звонил в редакции газет, чтобы проверить, не спутали ли газетчики Луну с Марсом. Увы, типичный лунный пейзаж принадлежал знаменитой Красной планете.

Именно на Марс возлагали особые надежды те, кто хотел найти жизнь в космосе. Но эти чаяния не оправдались — Марс оказался безжизненным.

По современным данным радиус Марса почти вдвое меньше земного (3390 км), а по массе Марс уступает Земле в десять раз. Обращается вокруг Солнца эта планета за 687 земных суток (1,88 года). Солнечные сутки на Марсе практически равны земным — 24 ч 37 мин, а ось вращения планеты наклонена к плоскости орбиты на 25° (для Земли — 23°), что позволяет сделать вывод о сходной с земной смене времен года.

Масса Марса составляет 6,44 1023 кг, то есть 0,108 массы Земли. Средняя плотность 3,95 г/см3. Ускорение свободного падения на экваторе 3,76 м/с2.

Итак, планета имеет средний диаметр 6,780 км, что составляет приблизительно половину размера Земли, и почти вдвое больше размера Луны. Из-за вращения, планета немного приплюснута у полюсов, имея фактический диаметр 6,794 км в экваторе и 6,752 км в направлении полюсов. Средняя плотность планеты (3.9 г/см3), ниже чем плотность Земли (5.5 г/см3). Кроме того, на Марсе не было обнаружено какого-либо заметного магнитного поля, из чего можно сделать вывод, что ядро планеты находится в твердом состоянии и этим же объясняется, отсутствие радиационного пояса Марса. Общая масса планеты составляет лишь одну десятую массы Земли, и таким образом, сила притяжения на Марсе только 38% земной.

Основные характеристики планеты Марс

параметр Марс Земля Марс/Земля
Масса, 1024кг 0.6419 5.975 0.107
Экваториальный радиус, км 3393 6378 0.532
Полярный радиус, км 3373 6356 0.531
Радиус ядра, км 1700 3485 0.488
Средная плотность, кг/м3 3933 5520 0.713
Ускорение силы тяжести на поверхности, м/с2 3.69 9.78 0.377
Момент инерции 0.366 0.3308 1.106
Перепад высоты, км 36 20 1.800

2. Положение в Солнечной системе

В центре Солнечной системы находится наша дневная звезда — Солнце. Вокруг него вместе со своими двумя спутниками обращается Марс. Возраст Солнечной системы был определён учёными на основании лабораторного изотопного анализа земных скальных пород, а также метеоров и доставленных на Землю космическими аппаратами образцов лунного грунта. Поэтому считается, что эта планета сформировались приблизительно 4,5 — 5 млрд. лет тому назад.

Марс – от греческого Mas – мужская сила – бог войны, в Риме почитался как отец римского народа, охранитель полей и стад, позднее – покровитель конных состязаний. Сияющий кроваво-красный диск, увиденный в телескоп, наверняка ужаснул астронома, открывшего эту планету. Между ядром и корой находится силикатная мантия, обогащенная железом. Красные окислы железа, присутствующие в поверхностных породах, определяют цвет планеты. Поэтому ее так и назвали.

1877 год — время очередного великого противостояния Марса и Земли, когда планеты, двигаясь по своим орбитам, сближаются на минимальное расстояние — 55 млн. км. Астрономы воспользовались случаем: все средства наблюдения были направлены на Красную планету в поисках новых открытий.11 августа 1877 года Асаф Холл, сотрудник Морской обсерватории США, обнаружил первый спутник Марса. А еще спустя несколько дней, 17 августа, он же открыл ещё один спутник.

Ни одна из планет Солнечной системы не притягивает столько внимания и не остается столь загадочной. «Тихая» по своим данным планета более «агрессивна» к вторжению извне, чем Венера – планета с самыми жесткими условиями (среди планет данной группы). Многие называют Марс «колыбелью великой древней цивилизации», другие – просто еще одной «мертвой» планетой Солнечной системы.

Марс находится на минимальном расстоянии от Земли во время противостояний, происходящих с интервалами в 779,94 земных суток. Однако раз в 15-17 лет происходит так называемое великое противостояние, когда эти две планеты сближаются примерно на 56 млн. км; последнее такое сближение имело место в 1988. Во время великих противостояний Марс выглядит самой яркой звездой на полуночном небе.

Вокруг Марса обращаются два спутника: Фобос (Страх) и Деймос (Ужас). Первый из них движется вокруг Марса по орбите со средним радиусом 9350 км за 7 ч 39 мин, то есть обгоняет планету в ее суточном вращении. Деймос облетает Марс по орбите с радиусом 23500 км за 30 ч 17 мин. Оба спутника имеют неправильную форму и всегда обращены к Марсу одной и той же стороной. Их максимальные размеры: 26 км в длину и 21 км в ширину у Фобоса и, соответственно, 13 и 12 км — у Деймоса. Гравитационные поля спутников настолько слабые, что атмосферы они не имеют. На поверхности обнаружены метеоритные кратеры. На Фобосе крупнейший кратер Стикни имеет диаметр 10 км.

Движение Марса.

С точки зрения земного наблюдателя Марс относится к «верхним» планетам: вместе с планетами-гигантами (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун), а также карликовой «двойной планетой» Плутоном Марс движется за пределом орбиты Земли. Внутри же земной орбиты, ближе к Солнцу, движутся две «внутренние» планеты – Меркурий и Венера. Однако по своим физическим свойствам Марс входит в группу планет земного типа (Меркурий, Венера, Земля и Марс). Планеты земной группы схожи между собой тем, что это небольшие, каменистые и довольно плотные тела. Они сравнительно медленно вращаются вокруг своих осей, лишены колец и имеют мало или совсем не имеют спутников: у четырех планет этой группы в сумме всего три спутника – земная Луна и марсианские Фобос и Деймос.

В истории астрономии изучение движения Марса сыграло особую роль: использую многолетние наблюдения Тихо Браге за перемещением Марса относительно звезд, Иоганн Кеплер смог впервые верно определить форму планетных орбит. Он доказал, что орбита Марса – эллипс. Это удалось Кеплеру лишь потому, что эллиптичность марсианской орбиты относительно высока, заметно выше, чем у всех планет, доступных для детального наблюдения в дотелескопическую эпоху.

Период обращения Марса по орбите составляет около 687 земных суток или около 670 марсианских суток, которые лишь немногим длиннее земных (см. табл. 1). Одинаковое взаимное расположение Марса, Земли и Солнца повторяется в среднем через каждые 780 сут. – это синодический период обращения Марса. В частности, с такой периодичностью происходят противостояния Марса, при которых он наблюдается с Земли приблизительно в точке, противоположной Солнцу; отсюда и термин – противостояние Марса и Солнца на земном небосводе. В эти периоды Марс особенно удобен для изучения его поверхности в телескоп.

В зависимости от времени года, т.е. от положения Земли на орбите, в момент противостояния расстояние до Марса может быть от 56 до 101 млн. км. Если противостояние происходит в июле-сентябре, то расстояние составляет 56–60 млн. км; такие близкие противостояния называют великими (см. ВЕЛИКИЕ ПРОТИВОСТОЯНИЯ МАРСА). В эти моменты видимый с Земли диаметр диска Марса достигает 25І, а блеск поднимается до 2,5 звездной величины, сравниваясь с блеском Юпитера и уступая лишь Венере.

Сезонные изменения на Марсе происходят в течение года подобно земным: наклон экватора к плоскости орбиты для Марса равен 25,2°, для Земли 23,4°. Год Марса делится на четыре сезона моментами равноденствий и солнцестояний: от весеннего равноденствия до летнего солнцестояния – весна, и т.д. Поскольку период обращения Марса вокруг Солнца вдвое больше земного, продолжительность сезонов также вдвое больше. К тому же, по длительности марсианские сезоны больше отличаются друг от друга, чем земные. Причина этого в существенной эллиптичности марсианской орбиты, из-за чего в разных точках орбиты Марс движется с разной скоростью. Например, в южном полушарии Марса весна длится 146 земных суток, лето – 160 сут, осень – 199 сут, зима – 182 сут.

В течение северной весны Марс находится на большем удалении от Солнца (в области афелия орбиты), а поэтому солнечная радиация, достигающая планеты в этот период, составляет лишь 70% радиации в период ближайшего положения к Солнцу (в перигелии). При прохождении Марсом перигелия средняя температура поверхности по дневному полушарию планеты на 25–30 градусов выше, чем в афелии. По этой причине осень и зима в северном полушарии Марса менее суровые, чем в южном, а южное лето в отличие от северного болеежаркое.

Вращение вокруг собственной оси

Вращение планеты по собственной оси проходит по наклонной к плоскости орбиты под углом 177 градусов, поэтому Вечерняя звезда совершает движение вокруг собственной оси в обратном, ретроградном, направлении. Для прохождения вокруг оси требуются 243 земных суток.

Вращение Венеры вокруг своей оси

Стоит обратить внимание, что по отношению к Земле оборот вокруг оси равен 146 дням, звездный период Венеры равен 584 дням, то есть в 4 раза больше. Из-за этого во время каждого нижнего соединения планета повернута к Земле всегда одинаковой стороной

Причины обратного движения Венеры

Учеными не установлена причина ретроградного венерианского движения. В настоящий момент существует несколько гипотез:

  1. Во время образования Солнечной системы все планеты являли собой скопления газа и пыли, которые двигались против часовой стрелки. Считается, в период формирования, произошло столкновение с космическим объектом, который был в разы больше новой планеты. Объект «заставил» планету двигаться в обратном направлении.
  2. Существует несколько фантастическая теория о причастности Меркурия в ретроградности Венеры. Существует гипотеза о том, что Меркурий являлся спутником Утренней звезды. Спустя время, Меркурий, вероятно, столкнулся с Венерой по касательной, утратив часть массы. Эта теория объясняет искривленность орбиты Меркурия и обратное вращение Венеры.
  3. На вращение Венеры влияет атмосфера. Атмосферный слой равен 20 км в ширине. Масса Земли немного превышает венерианскую. Существует вероятность, что повышенная атмосферная плотность сдавливает венерианскую поверхность и заставляет планету двигаться в обратном направлении. В пользу этой гипотезы говорит относительно небольшая венерианская скорость вращения.
  4. На направление вращения влияет солнечная гравитация. Сильные гравитационные бури и трение между венерианским ядром и мантией создают условия для обратного движения.
  5. Влияние гравитации Земли на Венеру. Часть научного сообщества полагает, что гравитационное поле Земли обладает достаточной силой, которая за миллиарды лет смогла повлиять на направление вращения ближайшего соседа.
Ссылка на основную публикацию