Внутреннее строение, атмосфера, основные характеристики движения, магнитное поле Меркурия.

• Меркурий – ближайшая планета к Солнцу.

• Средний радиус: 2439,7 ± 1,0 км.

• Масса: 3,3022×1023 кг или 0,055 массы Земли.

• Средняя плотность: 5,427 г/см³.

• Атмосфера разрежена, давление в 5×1011 раз меньше давления земной атмосферы.

• Меркурий движется вокруг Солнца по довольно вытянутой эллиптической орбите (e = 0,205) на среднем расстоянии 57,91 млн. Км (0,387 а.е.). Наклон орбиты к плоскости эклиптики равен 7°. На один оборот по орбите Меркурий затрачивает 87,97 суток. Средняя скорость движения планеты по орбите 48 км/с.

• Меркурианские звёздные сутки равны 58,65 земных суток, то есть 2/3 меркурианского года. Такая соизмеримость периодов вращения и обращения Меркурия является уникальным для Солнечной системы явлением. Оно объясняется тем, что приливное воздействие Солнца отбирало момент количества движения и тормозило вращение, которое было первоначально более быстрым, до тех пор, пока оба периода не оказались связаны целочисленным отношением.

• Комбинация движений планеты порождает ещё одно уникальное явление. Скорость вращения планеты вокруг оси — величина практически постоянная, в то время как скорость орбитального движения постоянно

изменяется. На участке орбиты вблизи перигелия в течение примерно 8 суток скорость орбитального движения превышает скорость вращательного движения. В результате Солнце на небе Меркурия останавливается, и начинает двигаться в обратном направлении — с запада на восток.

• Близость к Солнцу и довольно медленное вращение планеты, а также отсутствие атмосферы приводят к тому, что на Меркурии наблюдаются самые резкие перепады температур в Солнечной системе.

• Средняя температура его дневной поверхности равна 623 К, ночной — 103 К. Минимальная температура на

Меркурии равна 90 К, а максимум, достигаемый в полдень — 700 К.

• На Меркурии не существует «времён года», т.к. ось вращения планеты находится под прямым углом к плоскости орбиты (отклонение составляет всего 0.027°).

• Меркурий обладает крупным железным ядром, являющимся источником магнитного поля, составляющим 10% от земного.

Прецессия перигелия орбиты Меркурия

• В XIX-м веке было обнаружено, что медленная прецессия орбиты Меркурия не может быть точна объяснена законами механики Ньютона с учетом возмущений от известных планет. Для объяснения аномалии в прецессии перигелия орбиты Меркурия было высказано предположение о существовании ещё одной планеты, расположенной ещё ближе к Солнцу – Вулкана. Однако такая планета не была обнаружена.

• Прецессия перигелия орбиты Меркурия составляет 5600" в столетие. Законы классической механики предсказывают только 5557" в столетие.

• Объяснение аномалии было получено в рамках ОТО (сферически симметричное решение Шварцшильда): расчёты позволили получить значение релятивистской поправки в 42.98" в столетие.

• Аналогичные, но значительно меньшие эффекты были получены и для других планет: 8.62" в столетие для Венеры, 3.84" для Земли, 1.35" для Марса.

Внутреннее строение, атмосфера, основные характеристики движения, магнитное поле Венеры.

• Венера – вторая планета Солнечной системы.

• Средний радиус: 6 051.8 ± 1.0 км.

• Масса: 4.8685×1024 кг или 0.815 массы Земли.

• Средняя плотность: 5.204 г/см³.

• Плотность атмосферы: 65 кг/м³ (6.5% плотности воды), давление в 92 раза больше давления земной атмосферы.

• Практически вся атмосфера Венеры вовлечена в один гигантский ураган: она вращается вокруг планеты со скоростью, достигающей 120- 140 м/с у верхней границы облаков. Вблизи поверхности скорость ветра составляет около 1 м/с.

• Среднее расстояние Венеры от Солнца 108 млн км (0,723 а.е.).

Орбита очень близка к круговой (e = 0,0068). Период обращения вокруг Солнца равен 224,7 суток;

средняя орбитальная скорость — 35 км/с. Наклон орбиты к плоскости эклиптики равен 3,4°.

• Венера вращается вокруг своей оси, отстоящей от перпендикуляра к плоскости орбиты на 2°, в

направлении, противоположном направлению вращения большинства планет. Один оборот вокруг оси

занимает 243,02 суток.

• Венера —самый яркий объект на ночном небе за исключением Луны, и достигает видимой звёздной величины в −4,6 m. Сферическое альбедо = 0,78.

• Температура поверхности Венеры составляет 737 К, что превышает температуру поверхности Меркурия, который находится вдвое ближе к Солнцу. Причиной столь высокой температуры на Венере является парниковый эффект, создаваемый плотной углекислотной атмосферой.

• Из-за парникового эффекта вблизи поверхности Венеры исключена всякая возможность существования жидкой воды.

• Собственное магнитное поле у Венеры отсутствует, поэтому следует считать, что в железном ядре нет перемещения заряженных частиц (электрического тока), вызывающего магнитное поле, следовательно, ядро

находится в твёрдом состоянии.

Планета Земля. Форма Земли. Метод триангуляции. Дуга Струве. Внутреннее строение, атмосфера, магнитное поле. Луна.

Форма Земли. Метод триангуляции

• Согласно теории всемирного тяготения всякое массивное, изолированное тело, вращающееся вокруг оси с

определенной (не слишком большой) скоростью, должно принять форму, близкую к шару. Действительно, все

наблюдаемые массивные небесные тела (Солнце, Луна, планеты) имеют формы, мало отличающиеся от правильных шаров.

• Для определения размеров шарообразного объекта необходимо знать длину дуги меридиана. Определение

длины дуги (длины меридиана) осуществляется при помощи специального способа, который требует непосредственного измерения только сравнительно небольшого расстояния — базиса и ряда углов. Этот способ разработан в геодезии и называется триангуляцией.

• По обе стороны дуги O 1 О 2, длину которой необходимо определить, выбирается несколько точек А, В, С,... на расстояниях 30-40 км. Точки выбираются так, чтобы из каждой были видны по меньшей мере две другие точки. Во всех точках устанавливаются геодезические сигналы — вышки в форме пирамид — высотой в несколько десятков метров. Наверху сигнала устраивается площадка для наблюдателя и инструмента. Расстояние между какими-нибудь двумя точками, например O 1 А, выбирается на совершенно ровной поверхности и принимается за базис. Длину базиса очень тщательно измеряют непосредственно с помощью специальных мерных лент. Наиболее точные современные измерения базиса длиной в 10 км производятся с ошибкой ±2 мм. Затем устанавливают угломерный инструмент последовательно в точках O 1, A, В, С,..., O 2 и измеряют все углы треугольников.

• Т.о., зная в этой цепи треугольников только одну сторону (базис) и все углы, можно вычислить длину ломаной линии O 1 BDO 2. При этих вычислениях учитывается, что треугольники не плоские, а сферические. Далее, определив из точки O 1 азимут направления стороны O 1 В, можно спроецировать ломаную линию O 1 BDO 2 на меридиан O 1 О 2,, т.е. получить длину дуги O 1 О 2 в линейных мерах.

• Дуга Струве – самый большой геодезический инструмент – сеть из 265 геодезических пунктов.

Каждый из них – каменный куб размером 2×2 м, заложенный в землю. Создавалась с целью определения параметров Земли, её формы и размера.

• Из 265 точек сохранились только 34, причём на территории Беларуси находится 19 геодезических пунктов.

Форма Земли

• Измерения показали, что длина дуги 1° меридиана не одинакова под разными широтами: около экватора она равна 110,6 км, а около полюсов — 111,7 км, т.е. увеличивается к полюсам. Это означает, что кривизна земной поверхности меньше в полярных областях, чем в экваториальных. Следовательно, Земля отличается от шара и имеет несколько сплющенную форму, близкую к эллипсоиду вращения. (Широта какой-либо точки на поверхности эллипсоида отсчитывается не по линии, соединяющей данную точку с центром эллипсоида, а по отвесной линии, перпендикулярной касательной к поверхности эллипсоида в данной точке.)

• В настоящее время принято, что большая полуось земного эллипсоида а, лежащая в плоскости экватора, равна 6 378,136 км, малая полуось b, совпадающая с осью вращения Земли, равна 6 356,751 км.

Сжатие ε = (a – b)/ a = 1/298,257.

• Истинная фигура Земли отличается и от эллипсоида вращения, и от трехосного эллипсоида и не может быть представлена ни одной из известных математических фигур. Поэтому, говоря о фигуре Земли, имеют в виду т.н. поверхность геоида. Поверхность, нормалями к которой в любой из её точек являются отвесные линии, называется уровенной поверхностью, или поверхностью равновесия. Та поверхность равновесия, которая совпадает в открытом океане с поверхностью покоящейся свободной воды, называется геоидом. Поверхность геоида мало отличается от поверхности земного эллипсоида. Высоты геоида относительно эллипсоида не превышают ±100 м.

Магнитное поле Земли

• Земля обладает значительным магнитным полем – около 0,5 Э у поверхности. Магнитные силовые линии Земли в среднем близки к силовым линиям некоторого диполя, отличаясь от них местными нерегулярностями, связанными с наличием намагниченных пород в коре. Этот воображаемый диполь, поле которого ближе всего соответствует истинному, называется эквивалентным магнитным диполем. Точки пересечения его оси с поверхностью Земли — геомагнитные полюсы — не совпадают с географическими полюсами. Географические координаты северного геомагнитного полюса φ = 78,5° с.ш. и λ = 70° з.д. (Северная Гренландия). Магнитные полюса Земли через интервалы времени от 500 тыс. до 50 млн. Лет меняются местами.

• Происхождение магнитного поля Земли и других планет связано, по-видимому, с т.н. динамо-механизмом. Предполагается, что магнитное поле возникает благодаря гидродинамическим движениям в жидком ядре. Температура вещества в жидком ядре довольно высокая (несколько тысяч кельвинов), и оно имеет заметную проводимость. Если в ядре имеется какое-либо (пусть вначале очень слабое) начальное магнитное поле, то при

пересечении этого поля потоком проводящего вещества возникает электрический ток. Электрический ток создаёт магнитное поле, которое при благоприятной геометрии течений может усилить начальное поле, а это усилит ток. Процесс усиления будет продолжаться до тех пор, пока растущие с увеличением тока потери на джоулево тепло не уравновесят притоки энергии, поступающей за счет гидродинамических движений.

Атмосфера Земли

• В отличие от атмосферы Венеры (96,5% СО2; 3,5% N2 и другие газы) в атмосфере Земли аномально много азота (78% N2).

• Во Вселенной больше углерода, чем азота, и в межзвёздной среде, а, следовательно, и в протосолнечной системе углерод существует в виде графитовых пылинок и органических соединений. Азот же, напротив, существует в виде очень летучего газа N2.

• Планетезималям (зародышам планет) гораздо легче захватывать твёрдые углеродистые соединения, чем азот, и поэтому ожидается, что химический состав метеоритов и комет должен показывать избыточное отношение C/N. Действительно, такое отношение более чем в 5 раз превышает среднее космическое значение. Поэтому неудивительно, что на Венере и Марсе наблюдаются атмосферы с доминированием углерода в форме СО2.

• На Земле при помощи и содействии богатой жизнедеятельности морских форм жизни двуокись углерода растворялась в воде и образовывала углеродистые породы.

• Если экстрагировать весь СО2, содержащийся в связанном состоянии в известковых породах, то атмосферное содержание СО2 повысилось бы до 95% при давлении в 70 атмосфер, а земная атмосфера стала бы весьма похожей на венерианскую.

Луна —ближайшее к Земле небесное тело. Её радиус 1737 км, среднее расстояние от Земли 384 400 км.

• Масса Луны в 81,3 раза меньше массы Земли. Средняя плотность — 3,3 г/см3, т.е. в 1,5 раза меньше средней плотности Земли (5,5 г/см3).

• Наиболее крупные детали лунной поверхности — «моря» и большие горные районы — видны даже невооружённым глазом. В телескоп, зрительную трубу или бинокль можно наблюдать своеобразные формы лунного рельефа. Первым наблюдал Луну в телескоп Галилео Галилей. Он и назвал большие тёмные области морями, и это название сохраняется по традиции, хотя известно, что лунные моря не содержат воды.

• Обширные светлые участки лунной поверхности, называемые материками, занимают около 70% видимого с Земли диска. Это неровные, гористые районы. Остальные 30% поверхности — моря, ровные гладкие области.

• Одна из наиболее характерных форм лунного рельефа — кратеры. Лунный кратер состоит из кольцевого вала, внутри которого находится равнина (дно), а в центре равнины — центральная горка, высота которой обычно меньше высоты вала. Самые крупные кратеры имеют диаметр до 100 км. Большинство кратеров имеет метеоритное происхождение.

• Глаз наблюдателя воспринимает Луну как яркий, слегка желтоватый диск. Это впечатление в некоторых отношениях обманчиво: отражательная способность Луны очень низка. Сферическое альбедо Луны в видимой области спектра составляет всего лишь 0,06.

• Измерения ИК и радиоизлучения излучения Луны показали следующее:1)В дневное время (в полдень) на экваторе температура поверхности Луны составляет около 390К.2)В ночное время температура поверхности очень низка, 100-120К.3)Теплопроводность лунного грунта очень мала; она близка к теплопроводности сухого песка в вакууме. Колебания температуры от дня к ночи почти полностью сглаживаются уже на глубине 10 см.

• Сейсмографы, доставленные на Луну, отметили много небольших «лунотрясений», в основном связанных, вероятно, с падениями метеоритов. Их данные не указывают на сколько-нибудь серьезную сейсмическую активность, но Луна, вероятно, не является геологически мертвой планетой.

• У Луны нет атмосферы и магнитного поля.