Происхождение Земли и планет

В последние десятилетия  американскими и советскими учеными  был выдвинут ряд новых гипотез. Если раньше считалось, что в эволюции Земли происходил непрерывный процесс  отдачи тепла, то в новых теориях  развитие Земли рассматривается  как результат многих разнородных, порой противоположных процессов. Одновременно с понижением температуры  и потерей энергии могли действовать  и другие факторы, вызывающие выделение  больших количеств энергии и  компенсирующие таким образом убыль  тепла. Одно из этих современных предположений  его автор американский астроном Ф.Л. Уайпль назвал «теорией пылевого облака». Однако, по существу это ничто иное, как видоизмененный вариант небулярной теории Канта-Лапласа.

Любопытно, что на новом  уровне, вооруженные более совершенной  техникой и более глубокими познаниями о химическом составе солнечной  системы, астрономы вернулись к  мысли о том, что Солнце и планеты  возникли из обширной, нехолодной туманности, состоящей из газа и пыли. Мощные телескопы обнаружили в межзвездном  пространстве многочисленные газовые  и пылевые «облака», из которых  некоторые действительно конденсируются в новые звезды.

В связи с этим первоначальная теория Канта-Лапласа была переработана с привлечением новейших данных. Каждая из этих космогонических теорий внесла свой вклад в дело выяснения сложного комплекса проблем, связанных с  происхождением Земли. Все они рассматривают  возникновение Земли и солнечной  системы как закономерный результат  развития звезд и вселенной в  целом. Земля появилась одновременно с другими планетами, которые, как  и она, вращаются вокруг Солнца и  являются важнейшими элементами солнечной  системы.

В центре нашей планетной  системы находится звезда Солнце, в котором сосредоточено 99,866 % всей массы системы. На все 9 планет и десятки  их спутников приходится только 0,134 % вещества системы. В тоже время 98% момента  количества движения, т.е. произведения массы на скорость и радиус вращения сосредоточено в планетах. В настоящее  время известно более 60 спутников  планет, около 100000 астероидов или малых  планет и около 1011 комет, а также  огромное количество мелких обломков метеоритов.

Солнце это звезда спектрального  класса G2V, довольно распространенного в ГМП. Солнце имеет диаметр 1,4 млн.км (1 391 980 км), массу, равную 1,98?1033 кг и плотность 1,4 г/см3, хотя в центре она может достигать 160 г/см3. В структуре Солнца различают внутреннюю часть или гелиевое ядро с Т0 15 млн. К, далее располагается зона лучистого равновесия фотосфера, мощностью до 1 тыс. км и с Т0 от 800 К на глубине 300 км и до 4000 К в верхних слоях, а самую внешнюю часть Солнечного диска составляет хромосфера, мощностью 10-15 тыс. км с Т0 20000 К.

Гранулярная структура фотосферы  обусловлена всплыванием более  высокотемпературных потоков газа и погружением относительно более  холодных. Говоря о хромосфере и  фотосфере, нельзя не сказать о явлениях солнечной активности, оказывающих  влияние на нашу планету. Локальные, очень сильные магнитные поля, возникающие во внешних оболочках  Солнца, препятствуют ионизованной плазме хорошему проводнику, перемещаться поперек  линий магнитной индукции. В подобных участках и возникает темное пятно, т.к. процесс перемешивания плазмы замедляется. Солнечные протуберанцы это грандиозные выбросы хромосферного  вещества, поддерживаемые сильными магнитными полями активных областей Солнца. Хромосферные вспышки, факелы, протуберанцы демонстрируют  непрерывную активность Солнца. Выше хромосферы и фотосферы располагается  Солнечная корона мощностью 12-13 млн. км и с Т0 1,5 млн. К, хорошо наблюдаемая во время полных Солнечных затмений.

В составе Солнца господствует Н, составляющий 73% по массе и Не 25%. На остальные 2% приходятся более тяжелые элементы, также как Fe, O, C, Ne, N, Si, Mg и S, всего 67 химических элементов. Источник энергии Солнца ядерный синтез, слияние 4-х ядер Н-протонов, образует одно ядро Не с выделением огромного количества энергии. 1 грамм водорода, принимающий участие в термоядерной реакции выделяет 6?1011 Дж энергии. В ходе ядерных превращений диаметр Солнца практически не меняется, т.к. тенденция к взрывному расширению уравновешивается гравитационным притяжением составных частей Солнца, стягивающим газы в сферическое тело. Солнце обладает сильным магнитным полем, полярность которого изменяется один раз в 11 лет. Эта периодичность совпадает с 22-летним циклом нарастания и убывания Солнечной активности, когда формируются Солнечные пятна с диаметром в среднем 66000 км. Солнечный ветер, исходящий во все стороны от Солнца, представляет собой поток плазмы протоны и электроны, с альфа-частицами и ионизированными атомами С, О и других более тяжелых элементов. Скорость Солнечного ветра вблизи Земли достигает 400-500 и даже 1000 км/сек.

Солнечный ветер распространяется дальше орбиты Сатурна, образуя т.н. гелиосферу, контактирующую уже с межзвездным газом. Выделение энергии Солнцем, как и Т, остается практически неизмененным на протяжении 5,0 млрд. лет, т.е. с момента образования Солнца. Атомного горючего Н на Солнце должно хватить по расчетам еще на 5 млрд. лет. Когда запасы Н истощатся, гелиевое ядро будет сжиматься, а внешние слои расширяться и Солнце сначала превратится в «красный гигант», а затем в «белый карлик». Тепло и свет Солнца оказывают большое влияние на земные процессы: климат, гидрологический цикл, выветривание, эрозия, существование жизни.

Вокруг Солнца вращаются  девять планет. Меркурий, Венера, Земля  и Марс, ближайшие к Солнцу планеты  относятся к внутренним или планетам земной группы. Далее, за поясом астероидов, располагаются планеты внешней  группы гиганты Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и маленький Плутон, открытый лишь в 1930 г. Расстояние от Солнца до Плутона  равняется 40 астрономическим единицам.

За Плутоном находится  «щель» - кольцо с радиусом 2?103 А.Е., где  практически нет вещества. Далее, в интервале 2?103 - 2?104 А.Е. располагается  кольцо с огромным количеством материи  в виде ядер комет с массой равной 104 масс Солнца и угловым моментом в 100 раз превышающим современный  угловой момент всей Солнечной системы. Это так называемое, внутреннее облако Оорта.

Еще дальше, в интервале 2?104 - 5?104 А.Е. располагается собственно облако Оорта, состоящее также из ядер комет с общей массой 100 масс Солнца и угловым моментом в 10 раз выше, чем у планетной системы. По существу, радиус в 5?104 А.Е. и определяет современную границу Солнечной системы в широком смысле этого понятия. Знание о строение планет, особенно земной группы, представляет большой интерес для геологов, т.к. их внутренняя структура довольно близка к нашей планете.

Меркурий одна из самых  маленьких безатмосферных планет с диаметром 0,38 по отношению к земному, плотностью 5,42 г/см3, с Т до + 450 ОС днем на солнечной стороне и до -170 ОС ночью. Поверхность Меркурия покрыта многочисленными ударными кратерами, с диаметром до 1300 км. Ландшафт поверхности Меркурия, напоминает лунный.

Венера по своим размерам и массе очень близка к Земле, но вращается она в другую сторону, по сравнению с остальными планетами. Венера окутана очень плотной  атмосферой, состоящей из углекислого  газа, а в верхних слоях на высотах  в 50-70 км из серной кислоты. На этих высотах  дует постоянный ветер с востока на запад со скоростью до 140 м/сек., уменьшающийся до 1,0 м/сек у поверхности. Давление в атмосфере на поверхности очень велико 96 кг/см2 (на Земле 1 кг/см2) и Т +500 ОС. Такие условия неблагоприятны для существования воды. Наличие плотной атмосферы выравнивает температурные различия дня и ночи. На Венере нет магнитного поля и это говорит о том, что ядро Венеры отличается от земного ядра. Примерно 15% поверхности Венеры занимают тессеры, относительно древние породы. На них накладываются более молодые базальтовые равнины и еще более молодые, чем равнины, громадные базальтовые вулканы.

Марс - четвертая по счету  от Солнца планета намного меньше Земли, ее радиус составляет 0,53 земных. Сутки длятся на Марсе 24 часа 37 мин., а плоскость его экватора наклонена по отношению к орбите также как на Земле, что обеспечивает смену климатических сезонов. На Марсе существует весьма разреженная углекислая атмосфера с давлением у поверхности 0,03-0,1 кг/см2. Такое низкое давление не позволяет существовать воде, которая должна испариться, либо замерзнуть. Температура на Марсе изменчива и на полюсах в полярную ночь достигает -140ОС, а на экваторе до -90 ОС. Днем на экваторе температура выше 0 ОС и до +25 ОС. Атмосфера Марса содержит белые облака из мелких кристаллов СО2 и Н2О. Ветры на поверхности Марса могут достигать 60 км/час, перенося пыль на большие расстояния.

Поверхность Марса подразделяется на базальтовые равнины в северном полушарии, и возвышенности в  южном, где распространены большие  ударные кратеры. На Марсе существуют очень крупные вулканы, например, Олимп, высотой до 21 км и в диаметре 600 км. Это самый крупный вулкан на всех планетах Солнечной системы. Олимп принадлежит к вулканическому массиву Фарсида, состоящему из многочисленных базальтовых вулканов щитового типа, слившихся своими основаниями. В этом же массиве есть очень крупные вулканические кальдеры с диаметром до 130 км. Образование этих базальтовых вулканов произошло примерно 100 млн. лет назад и сам факт их существования свидетельствует о большой прочности марсианской литосферы и мощности коры, достигающей 70 км.

В южном полушарии Марса  располагается грандиозный каньон Домены Маринер, представляющий собой  глубокий, до 10 км рифт, протянувшийся  на 4000 км в широтном направлении. Таких  структур на Земле нет. Большой интерес  на поверхности Марса представляют явные следы флювиальной деятельности в виде сухих речных русел. Несколько миллиардов лет назад, когда атмосфера Марса не была такой разреженной, шли дожди и снег, существовали реки и озера. Присутствие воды и положительные температуры могли стимулировать возникновение жизни в виде прокариотов, цианобактерий. В метеорите Мурчисон, найденном недавно в Австралии, имеющим абсолютный возраст в 4,5 млрд. лет, обнаружены следы цианобактерий внеземного происхождения. В наши дни установлен факт падения на Землю метеоритов, представляющих собой осколки марсианских пород, выбитых сильным ударом метеорита, упавшего на поверхность Марса. Вода на современной поверхности Марса сосредоточена в виде льда, но под верхним слоем пород.

Марс обладает двумя маленькими спутниками Фобосом (19?27 км) и Деймосом (11?15 км), неправильной формы с кратерированной поверхностью и какими-то рытвинами, хорошо видимыми на Фобосе. Марс прошел длительный путь развития. На поверхности Марса наблюдается 3 или 4 генерации рельефа и, соответственно, пород. «Материки» это древнейшие породы, образующие возвышенности в 4-6 км, базальтовые «равнины» моложе, а на них накладываются вулканические массивы типа Фарсиды и отдельные вулканы. По-видимому, у Марса отсутствует жидкое ядро, т.к. магнитное поле чрезвычайно слабое. Эндогенная активность на Марсе продолжалась на 1 млрд лет дольше, чем на Меркурии и Луне, где она закончилась 3,0-2,5 млрд. лет назад.

Располагающиеся за поясом астероидов планеты внешней группы сильно отличаются от планет внутренней группы. Они имеют огромные размеры, мощную атмосферу, газово-жидкие оболочки и небольшое, по-видимому, силикатное ядро.

Юпитер по массе равен 317 земным, но обладает малой средней  плотностью в 1,33 г/см3. Его масса в 80 раз меньше той необходимой  массы, при которой небесное тело может стать звездой. Внешний  вид планеты определяется полосчатой системой разновысотных и различно окрашенных облаков. Они образованы конвективными потоками, которые  выносят тепло во внешние зоны. Светлые облака располагаются выше других и состоят из белых кристаллов аммиака и находятся над восходящими конвективными струями. Более низкие красно-коричневые облака состоят из кристаллов гидросульфида аммония, обладают более высокой температурой и располагаются над нисходящими конвективными струями.

На Юпитере существуют устойчивые ветры, дующие в одном направлении и достигающие скорости в 150 м/сек. В пограничных зонах облачных поясов возникают турбулентные завихрения, как, например, Большое Красное Пятно (БКПЮ), с длинной осью в 20 000 - 25 000 км. Полное вращение облаков в пятне осуществляется за 7 дней и его внутренняя структура все время изменяется, сохраняя лишь общую конфигурацию. Сам вихрь непрерывно дрейфует как целое в западном направлении со скоростью 3-4 м/сек и совершает полный оборот за 10-15 лет.

Атмосфера Юпитера достигает 1000 км, а под ней могут находиться оболочки из жидкого молекулярного  водорода, а еще ниже металлического водорода. В центре планеты располагается  силикатное ядро небольших размеров. Магнитное поле Юпитера в 10 раз  превышает по напряженности магнитное  поле Земли, а, кроме того, Юпитер окружен  мощными радиационными поясами. Возможно, мощное магнитное поле обусловлено  быстрым вращением планеты (9 час. 55 мин.).

У Юпитера существует небольшое  кольцо и 16 спутников, из которых 4 крупных, так называемых Галилеевых, открытых еще в 1610 г. Галилео Галилеем Ио, Европа, Ганимед, Каллисто. Ближайший спутник к Юпитеру это Ио, по размерам, массе и плотности похожий на Луну. Особенностью Ио являются извержения многочисленных вулканов, изливающих яркие красные, желтые, оранжевые потоки серы и белые потоки серного ангидрида. Со спутников зафиксированы извержения из кратеров конусовидных вулканов. Приливные возмущения со стороны Юпитера приводят к разогреву недр Ио.

Европа близкая по своим  параметрам Луне, покрыта льдом воды, мощностью до 100 км, в котором видны  протяженные трещины. Судя по тому, что на поверхности Европы почти  нет ударных кратеров, она очень  молодая. Ганимед, самый крупный  из галилеевых спутников (он больше, чем Меркурий), обладает плотностью 1,94 г/см3 и сложен смесью льда воды и силикатов. Каллисто по своим размерам и плотности похож на Ганимед и также сложен льдом воды и силикатами. Однако, на участках темного цвета на поверхности Каллисто много ударных кратеров, что говорит в пользу древнего возраста этих участков. Кольцевая структура Вальхалла имеет диаметр в 300 км. Не исключено, что это след от удара крупного космического тела. Все остальные небольшие спутники Юпитера обладают неправильной, угловатой формой, а их размеры колеблются в поперечнике от 16 до 260 км.