Строение и эволюция звезд и планет

     У планеты имеется, как и у Земли, ионосфера. Дневной максимум электронной концентрации расположен на высоте 145 км. И равен 4·10··5 электронов\см3, что в 10 раз меньше, чем в нашем слое F2. На уровне 500 км. со стороны Солнца наблюдается резкий спад электронной концентрации, а на ночной стороне длинный хвост из заряженных частиц протяжённостью до 3500км. с концентрацией электронов 1000-500 электронов\см3. Такое строение ионосферы связано с обтеканием её солнечным ветром и со слабой направленностью магнитного поля Венеры (по данным Ш. Ш. Долгинова и его сотрудников оно в 10 000 раз слабее земного). Самые верхние слои атмосферы Венеры состоят почти целиком из водорода. Водородная атмосфера Венеры простирается до высоты 5500 км. Наземные американские установки дали возможность исследовать приэкваториальную область планеты. Было обнаружено около 10 кольцевых структур, подобных метеоритным кратерам Луны и Меркурия, диаметром  от 35 до 150 км, но сильно сглаженных, уплощенных. Удалось обнаружить гигантский разлом  в коре планеты длинной 1500 км, шириной 150 км и глубиной 2 км. Выявлен дугообразный горный массив, пересечённый и частично разрушенный другим. Это говорит в пользу наличия сбросовых движений в коре планеты. Найден вулкан с диаметром основания 300-400 км и около 1 км в высоту. Американские учёные выявили в северном полушарии планеты огромный круглый бассейн протяжённостью около 1500 км с севера на юг и 100 км с запада на восток. Был изучен рельеф 55 районов Венеры. Среди них имеются участки как сильно всхолмлённой местности, с перепадами высот на 2-3 км, так и относительно ровной. Обнаружена большая гладкая равнина длинной около 800 км, и ещё более гладкая, чем поверхность лунных морей. Поверхность Венеры в целом более гладкая, чем поверхность Луны.

     Фотографии  поверхности Венеры показывают нам каменистую пустыню с характерными скальными образованьями. На снимке «Венеры-9» – свежая осыпь камней. Это говорит о непрекращающейся тектонической активности Венеры. Средняя плотность породы Венеры равна 2.7 г\см3, что тоже близко к плотности земных базальтов.

     Таким образом, можно смело сказать, что  «чадра», скрывшая лик Венеры от исследований более 300 лет, сорвана, и эта планета  предстала глазам учёных со сложным  рельефом, следами активного вулканизма и тектонической деятельности и в то же время с явными последствиями её метеоритной бомбардировки в прошлом. 
 

     3.МЕРКУРИЙ. 

        Меркурий, ближайшая к Солнцу планета Солнечной системы, была для астрономов длительное время полной загадкой. Не был точно измерен период её вращения вокруг оси. Из-за отсутствия спутников не была точно известна масса. Близость к Солнцу мешала производить наблюдения поверхности. В то время как спектры планеты говорили об отсутствии у неё атмосферы, некоторые наблюдатели замечали порой какие-то «туманы», скрывавшие конфигурацию тёмных и светлых пятен, с трудом наблюдаемую на его диске. Поляриметрические наблюдения О. Дольфюса в 1950 году дали указания на наличие весьма слабой атмосферы, в 300 раз разреженнее земной. Но полной уверенности в этом не было.           

           И вдруг, за какие-нибудь пять лет, всё изменилось, и Меркурий теперь изучен не хуже любой другой планеты Солнечной планеты. Большое  значение в разрешении загадок Меркурия имел полёт американского космического аппарата «Маринер-10» в 1974-75гг. Но дело не только в этом полёте: многое о Меркурии мы смогли узнать и с помощью наземных астрономических наблюдений.

           Радиолокация позволила  установить период вращения Меркурия. Ещё в1882 году Дж. Скиапарелли из визуальных наблюдений сделал вывод, что этот период равен периоду обращения Меркурия вокруг Солнца (88 суток), т.е., что Меркурий обращён к Солнцу одной стороной, как Луна к Земле. Около 50 лет этот период считался предположительным, а потом, уже в 30-х годах нашего столетия, вопросительный знак около значения периода был снят во всех справочниках и таблицах: фотография подтверждала период Мкипарелли. Но всё-таки он оказался неверным.

           В1965 году американские радиоастрономы Р. Дайс и Г. Петтенджил с помощью 300-метрового радиотелескопа обсерватории Аресибо установили, что период обращения Меркурия равен 59.3 суток, т.е. он составляет ровно 2/3 орбитального периода. Это открытие поставило перед астрономами два совершенно разных вопроса:

     Почему  визуальные и фотографические наблюдения в течение 80 лет указывали на период 88 суток?

     Почему  период вращения равен 2/3 орбитального периода планеты?

     Ответ на оба вопроса оказался сравнительно прост. Три полных оборота вокруг оси Меркурий завершает за 176 суток. За тот же срок планета совершает  два оборота вокруг Солнца. Таким образом, Меркурий занимает относительно Солнца то же самое положение на орбите и ориентировка шара остаётся прежней. Такое движение, как показывает теория, является устойчивым. Вращение оказывается в резонансе с орбитальным движением.

     Эта соизмеримость периодов и явилась причиной ошибки астрономов в определении периода вращения. Визуальные и фотографические наблюдения Меркурия возможны только около эпох элонгаций, которые повторяются через каждые 116 суток (синодический период Меркурия). Но для наблюдений планеты благоприятна не каждая элонгация: из вечерних, – т.е., что наступают зимой или весной, а из утренних, – т.е., которые бывают летом и осенью (нужно, чтобы Меркурий имел более высокое склонение, чем Солнце). Такие элонгации повторяются раз в год, точнее, раз в 348 суток. Но этот период близок к шестикратному вращению Меркурия 352 суткам. Наблюдая раз в 348 суток Меркурий, мы увидим на нём те же детали, что и год назад. Но астрономы прошлого (Скиапарелли и Антониади), встретившись с этим фактом и имея перед глазами пример Луны, обращённой к Земле одной стороной, полагали, что за это время Меркурий сделал четыре оборота вокруг оси, а не шесть.

     После того как недоразумение выяснилось, был сделан ряд важных уточнений. Ось Меркурия оказалась почти перпендикулярной к плоскости его орбиты. Была система счёта долгот: от 0 до 360º навстречу вращению планеты. За начальный меридиан был принят тот, который проходил через подсолнечную точку в момент прохождения Меркурия через перигелий в 1950 году (это было 11 января 1950 года). С помощью этой системы координат американские астрономы К. Чепмен и Д. Крукженк, с одной стороны, и французские астрономы О. Дольфюс и А. Камишель, - с другой, построили карты планеты, основанные на её многолетних визуальных и фотографических наблюдениях. Обе карты хорошо согласовались друг с другом и, как доказал советский планетолог Г. Н. Каттерфельд, также с картами Киаппарелли и Антониади. Уже тогда на поверхности Меркурия были заметны круглые тёмные пятна, похожие на лунные «моря», - тёмные линейные образования протяжённостью 1-2 км и разделяющие их светлые области. Но общее альбедо Меркурия оказалось крайне низким, около 0.05. 
 

     3.1.ТЕМПЕРАТУРНЫЙ  РЕЖИМ ПЛАНЕТЫ МЕРКУРИЙ. 

     Радионаблюдения планеты ещё в 1962 году показали сравнительно небольшое различие яркостных температур дневного и ночного полушарий. В 1966 году было установлено, что средняя температура диска Меркурия на волне 11 см меняется с углом фазы. Это означало, что температура ночного полушария планеты далеко не так мала, как предполагалась ранее. В 1970 году Т Мардок и Э Ней из Миннесотского университета по наблюдениям в инфракрасных лучах на волнах от 3.75 до 12 мкм установили, что средняя температура ночного полушария рана 111ºК. С другой стороны, температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца равна 620ºК. В перигелии она может достигать 690ºК, а в афелии снижается до 560ºК. Таков диапазон температур поверхности Меркурия.

           Любопытно, как происходит смена дня и ночи на Меркурии. Солнечные сутки там равны общему наименьшему кратному из периодов вращения и обращения, т.е. 176 земным суткам. День и ночь продолжается по 88 суток, т.е. равны году планеты! Солнце восходит на востоке, поднимается крайне медленно (в среднем на один градус за двенадцать часов), достигает верхней кульминации (на экваторе – зенита) и так же медленно заходит. Но так происходит не на всех долготах. На долготах, близких к 90 и 270º, наблюдается весьма странная и, пожалуй, единственная в Солнечной системе картина. На этих долготах восход и заход Солнца совпадают по времени с прохождением Меркурия через перигелий, когда на короткое время (8суток) угловая скорость орбитального движения планеты превышает угловую скорость орбитального движения планеты превышает угловую скорость её вращения. Солнце на небе планеты описывает петлю, как сам Меркурий на небе Земли. На указанных долготах Солнце после восхода вдруг останавливается, поворачивается обратно и заходит почти в той же точке, где взошло. Но спустя несколько земных суток Солнце восходит снова в той же точке и уже надолго. Около захода картина повторяется в обратном порядке.

           Но самое интересное, что удалось узнать о Меркурии, это вид его поверхности. Когда  космический аппарат «Маринер-10»  передал первые снимки Меркурия с  близкого расстояния, астрономы всплеснули руками: перед ними была вторая Луна! Поверхность Меркурия оказалась усеянной кратерами разных размеров, совсем как поверхность Луны. Их распределение по размерам тоже было аналогично лунному. На поверхности планеты были обнаружены гладкие округлые равнины, получившие, по сходству с лунными «морями» название бассейнов. Наибольший из них,  Калорис, имеет в диаметре 1300 км (океан Бурь на Луне – 1800 км).

           На основании анализа  фотографий Меркурия американские геологи  П. Шульц и Д. Гаулт предложили следующую схему эволюции его поверхности. После завершения процесса аккумуляции и формирования планеты её поверхность была гладкой. Далее наступил процесс интенсивной бомбардировки планеты остатками до планетного роя, во время которой образовались бассейны типа Калорис, а так же кратеры типа Коперника на Луне. Следующий период характеризовался интенсивным вулканизмом и выходом потока лавы, заполнявшей крупные бассейны. Этот период завершился около 3 млрд. лет назад (возраст планет Солнечной системы известен довольно точно и равен 4.6млрд. лет).

           Данные об атмосфере  Меркурия указывает лишь на её сильную  разрежённость. По радио заметному  эксперименту плотность атмосферы  на дневной стороне Меркурия не превышает 10··6 молекул\см3, наблюдения с ультрафиолетовым спектрометром дают давление у поверхности 10··-12 бар (1 бар почти равен давлению в 1 атмосферу), что примерно соответствует плотности 10··7молекул.см3 у поверхности. Из них около 0.1% приходится на долю гелия, наличие которого установлено по ультрафиолетовому спектру. Обнаружены небольшие количества водорода и кислорода. Подозревается так же присутствие СО 2 и СО.

           Приборы «Маринера-10»  установили наличие у планеты  слабого магнитного поля – около 100 гамм на расстоянии 450 км. Тщательное изучение магнитного поля планеты показало, что оно имеет более сложную структуру, чем земное кроме дипольного (двухполюсного), в нём присутствуют ещё поля с четырьмя и восемью полюсами с относительной напряжённостью 1:0.4:0.3 (у Земли 1:0.14:0.09). Со стороны Солнца магнитосфера Меркурия сильно сжата под действием солнечного ветра.

           Пролёты «Маринера-10»  мимо Меркурия позволили уточнить его  массу 1\6 023 600 солнечной или 0.054 массы  Земли, а так же среднюю плотность. 5.45 г\см3, т.е. Меркурий по плотности занимает второе место в Солнечной системе, уступая только Земле. Диаметр Меркурия составляет 4879 км.

           Высокая плотность  и наличие магнитного поля показывает, что у Меркурия должно быть плотное  железистое ядро. По расчётам С. В. Козловской, плотность в центре Меркурия должна достигать 9.8 г\см3. Радиус ядра, по данным американских учёных, составляет 1800 км (75% радиуса планеты). На долю ядра приходится 80% массы Меркурия. Несмотря на медленное вращение планеты, большинство специалистов считает, что её магнитное поле возбуждается тем же динамо механизмом, что и магнитное поле Земли. Вкратце этот механизм сводится к образованию кольцевых электрических токов в ядре планеты при её вращении, которые и генерируют магнитное поле. Выяснение происхождения магнитного поля Меркурия может иметь большое значение для проблемы планетарного механизма в целом.  
 

     4.ЗЕМЛЯ. 

     Земля кажется нам такой огромной, такой  надёжной и так много значит для  нас, что мы не замечаем её второстепенного  положения в семье планет. Слабое единственное утешение состоит в том, что Земля - наибольшая из планет земной группы. К тому же она обладает атмосферой средней мощности, значительная часть земной поверхности покрыта тонким неоднородным слоем воды. А вокруг неё вращается величественный спутник, диаметр которого равен четверти земного диаметра. Однако этих аргументов вряд ли достаточно для того, чтобы поддерживать наше космическое самомнение. Крошечная по астрономическим масштабам, Земля – это наша родная планета, и поэтому она заслуживает самого тщательного изучения.

     После кропотливой и упорной работы десятков поколений учёных было неопровержимо  доказано, что Земля вовсе не «центр мироздания», а самая обыкновенная планета, т.е. холодный шар, движущийся вкруг Солнца.

     В соответствии с законами Кеплера  Земля обращается вокруг Солнца с переменной скоростью по слегка вытянутому эллипсу. Ближе всего к солнцу она подходит в начале января, когда в Северном полушарии царит зима, дальше всего отходит в начале июля, когда у нас лето. Разница в удалении Земли от Солнца между январём и июлем составляет около 5 млн. км. Поэтому зима в северном полушарии чуть-чуть теплее, чем в Южном, а лето, наоборот, чуть-чуть прохладнее. Это явственнее всего даёт себя знать в Арктике и в Антарктиде.

     Эллиптичность орбиты Земли оказывает на характер времён года лишь косвенное и очень  незначительное влияние. Причина смены  времён года кроется в наклоне  земной оси.