Solnechnaya sistema

1. Obshee stroenie Solnechnoi sistemy

Central'noe telo nashei planetnoi sistemy – SolnceSolnce (zheltyi karlik) – sosredotochilo v sebe 99,866 % vsei massy Solnechnoi sistemy. Ostavshiesya 0,134 % veshestva predstavleny devyat'yu bol'shimi Planetyplanetami (Merkurii, Venera, Zemlya, Mars, Yupiter, Saturn, Uran, Neptun, Pluton) i neskol'kimi desyatkami sputnikov planet (v nastoyashee vremya ih otkryto bolee 60), malymi planetami – asteroidami ( ~100 tysyach), kometami ( ~10¹¹ ob'ektov), ogromnym kolichestvom melkih fragmentov – meteoroidov, a takzhe kosmicheskoi pyl'yu. Mehanicheski eti ob'ekty ob'edineny v obshuyu sistemu siloi prityazheniya Solnca. Srednyaya plotnost' tel Solnechnoi sistemy izmenyaetsya v predelah ot 0,5 g/sm³ dlya yader komet do 7,7 g/sm³ dlya metallicheskih asteroidov i meteoritov.

Samaya krupnaya iz planet – Yupiter – men'she Solnca po razmeram na poryadok i po masse na tri poryadka. Srednyaya plotnost' Yupitera sostavlyaet 1,32 g/sm³, chto ochen' blizko k srednei plotnosti solnechnogo veshestva (1,41 g/sm³). Osnovnymi elementami, opredelyayushimi himicheskii sostav oboih ob'ektov, yavlyayutsya vodorod i gelii. Saturn po razmeram pochti ne otlichaetsya ot Yupitera, no men'shaya plotnost' veshestva planety (0,686 g/sm³) opredelyaet i neskol'ko men'shee znachenie massy. Sleduyushie dva giganta – Uran i Neptun (s massoi okolo 10²⁹ g) – malo otlichayutsya po srednei plotnosti (1,28 i 1,64 g/sm³ sootvetstvenno) i himicheskomu sostavu. Vse chetyre planety tradicionno vydelyayutsya v gruppu planet-gigantov, otlichitel'noi osobennost'yu kotoryh yavlyayutsya ne tol'ko znachitel'nye razmery i massa, no takzhe i nizkaya srednyaya plotnost', harakternaya dlya gazovogo sostava.

Drugaya gruppa – planety zemnogo tipa – sostoit iz chetyreh planet, v nee vhodyat Zemlya i Venera, kotorye pochti ne otlichayutsya drug ot druga po razmeram, masse i srednei plotnosti (5,52 i 5,24 g/sm³ sootvetstvenno), a takzhe men'shie po razmeram i masse Mars i Merkurii.

Perechen' bol'shih planet Solnechnoi sistemy dopolnyaet neobychnyi ob'ekt – Pluton, kotoryi v moment svoego otkrytiya v 1930 godu zanimal naibolee udalennoe ot Solnca polozhenie, sootvetstvuyushee mestu devyatoi planety Solnechnoi sistemy. No orbita Plutona obladaet znachitel'nym ekscentrisitetom, v 1969 godu on peresek orbitu Neptuna, prevrativshis' v vos'muyu po udalennosti ot Solnca planetu. V etom statuse Pluton budet prebyvat' do 2009 goda. A pervyi posle svoego otkrytiya polnyi oborot vokrug Solnca Pluton zavershit lish' v 2178 godu.

Planety zemnoi gruppy sostavlyayut vnutrennyuyu chast' Solnechnoi sistemy. Planety-giganty obrazuyut ee vneshnyuyu chast'. Promezhutochnoe polozhenie zanimaet poyas asteroidov, v kotorom sosredotochena bol'shaya chast' malyh planet.

Na okrainah Solnechnoi sistemy, po-vidimomu, sosredotocheny oblaka gigantskih po razmeram i massam komet, kotorye mogli poseshat' okrestnosti Solnca zadolgo do poyavleniya zhizni na Zemle. Ob etom svidetel'stvuyut sledy na poverhnosti takih bezatmosfernyh tel, kak Luna ili Merkurii, sposobnyh sohranyat' otpechatki samyh drevnih sobytii v istorii planet.

Za poslednie neskol'ko let bylo obnaruzheno svyshe 30 ob'ektov, imeyushih shodstvo s yadrami komet, nazvannyh transneptunovymi. Ih razmery prevoshodyat 100 km. Soglasno ocenkam, na rasstoyanii mezhdu 30 i 50 a.e. ot Solnca sosredotocheno okolo 70 000 tel razmerami ot 100 do 400 km.

Sootnoshenie rasstoyanii i periodov obrasheniya planet vokrug Solnca opredelyaetsya izvestnym zakonom Keplera, soglasno kotoromu kvadraty periodov proporcional'ny kubam bol'shih poluosei otnositel'nyh orbit. Vse planety obrashayutsya vokrug Solnca v odnom napravlenii, sovpadayushem s napravleniem osevogo vrasheniya Solnca, i v tom zhe napravlenii oni obrashayutsya vokrug svoei osi. Isklyuchenie sostavlyayut Venera, Uran i Pluton, osevoe vrashenie kotoryh protivopolozhno solnechnomu.

V Solnechnoi sisteme sushestvuet rezkaya disproporciya v raspredelenii massy i momenta kolichestva dvizheniya mezhdu Solncem i planetami. Hotya osnovnaya massa veshestva Solnechnoi sistemy sosredotochena v samom Solnce, 98 % momenta kolichestva dvizheniya (proizvedeniya massy na skorost' i radius vrasheniya) prihoditsya na dolyu planet. V rezul'tate udel'noe znachenie momentov kolichestva dvizheniya dlya planet v srednem v 35 000 raz bol'she, chem dlya Solnca. Prichina etogo eshe ne yasna. Vozmozhno, otvetstvennym za perenos momenta kolichestva dvizheniya yavlyaetsya magnitnoe pole Solnca, pronizyvayushee vsyu nashu planetnuyu sistemu.

Posle zaversheniya stadii formirovaniya bol'shih planet i sputnikov iz pervichnogo gazopylevogo oblaka, okruzhavshego Solnce, sostoyanie ih poverhnosti v osnovnom opredelyalos' dvumya processami: vypadeniem bol'shogo chisla melkih fragmentov, nahodivshihsya v mezhplanetnom prostranstve, i vnutrennei aktivnost'yu sobstvennyh nedr. Sovremennyi vid poverhnosti bol'shih planet i sputnikov pokazyvaet, chto dlya kazhdogo tela vozdeistviya etih processov sochetalis' v razlichnyh proporciyah. Na pozdnih stadiyah razvitiya planet sushestvennuyu rol' igralo takzhe nalichie ili otsutstvie u tela gazovoi obolochki – atmosfery.

2. Udarnye processy v Solnechnoi sisteme

Kratery, voznikshie v rezul'tate padeniya tel razlichnyh razmerov, nablyudayutsya na poverhnosti vseh tel s tverdoi obolochkoi. Predpolagaetsya, chto srednyaya skorost' soudareniya sostavlyaet 15-20 km/s. Razmery obrazuyushegosya pri udare kratera mogut vo mnogo raz prevyshat' razmery upavshego tela. Samyi bol'shoi krater v Solnechnoi sisteme nahoditsya na poverhnosti Luny. Eto unikal'noe obrazovanie, otnosyasheesya k epohe zaversheniya processa differenciacii planetnyh tel, to est' razdeleniya nedr na yadro, mantiyu i koru, obnaruzheno na obratnoi storone Luny. Gigantskaya mnogokol'cevaya vpadina raspolozhena vblizi ee yuzhnogo polyusa (ris. 1). Diametr vneshnego kol'ca etoi struktury dostigaet 2500 km, chto v 1,4 raza bol'she lunnogo radiusa. Glubina vpadiny – 10-12 km otnositel'no okruzhayushego materika, a srednyaya raznica vysot mezhdu grebnem vneshnego vala i dnom prevyshaet 13 km. Sudya po kolichestvu melkih kraterov na edinicu ploshadi vnutri vpadiny, vremya ego obrazovaniya otnositsya k rannemu periodu lunnoi istorii, na epohu mezhdu 4,3 i 3,9 mlrd let.

Ris. 1. Primernye granicy gigantskoi vpadiny vblizi yuzhnogo polyusa Luny. Snimok poluchen s borta kosmicheskogo apparata GALILEO

Vnutri vpadiny vydelyaetsya oblast' temnyh glubinnyh porod (depressiya) poperechnikom okolo 1400 km, raspolozhenie kotoroi sovpadaet s protyazhennoi oblast'yu otricatel'noi gravitacionnoi anomalii. Eto kraine neobychno, poskol'ku krugovye depressii na poverhnosti vidimogo polushariya Luny – krugovye morya – sovpadayut s oblastyami, imeyushimi krupnye polozhitel'nye gravitacionnye anomalii.

Obobshiv vse izvestnye svedeniya, uchenye predpolozhili, chto etot krater – sled gigantskogo stolknoveniya molodoi Luny s dovol'no krupnym telom. Sobytie stol' grandioznogo masshtaba dolzhno bylo v bukval'nom smysle slova potryasti ves' lunnyi shar, tak kak razmery ostavsheisya posle udara vpadiny prevyshayut lunnyi radius. Dazhe esli glubina takogo kratera sushestvenno men'she odnoi desyatoi ego diametra, udar dolzhen byl proniknut' do granicy kory i mantii. Eto ob'yasnyaet poyavlenie vnutri vpadiny znachitel'nogo kolichestva porod, sostavlyayushih verhnyuyu mantiyu Luny.

Vyzyvaet udivlenie zapas prochnosti molodoi Luny, blagopoluchno perezhivshei etot udar i ucelevshei, ne razvalivshis' na mnozhestvo oskolkov. Ocenki energii vzryva, neobhodimoi dlya obrazovaniya stol' krupnoi udarnoi struktury, pokazyvayut, chto upavshee kosmicheskoe telo moglo dostigat' v poperechnike okolo 200 km.

Neskol'ko let nazad poluchila shirokoe rasprostranenie gipoteza ob udarnom proishozhdenii samoi Luny, kogda telo velichinoi s Mars kosym udarom vyrvalo "kusok" Zemli, razdrobivshiisya na mnozhestvo oskolkov, iz kotoryh v rezul'tate akkrecii i voznik edinstvennyi, neobychno krupnyi sputnik nashei planety. Vozmozhno, chto bassein v yugo-zapadnoi chasti obratnoi storony Luny poyavilsya, kogda odin iz poslednih oskolkov – sputnikov Zemli – perestal sushestvovat', stolknuvshis' s Lunoi.

3. Vulkanizm na telah Solnechnoi sistemy

Issledovanie vulkanizma na telah Solnechnoi sistemy v poslednie gody privelo k ekzoticheskim otkrytiyam i neozhidannym nahodkam, osobenno svyazannym s telami, nahodyashimisya vo vneshnei otnositel'no Zemli chasti Solnechnoi sistemy, so sputnikami planet-gigantov.

Obnaruzhenie reliktovyh vulkanicheskih postroek na poverhnosti Marsa i Venery i dazhe nekotorye priznaki sovremennogo venerianskogo vulkanizma ne vyzvali sil'nogo udivleniya, poskol'ku predstavlyalis' kak by zakonomernym analogom aktivnosti nedr Zemli. Nastoyashei sensaciei bylo otkrytie deistvuyushih vulkanov na sravnitel'no nebol'shom sputnike Yupitera – Io, hotya nekotorye fakty, izvestnye do poletov kosmicheskih apparatov v okrestnosti Yupitera, mogli by natolknut' na etu mysl': srednyaya plotnost' Io (3,53 g/sm³) ukazyvaet na to, chto sputnik prakticheski celikom sostoit iz gornyh porod v otlichie ot ego blizhaishih sosedei – Evropy, Ganimeda i Kallisto, a teleskopicheskie nablyudeniya vyyavili rasprostranyayushiisya po orbite Io gazovyi shleif, v sostave kotorogo okazalis' sera, natrii, kalii i kislorod – produkty vybrosov iz nedr sputnika. Snimki, poluchennye s kosmicheskogo apparata VOYaDZhER 1, prodemonstrirovali sushestvovanie na Io okolo desyatka deistvuyushih vulkanov. Temperatura v centrah izverzhenii (eruptivnyh centrah) dostigala 700 K, vybrosy so skorost'yu 1000 m/s podnimalis' na vysotu do 300 km nad poverhnost'yu. Analiz izobrazhenii pokazal, chto kazhduyu sekundu deistvuyushie eruptivnye centry vybrasyvayut okolo 100 000 tonn veshestva. Etogo kolichestva dostatochno dlya togo, chtoby pokryt' vsyu poverhnost' Io sloem v neskol'ko desyatkov metrov za neskol'ko millionov let. Po-vidimomu, etim ob'yasnyaetsya polnoe otsutstvie udarnyh kraterov na izuchennoi poverhnosti sputnika: pogrebenie udarnyh struktur pod sloem vulkanicheskogo materiala idet s bol'shei skorost'yu, chem ih poyavlenie v rezul'tate padeniya meteoroidov ili komet.

Ris. 2. Snimki odnogo i togo zhe polushariya Io, poluchennye s raznicei vo vremeni v 17 let (sleva – 1979 god, sprava – 1996 god). V rezul'tate postoyannoi vulkanicheskoi deyatel'nosti nedr etogo sputnika Yupitera poyavilis' mnogochislennye izmeneniya detalei poverhnosti

Na ris. 2 pokazany dva izobrazheniya "obratnogo" (po otnosheniyu k Yupiteru) polushariya Io. Levoe izobrazhenie sostavleno po snimkam, sdelannym v 1979 godu vo vremya proleta apparatov VOYaDZhER. Snimok, raspolozhennyi sprava, poluchen 17 let spustya, v sentyabre 1996 goda kosmicheskim apparatom GALILEO. Za vremya mezhdu s'emkami detali poverhnosti preterpeli mnogochislennye izmeneniya. Podtverzhdeniem postoyannoi aktivnosti eruptivnyh centrov sluzhat rezul'taty izmerenii temperatury odnogo iz nih. S iyunya 1996 goda, kogda byli provedeny pervye ocenki, temperatura predpolagaemogo "zherla" vozrosla na 300 K i k nachalu sentyabrya dostigla uzhe pochti 1000 K. Analiz topograficheskih osobennostei poverhnosti Io privel k zaklyucheniyu, chto nablyudaemye formy rel'efa veroyatnee vsego obrazovany potokami lavy iz zhidkoi sery, imeyushei temperaturu plavleniya 390 K.

Naibolee veroyatnym energeticheskim istochnikom vulkanizma na Io schitayut prilivnyi razogrev nedr sputnika. Kak i bol'shinstvo sputnikov v Solnechnoi sisteme, Io obrashaetsya vokrug Yupitera sinhronno, to est' period osevogo vrasheniya sputnika raven periodu ego obrasheniya vokrug planety. Io nahoditsya na orbite, raspolozhennoi dovol'no blizko k Yupiteru, v rezul'tate velichina prilivnogo gorba dostigaet neskol'kih kilometrov. Nebol'shoi ekscentrisitet orbity (0,004) privodit k yavleniyam, analogichnym libraciyam Luny v processe ee vrasheniya vokrug Zemli. Odnovremenno pod vliyaniem sosednih sputnikov – Evropy i Ganimeda – voznikayut vozmusheniya ekscentrisiteta orbity, chto vyzyvaet periodicheskie izmeneniya amplitudy prilivnyh deformacii v kore Io. Takaya postoyannaya pul'saciya predpolozhitel'no tonkoi kory (tolshinoi ne bolee 20-30 km) obespechivaet energovydelenie, dostatochnoe dlya rasplava nedr sputnika, chto i vyrazhaetsya v intensivnoi vulkanicheskoi aktivnosti. Ocenki, sdelannye na osnove izmerenii teplovogo potoka iz "goryachih" oblastei Io, pokazyvayut, chto prilivnyi mehanizm sposoben generirovat' do 10⁸ megavatt, chto bolee chem v 10 raz prevyshaet summarnuyu velichinu energii, potreblyaemoi vsem chelovechestvom na Zemle.

Model' prilivnogo razogreva nedr v nekotoroi stepeni primenima i k drugomu sputniku – Evrope, mesto kotoroi v sisteme Yupitera takzhe predpolagaet sushestvovanie pul'siruyushih deformacii ego poverhnosti. Srednyaya plotnost' Evropy men'she, chem srednyaya plotnost' Luny, i sostavlyaet 2,97 g/sm³, tak kak sputnik primerno na 20 % po masse sostoit iz vodyanogo l'da, obrazuyushego moshnuyu (do 100 km) koru i chastichno rasplavlennuyu (vodno-ledyanuyu) mantiyu, i na 80 % iz silikatnyh porod, sostavlyayushih razogretoe yadro. Na poverhnosti Evropy net eruptivnyh centrov i sledov nedavnih vybrosov, prakticheski net i udarnyh kraterov. Obnaruzheno vsego lish' tri obrazovaniya s razmerami svyshe 5 km, imeyushih ekzogennoe proishozhdenie. Na sosednih sputnikah Kallisto i Ganimede plotnost' udarnyh kraterov vo mnogo raz vyshe i v otdel'nyh mestah priblizhaetsya k plotnosti kraterov na Lune. Sledovatel'no, processy pogrebeniya udarnyh struktur na Evrope prohodyat dovol'no bystro, hotya i ne stol' burno, kak na Io.

Eshe bolee ekzotichna vulkanicheskaya aktivnost' sputnika Neptuna Triton – kriovulkanizm, to est' vulkanicheskie processy pri nizkih temperaturah: iz-pod poverhnosti, pokrytoi zamerzshim azotom i imeyushei temperaturu okolo 38 K, vybivaetsya geizer vysotoi okolo 8 km pri tolshine stolba vybrosa ot 20 m do 2 km. Na snimkah, sdelannyh kosmicheskim apparatom VOYaDZhER 2 v 1989 godu, byli zafiksirovany dva deistvuyushih izverzheniya. Vybrosy razveivalis' vetrom s vostoka na zapad na znachitel'noe rasstoyanie (bolee 100 km) i, osazhdayas' na poverhnost', ostavlyali sledy v vide protyazhennyh temnyh polos-shleifov. Po takim shleifam v yuzhnoi polyarnoi oblasti sputnika bylo otozhdestvleno eshe okolo 50 ranee deistvovavshih izverzhenii.

Diametr Tritona sostavlyaet okolo 2700 km, ego srednyaya plotnost' 2,0 g/sm³. Po masse sputnik sostoit na 70 % iz silikatov i na 30 % iz l'dov, v sostav kotoryh vhodyat N₂, CO i CH₄. Dlya ob'yasneniya kriovulkanizma, nablyudaemogo na Tritone, predlozheno neskol'ko mehanizmov, vklyuchaya i opisannyi vyshe prilivnyi razogrev. Predpolagayut takzhe, chto kriovulkanicheskie processy imeyut pripoverhnostnyi istochnik energii, svyazannyi s akkumulyaciei slabogo zdes' solnechnogo tepla v odnom iz sloev mnogosloinoi struktury massy l'da vblizi poverhnosti sputnika. Postepenno nakaplivayas', vnutrennee davlenie dostigaet urovnya, dostatochnogo dlya gigantskogo vybrosa. Kakova zhe istinnaya priroda kriovulkanizma, poka ne yasno.

4. Priroda planet-gigantov

V protivopolozhnost' zastyvshim miram Luny ili Merkuriya oblachnye obrazovaniya na poverhnosti gazovyh gigantov vo vneshnei chasti Solnechnoi sistemy nahodyatsya v postoyannom dvizhenii.