Земля и планеты

Так было положено начало открытиям малых планет. В телескопе эти небесные тела выглядят как звёзды, в виде ярких точек. Поэтому их назвали астероидами, т. е. звёздоподобными.

Большой промежуток между орбитами Марса и Юпитера уже давно наводил астрономов на мысль о возможности существования в этой области неизвестной планеты. Поэтому открытие здесь малой планеты не особенно удивило астрономов. Затем количество открываемых малых планет стало расти.

К настоящему времени число открытых и занесённых в каталоги астероидов уже приближается к 2000. У всех этих планеток определены их орбиты движения (рис. 15). В отличие от больших планет некоторые астероиды движутся по сильно вытянутым эллипсам. Самая большая из малых планет — Церера; она имеет диаметр около 800 километров. Другие астероиды значительно меньше. Большинство из них представляет собой куски самой различной формы, обломки скал. Некоторые из этих малых космических тел, как, например, астероид Эрос, формой своей напоминают удлинённый брусок.

Некоторые учёные предполагают, что спутники некоторых планет образовались из астероидов Таковы, повидимому, внешние спутники Юпитера и Сатурна, некогда захваченные этими планетами среди астероидов.

Малые астероиды хорошо можно различить лишь на фотоснимках, а наиболее крупные — видимы и в телескоп. Изучение их расширяет наши познания о солнечной системе, о её происхождении и развитии.

СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ И ПЛАНЕТ

Как устроены Земля и другие планеты?

В настоящее время мы можем нарисовать уже довольно чёткую картину строения нашей планеты.

Поверхность Земли является как бы дном воздушного океана — атмосферы. Этот «океан» окружает нас со всех сторон. Где же граница атмосферы Земли?

Изучение некоторых природных явлений, таких, как сумеречный свет неба и полярные сияния [9], говорят о том, что даже на высотах более чем 1000 километров над поверхностью Земли ещё есть очень разреженный воздух. Какой-либо чёткой границы газовой оболочки у Земли просто нет. Плотность атмосферы с высотой уменьшается постепенно (рис. 16). Земной воздух состоит главным образом из смеси двух газов — азота (немного менее ⁴⁄₅) и кислорода (¹⁄₅). Кроме того, в нём присутствуют и некоторые другие газы, составляющие в общем около одного процента. Самым важным для животного и растительного мира из содержащихся в воздухе газов является кислород: без него невозможна жизнь.

Воздух необходим для дыхания. Но кроме того, он предохраняет нашу планету от сильного охлаждения ночью и чрезмерного нагревания днём. Не будь Земля окутана «воздушным покрывалом», температура на её поверхности изменялась бы за сутки на 200 с лишним градусов, как это происходит на Луне. Известные нам формы жизни не выдержали бы таких резких температурных скачков — от стоградусной дневной жары до жесточайшего стоградусного мороза ночью.

Наконец, воздушная оболочка Земли защищает нас от небесных пришельцев — метеоритов.

Изучение внутреннего строения нашей планеты — более трудное дело.

В течение долгого времени учёные считали, что под твёрдой корой Земли вещество находится в расплавленном состоянии. Наблюдения, казалось, подтверждали эту мысль. В самом деле, по мере проникновения в глубь Земли температура горных пород растёт. В шахтах и буровых скважинах с увеличением глубины на каждые 30 метров температура повышается примерно на один градус.

Однако в дальнейшем от такой мысли отказались. Если бы всё вещество внутри нашей планеты было жидким, то плавающие на поверхности расплавленных масс материки должны были бы испытывать резкие колебания: под влиянием лунного притяжения в расплавленном теле Земли неизбежно появилась бы приливная волна [10]. В действительности же земной шар почти не поддаётся действию приливных сил и ведёт себя так, как если бы он состоял из самой твёрдой стали. Таким образом, надо считать, Что вещество Земли в целом является твёрдым.

Однако мы знаем, что временами в разных местах земного шара происходят грозные явления — извержения вулканов. При этом из недр Земли иногда выбрасывается на поверхность огненно-жидкое вещество; это вещество, изливающееся в виде лавы, получило название магмы [11]. Какая же в действительности наша планета внутри — твёрдая или жидкая?

Мы ещё точно не знаем, какая температура господствует в недрах Земли. Известный советский учёный академик А. Е. Ферсман полагал, что температура земных недр на тысячекилометровой глубине свыше 1000 градусов, а в центральной части Земли доходит до нескольких тысяч градусов. При таких огромных температурах никакое вещество, казалось бы, не может оставаться твёрдым. Не значит ли это, что внутренняя часть Земли жидкая. Оказывается, нет.

Посредством остроумных, очень точных опытов учёным удалось «взвесить» Землю, определить её массу. Это позволило определить среднюю плотность нашей планеты. Выяснилось, что плотность вещества земного шара в пять с половиной раз превышает плотность воды. Это дало возможность вычислить, чему равно давление в центральной части Земли.

Оно оказалось равным примерно полутора миллионам атмосфер. Такое колоссальное давление препятствует плавлению раскалённого вещества в глубинах нашей планеты. Следовательно, основная часть вещества земного шара должна быть твёрдой.

Изучение распространения сейсмических волн, возникающих в результате землетрясений, также подтверждает этот вывод.

Но как же тогда объяснить извержения вулканов? Откуда берётся расплавленная раскалённая лава, изливающаяся из кратеров вулканов во время извержения? Учёные отвечают на этот вопрос так. Земная кора содержит радиоактивные вещества (уран, радий, торий и др.) [12], которые самопроизвольно распадаются и при этом выделяют настолько значительное количество тепла, что в земной коре образуются очаги расплавленного вещества — магмы

Накапливая факты, учёные постепенно, шаг за шагом, пришли к определённым выводам и о строении нашей планеты на больших глубинах.

Многие факты и соображения говорят о том, что центральная часть Земли представляет собой тяжёлое ядро радиусом около 3500 километров. Оно состоит, повидимому, из железа и никеля с незначительной примесью других веществ. Его плотность примерно в 10 раз больше, чем у воды.

Ядро Земли окружено несколькими шаровыми слоями. Первая его оболочка имеет плотность, почти вдвое меньшую, чем самое ядро. Эта оболочка начинается от глубины в 1200 километров. В её состав входят тяжёлые горные породы, богатые железом и магнием. За ней простирается промежуточный слой меньшей плотности.

Наружный, самый верхний слой — земная кора. Средняя её плотность ещё меньше. Она имеет очень сложную структуру.

Большинство элементов, найденных в земной коре, обнаружено также на Солнце и в звёздах. На других планетах солнечной системы также не открыто веществ, которых не было бы на Земле. Всё это говорит о материальном единстве небесных тел [13].

А теперь о строении других планет.

Начнём с планет-гигантов. Изучение четырёх больших планет солнечной системы — Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна — показывает, что все они во многом сходны по своему строению.

Их поверхность, видимая в телескоп, напоминает густой облачный слой. Несомненно, что этот слой представляет собой газообразную оболочку планет. На Юпитере, например, даже в небольшой телескоп можно видеть тёмные и светлые полосы, которые тянутся вдоль экватора планеты, а также светлые и тёмные пятна различного размера (см. рис. 12). Форма этих полос и пятен не остаётся неизменной. Ясно, что это какие-то газовые образования, наподобие наших облаков.