15. Планеты земной группы

Определения и обозначения

Планеты земной группы — Меркурий, Венера, Земля и Марс, небольшие планеты с твёрдой поверхностью и сравнительно высокой средней плотностью. Их вещество состоит преимущественно из каменных пород и металлов. Это понятие помогает выделить четыре внутренних планеты и отличить их от планет-гигантов.

Атмосфера планеты — газовая оболочка, которую удерживает притяжение планеты. У четырёх планет её плотность и состав различаются: от крайне разреженной оболочки Меркурия до плотной атмосферы Венеры. Сравнение атмосфер помогает объяснять погоду, нагрев и условия на поверхности.

Альбедо — доля света, падающего на поверхность или облака и отражённого обратно. При высоком альбедо планета поглощает меньше солнечной энергии, а при низком — больше. Поэтому альбедо помогает оценить нагрев, хотя само по себе не определяет температуру.

Парниковый эффект — повышение температуры поверхности, когда атмосфера поглощает и повторно излучает тепловое излучение. Так тепло хуже уходит в космос, и поверхность становится теплее. На Земле этот эффект поддерживает условия, подходящие для жизни, а на Венере он очень силён.

Как это устроено

Меркурий, Венера, Земля и Марс образуют отдельную группу, потому что расположены во внутренней части Солнечной системы и имеют сравнительно небольшие размеры. При формировании планет вблизи Солнца летучим веществам было труднее сохраняться, а твёрдые каменные и металлические вещества могли собираться в плотные тела. Поэтому у этих планет есть твёрдая поверхность, в отличие от газовых оболочек гигантов. Общность состава не означает, что их условия одинаковы.

Масса и расстояние от Солнца влияют на то, какие газы планета может удержать и как быстро они теряются. У небольшого Меркурия слабее притяжение, а сильное солнечное излучение способствует уходу газов, поэтому устойчивой плотной атмосферы там почти нет. Венера массивнее и удерживает чрезвычайно плотную атмосферу. Земля тоже сохранила значительную газовую оболочку, а у Марса она разрежена: его меньшая масса затрудняет удержание газов.

Температуру нельзя определить только по расстоянию от Солнца: важны атмосфера, облака и альбедо. Облака отражают часть солнечного света, уменьшая его поглощение, но атмосфера может задерживать тепло, которое поверхность излучает обратно. Венера получает меньше энергии от Солнца, чем Меркурий, однако её плотная атмосфера из углекислого газа создаёт мощный парниковый эффект. Поэтому поверхность Венеры значительно горячее; на Земле парниковый эффект тоже есть, но он не столь экстремален.

Поверхности планет хранят следы их истории. Многочисленные кратеры Меркурия показывают, что его поверхность долго подвергалась ударам космических тел и мало менялась из-за ветра или воды. На Венере есть обширные вулканические равнины, а её рельеф связан с вулканической активностью. Земля отличается разнообразием рельефа, который меняют вода, атмосфера и движения земной коры; на Марсе видны кратеры, древние долины и следы прошлой активности.

Периоды вращения вокруг оси и обращения вокруг Солнца помогают сравнить длительность суток и года, а не описывают одно и то же движение. У планет различаются наклон оси, скорость вращения и число спутников: у Меркурия и Венеры спутников нет, у Земли один, у Марса два. Магнитные поля тоже неодинаковы: у Земли есть сильное глобальное поле, а у Марса и Меркурия нет такого же сильного глобального поля. Эти свойства дополняют картину и помогают исследовать внутреннее строение и историю планет.

Сравнение планет земной группы

Значения в таблице округлены; температура у Меркурия особенно сильно меняется между дневной и ночной сторонами. Сравнивайте сразу несколько строк: например, близкие размеры Венеры и Земли не означают сходных условий на поверхности. Период вращения показывает длительность оборота вокруг оси, а период обращения — длительность года.

Разбор задач

Задача 1

Условие. Расположите Меркурий, Венеру, Землю и Марс в порядке увеличения расстояния от Солнца и укажите, какие из них относятся к планетам земной группы. Нужно не путать порядок планет с их размерами или температурой: условие спрашивает именно расстояние. Все четыре названные планеты входят в одну группу.

1. Вспомним порядок планет от Солнца: первой идёт Меркурий, за ним Венера, затем Земля и Марс.
2. Проверим направление: при движении от Солнца расстояние увеличивается, значит, порядок нужно записать именно от Меркурия к Марсу.
3. Сверим названия с определением: все четыре — небольшие каменные планеты с твёрдой поверхностью.

Ответ. Меркурий, Венера, Земля, Марс; все четыре относятся к планетам земной группы.

Задача 2

Условие. Средняя плотность некоторой планеты земной группы близка к плотности Земли. Что это позволяет предположить о её составе и для какой планеты такое сравнение уместно? Плотность показывает, сколько массы приходится на единицу объёма, но не раскрывает строение планеты полностью. Поэтому вывод должен быть осторожным.

1. Вспомним, что высокая средняя плотность планет земной группы связана с преобладанием каменных пород и металлов.
2. Сравним известные значения: у Венеры плотность около 5,24 г/см³, у Земли — около 5,51 г/см³, поэтому они близки.
3. Сделаем ограниченный вывод: для Венеры уместно предположить сходный общий тип плотного каменно-металлического тела, но не одинаковое внутреннее строение.

Ответ. Речь может идти о Венере. Близкая плотность указывает на каменистый состав с существенной долей металлов, но не доказывает, что внутренние слои планет устроены одинаково.

Задача 3

Условие. На Венеру поступает меньше солнечной энергии, чем на Меркурий, но её поверхность значительно горячее. Объясните различие с помощью сведений об атмосферах. Сравнение показывает, что для ответа недостаточно знать только расстояние до Солнца. Нужно учесть, как планеты теряют тепло.

1. У Меркурия почти нет атмосферы, поэтому его поверхность слабо защищена от потери теплового излучения.
2. У Венеры очень плотная атмосфера, в которой преобладает углекислый газ. Она поглощает и повторно излучает тепло, мешая ему уходить в космос.
3. Это сильный парниковый эффект: он повышает температуру поверхности Венеры настолько, что влияние атмосферы перевешивает меньший приток солнечной энергии.

Ответ. Венера горячее Меркурия из-за сильного парникового эффекта, создаваемого её плотной атмосферой. Расстояние от Солнца влияет на нагрев, но не определяет температуру в одиночку.

Типичные ошибки

Ошибка: считать планеты земной группы похожими на Землю во всём. Их объединяют прежде всего сравнительно небольшие размеры, высокая плотность и твёрдая поверхность, а атмосферы и температуры резко различаются. Такое заблуждение возникает из-за названия группы. Проверьте себя: сравните хотя бы атмосферу и среднюю температуру Венеры и Земли.

Ошибка: объяснять температуру только расстоянием от Солнца. При этом забывают об атмосфере, облаках, альбедо и парниковом эффекте. Простая связь «ближе — горячее» кажется очевидной, но не объясняет Венеру. Для проверки сопоставьте условия на Венере и Меркурии: Венера дальше, но её поверхность горячее.

Ошибка: считать, что у каждой планеты земной группы плотная атмосфера. Это неверно: у Меркурия газовая оболочка крайне разрежена, тогда как у Венеры она очень плотная. Возможно, к ошибке приводит то, что планеты изучают как единую группу. Проверьте себя по таблице, сравнив наличие и особенности атмосфер.

Ошибка: путать вращение планеты вокруг оси с обращением вокруг Солнца. Первое движение задаёт длительность суток, второе — длительность года. Оба периода измеряются временем, поэтому их легко смешать. Чтобы проверить ответ, спросите себя, описывает ли указанное число оборот планеты вокруг собственной оси или движение по орбите.

Связь с другими темами

Для сравнения планет нужно знать строение Солнечной системы, порядок планет от Солнца, а также понятия массы, плотности и силы притяжения. Состав и атмосферы планет земной группы помогают затем сравнивать их с планетами-гигантами и лучше понимать разнообразие объектов Солнечной системы. Парниковый эффект и температура связывают астрономию с изучением земного климата и условий, необходимых для существования жизни.

Что запомнить

• К планетам земной группы относятся Меркурий, Венера, Земля и Марс.
• Для них характерны небольшие размеры, высокая плотность и твёрдая поверхность.
• Состав и плотность атмосфер этих планет сильно различаются.
• Температура планеты зависит не только от её расстояния до Солнца.
• Плотная атмосфера Венеры вызывает сильный парниковый эффект.
• Период вращения вокруг оси и период обращения вокруг Солнца — разные величины.