§ 11.2. Планеты земной группы

Определения и обозначения

Планеты земной группы — внутренние планеты Солнечной системы с твёрдой поверхностью: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Их называют земными не потому, что условия на них одинаковы, а из-за сходного каменистого состава и строения. Это понятие помогает отличать их от планет-гигантов.

Плотность планеты — отношение её массы к объёму: ρ = M/V. Средняя плотность учитывает всю планету целиком, а не отдельный слой. Сопоставляя её с плотностью горных пород и металлов, можно делать выводы о составе и строении недр.

Атмосфера планеты — газовая оболочка, удерживаемая её притяжением. У планет земной группы атмосферы отличаются составом и плотностью, а у некоторых газовая оболочка очень разрежена. Это понятие нужно, чтобы объяснять условия на поверхности и то, как планета сохраняет тепло.

Спутник планеты — небесное тело, которое обращается вокруг планеты. Среди планет земной группы спутники есть у Земли и Марса, а у Меркурия и Венеры их нет. Спутник не следует путать с планетой: он движется вокруг планеты, а не непосредственно вокруг Солнца.

Как это устроено

Меркурий, Венеру, Землю и Марс относят к земной группе, потому что они расположены во внутренней области Солнечной системы, сравнительно близко к Солнцу. Их размеры меньше размеров планет-гигантов, а вещество состоит преимущественно из каменных пород и металлов. При формировании планет тяжёлые и тугоплавкие вещества оказались ближе к Солнцу, поэтому здесь возникли плотные тела с твёрдой поверхностью.

Высокая средняя плотность связана с тем, что внутри планеты есть ядро, содержащее значительную долю тяжёлых веществ, а выше лежат мантия и кора из каменных пород. Масса и объём важны одновременно: крупная планета не обязательно плотнее маленькой. Измеряя массу и радиус, а затем вычисляя плотность, учёные получают сведения о распределении вещества внутри небесного тела.

Атмосферы планет различаются, поскольку газам нужно удержаться притяжением, а оно зависит от массы и размеров планеты. Температура и солнечное излучение влияют на движение частиц и могут способствовать потере газов в космос; геологические процессы, напротив, способны выделять новые газы. Поэтому для объяснения атмосферы рассматривают не один признак, а совместное действие нескольких факторов.

Вращение планеты вокруг собственной оси приводит к смене дня и ночи: разные участки поверхности поочерёдно оказываются освещёнными. Обращение вокруг Солнца определяет продолжительность года, то есть время полного оборота по орбите. Наклон оси меняет угол падения солнечных лучей в течение года и распределение освещённости между полушариями.

Планеты группы отличаются поверхностью, атмосферой, температурой, спутниками и магнитным полем. У Меркурия атмосфера крайне разрежена, а у Венеры она плотная; Земля имеет условия, позволяющие существовать жидкой воде на поверхности, а Марс холоднее и обладает разреженной атмосферой. Магнитные поля также неодинаковы: у Земли оно выражено, у Марса нет глобального поля такого же типа, а у Венеры и Меркурия наблюдаются другие особенности. Общее происхождение группы не означает одинаковых условий.

Сравнение планет земной группы

Сначала сравните общие параметры: положение, радиус, массу и плотность, а затем переходите к атмосфере и поверхности. Числа помогают увидеть различия, но сами по себе не объясняют их причины. Температуры и некоторые характеристики поверхности приведены приблизительно.

Разбор задач

Задача 1. Расположите Меркурий, Венеру, Землю и Марс по мере удаления от Солнца и укажите, какие из них имеют естественные спутники. Здесь нужно отдельно установить порядок орбит и наличие спутников. Принадлежность к одной группе не означает, что спутники есть у всех планет.

1. Запишем порядок планет от Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс.
2. Сверим для каждой планеты наличие естественных спутников: у Земли один спутник, у Марса два.
3. У Меркурия и Венеры спутников нет, поэтому их не включаем в перечень планет со спутниками.

Ответ: Меркурий, Венера, Земля, Марс; спутники есть у Земли и Марса.

Задача 2. Для двух планет заданы масса и радиус. Требуется сравнить их средние плотности по формулам ρ = M/V и V = 4πR³/3. Сначала удобно вычислить плотность каждой планеты, обязательно выразив массу и радиус в согласованных единицах. Без конкретных числовых данных можно записать общий способ решения.

1. Для первой планеты вычислите объём: V₁ = 4πR₁³/3.
2. Найдите её плотность: ρ₁ = M₁/V₁; повторите те же действия для второй планеты.
3. Сравните полученные значения: большей плотностью обладает планета с большим значением ρ, а не обязательно с большей массой.

Ответ: плотнее та из двух планет, у которой отношение массы к объёму больше. Численно определить её можно после подстановки заданных массы и радиуса.

Задача 3. Радиус одной планеты вдвое больше радиуса другой, а масса — в восемь раз больше. Нужно выяснить, как изменится плотность, и можно ли из равенства плотностей заключить, что состав планет одинаков. Сравним, во сколько раз меняются объём и масса. Для этого достаточно учесть, что объём шара пропорционален кубу радиуса.

1. Если радиус увеличился в 2 раза, объём увеличился в 2³ = 8 раз.
2. Масса также увеличилась в 8 раз, поэтому отношение M/V осталось прежним.
3. Равные средние плотности не доказывают одинаковый состав: разные сочетания веществ могут давать одинаковую среднюю плотность.

Ответ: средние плотности равны, но одинаковый состав планет из этих данных не следует.

Типичные ошибки

Ошибка: считать все планеты земной группы одинаковыми. Общая группа указывает на сходство основных признаков, а не на одинаковую температуру, атмосферу и поверхность. Так ошибаются, когда переносят свойства Земли на остальные планеты. Проверьте себя, сопоставив каждую характеристику отдельно.

Ошибка: называть эти планеты газовыми гигантами. У них каменистая оболочка и твёрдая поверхность, хотя атмосфера Венеры очень плотная. Путаница возникает, если судить о строении только по наличию газа вокруг планеты. Уточните, из чего состоит основная часть тела и есть ли твёрдая поверхность.

Ошибка: утверждать, что спутник есть у каждой планеты группы. Наличие спутника не является обязательным признаком планеты земной группы. Легко ошибиться, если запомнить Луну у Земли и распространить это свойство на все планеты. Для проверки перечислите спутники отдельно: они есть у Земли и Марса.

Ошибка: считать размер, массу и плотность взаимозаменяемыми характеристиками. Масса показывает количество вещества, радиус связан с размером, а плотность — отношение массы к объёму. Путаница появляется при сравнении только одного числа. Чтобы проверить вывод, вычислите ρ = M/V и учтите, что объём зависит от куба радиуса.

Связь с другими темами

Для изучения планет нужны знания о строении Солнечной системы, различии планеты и спутника, а также о массе, объёме и плотности. Закон всемирного тяготения объясняет движение по орбитам и способность планеты удерживать атмосферу. Позже сравнение планет земной группы с планетами-гигантами поможет обсуждать условия на небесных телах и способы поиска жизни за пределами Земли.

Что запомнить

• К планетам земной группы относятся Меркурий, Венера, Земля и Марс.
• Это внутренние планеты с преимущественно каменным составом и твёрдой поверхностью.
• Планеты земной группы меньше и плотнее планет-гигантов.
• Средняя плотность определяется отношением массы к объёму.
• Атмосферы планет различаются составом, плотностью и температурой.
• Спутники есть у Земли и Марса; у Меркурия и Венеры их нет.