§ 39. Природа тел Солнечной системы

Определения и обозначения

Планеты земной группы — сравнительно небольшие плотные планеты с твёрдой поверхностью. К ним относятся Меркурий, Венера, Земля и Марс. Такое название подчёркивает сходство их общего строения, а не то, что условия на них одинаковы.

Планеты-гиганты — крупные планеты, заметно отличающиеся от земной группы составом и строением. К ним относят Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун; у них нет твёрдой поверхности, подобной земной. Это различие помогает не переносить на все планеты свойства Земли.

Астероид — малое тело Солнечной системы, движущееся вокруг Солнца. Многие астероиды сосредоточены в поясе между орбитами Марса и Юпитера, но встречаются и на других орбитах. Изучение этих тел позволяет исследовать вещество, сохранившееся со времени формирования планет.

Комета — небольшое ледяное тело, обращающееся вокруг Солнца. При сближении с Солнцем у неё могут появиться окружающее ядро облако газа и пыли — кома — и вытянутый хвост. Это определение связывает вид кометы на небе с изменениями её вещества при нагревании.

Как это устроено

Внутренние планеты — Меркурий, Венера, Земля и Марс — формировались ближе к Солнцу, где высокая температура затрудняла сохранение многих летучих веществ. Поэтому в них преобладают плотные каменные породы и металлы, а вещество образует твёрдую поверхность. Дальше от Солнца было холоднее, и формирующиеся планеты могли удерживать больше лёгких веществ. Так возникли гиганты с другим составом и строением; плотность каждой планеты зависит от долей входящих в неё веществ, а не только от её размера.

О рельефе планет судят по снимкам поверхности: детали изображения показывают кратеры, горы и другие формы. Атмосферы исследуют по спектрам — распределению излучения по длинам волн, в котором вещества оставляют характерные признаки. Плотность находят, сопоставляя массу тела с его объёмом; она помогает оценить, насколько много в нём каменных, металлических или лёгких веществ. Данные о спутниках и движении аппаратов дополняют наблюдения, потому что позволяют точнее определить массу и исследовать систему планеты.

Большинство астероидов слишком малы, чтобы собственное притяжение придало им шарообразную форму. Поэтому их очертания часто неправильные, особенно если тело состоит из отдельных фрагментов или пережило столкновения. В главном поясе между Марсом и Юпитером находится множество астероидов, однако их орбиты встречаются и за его пределами. Гравитационное влияние планет и столкновения со временем меняют орбиты отдельных тел, поэтому пояс не является единственным местом их движения.

Вдали от Солнца кометное ядро остаётся холодным, и его лёд почти не превращается в газ. При приближении солнечное излучение нагревает поверхность, лёд испаряется, а выделившийся газ уносит пылевые частицы. Так вокруг ядра возникает кома, из которой формируется хвост. Поток заряженных частиц от Солнца и давление солнечного излучения направляют газ и пыль наружу, поэтому хвост обращён от Солнца, а не обязательно назад по траектории кометы.

Метеороидом называют небольшое твёрдое тело, пока оно движется в космосе. Войдя в атмосферу, оно быстро нагревает окружающий воздух и оставляет светящийся след — метеор; это название относится к явлению, а не к самому телу. Если часть тела переживает прохождение через атмосферу и достигает земной поверхности, этот остаток называют метеоритом. Различать три термина нужно потому, что они описывают разные места и этапы одного события.

Основные тела Солнечной системы

Сравнивайте объекты сразу по составу, строению и характерным признакам, а не только по размеру. Таблица показывает, какие свойства помогают отличать крупные планеты от малых тел. Примеры иллюстрируют тип, но не исчерпывают всех объектов этой группы.

Разбор задач

Задача 1. Средняя плотность одной планеты значительно выше средней плотности другой. Предположите, к каким группам они могут относиться. Учитывайте, что плотность связана с составом, но не является единственным признаком классификации.

1. Сначала сопоставим плотность с типичным строением: плотные каменные и металлические вещества характерны для планет земной группы. Поэтому планету с большей средней плотностью разумно предварительно отнести к этой группе.
2. Планеты-гиганты в среднем менее плотные и содержат больше лёгких веществ. Планету с меньшей плотностью можно предположительно отнести к гигантам, но одного измерения недостаточно для уверенного вывода.
3. Проверим предположение по размерам, составу и признакам поверхности. Если сведения согласуются, классификация становится убедительнее; необычное сочетание данных требует дополнительной проверки.

Ответ: более плотная планета, вероятно, относится к земной группе, а менее плотная — к гигантам. Это предположение, которое нужно проверить по другим характеристикам.

Задача 2. На снимках небесного тела при удалении от Солнца исчезают кома и хвост. Объясните изменение его вида. Вспомните, какие процессы создают эти образования и от чего зависит их интенсивность.

1. При сближении с Солнцем поверхность кометного ядра нагревается. Лёд выделяет газ, который уносит пыль, и вокруг ядра становится заметным облако — кома.
2. Газ и пыль вытягиваются в хвост под действием потока частиц и излучения Солнца. Когда комета удаляется, солнечный нагрев ослабевает, поэтому выделение вещества уменьшается.
3. Без постоянного поступления газа и пыли кома и хвост рассеиваются и становятся менее заметными. Следовательно, исчезновение этих образований связано с охлаждением кометы, а не обязательно с разрушением всего ядра.

Ответ: вдали от Солнца кометное вещество нагревается слабее и выделяет меньше газа и пыли, поэтому кома и хвост постепенно исчезают.

Задача 3. Небольшое тело вошло в атмосферу Земли, оставило яркий след, а его фрагмент обнаружили на поверхности. Назовите тело и явление на каждом этапе. Следите за тем, обозначает ли термин объект в космосе, световой след или остаток на Земле.

1. До входа в атмосферу тело находилось в космосе, поэтому его называют метеороидом. Это название описывает само вещество, а не наблюдаемое свечение.
2. При прохождении через атмосферу возникает яркий след — метеор. Метеор является световым явлением, связанным с движением тела в атмосфере.
3. Обнаруженный на поверхности фрагмент — метеорит. Он сохранился после прохождения атмосферы и достиг Земли.

Ответ: в космосе — метеороид, яркий след в атмосфере — метеор, фрагмент на поверхности — метеорит.

Типичные ошибки

Ошибка — считать гиганты просто увеличенными планетами земной группы. Такое сравнение кажется естественным из-за их размеров, но не учитывает различий в составе и строении: твёрдая поверхность не является общей характерной чертой гигантов. Проверяйте не только диаметр, но и среднюю плотность, состав и данные о поверхности.

Неверно называть метеором тело, которое летит в космосе. Путаница возникает потому, что слова похожи и относятся к одному событию, но метеор — это свечение при прохождении атмосферы. Проверьте себя вопросом: речь идёт о самом объекте или о наблюдаемом явлении? Для тела в космосе подходит термин «метеороид».

Хвост кометы не обязан находиться позади неё по направлению движения. Такое представление возникает из сравнения с обычным следом, однако хвост формируют поток частиц и солнечное излучение. Чтобы проверить направление, учитывайте положение Солнца: хвост обращён от него, даже если комета движется в другую сторону.

Неверно считать, что все астероиды находятся только между Марсом и Юпитером. Главный пояс действительно расположен там, но он не включает все возможные орбиты малых тел. Проверка проста: различайте место, где сосредоточено много астероидов, и множество орбит, по которым могут двигаться отдельные астероиды.

Связь с другими темами

Для изучения природы тел Солнечной системы нужны представления о её строении, различии планет и малых тел, а также понятия орбиты и силы тяготения. Орбита описывает движение тела, а гравитация помогает объяснить, почему планеты и астероиды обращаются вокруг Солнца и как взаимодействуют друг с другом. Эти знания позволяют связывать наблюдаемое движение с устройством системы.

Сравнение состава и строения планет пригодится при изучении происхождения планетных систем: особенности тел помогают восстановить условия, в которых они формировались. Спектры, снимки и измерения движения относятся к методам астрофизического исследования космических объектов. Так сведения о планетах и малых телах соединяют физические законы с наблюдениями Вселенной.

Что запомнить

• Планеты земной группы имеют сравнительно высокую плотность и твёрдую поверхность.
• Планеты-гиганты крупнее планет земной группы и отличаются от них составом.
• Астероиды обращаются вокруг Солнца; их размеры и формы различны.
• Кома и хвост кометы возникают при её сближении с Солнцем.
• Хвост кометы направлен от Солнца.
• Метеор — явление в атмосфере, метеорит — тело, достигшее поверхности.