В плотной атмосфере Урана, мощность которой 8500 км, обнаружены кольцевые образования, пятна, вихри, струйные течения, что свидетельствует о неспокойной циркуляции воздушных масс.

Юпитер обладает мощной атмосферой и сильным магнитным полем (в 10 раз сильнее земного)Атмосфера Юпитера, кроме молекулярного водорода и гелия, содержит разнообразные примеси (метан, аммиак, окиси углерода, пары воды, молекулы фосфина, цианистого водорода и др.).

Географическая информация и Интернет. Ресурсы Интернета облегчают поиск необходимой информации, но обычно только на элементарном уровне. В Интернет можно найти хорошо иллюстрированный материал по земным объектам, краткие описания географических явлений и процессов, обзор публикаций.

ЛЕКЦИЯ 3. ЗЕМЛЯ ВО ВСЕЛЕННОЙ

На протяжении всей истории науки в круг интересов землеведения входили разработки представлений об окружающем человека мире — планете Земля, Солнечной системе, Вселенной. Первой математически обоснованной моделью мироздания была геоцентрическая система К. Птолемея.Разработка теории относительности и ее приложение к решению космологических парадоксов (гравитационного, фотометрического) создали релятивистскую теорию Вселенной, которая первоначально была представлена А. Эйнштейном как статическая модель. В 1922—1924 гг. А.А. Фридманом были получены решения уравнений общей теории относительности для вещества, равномерно заполняющего все пространство (модель однородной изотропной Вселенной), которые показали нестационарность Вселенной — она должна расширяться или сжиматься. В 1929 г. Э. Хаббл обнаружил расширение Вселенной, опровергнув представление о ее незыблемости. Теоретические результаты А.А.Фридмана и Э.Хаббла позволили ввести понятие «начала» в эволюцию Вселенной и объяснить ее структуру.

В 1946—1948 гг. Г. Гамов разработал теорию «горячей» Вселенной, согласно которой в начале эволюции вещество Вселенной имело температуру и плотность, недостижимые экспериментально. В 1965 г. было открыто реликтовое микроволновое фоновое излучение, имевшее изначально очень высокую температуру, что экспериментально подтвердило теорию Г. Гамова.

Вселенная — это окружающий нас материальный мир, безграничный во времени и пространстве. Границы Вселенной скорее всего будут раздвигаться по мере появления новых возможностей непосредственного наблюдения, т.е. они относительны для каждого момента времени.

Вселенная — это нестационарный объект, состояние которого зависит от времени. Согласно господствующей теории, в настоящее время Вселенная расширяется: большинство галактик (за исключением ближайших к нашей) удаляются от нас и друг относительно друга.Распределение плотности вещества в отдельных частях Вселенной различается более чем на 30 порядков. Самая высокая плотность, если не принимать во внимание микромир (например, атомное ядро), присуща нейтронным звездам (около 10¹⁴ г/см³), самая низкая (10^-24 г/см³) — Галактике в целом. Из общей массы вещества Вселенной только около 1/10 является видимым (светящимся), остальные 9/10 — невидимое (несветящееся) вещество. Видимое вещество, о составе которого можно уверенно судить по характеру спектра излучения, представлено в основном водородом (80—70%) и гелием (20—30%).В глобальном масштабе Вселенная считается изотропной и однородной. Признаком изотропности, т.е. независимости свойств объектов от направления в пространстве, является равномерность распределения реликтового излучения.

Другой особенностью Вселенной является неоднородность и структурность (дискретность) в малом масштабе. В глобальном масштабе в сотни мегапарсек вещество Вселенной можно рассматривать как однородную непрерывную среду, частицами которой являются галактики и даже скопления галактик. При более детальном рассмотрении отмечается структурированность Вселенной. Структурными элементами Вселенной являются космические тела, прежде всего звезды, образующие звездные системы разного ранга: галактика — скопление галактик — Метагалактика.

Галактика Млечного Пути состоит из 10¹¹ звезд и межзвездной среды. Она принадлежит к спиралевидным системам, которые имеют плоскость симметрии (плоскость диска) и ось симметрии (ось вращения). Сплюснутость диска Галактики, наблюдаемая визуально, свидетельствует о значительной скорости ее вращения вокруг оси. Абсолютная линейная скорость ее объектов постоянна и равна 220—250 км/с (возможно, что она возрастает для очень удаленных от центра объектов). Период вращения Солнца вокруг центра Галактики составляет 160—200 млн лет (в среднем 180 млн лет) и называется галактическим годом.

Солнечная система — это Солнце и совокупность небесных тел: 9 планет и их спутники (на 2002 г. их число составило 100), множество астероидов, комет и метеоров, которые вращаются вокруг Солнца или заходят (как кометы) в Солнечную систему.

Солнце представляет собой раскаленный газовый шар, в составе которого обнаружено около 60 химических элементов

Солнце имеет оболочечное строение. В центре выделяют ядро с радиусом примерно 1/3 солнечного, давлением 250 млрд атм, температурой более 15 млн К и плотностью 1,5×10⁵ кг/м³ (в 150 раз больше плотности воды). В ядре генерируется почти вся энергия Солнца, которая передается через зону излучения, где свет многократно поглощается веществом и излучается вновь. Выше располагается зона конвекции (перемешивания), в которой вещество приходит в движение вследствие неравномерности переноса тепла (процесс, аналогичный переносу энергии в кипящем чайнике). Видимая поверхность Солнца образована его атмосферой.

Планеты Солнечной системы подразделяют на две группы: внутренние, или планеты земной группы — Меркурий, Венера, Земля, Марс, и внешние, или планеты-гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон.

Планеты земной группы. Внутренние планеты имеют относительно небольшие размеры, высокую плотность и внутреннюю дифференциацию вещества. Их отличает повышенная концентрация углерода, азота и кислорода, недостаток водорода и гелия.

Меркурий — самая близкая к Солнцу планета. Среди планет Солнечной системы ее отличает самая вытянутая эллиптическая орбита. Температура на освещенной стороне составляет 325—437°С, на ночной — от -123 до -185°С.

Масса Меркурия составляет 1/18 массы Земли. Несмотря на небольшие размеры, Меркурий имеет необычайно высокую плотность (5,42 г/см³), близкую к плотности Земли.

Венера оборачивается вокруг своей оси еще медленнее (за 244 земных дня), чем Меркурий, причем в обратном направлении, поэтому Солнце на Венере восходит на западе и заходит на востоке. Масса Венеры составляет 81% земной массы. Вес предметов на Венере только на 10% меньше их веса на Земле.

Для Венеры характерна очень плотная атмосфера. На поверхности атмосферное давление составляет не менее 90—100 атм, что соответствует давлению земных морей на глубине 1000 м. По химическому составу атмосфера состоит в основном из диоксида углерода с примесью азота, водяных паров, кислорода, серной кислоты, хлористого и фтористого водорода. Считают, что атмосфера Венеры примерно соответствует земной на ранних этапах ее становления (3,8—3,3 млрд лет назад).

Марс расположен на 75 млн км дальше от Солнца, чем Земля, поэтому марсианские сутки длиннее земных, а солнечной энергии к нему поступает в 2,3 раза меньше по сравнению с Землей.

Плотность атмосферы Марса в 130 раз меньше, чем Земли и равна всего 0,01 атм. В состав атмосферы входят диоксид углерода, азот, аргон, кислород, пары воды. Суточные колебания температуры превышают 100°С: на экваторе днем — около 10—20°, а на полюсах — ниже -100°С.Сатурн, Уран и Нептун заметно отличаются от планет земной группы. Удаленность этих планет от Солнца позволила им сохранить значительное количество первичного водорода и гелия, потерянных планетами земной группы под воздействием «солнечного ветра» и из-за недостаточности собственных гравитационных сил.

Самой крупной планетой является Юпитер, по объему в 1300 раз, а по массе более чем в 318 раз превосходящий Землю. За ним следует Сатурн, масса которого в 95 раз превышает массу Земли. В этих планетах сосредоточено 92,5% массы всех планет Солнечной системы (71,2% у Юпитера и 21,3% у Сатурна). Замыкают группу внешних планет два близнеца-гиганта — Уран и Нептун.

Юпитер с характерными пятнами и полосами на поверхности, которые параллельны экватору и имеют изменчивые очертания, является самой доступной для исследования планетой. Масса Юпитера лишь на два порядка меньше солнечной. Ось почти перпендикулярна к плоскости орбиты.

На начало 2013 г. число спутников Юпитера достигло 67, треть из которых имеет собственные имена. Для многих из них характерно обратное вращение и малые размеры — от 2 до 4 км. Четыре самых крупных спутника — Ганимед, Каллисто, Ио, Европа — носят название Галилеевых.

Сатурн, «окольцованная» планета, представляет не меньший интерес. Его средняя плотность, рассчитанная по видимому радиусу, очень низкая — 0,69 г/см³ (без атмосферы — около 5,85 г/см³). Мощность атмосферного слоя оценивается в 37—40 тыс. км. Отличительной особенностью Сатурна является кольцо, расположенное выше облачного слоя атмосферы. Его диаметр составляет 274 тыс. км, что почти вдвое больше диаметра планеты, мощность — около 2 км.

Вблизи Сатурна обнаружено 37 спутников (по состоянию на 2012 г.). Самый далекий из них — Феба (диаметр 110 км) находится в 13 млн км от планеты и оборачивается вокруг нее за 550 дней. Самый близкий — Мимас (диаметр 195 км) располагается в 185,4 тыс. км и совершает полный оборот за 2266 час.

Уран. Ось вращения Урана расположена почти в плоскости орбиты. Планета обладает магнитным полем, полярность которого противоположна земной, а напряженность меньше земной.

Вокруг планеты обнаружены 10 колец шириной от нескольких сотен метров до нескольких километров, состоящих из частиц около 1 м в диаметре. Внутри колец движутся каменные глыбы неправильной формы и диаметром 16—24 км, названные спутниками-«пастухами» (вероятно, это астероиды).

Среди 27 спутников Урана пять выделяются значительными размерами (от 1580 до 470 км в диаметре), остальные — менее 100 км.

Нептун — самая удаленная от Солнца планета. Облака атмосферы образованы в основном метаном. В верхних слоях атмосферы наблюдаются потоки ветра, несущегося со сверхзвуковой скоростью. Это означает существование в атмосфере градиентов температуры и давления, вызванных, видимо, внутренним разогревом планеты.

Нептун имеет 12 каменных спутников, три из которых значительных размеров: Тритон (диаметр 2700 км), Нерида (340 км) и Протей (400 км), остальные меньше — от 50 до 190 км.

Плутон — самая дальняя из планет, открыта в 1930 г., не принадлежит к планетам-гигантам. Его масса в 10 раз меньше земной.