Атмосфера (от. др.-греч. ἀτμός - пар и σφαῖρα - шар) - газовая оболочка (геосфера), окружающая планету Земля. Внутренняя её поверхность покрывает гидросферу и частично земную кору, внешняя граничит с околоземной частью космического пространства.
Совокупность разделов физики и химии, изучающих атмосферу, принято называть физикой атмосферы. Атмосфера определяет погоду на поверхности Земли, изучением погоды занимается метеорология, а длительными вариациями климата - климатология.
Физические свойства
Толщина атмосферы - примерно 120 км от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха в атмосфере - (5,1-5,3)·1018 кг. Из них масса сухого воздуха составляет (5,1352 ±0,0003)·1018 кг, общая масса водяных паров в среднем равна 1,27·1016 кг.
Молярная масса чистого сухого воздуха составляет 28,966 г/моль, плотность воздуха у поверхности моря приблизительно равна 1,2 кг/м3. Давление при 0 °C на уровне моря составляет 101,325 кПа; критическая температура - −140,7 °C (~132,4 К); критическое давление - 3,7 МПа; Cp при 0 °C - 1,0048·103 Дж/(кг·К), Cv - 0,7159·103 Дж/(кг·К) (при 0 °C). Растворимость воздуха в воде (по массе) при 0 °C - 0,0036 %, при 25 °C - 0,0023 %.
За «нормальные условия» у поверхности Земли приняты: плотность 1,2 кг/м3, барометрическое давление 101,35 кПа, температура плюс 20 °C и относительная влажность 50 %. Эти условные показатели имеют чисто инженерное значение.
Химический состав
Атмосфера Земли возникла в результате выделения газов при вулканических извержениях. С появлением океанов и биосферы она формировалась и за счёт газообмена с водой, растениями, животными и продуктами их разложения в почвах и болотах.
В настоящее время атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения).
Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (H2O) и углекислого газа (CO2).
Состав сухого воздуха
| Азот | ||
| Кислород | ||
| Аргон | ||
| Вода | ||
| Углекислый газ | ||
| Неон | ||
| Гелий | ||
| Метан | ||
| Криптон | ||
| Водород | ||
| Ксенон | ||
| Закись азота |
Кроме указанных в таблице газов, в атмосфере содержатся SO2, NH3, СО, озон, углеводороды, HCl, HF, пары Hg, I2, а также NO и многие другие газы в незначительных количествах. В тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твёрдых и жидких частиц (аэрозоль).
Строение атмосферы
Тропосфера
Её верхняя граница находится на высоте 8-10 км в полярных, 10-12 км в умеренных и 16-18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 м
Тропопауза
Переходный слой от тропосферы к стратосфере, слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры с высотой.
Стратосфера
Слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11-25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25-40 км от −56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.
Стратопауза
Пограничный слой атмосферы между стратосферой и мезосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место максимум (около 0 °C).
Мезосфера
Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80-90 км. Температура с высотой понижается со средним вертикальным градиентом (0,25-0,3)°/100 м. Основным энергетическим процессом является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов, колебательно возбуждённых молекул и т. д. обусловливают свечение атмосферы.
Мезопауза
Переходный слой между мезосферой и термосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место минимум (около -90 °C).
Линия Кармана
Высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом. В соответствии с определением ФАИ, линия Кармана находится на высоте 100 км над уровнем моря.
Граница атмосферы Земли
Термосфера
Верхний предел - около 800 км. Температура растёт до высот 200-300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остаётся почти постоянной до больших высот. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха («полярные сияния») - основные области ионосферы лежат внутри термосферы. На высотах свыше 300 км преобладает атомарный кислород. Верхний предел термосферы в значительной степени определяется текущей активностью Солнца. В периоды низкой активности - например, в 2008-2009 гг - происходит заметное уменьшение размеров этого слоя.
Термопауза
Область атмосферы прилегающая сверху к термосфере. В этой области поглощение солнечного излучения незначительно и температура фактически не меняется с высотой.
Экзосфера (сфера рассеяния)
Экзосфера - зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежён, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).
До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжёлых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °C в стратосфере до −110 °C в мезосфере. Однако кинетическая энергия отдельных частиц на высотах 200-250 км соответствует температуре ~150 °C. Выше 200 км наблюдаются значительные флуктуации температуры и плотности газов во времени и пространстве.
На высоте около 2000-3500 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен сильно разрежёнными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные частицы кометного и метеорного происхождения. Кроме чрезвычайно разрежённых пылевидных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.
На долю тропосферы приходится около 80 % массы атмосферы, на долю стратосферы - около 20 %; масса мезосферы - не более 0,3 %, термосферы - менее 0,05 % от общей массы атмосферы. На основании электрических свойств в атмосфере выделяют нейтросферу и ионосферу. В настоящее время считают, что атмосфера простирается до высоты 2000-3000 км.
В зависимости от состава газа в атмосфере выделяют гомосферу и гетеросферу. Гетеросфера - это область, где гравитация оказывает влияние на разделение газов, так как их перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гетеросферы. Ниже её лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы, называемая гомосфера. Граница между этими слоями называется турбопаузой, она лежит на высоте около 120 км.
Другие свойства атмосферы и воздействие на человеческий организм
Уже на высоте 5 км над уровнем моря у нетренированного человека появляется кислородное голодание и без адаптации работоспособность человека значительно снижается. Здесь кончается физиологическая зона атмосферы. Дыхание человека становится невозможным на высоте 9 км, хотя примерно до 115 км атмосфера содержит кислород.
Атмосфера снабжает нас необходимым для дыхания кислородом. Однако вследствие падения общего давления атмосферы по мере подъёма на высоту соответственно снижается и парциальное давление кислорода.
В лёгких человека постоянно содержится около 3 л альвеолярного воздуха. Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе при нормальном атмосферном давлении составляет 110 мм рт. ст., давление углекислого газа - 40 мм рт. ст., а паров воды - 47 мм рт. ст. С увеличением высоты давление кислорода падает, а суммарное давление паров воды и углекислоты в лёгких остаётся почти постоянным - около 87 мм рт. ст. Поступление кислорода в лёгкие полностью прекратится, когда давление окружающего воздуха станет равным этой величине.
На высоте около 19-20 км давление атмосферы снижается до 47 мм рт. ст. Поэтому на данной высоте начинается кипение воды и межтканевой жидкости в организме человека. Вне герметической кабины на этих высотах смерть наступает почти мгновенно. Таким образом, с точки зрения физиологии человека, «космос» начинается уже на высоте 15-19 км.
Плотные слои воздуха - тропосфера и стратосфера - защищают нас от поражающего действия радиации. При достаточном разрежении воздуха, на высотах более 36 км, интенсивное действие на организм оказывает ионизирующая радиация - первичные космические лучи; на высотах более 40 км действует опасная для человека ультрафиолетовая часть солнечного спектра.
По мере подъёма на всё большую высоту над поверхностью Земли постепенно ослабляются, а затем и полностью исчезают такие привычные для нас явления, наблюдаемые в нижних слоях атмосферы, как распространение звука, возникновение аэродинамической подъёмной силы и сопротивления, передача тепла конвекцией и др.
В разреженных слоях воздуха распространение звука оказывается невозможным. До высот 60-90 км ещё возможно использование сопротивления и подъёмной силы воздуха для управляемого аэродинамического полёта. Но начиная с высот 100-130 км знакомые каждому лётчику понятия числа М и звукового барьера теряют свой смысл: там проходит условная линия Кармана, за которой начинается область чисто баллистического полёта, управлять которым можно, лишь используя реактивные силы.
На высотах выше 100 км атмосфера лишена и другого замечательного свойства - способности поглощать, проводить и передавать тепловую энергию путём конвекции (т. е. с помощью перемешивания воздуха). Это значит, что различные элементы оборудования, аппаратуры орбитальной космической станции не смогут охлаждаться снаружи так, как это делается обычно на самолёте, - с помощью воздушных струй и воздушных радиаторов. На такой высоте, как и вообще в космосе, единственным способом передачи тепла является тепловое излучение.
История образования атмосферы
Согласно наиболее распространённой теории, атмосфера Земли во времени пребывала в трёх различных составах. Первоначально она состояла из лёгких газов (водорода и гелия), захваченных из межпланетного пространства. Это так называемая первичная атмосфера (около четырех миллиардов лет назад). На следующем этапе активная вулканическая деятельность привела к насыщению атмосферы и другими газами, кроме водорода (углекислым газом, аммиаком, водяным паром). Так образовалась вторичная атмосфера (около трех миллиардов лет до наших дней). Эта атмосфера была восстановительной. Далее процесс образования атмосферы определялся следующими факторами:
- утечка легких газов (водорода и гелия) в межпланетное пространство;
- химические реакции, происходящие в атмосфере под влиянием ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов и некоторых других факторов.
Постепенно эти факторы привели к образованию третичной атмосферы, характеризующейся гораздо меньшим содержанием водорода и гораздо большим - азота и углекислого газа (образованы в результате химических реакций из аммиака и углеводородов).
Азот
Образование большого количества азота N2 обусловлено окислением аммиачно-водородной атмосферы молекулярным кислородом О2, который стал поступать с поверхности планеты в результате фотосинтеза, начиная с 3 млрд лет назад. Также азот N2 выделяется в атмосферу в результате денитрификации нитратов и других азотсодержащих соединений. Азот окисляется озоном до NO в верхних слоях атмосферы.
Азот N2 вступает в реакции лишь в специфических условиях (например, при разряде молнии). Окисление молекулярного азота озоном при электрических разрядах в малых количествах используется в промышленном изготовлении азотных удобрений. Окислять его с малыми энергозатратами и переводить в биологически активную форму могут цианобактерии (сине-зелёные водоросли) и клубеньковые бактерии, формирующие ризобиальный симбиоз с бобовыми растениями, т. н. сидератами.
Кислород
Состав атмосферы начал радикально меняться с появлением на Земле живых организмов, в результате фотосинтеза, сопровождающегося выделением кислорода и поглощением углекислого газа. Первоначально кислород расходовался на окисление восстановленных соединений - аммиака, углеводородов, закисной формы железа, содержавшейся в океанах и др. По окончании данного этапа содержание кислорода в атмосфере стало расти. Постепенно образовалась современная атмосфера, обладающая окислительными свойствами. Поскольку это вызвало серьёзные и резкие изменения многих процессов, протекающих в атмосфере, литосфере и биосфере, это событие получило название Кислородная катастрофа.
В течение фанерозоя состав атмосферы и содержание кислорода претерпевали изменения. Они коррелировали прежде всего со скоростью отложения органических осадочных пород. Так, в периоды угленакопления содержание кислорода в атмосфере, видимо, заметно превышало современный уровень.
Углекислый газ
Содержание в атмосфере СО2 зависит от вулканической деятельности и химических процессов в земных оболочках, но более всего - от интенсивности биосинтеза и разложения органики в биосфере Земли. Практически вся текущая биомасса планеты (около 2,4·1012 тонн) образуется за счет углекислоты, азота и водяного пара, содержащихся в атмосферном воздухе. Захороненная в океане, в болотах и в лесах органика превращается в уголь, нефть и природный газ.
Благородные газы
Источник инертных газов - аргона, гелия и криптона - вулканические извержения и распад радиоактивных элементов. Земля в целом и атмосфера в частности обеднены инертными газами по сравнению с космосом. Считается, что причина этого заключена в непрерывной утечке газов в межпланетное пространство.
Загрязнение атмосферы
В последнее время на эволюцию атмосферы стал оказывать влияние человек. Результатом его деятельности стал постоянный рост содержания в атмосфере углекислого газа из-за сжигания углеводородного топлива, накопленного в предыдущие геологические эпохи. Громадные количества СО2 потребляются при фотосинтезе и поглощаются мировым океаном. Этот газ поступает в атмосферу благодаря разложению карбонатных горных пород и органических веществ растительного и животного происхождения, а также вследствие вулканизма и производственной деятельности человека. За последние 100 лет содержание СО2 в атмосфере возросло на 10 %, причём основная часть (360 млрд тонн) поступила в результате сжигания топлива. Если темпы роста сжигания топлива сохранятся, то в ближайшие 200-300 лет количество СО2 в атмосфере удвоится и может привести к глобальным изменениям климата.
Сжигание топлива - основной источник и загрязняющих газов (СО, NO, SO2). Диоксид серы окисляется кислородом воздуха до SO3, а оксид азота до NO2 в верхних слоях атмосферы, которые в свою очередь взаимодействуют с парами воды, а образующиеся при этом серная кислота Н2SO4 и азотная кислота НNO3 выпадают на поверхность Земли в виде т. н. кислотных дождей. Использование двигателей внутреннего сгорания приводит к значительному загрязнению атмосферы оксидами азота, углеводородами и соединениями свинца (тетраэтилсвинец) Pb(CH3CH2)4.
Аэрозольное загрязнение атмосферы обусловлено как естественными причинами (извержение вулканов, пыльные бури, унос капель морской воды и пыльцы растений и др.), так и хозяйственной деятельностью человека (добыча руд и строительных материалов, сжигание топлива, изготовление цемента и т. п.). Интенсивный широкомасштабный вынос твёрдых частиц в атмосферу - одна из возможных причин изменений климата планеты.
(Visited 719 times, 1 visits today)
Долгие годы ученые задаются вопросами, касающимися планетных атмосфер. Так, почему планеты, гравитация которых гораздо слабее, чем на нашей, имеют давление атмосферы, в сотни раз превышающее земное (например, Венера)? С другой стороны, существуют планеты, такие как Титан, имеющие всемеро меньшую гравитацию, однако атмосфера здесь в четыре раза плотней, чем на Земле. Случается и так, что некоторые небесные тела с гравитацией всего лишь втрое слабее земной, обладают атмосферой, стократно разреженнее. В чем же причины? Выдвинуто великое множество гипотез на этот счет, однако характер их взаимоисключающ.
Астрономы из андалусского Института астрофизики во главе с Хосе Луис Ортисом при помощи трех телескопов детально пронаблюдали за поверхностью Макемаке в свете звезды, ставшей на воображаемую линию между ней и нашей планетой, при этом на короткое время затмившей ее. В итоге наблюдения достоверно показали: карликовая планета Макемаке атмосферы не имеет.
Как пояснил сам Хосе Луис Ортис, Макемаке, проходя между звездой и Землей, временно загородила ее свет от нас, в результате звезда сначала исчезла из виду, а затем вновь внезапно появилась, что указывает на отсутствие какой-либо значимой атмосферы на карликовой планете. До сих пор Макемаке считалась замерзшим миром с орбитой, расположенной во внешних областях Солнечной системы и имеющей по подобию близкого к нему Плутона полноценную глобальную атмосферу, хотя и тонкую.
Макемаке - карликовая планета, которая была открыта в 2005 году. Ее размер составляет около двух третей диаметра Плутона. Однако она вращается вокруг Солнца по гораздо удаленной орбите: дальше Плутона, но ближе Эриды. Диаметр планеты, согласно последним данным, варьирует в промежутке от 1 430 плюс-минус 9 км до 1 502 плюс-минус 45 км. Не исключен тот факт, что обе цифры верны, а форма планеты не совсем правильна. Альбедо планеты при этом равняется 0,77 плюс-минус 0,03 (относительно близко к Плутону), что находится в примерном соответствии с грязным снегом и говорит о сходстве данных объектов. Плотность планеты также составляет не ниже 1,7 плюс-минус 0,3 г/см³ (на 15% меньше, чем у Плутона). Но, несмотря на это, на поверхности Макемаке максимальное атмосферное давление не превышает 12 миллиардных земного. Это практически вакуум, что особенно странно, исходя из тех соображений, что температура планеты (половина поверхности Макемаке, по меньшей мере, является нагретой до 50 К) - довольно высока для транснептунового объекта без атмосферы, который относительно прохладного Плутона находится в значительном удалении от Солнца.
По мнению ученых, это может быть связано с отсутствием одного из важнейших у таких объектов источников атмосферных газов как азотный снег или же огромным наклоном оси планеты. В таком случае формирование устойчивой атмосферы весьма затруднительно.
И все же не исключен тот факт, что все же кое-где на Макемаке атмосфера существует, например, в районах, обладающих меньшим альбедо, в которых не исключен переход поверхностных веществ в газообразное состояние. Проверим эту теорию во время следующего затмения.
нравится
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Реферат на тему: « Атмосферы планет »
Атмосфера Меркурия
Атмосфера Меркурия имеет крайне низкую плотность. Она состоит из водорода, гелия, кислорода, паров кальция, натрия и калия. Водород и гелий планета, вероятно, получает от Солнца, а металлы испаряются с ее поверхности. «Атмосферой» эту тонкую оболочку можно назвать лишь с большой натяжкой. Давление у поверхности планеты в 500 млрд раз меньше, чем у поверхности Земли (это меньше, чем в современных вакуумных установках на Земле).
Максимальная температура поверхности Меркурия, зарегистрированная датчиками, +410 °С. Средняя температура ночного полушария равна -162 °С, а дневного +347 °С (этого достаточно, чтобы расплавить свинец или олово). Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью орбиты, на дневной стороне достигают 100 °С. На глубине 1 м температура постоянна и равна +75 °С, ведь пористый грунт плохо проводит тепло. Органическая жизнь на Меркурии исключается.
Атмосфера Венеры
Атмосфера Венеры крайне жаркая и сухая. Температура на поверхности достигает своего максимума, примерно у отметки 480°С. В атмосфере Венеры содержится в 105 раз больше газа, чем в атмосфере Земли. Давление этой атмосферы у поверхности очень велико, в 95 раз выше, чем на Земле. Космические корабли приходится конструировать так, чтобы они выдерживали сокрушительную, раздавливающую силу атмосферы.
В 1970 г. первый космический корабль, прибывший на Венеру, смог выдержать страшную жару лишь около одного часа - этого как раз хватило, чтобы послать на Землю данные об условиях на поверхности. Российские летательные аппараты, совершившие посадку на Венеру в 1982 г., послали на Землю цветные фотографии с изображением острых скал.
Благодаря парниковому эффекту, на Венере стоит ужасная жара. Атмосфера, представляющая собой плотное одеяло из углекислого газа, удерживает тепло, пришедшее от Солнца. В результате скапливается большое количество тепловой энергии.
Атмосфера Венеры разделена на несколько слоёв. Наиболее плотная часть атмосферы -- тропосфера, начинается на поверхности планеты и простирается вплоть до 65 км. Ветры у раскалённой поверхности слабые, однако в верхней части тропосферы температура и давление уменьшаются до земных значений, и скорость ветра возрастает до 100 м/с.
Атмосферное давление на поверхности Венеры в 92 раза выше, чем на Земле, и сравнимо с давлением, создаваемым слоем воды на глубине 910 метров. Из-за такого высокого давления углекислый газ фактически является уже не газом, а сверхкритическим флюидом. Атмосфера Венеры имеет массу 4,8·1020 кг, что в 93 раза превышает массу всей атмосферы Земли, а плотность воздуха у поверхности составляет 67 кг/м3, то есть 6,5 % от плотности жидкой воды на Земле.
Тропосфера Венеры содержит 99 % всей атмосферы планеты по массе. 90 % атмосферы Венеры находится в пределах 28 км от поверхности. На высоте 50 км атмосферное давление примерно равно давлению на поверхности Земли. На ночной стороне Венеры облака можно обнаружить даже в 80 км над поверхностью.
Верхняя атмосфера и ионосфера
Мезосфера Венеры находится в интервале между 65 и 120 км. Далее начинается термосфера, достигающая верхней границы атмосферы (экзосферы) на высоте 220--350 км.
Мезосфера Венеры может быть разделена на два уровня: нижний (62--73 км) и верхний (73--95) км. В первом слое температура почти постоянна и составляет 230К (?43 °С). Этот уровень совпадает с верхним слоем облаков. На втором уровне температура начинает понижаться, опускаясь до 165 К (?108 °C) на высоте 95 км. Это самое холодное место на дневной стороне атмосферы Венеры. Далее начинается мезопауза, которая является границей между мезосферой и термосферой и находится между 95 и 120 км. На дневной стороне мезопаузы температура возрастает до 300--400 К (27--127 °C) -- значений, преобладающих в термосфере. В противоположность этому, ночная сторона термосферы является самым холодным местом на Венере с температурой 100К (?173 °C). Её иногда называют криосферой. В 2015 году с помощью зонда «Венера-Экспресс» учёные зафиксировали тепловую аномалию в промежутке высот от 90 до 100 километров -- средние показатели температур тут выше на 20-40 градусов и равняются 220-224 градусам Кельвина.
Венера имеет вытянутую ионосферу, расположенную на высоте 120--300 км и почти совпадающую с термосферой. Высокие уровни ионизации сохраняются только на дневной стороне планеты. На ночной стороне концентрация электронов практически равна нулю. Ионосфера Венеры состоит из трёх слоев: 120--130 км, 140--160 км и 200--250 км. Также может быть дополнительный слой в районе 180 км. Максимальная плотность электронов (число электронов в единице объёма) 3·1011 м3 достигается во втором слое вблизи подсолнечной точки. Верхняя граница ионосферы -- ионопауза -- расположена на высоте 220--375 км. Основные ионы в первом и втором слое -- это O2+ ионы, в то время как третий слой состоит из O+ ионов. Согласно наблюдениям, ионосферная плазма находится в движении, а солнечная фотоионизация на дневной стороне и рекомбинация ионов на ночной являются процессами, главным образом, ответственными за ускорение плазмы до наблюдаемых скоростей. Плазменный поток, видимо, достаточен для поддержания наблюдаемого уровня концентрации ионов на ночной стороне.
Атмосфера Земли
Атмосфера планеты Земля, одна из геосфер, смесь газов, окружающих Землю, и содержатся благодаря силе тяжести. Атмосфера в основном состоит из азота (N2, 78%) и кислорода (O2, 21%; O3, 10%). Остальные (~ 1%) состоит в основном из аргона (0,93%) с небольшими примесями других газов, в частности углекислого газа (0,03%). Кроме того атмосфера содержит около 1,3 ч 1,5 Ч 10кг воды, основную массу которой сосредоточено в тропосфере.
Согласно изменениям температуры с высотой в атмосфере выделяют следующие слои:
· Тропосфера - до 8-10 км в полярных областях и до 18 км - над экватором. В тропосфере сосредоточено почти 80% атмосферного воздуха, почти весь водяной пар, здесь образуются облака и выпадают осадки. Теплообмен в тропосфере осуществляется преимущественно конвективно. Процессы, происходящие в тропосфере, непосредственно влияют на жизнь и деятельность людей. Температура в тропосфере с высотой понижается в среднем на 6 ° C на 1 км, а давление - на 11 мм рт. в. на каждые 100 м. Условной границей тропосферы считают тропопаузы, в которой снижение температуры с высотой прекращается.
· Стратосфера - от тропопаузы до стратопаузе, которая расположена на высоте около 50-55 км. Характеризуется незначительным увеличением температуры с высотой, которая достигает локального максимума на верхней границе. На высоте 20-25 км в стратосфере располагается слой озона, который защищает живые организмы от губительного воздействия ультрафиолетового излучения.
· Мезосфера - расположена на высотах 55-85 км. Температура постепенно падает (от 0 ° C в стратопаузе до -70 ч -90 ° C в мезопаузе).
· Термосфера - пролегает на высотах от 85 до 400-800 км. Температура растет с высотой (от 200 K до 500-2000 K в турбопаузы). По степени ионизации атмосферы в ней выделяют нейтральный слой (нейтросфера) - до высоты 90 км, и ионизированный слой - ионосферу - выше 90 км. По однородности атмосферу подразделяют на гомосферу (однородную атмосферу постоянного химического состава) и гетеросферу (состав атмосферы меняется с высотой). Условным пределом между ними на высоте около 100 км является гомопауза. Верхняя часть атмосферы, где концентрация молекул снижается настолько, что они движутся преимущественно баллистическими траекториями, почти без столкновений между собой, называется экзосфера. Она начинается на высоте около 550 км, состоящий преимущественно гелия и водорода и постепенно переходит в межпланетное пространство.
Значение атмосферы
Несмотря на то, что масса атмосферы составляет лишь одну миллионную долю массы Земли, она играет решающую роль в различных природных циклах (круговороте воды, углеродном цикле и азотном цикле). Атмосфера является промышленным источником азота, кислорода и аргона, которые получают путем фракционной дистилляции сжиженного воздуха.
Атмосфера Марса
Атмосфера Марса открыта была еще до полета автоматических межпланетных станции к планете. Благодаря противостояниям планеты, которые случаются раз в три года и спектральному анализу, астрономы уже в 19 веке знали, что она имеет весьма однородный состав, более 95% которого составляет CO2.
В 20 веке, благодаря межпланетным зондам мы узнали, что атмосфера Марса и его температура сильно взаимосвязаны, ведь благодаря переносу мельчайших частичек оксида железа возникают огромные пылевые бури, которые могут охватить половину планеты, попутно подняв ее температуру.
Примерный состав
Газовая оболочка планеты состоит из состоит из 95% углекислого газа, 3% азота, 1,6% аргона, и следовых количеств кислорода, водяного пара и других газов. Кроме того, она очень сильно наполнена мелкими частицами пыли (в основном из оксида железа), которые придают ей красноватый оттенок. Благодаря сведениям о частичках оксида железа, ответить на вопрос какого цвета атмосфера, совсем не трудно.
Почему атмосфера красной планеты состоит из углекислого газа? На планете нет тектоники плит вот уже в течение миллиардов лет. Отсутствие движения плит позволило вулканическим точкам извергать магму на поверхность миллионы лет подряд. Углекислый газ также является продуктом извержения и это единственный газ, которым постоянно пополняется атмосфера, собственно это фактически единственная причина, почему она существует. К тому же планета лишилась своего магнитного поля, что способствовало тому, что более легкие газы уносились солнечным ветром. Из-за непрерывных извержений, появилось множество больших вулканических гор. Гора Олимп, является крупнейшей горой в Солнечной системе.
Ученые считают, что Марс растерял всю свою атмосферу, из-за того, что потерял свою магнитосферу около 4 миллиардов лет назад. Когда-то газовая оболочка планеты была плотнее и магнитосфера защищала от солнечного ветра планету. Солнечный ветер, атмосфера и магнитосфера сильно взаимосвязаны. Солнечные частицы взаимодействует с ионосферой и уносит из нее молекулы, снижая плотность. Это и является разгадкой на вопрос куда делась атмосфера. Эти ионизированные частицы были обнаружены космическими аппаратами, в пространстве позади Марса. Это приводит к тому, что на поверхности давление в среднем 600 Па, по сравнению со средним давлением на Земле 101300 Па.
Строение
Атмосфера делится на четыре основных слоя: нижний, средний, верхний и экзосфера. Нижние слои это теплая область (температура около 210 К). Она нагревается от пыли в воздухе (пыль 1,5 мкм в поперечнике) и теплового излучения от поверхности.
Следует учесть, что, несмотря на очень большую разрежённость, концентрация углекислого газа, в газовой оболочке планеты, примерно в 23 раза больше, чем в нашей. Поэтому, не такая уж и дружелюбная атмосфера Марса, нельзя дышать в ней не только людям, но и другим земным организмам.
Средняя -- похожа на Земную. Верхние слои атмосферы нагревается от солнечного ветра и там температура гораздо выше, чем на поверхности. Это тепло заставляет газ покидать газовую оболочку. Экзосфера начинается примерно в 200 км от поверхности и не имеет четкой границы. Как видите, распределение температуры по высоте, достаточно предсказуемо для планеты земной группы.
Атмосфера Юпитера
Единственная видимая часть Юпитера - это атмосферные облака и пятна. Облака располагаются параллельно экватору в зависимости от восходящих тёплых или нисходящих холодных потоков, они светлые и тёмные атмосфера планета меркурий земля
В атмосфере Юпитера свыше 87% по объёму водорода и ~13% гелия, остальные газы, включая метан, аммиак, водяной пар находятся в виде примесей на уровне десятых и сотых долей процента.
Давлению 1 атм соответствует температура 170 К. Тропопауза находится на уровне с давлением 0,1 атм и температурой 115 К. Во всей нижележащей тропосфере высотных ход температуры можно охарактеризовать адиабатическим градиентом в водородногелиевой среде - около 2 К на километр. Спектр радиоизлучения Юпитера также свидетельствует об устойчивом росте радиояркостной температуры с глубиной. Выше тропопаузы расположена область температурной инверсии, где температура вплоть до давлений порядка 1 мбар постепенно нарастает до ~180 К. Это значение сохраняется в мезосфере, которая характеризуется почти изотермией до уровня с давлением ~10-6 атм, а выше начинается термосфера, переходящая в экзосферу с температурой 1250 К.
Облака Юпитера
Выделяется три основных слоя:
1. Самый верхний, при давлении около 0,5 атм, состоящий из кристаллического аммиака.
2. Промежуточный слой состоит из гидросульфида аммония
3. Нижний слой, при давлении в несколько атмосфер, состоящий из обычного водяного льда.
В некоторых моделях также допускается существования самого нижнего, четвёртого слоя облаков, состоящего из жидкого аммиака. Такая модель в целом удовлетворяет совокупности имеющихся экспериментальных данных и хорошо объясняет окраску зон и поясов: расположенные выше в атмосфере светлые зоны содержат ярко-белые кристаллы аммиака, а расположенные глубже пояса - красно-коричневые кристаллы гидросульфида аммония.
Подобно Земле и Венере, в атмосфере Юпитера зарегистрированы молнии. Судя по запечатленным на фотографиях "Вояджера" световым вспышкам, интенсивность разрядов чрезвычайно велика. Пока неясно, однако, в какой мере эти явления связаны с облаками, поскольку вспышки обнаружены на больших высотах, чем ожидалось.
Циркуляция на Юпитере
Характерным движением на Юпитере является наличие зональной циркуляции тропических и умеренных широт. Сама циркуляция является осесимметричной, то есть почти не имеющей отличий на различных долготах. Скорости восточных и западных ветров в зонах и поясах составляют от 50 до 150 м/с. на экваторе дует ветер в восточном направлении со скоростью около 100 м/с.
Структура зон и поясов различается характером вертикальных движений от которых зависит формирование горизонтальных течений. В светлых зонах, температура которых ниже, движения восходящие, облака плотнее и располагаются на более высоких уровнях в атмосфере. В более тёмных (красно- коричневых) поясах с более высокой температурой движения нисходящие, они расположены глубже в атмосфере и закрыты менее плотными облаками.
Кольца Юпитера
Кольца Юпитера, окружая планету перпендикулярно экватору, находятся на высоте 55 000 км от атмосферы.
Они были открыты зондом "Вояджер-1" в марте 1979 г, с тех пор с Земли за ними ведётся наблюдение. Существуют два основных кольца и одно, очень тонкое, внутреннее с характерной оранжевой окраской. Толщина колец, похоже, не превышает 30 км, а ширина - 1000 км.
В отличие от колец Сатурна, кольца Юпитера темны (альбедо (отражательная способность) - 0,05). И, вероятно, состоят из очень небольших твердых частиц метеорной природы. Частицы колец Юпитера, скорее всего, не остаются в них долго (из-за препятствий, создаваемых атмосферой и магнитным полем). Следовательно, раз кольца постоянны, то они должны непрерывно пополняться. Небольшие спутник Метис и Адрастея, чьи орбиты лежат в пределах колец, - очевидные источники таких пополнений. С Земли кольца Юпитера могут быть замечены при наблюдении только в инфракрасном диапазоне.
Атмосфера Сатурна
Верхние слои атмосферы Сатурна состоят на 96,3 % из водорода (по объёму) и на 3,25 % -- из гелия (по сравнению с 10 % в атмосфере Юпитера). Имеются примеси метана, аммиака, фосфина, этана и некоторых других газов. Аммиачные облака в верхней части атмосферы мощнее юпитерианских. Облака нижней части атмосферы состоят из гидросульфида аммония (NH4SH) или воды.
По данным «Вояджеров», на Сатурне дуют сильные ветры, аппараты зарегистрировали скорости воздушных потоков 500 м/с. Ветры дуют в основном в восточном направлении (по направлению осевого вращения). Их сила ослабевает при удалении от экватора; при удалении от экватора появляются также и западные атмосферные течения. Ряд данных указывают, что циркуляция атмосферы происходит не только в слое верхних облаков, но и на глубине, по крайней мере, до 2 тыс. км. Кроме того, измерения «Вояджера-2» показали, что ветры в южном и северном полушариях симметричны относительно экватора. Есть предположение, что симметричные потоки как-то связаны под слоем видимой атмосферы.
В атмосфере Сатурна иногда появляются устойчивые образования, представляющие собой сверхмощные ураганы. Аналогичные объекты наблюдаются и на других газовых планетах Солнечной системы (см. Большое красное пятно на Юпитере, Большое тёмное пятно на Нептуне). Гигантский «Большой белый овал» появляется на Сатурне примерно один раз в 30 лет, в последний раз он наблюдался в 1990 году (менее крупные ураганы образуются чаще).
12 ноября 2008 года камеры станции «Кассини» получили изображения северного полюса Сатурна в инфракрасном диапазоне. На них исследователи обнаружили полярные сияния, подобные которым не наблюдались ещё ни разу в Солнечной системе. Также данные сияния наблюдались в ультрафиолетовом и видимом диапазонах. Полярные сияния представляют собой яркие непрерывные кольца овальной формы, окружающие полюс планеты. Кольца располагаются на широте, как правило, в 70--80°. Южные кольца располагаются на широте в среднем 75 ± 1°, а северные -- ближе к полюсу примерно на 1,5°, что связано с тем, что в северном полушарии магнитное поле несколько сильнее. Иногда кольца становятся спиральной формы вместо овальной.
В отличие от Юпитера полярные сияния Сатурна не связаны с неравномерностью вращения плазменного слоя во внешних частях магнитосферы планеты. Предположительно, они возникают из-за магнитного пересоединения под действием солнечного ветра. Форма и вид полярных сияний Сатурна сильно меняются с течением времени. Их расположение и яркость сильно связаны с давлением солнечного ветра: чем оно больше, тем сияния ярче и ближе к полюсу. Среднее значение мощности полярного сияния составляет 50 ГВт в диапазоне 80--170 нм (ультрафиолет) и 150--300 ГВт в диапазоне 3--4 мкм (инфракрасный).
Во время бурь и штормов на Сатурне наблюдаются мощные разряды молнии. Электромагнитная активность Сатурна, вызванная ими колеблется с годами от почти полного отсутствия до очень сильных электрических бурь.
28 декабря 2010 года «Кассини» сфотографировал шторм, напоминающий сигаретный дым. Ещё один, особенно мощный шторм, был зафиксирован 20 мая 2011 года.
Атмосфера Урана
Атмосфера Урана, так же как и атмосферы Юпитера и Сатурна, состоит в основном из водорода и гелия. На больших глубинах она содержит значительные количества воды, аммиака и метана, что является отличительной чертой атмосфер Урана и Нептуна. Обратная картина наблюдается в верхних слоях атмосферы, которые содержит очень мало веществ тяжелее водорода и гелия. Атмосфера Урана -- самая холодная из всех планетарных атмосфер в Солнечной системе, с минимальной температурой 49 K.
Атмосфера Урана может быть разделена на три основных слоя:
1. Тропосфера -- занимает промежуток высот от?300 км до 50 км (за 0 принята условная граница, где давление составляет 1 бар;) и диапазон давления от 100 до 0,1 бар
2. Стратосфера -- покрывает высоты от 50 до 4000 км и давления между 0,1 и 10?10 бар
3. Экзосфера -- простирается от высоты 4000 км до нескольких радиусов планеты, давление в этом слое при удалении от планеты стремится к нулю.
Примечательно, что в отличие от земной, атмосфера Урана не имеет мезосферы.
В тропосфере существует четыре облачных слоя: метановые облака на границе, соответствующей давлению примерно в 1,2 бар; сероводородные и аммиачные облака в слое давлений 3-10 бар; облака из гидросульфида аммония при 20-40 бар, и, наконец, водяные облака из кристалликов льда ниже условной границы давления 50 бар. Только два верхних облачных слоя доступны прямому наблюдению, существование же нижележащих слоев предсказано только теоретически. Яркие тропосферные облака редко наблюдаются на Уране, что, вероятно, связано с низкой активностью конвекции в глубинных областях планеты. Тем не менее, наблюдения таких облаков использовались для измерения скорости зональных ветров на планете, которая доходит до 250 м/с.
Об атмосфере Урана в настоящее время имеется меньше сведений, чем об атмосферах Сатурна и Юпитера. По состоянию на май 2013 года только один космический корабль, Вояджер 2, изучал Уран с близкого расстояния. Никаких других миссий на Уран в настоящее время не запланировано.
Атмосфера Нептуна
В верхних слоях атмосферы обнаружен водород и гелий, которые составляют соответственно 80 и 19 % на данной высоте. Также наблюдаются следы метана. Заметные полосы поглощения метана встречаются на длинах волн выше 600 нм в красной и инфракрасной части спектра. Как и в случае с Ураном, поглощение красного света метаном является важнейшим фактором, придающим атмосфере Нептуна синий оттенок, хотя яркая лазурь Нептуна отличается от более умеренного аквамаринового цвета Урана. Так как содержание метана в атмосфере Нептуна не сильно отличается от такового в атмосфере Урана, предполагается, что существует также некий, пока неизвестный, компонент атмосферы, способствующий образованию синего цвета. Атмосфера Нептуна подразделяется на 2 основные области: более низкая тропосфера, где температура снижается вместе с высотой, и стратосфера, где температура с высотой, наоборот, увеличивается. Граница между ними, тропопауза, находится на уровне давления в 0,1 бар. Стратосфера сменяется термосферой на уровне давления ниже, чем 10?4 -- 10?5 микробар. Термосфера постепенно переходит в экзосферу. Модели тропосферы Нептуна позволяют полагать, что в зависимости от высоты, она состоит из облаков переменных составов. Облака верхнего уровня находятся в зоне давления ниже одного бара, где температура способствует конденсации метана.
При давлении между одним и пятью барами, формируются облака аммиака и сероводорода. При давлении более 5 бар облака могут состоять из аммиака, сульфида аммония, сероводорода и воды. Глубже, при давлении в приблизительно 50 бар, могут существовать облака из водяного льда, при температуре, равной 0 °C. Также, не исключено, что в данной зоне могут быть найдены облака из аммиака и сероводорода. Высотные облака Нептуна наблюдались по отбрасываемым ими теням на непрозрачный облачный слой ниже уровнем. Среди них выделяются облачные полосы, которые «обёртываются» вокруг планеты на постоянной широте. У данных периферических групп ширина достигает 50--150 км, а сами они находятся на 50--110 км выше основного облачного слоя. Изучение спектра Нептуна позволяет предполагать, что его более низкая стратосфера затуманена из-за конденсации продуктов ультрафиолетового фотолиза метана, таких как этан и ацетилен. В стратосфере также обнаружены следы циановодорода и угарного газа. Стратосфера Нептуна более тёплая, чем стратосфера Урана из-за более высокой концентрации углеводородов. По невыясненным причинам, термосфера планеты имеет аномально высокую температуру около 750 К.. Для столь высокой температуры планета слишком далека от Солнца, чтобы оно могло так разогреть термосферу ультрафиолетовой радиацией. Возможно, данное явление является следствием атмосферного взаимодействия с ионами в магнитном поле планеты. Согласно другой теории, основой механизма разогревания являются волны гравитации из внутренних областей планеты, которые рассеиваются в атмосфере. Термосфера содержит следы угарного газа и воды, которая попала туда, возможно, из внешних источников, таких как метеориты и пыль.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Строение Солнечной системы, внешние области. Происхождение естественных спутников планет. Общность газовых планет-гигантов. Характеристика поверхности, атмосферы, состава Меркурия, Сатурна, Венеры, Земли, Луна, Марса, Урана, Плутона. Пояса астероидов.
реферат , добавлен 07.05.2012
Проблема изучения солнечной системы. Открыты не все тайны и загадки даже нашей системы. Ресурсы других планет и астероидов нашей системы. Исследование Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна, Плутона.
реферат , добавлен 22.04.2003
Понятие газовых гигантов. Юпитер как крупнейшая планета в Солнечной системе. Особенности Сатурна как небесного тела, обладающего системой колец. Специфика планетарной атмосферы Урана. Основные параметры Нептуна. Сравнительная характеристика этих планет.
презентация , добавлен 31.10.2014
Юпитер: общие сведения о планете и ее атмосфера. Состав юпитерианского океана. Спутники Юпитера и его кольцо. Редкие выбросы в атмосфере Сатурна. Кольца и спутники Сатурна. Состав атмосферы и температура Урана. Строение и состав Нептуна, его спутники.
реферат , добавлен 17.01.2012
Межпланетная система, состоящая из Солнца и естественных космических объектов, вращающихся вокруг него. Характеристика поверхности Меркурия, Венеры и Марса. Место расположения Земли, Юпитера, Сатурна и Урана в системе. Особенности пояса астероидов.
презентация , добавлен 08.06.2011
Построение графика распределения официально известных планет. Определение точных расстояний до Плутона и заплутоновых планет. Формула вычисления скорости усадки Солнца. Зарождение планет Солнечной системы: Земли, Марса, Венеры, Меркурия и Вулкана.
статья , добавлен 23.03.2014
Изучение основных параметров планет Солнечной Системы (Венера, Нептун, Уран, Плутон, Сатурн, Солнце): радиус, масса планеты, средняя температура, среднее расстояние от Солнца, структура атмосферы, нналичие спутников. Особенности строения известных звезд.
презентация , добавлен 15.06.2010
История образования атмосферы планеты. Баланс кислорода, состав атмосферы Земли. Слои атмосферы, тропосфера, облака, стратосфера, средняя атмосфера. Метеоры, метеориты и болиды. Термосфера, полярные сияния, озоносфера. Интересные факты об атмосфере.
презентация , добавлен 23.07.2016
Спостереження за положеннями зірок та планет. Рух зореподібних планет, розташованих поблизу екліптики. "Петлі" на небі верхніх планет - Марса, Юпітера, Сатурна, Урана і Нептуна. Створення теорій руху планет: основні практичні аспекти небесної механіки.
реферат , добавлен 18.07.2010
Понятие и отличительные особенности планет-гигантов, характеристика каждой из них и оценка значения в Галактике: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Физические характеристики данных планет: полярное сжатие, скорость вращения, объем, ускорение, площадь.
Ближайшая к Солнцу и наименьшая планета системы, всего 0.055% от размера Земли. 80% ее массы составляет ядро. Поверхность камениста, изрезана кратерами и воронками. Атмосфера сильно разрежена, состоит из углекислого газа. Температура солнечной стороны составляет +500оС, обратной стороны -120оС. Гравитационного и магнитного поля на Меркурии нет.
Венера
Венера обладает очень плотной атмосферой, состоящей из двуокиси углерода. Температура поверхности достигает 450оС, что объясняется постоянным парниковым эффектом, давление порядка 90 Атм. Размер Венеры равняется 0.815 размера Земли. Ядро планеты сложено из железа. На поверхности имеется небольшое количество воды, а также множество метановых морей. У Венеры отсутствуют спутники.
Планета Земля
Единственная во Вселенной планета, на которой существует жизнь. Почти 70% поверхности покрыто водой. Атмосфера состоит из сложной смеси кислорода, азота, углекислого и инертных газов. Гравитация планеты имеет идеальную величину. Если она была бы меньшей – кислород бы в , если большей – водород собрался бы на поверхности, и жизнь не смогла существовать.
Если увеличить расстояние от Земли до Солнца на 1% - океаны замерзнут, если уменьшить на 5% - вскипят.
Марс
Из-за большого содержания окиси железа в грунте, Марс имеет ярко красный цвет. Его размер в 10 раз меньший, чем земной. Атмосфера состоит из углекислого газа. Поверхность покрыта кратерами и потухшими вулканами, наивысший из которых Олимп, его высота составляет 21.2 км.
Юпитер
Наибольшая из планет Солнечной системы. Крупнее Земли в 318 раз. Состоит из смеси гелия и водорода. Внутри Юпитер разжарен, и поэтому в его атмосфере преобладают вихревые структуры. Имеет 65 известных спутников.
Сатурн
Структура планеты схожа с Юпитером, но прежде всего, Сатурн известен благодаря системе колец. Сатурн в 95 раз крупнее Земли, но его плотность наименьшая среди Солнечной системы. Его плотность приравнивается к плотности воды. Имеет 62 известных спутника.
Уран
Уран крупнее Земли в 14 раз. Уникален своим вращением «на боку». Наклон его оси вращения равняется 98о. Ядро Урана очень холодное, поскольку отдает все тепло в космос. Имеет 27 спутников.
Нептун
Крупнее Земли в 17 раз. Излучает большое количество тепла. Проявляет невысокую геологическую активность, на его поверхности находятся гейзеры из . Имеет 13 спутников. Планету сопровождают так званые «Нептунские троянцы», которые являются телами астероидного характера.
В атмосфере Нептуна содержится большое количество метана, это придает ему характерный синий цвет.
Особенности планет Солнечной системы
Отличительной чертой планет Солнечной системы является факт их вращения не только вокруг Солнца, но еще и по своей оси. Также все планеты в большей или меньшей степени являются теплыми небесными телами.
А. Михайлов, проф.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Лунный ландшафт.
Таяние полярного пятна на Марсе.
Орбиты Марса и Земли.
Карта Марса, составленная Лоуеллом.
Модель Марса, сделанная Кюлем.
Рисунок Марса, сделанный Антониади.
Рассматривая вопрос о существовании жизни на других планетах, мы будем говорить только о планетах нашей солнечной системы, так как нам ничего не известно о наличии у других солнц, каковыми являются звезды, собственных планетных систем, подобных нашей. По современным воззрениям на происхождение солнечной системы можно даже полагать, что образование планет, обращающихся вокруг центральной звезды, есть случай, вероятность которого ничтожно мала, и что поэтому огромное большинство звезд не имеет своих планетных систем.
Далее нужно оговориться, что вопрос о жизни на планетах мы поневоле рассматриваем с нашей, земной точки зрения, предполагая, что эта жизнь проявляется в таких же формах, как и на Земле, т. е. предполагая жизненные процессы и общее строение организмов подобными земным. В таком случае для развития жизни на поверхности какой-либо планеты должны существовать определенные физико-химические условия, должна быть не слишком высокая и не слишком низкая температура, необходимо наличие воды и кислорода, основой же органического вещества должны являться соединения углерода.
Атмосферы планет
Присутствие у планет атмосферы определяется напряжением силы тяжести на их поверхности. Большие планеты обладают достаточной силой притяжения, чтобы удерживать около себя газообразную оболочку. Действительно, молекулы газа находятся в постоянном быстром движении, скорость которого определяется химической природой этого газа и температурой.
Наибольшую скорость имеют легкие газы - водород и гелий; при повышении температуры скорость возрастает. При нормальных условиях, т. е. температуре в 0° и атмосферном давлении, средняя скорость молекулы водорода составляет 1840 м/сек, а кислорода 460 м/сек. Но под влиянием взаимных столкновений отдельные молекулы приобретают скорости, в несколько раз превосходящие указанные средние числа. Если в верхних слоях земной атмосферы появится молекула водорода со скоростью, превосходящей 11 км/сек, то такая молекула отлетит прочь от Земли в межпланетное пространство, так как сила земного притяжения окажется недостаточной для ее удержания.
Чем меньше планета, чем она менее массивна, тем меньше эта предельная или, как говорят, критическая скорость. Для Земли критическая скорость составляет 11 км/сек, для Меркурия она равна лишь 3,6 км/сек, для Марса 5 км/сек, для Юпитера же, самой большой и массивной из всех планет, - 60 км/сек. Отсюда следует, что Меркурий, а тем более еще меньшие тела, как спутники планет (в том числе и наша Луна) и все малые планеты (астероиды), не могут удержать своим слабым притяжением атмосферную оболочку у своей поверхности. Марс в состоянии, хотя и с трудом, удерживать атмосферу, значительно более разреженную, чем атмосфера Земли, что же касается Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, то их притяжение достаточно сильно для того, чтобы удерживать мощные атмосферы, содержащие легкие газы, вроде аммиака и метана, а возможно также и свободный водород.
Отсутствие атмосферы неминуемо влечет за собою и отсутствие воды в жидком состоянии. В безвоздушном пространстве испарение воды происходит гораздо энергичнее, чем при атмосферном давлении; поэтому вода быстро обращается в пар, который представляет собою весьма легкий таз, подвергающийся той же участи, что и другие газы атмосферы, т. е. он более или менее быстро покидает поверхность планеты.
Понятно, что на планете, лишенной атмосферы и воды, условия для развития жизни совершенно неблагоприятны, и мы не можем ожидать на такой планете ни растительной ни животной жизни. Под эту категорию попадают все малые планеты, спутники планет, а из больших планет - Меркурий. Скажем немного подробнее о двух телах этой категории, именно о Луне и Меркурии.
Луна и Меркурий
Для этих тел отсутствие атмосферы установлено не только путем приведенных выше соображений, но и посредством прямых наблюдений. Когда Луна движется по небу, совершая свой путь вокруг Земли, она часто закрывает собою звезды. Исчезновение звезды за диском Луны можно наблюдать уже в небольшую трубу, и происходит оно всегда вполне мгновенно. Если бы лунный рай был окружен хотя бы редкой атмосферой, то, прежде чем вполне исчезнуть, звезда просвечивала бы в течение некоторого времени сквозь эту атмосферу, причем постепенно уменьшалась бы видимая яркость звезды, кроме того, вследствие преломления света звезда казалась бы смещенной со своего места. Все эти явления совершенно отсутствуют при покрытии звезд Луною.
Лунные ландшафты, наблюдаемые в телескопы, поражают резкостью и контрастностью своего освещения. На Луне нет полутеней. Рядом с яркими, освещенными Солнцем местами встречаются глубокие черные тени. Происходит это потому, что вследствие отсутствия атмосферы на Луне нет голубого дневного неба, которое своим светом смягчало бы тени; небо там всегда черное. Нет на Луне и сумерек, и после захода Солнца сразу наступает темная ночь.
Меркурий находится от нас гораздо дальше, чем Луна. Поэтому таких подробностей как на Луне, мы наблюдать на нем не можем. Нам неизвестен вид его ландшафта. Покрытие звезд Меркурием вследствие его видимой малости чрезвычайно редкое явление, и нет указаний на то, чтобы такие покрытия когда-либо наблюдались. Зато бывают прохождения Меркурия перед диском Солнца, когда мы наблюдаем, что эта планета в виде крохотной черной точки медленно проползает по яркой солнечной поверхности. Край Меркурия при этом бывает резко очерчен, и те явления, которые усматривались при прохождении перед Солнцем Венеры, у Меркурия не наблюдались. Но все же возможно, чтобы небольшие следы атмосферы у Меркурия сохранились, однако эта атмосфера имеет совсем ничтожную плотность по сравнению с земной.
На Луне и Меркурии совершенно неблагоприятны для жизни и температурные условия. Луна вращается вокруг своей оси чрезвычайно медленно, благодаря чему день и ночь продолжаются на ней по четырнадцать суток. Зной солнечных лучей не умеряется воздушной оболочкой, и в результате днем на Луне температура поверхности повышается до 120°, т. е. выше точки кипения воды. Во время же долгой ночи температура падает до 150° ниже нуля.
Во время лунного затмения наблюдалось, как в течение всего лишь часа с небольшим температура упала с 70° тепла до 80° мороза, а после окончания затмения почти в столь же короткий срок вернулась к своему исходному значению. Это наблюдение указывает на чрезвычайно малую теплопроводность горных пород, образующих лунную поверхность. Солнечное тепло не проникает вглубь, а остается в самом тонком верхнем слое.
Нужно думать, что поверхность Луны покрыта легкими и рыхлыми вулканическими туфами, может быть даже пеплом. Уже на глубине метра контрасты тепла и холода оглаживаются «эстолько, что вероятно там господствует средняя температура, мало отличающаяся от средней температуры земной поверхности, т. е. составляющая несколько градусов выше нуля. Быть.может там и сохранились некоторые зародыши живого вещества, но участь их, конечно, незавидная.
На Меркурии разница температурных условий еще более резкая. Эта планета всегда повернута к Солнцу одной стороной. На дневном полушарии Меркурия температура достигает 400°, т. е. она выше точки плавления свинца. А на ночном полушарии мороз должен доходить до температуры жидкого воздуха, и если бы на Меркурии существовала атмосфера, то на ночной стороне она должна была превратиться в жидкость, а может быть даже замерзнуть. Лишь на границе между дневным и ночными полушариями в пределах узкой зоны могут быть температурные условия, хоть сколько-нибудь благоприятные для жизни. Однако о возможности там развитой органической жизни думать не приходиться. Далее при наличии следов атмосферы в ней не мог удержаться свободный кислород, так как при температуре дневного полушария кислород энергично соединяется с большинством химических элементов.
Итак, в отношении возможности жизни на Луне перспективы достаточно неблагоприятны.
Венера
В отличие от Меркурия на Венере наблюдаются определенные признаки густой атмосферы. Когда Венера проходит между Солнцем и Землей, она бывает окружена светлым колечком, - это ее атмосфера, которая на просвет освещается Солнцем. Такие прохождения Венеры перед диском Солнца бывают очень редко: последнее прохождение имело место в 18S2 г., ближайшее следующее произойдет в 2004 г. Однако почти ежегодно Венера проходит хотя и не через самый солнечный диск, но достаточно близко от него, и тогда она бывает видна в форме очень узкого серпа, вроде Луны тотчас после новолуния. По законам перспективы освещенный Солнцем серп Венеры должен был бы составлять дугу ровно в 180°, но в действительности наблюдается более длинная светлая дуга, что происходит вследствие отражения и загибания солнечных лучей в атмосфере Венеры. Другими словами, на Венере существуют сумерки, которые увеличивают продолжительность дня и частично освещают ее ночное полушарие.
Состав атмосферы Венеры пока еще мало изучен. В 1932 г. при помощи спектрального анализа в ней было обнаружено присутствие большого количества углекислоты, соответствующее слою мощностью в 3 км при стандартных условиях (т. е. при 0° и 760 мм давления).
Поверхность Венеры всегда представляется нам ослепительно белой и без заметных постоянных пятен или очертаний. Полагают, что в атмосфере Венеры всегда находится густой слой белых облаков, вполне закрывающий собою твердую поверхность планеты.
Состав этих облаков неизвестен, но вероятнее всего, что это водяные пары. Что находится под ними, мы не видим, но понятно, что облака должны умерять зной солнечных лучей, который на Венере, находящейся ближе к Солнцу, чем Земля, был бы иначе чрезмерно силен.
Измерения температуры дали для дневного полушария около 50-60° тепла, а для ночного 20° мороза. Такие контрасты объясняются медленностью вращения Венеры около оси. Хотя точный период ее вращения неизвестен из-за отсутствия на поверхности планеты заметных пятен, но, по-видимому, сутки продолжаются на Венере не меньше наших 15 суток.
Каковы шансы на существование жизни на Венере?
В этом отношении мления ученых расходятся. Некоторые считают, что весь кислород в ее атмосфере химически связан и существует лишь в составе углекислоты. Так как этот газ обладает малой теплопроводностью, то в таком случае температура близ поверхности Венеры должна быть довольно высокой, быть может даже близкой к точке кипения воды. Этим можно было бы объяснить присутствие в верхних слоях ее атмосферы большого количества водяных паров.
Заметим, что приведенные выше результаты определения температуры Венеры относятся к наружной поверхности облачного покрова, т.е. к довольно большой высоте над ее твердой поверхностью. Во всяком случае нужно думать, что условия на Венере напоминают теплицу или оранжерею, но, вероятно, с еще значительно более высокой температурой.
Марс
Наибольший интерес с точки зрения вопроса о существовании жизни представляет планета Марс. Во многих отношениях он похож на Землю. По пятнам, которые хорошо видны на его поверхности, установлено, что Марс вращается около оси, совершая один оборот в 24 ч. и 37 м. Поэтому на нем существует смена дня и ночи почти такой же продолжительности, как и на Земле.
Ось вращения Марса составляет с плоскостью его орбиты угол в 66°, почти в точности такой же, как и у Земли. Благодаря этому наклону оси на Земле происходит смена времен года. Очевидно, и на Марсе существует такая же смена, но только каждое время года на «ем почти вдвое продолжительнее нашего. Причина этого заключается в том, что Марс, будучи в среднем в полтора раза дальше от Солнца, чем Земля, совершает свой оборот вокруг Солнца почти в два земных года, точнее в 689 суток.
Наиболее отчетливая подробность на поверхности Марса, заметная при рассматривании его в телескоп,- белое пятно, по своему положению совпадающее с одним из его полюсов. Лучше всего бывает видно пятно у южного полюса Марса, потому что в периоды своей наибольшей близости к Земле Марс бывает наклонен в сторону Солнца и Земли своим южным полушарием. Замечено, что с наступлением зимы в соответствующем полушарии Марса белое пятно начинает увеличиваться, а летом оно уменьшается. Бывали даже случаи (например, в 1894 г.), когда полярное пятно осенью почти совсем исчезало. Можно думать, что это снег или лед, который отлагается зимою тонким покровом близ полюсов планеты. Что этот покров очень тонкий, следует из указанного наблюдения над исчезновением белого пятна.
Вследствие удаленности Марса от Солнца температура на нем сравнительно низкая. Лето там очень холодное, и тем не менее бывает, что полярные снега полностью стаивают. Большая продолжительность лета не компенсирует в достаточной, мере недостатка тепла. Отсюда следует, что снега выпадает там мало, быть может всего лишь на несколько сантиметров, возможно даже, что белые полярные пятна состоят не из снега, а из инея.
Это обстоятельство находится в полном согласии с тем, что по всем данным на Марсе мало влаги, мало воды. Морей и больших водных пространств на нем не обнаружено. В его атмосфере очень редко наблюдаются облака. Сама оранжевая окраска поверхности планеты, благодаря которой невооруженному глазу Марс представляется красной звездой (откуда и произошло его название по имени древнеримского бога.войны), большинством "наблюдателей объясняется тем, что поверхность Марса представляет безводную песчаную пустыню, окрашенную окислами железа.
Марс движется вокруг Солнца по заметно вытянутому эллипсу. Благодаря этому его расстояние от Солнца меняется в довольно широких пределах - от 206 до 249 млн. км. Когда Земля находится с той же стороны Солнца, что и Марс, происходят так называемые противостояния Марса (потому что Марс в это время находится в стороне неба, противоположной Солнцу). Во время противостояний Марс наблюдается на ночном небе в благоприятных условиях. Противостояния чередуются в среднем через 780 дней, или через два года и два месяца.
Однако далеко не в каждое противостояние Марс приближается к Земле.на свое кратчайшее расстояние. Для этого нужно, чтобы противостояние совпало с временем наибольшего приближения Марса к Солнцу, что бывает лишь каждое седьмое или восьмое противостояние, т. е. примерно через пятнадцать лет. Такие противостояния называются великими противостояниями; они имели место в 1877, 1892, 1909 и 1924 гг. Следующее великое противостояние будет в 1939 т. Именно к этим срокам и приурочены главные наблюдения Марса и связанные с ними открытия. Ближе всего к Земле Марс был во время - противостояния 1924 г., но и тогда его расстояние от нас составляло 55 млн. км. Ha более близком расстоянии от Земли Марс никогда не бывает.
"Каналы" на Марсе
В 1877 г. итальянский астроном Скиапарелли, производя наблюдения в сравнительно скромный по своим размерам телескоп, но под прозрачным небом Италии, обнаружил на поверхности Марса, кроме темных пятен, названных хотя и неправильно морями, еще целую сеть узких прямых линий или полосок, которые он назвал проливами (по-итальянски canale). Отсюда слово «канал» стало употребляться и на других языках для обозначения этих загадочных образований.
Скиапарелли в результате своих многолетних наблюдений составил подробную карту поверхности Марса, на которой нанесены сотни каналов, соединяющих между собок> темные пятна «морей». Позднее американский астроном Лоуелл, построивший в Аризоне даже специальную обсерваторию для наблюдения Марса, обнаружил каналы и на темных пространствах «морей». Он нашел, что как «моря», так и каналы меняют свою видимость в зависимости от времен года: летом они становятся темнее, принимая иногда серо-зеленоватый оттенок зимою бледнеют и становятся буроватыми. Карты Лоуелла еще подробнее карт Скиапарелли, на них нанесено множество каналов, образующих сложную, но довольно правильную геометрическую сеть.
Для объяснения наблюдаемых на Марсе явлений Лоуелл развил теорию, которая получила широкое распространение, главным образом, среди любителей астрономии. Теория эта сводится к следующему.
Оранжевую поверхность планеты Лоуелл, как и большинство других наблюдателей, принимает за песчаную пустошью. Темные пятна «морей» он считает за области, покрытые растительностью - полями и лесами. Каналы он считает за сеть орошения, проведенную разумными существами, обитающими на поверхности планеты. Однако самые каналы нам с Земли не видны, так как их ширина для этого далеко не достаточна. Чтобы быть видимыми с Земли, каналы должны иметь ширину не меньше десятка километров. Поэтому Лоуелл считает, что мы видим лишь широкую полосу растительности, которая распускает свои зеленые листья, когда собственно канал, пролегающий в середине этой полосы, наполняется весною водой, притекающей от полюсов, где она образуется от таяния полярных снегов.
Однако мало-помалу начали возникать сомнения в реальности таких прямолинейных каналов. Наиболее показательным было то обстоятельство, что наблюдатели, вооруженные наиболее мощными современными телескопами, никаких каналов не видели, а наблюдали лишь необыкновенно богатую картину разных деталей и оттенков на поверхности Марса, лишённых, однако, правильных геометрических очертаний. Лишь наблюдатели, пользовавшиеся инструментами средней силы, видели и зарисовывали каналы. Отсюда возникло сильное подозрение, что каналы представляют лишь оптическую иллюзию (обман зрения), возникающую при крайнем напряжении глаза. Много работ и разных опытов было проведено для выяснения этого обстоятельства.
Наиболее убедительными являются результаты, полученные немецким физиком и физиологом Кюлем. Им была устроена специальная модель, изображающая Марс. На темном фоне Кюль наклеил вырезанный им из обыкновенной газеты кружок, на котором было размещено несколько серых пятен, напоминающих по своим очертаниям «моря» на Марсе. Если рассматривать такую модель вблизи, то ясно видно, что она собою представляет,- можно прочитать газетный текст и никакой иллюзии не создается. Но если отойти подальше, то при правильном освещении начинают появляться прямые тонкие полоски, идущие от одного темного пятна к другому и притом не совпадающие со строчками печатного текста.
Кюль подробно исследовал это явление.
Он показал, что три наличии многих мелких деталей и оттенков, постепенно переходящих один в другой, когда глаз не может уловить их «о всех подробностях, возникает стремление объединить эти детали более простыми геометрическими схемами, в результате чего и появляется иллюзия прямых полосок там, где никаких правильных очертаний не имеется. Современный выдающийся наблюдатель Антониади, который в то же время является хорошим художником, рисует Марс пятнистым, с массой неправильных деталей, но без всяких прямолинейных каналов.
Можно подумать, что этот вопрос лучше всего решить три помощи фотографии. Фотографическую пластинку обмануть нельзя: она должна, казалось бы, показать, что же на самом деле имеется на Марсе. К сожалению, это не так. Фотография, которая в применении к звездам и туманностям дала так много, в отношении поверхности планет дает меньше, чем видит глаз наблюдателя в тот же самый инструмент. Объясняется это тем, что изображение Марса, полученное даже с помощью самых больших и длиннофокусных инструментов, на пластинке получается очень малых размеров,- диаметром "всего.лишь до 2 мм. Конечно, на таком изображении больших подробностей разобрать нельзя. При сильном же увеличении таких фотографий выступает дефект, от которого так страдают современные любители фотографии, снимающие аппаратами типа «Лейка». Именно, выступает зернистость изображения, которая затушевывает все мелкие детали.
Жизнь на Марсе
Однако фотографии Марса, снятые через разные светофильтры, с полной ясностью доказали существование у Марса атмосферы, хотя и значительно более редкой, чем у Земли. Иногда под вечер в этой атмосфере замечаются светлые точки, которые, вероятно, представляют собою кучевые облака. Но вообще облачность на Марсе ничтожная, что вполне согласуется с малым количеством на нем воды.
В настоящее время почти все наблюдатели Марса согласны в том, что темные пятна «морей» действительно представляют области, покрытые растениями. В этом отношении теория Лоуелла подтверждается. Однако здесь до сравнительно недавнего времени имелось одно препятствие. Вопрос усложнился температурными условиями на поверхности Марса.
Так как Марс находится в полтора раза дальше от Солнца, чем Земля, то он получает в два с четвертью раза меньше тепла. Вопрос о том, до какой температуры может согреть его поверхность такое незначительное количество тепла, зависит от строения атмосферы Марса, представляющей собою «шубу» неизвестной нам толщины и состава.
Недавно удалось непосредственными измерениями определить температуру поверхности Марса. Оказалось, что в экваториальных областях в полдень температура повышается до 15-25° тепла, но под вечер наступает сильное похолодание, а ночь, по-видимому, сопровождается неизменными крепкими морозами.
Условия на Марсе похожи на те, которые наблюдаются у нас на высоких горах: разреженность и прозрачность воздуха, значительное нагревание прямыми солнечными лучами, холод в тени и сильные ночные морозы. Условия, без сомнения, очень суровые, но можно полагать, что растения акклиматизировались, приспособились к ним, а также и к недостатку влаги.
Итак, существование растительной жизни на Марсе можно считать почти доказанным, но относительно животных, а тем более разумных, мы пока ничего определенного сказать не можем.
Что касается других планет солнечной системы - Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, то на них трудно предполагать возможность жизни по следующим основаниям: во-первых, низкая температура из-за дальности расстояния от Солнца и, во-вторых, ядовитые газы, недавно открытые в их атмосферах,- аммиак и метан. Если эти планеты и имеют твердую поверхность, то она спрятана где-то на большой глубине, мы же видим лишь верхние слои их чрезвычайно мощных атмосфер.
Еще менее вероятна жизнь на самой удаленной от Солнца планете - недавно открытом Плутоне, о физических условиях которого мы пока еще ничего не знаем.
Итак, из всех планет нашей солнечной системы (кроме Земли) можно подозревать существование жизни на Венере и считать почти доказанным наличие жизни на Марсе. Но, конечно, это все относится к настоящему времени. С течением времени, при эволюции планет, условия могут сильно измениться. Об этом из-за недостатка данных мы говорить не будем.
Loading...