Что изучает астрономия в школе
Время астрономии: зачем нужен этот предмет в школе?
Материал подготовлен на основе вебинара «Зачем нужна астрономия?». Ведущий — Сергей Попов, астрофизик, доктор физико-математических наук,ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ, профессор РАН.
Астрономия вводится в учебный план с начала учебного года, закономерно возникает вопрос — зачем. Для чего тратить время на изучение объектов, которые находятся слишком далеко и никак не связаны с практической жизнью?
Недавно были названы лауреаты Государственной премии РФ 2017 года в области науки и технологий, ими стали лидеры мировой астрофизики Рашид Сюняев и Николай Шакура — за создание теории дисковой аккреции вещества на черные дыры. Теория дает возможность быстро идентифицировать не только черные дыры, но и нейтронные звезды, и белые карлики, и протопланетные диски вокруг молодых звезд. Теория применима для изучения экзопланет, которых астрономы открывают все больше. Но имеет ли это влияние на нашу жизнь? Спрашивают, зачем тратить миллиарды на телескоп? Но дело в том, что дорогой научный проект — как шоссе через джунгли: его трудно пробить, зато за ним пойдет большой поток научной информации и технологий, которые обогатят человечество. Космические проекты очень дорогие. В стоимость входят: уникальность разработки, единичность экземпляра, высокие технологии, космос, риски.
Сергей Попов, астрофизик, доктор физико-математических наук,ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ, профессор РАН: «Наука является едва ли не лучшим заказчиком самых современных технологий, которые при этом не становятся секретными, а сразу переходят в коммерческую, если хотите, часть технологического развития и в этом смысле очень быстро попадают к нам. Астрономия выступает лицом науки в коммуникации с обществом, это очень важная роль, не все науки в каждый данный момент времени могут ее играть. Сейчас — время астрономии».
Цель космических проектов — делать действительно важные открытия и продвигать науку вперед, причем не только физику и технологию. Астрономия помогает разным наукам проверять гипотезы в не достижимых на Земле условиях. За важными фундаментальными открытиями неизбежно следуют попутные, за ними — непредсказуемые будущие применения. Применение может быть отсрочено на десятки и сотни лет. Когда Ньютон делал доклад о результатах изучения тел солнечной системы, никто не мог думать о приборах в космосе для получения информации. Когда мы видим рентгеновские детекторы в аэропортах, мы не думаем, что сначала они понадобились астрономам. Или квазары: люди, возможно, и слова этого не понимают, но пользуются навигаторами. Квазары — база систем ориентации. Ну, а 50 лет назад люди, их открывшие, на вопрос о практическом применении только руками бы развели. Или WI-FI: это радиоастрономы решали задачу обработки радионаблюдений. Сейчас на очереди «приручение» рентгеновских пульсаров, которые будут самостоятельно ориентировать спутники, создавая локальную систему ориентации тела в космосе. То есть фундаментальные открытия пригождаются человечеству, но обычно не сразу.
Коротко о нескольких перспективных космических проектах:
Регистрация космических лучей самых высоких энергий. Обсерватория имени Оже в Аргентине — это 1000 наземных детекторов для обнаружения частиц плюс 24 телескопа. Возможно, в скором времени детекторы будут поставлены прямо в космосе. Цель проекта — изучение редких частиц очень высоких энергий. Их происхождение пока неизвестно.
Наблюдения нейтрино. Нейтрино — это и новый канал изучения космоса, и новый способ. Огромный детектор в Антарктиде обнаруживает нейтрино высоких энергий. Известно, что приходит нейтрино от Солнца, нейтрино от сверхновых звезд…происхождение неизвестно.
Гравитационные волны. От взаимодействия черных дыр образуется гигантская энергия, возникают волны. Их изучение — единственная возможность понять, как работает природа, в которой мы живем. Начинается эра гравитационно-волновой астрономии, это новый способ изучения вселенной. Первая ласточка — космический проект LISA.
Итак, астрономия — красивая и строгая наука, она захватывает. Заинтересовать школьников астрономией легко, но не в последнем классе школы, а тогда, когда у детей жив интерес к космосу, есть способность мечтать и готовность что-то изучать. Астрономия — область открытий, и только решенными задачами обходиться нельзя. Через научную фантастику, фильм «Интерстеллар», по шажочкам — к науке…
Записала Людмила Кожурина
По какому учебнику преподавать астрономию в школе?
Учебник Б.А. Воронцова-Вельяминова, Е.К. Страута соответствует требованиям ФГОС и предназначен для изучения астрономии на базовом уровне. В нем сохранена классическая структура изложения учебного материала, большое внимание уделено современному состоянию науки. За последние десятилетия астрономия достигла огромных успехов. Сегодня она принадлежит к числу наиболее быстро развивающихся областей естествознания. Новые устоявшиеся данные по исследованию небесных тел с космических аппаратов и современных крупных наземных и космических телескопов нашли свое место в учебнике. Является единственным в России учебником астрономии, рекомендованным Министерством образования и науки РФ и включенным в Федеральный перечень (Приказ № 253 от 31.03.2014 г.). К учебнику прилагается рабочая программа. Купить учебник
Через термины к звездам: зачем нужна астрономия в школе
Да, безусловно. Причина кроется в большом объеме взаимосвязанной информации, которую невозможно внятно передать детям в виде отдельных «кусочков», разбросанных по курсам физики и географии. Хотя астрономия теснейшим образом связана с физикой и как наука позволила открыть множество общих физических законов, последние базируются на наблюдении конкретных небесных тел, расположенных на небе определенным образом (звезд, планет, спутников, галактик). В свою очередь, невозможно рассказать, где эти тела находятся, без связи с географией и преподавания основ сферической астрономии и систем астрономических координат, а также созвездий. Поэтому астрономия — это междисциплинарный, но тем не менее единый и неделимый школьный предмет.
Главный вклад астрономии в школе, на мой взгляд, заключается в том, что это единственный предмет, который дает реальное, полноценное представление о том, где вообще мы живем и как устроена Вселенная. Астрономия — это лучшая прививка от лжи об устройстве мира, которая, к сожалению, сегодня часто встречается в СМИ и интернете. Всегда приятно видеть потрясение детей (а оно проявляется очень явно), когда они осознают, сколь уникален, но в то же время мал и незначителен в масштабах космоса тот голубой шарик, на котором сосредоточены все наши жизни и проблемы. Ребята узнают о реальной связи Солнца и Земли, перестают воспринимать солнечные и лунные затмения как нечто сверхъестественное и непонятное, получают основные знания о планетах и о том, как действие различных механизмов во Вселенной привело к эволюции самой Вселенной, Земли и, в конечном счете, человека.
Астрономия — это лучшая прививка от лжи об устройстве мира
Говоря о «приземленных» навыках, школьный курс астрономии в том виде, в котором он существовал раньше, давал ребятам базовые навыки определения своего географического положения по небесным телам, не говоря уже об ориентации по сторонам света. Это может показаться не столь необходимым в век вездесущих смартфонов и GPS, но в действительности эти системы очень хрупки и имеют множество слабых мест. Они уязвимы перед лицом стихийных бедствий и человеческого произвола. Кроме того, еще существуют места, где технологии по тем или иным причинам просто непрактичны.
В отличие от многих коллег, которых к изучению астрономии побудил первый взгляд в телескоп, меня в школьные годы увлекли сведения о том, что происходит на других планетах, удивительно разнообразных и часто очень непохожих на Землю. Тогда, в 2000-е годы, как раз начался период больших открытий в планетологии, поэтому свежие данные поступали едва ли не еженедельно — о новых экзопланетах, вращающихся на «безумных», с нашей точки зрения, орбитах, о раннем климате Марса, спутниках Юпитера и Сатурна, которые активно изучались аппаратами Galileo и Cassini. Не втянуться во все это было решительно невозможно.
Для меня астрономия, как и биология с экологией, — это неисчерпаемая книга о доме, в котором я живу. Все равно что знать, где у тебя что лежит в квартире и что с чем связано. Это необходимо для жизни, а иначе человек становится глухим слепцом, который постоянно натыкается на стены. и на острые предметы.
Да, я, наверное, был одним из последних, кто застал этот предмет в школе. В самой астрономии нравилось все, чему немало способствовал старый, но совершенно прекрасный учебник Воронцова-Вельяминова. Изучив по нему тему, можно было дальше «копать» в любую сторону, благо был интернет. Что касается преподавания, то мне не нравились отсутствие «живых» наблюдений и, увы, низкая квалификация учителя.
Логично преподавать астрономию примерно в той же последовательности, в которой она развивалась исторически, чтобы каждая новая тема была связана с предыдущей. Вначале — элементарное ориентирование по звездному небу, знакомство с координатами и методами астрономии — наблюдения невооруженным глазом, телескопами и космическими аппаратами. Затем: а что там, на небе, собственно, светит? Тут уже возникают такие темы, как устройство Солнечной системы, устройство галактики, основы космологии. Мне кажется, что предмет должен быть рассчитан минимум на два года, при этом в старших классах нужно делать упор на всеволновую, нейтринную и гравитационно-волновую астрономию, на спектроскопию и другие современные методы наблюдения. Кроме того, в этот период необходимо заложить понимание, что реальная астрономия — это знание физики, астрофотографии, умение корректно обрабатывать полученные наблюдения, программировать софт и модели.
Сейчас строго придерживаться этого «исторического» порядка уже не так легко, поскольку мы знаем больше об астрономии, чем раньше. Например, трудно говорить о самой Солнечной системе, не сравнивая ее с другими открытыми планетными системами, условия в которых зависят от типа звезд, вокруг которых они вращаются. Этой логики придерживаются такие известные пособия, как книги авторства Воронцова-Вельяминова и Страута, Галузо, Голубева и Шимбалева. В целом они современные, содержат практические задачи и лишь местами отстают. Но для школы наверняка потребуется другая, новая литература.
В школе должны быть организованы «живые» наблюдения в телескопы: без этого теряется связь с реальностью
При этом не стоит забывать, что учитель должен быть «подкован» и заинтересован в теме. Без этого нельзя увлечь учеников. Ему нужно понимать, что астрономия сейчас развивается очень активно, и часто то, что еще вчера было неизвестно, сегодня уже не является тайной. Но самое главное — в школе должны быть организованы «живые» наблюдения в телескопы: без этого любое красивое изложение предмета потеряет связь с реальностью. Сейчас сделать это достаточно просто — есть немало публичных обсерваторий, например, в Московском планетарии. А еще в России много астрономов-любителей, которые периодически проводят уличные наблюдения. От школы требуется лишь возможность и желание время от времени организовывать выездные уроки.
По правде говоря, я не встретил тем, которые показались бы им скучными. Разве что там, где необходима математика, — некоторые ее не очень любят. А наибольший интерес, пожалуй, вызывают экзотические объекты, которых нет в окрестностях Солнечной системы — нейтронные звезды и черные дыры.
В Московском планетарии есть бесплатный астрономический кружок и огромный звездный зал. Также можно записаться в кружки в Московском городском дворце детского творчества, Доме научно-технического творчества молодежи, Астрошколе ГАИШ МГУ. Немало возможностей и для наблюдений в телескоп — это обсерватории Московского планетария, Сокольников, Парка Горького. Еще можно следить за астрономией в сообществах в интернете, например, в «Открытом космосе», «Астронете», AstroAlert и Deep space.
Из совсем свежих, но по-настоящему значимых — подтверждение существования гравитационных волн коллаборациями LIGO и VIRGO и открытие группой Pale Red Dot планеты вокруг Проксимы Центавра, ближайшей к Солнцу звезды.
Первое из этих событий дало окончательное и бесповоротное подтверждение общей теории относительности, впервые позволило наблюдать слияние двух черных дыр и заложило первый камень в теоретический фундамент гравитационно-волновой астрономии, который разрабатывался на протяжении последних ста лет. Второе открытие обозначило первую реалистичную цель межзвездных путешествий и планету, о которой в последующие десятилетия мы, вероятнее всего, узнаем больше, чем о других внесолнечных планетах.
Конечно, в первую очередь с ней связаны сами астрономы, которые представляют из себя гораздо более разношерстную компанию, чем принято думать. Есть астрономы-наблюдатели и астрономы-теоретики, они могут специализироваться как на «привычных» планетах и звездах, так и на черных дырах и Вселенной.
Кроме того, велика и неразрывна связь астрономии с физикой. Часто трудно бывает понять, особенно в теоретических дисциплинах, где заканчивается астрономия и начинается физика и наоборот. Только астрономы могут проверить теории, которые продуцируют физики-теоретики, и подкинуть им новые загадки. Также сложно представить астрономию без космонавтики. Армия «прикладных» астрономов рассчитывает траектории космических аппаратов, а космонавты заучивают наизусть звездное небо, чтобы по четырем-пяти звездам, видным в иллюминаторе, определить ориентацию корабля.
Морякам, геологам, промысловикам, охотникам и любым специалистам, работающим вдали от цивилизации, тоже нужно знать звездное небо, чтобы не зависеть от работы систем навигации. С другой стороны, для той же навигации, а также геодезии и разведки полезных ископаемых, нужны сведения о структуре гравитационного поля Земли — ее изучают гравиметристы — это особая «порода» астрономов-геофизиков.
Только астрономические знания способны защитить нас от угрозы падения астероидов
Еще, разумеется, любой календарь тесно связан с астрономией. Поэтому все вопросы, которые относятся к его точности или реформированию, требуют, чтобы человек знал, как Земля движется вокруг Солнца и как влияет на это движение Луна и планеты.
Другой спектр астрономических профессий связан с информацией об устройстве и состоянии Солнца, а также о его влиянии на Землю. Например, синоптикам и специалистам по климату такие данные нужны для прогноза погоды. Правильное понимание активности Солнца также необходимо всем, кто использует спутники и чувствительную электронику на Земле, — от телекоммуникационных компаний до вооруженных сил. Климатологи, к тому же, все чаще обращаются к изучению климата других планет, в первую очередь, нашей соседки Венеры, чтобы лучше понимать современные и прошлые изменения нашего климата. Эту информацию также дает астрономия. Наконец, не стоит забывать, что только астрономические знания способны защитить нас от обманчиво далекой, но от этого не менее реальной угрозы падения астероидов.
Основные понятия школьного курса астрономии
Разделы: Астрономия
Класс: 11
1) Солнечная система: планеты земной группы и планеты гиганты, малые тела солнечной системы.
2) Звезды: разнообразие у звездных характеристик и их закономерности. Источники энергии звезд.
3) Современные представления о происхождении и эволюции Солнца и звезд.
4) Наша галактика. Другие галактики. Пространственные масштабы наблюдаемой Вселенной.
5) Современные взгляды на строение и эволюцию Вселенной.
Солнечная система: планеты земной группы и планеты гиганты, малые тела солнечной системы
Солнечная система – это часть Млечного пути, а он, в свою очередь, представляет собой спиралевидную галактику, вокруг центра которой вращается Солнце – самый крупный и тяжелый объект Солнечной системы, являющийся ее сердцем. Солнце, в своей системе, имеет восемь планет с их спутниками, множество астероидов, комет и невероятное количество метеорных тел. Планеты Солнечной системы разделяют на два типа:
Строение Солнечной системы оказывает значительное влияние не только на планеты, но и на их спутники, астероиды, кометы и бессчетное количество метеорных элементов, также входящих в ее состав.
Сюда входит Меркурий, Венера, Земля и Марс. Их характерными особенностями являются небольшой размер и масса. Как правило, в их состав входят металлы и горные породы, благодаря чему они отличаются значительной плотностью. Планеты земной группы расположены к Солнцу ближе других космических тел.
Планеты земной группы
Планеты земной группы — четыре планеты Солнечной системы: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Они расположены во внутренней области Солнечной системы, в отличие от планет-гигантов, расположенных во внешней области. Согласно ряду космогонических теорий, в значительной части внесолнечных планетных систем экзопланеты тоже делятся на твердотельные планеты во внутренних областях и газовые планеты — во внешних.
Планеты земной группы обладают высокой плотностью и состоят преимущественно из силикатов и металлического железа (в отличие от газовых планет и каменно-ледяных карликовых планет, объектов пояса Койпера и облака Оорта). Наибольшая планета земной группы — Земля — более чем в 14 раз уступает по массе наименее массивной газовой планете — Урану, но при этом примерно в 400 раз массивнее наибольшего известного объекта пояса Койпера, [18].
Планеты земной группы состоят главным образом из кислорода, кремния, железа, магния, алюминия и других тяжёлых элементов.
Все планеты земной группы имеют следующее строение:
Кора, образовавшаяся в результате частичного плавления мантии и состоящая также из силикатных пород, но обогащённая несовместимыми элементами. Из планет земной группы коры нет у Меркурия, что объясняют её разрушением в результате метеоритной бомбардировки. Земля отличается от других планет земной группы высокой степенью химической дифференциации вещества и широким распространением гранитов в коре [19].
Меркурий
Меркурий — ближайшая к Солнцу планета. На небосводе эту планету очень сложно увидеть: она появляется недалеко от Солнца либо перед его восходом, либо сразу после захода. Применив мощный бинокль или телескоп, можно различить блестящий серп, подобный Луны. Диаметр Меркурия равен 0,4 земного, а масса всего 0,06. Но плотность обеих планет практически равна.
Орбита Меркурия более вытянута, нежели орбиты остальных семи планет. И процесс вытягивания продолжается, правда, очень медленно. Ученые рассчитали, что через 4–5 млрд. лет гравитация Юпитера растянет орбиту до пересечения её с орбитой Венеры.
Маленькая планета облетает Солнце за 88 земных суток со скоростью 48 км/с. Вокруг своей оси она оборачивается за 59 суток. Получается, что один местный день длится две трети года. Среднее удаление от Солнца — 58 млн. км. Меркурий имеет прецессию 260000 лет.
Поверхность Меркурия схожа с Луной. Она усеяна многочисленными кратерами, но частота их не одинакова. Предполагают, что это связано с разным возрастом поверхностного грунта.
Крупнейший кратер — Рембрандт, имеет в поперечнике 716 км. Главное отличие поверхностей Меркурия и Луной в наличии на первом эскарпов. Это зубчатые откосы, растягивающиеся на сотни километров. Они могли появиться в результате сжатия планеты, происходившего по мере её остывания. Считается, что долгое время на планете сохранялась геологическая активность.
Интереснейшая деталь ландшафта планеты – Равнина Жары. Это образование получилось при столкновении с планетой объекта, имевшего в поперечнике около 100 метров. Получилась отметина размером 1300 км.
Меркурий имеет очень разреженную атмосферу – экзосферу. Она существует только за счёт радиоизотопов, вырывающихся из коры, а солнечный ветер непрерывно сдувает их в космос.
Магнитное поле Меркурия в сто раз слабее земного. Направление его соответствует оси вращения планеты, и магнитные полюсы расположены рядом с географическими полюсами. Возможно ядро планеты жидкое, и это состояние поддерживается приливным эффектом, вызываемым вытянутостью орбиты. Поле имеет достаточную мощность для изменения направления солнечного ветра.
Есть теория, что ядро планеты подогревается Солнцем. От этого внешний край его существует в расплавленном виде. Ещё возможно содержание в ядре примеси лёгкого элемента, например, серы. Смесь её с железом плавится при температурах более низких, чем железо в чистом виде. Поэтому ядро и не твердеет миллиарды лет.
Венера
Венера, вторая по счёту планета от Солнца удалена от неё на 108 миллионов километров. Она обращается вокруг светила за 225 суток при средней скорости 35 км/с, а на осевой оборот уходит 243 суток. Причём, обращается «утренняя звезда» в направлении, противном обращению большинства планет. Масса её составляет 0,82 от земной, а объём, радиус и плотность примерно одинаковы.
Плотность атмосферы планеты и толщина облачного покрова делают невозможным наблюдение её поверхности с помощью телескопов. Именно поэтому её изучение началось позже, чем, например, Марса.
Атмосферный состав не сложен: 96% углекислого газа и почти 4% азота, плюс минимальные следы аргона, воды и диоксида серы. Приповерхностное давление планеты гигантское – до 93 атмосфер. А температура в 467 °С — больше температуры Меркурия, который намного ближе к Солнцу. Причина такого нагрева кроется в парниковом эффекте, который создаётся за счёт плотной атмосферы.
Ядро планеты (3000 км) состоит из расплавленных железа и никеля, а мантия (3000 – 3300 км) из кремниевых соединений. Кора же, толщиной от 16 до 50 километров, составлена из кремниевых пород, по плотности близких к земным. У Венеры очень слабое магнитное поле.
90% её скопилось до высоты 28 километров, и масса составляет одну треть от массы мирового океана нашей планеты. Азота в атмосфере очень мало, но абсолютное количество его в пять раз больше содержания в земной атмосфере. Плотность атмосферы у поверхности Венеры в 50 раз больше земной. Облачный двадцатикилометровый слой, нижняя кромка которого начинается на высоте 50 километров, состоит в основном из серной кислоты. Вряд ли дождь на этой планете может оказаться животворящим [20].
Только Венера и Меркурий не обзавелись спутниками. Правда, в XXVII – XXVIII веках многие астрономы пытались отыскать спутники Венеры и даже вроде бы их находили, но в итоге эти открытия оказались ошибочными. Есть такой астероид 2002 VE, считающийся квазиспутником. Он со своей спутницей уже 7000 лет, но вскоре её покинет.
Земля
У Земли есть атмосфера, материки, вода и магнитное поле. Планета Земля имеет благоприятный температурный режим и умеренную смену сезонов. Магнитное поле надёжно защищает её от солнечного ветра. Да и само расположение относительно Солнца самое удобное и рациональное. Эти и многие другие факторы способствуют поддержанию жизни на планете. Венера тоже имеет атмосферу, но её параметры с жизнью несовместимы. На Марсе есть вода, но жизни тоже нет. Все условия оптимальны только на нашей планете.
Внутреннее строение Земли достаточно стандартно. Ядро, мантия, кора. Но есть и особенности. Ядро не монолитное, а состоящее из двух компонентов: внешнего, жидкого (2200 км), и внутреннего, твёрдого (1300 км). Внутреннее ядро спрессовано из железа и никеля под давлением в 3 млн. атм. Мантия, имеющая 67% всей планетарной массы, разделяется на нижнюю и верхнюю, твёрдую, которая вместе с корой называется литосферой. Она частично расплавлена и состоит в основном из кремния, железа, магния, алюминия, кислорода и их сочетаний. Толщина коры в разных районах планеты различна. В океанических областях она самая тонкая, а в горных районах наиболее массивная. Основные компоненты земной коры – оксиды алюминия, кремния, щелочных металлов.
Состоит из азота (78,08%), кислорода (20,95%), аргона (0,93%) и углекислого газа (0,03%). Оставшуюся часть заполняют различные оксиды и твёрдые частицы. Атмосфера создаёт явление умеренного парникового эффекта, не позволяя теплу уходить в открытый космос [21].
Вращение планеты приводит к постоянным течениям в жидком ядре. Вследствие движения электрических зарядов возникает магнитное поле. Оно дипольно, то есть, имеет два полюса.
Луна – единственный спутник Земли. Её параметры занимают не последнее место среди спутников других планет. Радиус Луны составляет 0,27 от земного, а масса всего 0,0123. Среднее расстояние от планеты около 380000 км. Есть гипотеза, что при столкновении Земли с неким небесным телом высвободилось вещество, достаточное для создания Луны. Но возможно, Земля и её спутник зарождались одновременно из одного газопылевого облака, или Земля где-то захватила планету и пристроила как своего спутника.
Марс
Марс — четвертая по счету планета от Солнца. Уверенно занимает первое место по надеждам, возлагаемым на него желающими отыскать жизнь в космосе. Планета красного цвета из-за окислов железа, которого очень много в песках. Масса планеты в 10 раз меньше Земли. На космическом корабле до Марса можно долететь за 7 месяцев.
Ещё в 19 веке астрономы догадались, что Марс обладает атмосферой. Это определилось в моменты противостояний планеты с Землёй, случающихся каждые 15–17 лет. Открытие породило оптимизм возможной жизни на Марсе, однако все надежды рухнули после определения состава атмосферы и её плотности. Углекислый газ (96%), азот (2,7%), аргон (1,6%) и ничтожные количества кислорода и иных газов не стали благоприятными условиями для развития жизни на планете. Но, тем не менее, облака из углекислого газа и воды, всё же есть. По виду они похожи на земные, перистые, и формами повторяют рельефные контуры [22].
Поскольку даже детальное строение Земли нам ещё не известно, то говорить с уверенностью о строении Марса тоже нельзя. Скорее всего, он также имеет металлическое и жидкое ядро, масса которого составляет до одной десятой от массы планеты, а радиус – до половины радиуса планеты. Между ядром и корой (70 – 100 км) расположена мантия. Она силикатная и содержит много железа, красные окислы которого и определяют цвет марсианской поверхности. Марс – планета остывающая, поэтому её кора находится в неподвижном состоянии, марсотрясения и геологические разломы остались далеко в прошлом.
У Марса 2 спутника: Фобос и Деймос. С Земли видны только в очень мощный телескоп. Они представляются в виде двух точек, бледных на фоне яркого диска Марса. По форме и структуре это два огромных камня, состоящих из того же вещества, что и метеориты.
Марс имеет и оазисы. Земля Ноя, например, обладает районом с температурной амплитудой от –53 °С до +22 °С летом и от –103 °С до –43 °С зимой. Такие параметры вполне сравнимы с нашими, антарктическими.
Пылевые бури. Вследствие резких перепадов температур возникают сильные ветры. Поскольку сила тяжести на планете невелика, в воздух поднимаются миллионы тонн песка. Обширнейшие области оказываются в плену пылевых бурь. Наиболее часто эти бури возникают вблизи полярных шапок.
Пылевые вихри. Походят на земные, но в десятки раз больше по размерам. Поднимают много пыли и песка в воздух. Такой вихрь очистил солнечные батареи марсохода в 2005 году.
Водяной пар. Воды на Марсе очень мало, но низкое давлении помогает ей собираться в облака. Конечно, они отличаются от земных своей невыразительностью. Над низинными местами вполне могут собираться туманы, и даже вероятно выпадение снега.
Времена года. Земля и Марс во многом схожи. Марсианские сутки всего на 40 минут больше земных. Обе планеты имеют практически одинаковый наклон оси вращения (Земля 23,5°, Марс 25,2°), вследствие чего на Марсе тоже происходит смена сезонов. Это выражается в изменении полярных марсианских шапок. Северная шапка уменьшается в летний период на треть, а южная теряет почти половину.
Олимп. Не случайно этот недействующий вулкан получил такое значимое имя. При диаметре основания в 600 километров он имеет высоту 27 километров. Это почти в три раза выше земного Эвереста. Считается самой большой горой в Солнечной системе.
Огромная площадь, которую занимает основание вулкана, не позволяет увидеть его полностью с поверхности планеты. Диаметр Марса меньше земного вдвое, и поэтому горизонт получается более низким.
Планеты-гиганты
Вторая группа планет называется «планеты-гиганты». К ним относятся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, которые намного превышают массу планет земной группы.
Планеты-гиганты являются планетами газовыми и имеют большие размеры и массы, но более низкую среднюю плотность, в отличие от каменных планет. Также являются планетами с более мощными атмосферами и быстрым вращением. Помимо этих отличий имеют еще одно, такое как наличие колец и большого количества спутников.
Юпитер
Газовый гигант Юпитер — пятый по счету в Солнечной системе, является самой большой планетой. Он расположился между Марсом и Сатурном.
Размеры планеты уступают только солнечным. Радиус по экватору в 11 раз больше земного радиуса. Масса в два с лишним раза больше массы всех планет солнечной системы вместе взятых, и в 318 раз планета массивнее Земли. На один оборот вокруг Солнца у Юпитера уходит почти 12 лет при скорости около 13 км/с. Вокруг своей оси планета обращается гораздо быстрее, нежели Земля. Одни сутки тут длятся около 10 часов.
Юпитер — поистине украшение нашей солнечной системы. Тёмной ночью ярчайшая жемчужина восходит на востоке, придавая особенный шарм звёздному небу. По яркости планета немного уступает только Венере. Ещё в древности яркое око планеты восхищало и поражало людей. Не случайно и названа она была именем древнеримского верховного бога-громовержца.
Атмосфера Юпитера кардинально отличается от земной. Она большей частью состоит из водорода (около 89%) и гелия (около 11%). Но имеются малые примеси метана, аммиака, ацетилена и водных паров. Если взглянуть на планету сквозь линзы телескопа, то станет видно, что атмосфера её есть сочетание параллельных полос различного цвета – красного, белого, жёлтого, синего. Тёмные пояса и светлые зоны – это цветные облака в верхних атмосферных слоях [23].
Отличительная особенность Юпитера – наличие пятен. Установлено, что это гигантские вихри, которые могут длиться недели, месяцы и годы. Одно из таких пятен имеет размеры в поперечнике 15 000 километров. Самое знаменитое — Большое Красное Пятно. Оно было замечено ещё в 1664 году французским астрономом Кассини. За эти сотни лет оно практически не переместилось и почти не изменилось по форме и размерам.
Также как Сатурн и Уран, Юпитер обзавёлся кольцами. Но его система колец достаточно слабая. Они состоят в основном из пыли и газа. Система колец имеет четыре компонента. Толстый тор из мелких частиц. Яркое, очень тонкое «Главное кольцо» и два более широких, «паутинных кольца». Окрас колец в видимой части спектра красноватый, а у первого – синий.
Поскольку Юпитер – газовая планета, то поверхности, как мы это понимаем, она не имеет. Вероятно, что в центре газового гиганта есть очень плотное ядро. Оно спрессовано под огромным давлением 30 – 100 миллионов атмосфер. И температура ядра тоже впечатляет – около 30 000 °С.
На стокилометровой глубине находится океан из этого жидкого водорода. А ниже 17 000 километров водород сжимается с такой силой, что приобретает свойства металла. Это состояние позволяет водороду проводить электричество, создавая вокруг планеты магнитное поле. Размеры магнитного поля огромны, оно растягивается на 650 миллионов километров и немного захватывает орбиту Сатурна. Поле имеет вытянутую форму, и в сторону Солнца оно в 40 раз меньше.
К 2009 году было выявлено 63 спутника Юпитера. Наиболее известны так называемые галилеевы спутники, впервые обнаруженные учёным в 1610 году. Это Ганимед, Каллисто, Европа и Ио. Ганимед по размерам превосходит Меркурий, а Каллисто, практически равный ему, имеет тёмную поверхность, испещрённую кратерами. Европа окована ледяным панцирем стокилометровой толщины. Из-за этого она отражает свет также ярко, как Венера. Самый живописный спутник – это Ио. Он имеет оттенки жёлтого, чёрного и красного цветов. Это связано с активной вулканической деятельностью, от действия которой фонтаны серы извергаются на высоту 200 километров над поверхностью.
Сатурн
Сатурн, если считать по удалённости от Солнца, является шестой планетой, а если по величине, то второй. Это газовый гигант, масса которого превосходит массу Земли в 95 раз. Он имеет самую низкую плотность из всех планет и даже меньшую, чем у воды. Планета Сатурн, является, пожалуй, одной из самых красивых и загадочных. Её вид поражает и манит. Сказочные кольца создают ощущение чего – то необычного, благодаря им, его невозможно спутать с другой планетой, он единственный в своём роде.
Название планеты происходит от имени Бога Кроноса, который повелевал могучими титанами в греческой мифологии. Планета получила данное название, благодаря своим гигантским размерам и необычному виду.
В атмосфере Сатурна бушуют сильные ветра. Их скорость настолько велика, что составляет около 500 км/ч, а порой, достигает и 1500 км/ч. Согласитесь, довольно неприятное явление, но с Земли (если смотреть в телескоп) они выглядят очень красиво. На планете бушуют настоящие циклоны, самым большим из которых является Большой белый овал. Он получил это название за внешний вид, и представляет из себя мощнейший антициклон, систематически появляющийся на поверхности примерно один раз в тридцать лет. Размеры его просто гигантские, и составляют около 17 тысяч километров.
Атмосфера планеты стоит в основном из водорода и гелия, имеется совсем немного азота. В верхних слоях наблюдаются аммиачные облака.
Имеются и такие образования, как пятна. Правда они не так заметны, как, например, у Юпитера, но всё — таки, некоторые довольно большие и достигают около 11 тыс. км. То есть, довольно внушительны. Есть и светлые пятна, они намного меньше, всего около 3 тыс. км, а так же, коричневые, размеры которых составляют 10 тыс. км.
Имеются и полосы, которые, как предполагают учёные, появились от перепада температур. Их довольно много и именно в центре полос дуют самые мощнейшие ветра.
В верхних слоях атмосферы очень холодно. Температура колеблется от –180 °С до –150 °С. Хоть это и страшный холод, но, если бы внутри планеты не было ядра, обогревающего и дающего тепло, то температура атмосферы была бы заметно ниже, ведь Солнце же далеко.
Внутреннее строение очень схоже с таковым у Юпитера. Ученые предполагают, что в центре планеты находится большое силикатно-металлическое ядро. Так, на глубине около 30 000 км. температура составляет 10000 °С, а давление около 3 млн. атмосфер. В самом ядре, давление ещё более высокое, так же как и температура. В нём и находится источник тепла, согревающий всю планету. Сатурн выделяет больше тепла, чем получает от Солнца.
Ядро окружено водородом, находящимся в металлическом состоянии, а над ним, уже ближе к поверхности, слой жидкого молекулярного водорода, переходящего в свою газовую фазу, примыкающую к атмосфере. Магнитное поле планеты имеет уникальную особенность, которая заключается в совпадении с осью вращения планеты. У магнитосферы Сатурна симметричный вид, но радиационные полюса правильной формы и имеют пустоты.
У Сатурна всего 61 спутник. Они имеют различную форму, но в большинстве своём они малых размеров. В основном представляют из себя ледяное образование и только некоторые имеют примеси горных пород. Названия многих спутников произошли от имён титанов, и их потомков, так как само название планеты происходит от Кроноса, который повелевал ими.
Уран
Уран — седьмая по счету планета Солнечной системы. Находясь на удалении в 2,8 млрд. км от светила, эта планета является газовым гигантом. Имея радиус экватора 26,6 тыс. км, а массу в 14,6 раза больше земной, Уран мчится по почти круговой орбите, развивая скорость 6,8 км/с. Плотность планеты в 4,4 раза меньше плотности Земли. Оборот вокруг оси Уран совершает за 17 часов. Но удалённые от экватора области оборачиваются за 14 часов. Получается, что газовая структура поверхности не является единым целым. Она следует своим законам, представляя собой неуправляемую массу.
Мельчайшие кристаллы метана в верхних слоях атмосферы придают планете зеленоватый оттенок. Нижние состоят из жидких водорода (83%) и гелия (15%). Под атмосферой жидкая, очень плотная аммиачно-водная мантия.
Точно неизвестно, есть ли у Урана твердое ядро, Большинство ученых полагает, что ядро все-таки имеется, и состоит оно из кремния и металлов.
Колец у Урана 13. Их не сравнить с великолепными кольцами Сатурна, и имеют они тёмные цвета, поэтому практически невидимы. Открытие их произошло в 1977 году по косвенным признакам – они перекрывали свечение наблюдаемых звёзд.
Кольца не все одинаковы. Средние 11 имеют почти чёрный цвет, а крайние выгодно отличаются от них. Внешнее колечко окрашено в синий колер, а внутреннее в красный. Состоят кольца из каменистых частичек, мельчайших и размерами в несколько метров. Ширина колец от 1 до 10 км, и лишь самое широкое, внешнее, распухло до 96 километров.
Всего спутников 27, основными считаются 5. Их состав: лёд (состоящий из аммиака, углекислого газа и метана), перемешанный с горными породами. А обращаются спутники вокруг своего хозяина, повернувшись к нему одной стороной, подобно нашей Луне.
Нептун
Нептун — восьмая планета Солнечной системы. Он занимает третье место по массе, но четвёртое по размерам. Земля легче его в 17 раз, а диаметр нашей планеты меньше в четыре раза.
Газовая сфера, сжатая у полюсов, в диаметре почти 50000 км. Пробегая по орбите со скоростью 5,43 км/с, Нептун завершает облёт Солнца за 164,8 года.
А вот сутки тут составляют 6 часов и 6 минут. Планета имеет осевой наклон 28°32′, а от Солнца удалена почти на 30 а. е.
В центре покоится ядро, окружённое мантией. А та упакована в плотный атмосферный кокон.
Ядро твёрдое, массой сопоставимо с Землёй. Оно железно-никелевое с добавками горных пород. Сжато ядро с силой в 7 млн. атмосфер при температуре 5200°C.
Мантия. Жидкая смесь аммиака, метана и воды. Её сжатие около 100 тыс. атмосфер, а нагрев от 1700°C до 4700°C.
Выше, в стратосфере, температура растёт, достигая 475°C. Верхние слои атмосферы в непрерывном движении. В экваториальных районах метановые облака развивают скорость больше 2000 км/ч. С приближением к полюсам скорость падает. Облачная масса движется против направления вращения Нептуна.
Ураганы. Вопреки ожиданиям малоподвижности атмосферы, планета предстала царством ураганов. Огромные атмосферные вихри достигают 5000 км в поперечнике. Они выделяются на светло-синем фоне овалами тонов, более тёмных. Ураганы тут длятся месяцами и даже годами.
Большое тёмное пятно. Это самый известный из наблюдаемых ураганов. Его размеры 13000х6600 км. Громадный вихрь продвигался к западу, имея скорость 300 м/с, и наблюдался пять лет. Потом он либо оказался закрытым облачной массой, либо закончился.