Феликс Зигель - Путешествие по недрам планет

• Название: Путешествие по недрам планет
• Автор: Феликс Зигель
• Издательство: Издательство «Недра»
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1988
• ISBN: 5-247-00079-Х

В увлекательной форме рассказано о первых успехах нового направления в науке — сравнительной планетологии. Читатель узнает о новейших достижениях геофизики в изучении недр планеты и спутников, космических связях геофизики, роли гравиметрии в определении фигуры Земли, предсказаниях землетрясений, вулканических процессах на планетах. Значительное место уделено проблемам происхождения Солнечной системы и планет, использованию их недр для технических нужд человечества.

---

Красноватый блеск Марса вызван тем, что большая часть его поверхности покрыта красно-оранжевыми пустынями, грунт которых изобилует оксидами железа. Кроме железа (14 %), в марсианском грунте найдены кремний (20 %), кальций и магний (до 5 %), сера (до 3 %) и другие элементы. Белые полярные шапки Марса образованы смесью обычного водного инея и твердой углекислоты, знакомой всем по «сухому льду» для мороженого. На Марсе жидкой воды нет и быть не может из-за низкого атмосферного давления. Поэтому полярные шапки Марса не тают, а испаряются, минуя жидкую фазу. Подобный процесс называется сублимацией, или возгонкой. Совершенно так же в земной обстановке испаряются кристаллики йода.

Рельеф Марса носит многочисленные следы мощной водной эрозии. Сухие русла многочисленных рек, овраги и оползни — обычная картина многих районов поверхности Марса. Когда-то там шумели бурные реки и потоки. Не исключено, что весь Марс был покрыт мелким океаном глубиной от 10 до 160 м. Все это происходило сравнительно недавно (миллионы лет назад), так как следы водной эрозии сохранились очень хорошо. Ныне большие запасы воды на Марсе сохраняются в виде грунтовых вод и в слоях вечной мерзлоты, распространенной там повсеместно. Какие катаклизмы привели к резкому изменению облика Марса, пока не знаем.

На Марсе активна тектоническая и вулканическая деятельность. Есть много кратеров как вулканического, так и метеоритного происхождения. Горы на Марсе очень высоки и немало из них уходят своими вершинами в стратосферу. Известен, например, гигантский разлом марсианской коры длиной около 4000 км, шириной 120 км и глубиной 6 км. Поражает наше воображение и исполинская вулканическая гора Олимп высотой 24 км с диаметром основания 600 км. Для будущих марсианских альпинистов работа предстоит нелегкая!

У Марса есть магнитное поле примерно в 500 раз слабее, чем у Земли. Под действием солнечного ветра оно деформировано, как и у нашей планеты. Никаких следов жизни на Марсе пока обнаружить не удалось.

Теоретические модели внутреннего строения Марса рисуют нам сферически расслоенную планету, в миниатюре напоминающую Землю (см. рис. 13). Небольшое ядро радиусом 800—1400 км (оно составляет около 6 % общей массы Марса) окружено толстым слоем мантии (снаружи прикрытой литосферой) толщиной несколько сотен километров. Неопределенность в размерах оболочек вызвана недостаточной изученностью Марса. Если магнитное поле Марса целиком индуцировано магнитным полем солнечного ветра, то ядро Марса полностью затвердело. В противном случае можно говорить о жидком или полужидком ядре.

Важнее другое — как и остальные планеты земного типа, Марс по своему внутреннему строению напоминает орех с его твердой корой, четко сформировавшимся ядром и промежуточной, более мягкой оболочкой. Это означает, что расслоение планетных недр, дифференциация веществ в ходе эволюции для всех планет земного типа проходили в сходных условиях.

На границах планетной системы

Из всех известных планет ближе других к Солнцу Меркурий, наиболее удален от Солнца Плутон. Обе планеты сегодня являются граничными в нашей планетной системе. Если даже в будущем эта граница расширится, вряд ли за орбитами Меркурия и Плутона удастся открыть какие-нибудь крупные тела. Из известных же основных планет Меркурий и Плутон — самые маленькие. Меркурий имеет в диаметре 4880 км (0,4 диаметра Земли), а по массе он составляет всего 0,06 массы земного шара. Плутон и того меньше — его диаметр 2500 км, а масса чуть больше 0,002 массы Земли.

Фотографии Меркурия, полученные с космических станций, поразительно похожи на лунные. Неспециалист даже не различит, где снята Луна, а где — Меркурий. Множество кратеров усеивают поверхность Меркурия. Наряду с мелкими кратерами диаметром десятки метров, есть и такие, поперечники которых измеряются сотнями километров, горные хребты в некоторых местах достигают высоты 4 км. На поверхности Меркурия заметны следы активной вулканической и тектонической деятельности. Таковы, например, застывшие лавовые потоки и эскарпы — обрывы высотой 2–3 км, тянущиеся на сотни километров.

В отличие от Луны на Меркурии есть только одно обширное «море». Эту круглую впадину поперечником около 1300 км, назвали Морем Зноя. Название очень удачное — ни на одной из планет не жарко так, как на Меркурии. Обращаясь вокруг Солнца за 88 сут, Меркурий совершает полный оборот вокруг своей оси за 58 земных дней. Из-за особенностей этих движений солнечные сутки на Меркурии длятся 176 земных суток, что составляет два меркурианских года! Иначе говоря, от восхода Солнца до его захода на Меркурии проходит год, т. е. 88 земных суток. За столь продолжительное время освещенные Солнцем местности нагреваются до 450 °C, что не мешает ночью тем же районам переносить жестокий мороз (от —90 до —180 °C). Атмосфера вокруг Меркурия практически отсутствует и потому ничто не смягчает температурные контрасты. Будущие у космонавты не должны смущаться, встретив где-нибудь на Меркурии, скажем в Море Зноя, озеро из расплавленного олова, зато встреча с ледником здесь исключена.

У Меркурия обнаружено слабое магнитное поле, примерно в 100 раз по напряженности уступающее земному. Есть у Меркурия и магнитосфера, сильно сжатая солнечным ветром со стороны Солнца. Меркурий лишен спутников и это несколько затрудняет изучение его внутреннего строения. Тем не менее есть основания считать, что Меркурий обладает сравнительно крупным и плотным ядром, радиус которого близок к 1900 км (см. рис. 13). Внешняя силикатная оболочка Меркурия очень толстая (около 550 км), так что на атмосферу остается прослойка толщиной около 70 км. Однако в целом Меркурий похож на остальные планеты земного типа — он также пережил в своей истории четкое расслоение недр на концентрические сферические оболочки.

Плутон не принадлежит к группе планет земного типа. Во-первых, он находится в другом районе Солнечной системы, на ее окраине. Во-вторых, о нем мы пока знаем очень мало. Вокруг Плутона обнаружена метановая атмосфера и не исключено, что его поверхность покрыта метановым льдом. Холод там трудно вообразимый (—220 °C). Сутки на Плутоне продолжаются чуть более 6,3 земных суток, а год — почти 248 земных лет. Средняя плотность Плутона близка к 1,7 г/см3, что сближает Плутон с планетами-гигантами и их спутниками. Этот темный мир, где Солнце светит лишь как очень яркая звезда, ничем не похож на нашу Землю. О его внутреннем строении ничего не известно. Не исключено, что когда-то Плутон был спутником Нептуна и тогда естественно искать сходство между ним и другими спутниками планет.

Луна и луны

Из всех небесных тел Луна не только ближе других к Земле, но она и изучена лучше всех остальных космических объектов. На Луне побывали люди, там работали разные приборы, в том числе и сейсмографы. Сведения о Луне настолько обильны, что ей посвящено много книг. Однако правильно оценить место Луны в Солнечной системе можно лишь, сравнив ее с другими спутниками планет. Сегодня вместе с Луной их насчитывается 45, но вполне вероятно, что это немалое число в будущем возрастет. Во всяком случае, уже сейчас о других лунах пишут отдельные книги[77] — так много мы узнали о них в последние годы. Подробности читатель узнает из этих книг, наша задача — указать сходство и различия в обширном семействе лун и связать эти различия с внутренним строением спутников планет[78].

Как уже отмечалось, Луна очень похожа на Меркурий, хотя и уступает ему в размерах и массе. Радиус Луны составляет 1738 км, масса в 81 раз меньше массы земного шара. Тем не менее по отношению к Земле Луна — очень крупный спутник и потому систему Земля — Луна нередко называют двойной планетой.

Луна лишена атмосферы, что обусловливает резкие температурные контрасты на ее поверхности. Днем эта поверхность нагревается до 130 °C, а ночью температура падает до — 170 °C. Почти столь же резки перепады температур на солнце и в тени. Лунная поверхность усеяна многочисленными кратерами, высокими горными цепями и темными низинами, по старой традиции именуемыми морями. В отличие от Меркурия, морей на Луне много и они обширны. Есть даже там Океан Бурь. Наиболее крупные из лунных кратеров имеют сотни километров в диаметре, самые высокие вершины возносятся вверх до 8 км. Известны многочисленные трещины и крупные сбросы. На Луне сохранилось немало следов прошлой бурной вулканической деятельности. Иногда газы извергаются из лунных недр и сегодня. Одни из лунных кратеров имеют метеоритное происхождение, другие вулканическое. Но в целом Луна — мертвый мир, где любые изменения — большая редкость.

Анализ поверхностных пород Луны показал, что они похожи на земные породы типа базальтов. Правда, в них наблюдается избыток некоторых тяжелых металлов, например хрома и титана. Любопытны лунные масконы — области лунной коры с повышенной плотностью. Они характерны местными гравитационными аномалиями. Лунная кора по толщине не превышает 50–60 км. Ниже, до глубины 1000 км расположена мантия, а в центре Луны находится силикатное, почти твердое ядро диаметром около 1500 км (см. рис. 13). Оно нагрето до температуры чуть выше 1000 °C, а потому из недр Луны наружу просачивается тепло, так что на глубине 40 км температура лунной коры достигает 300 °с.