Александр Петелин - Естествознание

• Название: Естествознание
• Автор: Александр Петелин
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2015
• ISBN: 978-5-91134-417-7

В учебнике изложены основные современные представления о Вселенной, ее образовании, строении и будущем. Рассмотрено строение нашей галактики и Солнечной системы. Приведены сведения о строении Земли. В отдельных разделах даны краткие сведения по физике и химии.

Вторая часть учебника посвящена биологии и экологии в широком смысле этого понятия. Затронуты вопросы экосистем, учения академика Вернадского о биосфере.

Книга написана живым и очень доступным языком, снабжена интересным иллюстративным материалом. Она предназначена для обучения по курсу «Естествознание» в колледжах гуманитарного профиля, а также может быть полезна преподавателям средних учебных заведений. Надеемся, что широкий круг любознательных молодых читателей тоже сможет почерпнуть в ней немало интересного.

---

Остается один вопрос – может ли на Марсе существовать жизнь земного типа? Ведь Марс – это единственная планета в Солнечной системе, где условия на поверхности хотя и достаточно суровые по земным меркам, но не настолько, чтобы ученые могли бы полностью исключить возможность развития здесь жизни. На момент написания этой книги ответ на этот вопрос пока, увы, не получен.

3.2.4. Юпитер

Это самая большая планета Солнечной системы. Радиус Юпитера в 11 раз больше радиуса Земли, а масса больше земной в 320 раз. Сутки на Юпитере продолжаются всего 10 часов, так быстро вращается эта планета вокруг своей оси. Ось вращения почти перпендикулярна к плоскости эклиптики. Поэтому на Юпитере при вращении вокруг Солнца не происходит смены времен года. Сам юпитерианский год длится около 12 земных лет.

Так как сила притяжения вблизи Юпитера намного больше, чем на Земле, то и его газовая оболочка – атмосфера – является во много раз более мощной, чем земная. В атмосфере Юпитера постоянно наблюдаются облачные образования в виде сероватых полос, расположенных параллельно экватору планеты (см. рис. 6 на вкладке). Лучше всего проявляются ближайшие к экватору тропические полосы, полосы в умеренных широтах выражены слабее, а зоны вблизи полюсов имеют равномерную серую окраску. Внутри полос наблюдаются различного вида неоднородности, которые часто соединяются друг с другом перемычками. На краях полос имеются мелкие детали, углубления и выступы. Вид и структура полос постоянно меняются. Однако в тропической зоне южного полушария Юпитера наблюдается постоянно присутствующее образование, обнаруженное астрономами еще в XVII в. Оно носит название Большого Красного Пятна и имеет эллиптическую форму. Оно настолько велико, что его наибольший поперечник в четыре раза больше поперечника Земли. С момента обнаружения его размеры и форма практически не менялись, менялась только его яркость. В конце XIX в. Красное Пятно настолько поблекло, что его трудно было различить даже в самые хорошие приборы того времени. Что из себя представляет Большое Красное Пятно, до сих пор точно не известно. Предполагается, что это устойчивый огромный вращающийся вихрь, период его вращения близок к шести суткам.

Юпитер не только самая большая планета в Солнечной системе, но и первая из дальних планет, имеющих большие отличия от планет земного типа. Для нас это удивительный, непохожий на все, что мы знаем, мир. Строение Юпитера вызывает много споров. Многочисленные исследования показали, что атмосфера, состоящая в основном из водорода и гелия с небольшой примесью метана и аммиака, скрывает под собой целый океан жидкого водорода, глубиной несколько тысяч километров. Водород переходит в жидкость под давлением всего столба атмосферных газов, которое во много раз превышает обычное атмосферное давление на поверхности нашей планеты. Ниже расположена еще более странная для нас оболочка из металлического водорода. Оказывается, при сверхвысоком давлении даже самый легкий из газов – водород – может стать твердым и даже перейти в металлическое состояние. На Земле это никогда и нигде самопроизвольно не происходит, потому что сила тяжести Земли не может создать такое давление в слоях, где присутствует водород (в виде химических соединений или чистого вещества). Металлический водород можно получить только в специальных лабораториях, на специальных установках и в очень небольших количествах, это очень сложная технологическая задача. На Юпитере под слоем твердого водорода находятся центральные области планеты, где, как предполагают ученые, расположено твердое железосиликатное ядро, радиус которого не более 1/8 полного радиуса Юпитера. Существуют модели, согласно которым под газовой оболочкой Юпитера скрывается поверхность, покрытая сплошной коркой водяного льда или даже жидким океаном, масса которого в 30 раз превышает массу Земли. Внутренние области Юпитера сильно разогреты, температура там может достигать нескольких тысяч градусов. Тепловое излучение неизбежно выходит наружу, это сказывается на повышении температуры внешней части атмосферы, что удается зарегистрировать при астрономических наблюдениях Юпитера. Существуют и другие гипотезы о строении внутренних областей Юпитера, но однозначного ответа, какая из точек зрения является верной, пока найти не удается.

3.2.5. Сатурн

Рассказы астрономов о Сатурне часто начинаются с демонстрации необычной картинки: в огромном резервуаре с водой как пробка плавает Сатурн. Смысл этой сказочной картины в том, что средняя плотность вещества Сатурна очень невелика, меньше плотности воды. Поэтому, если бы удалось его погрузить в воду в земных условиях, что, конечно же, возможно только в сказке, то он бы всплыл на поверхность.

Сатурн, благодаря своим знаменитым кольцам, самая эффектная планета Солнечной системы (см. рис. 7 на вкладке). От Солнца он расположен в 2 раза дальше, чем Юпитер, его радиус в 9,5 раза больше земного. Вращение вокруг своей оси, как и у Юпитера, очень быстрое, сатурнианские сутки длятся чуть больше 10 часов. Атмосфера Сатурна содержит в основном водород, гелий и метан. Считается, что и сам Сатурн состоит тоже из водорода и гелия (поэтому его плотность невелика: и водород, и гелий – самые легкие из всех существующих веществ). Наблюдательные данные свидетельствуют, что толщина газовой атмосферы Сатурна близка к 1000 км. Жидкая смесь водорода с гелием расположена ниже и образует всепланетный океан. На глубине около половины радиуса планеты при очень высоких давлении и температуре, так же как и на Юпитере, идет слой металлического водорода. Железосиликатное ядро, расположенное еще глубже, подогревает всю планету и ее атмосферу.

Яркие кольца Сатурна были открыты еще в XVII в. Последние исследования с Земли и с космических аппаратов показали, что кажущиеся сплошными кольца Сатурна в действительности распадаются на множество узких и тонких колечек. Выяснилось, что кольца – не уникальная особенность Сатурна, и другие планеты-гиганты также обладают кольцами, только намного менее яркими, чем кольца Сатурна. Поэтому с Земли они не видны. Но с автоматических станций «Вояджер» обнаружены два кольца вокруг Юпитера. Оправдались также предсказания о существовании колец вокруг Урана и Нептуна. Кольца Сатурна (и всех других планет-гигантов) состоят из покрытых льдом камней, размер которых редко больше 10 м в поперечнике. Толщина колец Сатурна удивительно мала по космическим меркам, всего 2 км, поэтому на снимках, сделанных с Земли, они кажутся совсем плоскими.

3.2.6. Уран и Нептун

Обе эти планеты находятся очень далеко от Солнца, на окраине Солнечной системы. Они по своим свойствам и размерам мало отличаются друг от друга: радиус Урана в 4 раза больше земного, Нептун чуть поменьше Урана. Массы этих планет очень близки. Обе они сравнительно быстро вращаются вокруг своих осей. Так, сутки на Уране близки к 10 часам, на Нептуне они немного длиннее. Но периоды обращения вокруг Солнца для них сильно отличаются. Год на Уране составляет 84 земных года, а нептунианский год – 165 земных лет. Это означает, что с момента открытия Нептуна (это произошло в 1846 г.) до сих пор не прошел и один год на Нептуне.

Атмосферы этих планет-близнецов похожи между собой и похожи на атмосферу Сатурна. В них обнаружен водород, гелий, метан и следы аммиака. Наблюдение с Земли объектов в атмосферах и на поверхностях этих далеких планет – достаточно сложная задача. На Уране с трудом просматриваются слабые сероватые полосы, параллельные экватору, и темно-серые пятна на полюсах. На Нептуне полосы гораздо слабее, для их наблюдения необходимо использовать очень крупные телескопы (см. рис. 8 на вкладке).

Сведения об этих далеких планетах не полны, и поэтому предположения об их внутреннем строении носят предварительный характер. Считается, что их недра напоминают внутреннее строение Юпитера и Сатурна, с тем отличием, что внутри Урана и Нептуна, по всей видимости, отсутствуют слои металлического водорода. Но ядра этих планет также очень горячие, они являются источниками нагрева поверхностей и атмосфер.

3.2.7. Плутон

Эта планета (будем ее называть планетой) труднонаблюдаема с Земли даже в мощные телескопы, поэтому наши сведения о ней не очень многочисленны. Обращается Плутон вокруг Солнца по сильно вытянутой орбите, иногда он приближается к Солнцу ближе, чем Нептун. Период обращения почти 250 земных лет. Размеры Плутона постоянно уточняются, однако известно, что это наименьшая из больших планет Солнечной системы. Один оборот вокруг своей оси Плутон совершает за несколько земных суток. У Плутона есть единственный спутник, названный Хароном, который по размеру только в 3 раза меньше самого Плутона. Расстояние между Плутоном и его спутником очень невелико, всего около 20 000 км, поэтому Плутон и Харон иногда называют двойной планетой.