Космос. Школьный путеводитель

Трудно сказать, что произойдет с человечеством за такой невообразимо долгий период времени. Все люди на нашей планете составляют единый биологический вид, а виды не живут так долго. Быть может, к тому времени на Земле будут существовать люди совсем иного вида. Вполне возможно также, что развитие техники приведет к ситуации, когда разум на Земле примет какие-то иные формы, которые и представить сейчас трудно. В любом случае, Солнце будет оставаться старым добрым светилом на протяжении жизни сотен и тысяч поколений людей.

Превращение Солнца в красного гиганта еще не будет концом нашего светила. В конце концов энергия термоядерной реакции отбросит в космос внешние оболочки Солнца, а силы тяготения сожмут его «выгоревшее» и лишенное ядерной энергии гелиевое ядро в невероятно плотное и массивное образование. Ученые называют такие остатки потухших и постепенно остывающих звезд белыми карликами. В космосе они составляют около одной десятой доли всех звезд. Однако и это еще не полный конец превращения звезды, если она была примерно в полтора раза больше нашего Солнца.

Тогда силы притяжения могут так сильно сжать белый карлик, что последует колоссальный взрыв. Так рождается сверхновая звезда. Ее краткая вспышка в несколько тысяч раз больше яркости обычной звезды. Астрономы изредка наблюдают такие вспышки в космосе. Большая часть взорвавшейся сверхновой звезды разлетается в пространстве со скоростью до 10 тысяч километров в секунду. Оставшееся же после взрыва центральное ядро сжимается в еще более плотную нейтронную звезду. Ее размер может быть крохотным — всего несколько десятков километров, что по звездным меркам совсем мало. Однако масса такого «шарика» чудовищно велика. Один кубический сантиметр нейтронной звезды может весить миллионы тонн!

Судьба звезд зависит от их массы. В космосе существуют звезды, чьи размеры вдвое и вчетверо меньше нашего Солнца. В конце своей жизни они превратятся в белых карликов. Однако существуют звезды, которые в десятки и сотни раз больше нашего светила. Их сжатие в процессе старения может привести к образованию еще одного удивительного космического объекта — черной дыры. Силы гравитации, которые создает такое сверхплотное тело, настолько велики, что их не может преодолеть даже свет. Образно говоря, черная дыра — это своеобразный «провал» в пространстве, из которого ничто не может вылететь. Любопытно, что впервые существование подобных космических объектов было теоретически предсказано еще в XVIII веке. Понятно, что в отличие от остальных небесных явлений непосредственно наблюдать черные дыры сложно. Они ведь, в отличие от звезд, не светятся и ничего не излучают. Недостаток информации о строении черных дыр и о процессах, которые в них происходят, позволяет фантастам строить смелые предположения, что такие бездонные «космические колодцы» являются каналами в иные вселенные.

ПЛАНЕТЫ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Настало время подробнее познакомиться с планетами Солнечной системы. Измерять расстояния, которые отделяют их от Солнца, в километрах неудобно цифры будут получаться с шестью, семью и даже девятью нулями. Поэтому астрономы предложили свой эталон для измерения космических расстояний — так называемую астрономическую единицу (а. е.). Она равна среднему расстоянию Земли от Солнца, то есть 149,6 миллионам километров.

Меркурий

Меркурий — ближайшая к Солнцу планета. Она удалена от нашего светила всего на 58 миллионов километров, что составляет 0,39 астрономических единиц. Благодаря этой особенности Меркурий обегает вокруг Солнца относительно быстро. Меркурианский год длится всего 88 земных суток.

Меркурий — маленькая планета. Ее масса в 18 раз меньше массы Земли, а диаметр, равный 4878 км, в 2,6 раза меньше диаметра нашей планеты. Меркурианские сутки длятся 58,6 земных. Учитывая скорость обращения Меркурия вокруг Солнца, это означает, что день на этой планете сменяет ночь всего дважды в году.

Медленное вращение вокруг своей оси и почти полное отсутствие атмосферы вызывают колоссальные перепады температур на поверхности планеты. Днем солнечные лучи разогревают ее до +360 °C. Ночью под воздействием космического холода поверхность Меркурия остывает в среднем до -160 °C. Поверхность Меркурия напоминает лунный рельеф. Она изрыта кратерами, размер которых меньше лунных. Эти наблюдения подтвердил американский космический аппарат «Маринер-10», который в 1974 г. пролетел вблизи Меркурия и передал на Землю изображения его поверхности.

Свое название первая планета Солнечной системы получила в честь древнеримского бога Меркурия. В древнегреческих мифах Меркурию соответствует Гермес — сын Зевса и горной нимфы Майи, которая была дочерью титана Атланта. Проворный и быстрый Гермес часто служил олимпийским богам в качестве посланника. Он мог быстро летать по воздуху благодаря крылатым сандалиям и шлему с крылышками. Мифы рассказывают, что с детства Гермес отличался изворотливостью, хитростью и умом. Не случайно он стал покровителем торговцев, путешественников и даже мошенников. От бога света Аполлона Гермес получил кадуцей — волшебный посох, который обладал свойством примирять вражду. Решив проверить его свойства, Гермес поместил его между двух сражающихся змей. В ту же минуту рептилии обвили посох, прекратив схватку. С тех пор Гермес часто носил с собой обвитый двумя змеями кадуцей, примиряя с его помощью враждующих людей. Торговля всегда лучше войны!

В современной культуре Меркурий считается символом подвижности, ума, любознательности, красноречия, сноровки и ловкости.

Венера

Вторая планета расположена от Солнца на расстоянии 108 млн. км (0,72 а. е.). Венеру нередко называют самой таинственной планетой Солнечной системы. Дело в том, что от глаз наблюдателей Венеру скрывает мощная атмосфера. Существование этой газовой оболочки было предсказано еще в 1761 году М. В. Ломоносовым, когда 6 июня, наблюдая прохождение Венеры по диску Солнца, он заметил окружавшее планету «тонкое как волос сияние».

Однако «тонкой» венерианская атмосфера воспринимается только с Земли. Масса плотного газового одеяла Венеры, толщина которого достигает почти 70 км, в 100 раз превышает массу земной атмосферы. Такой мощный слой газов создает у поверхности планеты чудовищное давление, равное давлению 90 земных атмосфер. К тому же любое дышащее существо в атмосфере Венеры почти мгновенно погибнет, ведь венерианский воздух состоит в основном из углекислого газа. Три сотые доли атмосферы Венеры приходятся на газ азот, который также непригоден для дыхания У поверхности планеты смесь этих газов может нагреваться до +470 °C. Мало того, плотные венерианские облака представляют собой капельки серной кислоты в довольно высокой концентрации. Несмотря на то что поверхность Венеры напоминает по составу и строению поверхность Земли, говорить о возможности жизни в таких экстремальных условиях не приходится.

Неудивительно, что через плотную и непрозрачную атмосферу ученым долго не удавалось рассмотреть поверхность Венеры. В оптические телескопы они наблюдали лишь внешний газовый покров планеты. Ситуация изменилась, когда ученые смогли «прощупать» Венеру с помощью электромагнитных волн. Тогда был определен диаметр планеты, который составил 12102 км. Дополнительные данные о строении Венеры были получены с помощью российских и американских космических аппаратов. В 1970 г. на поверхность планеты совершила посадку отечественная станция «Венера-7». С ее помощью удалось выяснить, что поверхность планеты покрыта камнями и плитами различных размеров. Местами заметны следы метеоритной бомбардировки.

Венерианский год длится 224,7 земных суток, а смена дня и ночи занимает около 243 земных суток Следовательно, за один год на Венере восход и заход Солнца происходит всего дважды.

За исключением Луны, ни одно небесное тело не подходит к Земле так близко, как Венера. Неудивительно, что на ночном небосводе ее светимость в 120 раз превышает блеск самых ярких звезд. Венеру нетрудно заметить в восточной части неба на заре, либо в западной его части после заката. Эта планета получила свое название в честь древнеримской богини любви, красоты и плодородия Венеры. В Древнем Египте Венере соответствовала богиня Исида, а в Ассирии и Вавилоне — богиня Иштар. Не случайно огромное вулканическое плато этой планеты, сравнимое по размерам с Австралией, получило название архипелага Иштар.

В древнегреческой мифологии Венере соответствовала Афродита. Легенды рассказывают, что она родилась из упавших в море капель крови бога Урана. Морской ветер отнес ее на остров Кипр, где позже был основан храм, посвященный богине любви. Сыном Афродиты и Гермеса был маленький Эрот. От брака с богом виноделия Дионисом у Афродиты родился другой мальчик — Гименей, который связывал влюбленных брачными узами.

По современным поверьям планета Венера является не только символом любви. Она связана с мечтательностью, мягкостью, чувствительностью и романтикой.

Земля

Земля не самая большая и не самая маленькая планета в Солнечной системе. Однако ее положение среди остальных планет уникально. Земля в среднем удалена от Солнца на 149,6 миллионов километров, и именно это расстояние обеспечивает на поверхности нашей планеты диапазон температур, в пределах которых может существовать жизнь. В самых горячих точках ее африканских и североамериканских пустынь температура приближается к +60 °C, в Антарктиде она может опускаться до -90 °C. Для незащищенного человека такой перепад окажется смертельным, средние же температуры на поверхности нашей планеты почти идеально подходят для развития жизни.

Не менее важную роль в поддерживании жизни на Земле играет ее водная оболочка — гидросфера (греч. hydor — «вода»). Она составляет всего 1/4000 долю массы нашей планеты, но зато покрывает более 70 % ее поверхности. Масса земной атмосферы в 275 раз меньше массы гидросферы. Воздушная оболочка Земли составляет менее одной миллионной доли ее массы, однако значение этого воздушного океана трудно переоценить. Хотя земной воздух на 3/4 состоит из безжизненного газа азота, примерно пятая его часть приходится на живительный кислород, который необходим для дыхания. К тому же верхние слои земной атмосферы задерживают опасное для живых существ ультрафиолетовое излучение Солнца.

Длину окружности нашей планеты впервые достаточно точно определил греческий ученый Эратосфен. Вычисленный им диаметр отличался от реального (12756 км) всего на 75 км! При этом надо учитывать, что Земля не является идеальным шаром. Центробежные силы, возникающие в результате ее вращения, слегка растянули планету в районе экватора и чуть сплющили с полюсов. Именно такую форму геоида (греч. ge — «земля», eidos — «вид», «образ») примет резиновый шар, если наполнить его водой и раскрутить в состоянии невесомости.

Самая современная техника позволяет пробурить поверхность Земли на глубину чуть более 12 километров. Ясно, что такие возможности не позволяют добраться до ее внутренних слоев. Ученые исследуют их косвенно, как бы «прослушивая» нашу планету с помощью приборов сейсмографов (греч. seismos — «землетрясение»), которые регистрируют колебания ее поверхности, возникающие при взрывах и землетрясениях. Сейсмологи обнаружили, что Земля состоит из относительно тонкой коры, мощной расплавленной мантии и тяжелого внутреннего ядра, температура которого достигает +6000 °C.

Ученые считают, что «внутренности» Земли раскалились еще в период образования нашей планеты, когда ее «лепили» силы притяжения. Хорошо известно, что энергия удара может служить причиной образования тепла. Так, град ударов молотком может разогреть кусок металла. Около 4,5 миллиардов лет назад на поверхность совсем еще молодой Земли обрушивался град метеоритов, возникших в допланетном облаке. Энергия их ударов, накапливаясь в центральной части планеты, постепенно и разогрела ее.

Толщина земной коры не везде одинакова. В районе континентов она составляет 35–45 км, на дне океанов кора в 4–7 раз тоньше. Самый верхний слой земной коры сложен осадочными породами, которые покоятся на твердых породах — гранитах и базальтах. Наружная твердая оболочка планеты называется также литосферой (греч. lithos — «камень»). Она включает десять больших тектонических плит, как бы плавающих на поверхности жидкой мантии.

Впервые гипотезу об их существовании выдвинул молодой немецкий ученый Альфред Вегенера, которого поразило сходство очертаний западных берегов Африки и восточного побережья Южной Америки. Создавалось впечатление, что в древности одна титаническая плита треснула по неровной линии разлома и разъехалась на две половинки! А может, так и было? Время подтвердило блестящую догадку Вегенера. Континенты действительно двигаются! За последний миллион лет Африка «отъехала» от Антарктиды на шестнадцать километров, Гренландия отодвинулась от Европы на двадцать, а Австралия сместилась на семьдесят километров к северу.

Земля вращается вокруг своей оси, делая полный оборот за 23 часа 56 минут и 4 секунды. Благодаря этому вращательному движению человек, стоящий на линии экватора, несется в окружающем его космическом пространстве со скоростью 1674 километров в час. На самом деле, эта скорость еще больше, поскольку Земля мчится еще и вокруг Солнца, каждую секунду покрывая расстояние в 29, 7 км. В греческой мифологии богиней Земли была Гея, порожденная первозданным и безграничным Хаосом. Созидательной силой, помогавшей Гее творить мир, был могучий Эрос. Ему противостоял мрачный всепоглощающий Тартар. Круг и крест в качестве обозначения Земли стали использоваться лишь с конца XVI века, когда она была признана планетой.

Спутник Земли — Луна

Полная луна является самым ярким объектом ночного неба. В новолуние ее светимость в 2,5 тысячи раз превышает яркость Венеры. Между тем Луна отражает менее одной десятой доли падающих на нее солнечных лучей. Яркость нашего спутника объясняется тем, что Луна — самый близкий к Земле космический обект. В среднем она отдалена от нашей планеты на 384,4 тысячи километров. По вселенским меркам это ничтожно маленькое расстояние. Как ты помнишь, сила гравитации зависит от расстояния между телами. Поэтому, несмотря на малую массу Луны, которая в 81 раз меньше массы Земли, наш спутник оказывает весьма существенное влияние на земные события.

Луна притягивает к себе воду морей и океанов Земли, и в результате на их поверхности возникает плоский водяной «горб». Когда он достигает берега, возникает прилив. Приливы бывают особенно сильными, когда Луна оказывается на одной линии между Землей и Солнцем. В этой ситуации силы притяжения Луны и Солнца дополняют друг друга.

Согласно законам Ньютона, Земля также оказывает гравитационное действие на Луну. Воды на нашем спутнике нет, однако толщина его литосферы не слишком велика; на глубине более 800 км лунные породы разогреты более чем на 900 °C и расплавлены. Возможно, благодаря возникавшим в них приливным явлениям Луна настолько замедлила свое вращение вокруг своей оси, что теперь обращена к Земле одним и тем же полушарием — так называемой видимой стороной Луны. Другими словами, Луна совершает оборот вокруг своей оси за время, в течение которого она облетает вокруг Земли, то есть за 27,3 земных суток.

Движение Луны вокруг Земли очень сложно, его расчеты являются одной из труднейших задач небесной механики. На Луну действует не только Земля, но и Солнце. В результате Луна движется по своей чуть вытянутой орбите не всегда равномерно. К тому же плоскость ее орбиты немного отклонена от плоскости экватора. Вот почему в процессе своего движения вокруг Земли Луна как бы чуть-чуть поворачивается то одним краем своей видимой поверхности, то другим. Поэтому с Земли удается разглядеть чуть более половины поверхности Луны. Ее оборотную сторону люди впервые увидели в 1959 году, когда отечественный космический аппарат «Луна-3» облетел вокруг нашего спутника.

В 1966 году на поверхность Луны впервые была спущена автоматическая станция. Еще через три года ракета «Аполлон-11» доставила на Луну первых людей — американских астронавтов Нила Армстронга и Эдвина Олдрина. В 1970 г. по поверхности Луны начал свое движение первый отечественный самоходный аппарат «Луноход-1». И космонавты и луноходы подтвердили предположения ученых о том, что поверхность нашего спутника покрыта слоем каменной пыли. Ее называют реголитом (греч. rhegos — «покрывало», lithos — «камень»). Толщина реголитового слоя колеблется от нескольких сантиметров до десятков метров. Реголит является результатом постоянной бомбардировки лунной поверхности многочисленными метеоритами, в том числе очень маленькими.

Земля защищена от подобного «обстрела» своей атмосферой, в которой мчащиеся с огромной скоростью метеориты буквально сгорают. Малая масса Луны не позволяет ей удерживать собственную атмосферу (хотя количество газа над лунной поверхностью все же чуть больше, чем в вакууме). Кольцевидные лунные горы — кратеры (греч. krater — «чаша») и огромные плоские равнины — лунные «моря» — являются результатами падения на поверхность Луны крупных метеоритов. Из-за отсутствия атмосферы на поверхности Луны происходят резкие колебания температуры. На освещенной Солнцем поверхности она поднимается до +130 °C, а лунной ночью температура реголита, скал и камней падает до -160 °C.

В греческой мифологии богиней Луны была Селена — сестра бога Солнца Гелиоса. Древние греки по-своему объясняли, почему свет Луны несравним по интенсивности с сиянием Солнца. Один из мифов рассказывает, что однажды, когда Селена проезжала по небу в своей колеснице, запряженной парой могучих волов, внизу на земле она заметила красивого юношу. Селена узнала, что его зовут Эндимионом, и стала брать его в свою повозку во время прогулок по небу. Лишь одна мысль печалила Селену. Она знала, что в отличие от нее Эндимион смертен, и рано или поздно сойдет в подземный мир умерших. Тогда Селена попросила Зевса даровать юноше бессмертие. Зевс перепоручил эту просьбу своему брату Аиду, который обладал властью над смертью. Тот же послал к Эндимиону бога сна Гипноса, который покачал над головой юноши цветами мака. В ту же минуту Эндимион погрузился в беспробудный сон, в котором не было ни старости, ни смерти. Увидев, что случилось с Эндимионом, Селена впала в отчаянье. Ее возлюбленный не старел, но теперь он не мог вымолвить ни слова. Глубокая скорбь овладела Селеной. С тех пор, проезжая ночью по небосклону, богиня Луны льет вниз печальный тусклый свет, вечно грустя по своему Эндимиону.

Марс

Марс — четвертая от Солнца планета. В среднем она удалена от Солнца на 227,4 млн. км (1,52 а, е). и облетает его за 686,9 земных суток. Орбита Марса сильно вытянута, поэтому его расстояние от Земли изменяется в широких пределах. Ближе всего Марс подходит к нашей планете во времена так называемых великих противостояний, которые повторяются каждые 15–17 лет. В это время расстояние между Землей и Марсом сокращается до 56 млн. км. Во время таких сближений двух планет Марс сияет на ночном небе интенсивнее самых ярких звезд. У этой «звезды» оранжево-красный цвет, и потому древние греки связали ее в своем воображении с богом войны Аресом (которому в римской мифологии соответствовал Марс).

Во время великого противостояния в 1877 году американский астроном Астаф Холл разглядел в телескоп два спутника Марса. Холл неплохо знал греческую мифологию и поэтому назвал спутники Деймосом и Фобосом. Согласно древнегреческим мифам Арес был первенцем жены Зевса Геры. Когда Арес подрос, его постоянным занятием стала кровавая война. Боги называли Ареса «вероломным», «беснующимся» и «губителем людей». Своей неразлучной спутницей Арес выбрал богиню раздора Эриду, а своих близнецов-сыновей он назвал Деймос и Фобос, то есть «ужас» и «страх». Неудивительно, что характерами мальчики пошли в своего воинственного отца. До сих пор в астрологии Марс символизирует борьбу, активность, силу, мощь и волю. Эта планета считается воплощением физической энергии, храбрости, вспыльчивости, решительности и боевитости.

Разумеется, ничего ужасного в спутниках Марса нет. Размеры Фобоса — 28×20×18 км, его орбита отстоит от центра планеты на 9350 км. Один оборот вокруг Марса Фобос совершает за треть марсианских суток, которые длятся 24 ч 37 мин. Размеры Деймоса — 16×12×10 км. Он удален от Марса на 23,5 тыс. км и обращается вокруг него за 30 ч 17 мин. Оба спутника лишены атмосферы и всегда обращены к Марсу одной и той же стороной. Поверхность Деймоса и Фобоса покрыта кратерами, самый крупный из которых — Стикни на Фобосе — достигает в диаметре 10 км.

В том же 1877 году итальянский астроном Джованни Скиапарелли составил первую карту Марса и сообщил о тонкой сети линий на его поверхности. В конце XIX века американский астроном Персиваль Ловелл предположил, что они представляют собой специально прорытые каналы, окруженные широкими полосами растительности. Так родилось предположение о существовании на Марсе разумной жизни.

К сожалению, марсианские «каналы» оказались лишь оптической иллюзией. Однако вопрос о существовании живых объектов на Марсе в прошлом остается открытым. Условия, которые царят на этой планете в настоящее время, мало подходят для высокоразвитых организмов. Полярные шапки планеты состоят не изо льда, а из затвердевшего от холода углекислого газа (такие куски «льда» кладут в ящики с мороженым). Если на Марсе и была когда-то вода, то сейчас она присутствует в виде льда, погребенного под грунтом планеты. Разреженная атмосфера Марса непригодна для дыхания и плохо удерживает тепло. Средняя температура поверхности Марса составляет -40 °C и может опускаться до -125 °C.

Поверхность Марса покрыта гигантскими разломами, ущельями и разветвленными каньонами. Все эти впечатляющие геологические образования, длина которых может составлять сотни километров, возникли более миллиарда лет назад, когда на Марсе действовали сотни вулканов, а его поверхность сотрясалась от подземных толчков.

Масса Марса составляет примерно одну десятую часть массы Земли. Из-за меньшей силы притяжения на Марсе часто бушуют пыльные бури, поднимающие в воздух миллиарды тонн пыли, которая несется со скоростью до 360 километров в час. Перемещения этих поистине гигантских масс грунта по поверхности планеты вызывает оптические явления, которые наблюдатели прошлых веков принимали за весеннее распространение марсианской растительности.

Юпитер и его спутники

Юпитер — планета-гигант, пятая по счету от Солнца и самая крупная в Солнечной системе. Ее диаметр на экваторе составляет 142,8 тысяч километров. На долю Юпитера приходится до 2/3 массы всех остальных планет Солнечной системы. Гигант Юпитер в 318 раз массивнее Земли, а его видимая поверхность в 120 раз больше площади нашей планеты. Неудивительно, что своей светимостью на ночном небе он уступает только Венере и Марсу во время противостояний последнего.

Говорить об атмосфере и океане Юпитера трудно, поскольку вся планета представляет собой огромный газовый шар, состоящий в основном из водорода и гелия. Небольшая доля массы Юпитера приходится на другие газы и вещества; некоторые из них придают планете оранжевый цвет. На «глубине» в 25 тысяч километров от границы внешней оболочки Юпитера давление достигает 3 миллионов атмосфер, а температура поднимается до 11 000 °C. Физики рассчитали, что в таких условиях водород должен напоминать расплавленный металл. В самом центре планеты должно по расчетам существовать компактное ядро, состоящее из настоящих расплавленных металлов, температура которых превышает 30 000 °C. Плотность газов на поверхности Юпитера мала, в глубинах планеты — чудовищно велика; средняя же плотность Юпитера близка к плотности воды.

Юпитер, удаленный от Солнца в среднем на 778 млн. км (5,2 а. е.), совершает полный оборот вокруг светила за 11,86 земных лет. Количество энергии, которую Юпитер получает от Солнца, вдвое меньше энергии, исходящей из его нагретых недр. Средняя температура на поверхности его газового океана не превышает -140 °C.