Проектная работа по астрономии "Жизнь Солнечной системы"

Проект по астрономии

Шумаковой Александры

11 «э» класс

Жизнь Солнечной системы

СОДЕРЖАНИЕ

1.      Введение…………………………………………………..…….…………………...…..1—3

2.      Глава I. Жизнь Солнечной системы..……………………………………………...….4—25

3.      Глава II. Жизнь в Солнечной системе ……………………………………………....26—30

4.      Заключение…………………………………………………………………………….…...31

5.      Список литературы………………………………………………………………………...31

ВВЕДЕНИЕ

Цель настоящего проекта — дать расширенное представление о процессах, происходивших и происходящих в Солнечной системе.

В связи с этим требуют решения следующие задачи:

1. Изучить уже имеющиеся данные о Солнечной системе.

2. Сравнить между собой объекты системы.

3. Описать методы и приёмы, которые используются учёными  для поиска жизни в системе.

4. Сделать вывод о возможности существования жизни на тех или иных объектах.

Несмотря на то, что учёными уже было проведено большое количество исследований Солнечной системы, здесь ещё много неизученного. Один из наиболее важных для нас вопросов – вопрос о существовании жизни на каком-либо объекте Солнечной системы – до сих пор открыт. Именно этим во многом определяется актуальность данной темы.

Солнечная система — система небесных тел (Солнце, планеты, спутники планет, планеты-карлики, астероиды, кометы, метеорные тела, космическая пыль), постоянно находящихся в области преобладающего гравитационного влияния Солнца.

Планеты Солнечной системы по массе и составу делят на две группы: небольшие твёрдые планеты земного типа (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и газово-жидкие планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун).

Астрономов интересуют причины, по которым планеты земной группы так сильно отличаются от планет-гигантов. Главная причина очевидна — различное расстояние от Солнца. И дело здесь не только и не столько в количестве тепла и света, получаемом этими планетами. Просто на заре эволюции планетной системы условия формирования планет были различными вблизи Солнца и на большом расстоянии от него. Существенно различались и плотность вещества, из которого формировались планеты, и его химический состав. Вопрос о том, почему существовали такие различия, и как происходило образование планет, пытается решить один из разделов астрономии — космогония. Материалом для размышления космогонистов служат данные о Солнечной системе и других планетных системах, как существующих (экзопланеты), так и формирующихся (протопланетный диск).

Существуют четыре гипотезы происхождения Солнечной системы:

1.                  В XVIII в. немецкий философ Иммануил Кант предположил, что Солнечная система образовалась из облака холодных частиц, находящихся в беспрерывном и хаотичном движении.

2.                  В 1796 г. французский учёный Пьер-Симон Лаплас высказал предположение о том, что происхождение Солнечной системы связано с постоянно вращающейся туманностью, полностью состоящей из газа.

3.                  В начале XX века британский учёный Джеймс Джинс предположил, что своим появлением Солнечная система обязана тесному сближению Солнца с другой звездой, вытянувшей из Солнца сигарообразную струю вещества, из которой потом образовались все планеты.

4.                  В 1944 г. советский учёный Отто Юльевич Шмидт выдвинул гипотезу, из которой следует, что средой, которая служит для образования планет, является фрагмент межзвездного облака, состоящего из газопылевой смеси. В результате хаотичных столкновений частиц в этом фрагменте образуются многочисленные сгущения. Крупные образования со временем увеличиваются в размерах и становятся всё плотнее. Так образуются планетезимали — «зародыши» будущих планет.

Сегодня учёные предполагают, что Солнечная система начала формироваться примерно 4,6 — 5 млрд лет назад. И началось всё с гравитационного сжатия небольшой части медленно вращающегося межзвёздного газопылевого облака. Это облако уже содержало не только водород и гелий, но и многие тяжёлые элементы, которые остались после звёзд предыдущих поколений. Во время сжатия скорость вращения облака увеличилась, температура и плотность вещества возросли. Сильнее всего нагревались центральные области диска. После того, как температура достигла нескольких тысяч кельвинов, центральная область диска начала светиться. Так сформировалась протозвезда. Она продолжала поглощать вещество облака, давление и температура в центре увеличивались. Однако внешние области диска оставались относительно холодными. Когда температура в центре протозвезды достигла миллионов градусов Кельвина, в центральной области началась реакция термоядерного синтеза гелия из водорода. Во внешней области диска крупные сгущения образовали планеты, вращающиеся вокруг центрального светила примерно в одной плоскости и в одном направлении, а также их спутники, астероиды и другие малые тела Солнечной системы. Поскольку ближе к Солнцу температура была очень высокой, то такие лёгкие газы, как водород и гелий, вытеснялись на периферию, а на внутренних планетах происходило накопление более тяжёлых элементов.

В дальнейшем температура понизилась, появилась возможность удерживать лёгкие элементы, поэтому планеты-гиганты в отличие от внутренних членов системы не являются плотными и каменистыми. Они могут иметь твёрдое ядро, но большей частью состоят из жидкости, имеют очень мощную атмосферу, богатую водородом и гелием. Примерно 99,5% суммарной массы планет Солнечной системы приходится на долю планет-гигантов. Но в целом планеты — незначительная часть системы: основная её масса (99,86%) заключена в Солнце, — оно в 715 раз массивнее всех остальных тел Солнечной системы вместе взятых.

Первые несколько сотен миллионов лет, пока формировалась Солнечная система, были очень бурными, множество тел двигались вокруг Солнца по разным орбитам и сталкивались друг с другом. Часть из них разрушалась, часть объединялась в более крупные образования. Удары, которые происходили при столкновениях, привели к тому, что орбиты планет стали похожими на окружности и со временем их движение вокруг Солнца приобрело устойчивый характер. Многие тела Солнечной системы до сих пор хранят следы древней бомбардировки, которая произошла через 500-600 млн лет после формирования системы. Последствия этого периода, который длился несколько сотен миллионов лет, видны до сих пор на поверхности Луны и Меркурия, других планет, их спутников и астероидов в виде многочисленных кратеров ударного происхождения. 

Наблюдаемый радиус Солнечной системы примерно 100 а.е., но сфера, в пределах которой возможно устойчивое движение небесных тел вокруг Солнца — 2*10⁵ а.е., что сравнимо с расстоянием до ближайшей к Земле звезды после Солнца (Проксиме Центавра).

Чем дальше от Солнца находится планета, тем меньше тепла и света она получает, но температура на поверхности зависит также и от наличия и состава атмосферы. У Меркурия, например, практически нет атмосферы, — солнечные лучи беспрепятственно проникают к его поверхности. Максимальная температура на Меркурии достигает почти 700 К. Но самая высокая температура наблюдается на поверхности второй от Солнца планеты — Венеры, находящейся почти вдвое дальше от Солнца. Её мощная атмосфера из углекислого газа удерживает тепло, сохраняя у поверхности одинаковую температуру днём и ночью — примерно 735 К. На Земле среднегодовая температура близка к 290 К, на Марсе (с его очень разреженной углекислой атмосферой) — только 220 К.

Глава 1

ЖИЗНЬ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Планеты земной группы обладают высокой плотностью и состоят преимущественно из кислорода, кремния, железа, магния, алюминия и других тяжёлых элементов. Все планеты земной группы имеют следующее строение: в центре находится ядро из железа с примесью никеля, которое покрывают мантия и кора.

У планет земной группы очень мало спутников: на 4 планеты всего 3 спутника (тогда как у планет-гигантов их более 200). Самый большой спутник — у Земли (Луна). Два маленьких — у Марса (Фобос и Деймос), каждый размером менее 30 км. Меркурий и Венера вообще не имеют спутников.

Среди всех планет земной группы значительным магнитным полем обладает только Земля. У остальных планет оно довольно слабое. Магнитное поле Меркурия примерно в сто раз слабее земного, а у Марса и Венеры оно ещё меньше. Таким образом, среди подобных ей планет Земля выделяется тремя свойствами:

1.                  наличием массивного спутника;

2.                  наличием большого количества жидкой воды на поверхности;

3.                  наличием весьма сильного магнитного поля.

Должно быть, это и сыграло решающую роль в появлении жизни именно на ней.

Изучение карт рельефа поверхностей планет земной группы показало, что перепады высот увеличиваются с расстоянием от Солнца: на Меркурии перепад высот менее 10 км, на Венере — 15 км, на Земле — 20 км (включая океанские впадины), на Марсе — более 30 км. По внутреннему строению планеты земной группы мало различаются: как правило, они имеют металлическое ядро, мягкую мантию и твёрдую кору различной толщины. 

Меркурий – первая от Солнца и самая маленькая планета Солнечной системы. Хотя его магнитное поле слабее земного, при этом оно достаточно сильное, чтобы влиять на движение солнечного ветра вокруг планеты, создавая магнитосферу. На Меркурии нет смены времен года из-за того, что ось вращения планеты почти перпендикулярна плоскости орбиты.

Меркурий – единственная планета Солнечной системы, на которой можно наблюдать движение Солнца в обратную сторону. Скорость вращения планеты вокруг оси практически постоянна, в то время как скорость орбитального движения непрерывно изменяется. На участке орбиты вблизи перигелия (ближайшей к Солнцу точке орбиты) в течение примерно 8 земных суток угловая скорость орбитального движения превышает скорость вращательного движения. В результате Солнце на небе Меркурия останавливается и начинает двигаться в обратном направлении – с запада на восток. На Меркурии можно наблюдать фантастическое явление: два заката и восхода. А если переместиться на меридианы 0 и 180^о, то можно стать свидетелем трёх закатов и восходов за одни сутки.

Дневная сторона Меркурия прогревается на 427 ^оС (от 290 ^оС  до 427 ^оС – в зависимости от положения планеты на её вытянутой орбите), а на ночной – температура падает до -173 ^оС. Планета практически лишена атмосферного слоя, поэтому не способна обеспечивать равномерное распределение нагрева. Поверхность планеты быстро нагревается и остывает, но уже на глубине 1 м суточные колебания перестают ощущаться, а температура становится стабильной, примерно 75 ^оС.

Поверхность Меркурия испещрена кратерами, которые варьируются от маленьких впадин, имеющих форму чаши, до многокольцевых ударных кратеров, имеющих в поперечнике сотни километров. Поверхность Меркурия однородна. Этим Меркурий отличается от Луны и Марса, у которых одно полушарие резко отличается от другого.

Венера – вторая от Солнца планета, которая является самой горячей планетой Солнечной системы. Она третий по яркости объект на небе Земли (после Солнца и Луны). Венера не имеет магнитного поля. Её вращение вокруг своей оси – обратное, то есть происходит в направлении, противоположном движению планеты вокруг Солнца. Давление атмосферы на Венере в 90 раз больше, чем на Земле. Атмосфера Венеры состоит в основном из углекислого газа (96,5%) и азота (3,5%). Содержание других газов очень мало: диоксида серы – 0,018%, аргона – 0,007%, водяного пара – 0,003%.

Наличие мощной атмосферы установлено ещё в 1761 году М.В. Ломоносовым[1]. На высотах 50-70 км Венеру окутывает трехъярусный плотный слой облаков с температурой около 230 К, в которых имеются капельки серной и соляной кислот. Облака образуют мощный сплошной слой, полностью скрывающий каменистую и гористую поверхность планеты. Углекислый газовый океан и плотные облака создают сильный парниковый эффект у поверхности планеты. Именно они делают поверхность Венеры самой горячей в Солнечной системе, хотя планета расположена вдвое дальше от Солнца и получает на единицу площади вчетверо меньше энергии, чем Меркурий. Температура поверхности достигает 480 К. Вода в жидком состоянии при такой температуре находиться не может.

На Венере высока геологическая активность, имеется множество вулканических базальтов и специфичных тектонических образований: венцы, куполообразные холмы, паутинные сети лавовых потоков и тектонических трещин, а вот ударные кратеры – редкий элемент венерианского пейзажа – на всей планете их всего  лишь около 1000. 

Венера довольно интенсивно исследовалась с помощью космических аппаратов: было отправлено около 30 миссий, начиная с 1961 года (первой достигла Венеры советская автоматическая межпланетная станция «Венера-1»). Однако условия на поверхности Венеры таковы, что ни один из космических аппаратов не проработал на планете более 2 ч. Рекордсменом был советский спускаемый аппарат «Венера-12», который работал в течение 127 мин.

Земля – третья от Солнца планета; пятая по размеру среди всех планет Солнечной системы; крупнейшая по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы. Примерное время образования Земли – 4,54±0,04 млрд лет назад. Сам процесс формирования планеты занял примерно 10-20 млн лет.

Земля – это единственная известная планета с активной тектоникой плит, морями и океанами. Примерно 70,8% поверхности планеты занимает Мировой океан. Форма Земли (геоид) близка к эллипсоиду. Экваториальный радиус составляет 6378,1 км. Полярный радиус – 6356,8 км. На полюсе мы ближе к центру Земли примерно на 21 км.

Земля движется вокруг Солнца со скоростью примерно 30 км/с. Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66^о34´. При движении ось остаётся параллельной сама себе. Благодаря этим трём факторам – движению Земли вокруг Солнца, наклону земной оси к плоскости орбиты и сохранению направления оси в пространстве – на Земле существует смена времён года.

  Луна сформировалась позже Земли, примерно 4,527±0,01 млрд лет назад, однако её происхождение до сих пор точно не установлено. Основная гипотеза учёных – Луна образовалась путём гравитационного сжатия из вещества, оставшегося после касательного столкновения Земли с объектом, по размерам близким Марсу и массой 10-12% от земной массы (некоторые называют этот объект Тейя). При этом столкновении высвободилось примерно в 100 млн раз больше энергии, чем в результате того удара метеорита, который, по мысли учёных, вызвал вымирание динозавров. Этого было достаточно для испарения внешних слоёв Земли и расплавления обоих тел. Часть мантии была выброшена на орбту Земли. Под влиянием собственной силы тяжести выброшенный материал принял сферическую форму, – так образовалась Луна.

Астронавт Харрисон Шмитт назвал Луну «пыльным окном в прошлое Земли»[2]: всё, что происходило в космосе в окрестности Земли, отражалось и на Луне, - изменение активности Солнца, периоды интенсивной метеоритной бомбардировки, эволюция орбиты – всё это Луна «помнит» лучше, чем Земля. Однако исследования Луны позволяют нам заглянуть не только в прошлое, но отчасти и в будущее Земли.

Например, обладая менее сильной гравитацией, чем Земля, Луна не смогла удержать у своей поверхности летучие вещества – атмосферу и гидросферу. Такая же участь, по мнению учёных, ожидает и Землю. Пока ещё темп утечки невелик: Земля ежесекундно теряет примерно 3 кг водорода и 50 г гелия (два легчайших газа); однако даже такая струйка может стать существенной за геологический период, а в будущем, когда светимость Солнца заметно возрастёт, темп потери газов станет значительно выше. В то же время остывающие недра Земли уже не будут выбрасывать на поверхность столько газа. Через несколько миллиардов лет земная поверхность станет такой же сухой и незащищённой, как лунная.

Луна – второй по яркости объект на небе после Солнца. Только в отличие от него Луна светит отражённым солнечным светом. Солнце примерно в 400 раз больше по размеру, чем Луна, но по удивительному стечению обстоятельств Луна находится в 400 раз ближе к Земле, чем Солнце. Именно поэтому их видимые диаметры совпадают.

 Действием гравитационного притяжения водных масс к Луне и (в меньшей степени) к Солнцу объясняются в настоящее время явления приливов и отливов[3]. На поверхности океана, обращённой к Луне, образуется водяной бугор, поскольку Земля вращается вокруг своей оси, то он будет перемещаться вслед за движением Луны. За каждые 24 ч 52 мин в одном месте бывает два прилива и два отлива. Солнце, как и Луна, также вызывает приливы, но благодаря большой удалённости солнечные приливы в 2,5 раза меньше лунных. Во время полнолуний и новолуний, когда Солнце, Земля и Луна находятся на одной линии, лунные и солнечные приливы складываются и достигают самой большой величины. Когда Луна находится в первой или последней четверти, во время лунного прилива будет солнечный отлив. Действие Солнца уменьшает действие Луны, и приливы в это время становятся существенно меньше. Любопытно, что приливы и отливы происходят не только в океане, но также в атмосфере и земной коре (поднятие земной коры незначительно).

Из-за отсутствия атмосферы тени на Луне гораздо темнее земных. Все лунные тени – абсолютно чёрные. Во время посадки на Луну, как только космонавты попадали в тень, они больше не могли видеть собственные ноги, несмотря на яркий солнечный диск в небе. Им было сложно обслуживать свой корабль, потому что они не могли видеть, как движутся их руки в тени.

                           

Бóльшую часть времени мы видим Луну, окрашенную в пепельно-серый цвет, но известны случаи, когда на небе появлялась Луна голубого цвета[4]. Оказалось, что во время больших пожаров или извержений вулкана крупные по сравнению с молекулами воздуха частицы пепла рассеивают световые волны, по своей длине соответствующие синему цвету и его оттенкам[5]. У англичан даже есть такое выражение, известное с XVI века: once in a blue moon[6], что означает: «в кои-то веки / раз в сто лет»[7]. Подчёркивается, что «голубая / синяя Луна» - что-то невозможное. Стоит отметить, что совершенно тёмной при полной фазе затмения Луна становится достаточно редко, поскольку солнечный свет рассеивается внутрь тени атмосферой Земли. По этой причине Луна в момент затмения приобретает бордовый цвет. Таким образом, цвет Луны во многом зависит от состояния атмосферы Земли. Она работает, как множество линз, через которые мы смотрим на наш спутник. Существует даже особый термин – астроклимат – обозначающий совокупность атмосферных условий, влияющих на качество астрономических наблюдений. Важнейшие из них – прозрачность воздуха, степень его однородности (влияющая на чёткость изображения объектов), величина фонового свечения атмосферы, суточные перепады температуры и сила ветра. Астрономические наблюдения на Земле производятся со дна воздушного океана. Любопытно, что, будучи сжата до плотности воды, наша атмосфера имела бы толщину 10 метров. В море, например, с такой глубины звёзды практически не видны. Однако наша атмосфера прозрачнее морской воды и позволяет нам видеть Вселенную. Но волнение воздушного океана, плавающие в нём облака и пыль, свечение газов и поглощение ими света звёзд – всё это вынуждает астрономов-наблюдателей стремиться к «всплытию», к продвижению в верхние слои атмосферы.

Луна сейчас обращена к Земле одной стороной. Так было не всегда. Миллиарды лет назад Луна была ближе к Земле, чем сейчас, а периоды вращения Земли и обращения вокруг неё Луны составляли лишь несколько часов. Несколько столетий продолжались телескопические исследования видимой стороны Луны, изучение обратной её стороны началось 7 октября 1959 года, когда впервые в истории науки обратная сторона Луны была сфотографирована автоматической станцией «Луна-3». Примерно через 6 лет, в 1965 году, другая советская автоматическая межпланетная станция «Зонд-3», выведенная на гелиоцентрическую орбиту, передала новые фотографии. Удалось сфотографировать почти все области обратной стороны Луны. Полученные снимки позволили составить карты и атласы обратной стороны Луны, лунные глобусы и полные карты, охватывающие почти всю поверхность Луны.

Характерная особенность лунного рельефа – кольцевые структуры (кратеры). Луна вся покрыта кратерами разного размера – от микроскопических до сотен километров в диаметре. Большинство кратеров образовалось вследствие ударов по поверхности Луны метеоритов и ядер комет на раннем этапе её истории. Ударные кратеры на Земле очень напоминают лунные. Однако земные кратеры разрушает эрозия, а на Луне при отсутствии воздуха, ветра и дождей – основных причин эрозии – сохраняются очень старые образования.

Поверхность Луны покрыта реголитом – смесью тонкой пыли и скалистых обломков, образовавшихся в результате столкновений метеоритов с лунной поверхностью. Ударно-взрывные процессы, которые сопровождают метеоритную бомбардировку, способствуют взрыхлению и перемешиванию грунта, одновременно спекая и уплотняя частицы грунта. Толщина слоя реголита составляет от долей метра до десятков метров. Под реголитом лежит слой пород, выброшенных при образовании крупных кратеров толщиной от нескольких десятков до сотен метров. Ещё ниже, до глубины примерно 1 км, располагаются растрескавшиеся от многочисленных ударов базальтовые породы.

Оценки показывают, что верхний сантиметр лунного грунта перемешивается примерно за 10 млн лет, а слой толщиной в 1 м – за 1 млрд лет. Таким образом, на глубине всего нескольких метров залегают слои возрастом в миллиарды лет (конечно, лишь там, где в ближайшие эпохи не падали крупные метеориты, разрушающие порядок слоёв лунной коры).

На Землю было доставлено в совокупности примерно 380 кг лунного грунта, изучение которого проводилось в лабораторных условиях в специальных камерах, заполненных гелием или в вакууме при температуре 20-140^оС при наибольшей массе образца 2 г. Большая часть грунта хранится в контейнерах и в настоящее время почти недоступна для учёных[8].

Исследования учёных показали, что, несмотря на схожесть с некоторыми земными грунтами, реголит Луны имеет свойства, не характерные для грунтов. В пробах реголита Луны были обнаружены силикатные стекловидные частицы в форме капли или правильных шариков диаметром от 0,05 до 5 мкм и от 40 до 480 мкм. Они в земных грунтах не встречаются[9]. Появление таких капель или шариков связывают с действием тепловых взрывов и ударных эффектов метеоритов.

Образцы лунных пород внешне похожи на земные изверженные базальты. В их состав входят такие химические элементы, как Si, Al, Fe, Ca, Mg и др. Однако в лунных породах содержится тугоплавких элементов Ti, Zr, Cr и др. больше, чем в земных, и меньше – легкоплавких – Pb, K, Na и др. Химический состав различных участков поверхности Луны неодинаков.

Лунные породы относятся к очень древним – их возраст составляет около 4,46 млрд лет, причём самыми молодыми оказались образцы, доставленные из морских районов. Моря Луны покрыты вулканическими породами, образовавшимися в результате лавовых излияний, которые были вызваны ударами о поверхность спутника небольших астероидов около 4 млрд лет назад. Когда-то лунные моря были настоящими морями, только не с водой, а с расплавленной лавой.

Эпоха активного вулканизма на Луне давно завершилась. С течением времени уменьшалась и интенсивность метеоритной бомбардировки лунной поверхности. Благодаря этому на протяжении последних 2-3 млрд лет вид Луны почти не изменялся. Однако ещё и сейчас происходят лунотрясения (напоминают слабые землетрясения). Их регистрируют сейсмографы, установленные на Луне. Данные этих приборов позволили исследовать внутреннее строение Луны, выделив кору (толщиной от 60 до 100 км), мантию (до 1000 км) и ядро (радиус около 750 км).

Марс[10] – четвертая от Солнца и самая изученная планета Солнечной системы. У Марса есть два небольших естественных спутника Фобос (26,8*22,4*18,4 км) и Деймос (15*12,2*10,4 км), которые при вращении вокруг Марса обращены к планете одной стороной.

У Марса было зафиксировано слабое магнитное поле – в тысячу[11] раз слабее земного. Планету окружает разреженная атмосфера, состоящая в основном из углекислого газа: углекислый газ – 95%, азот – 2%, водяной пар – 0,01%, кислород – 0,3%. Давление у поверхности в 160 раз меньше земного, то есть плотность атмосферы и её давление у поверхности такие, как в атмосфере Земли на высоте 30 км.

Земля и Марс вращаются одинаково правильно: в прямом направлении, с суточным периодом около 24 часов, и даже оси их вращения наклонены почти на одинаковый угол: между полярной осью и перпендикуляром к орбитальной плоскости у Земли угол 23^о, а у Марса — 25^о. Именно этот наклон приводит к смене времен года на Земле и Марсе (каждый сезон на Марсе в два раза продолжительнее земного).

Марс получает в 2,3 раза меньше тепла от Солнца, чем Земля, так как находится в 1,52 раза дальше от Солнца, чем наша Земля. При наиболее благоприятных условиях летом на дневной половине планеты воздух прогревается до 20 ^оС (на экваторе – до 27 ^оС). Однако зимней ночью температура может достигать даже на экваторе от -80 ^оС до -125 ^оС, а на полюсах ночная температура может доходить до -143 ^оС. Разреженная атмосфера не может хранить тепло, полученное днём поверхностью планеты, и в ночное время оно быстро излучается в мировое пространство.

В полдень небо Марса жёлто-оранжевое. Причина – свойства тонкой, разреженной, содержащей взвешенную пыль атмосферы Марса.

Испарение углекислого газа в полярных шапках приводит к возникновению ветров, скорость которых составляет 10-40 м/с, а иногда доходит до 100 м/с. Ветер поднимает с поверхности большое количество пыли, что приводит к пылевым бурям. Сильные пылевые бури практически полностью скрывают поверхность планеты на несколько месяцев.

Основная составляющая почвы – кремнезём (20-25%), содержащий примесь гидратов оксидов железа (до 15%), придающих почве красноватый цвет. Имеются значительные примеси соединений серы, кальция, алюминия, магния, натрия. Под поверхностью Марса обнаружены обширные скопления льда с примесью твёрдой углекислоты.

Особенность поверхностного рельефа Марса – ударные кратеры, наподобие лунных, а также вулканы, долины, пустыни и полярные ледниковые шапки, наподобие земных. Полушария Марса очень сильно различаются по характеру поверхности: в южном полушарии поверхность возвышается на 1-2 км над средним уровнем и густо усеяна кратерами; в северном – большая часть поверхности находится ниже среднего уровня, здесь мало кратеров, и основную часть занимают относительно гладкие равнины, по всей видимости, образовавшиеся в результате затопления лавой и эрозии.

Уникальные детали рельефа Марса – долины Маринер и гора Олимп. Долины Маринер – это гигантская система каньонов на Марсе, которая имеет длину 4500 км (1/4 окружности планеты), ширину – 200 км, глубину – до 11 км и является самым крупным из известных каньонов. Гора Олимп – это потухший вулкан на Марсе, высочайшая гора на планетах Солнечной системы. Высота Олимпа – 26 км от основания, диаметр – около 540 км.

Между орбитами Марса и Юпитера расположен Пояс астероидов – относительно небольших небесных тел Солнечной системы размером более 30 м. Астероиды значительно уступают по массе и размерам планетам, имеют неправильную форму, у них отсутствует атмосфера, хотя при этом могут быть спутники. В настоящий момент в Солнечной системе обнаружены сотни тысяч астероидов, ежегодно ученые открывают десятки тысяч новых. Предполагается, что в Солнечной системе может находиться от 1,1 до 1,9 млн объектов, имеющих размер более 1 км.

Группа более удалённых от Солнца планет, включающая Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, совершенно не похожа на группу планет земного типа. Это очень массивные планеты-гиганты. Средняя плотность вещества этих планет очень низкая: от 0,7 г/см³ у Сатурна до 1,6 г/см³ у Нептуна. У этих планет нет твёрдой поверхности в привычном для нас смысле. Они состоят в основном из водорода и гелия. Их видимая поверхность не что иное, как облачный покров мощной атмосферы, окружающей океан жидкого молекулярного водорода.

Периоды обращения планет-гигантов вокруг Солнца весьма велики: от 12 лет у Юпитера до 164 лет у Нептуна. Но вокруг своей оси они вращаются очень быстро, быстрее любой из планет земной группы: средний период вращения видимых поверхностей Юпитера и Сатурна составляет около 10 часов, а Урана и Нептуна — около 17 часов. Все планеты-гиганты окружены системами колец и множеством спутников, большая часть из которых была открыта в последние десятилетия.

Все планеты-гиганты имеют мощные протяжённые атмосферы, которые состоят в основном из молекулярного водорода и гелия (от 6 до 15% по объёму), также здесь присутствуют метан, аммиак, вода и другие соединения. Газы их атмосфер уплотняются к центру, превращаясь в жидкость, а затем – в твёрдое ядро, состоящее из металлического водорода (известно, что при высоком давлении и температуре водород приобретает свойства металлов).

Расчёты учёных показывают, что у Урана и Нептуна над ядром должна находиться мантия из смеси водяного и аммиачно-метанового льда. Поэтому эти планеты иногда называют ледяными гигантами, а Юпитер и Сатурн – газовыми.

Из-за быстрого вращения планеты-гиганты значительно сжаты на полюсах. Их экваториальный радиус значительно больше полярного. Скорость вращения экваториальных зон больше, чем полярных.

В атмосферах газовых планет дуют сильные ветры со скоростью в несколько тысяч километров в час. Есть постоянные атмосферные образования, представляющие собой гигантские бури. Например, Большое красное пятно (размер которого в несколько раз превышает размеры Земли) на Юпитере наблюдается уже более 300 лет. Также имеется Большое тёмное пятно на Нептуне и более мелкие пятна – на Сатурне. Вокруг планет обнаружены сильные магнитные поля.

На полюсах Юпитера и Сатурна наблюдаются мощные полярные сияния. Любопытно, что Юпитер, Сатурн и Нептун выделяют существенно больше энергии, чем получают от Солнца.

Юпитер – самая большая планета Солнечной системы. Масса Юпитера в 2,47 раза превышает суммарную массу всех остальных планет Солнечной системы, взятых вместе. Во время великих противостояний (например, в 2022 году) Юпитер виден невооружённым глазом как один из самых ярких объектов на ночном небе (после Луны и Венеры). Четыре самых крупных спутника Юпитера хорошо видны даже в небольшой телескоп.

Характерной особенностью внешнего облика Юпитера являются его красно-коричневые полосы, связанные с интенсивными атмосферными процессами. Большое красное пятно – самая мощная буря в Солнечной системе. Красный цвет этой устойчивой гигантской бури представляет собой загадку. Одно из возможных объяснений такого окрашивания – химические соединения, содержащие фосфор. Буря выглядит, как тёмно-красная сфера, окружённая жёлтыми, оранжевыми и белыми слоями.

                   

 Сила тяжести на поверхности Юпитера (за которую обычно принимают верхний слой облаков) более чем в 2,4 раза превосходит земную. Температура на уровне облачного слоя в атмосфере Юпитера составляет – 140^оС. Юпитер имеет самое сильное магнитное поле из всех планет, которое на полюсах в 20 тыс. раз сильнее земного. Оно простирается на миллионы километров в космос, достигая при этом орбиты Сатурна.

Юпитер окружён большим количеством спутников, по последним данным (февраль 2023 года), открыто 95 спутников. Четыре самых крупных спутника – Ио, Европа, Ганимед и Каллисто открыты ещё в 1610 году Галилео Галилеем. Характерная особенность крупных спутников – все они вращаются синхронно и всегда обращены к Юпитеру одной и той же стороной вследствие влияния мощных приливных сил планеты-гиганта.

Ио – самый близкий к планете из четырёх спутников Галилея; наиболее геологически активное тело Солнечной системы: на нём находится более 400 действующих вулканов. На большей части поверхности Ио находятся обширные равнины, покрытые замороженной серой или диоксидом серы.

Европа – самый гладкий объект в Солнечной системе. Покрыта слоем льда толщиной от 50 до 100 км. На этом спутнике крайне мало кратеров, но много трещин, подо льдом Европы расположен океан. Атмосфера крайне разреженная, состоит в основном из кислорода.

Ганимед – это единственный спутник в Солнечной системе, у которого есть собственное магнитное поле. Состоит Ганимед из примерно равного количества силикатных пород и водяного льда. Учёные предполагают, что в его недрах на глубине примерно 200 км между слоями льда есть океан жидкой воды.

Каллисто – это второй по размеру спутник Юпитера, третий по величине спутник в Солнечной системе (после Ганимеда и Титана). Характерная особенность поверхности Каллисто – многокольцевые структуры («цирки») и большое количество ударных кратеров различной формы.

Интересная особенность названий спутников Юпитера: если названия заканчиваются на «е» - Карме, Синопе, Ананке, Пасифе и др., это значит, что они обращаются вокруг планеты в обратном направлении (их движение называется ретроградным) и, предположительно, образовались они не одновременно с Юпитером, а были захвачены его гравитационным полем позднее.

В 1994 году комета Шумейкера – Леви врезалась в Юпитер и оставила после себя след размером с Землю, который сохранялся в течение года. Тогда учёные считали, что Юпитер защищает Землю от комет и астероидов: благодаря мощному гравитационному полю Юпитер притягивает к себе большинство космических тел, прежде чем они успеют достичь Земли. Однако в настоящее время результаты исследований утверждают обратное. В Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене было смоделировано движение космических тел в Солнечной системе. Оказалось, что Юпитер и Сатурн, вероятно, наоборот, забрасывают космический мусор во внутреннюю часть Солнечной системы, где он может столкнуться с Землёй.

Сатурн – вторая по размерам планета в Солнечной системе. Внешняя атмосфера Сатурна из космоса кажется спокойной и однородной, хотя иногда на ней появляются долговременные образования. Например, облака на северном полюсе Сатурна образуют гигантский шестиугольник и в течение более чем 20 лет сохраняют свою структуру, несмотря на вращение. Стоит отметить, что подобное явление никогда не наблюдалось ни в одном другом месте Солнечной системы. Скорость ветра на Сатурне может достигать местами 1800 км/ч, что значительно превышает скорость ветра на Юпитере. Температура на уровне облачного слоя – 176^оС.

У Сатурна есть магнитное поле, которое занимает промежуточное положение по напряжённости между магнитным полем Земли и Юпитера.

Характерная особенность Сатурна – его кольца, планета обладает самой заметной системой колец в Солнечной системе. Кольца состоят преимущественно из частичек льда, тяжёлых элементов и пыли. Расположены под углом примерно 28^о к плоскости эклиптики. Поэтому с Земли в зависимости от взаимного расположения планет они выглядят по-разному: их можно увидеть и в виде колец, и с ребра. Кольца Сатурна очень тонкие: при диаметре около 250 тыс. км их толщина не достигает и километра.  Любопытно, что кольца отражают больше света, чем диск самого Сатурна.

Титан – это замёрзший вариант Земли, где метан вместо воды, вода вместо камня, а погодные циклы длятся столетиями. Вероятно, атмосфера Титана напоминает атмосферу юной Земли в период зарождения на ней жизни. Более того: средняя плотность Титана (1,88 г/см³) указывает на то, что он наполовину состоит из камня (ядро), наполовину из воды (мантия и кора) и покрыт углеводородами. Математические модели предсказывают, что толщина ледяной коры составляет около 50 км, а ниже лежит океан жидкой воды, возможно, с аммиаком. Глубина этого «нашатырного» океана должна достигать сотен километров. Некоторые учёные полагают, что там может быть жизнь.

Ещё один спутник Сатурна – Энцелад. Его невысокая плотность (1,6 г/см³) говорит о преимущественно водном составе его недр. На это же указывает идеально сферическая форма этого небольшого тела. Действительно, вся его поверхность покрыта льдом, причём очень чистым, прекрасно отражающим солнечный свет. По этой причине там очень холодно, почти – 200^оС на поверхности. Удивительной особенностью Энцелада является неоднородное распределение метеоритных кратеров по его поверхности: северное полушарие покрыто ими довольно густо, а южное почти лишено кратеров. Учитывая тот факт, что метеориты не падают прицельно, остаётся заключить, что ледяная поверхность южного полушария в геологическом смысле более молодая, то есть существуют процессы, «стирающие» там кратеры.

Всё это было известно довольно давно. Учёные высказывали даже предположения, что несколько сотен миллионов лет назад на Энцеладе происходили извержения ледяных вулканов, выбросы которых омолодили поверхность. Однако полной неожиданностью для исследователей было то, что в наши дни на поверхности спутника бьют фонтаны. Наблюдения с борта аппарата «Кассини» показали, что струи воды (в виде пара и льдинок) взмывают над поверхностью Энцелада с такой силой, что частично даже улетают в космос (эти струи были открыты на изображениях, которые передал «Кассини» в момент, когда, пролетая мимо Энцелада, он получил команду «посмотреть» назад, в направлении Солнца; на полученных изображениях видно несколько струй, вылетающих из тех мест, где раньше были обнаружены разломы поверхности). 9 октября 2008 года «Кассини» прошёл на расстоянии всего 25 км над поверхностью Энцелада и прямым анализом доказал, что фонтаны водяные. В составе пара 91% воды, 4% азота, 3,2% двуокиси углерода и 1,7% метана.

Так, до недавнего времени астрономы знали только три объекта в Солнечной системе, где наблюдается активный вулканизм: это Ио (спутник Юпитера), Земля и в незначительной степени Тритон (спутник Нептуна). Сегодня к этим объектам добавился Энцелад с его водно-ледяными вулканами.

Жидкая вода на Энцеладе открывает перспективы для поиска внеземной жизни. Фактически это открытие существенно раздвигает границы, в пределах которых в Солнечной системе существуют условия, приемлемые для живых организмов. Наряду с Титаном Энцелад теперь стал приоритетным объектом исследований в системе Сатурна и одним из самых притягательных мест в Солнечной системе для экзобиологов.

Уран и Нептун невооружённым глазом наблюдать мы не можем. Температура в верхних слоях атмосферы этих планет близка к – 220^оС. Масса, размер, состав атмосфер, внутреннее строение у них очень схожи.

Отличительная особенность Урана – ориентация в пространстве – его ось вращения лежит «на боку» относительно плоскости обращения этой планеты вокруг Солнца (ось вращения наклонена на 98^о и лежит почти в плоскости его орбиты). И как следствие – планета бывает обращена к Солнцу попеременно то северным полюсом, то южным, то экватором, то средними широтами. Именно поэтому движение Урана вокруг Солнца совершенно особенное: он катится вдоль своей орбиты, переворачиваясь с боку на бок. Есть вероятность, что это произошло из-за того, что уже сформировавшаяся планета Уран столкнулась с каким-то другим довольно крупным космическим телом, в результате чего её ось вращения сильно отклонилась от первоначального направления.

Атмосфера у Урана выглядит однородно, в то время как поверхность Нептуна охвачена быстро движущимися облаками и бурями. Выявлено, что в атмосфере Нептуна бушуют самые сильные ветры среди всех планет Солнечной системы, по оценкам некоторых специалистов, их скорость может достигать 2100 км/ч. Кольца вокруг Урана относительно большие и широкие, а кольца Нептуна очень сложно увидеть даже в очень мощный телескоп.

Спутниковая система Урана наименее массивна среди спутниковых систем газовых гигантов.

По составу атмосферы и вещества самой планеты Нептун больше всего похож на Уран, однако у него есть и  характерная особенность – синяя окраска, которая обусловлена значительным содержанием метана в атмосфере планеты. С Земли Нептун можно наблюдать только один раз за нептунианский год: в день открытия – 26 сентября 1846 года, а затем в 2011 году, когда прошёл ровно нептунианский год, который составляет 164, 79 земных лет.

За орбитой Нептуна располагается второй пояс астероидов – пояс Койпера. Он похож на главный пояс астероидов, однако примерно в 20 раз шире и в 20-200 раз массивнее последнего. Как и пояс астероидов, он состоит в основном из малых тел, т.е. материала, оставшегося после формирования Солнечной системы. В отличие от объектов главного пояса астероидов, состоящих в основном из горных пород и металлов, объекты пояса Койпера сложены в основном изо льда с примесями метана, аммиака.

Несмотря на то, что Земля значительно больше всех известных астероидов, столкновение с телом размером более 3 км может привести к уничтожению цивилизации. Столкновение с телом меньшего размера (но более 50 м в диаметре) может закончиться многочисленными жертвами и гигантским экономическим ущербом.

Чем больше и тяжелее астероид, тем бóльшую опасность он представляет, однако и обнаружить его в этом случае гораздо легче. Наиболее опасным на данный момент считается астероид Апофис (его диаметр около 300 м), при столкновении с которым может быть уничтожена целая страна.

Этот астероид был обнаружен астрономами 19 июня 2004 года. По Туринской шкале[12], показывающей степень опасности, которая исходит от определённого небесного объекта, опасность астероида Апофис оценивается некоторыми учеными до 4.    

0 – нет риска; 1 – событие, требующее проверки; 2-4 – событие, заслуживающее беспокойства; 5-7 – событие угрожающего характера; 8-10 – неизбежное столкновение.

6 марта 2021 года Апофис проходил вблизи Земли (на высоте 32 тыс. км), не причинив ей видимого вреда. В следующий раз этот астероид появится в околоземном пространстве 13 апреля 2029 года.

С 2016 года в России работает телескоп АЗТ-33 ВМ по обнаружению опасных небесных тел. Он способен опознать опасный астероид размером 50 м на расстоянии до 150 млн км за 30 с. Это даёт возможность заранее (самое малое – за месяц) заметить потенциально опасные для планеты тела.

Столкновения Земли с астероидами, как известно, случались. Одно из таких столкновений, произошедшее 65 млн лет назад, привело, по предположениям некоторых учёных, к тому, что вымерли динозавры: после столкновения, которое произошло в районе Мексики, взметнувшиеся в атмосферу пыль и пепел из-за возникших пожаров привели к глобальному похолоданию, в результате которого и вымерли динозавры и другие животные. Выжили, по всей видимости, небольшие животные, прятавшиеся в норах, потомком которых, возможно, является человек.

Кометы – ещё один вид небесных тел, которые находятся в Солнечной системе и за её пределами. Это небольшие небесные тела, обращающиеся вокруг Солнца по вытянутым орбитам, наклонённым под разными углами к плоскости эклиптики.

Вещество кометы сосредоточено в её ядре, которое состоит из смеси замерзших льдов (воды, метана, углекислого газа, азота), пылинок, металлических и каменных частиц различных размеров. Когда комета приближается к Солнцу, она нагревается, из ядра начинают выделяться газ и пыль, которые образуют голову и хвост кометы. Чем ближе к Солнцу приближается комета, тем сильнее прогревается вещество, больше становится её хвост, иногда достигая в длину нескольких миллионов километров. Благодаря световому давлению и солнечному ветру хвост кометы, как правило, направлен в сторону от Солнца. Удаляясь от Солнца, хвост кометы уменьшается, комета становится плохо видна.

Через определённый промежуток времени некоторые кометы возвращаются обратно. Кометы с периодом обращения вокруг Солнца менее двухсот лет учёные относят к короткопериодическим, с более длинным периодом обращения – к долгопериодическим. В настоящее время обнаружено более восьмисот короткопериодических комет. Предполагается, что они приходят из пояса Койпера, а начало орбит долгопериодических или непериодических[13] комет, которых насчитывается несколько тысяч, находится в гипотетической области, называемой облаком Оорта, которая окружает нашу Солнечную систему.

Облако Оорта – это внешняя область Солнечной системы, простирающаяся приблизительно от 2 тыс. до 200 тыс. а. е. от Солнца. Предполагается, что в этой области движутся многие миллиарды ядер комет. Внутреннюю часть облака Оорта радиусом от 2 тыс. до 20 тыс. а. е. обычно называют облаком Хиллса. У объектов в этой области гравитационная связь с Солнцем довольно прочная, поэтому приливное влияние соседних звёзд и Галактики в целом не оказывают на них серьёзного влияния. На расстоянии более 20 тыс. а. е. объекты облака Оорта слабо связаны с Солнцем и легко меняют свои орбиты под влиянием гравитационных возмущений со стороны околосолнечных звёзд. На расстоянии более 150-200 тыс. а. е. притяжение к Солнцу становится слабее приливного влияния Галактики и поэтому не способно удерживать объекты. Это внешняя гравитационная граница Солнечной системы.

Периодичность одной из комет впервые заметил английский учёный Эдмонд Галлей. Именно он доказал, что кометы, наблюдаемые в небе в 1531, 1607 и 1682 годах – это одна и та же комета, и по этой причине смог предсказать её возвращение в 1759 году. Эта комета стала называться кометой Галлея. Каждые 75-76 лет комета возвращается к Солнцу. В следующий раз её появление ожидается в конце июля 2061 года, однако во время этого «визита» комета не подойдёт к Земле ближе чем на 71 млн км. А вот возвращение 2134 года будет впечатляющим, так как комета 7 мая 2134 года будет находиться от Земли на расстоянии всего 13,7 млн км.

Ученые определили, что ядро кометы Галлея примерно на 50% состоит изо льда, а остальное составляют пыль и другие нелетучие вещества. Лёд состоит в основном из воды (80%) и окиси углерода (10%), а остальное – формальдегид, двуокись углерода, метан, аммиак и синильная кислота. Количество пыли вблизи ядра оказалось значительно выше ожидаемого.

Ядро покрывает очень тёмная кора: она чернее угля, от неё отражается только 4% света. Возможно, кора покрыта слоем органических соединений. В некоторых местах коры видны разломы, сквозь которые просматривается подкорковое вещество, состоящее в основном из водяного льда с вкраплениями  тёмных пылинок. Поскольку ядро кометы вращается вокруг своей оси с периодом около двух суток, лёд испаряется Солнцем и превращается в газ, который, вылетая из ядра, захватывает с собой пылевые частицы. Скорость убегания с поверхности ядра всего около 2 м/с. С кометой Галлея, теряющей по пути пыль, связаны два ежегодных метеорных потока: Эта-Аквариды, наблюдающийся с 24 апреля по 20 мая, и Ориониды, наблюдающийся 17-26 октября.

Яркие кометы привлекают всеобщее внимание. В прошлом их появление вызывало страх и служило источником вдохновения для художников. Интерес учёных к кометам связан с тем, что в их твёрдых ядрах при низкой температуре миллиарды лет сохраняется исходное вещество, из которого сформировалась Солнечная система. При сближении кометы с Солнцем все её внешние проявления так или иначе связаны с ядром. Американский астроном Фред Уиппл (1906-2004) предполагал, что оно является монолитным телом в основном из водяного льда и частиц пыли. Такая модель «грязного снежка» легко объясняет многократные пролёты комет вблизи Солнца: каждый раз с ядра испаряется тонкий поверхностный слой (0,1-1% полной массы), сохраняя внутреннюю часть. Возможно, ядро является конгломератом нескольких «кометезималей», каждая не более 1 км в диаметре. Такая структура могла бы объяснить распад ядер на части, как это наблюдалось у кометы Биелы в 1845 году или у кометы Веста в 1976 году.

Сближения космических зондов с ядрами нескольких комет, начиная с кометы Галлея, позволило рассмотреть их детально: внешне они скорее напоминают монолиты, чем груду камней.

Двигаясь по своей орбите, Земля часто встречается со множеством различных мелких тел, летящих со скоростями 11-72 км/с. Светящийся след, остающийся на мгновение после разрушения влетевшего в атмосферу планеты небольшого космического тела называется метеором. В народе метеоры часто называют «падающими звёздами».

Греческое слово meteora означает «атмосферное (или небесное) явление», а meteoros – «то, что в верхнем воздухе». Во французском языке и ныне слово «метеор» означает не только «падающую звезду», но и любое кратковременное атмосферное явление, в том числе радугу, гало, молнию, некоторые виды осадков.

В узком смысле слова метеор – это светящаяся полоса вдоль трассы распадающейся частицы. Однако в обиходе этим словом часто обозначают и саму частицу, хотя по-научному она называется метеороидом. Если часть метеороида достигает поверхности планеты, её называют метеоритом. Метеоры чрезвычайно высокой яркости называют болидами.

В хороших условиях, вдали от городских огней и при отсутствии яркого лунного света, наблюдатель может заметить 5-10 метеоров в час. У большинства метеоров свечение продолжается около секунды и выглядит слабее самых ярких звёзд. После полуночи метеоры появляются чаще, поскольку наблюдатель в это время располагается на передней по ходу орбитального движения стороне Земли, на которую попадает больше частиц. Каждый наблюдатель может видеть метеоры в радиусе около 500 км вокруг себя. Всего же за сутки в атмосфере Земли возникают сотни миллионов метеоров. Полная масса влетающих в атмосферу частиц оценивается в тысячи тонн в сутки – ничтожная величина по сравнению с массой самой Земли. Измерения с космических аппаратов показывают, что за сутки на Землю попадает также около 100 т микроскопических пылевых частиц, слишком мелких, чтобы вызвать появление видимых метеоров.

Высота, на которой метеор начинает светиться или отмечается радаром, зависит от скорости входа частицы. Для быстрых метеороидов эта высота может превышать 110 км, а полностью частица разрушается на высоте около 80 км. У медленных метеороидов это происходит ниже, где больше плотность воздуха. Метеоры, сравнимые по блеску с ярчайшими звёздами, образуются частицами с массой в десятые доли грамма. Более крупные метеороиды обычно разрушаются дольше и достигают малых высот. Они существенно тормозятся из-за трения в атмосфере. Редкие объекты опускаются ниже 40 км. Если метеороид достигает высот 10-30 км, то его скорость становится менее 5 км/с и он может упасть на поверхность в виде метеорита.

В 1898 году в России был принят закон, объявляющий метеориты государственной собственностью. Согласно этому закону «метеориты подлежат передаче в Правительственные Музеи. Лицо, нашедшее метеорит, обязано либо само перепроводить его в Музей по своему выбору, либо сдать его кому-нибудь из чинов учебных ведомств, либо сдать местной администрации или, наконец, указать место находки». За находку метеорита полагалась премия, размер которой определяла Академия наук. Судя по всему, впервые премия была выплачена за находку метеоритного падения Богуславка в 1916 году. 

Во времена Советской власти премии выплачивались регулярно на основании различных нормативных документов, например, постановления №13095 СНК от 12.05.41, распоряжения Совета Министров СССР №7501-р от 4.04.1952, положения о музейном фонде СССР №273 от 26.07.65 и др. Размер премирования различался. Например, за находку наблюдавшегося падения метеорита Царев в 1922 году. Академия обязалась выплатить 100 золотых рублей. Этот метеорит был найден только в 1979 году, и первая выплаченная премия составила 400 руб. В 1954 году за находку метеорита Никольское были выданы две премии по 500 рублей.

За всю историю существования премирования от денежного вознаграждения за находку метеорита отказались по идейным соображениям только три человека. Одним из них был выдающийся учёный Петр Людвикович Драверт (1879-1945), исследователь минералогии, геологии и этнографии Сибири, который нашел 5 метеоритов, причем наблюдавшееся падение метеорита Хмелевка он искал 8 лет.

В годы перестройки выплата метеоритных премий прекратилась. Однако в 2003 году Академия Наук объявила о возобновлении практики премирования. В этом году были выплачены две премии за находку метеоритного дождя Дронина в размере 30 и 10 тыс. рублей[14].

Состав метеоритов бывает различным. Некоторые состоят в основном из сплава железа и никеля (до 40%). Среди упавших метеоритов всего 5,7% железных, но в коллекциях их доля значительно больше, поскольку они медленнее разрушаются под влиянием воды и ветра, к тому же их легче обнаружить по внешнему виду. Если отполировать срез железного метеорита и слегка протравить кислотой, то часто на нём можно увидеть кристаллический рисунок из пересекающихся полос, образованный  сплавами с различным содержанием никеля. Этот рисунок называют «видманштеттеновыми фигурами» в честь австрийского печатника и учёного-минералóга А. де Видманштеттена (1753-1849), первым наблюдавшего их в 1808 году.

Каменные метеориты подразделяют на две большие группы: хондриты и ахондриты. Наиболее часто встречаются хондриты, составляя 84,8% от всех упавших метеоритов. Они содержат округлые зёрна миллиметрового размера – хондры; некоторые из метеоритов почти целиком состоят из хондр (ахондриты лишены хондр). В земных породах хондры не найдены, но похожие по размеру стекловидные зёрна обнаружены в лунном грунте. Возможно, хондры являлись исходным веществом планет. Химики тщательно изучили их, поскольку химический состав хондр, вероятно, представляет первичное вещество Солнечной системы. Этот стандартный состав называют «космическим обилием элементов». В хондритах определённого типа, содержащих до 3% углерода и 20% воды, усиленно искали признаки биологического вещества, но ни в этих, ни в других метеоритах не обнаружили никаких признаков живых организмов. 

Глава 2

ЖИЗНЬ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ

До сих пор Луна остаётся единственным небесным телом, образцы вещества которого были доставлены на Землю и детально изучены на предмет биологической активности.

В Солнечной системе Луна, как и Земля, занимает наиболее благоприятное для жизни место — самую середину «зоны жизни». Чуть ближе к Солнцу слишком жарко (Венера), чуть дальше от Солнца слишком холодно (Марс). И только на орбите Земли — Луны средняя температура поверхности планеты немного выше нуля по Цельсию — идеальная температура для органической формы жизни.

Однако для известной нам формы жизни важна не только подходящая средняя температура, но и отсутствие сильных колебаний температуры, а на лишённой атмосферы Луне эти колебания значительно сильнее, чем на Земле. Другое неблагоприятное свойство лунной поверхности — отсутствие жидкой или газообразной воды (в вакууме живая клетка быстро высыхает, и активные биологические процессы в ней прекращаются). Несмотря на это учёные, убеждённые в высокой приспособляемости живых организмов, не теряли надежды найти жизнь на Луне. Они принимали во внимание следующий факт: не прикрытая атмосферой поверхность Луны днём нагревается Солнцем до +130 ^оС, а ночью остывает до -170 ^оС, но под верхним слоем лунного грунта, уже на глубине 1 м почти не ощущаются колебания температуры: там постоянно около -40 ^оС.

Сотни килограммов лунного грунта были исследованы, однако следов органической жизни обнаружить так и не удалось. Оказалось, что учёные не учли один фактор — функцию атмосферы — на Земле атмосфера защищает живых организмов от влияния космической радиации, на Луне такой защиты нет.  На открытую лунную поверхность беспрепятственно попадают губительные для жизни ультрафиолетовые и рентгеновские солнечные лучи, а также заряженные космические частицы.

На данный момент учёные уверены, что на поверхности Луны условий для жизни нет; органическая жизнь не могла там зародиться и не может поддерживаться.

Анализ биологической активности можно проводить и на поверхности изучаемой планеты, оснастив спускаемый аппарат автоматической биолабораторией, что и было сделано несколько раз при исследовании Марса. На других небесных телах, атмосферы и поверхности которых достигли спускаемые аппараты, отсутствовали астробиологические приборы. Возможен и дистанционный поиск индикаторов жизни, например, путём спектрального анализа атмосферы и поверхности планеты: и пока это единственный источник астробиологических данных обо всех объектах Солнечной системы, кроме Луны и Марса.

Дистанционные исследования показали, что Меркурий непригоден для жизни: на нём отсутствуют атмосфера и вода (возможны лишь залежи льда в полярных кратерах), а колебания температуры поверхности очень высоки: от +420 ^оС днём до -185 ^оС ночью. У поверхности Венеры жизнь также невозможна, поскольку там постоянно высокая температура (+460 ^оС) при которой плавится свинец. Но  не исключена возможность жизни в верхнем слое облаков Венеры, где условия гораздо мягче, однако на сегодняшний день это только гипотеза. Первое доказательство в её пользу было получено в 2020 году при обнаружении молекулы фосфина (PH₃), источником которого могут быть микроорганизмы.

Астробиологи всегда возлагали на Марс большие надежды. Обнаруженные на Марсе с помощью пролётных и орбитальных аппаратов русла высохших рек убеждали учёных, что на планете могла быть вода. Кроме того, приемлемый для жизни диапазон температуры – почти такой же, как в Антарктиде – указывал, что на Марсе могли бы существовать микробы и простейшие формы растений.

В 1976 году на Марс опустились две автоматические станции «Викинг», которые проработали на планете несколько лет и «провели» ряд любопытных экспериментов.

Эксперимент «Газовый обмен». Несколько граммов грунта смачивали раствором, богатым питательными веществами, и затем с помощью газового хроматографа следили за изменением химического состава газов над смесью грунта и питательных веществ. Такие изменения могли произойти в результате жизнедеятельности марсианских микроорганизмов. На Земле этот эксперимент обнаружил бы существование жизни по изменениям содержания кислорода, углекислого газа или водорода в воздухе над грунтом, вызванным обменом веществ живых организмов, содержащихся в пробе, с окружающей средой.

Эксперимент «Разложение метки». Для более прямой проверки биологической активности использовался набор органических соединений, меченых путём замены части обычных атомов углерода радиоактивными атомами ¹⁴С. Этими соединениями смачивалась проба грунта.  Если бы любой организм потребил часть этих меченых молекул, то при прогревании пробы грунта, в которой он жил, в газе над образцом была бы зарегистрирована радиоактивность. На Земле такой эксперимент называют «дыханием грунта», так как он показывает, выделяют ли микроорганизмы газ в атмосферу.

Эксперимент «Пиролизное разложение». Проба грунта помещалась в камеру, где обычная марсианская атмосфера заменялась эквивалентной смесью газов, меченных радиоактивными атомами углерода. Внутреннее освещение камеры обеспечивалось ксеноновой лампой с фильтром, задерживающим ультрафиолетовое излучение, чтобы исключить возможность фотохимических реакций, имитирующих биологическую активность. После того как предполагаемые марсианские организмы имели возможность пожить некоторое время в этой среде, камера промывалась инертным газом для удаления непрореагировавших остатков радиоактивной атмосферы. Затем проводился пиролиз – прокаливание образца грунта до температуры 625 ^оС.  Получаемая газовая смесь содержала продукты пиролиза и непрореагировавшие исходные газы, которые адсорбировались на частицах грунта. После этого газовую смесь пропускали через колонку с окисью меди, которая задерживает органические молекулы, но не адсорбирует ¹⁴СО₂ и ¹⁴СО, поступающие в детектор. Их радиоактивность регистрировалась счётчиком. Затем температура в колонке повышалась до 750 ^оС. В результате должно было происходить окисление адсорбированных органических соединений до меченого углекислого газа и его вытеснение в детектор радиоактивности. Именно данная фракция ¹⁴СО₂ должна была служить показателем биологической активности взятых образцов грунта.

Результаты этих экспериментов выявили довольно высокую химическую активность грунта, но детальный анализ показал, что она могла иметь неорганическую природу: марсианский грунт может содержать химические вещества типа перекисей (например, перекись водорода Н₂О₂), которые реагируют с простыми органическими соединениями с выделением углекислого газа.

Эксперимент с газовым хроматографом и масс-спектрометром. Пробы грунта нагревались в специальной печке для выделения летучих веществ, которые затем проходили через хроматографическую колонку, разделялись и попадали в масс-спектрометр, определявший молекулярный вес соединений. Ни в одной из проб грунта в двух местах посадки аппаратов не были обнаружены органические вещества. Так, этот эксперимент также не подтверждает наличия жизни на Марсе.

В середине 1990-х годов изучение Марса вновь активизировалось в связи с тем, что в Антарктиде был найден марсианский метеорит ALH84001, который, по мысли некоторых учёных, содержит следы биосферы Марса. На Марс были отправлены несколько посадочных аппаратов, которые детально изучали поверхность планеты. Исследователи получили изображения, которые свидетельствовали о том, что в истории Марса были периоды более благоприятные для жизни. Есть признаки того, что климат Марса существенно менялся – в далёком прошлом по его поверхности текла вода: об этом свидетельствуют следы водной эрозии – овраги и пустые русла рек.

В 2008 году с мая по ноябрь на Марсе работал посадочный аппарат «Феникс». Он зафиксировал наличие водяного льда в грунте и признаки жидкой воды. Также этот аппарат обнаружил в составе марсианского грунта два компонента, которые имеют большое значение для поиска жизни, - карбонат кальция и перхлораты.

Обнаружение перхлоратов даёт основание для новой интерпретации результатов 1976 года. Экзобиологи воспроизвели эксперименты «Викингов», используя в качестве рабочего материала похожие на марсианский грунт образцы грунта из чилийской пустыни Атакама и такие же образцы с добавлением небольшого количества перхлоратов. В результате выделился газ, аналогичный тому, который был зарегистрирован «Викингами»: из перхлората высвободился кислород, который соединился с органическими компонентами, и этот процесс сопровождался выделением хлорметана. Следовательно, в грунте с перхлоратом содержание органических веществ могло быть значительным – более одной миллионной. Также стоит отметить, что приборы «Феникса» зафиксировали выделение двуокиси углерода, когда образец грунта был нагрет в печи до температуры выше 300 ^оС; так и должно быть в случае соединения содержащихся в грунте органических веществ с перхлоратом.

Сегодня глобальное картографирование нейтронного излучения Марса выявило огромные залежи водяного льда и связанной воды в приповерхностном слое планеты. Это поддерживает идею о периодическом изменении марсианского климата, долговременные вариации которого могут быть связаны с изменением наклона полярной оси планеты. При небольшом повышении температуры планеты её разреженная атмосфера может стать в сто раз плотнее за счёт испарения льдов полярных шапок и слоя вечной мерзлоты. Следовательно, не исключено, что жизнь на Марсе существовала когда-то в прошлом. Поэтому необходимы новые полёты на Марс для поиска ископаемых остатков жизни. Вероятно, на Марсе экзобиология должна уступить место экзопалеонтологии.

Плутон, Харон, Эрида и другие планеты-карлики пояса Койпера, почти лишённые солнечного тепла и не обладающие значительными внутренними источниками энергии, считаются абсолютно непригодными для жизни. В отношении планет-гигантов вопрос о существовании жизни на данный момент открыт, так как в их атмосферах обнаружено много простейших органических молекул.

Как оказалось, значительно большее сходство с Землёй имеют не сами планеты-гиганты, а некоторые их спутники – Титан, Европа, Энцелад, Ганимед, Тритон, Ио. К примеру, у Титана – спутника Сатурна – есть не только азотная атмосфера с органическими компонентами, но  и твёрдая поверхность, где могут скапливаться продукты синтеза. Хотя на поверхности Титана нет жидкой воды, там имеются большие озёра жидкого метана и этана. Испаряясь, эти жидкости собираются в облака и время от времени выпадают в виде проливных дождей и реками стекают в озёра, - происходит круговорот метана в природе Титана, такой же, как круговорот воды на Земле. Некоторые теоретические модели показывают, что Титан может поддерживать жизнь не на водной основе. Атмосфера Титана плотная, химически активная, богатая органическими соединениями, - эти факты подтолкнули учёных к предположению о наличии жизни или предпосылок для зарождения жизни, особенно в верхних слоях атмосферы. Атмосфера Титана содержит водород, а метан может сочетаться с некоторыми из органических соединений (например, с ацетиленом) для получения энергии и развития жизни. Также условия для жизни могут быть благоприятными в недрах Титана. Расчёты указывают на возможность существования под поверхностью Титана океана из воды и аммиака. В 2010 году на основе анализа данных посадочных аппаратов «Гюйгенс» и «Кассини» учёные сообщили об аномалиях в атмосфере Титана, вблизи его поверхности. Так возникла гипотеза о «дыхании» примитивных биологических организмов, которые могли бы поглощать газообразный водород и питаться молекулами ацетилена; при этом в процессе их жизнедеятельности образовывался бы метан.

Повышенное внимание астробиологов привлекают также спутник Юпитера Европа и спутник Сатурна Энцелад, хотя и лишённые атмосферы, но имеющие под своей ледяной поверхностью океан жидкой воды комнатной температуры. Поэтому сейчас разрабатываются проекты космических зондов, способных опуститься и взять биологические пробы из их океанов в поисках следов жизни.

Поверхности астероидов напоминают лунную и выглядят совершенно стерильными. Кометы почти наверняка содержат сложные органические молекулы, образовавшиеся ещё в эпоху формирования Солнечной системы. Но трудно представить себе жизнь на комете. Впрочем, жизнь отличается удивительной приспособляемостью, а условия на малых телах Солнечной системы могут быть не так уж и плохи.

Подводя итог вышесказанному, можно сказать, что современные условия на большинстве тел Солнечной системы исключают жизнь. Наиболее привлекательными для её поиска считаются Марс, Европа (спутник Юпитера) и Энцелад (спутник Сатурна). Прямые поиски жизни до сих пор проводились лишь на Луне и Марсе, однако они не дали положительных результатов. Но последние исследования Марса, выявившие не только следы воды, но и её наличие, оставляют некоторую надежду. В отношении Европы и Энцелада также планируются биологические эксперименты. Попытки обнаружить жизнь на других телах с помощью автоматических аппаратов основываются на предположении, что жизнь на них имеет ту же углеводородную основу, что и на Земле. Возможность жизни на другой основе (аммиак, кремний) считается маловероятной.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В начале своего существования Солнечная система выглядела совершенно по-другому, не так, как сейчас. Внешняя Солнечная система была гораздо компактнее по размеру, пояс Койпера был гораздо ближе к Солнцу, а во внутренней Солнечной системе помимо сохранившихся до настоящего времени небесных тел существовали и другие объекты по размеру не меньше Меркурия. В настоящее время Солнечная система является устойчивой — никакая из планет не может столкнуться с другой или быть выброшенной за пределы системы в ближайшие несколько миллиардов лет. Однако и сейчас возможны столкновения планет с астероидами и кометами, а гравитационное взаимодействие планет со спутниками приводит к изменению скорости их движения. Также через 4-5 млрд лет светимость Солнца возрастёт и условия на Земле станут непригодными для жизни.

Несмотря на большое количество исследований, эпоха «великих географических открытий» в Солнечной системе ещё далека до завершения. Для специалиста-планетолога каждый спутник – это уникальный мир, не менее важный и интересный, чем, например, целая планета. Кроме того, система спутников каждой планеты – это своеобразный аналог Солнечной системы, со своими закономерностями в распределении спутников по орбитам и их физическим свойствам. Поэтому поиск новых спутников будет продолжаться как вглубь – ко всё более мелким телам, так и вширь – охватывая всё большую область вокруг каждой планеты.   

На данном этапе жизнь найдена только на нашей планете, однако учёные не сдаются и поиски продолжают.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1.                  Астрономия: учеб. для студ. СПО / ред. Т. С. Фещенко. — 2-е изд. — М.: Издательский центр «Академия», 2019.

2.                  Брускина Т. Л., Шитова Л. Ф. Краткий русско-английский фразеологический словарь. — СПб.: Издательство «Лань», 1999.

3.                  Сурдин В. Г. Вселенная в вопросах и ответах. Задачи и тесты по астрономии и космонавтике. — М.: Альпина нонфикшн, 2017.

4.                  Сурдин В. Г. Понятный космос: от кварка до квазара. — М.: Издательство АСТ, 2021.

5.                  Сурдин В. Г. Разведка далёких звёзд. — 4-е изд. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2017.

6.                  Черкасов И. И., Шварев В. В. Грунтоведение Луны. — М.: Наука, 1979.

Интернет-источники:

1.                  https://cyberleninka.ru/article/n/issledovaniya-gruntov-luny-istoriya-i-perspektivy-1/viewer/

2.                  https://www.meteorites.ru/

3.                  https://www.shkolazhizni.ru/world/articles/94347/

4.                  https://yandex.ru/images/

---

[1] М. В. Ломоносов высказал предположение о возможности жизни на Венере и других планетах.

[2] Сурдин В.Г. Разведка далёких планет. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2017. С. 319.

[3] Подобные природные явления наблюдали и пытались объяснить ещё философы древности. И. Кеплер связывал эти явления с «дыханием Земли».

[4] https://www.shkolazhizni.ru/world/articles/94347/ (дата обращения: 16.11.2023)

[5] Например, в 1950 году в Канаде наблюдалась голубая Луна из-за пожара на торфяниках; в 1883 и 1991 при извержении вулканов Кракатау и Пинатубо.

[6] Дословно: однажды при синей / голубой луне.

[7] Брускина Т.Л., Шитова Л.Ф. Краткий русско-английский фразеологический словарь. – СПб.: Издательство «Лань», 1999. С. 15.

[8] Черкасова Л.И. Исследование грунтов Луны. История и перспективы // https://cyberleninka.ru/article/n/issledovaniya-gruntov-luny-istoriya-i-perspektivy-1/viewer (дата обращения: 15.11.2023)

[9] Черкасов И.И., Шварев В.В. Грунтоведение Луны. М.: Наука, 1979.

[10] Интересна история названий Марса: египтяне называли его Гор Красный, в Вавилоне он был известен как Звезда Смерти, евреи именовали планету «Тот, кто краснеет». Причина этих названий – видимый кроваво-красный цвет этого небесного тела.

[11] Сурдин В.Г. Понятный космос: от кварка до квазара. М.: АСТ, 2021. С. 171.

[12] Это качественная шкала (учитывает не только вероятность столкновения, но и кинетическую энергию гипотетического удара), которая оценивает опасность объекта от 0 до 10.

[13] Эти кометы наблюдались учёными лишь при одном прохождении вблизи Солнца. Они имеют либо очень большие орбитальные периоды, либо межзвёздное происхождение. Единожды в 2019-2020 годах наблюдался пролёт через Солнечную систему несомненно межзвёздной кометы.

[14] Премия за находку нового метеорита будет выплачиваться в случае передачи основной массы найденного метеорита в Метеоритную коллекцию РАН или за содействие в сборе экземпляров нового метеоритного дождя. Лаборатория метеоритики ГЕОХИ РАН фиксирует факт передачи метеоритов в Метеоритную коллекцию РАН или содействия в их поисках и ходатайствует о выплате премии. Размер премии будет определяться типом найденного метеорита.