Планеты земной группы

К. А. Порцевский
Планеты земной группы
Учебно-школьная серия диапозитивов по астрономии для X класса
К сведению учителя
Серия диапозитивов «Планеты земной группы» предназначена для использования
на уроках астрономии в X классе.
Цель серии – помочь учащимся повторить, закрепить и расширить знания о
планетах земной группы.
К сожалению, значительное число учащихся не имеют возможности наблюдать в
природе те астрономические явления, которые они изучают в школе. Данная серия не
может заменить им непосредственных наблюдений, но позволит увидеть изображения
поверхностей планет, выполненные космическими аппаратами. При этом важно
подчеркнуть, что изучение планет с помощью космических аппаратов существенно
раздвинуло границы наших знаний о Солнечной системе.
В эту серию из 20 диапозитивов вошел материал, имеющий прямое отношение к
теме. Однако она не может охватить всего, что можно было бы показать при изучении
планет земной группы.
В серии использованы в основном фотографии. Только пять диапозитивов –
схемы и карты (планеты на орбитах, строение атмосферы Венеры, две карты
поверхности Венеры и схема орбит Земли и Марса) – предназначены для пояснений.
Восемь диапозитивов посвящены Марсу. Это обусловлено тем, что из всех планет
Марс, видимо, будет первой планетой, на которую полетят люди. Возможно, это
произойдет в XXI веке.
Шесть диапозитивов посвящены Венере. Этой ближайшей к Земле планете было
уделено особое внимание советских ученых, сумевших получить о ней впечатляющие
данные.
Как использовать серию диапозитивов? Видимо, по-разному. Но целесообразнее –
после изучения темы, на заключительном уроке. При этом важно остановить внимание
учащихся на следующих вопросах:
1. В чем состоит сходство планет земной группы?
2. Чем объясняются значительные различия отдельных планет, принадлежащих
одной группе?
3. Каковы особенности наблюдения внутренних планет (Меркурия и Венеры) и
Марса?
4. Почему основные сведения о поверхностях, атмосферах и условиях на планетах
получены не с помощью телескопов, а с помощью космических аппаратов?
5. Земля и Венера по размерам и массам почти одинаковы. Почему же так
значительно отличаются условия на их поверхностях?
6. На Марсе и сейчас воды достаточно. Почему же вся его поверхность – пустыня?
7. Почему на Меркурии и Марсе так много кратеров по сравнению с Землей и
Венерой?
8. Какое научное и практическое значение имеет изучение планет земной группы?
Описание диапозитивов
Диапозитив 1. Планеты земной группы.
К планетам земной группы относятся четыре ближайшие к Солнцу планеты:
Меркурий, Венера, Земля и Марс. В отличие от планет-гигантов они имеют небольшие
размеры и массы, но сравнительно большую плотность. Планеты медленно вращаются
вокруг своих осей. У Земли один спутник, у Марса – два, у Меркурия и Венеры
спутников нет. На диапозитиве сравниваются массы и радиусы планет и Земли.
Планеты земной группы являются спутниками Солнца и имеют общее
происхождение. У них в отличие от планет-гигантов незначительные атмосферы (самая
плотная у Венеры) и твердые поверхности (большая часть поверхности Земли занята
водой).
Однако, кроме сходства, у планет земной группы наблюдаются значительные
различия. Например, Венера вращается в обратную сторону, чем остальные планеты.
Если Меркурий практически не имеет атмосферы, то по сравнению с земной атмосфера
Венеры плотнее в 90 раз, а марсианская, наоборот, почти в 150 раз менее плотная.
Атмосферы Венеры и Марса в отличие от земной почти целиком состоят из углекислого
газа.
Диапозитив 2. Видимость планет на небе.
На небе не всегда среди звезд можно найти планеты. Во-первых, не всегда во
время наблюдений на небе есть хотя бы одна планета, а во-вторых, надо знать, чем
планета отличается по виду от звезды.
Очень трудно наблюдать Меркурий. Он как бы все время прячется в солнечных
лучах, появляясь то справа от Солнца (утренняя видимость), то слева (вечерняя
видимость).
Венера тоже появляется то правее Солнца – утром, то левее – вечером.
На диапозитиве запечатлена утренняя видимость ущербленной Луны, Венеры и
Юпитера (выше и правее Венеры), а у горизонта (левее Луны) виден Меркурий.
Диапозитив 3. Мозаика снимков поверхности Меркурия.
В ландшафте Меркурия преобладают многочисленные кратеры. Отчетливо видны
также бассейны и равнины. Гигантский бассейн Калорис (от лат. calor – тепло)
расположен в средней части диска планеты, наполовину появившейся из ночной тени.
Диапозитив 4. Бассейн Калорис.
Этот громадный бассейн, наполовину скрытый на ночной стороне планеты –
самое крупное одиночное образование на Меркурии. Внешний край бассейна очерчен
кольцом гор диаметром 1300 км. Горы поднимаются на высоту 2 км над складчатым
дном бассейна. Приблизительно 3–4 млрд. лет назад астероид обрушился на планету. Это
столкновение вызвало разрыв мантии. Из недр планеты хлынула лава и затопила
гигантский кратер. Затем лава застыла и затвердела, но «волны» на море расплавленной
породы сохранились.
Диапозитив 5. Меркурий, районы, прилегающие к северному полюсу.
На всей планете встречаются крутые уступы с мелкими зубцами высотой обычно
1–2 км и длиной в несколько сотен километров. Уступы – это гигантские складки,
образовавшиеся в коре Меркурия в процессе остывания и сжатия ядра планеты.
На приведенном снимке, полученном с помощью космической станции
«Маринер-10», на самом краю планеты виден крутой обрыв, названный уступом
Виктория. Размер области в нижней части снимка составляет приблизительно 600 км.
Диапозитив 6. Венера.
С Земли в телескоп Венера кажется маленьким серпиком. Заметить какие-либо
подробности нельзя: видна только светлая поверхность. Сплошные белые облака
полностью скрывают поверхность планеты.
Облачный покров Венеры в видимых лучах однороден, структуру облаков можно
обнаружить в ультрафиолетовых лучах.
На диапозитиве – фотография, полученная в 1974 году с помощью космической
станции «Маринер-10» с расстояния 720000 км. Видны мощные вихри облаков,
спирально закручивающихся у полюсов. Облака совершают оборот вокруг планеты за
четыре дня.
Диапозитив 7. Строение атмосферы Венеры.
Высота верхней границы облаков достигает 65 км, а нижней – 35 км от
поверхности планеты.
На верхней границе облаков отмечена температура около минус 50° С, у
поверхности планеты – плюс 475° С.
Атмосферное давление на высоте около 50 км равно 1 атм., а на уровне грунта –
90 атм.
Атмосфера Венеры состоит на 97% из углекислого газа, на 2% из азота, остальные
газы – 1%.
Диапозитив 8. Карта рельефа Венеры.
Приведенная карта выполнена по радиолокационным измерениям, которыми
охвачено примерно 80% поверхности планеты. Окраска карты дана условно: красный,
оранжевый, желтый и зеленый цвета обозначают горные области, темно-синий и
фиолетовый – низменности, а голубой, которого на карте больше всего, – волнистые
равнины.
В отличие от Земли с ее дифференцированными тектоническими плитами Венера
представляет собой планету с цельной корой, своего рода сверхконтинент.
Низменности на Венере составляют 16% поверхности (на Земле океанские
бассейны занимают примерно 2/3 поверхности), волнистые равнины – 60% поверхности.
Крупнейшие горные районы Венеры – Земля Иштар в северном полушарии и
Земля Афродиты у экватора.
Нулевой уровень соответствует радиусу 6051,0 км над центром масс Венеры.
В северном полушарии наблюдается самый большой перепад высот – 13,6 км.
Горы Максвела имеют высоту плюс 11.1 км, а наибольшая глубина равнины Аталанты
достигает минус 2.5 км.
Диапозитив 9. Панорама поверхности Венеры.
В 1975 году на поверхности Венеры совершили посадку две советские станции –
«Венера-9» и «Венера-10», которые передали ее панорамы.
«Венера-10» совершила посадку к юго-востоку от области Бета – в каменистую
пустыню. Крупная каменная глыба, на которую опустился аппарат, не менее 3 метров в
поперечнике, испещрена темными пятнами и погружена в темный грунт.
Место посадки «Венеры-9» находится на северовосточной оконечности области
Бета в 2000 км от места посадки «Венеры-10».
Размер наибольших камней здесь 50-70 см, а высота всего 15-20 см.
Происхождение ландшафта, видимо, обусловлено разрушением горных пород.
Диапозитив 10. Цветная панорама поверхности Венеры.
С помощью советских космических аппаратов «Венера-13» и «Венера-14»,
совершивших посадку на планету в 1982 году, были получены цветные панорамы места
посадки. На диапозитиве видна каменистая пустыня и множество отдельных камней.
Здесь рентгено-флюоресцентным методом удалось определить содержание
основных петрогенных элементов камней, то есть их минералогический и химический
состав.
Диапозитив 11. Северное полушарие Венеры.
С помощью советских космических станций «Венера-15» и «Венера-16»,
выведенных на орбиты вокруг планеты, были получены радиолокационные изображения
поверхности. Аппараты снимали северное полушарие Венеры. Каждая полоса снимков
охватывала по ширине 150 км, а по длине 7–9 тыс. км. На основании этих снимков (30
сеансов передавались с 30.03.83 по 06.05.84 года) была создана первая карта северного
полушария Венеры.
Карта охватывает миллионы квадратных километров. В итоге выделены 4
основных типа структур северного полушария Венеры: 1) вулканические базальтовые
равнины и повышенное плато Лакшми; 2) вулкано-тектонические образования (области
Бета и Белл) и кольцевые структуры; 3) тектонические дислокации; 4) ударные кратеры.
По их плотности определен возраст вулканических равнин: 0.5–1.0 млрд. лет.
Диапозитив 12. Земля.
На диапозитиве – фотография нашей планеты, сделанная с борта космического
аппарата «Зонд-7» с высоты около 60 тыс. км. Из космоса Земля не похожа на глобус,
какой мы привыкли видеть в школе. Не сразу различишь материки и океаны.
Значительную часть земной поверхности закрывают облака. Наличие жидкой воды и
атмосферы, в которой кислород находится в свободном состоянии, отличает Землю от
других планет. Благодаря Солнцу идет бесконечный круговорот воды на Земле. Не было
бы Солнца, не было бы жизни на Земле – главного отличия нашей планеты от других.
Диапозитив 13. Орбиты Земли и Марса.
Марс лучше всего наблюдать во время противостояний, когда к Земле обращено
все освещенное Солнцем полушарие планеты. Противостояния Марса происходят
каждые 780 дней. Но так как орбита Марса заметно эллиптична, то расстояния до Марса
во время противостояний различны: от 55 млн. км (великое противостояние) до 100 млн.
км. Великие противостояния повторяются через 15 или 17 лет и бывают всегда в июле –
сентябре. В это время Марс становится самым ярким объектом неба после Венеры. Его
яркий красноватый цвет привлекает к себе внимание.
Очередное великое противостояние Марса произойдет 10 июля 1986 года.
Расстояние до него будет около 60 млн. км.
Более тесное сближение Земли с Марсом произойдет во время противостояния в
сентябре 1988 года. А противостояние 1990 года уже не будет великим. Так же как и
последующие, отмеченные на диапозитиве.
Диапозитив 14. Марс.
На диапозитиве – лучший снимок Марса, сделанный с Земли при помощи 60дюймового телескопа. Оранжевый цвет Марса определяется породами, содержащими
соединения железа с кислородом. Темные пространства получили название «морей», а
светлые – «материков». На снимке заметна южная полярная шапка, состоящая из льда и
замерзшего углекислого газа. Изображение телескопическое, то есть перевернутое.
Диапозитив 15. Марс. Снимок из космоса
На фотографии, сделанной в 1976 году с борта межпланетной станции «Викинг1», виден Марс в фазе первой четверти (кстати, в такой фазе с Земли он никогда не
бывает виден). У планеты два геологически отличающихся друг от друга полушария.
Одно покрыто сильно выветрившимися кратерами, возникшими от падения больших
метеоритов. На нем нет следов тектонической деятельности. На втором полушарии есть
каньонообразная долина длиной несколько тысяч километров, шириной местами до 250
км и глубиной до 6 км. Поблизости от каньона находятся четыре гигантских конуса
вулканов, погасших, вероятно, несколько тысяч лет назад. Слева, выше середины
снимка, видны легкие облака, в нижней части – область, прилегающая к южному
полярному району, покрытая тонким слоем облаков (водяным инеем), а ближе к полюсу
– замерзшая углекислота вместе с инеем.
Терминатор проходит большое кратерное море Аргир диаметром около 800 км.
Выше и несколько правее покрытого инеем Аргира – большая темная область –
Эритрейское море и Центральный залив. Справа у лимба, выше середины – две полосы.
Это гигантский каньон – долина Маринера. Его западная оконечность переходит в
разветвленную систему трещин, охватывающих район Лабиринта Ночи, размерами в
сотни километров.
Диапозитив 16. Марсианская пустыня.
На фотографии поверхности Марса, сделанной с борта станции «Викинг-1» в 1976
году, – каменистая пустыня, на которой отчетливо видны небольшие камни. Красноватая
окраска поверхности вызвана породами, содержащими окиси железа (как охра или
ржавчина).
Окраска неба красноватая, а не голубая, как на Земле. Аппаратура «Викинга» не
выявила наличия жизни на этой планете.
Диапозитив 17. Марс. Плато Лабиринт Ночи.
Изображение диапозитива составлено из снимков, сделанных орбитальным
блоком «Викинга-1».
В жидком состоянии на Марсе воды нет. Некоторое количество водяных паров
присутствует в атмосфере. На этой фотографии запечатлен редкий момент
возникновения облаков, состоящих из насыщенного пара, в тот момент, когда Солнце
восходило над плато Лабиринт Ночи. Оно представляет собой окончание гигантского
каньона – долины Маринера, расположенной южнее экватора. В глубоких местах долины
за несколько десятков минут образовался утренний туман. После того как Солнце
прогрело атмосферу Марса, туман рассеялся.
Диапозитив 18. Участок Марса в районе Капри.
Фото выполнено «Викингом-1» в 1976 году с высоты 2300 км от поверхности. Это
район каньона Капри. Север находится внизу. В нижней части снимка виден хаос
Ароматов и выходящая из него долина Рави. Вверху слева – кратер Жуланка диаметром
47 км (от названия поселка в Новосибирской области), правее кратер Уиндфол
диаметром 16 км. Размер снимка охватывает площадь 300×300 км. Каньон, по всей
вероятности, образовался в результате таяния грунтового льда. Провал справа от головы
каньона, видимо, образовался в том месте, где на поверхность выступила вода.
Диапозитив 19. Русла на поверхности Марса.
На снимке, сделанном «Викингом-1», запечатлена местность возвышенности
Лунное плато. Размер местности 300×400 км. Наверху – долина Ведра, внизу – долина
Маджа.
Русла, очевидно, оставлены реками с хорошо развитой системой притоков. Уклон
поверхности составляет 2–3 км в низменную равнину Хриса, куда направлены русла, по
которым двигались потоки воды. В некоторых местах видны следы катастрофического
затопления.
Большой, сильно разрушенный кратер, очевидно, старше, чем русла. Зато
маленький кратер в русле образовался позднее, чем возникла структура эрозии.
Диапозитив 20. Гора Олимп.
В области Фарсиды (Тарсис) расположены четыре вулкана – горы Арсия,
Павлина, Аскрийская и Олимп. Эти горы достаточно молодые – возраст их 400–700 млн.
лет. Крупнейшими из них являются Арсия и Олимп. Основания их распростерты на 500–
600 км. Высота Арсия – 27 км, а Олимпа – 24 км. Диаметры кратеров на их вершинах
впечатляют: 100 км у Арсия и 60км у Олимпа. Гора Олимп чуть ли не в три раза выше
земной горы Эверест (Джомолунгма). Крупнейший вулкан Мауна – Лоа на Гавайских
островах втрое меньше и по высоте (считая высоту подводной части – 4.5 км), и по
диаметру основания, а поперечник его центрального кратера всего 6.5 км.