1 PLANETY. 1.1 Merkury. Planety

Transkrypt

1 Spis treści 1 Planety Merkury Wenus Ziemia Księżyc Mars Phobos Deimos Jowisz Io Europa Ganimedes Kallisto Saturn Mimas Tytan Słońce Asteroidy

2 1 PLANETY Obecnie znamy dziewięć planet 1. Zazwyczaj dzieli się je na dwie grupy: planety wewnętrzne (Merkury, Wenus, Ziemia i Mars) oraz zewnętrzne (Jowisz, Saturn, Uran i Neptun). Planety wewnętrzne są małe, zbudowane przede wszystkim ze skał i żelaza. Planety zewnętrzne osiągają o wiele większe rozmiary ich budulcem są przede wszystkim wodór, hel i lód. Pluton nie należy do żadnej z tych grup. Trwa dyskusja, czy Plutona można w ogóle uznać za planetę. Do roku 1995 Układ Słoneczny był jedynym znanym systemem planetarnym istniejącym wokół gwiazdy klasy Słońca. W tym właśnie roku astronomowie odkryli planetę o masie równej 0,6 masy Jowisza krążącą wokół gwiazdy 51 Pegasi. Jowisz ma największą masę wśród planet Układu Słonecznego. Wkrótce potem astronomowie znaleźli planetę o masie 8,1 raza większej od Jowisza orbitującą wokół gwiazdy 70 Virginis oraz planetę o masie wynoszącej 3,5 masy Jowisza okrążającą gwiazdę 47 Ursa Majoris. Od tamtej pory astronomowie odkrywali planety i skupiska pyłu w kształcie dysków w trakcie procesu tworzenia planet wokół wielu innych gwiazd. Większość astronomów uważa, że pewnego rodzaju układy słoneczne występują licznie we wszechświecie. 1.1 Merkury Ze wszystkich planet Merkury krąży najbliżej Słońca średnia odległość wynosi 58 milionów km (około 36 milionów mil). Średnica planety wynosi km (3 032 mil), a jej objętość i masa są równe około jeden osiemnastej masy Ziemi. Średnia gęstość Merkurego jest w przybliżeniu taka sama jak gęstość Ziemi i większa niż gęstość wszystkich pozostałych planet. Siła grawitacji na powierzchni planety równa się około jednej trzeciej grawitacji ziemskiej lub dwukrotnej grawitacji Księżyca. Merkury okrąża Słońce w ciągu 88 dni. Obserwacje tej planety prowadzone przy użyciu radaru wykazały, że jej obrót wokół własnej osi trwa 58,7 dnia, czyli dwie trzecie czasu okrążenia wokół Słońca. Tak więc w ciągu dwóch lat merkuriańskich mijają tylko trzy miejscowe dni. Strona skierowana ku Słońcu silnie się nagrzewa, natomiast w części odwróconej od Słońca panują ekstremalnie niskie temperatury. Punkt na orbicie Merkurego, w którym planeta znajduje się najbliższej Słońca, czyli peryhelium, zmienia nieznacznie swoje położenie z każdym okrążeniem. Jest to zbyt duża wartość, aby można było ją przypisać wpływom grawitacji innych planet. Obserwacja tych zmian w położeniu peryhelium Merkurego była jednym z pierwszych dowodów potwierdzających teorię względności Einsteina, w której przewidziano występowanie takiego zjawiska. Duża gęstość Merkurego sugeruje, że budulec planety stanowi, we względnie dużej proporcji i koncentracji, żelazo. Jednak jej powierzchnia zawiera niewiele żelaza, co wskazuje, że większość żelaza na 1 Microsoft Encarta Reference Library Microsoft Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone. 2

3 Merkurym jest skoncentrowana w dużym żelaznym jądrze. W czasie kolizji z innymi protoplanetami we wczesnej historii Układu Słonecznego duża część wierzchniej warstwy tej planety o małej gęstości mogła zostać od niej oderwana. Stąd stosunkowo duża wielkość gęstego, bogatego w żelazo jądra. 1.2 Wenus Najjaśniejszym obiektem na niebie jest, poza Słońcem i Księżycem, Wenus. Jest ona nazywana gwiazdą poranną, gdy o wschodzie słońca pojawia się na wschodzie, lub gwiazdą wieczorną, widoczną na zachodzie przy zachodzie słońca. W starożytności gwiazdę wieczorną nazywano Hesperus, a poranną Phosphorus lub Lucifer. Ze względu na odległości orbit Wenus i Ziemi od Słońca Wenus jest widoczna tylko przez trzy godziny przed wschodem słońca i do trzech godzin po zachodzie. Oglądając tę planetę przez teleskop, można zobaczyć fazy, tak jak w przypadku Księżyca. Maksymalna jasność (wielkość gwiazdowa -4,4 15 razy jaśniejsza niż najjaśniejsza gwiazda) jest obserwowana w fazie kwadr, gdy Wenus znajduje się bliżej Ziemi. W pełni planeta wydaje się mniejsza i bardziej zamglona, ponieważ ta faza występuje, gdy Wenus znajduje się po drugiej stronie Słońca w stosunku do Ziemi. Fazy i położenie Wenus na niebie powtarzają się co 1,6 roku. Kulminacja (obserwowane z Ziemi zjawisko przesuwania się planety w poprzek tarczy słonecznej) występuje rzadko, po dwa razy w odstępach niewiele krótszych niż stulecie. 1.3 Ziemia Ziemia to jedyna planeta, o której wiemy, że istnieje na niej życie. To na niej wykształciły się istoty ludzkie. Z kosmosu Ziemia, pokryta niebieskimi oceanami, nad którymi unoszą się białe chmury, przypomina wielki niebieski blok marmuru. Około 71 procent powierzchni Ziemi pokrywa woda, która jest podstawą życia. Pozostałą jej część stanowią lądy, głównie w postaci kontynentów wznoszących się ponad powierzchnią oceanów. Przez tysiące lat ludzie mogli tylko snuć domysły na temat Ziemi i innych dostrzegalnych dla nich planet w Układzie Słonecznym. Wiele wczesnych teorii na przykład opisująca Ziemię jako kulę krążącą wokół Słońca powstało na bazie genialnego rozumowania. Jednak to dopiero rozwój metodologii naukowej i odpowiednich przyrządów, szczególnie w wiekach XVIII i XIX, umożliwił człowiekowi gromadzenie danych, które pozwoliły zweryfikować teorie dotyczące Ziemi i pozostałych obiektów w Układzie Słonecznym. Na przykład studiując skamienieliny znalezione w warstwach skalnych, naukowcy doszli do wniosku, że nasza planeta jest o wiele starsza, niż przypuszczano. W efekcie ostatnich badań prowadzonych w przestrzeni kosmicznej wiemy, że Ziemia jest jednym z najaktywniejszych geologicznie obiektów wśród planet i księżyców w Układzie Słonecznym. Nasza planeta podlega ciągłym zmianom. W przeciągu długiego czasu narasta i rozpada się warstwa tworząca lądy, oceany formują się i zmieniają kształt, kontynenty przesuwają się i łączą ze sobą. 3

4 1.3.1 Księżyc Po wynalezieniu teleskopu w XVII wieku na powierzchni Księżyca odkryto wiele obiektów. W latach 50. ubiegłego stulecia kolejnych informacji dostarczyły statki kosmiczne. Jak dziś wiemy, satelita naszej planety ma kształt nieco spłaszczonej kuli, składa się głównie ze skał i metali. Nie ma na nim wody w postaci płynnej, praktycznie brak atmosfery i życia. Księżyc świeci, odbijając światło słoneczne. Chociaż wydaje się jasny, odbija średnio tylko około 7 procent padającego na niego światła. Ten współczynnik odbijania promieniowania, nazywany albedo, jest w tym przypadku równy 0,07 i odpowiada mniej więcej wskaźnikowi dla węgla. Średnica Księżyca wynosi około km (około mil), co stanowi mniej więcej jedną czwartą średnicy Ziemi. Jego masa to 1,2 procenta masy kuli ziemskiej. Średnia gęstość Księżyca stanowi jedynie trzy piąte gęstości Ziemi, a grawitacja na jego powierzchni jest równa zaledwie jednej szóstej grawitacji ziemskiej na poziomie morza. Księżyc porusza się po eliptycznej (owalnej) orbicie wokół Ziemi w średniej odległości km ( mil) ze średnią prędkością km/h (2 300 mil/h). Jeden obrót trwa 27 dni, 7 godzin i 43 minuty. Przejście z jednej fazy do kolejnej takiej samej fazy trwa dla obserwatora z Ziemi 29 dni, 12 godzin i 44 minuty. Okres ten jest nazywany miesiącem księżycowym. W czasie jednego okrążenia Ziemi Księżyc obraca się raz wokół własnej osi, więc praktycznie jest zawsze zwrócony w stronę naszej planety tą samą stroną ( bliższą ). 1.4 Mars Mars to czwarta planeta od Słońca. Okrąża on naszą gwiazdę w średniej odległości około 228 milionów km (mniej więcej 141 milionów mil). Jego nazwa pochodzi od imienia rzymskiego boga wojny, a czasem jest nazywany Czerwoną Planetą, ponieważ na nieboskłonie ziemskim świeci na czerwono. Mars to względnie niewielka planeta o średnicy równej połowie średnicy ziemskiej i dziesięć razy mniejszej masie. Siła grawitacji na powierzchni Marsa jest równa jednej trzeciej grawitacji na Ziemi. W porównaniu z ziemskim księżycem Mars ma dwukrotnie większą średnicę i dwa razy większą grawitację. Powierzchnia Marsa jest prawie identyczna jak powierzchnia lądów na Ziemi. Mars ma prawdopodobnie podobny do ziemskiego wiek. Powstał z tej samej wirującej, kondensującej się chmury gazu, z której około 4,6 miliarda lat temu uformowało się Słońce i planety Phobos Phobos krąży wokół Marsa w średniej odległości tylko km (5 827 mil). Jest to najbliższy macierzystej planecie księżyc w całym Układzie Słonecznym. Satelita krąży tak blisko, że siły wzajemnego oddziaływania wywołane przez grawitację Marsa powoli przyciągają go coraz bliżej. Phobos zbliża się do swojej planety po trajektorii spiralnej w tempie mniej więcej 1,8 m (około 6 stóp) na sto lat. Za jakieś 50 milionów lat Phobos zbliży się do Marsa tak bardzo, że rozpadnie się, tworząc wokół planety pierścień, albo spadnie na jego powierzchnię. Będąc tak blisko Marsa, Phobos pokonuje trasę po niemal idealnie okrągłej orbicie w 7,65 godziny, okrążając planetę trzy razy w ciągu dnia. Z punktu widzenia obserwatora na Marsie, Phobos przecina tarczę słoneczną około razy w roku. Ruch obrotowy tego księżyca wokół własnej osi 4

5 jest zsynchronizowany z ruchem wokół planety, więc satelita jest zwrócony ku Marsowi zawsze tą samą stroną, tak jak księżyc ziemski w kierunku własnej planety macierzystej. Na jeden obrót Phobosa wokół Marsa przypada jeden obrót tego księżyca wokół własnej osi Deimos Deimos okrąża Marsa w średniej odległości km ( mil), jedno okrążenie trwa 1,26 ziemskiego dnia. Orbita tego księżyca jest niemal idealnie kolista i nieco przechylona względem marsjańskiego równika. Deimos obraca się wokół własnej osi w takim samym czasie, jakiego potrzebuje na jedno okrążenie po orbicie. Jest więc skierowany do Marsa wciąż tą samą stroną, tak jak nasz satelita w stosunku do Ziemi. 1.5 Jowisz Jowisz krąży po orbicie wokółsłonecznej w średniej odległości 780 milionów km (480 milionów mil), a więc pięciokrotnie przewyższającej dystans dzielący Ziemię od Słońca. Rok jowiszański, czyli czas pełnego okrążenia Słońca, wynosi 11,9 lat ziemskich, a dzień na tej planecie, czyli czas obrotu wokół własnej osi, trwa 9,9 godziny, mniej niż połowę dnia ziemskiego Io Wnętrze Io zajmuje wielkie, gęste, żelazne jądro otoczone mieszanką zawierającą związki krzemu i tlenu. Jego powłoka, powierzchnia księżyca, składa się głównie z siarki i jej związków nadających jej kolory żółty, pomarańczowy, czerwony, biały, niebieski i czarny. Io to najbardziej aktywny wulkanicznie obiekt w Układzie Słonecznym. Na jego powierzchni działają setki wulkanów. Niektóre wyrzucają chmury płynnej siarki i dwutlenku siarki w postaci gazu na 300 km (186 mil) w górę. Z tych wulkanicznych kraterów wypływa również lawa o temperaturze wyższej niż najwyższa temperatura zarejestrowana kiedykolwiek na powierzchni planety w Układzie Słonecznym. Wynosi ona 1727 C (3140 F). Astronomowie wykryli wokół tych kraterów bogate w magnez krzemiany tworzą one lawę topiącą się dopiero w bardzo wysokiej temperaturze Europa Europa jest nieco mniejsza od księżyca ziemskiego. Jej promień wynosi km (972 mil). Wraz z Księżycem jest zaliczana do największych satelitów w Układzie Słonecznym. Europa składa się głównie ze skał krzemianowych zbudowanych ze związków krzemu i tlenu. Jej powierzchnia jest pokryta zlodowaciałą wodą. Mniej więcej 5 km (około 3 mile) pod tym lodem może znajdować się głęboki na 50 km (30 mil) ocean wody lub 100-kilometrowa warstwa śryżu. Wnętrze Europy jest ciepłe dzięki siłom grawitacyjnym. Orbita tego księżyca nie jest idealnie eliptyczna, ponieważ na Europę oddziałuje w pewnym stopniu grawitacja pobliskich księżyców Ganimedesa oraz Io. Dlatego okrążając Jowisza, Europa trochę niestabilnie porusza się po swojej orbicie, ściskana i rozciągana przez skierowane w różnych kierunkach siły grawitacji Jowisza, 5

6 Ganimedesa i Io. Powodują one napięcia we wnętrzu księżyca, wytwarzając ciepło roztapiające częściowo lub całkowicie znajdujący się pod wierzchnią warstwą lód Ganimedes Twarda lodowa powłoka Ganimedesa ma, jak sądzą astronomowie, mniej więcej 75 km (około 45 mil) grubości. Niektórzy naukowcy uważają, że płaszcz tego księżyca warstwa położona pod skorupą może zawierać płynną wodę lub śryż. Powierzchnię satelity pokrywają na przemian stare, zryte kraterami ciemne obszary i młodsze, jasne terytoria. W odróżnieniu od kraterów na obiektach skalistych, takich jak księżyc ziemski, kratery na Ganimedesie mają płaskie dno i wygięte ściany ze względu na wolno spływający po nich lód, wygładzający powierzchnię. Największy obszar karterów nazwano Galileo Regio. Ten niedawno uformowany teren jest pokryty równolegle biegnącymi żłobami oraz grzbietami (taką formację określa się nazwą sulcus). Naukowcy wiążą ich powstanie z momentem wepchnięcia Ganimedesa przez grawitację dużego sąsiedniego księżyca Kallisto na nieco eliptyczną w kształcie (owalną) orbitę. Grawitacja Jowisza w połączeniu z siłą przyciągania Kallisto zgniotły nieco i rozciągnęły Ganimedesa. Tarcie skał wewnątrz księżyca spowodowało wytworzenie się wysokiej temperatury zmiękczającej jego skorupę. To spowodowało, że wielkie zwały lodu zaczęły się zsuwać i uderzać o siebie, marszcząc skorupę, na której uformowały się obiekty zwane sulcus. Obecnie orbita Ganimedesa jest bardziej zbliżona kształtem do koła, więc skorupa jest chłodniejsza i twardsza. Ganimedes ma prawdopodobnie atmosferę tlenową, ale o wiele za rzadką, aby umożliwić oddychanie. Tlen mógł powstać pod wpływem światła słonecznego lub naładowanych cząstek uwięzionych w polu magnetycznym Jowisza, wywołujących rozpad wody na tlen i wodór. W 1995 roku za pomocą teleskopu kosmicznego Hubble'a stwierdzono występowanie wokół Ganimedesa ozonu, molekuły złożonej z tlenu Kallisto Kallisto ma kształt kuli i jest trzecim co do wielkości księżycem w Układzie Słonecznym. Jego promień wynosi km (1 493 mil), czyli prawie tyle samo co u Merkurego. Ponieważ jednak Kallisto składa się głównie z zamarzniętej wody o małej gęstości, jego masa jest równa zaledwie jednej trzeciej masy skalistego, metalicznego Merkurego. Wnętrze Kallisto prawdopodobnie nie składa się ze skalistego jądra otoczonego lżejszym materiałem lodowym, tak jak w przypadku trzech pozostałych dużych księżyców Jowisza Io, Europy i Ganimedesa. Naukowcy sądzą raczej, że cały księżyc powstał z mieszaniny skał i lodu, przy czym zawartość skał zwiększa się w miarę zbliżania się do środka księżyca. 1.6 Saturn Najwyraźniejszym wyróżnikiem Saturna jest system pierścieni. Po raz pierwszy został on zaobserwowany przez włoskiego naukowca, Galileusza, za pomocą jednego z pierwszych teleskopów. Galileusz nie wiedział, że pierścienie są oddzielone od powierzchni planety i określił je mianem obręczy (łac. ansae). Jako pierwszy pierścienie poprawnie opisał holenderski astronom Christiaan Huygens. W 1655 roku, pragnąc zweryfikowania swojej teorii, nie tracąc jednocześnie miana jej autora, Huygens stworzył kod literowy, który ustawiony w odpowiedniej kolejności tworzył zdanie łacińskie brzmiące w tłumaczeniu Jest on otoczony przez cienki, płaski dysk, który nigdzie go nie dotyka i jest nachylony do ekliptyki. Pierścieniom 6

7 nadawano nazwy w porządku odkrywania. Licząc od powierzchni planety kolejne pierścienie oznaczono literami D, C, B, A, F, G oraz E. Tworzy je okrążających planetę pojedynczych pierścieni składowych Mimas Najbardziej charakterystyczną cechą Mimasa jest krater pozostały po uderzeniu asteroidy, Herschel. Szerokość tego 130-kilometrowego (78-milowego) otworu stanowi jedną trzecią średnicy samego Mimasa. Karter Herschel po raz pierwszy zaobserwowano na zdjęciach wykonanych przez sondy amerykańskie Voyager w 1980 roku. Jego ściany mają 5 km (3 mile) wysokości, dno jest głębokie na 10 km (6 mil), a wzniesienie w centrum ma 6 km (3,6 mili) wysokości. Na Mimasie występuje również wiele dolin, nazywanych chasma. Większość znajduje się po stronie satelity przeciwnej do krateru Herschel. Powstały one najprawdopodobniej w wyniku napięć spowodowanych siłą uderzenia asteroidy. Największe doliny chasma nazwano Ossa, Pelion, Qeta oraz Pangea. Pozostała część powierzchni Mimasa jest pokryta mniejszymi kraterami. Największy z nich, Arthur, jest o połowę mniejszy od krateru Herschel. Na księżycu istnieją pewne oznaki aktywności geologicznej. Mimas jest za mały, aby utrzymać atmosferę Tytan Powierzchnia Tytana jest ukryta pod grubą warstwą pomarańczowych chmur. Amerykańskie sondy Voyager nie były w stanie uzyskać obrazu powierzchni Tytana. Jednak naukowcy zajmujący się planetami, po przestudiowaniu składu chemicznego Tytana i warunków temperaturowych, sądzą, że na powierzchni księżyca mogą istnieć jeziora, a nawet oceany etanowe. Po przeanalizowaniu wysłanych z teleskopu kosmicznego Hubble'a danych dotyczących odbitego od Tytana promieniowania cieplnego udało się odtworzyć pewne elementy ukształtowania powierzchni, wśród nich wysoko wzniesiony obszar wielkości Australii. Jeżeli na Tytanie występują morza etanowe, ten region może być kontynentem. 2 SŁOŃCE Słońce jest olbrzymią masą rozżarzonych gazów. Silna grawitacja Słońca utrzymuje Ziemię i inne planety Układu Słonecznego na orbitach. Światło i energia cieplna gwiazdy wpływają na wszystkie znajdujące się w Układzie Słonecznym obiekty i umożliwiają istnienie życia na Ziemi. 3 ASTEROIDY Asteroidy liczne, względnie małe, skaliste planetoidy należą do Układu Słonecznego i poruszają się po orbitach eliptycznych, głównie między Marsem i Jowiszem. 7

8 Planety Merkury Mars Wenus Ziema Jowsz Saturn Wykres 1 Wielkości planet układu słonecznego 8