Константин Баев - Земля и планеты
Посредством остроумных, очень точных опытов учёным удалось «взвесить» Землю, определить её массу. Это позволило определить среднюю плотность нашей планеты. Выяснилось, что плотность вещества земного шара в пять с половиной раз превышает плотность воды. Это дало возможность вычислить, чему равно давление в центральной части Земли.
Оно оказалось равным примерно полутора миллионам атмосфер. Такое колоссальное давление препятствует плавлению раскалённого вещества в глубинах нашей планеты. Следовательно, основная часть вещества земного шара должна быть твёрдой.
Изучение распространения сейсмических волн, возникающих в результате землетрясений, также подтверждает этот вывод.
Но как же тогда объяснить извержения вулканов? Откуда берётся расплавленная раскалённая лава, изливающаяся из кратеров вулканов во время извержения? Учёные отвечают на этот вопрос так. Земная кора содержит радиоактивные вещества (уран, радий, торий и др.)[12], которые самопроизвольно распадаются и при этом выделяют настолько значительное количество тепла, что в земной коре образуются очаги расплавленного вещества — магмы
Накапливая факты, учёные постепенно, шаг за шагом, пришли к определённым выводам и о строении нашей планеты на больших глубинах.
Многие факты и соображения говорят о том, что центральная часть Земли представляет собой тяжёлое ядро радиусом около 3500 километров. Оно состоит, повидимому, из железа и никеля с незначительной примесью других веществ. Его плотность примерно в 10 раз больше, чем у воды.
Ядро Земли окружено несколькими шаровыми слоями. Первая его оболочка имеет плотность, почти вдвое меньшую, чем самое ядро. Эта оболочка начинается от глубины в 1200 километров. В её состав входят тяжёлые горные породы, богатые железом и магнием. За ней простирается промежуточный слой меньшей плотности.
Наружный, самый верхний слой — земная кора. Средняя её плотность ещё меньше. Она имеет очень сложную структуру.
Большинство элементов, найденных в земной коре, обнаружено также на Солнце и в звёздах. На других планетах солнечной системы также не открыто веществ, которых не было бы на Земле. Всё это говорит о материальном единстве небесных тел[13].
А теперь о строении других планет.
Начнём с планет-гигантов. Изучение четырёх больших планет солнечной системы — Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна — показывает, что все они во многом сходны по своему строению.
Их поверхность, видимая в телескоп, напоминает густой облачный слой. Несомненно, что этот слой представляет собой газообразную оболочку планет. На Юпитере, например, даже в небольшой телескоп можно видеть тёмные и светлые полосы, которые тянутся вдоль экватора планеты, а также светлые и тёмные пятна различного размера (см. рис. 12). Форма этих полос и пятен не остаётся неизменной. Ясно, что это какие-то газовые образования, наподобие наших облаков.
Этот вывод подтверждается таким фактом: наблюдения в телескоп показывают, что разные части Юпитера вращаются вокруг его оси с несколько различной скоростью. Иными словами, планета вращается так, как не может вращаться твёрдое тело.
С помощью особого физического метода исследования — спектрального анализа[14] учёные нашли, что атмосферы всех этих четырёх небесных тел состоят из двух газов — аммиака и метана — соединений, содержащих водород (аммиак — это соединение азота с водородом, а метан — болотный газ — соединение углерода с водородом). Ни кислорода, ни углекислоты, ни водяных паров там не было обнаружено.
При этом замечено, что количество аммиака в атмосферах планет-гигантов уменьшается с удалением от Солнца. Больше всего этого газа на Юпитере, меньше всего у Нептуна. Содержание же метана на этих планетах, наоборот, растёт по мере удаления их от Солнца.
Причина такой закономерности кроется, повидимому, не в том, что на Юпитере действительно много аммиака, а на Нептуне его мало. Дело, по всей вероятности, в другом: температура на поверхности Нептуна значительно ниже, чем на Юпитере; она составляет около 210 градусов мороза. При этих условиях весь аммиак превращается в твёрдое вещество и оседает из атмосферы, и в ней остаётся относительно больше метана.
Другая общая черта планет-гигантов состоит в том, что средняя плотность вещества этих планет сравнительно невелика; она близка к плотности воды. У Сатурна плотность даже значительно меньше плотности воды.
Эти данные, а также некоторые теоретические соображения позволяют учёным судить и о внутреннем строении планет-гигантов.
По предположению советских учёных академика В. Г. Фесенкова и А. Г. Масевич, Юпитер состоит из трёх слоёв. Первый, наружный, слой состоит из обычного водорода; второй слой, лежащий под первым, также состоит из водорода, но так как газ здесь находится под огромным давлением (в сотни тысяч атмосфер), то он очень плотно «упакован», свойства его совсем иные и в некоторых отношениях близки к свойствам жидкости. И, наконец, в центре планеты находится третий слой — её ядро, возможно состоящее из более тяжёлых химических элементов.
По расчётам В. Г. Фесенкова Юпитер почти на 90 процентов состоит из водорода.
Внутреннее строение Сатурна, Урана и Нептуна в основном приблизительно такое же, как и у Юпитера.
При наблюдении в телескоп Сатурн выделяется среди других планет своим кольцом. В сильные телескопы можно рассмотреть три легко различимые его части: внешнее кольцо, среднее и внутреннее. Таким образом, это как бы три кольца, вложенные одно в другое. Самое яркое кольцо — среднее. Диаметр внешнего кольца составляет около 275 тысяч километров.
Кольца Сатурна — удивительное, редкое образование. Астрономы, вооружённые чувствительными приборами и совершенными методами исследования, раскрыли тайну этих колец. Оказалось, что они состоят из роя твёрдых частиц — камней. Каждая из этих частиц движется по своему собственному пути около Сатурна, подобно ничтожно малому спутнику.
Пространство, занятое кольцом, не слишком густо заполнено частицами. Сквозь него можно наблюдать иногда спутников Сатурна и звёзды. Масса же кольца в целом — около одной миллионной массы планеты. Кольца Сатурна прекрасно отражают падающие на них солнечные лучи и поэтому хорошо различимы в телескопы.
Планеты другой группы — земной — по своей плотности приближаются к Земле. Надо думать, что по своему строению эти планеты, включая и нашу Землю, во многом схожи между собой. Совершенно очевидно, что они, подобно Земле, состоят из более тяжёлых веществ, чем планеты-гиганты.
Наименьшая из планет солнечной системы — Меркурий — напоминает нашего спутника Луну. Как уже говорилось, Меркурий обращён к Солнцу всегда одной своей стороной, подобно тому, как и Луна постоянно повёрнута одной стороной к Земле.
Тщательные исследования Меркурия показывают, что на нём нет сколько-нибудь заметной атмосферы; возможны лишь ничтожные следы газов.
Венера, как говорилось ранее, больше всех других планет похожа на Землю Она почти не отличается от нашей планеты по своим размерам. По массе и плотности Венера тоже мало разнится от Земли. Всё это заставляет думать, что и во внутреннем строении обеих планет нет большого различия.
Марс по своим размерам немногим больше Меркурия. Плотности этих планет почти совершенно одинаковы, что наряду с другими данными говорит о вероятном сходстве их внутреннего строения. Более подробно о Марсе мы уже говорили выше.
Остаётся сказать несколько слов о последней самой далёкой планете солнечной системы — Плутоне. Размеры и масса этой планеты, ещё не определённые достаточно точно, заставляют нас отнести её к разряду планет земной группы. И мы ещё не имеем данных, которые позволили бы нам делать сколько-нибудь достоверные предположения о внутреннем строении Плутона.
ПРОШЛОЕ И БУДУЩЕЕ ПЛАНЕТ
Вопрос возникновения планет солнечной системы — один из основных вопросов космогонии, того отдела астрономии, который изучает образование и развитие туманностей, звёзд и других миров вселенной.
Ещё в XVIII столетии философ Кант и математик Лаплас занялись этим вопросом. В своих гипотезах (научных предположениях) они пытались объяснить возникновение планет, часто основываясь на законах механики, без всякого вмешательства сверхъестественных сил.
Это был важный шаг вперёд на пути к материалистическому пониманию природы. Энгельс высоко расценивал космогонию Канта. В «Диалектике природы» он пишет: «В 1755 г появилась „Всеобщая естественная история и теория неба“ Канта Вопрос о первом толчке был устранён; земля и вся солнечная система предстали как нечто ставшее во времени» Здесь под словами «о первом толчке» Энгельс разумеет божественный творческий акт.
