Чем обусловлены различия в плотности атмосфер планет

Зависимость плотности атмосферы на телах солнечной системы

Часто утверждается, что наличие (или отсутствие) атмосферы у небесного тела зависит от его массы. Но как же тогда объяснить, что спутник Сатурна Титан, масса которого в 40 раз меньше массы Земли, имеет атмосферу той же плотности, что и Земля? С другой стороны, Венера имеет массу, примерно равную массе Земли, но атмосфера у нее в десятки раз плотнее, чем у нашей планеты! Значит, кроме тяготения есть и другие факторы, от которых зависит наличие и плотность атмосферы?

Автор вопроса уже сам дал отчасти ответ на него, отметив, что кроме сил тяготения, связанных с размерами и массой небесного тела, на наличие и массу атмосферы у него оказывают влияние и другие факторы. Важнейшие среди них — это средний молекулярный вес атмосферы, зависящий от ее химического состава, и температура у поверхности небесного тела. Способность газов улетучиваться (диссипировать) из атмосферы в космическое пространство определяется прежде всего именно этими факторами.

Чем меньше масса молекулы, и чем выше температура атмосферы, тем больше средняя скорость движения молекул, и тем быстрее этот газ покинет планету или спутник. И наоборот, тяжелые газы (с большой молекулярной массой) и при низких температурах надолго остаются в атмосфере. Например, в атмосферах Земли и Венеры не способен удержаться водород — он быстро улетучивается в космос, зато кислород, азот и углекислый газ практически не покидают эти планеты.

На Венере давление атмосферы велико (в 90 раз больше, чем на Земле) из-за того, что в ней очень много углекислого газа — 96.5 процента. Потерять свою атмосферу Венера не может: тяжелая молекула двуокиси углерода (ее молекулярный вес равен 45, тогда как средний молекулярный вес воздуха на Земле равен 29) даже при высоких венерианских температурах движется слишком медленно, чтобы вырваться из поля тяготения планеты.

А вот спутник Сатурна Титан, если бы он находился на расстоянии Венеры от Солнца, наверняка не смог бы удержать вокруг себя такую атмосферу, какую он имеет в настоящее время. Но температура Титана из-за большой удаленности от Солнца очень низка — всего 94 К (-179°С). Атмосфера спутника состоит в основном из азота с примесями метана и других углеводородов; ее средний молекулярный вес — около 28, что достаточно для удержания газа у поверхности спутника. Даже спутник Нептуна Тритон, не такой массивный, как Титан, но зато и более холодный, смог удержать вблизи своей поверхности кое-какую атмосферу.

Источник

О массах и плотностях планет

То, что планеты Солнечной системы значительно различаются по своему размеру, является хорошо известным фактом.

Так, например, планеты внутренней части нашей системы имеют меньшие размеры, но являются более плотными, чем газовые или ледяные гиганты, располагающиеся во внешней части Солнечной системы. А в ряде случаев, планеты могут быть даже меньше, чем некоторые спутники. Однако размер планеты не обязательно пропорционален его массе.

Таким образом, в то время как Меркурий может быть меньше по размеру, чем спутник Юпитера Ганимед или спутник Сатурна Титан, он более чем в два раза массивнее этих спутников. И в то время как Юпитер в 318 раз массивнее Земли, его радиус лишь в 11,21 раза больше земного.

Давайте пройдёмся по каждой из планет и посмотрим, насколько они различаются.

Меркурий

Венера

Земля

Марс является третьей по величине планетой земной группы. Как и другие, Марс состоит из металлов и силикатных пород, но в то время как он примерно в два раза меньше Земли (со средним диаметром 6792 километров, или 4220 миль), его масса составляет всего одну десятую массы Земли.

Юпитер

Сатурн

Нептун

Нептун примерно в четыре раза больше Земли (диаметр 49528 километров), а его масса равна 102*10 24 кг. Таким образом плотность Нептуна больше, чем плотность любого из газовых гигантов (1,638 г/см 3 ).

Исходя из вышесказанного, вы можете увидеть, что массы планет Солнечной системы значительно варьируются. Но если мы говорим о плотности, то она не всегда пропорциональна размерам. Короче говоря, в то время как некоторые планеты могут быть всего в несколько раз больше, чем другие, они при этом могут быть во много и много раз более массивными.

Источник

2011dnevnoe

2 курс

Планеты, относящиеся к земной группе, — Меркурий, Венера, Земля, Марс — имеют небольшие размеры и массы, средняя плотность этих планет в несколько раз превосходит плотность воды; они медленно вращаются вокруг своих осей; у них мало спутников (у Меркурия и Венеры их вообще нет, у Марса — два крохотных, у Земли — один). Сходство планет земной группы не исключает и значительного различия. Например, Венера, в отличие от других планет, вращается в направлении, обратном ее движению вокруг Солнца, причем в 243 раза медленнее Земли (сравните с продолжительностью года на Венере). Период обращения Меркурия (т. е. год этой планеты) только на 1/3 больше периода его вращения вокруг оси (по отношению к звездам). Углы наклона осей к плоскостям их орбит у Земли и у Марса примерно одинаковы, но совсем иные у Меркурия и Венеры. А это одна из причин, определяющая характер смены времен года. Такие же, как у Земли, времена года есть, следовательно, на Марсе (правда, каждое время года почти в два раза продолжительнее, чем на Земле).
Черты сходства и различия обнаруживаются также при изучении атмосфер планет земной группы. В отличие от Меркурия, который, как и Луна, практически лишен атмосферы, Венера и Марс обладают ею. Сравнивая атмосферы Венеры и Марса с земной, мы видим, что, в отличие от азотно-кислородной земной атмосферы, Венера и Марс имеют атмосферы, в основном состоящие из углекислого газа. давление у поверхности Венеры более чем в 90 раз больше, а на Марсе почти в 150 раз меньше, чем у поверхности Земли.
Газ в атмосферах планет земной группы находится в не прерывном движении. Нередко во время пылевых бурь, которые длятся по нескольку месяцев, огромное количество пыли поднимается в атмосферу Марса. Ураганные ветры за фиксированы в атмосфере Венеры на высотах, где расположен облачный слой (от 50 до 70 км над поверхностью планеты), но вблизи поверхности этой планеты скорость ветра достигает всего лишь нескольких метров в секунду. Таким образом, несмотря на некоторое сходство, в целом атмосферы ближайших к Земле планет резко отличаются от атмосферы Земли.
Планеты земной группы, подобно Земле и Луне, имеют твердые поверхности. Поверхность Меркурия, изобилующая кратерами, очень напоминает лунную. «Морей» там меньше, чем на Луне, причем они небольшие. Каменистая пустыня и множество отдельных камней видны на первых фототелевизионных панорамах, переданных с поверхности Венеры автоматическими станциями. Изобилует кратерами и поверхность Марса. Особенно много их в южном полушарии планеты. Темные области, занимающие значительную часть поверхности планеты, получили название морей (Эллада, Аргир и др.). диаметры некоторых морей превышают 2000 км.

[Левитан Е.П. Астрономия. Учебник для 11 кл.,1998 год]

Источник

Чем обусловлены различия в плотности атмосфер планет

С 1962 П. успешно исследуются советскими и американскими КА: детально изучены атмосферы Венеры и Марса; с борта пролётных и орбитальных КА сфотографированы поверхности Меркурия, Марса, облачный покров Венеры, Юпитера, Сатурна, вся поверхность Луны, получены изображения спутников Марса, Юпитера, Сатурна, колец Сатурна и Юпитера. Спускаемые КА исследовали физ. и хим. св-ва пород, слагающих поверхность Марса, Венеры, Луны (образцы лунных пород были доставлены на Землю и тщательно изучены). Исследование П. перестало быть занятием одних только астрономов. Рождается комплекс наук о П.- физика планетных атмосфер, планетных недр, планетохимия.

Рис. 2. Относительные размеры планет и Солнца.

В табл. 1 приведены нек-рые физ. характеристики П., позволяющие установить осн. различия П.-гигантов и П. земной группы. П.-гиганты значительно больше по размерам и массе, меньше по плотности, быстрее вращаются. Ок. 98% суммарной массы П. Солнечной системы ( 1 /₇₄₃ приходится на долю П.-гигантов. Имеется ещё одно важное различие. Тепловой поток из недр Юпитера и Сатурна примерно равен по величине потоку, получаемому ими от Солнца. Тепловой поток из недр Земли пренебрежимо мал по сравнению с поступающим от Солнца, и то же самое, по-видимому, верно и для др. П. земной группы. П.-гиганты имеют многочисленные семейства спутников. Каждое такое семейство явл. маленьким подобием Солнечной системы. Юпитер, Сатурн и Уран, кроме того, обладают кольцами, состоящими из множества мелких тел (обломков).

Табл. 1.-Основные характеристики планет

Протопланетное облако было неустойчивым, оно становилось всё более плоским, твёрдые пылинки сближались, сталкивались, образовывали тела всё больших и больших размеров, и в относительно короткий срок (по разным оценкам, от 10 5 до 10 8 лет) сформировались 9 больших П. Астероиды, кометы, метеориты явл., вероятно, остатками материала, из к-рого сформировались П.

Доля солнечной энергии, отражённой от П., определяется величиной интегрального сферического альбедо

В каждом данном интервале длин волн уровень, с к-рого уходит излучение (отражённое или тепловое), соответствует, как правило, оптической толще t ≈ 1 (отсчитываемой сверху). Он может располагаться на той или иной высоте в атмосфере, на нек-рой глубине под поверхностью или практически с ней совпадать. Детальное исследование спектра излучения явл. благодаря этому важным источником информации об атмосфере и поверхности П.

П.-гиганты обладают иным хим. составом, Юпитер и Сатурн содержат водород и гелий в той же пропорции, что и Солнце. Вероятно, др. элементы также содержатся в пропорциях, соответствующих солнечному составу. В недрах Урана и Нептуна тяжёлых элементов, по-видимому, больше.

Недра Юпитера находятся в жидком состоянии, за исключением небольшого каменного ядра. Жидкий водород на глубине

4. Поверхности планет и их спутников

Типичные формы рельефа. 1) Континентальные блоки и океанические впадины имеются на Земле, Марсе и Венере. Лишь на Земле они заполнены водой. Это наиболее крупномасштабные элементы рельефа. Ср. перепад высот между континентами и океанич. впадинами ≈5 км.
2) Горные цепи хорошо выражены только на Земле. Это складки тектонич. происхождения.

Рис. 4. Гигантская вулканическая гора Olympus на Марсе. Её высота над окружающей равниной около 25 км, диаметр в основании около 600 км.

Рис. 5. Метеоритные кратеры на поверхности Меркурия (внизу) и Каллисто (вверху) — одного из спутников Юпитера.

Рис. 6. Извилистая долина Nirgal Vallis.

Рис. 7. Панорамы поверхности Венеры, полученные
советскими спускаемыми аппаратами «Венера-9»
и «Венера-10» (СССР, 1975г.)

На Марсе имеются области т. н. хаотического рельефа, испещрённые провалами, сформировавшимися, вероятно, в результате сублимации грунтового льда. Сложными образованиями явл. полярные шапки Марса. В них можно выделить сезонную и постоянную части. Сезонная часть представляет собой конденсат CO₂ с небольшой примесью H₂O, к-рый выпадает осенью, а весной сублимирует и «перекачивается» в противоположное полушарие. Постоянная часть полярной шапки состоит из льда H₂O. Для полярных областей Марса типичны отложения из большого количества ледяных слоев, перемежающихся уплотнившимся пылевым материалом.

По механич. структуре поверхностные слои грунта Марса, Меркурия, Луны, Фобоса, Деймоса представляют собой раздробленное вещество, т. н. реголит. Такая структура явл. результатом эрозионных процессов. Частицы реголита имеют различные размеры: от долей миллиметра до микрометра. На поверхности П. земной группы имеются и каменные глыбы метровых размеров (рис. 7).

Табл. 2.-Химический состав атмосфер Венеры, Земли, Марса и Юпитера

* Имеется качественное отождествление.

Вертикальная структура атмосферы определяется полем тяготения П., темп-рой атмосферы и её хим. составом. Давление в атмосфере убывает в е раз при изменении высоты на величину

Рис. 10. Большое красное пятно (КП) Юпитера и окрестности пятна
(«Вояджер-1», 1979).

На поверхности П. (или спутника), лишённой атмосферы, темп-ра Т_s определяется ур-нием локального теплового баланса. Для дневной стороны П. оно имеет вид:

Источник

Вопросы § 63

Физика А.В. Перышкин

1.Какие группы объектов входят в Солнечную систему?

Центральное тело нашей планетной системы — Солнце — желтый карлик, сосредоточило в себе 99,866% всей массы Солнечной системы. Оставшиеся 0,134% вещества представлены девятью большими планетами и несколькими десятками их спутников (в настоящее время их открыто более 60), малыми планетами — астероидами (примерно 100 тысяч), кометами (около 10 11 объектов), огромным количеством мелких фрагментов — метеороидов и космической пылью. Механически эти объекты объединены в общую систему силой притяжения превосходящей массы Солнца. Ряд зависимостей показывают принадлежность различных по величине и физико-химическим свойствам тел к единому семейству. Средняя плотность объектов Солнечной системы изменяется в пределах от 0,5 г/см 3 для ядер комет до 7,7 г/см 3 для металлических астероидов и метеоритов.

2. В какие виды энергии переходила гравитационная энергия сжатия протооблака при образовании Солнечной системы?

Согласно общепринятой в настоящее время гипотезе, формирование Солнечной системы началось около 5 млрд лет назад с гравитационного коллапса (т. е. катастрофически быстрого сжатия) небольшой части гигантского межзвёздного газопылевого облака. В общих чертах этот процесс можно описать следующим образом. Во вращающемся газопылевом облаке в результате взаимодействия его частиц или под действием каких-либо внешних влияний могло возникнуть уплотнение, ставшее центром гравитационного притяжения частиц окружающего вещества и вызвавшее гравитационный коллапс.

В процессе гравитационного сжатия размеры газопылевого облака уменьшались. Из-за вращения облака его сжатие в направлении, параллельном оси вращения, происходило быстрее, чем в направлениях, перпендикулярных оси. Это приводило к уплощению облака и формированию характерного диска (рис. 168). При сжатии облака его плотность увеличивалась, движение частиц вещества становилось всё более интенсивным, особенно в центральной части диска. Как следствие увеличивалась внутренняя энергия и повышалась температура вещества. При температуре в несколько тысяч градусов атомы центральной части облака стали излучать свет, что свидетельствовало о возникновении протозвезды. — звезды в стадии образования.

Под действием гравитационного притяжения вещество облака продолжало падать на протозвезду, увеличивая давление и температуру в центре.

Когда температура в центре протозвезды достигла миллионов градусов, в центральной области началась термоядерная реакция превращения водорода в гелий, происходящая с выделением энергии. Протозвезда превратилась в обычную звезду, впоследствии названную Солнцем. Во внешней области диска крупные сгущения образовали планеты.

3. Чем отличаются планеты земной группы от планет-гигантов? Чем эти отличия обусловлены?

4. Почему планеты Солнечной системы не покидают её; не падают на Солнце?

Солнце огромными силами тяготения удерживает около себя Землю и все другие планеты Солнечной системы, не дает им улететь в космическое пространство. Странно, казалось бы, то, что Земля около себя удерживает Луну. Между всеми телами действуют силы тяготения, но не падают планеты на Солнце потому, что находятся в движении, в этом-то и секрет. Все падает вниз, на Землю: и капли дождя, и снежинки, и сорвавшийся с горы камень, и опрокинутая со стола чашка. А Луна? Она вращается вокруг Земли. Если бы не силы тяготения, она улетела бы по касательной к орбите, а если бы она вдруг остановилась, то упала бы на Землю. Луна, вследствие притяжения Земли, отклоняется от прямолинейного пути, все время как бы «падая» на Землю. Движение Луны происходит по некоторой дуге, и пока действует гравитация, Луна на Землю не упадет. Так же и с Землей — если бы она остановилась, то упала бы на Солнце, но этого не произойдет по той же причине. Два вида движения — одно под действием силы тяготения, другое по инерции — складываются и в результате дают криволинейное движение.

Закон всемирного тяготения, удерживающий в равновесии Вселенную, открыл английский ученый Исаак Ньютон. Когда он опубликовал свое открытие, люди говорили, что он сошел с ума.

Закон тяготения определяет не только движение Луны, Земли, но и всех небесных тел в Солнечной системе, а также искусственных спутников, орбитальных станций, межпланетных космических кораблей.

Источник

• ← Чем обусловлены прочность и упругость костей
• Чем обусловлены различия в физических свойствах металлов →