Большая Советская Энциклопедия (ПЛ)

Большая Советская Энциклопедия

Космическая эра принесла новую методику исследования атмосфер П. Измеряя ослабление радиосигналов космических зондов, заходящих за П., вследствие поглощения в атмосфере, можно вывести «шкалу высот» атмосферы и определить т. о. отношение её температуры Т к среднему молекулярному весу m. Однако этот метод применим только к разрежённым атмосферам или к верхним слоям более мощных атмосфер. Несравненно эффективнее непосредственный контакт спускаемых аппаратов космических зондов с атмосферой П. Такой эксперимент был осуществлен в 60-х гг. 20 в. при спуске на Венеру зондов серии «Венера» (СССР). Измерения интенсивности той или иной молекулярной полосы в спектре деталей П., над которыми пролетает искусственный спутник П., даёт возможность определить также и расстояние до поверхности П. в этом месте, т. е. рельеф П. под траекторией спутника. Ценные результаты такого рода были получены с помощью искусственных спутников Марса «Марс-3», «Марс-5» (СССР) и «Маринер-9» (США). Вследствие вращения П. под орбитой спутника проходят разные части её поверхности, благодаря чему рельеф Марса был определён на значительной части его поверхности с точностью до нескольких сот м.

Температура планет. Прямые измерения интегрального

теплового потока или излучения П. в отдельных областях её инфракрасного спектра, осуществляемые, например, с помощью болометров, позволяют определить общую температуру П. или температуру отдельных её частей. Та же задача может быть решена путём измерения тепловых потоков П. радиометодами в сантиметровом, дециметровом и метровом диапазонах. Из подобных измерений выводятся минимальные температуры, основанные на предположении, что П. излучает как абсолютно чёрное тело. Есть основание полагать, что истинные температуры лишь немного выше полученных этим методом. Кроме того, радиоизмерения позволяют определять температуру на разных уровнях атмосферы П. и даже на разных глубинах под её поверхностью (в пределах метров), т.к. излучение разных частот испытывает разное поглощение в атмосфере и в твёрдой коре П. Именно методом радиоизмерений была измерена истинная температура поверхности Венеры — около + 500 °С; болометрические же измерения давали температуру только верхней её атмосферы, на уровне облаков (около — 40 °С). Сравнение теоретической равновесной температуры (т. е. той, которую должна была бы иметь П., если бы её единственным источником тепла было солнечное облучение) с измеренной температурой даёт возможность судить о том, что П. обладает собственными источниками тепла, которое просачивается наружу. Этот процесс очень существенно зависит от теплопроводности коры и атмосферы П. Атмосфера может обусловливать сильный парниковый эффект, сущность которого заключается в том, что она пропускает приходящее от Солнца оптическое излучение, но в значительной мере задерживает уходящее наружу длинноволновое (тепловое) излучение самой П. Поэтому П., лишённая атмосферы, холоднее и отличается большей суточной амплитудой температуры, чем П. с атмосферой. Именно поэтому у Венеры под мощной атмосферой температура на 550 °С выше, чем на уровне облаков, а дневная температура практически неотличима от ночной. У Юпитера также при равновесной температуре 110 К измерения в инфракрасном диапазоне показали температуру 123 К, а на миллиметровых и сантиметровых волнах даже 150 К. Она ещё выше в дециметровом диапазоне, но это является следствием нетеплового излучения П., к которому понятие температуры неприменимо. У др. П.-гигантов превышение измеренных температур над равновесными ещё больше, но измерения менее точны. Для определения температуры отдельных деталей поверхности П. пригодны только тепловые измерения с крупными телескопами в инфракрасной области спектра. Так было установлено, например, что в экваториальной области Марса летом дневные температуры могут быть заметно выше 0 °С, ночные же — около — 60 °С; что тёмные «моря» теплее светлой «суши» и т.д.

Совокупное исследование температуры и химического состава атмосферы П. (наличие кислорода и воды) позволяет сделать заключение о возможности существования жизни на П. Так, из того, что известно о Марсе, можно заключить, что на этой П. может существовать жизнь в простейших её формах. Возможность жизни даже в таких формах на др. П. Солнечной системы сомнительна.

Внутреннее строение планет. Наблюдения изменений орбиты спутника П., в частности поворота плоскости орбиты, вращения орбиты в этой плоскости позволяют математическим путём определить форму П., её сжатие. Скорость этого вращения тем больше, чем больше величина I разности между сжатием e и половиной отношения c центробежной силы на экваторе П. к силе тяжести. Величина I может быть определена по результатам длительных наблюдений спутника, а c вычислена по известным размерам и массе П. и скорости её вращения; после этого величина сжатия (динамического) определяется из уравнения e = Т + c/2. Между тем из теории следует, что e зависит от распределения масс внутри П., а именно e меняется от значения c/2 для П., у которой вся масса сосредоточена в её центре, до 5c/4 для П., однородных от центра до периферии. Зная среднюю плотность П., оценивая возможные значения давления внутри П. и принимая в расчёт её химический состав, приведённые выше закономерности позволяют составить обоснованные суждения о природе вещества в глубоких недрах П. и его агрегатном состоянии. Дополнительные сведения о распределении масс внутри П. может дать определение скорости прецессии, её оси вращения, но для этого нужны длительные (несколько столетий) наблюдения за её вращением.

Как видно из табл. 1, у П. земной группы средняя плотность значительно превышает среднюю плотность П.-гигантов, близкую к средней плотности Солнца (1,4 г/см³). П.-гиганты, кроме того, имеют несравненно большие массы, вследствие чего в их недрах давление значительно выше. Т. о., с большой вероятностью можно предполагать, что у Меркурия, обладающего большой по сравнению с др. П. плотностью, есть плотное железное ядро, в котором содержится около 60% массы П.; Венера, по массе и плотности сходная с Землёй, имеет в своём центре ядро, более богатое железом, чем Земля, а плотность силикатов в её оболочке несколько выше, чем в оболочке Земли; Земля же имеет сложную структурную оболочку (мантию), простирающуюся до глубины 2900 км, а ниже находится ядро, по-видимому металлическое (железное), на границе с мантией — жидкое, а у центра — твёрдое; у Марса, имеющего сравнительно малую плотность, если и есть железное ядро, то оно невелико (не больше 30% радиуса, а точнее 15—20%), а плотность силикатных пород его оболочки несколько выше, чем у Земли.

Совсем иная картина у П.-гигантов. Очень низкая средняя плотность и специфический химический состав их атмосфер свидетельствуют о том, что они состоят из вещества, подобного солнечному, т. е. главным образом из водорода и гелия. Значительный тепловой поток, исходящий из Юпитера, указывает на высокую температуру в его недрах — м. б. до 20 тыс. градусов. Такой поток тепла свидетельствует о существовании в недрах Юпитера и Сатурна конвективного перемешивания тепла. В недрах господствует колоссальное давление, намного превышающее 2,5 млн. бар, при котором молекулярный водород испытывает переход к металлической фазе и вполне подобен щелочным металлам. Находится ли он в жидком или газообразном состоянии — трудно сказать, т.к. температура известна недостаточно точно. Нужно думать, однако, что металлическое ядро Юпитера жидкое, в противном случае трудно было бы объяснить существование у Юпитера мощного магнитного поля, значительно более мощного, чем у Земли. Сходную с Юпитером структуру имеет Сатурн. Более плотные Уран и Нептун содержат, по-видимому, значительно больше гелия. У этих П. температура ниже, так что около их центра возможно имеются ядра, состоящие из смеси льда и соединений, содержащих водород, кислород, углерод, азот, серу и др. О строении Плутона ничего неизвестно.

Для полноты характеристики П. Солнечной системы необходимо ещё добавить, что у П. земной группы мало спутников (у Земли — 1, Марса — 2), тогда как у П.-гигантов их много: у Юпитера — 12, Сатурна — 10, Урана — 5 и только у Нептуна — 2. Плутон спутников, по-видимому, не имеет.

Эволюция планет и их происхождение. На протяжении миллиардов лет существования П. Солнечной системы испытали сильные изменения. П. малой массы (например, Меркурий и отчасти Марс) не могли удержать легкие газы, у которых скорость теплового движения молекул может превзойти или приблизиться к скорости убегания. Это относится прежде всего к водороду и гелию. Наоборот, азот, кислород, углекислый газ и, в меньшей мере, водяной пар сравнительно прочно удерживаются большинством П. Выделяющиеся при медленной эволюции недр абсорбированные там газы пополняют атмосферу, но у меньших П. процесс улетучивания преобладает. Происходящее в верхних слоях атмосферы расщепление сложных молекул газа (той же воды) солнечным коротковолновым излучением также облегчает убегание более лёгких их составных частей. Известную роль в изменении состава атмосферы могут играть живые организмы. Так, предполагается, что на Земле первоначально атмосфера была богата H₂O, CO₂, CH₄, а также более тяжёлыми углеводородами, но в результате жизнедеятельности простейших микроорганизмов и растительности при энергетическом воздействии Солнца углекислый газ был расщеплен на углерод и кислород. Последний интенсивно расходовался на окисление горных пород, но всё же значительная часть его сохранилась.

Таким образом, П. земной группы, имеющие малую массу, растеряли свои летучие газы H₂, Не, CH₄, а Меркурий и отчасти Марс — и более тяжёлые (O₂ и CO₂), за исключением H₂, связанного с О в водяном паре и существующего преимущественно в жидкой или твёрдой фазе у большинства П. Наоборот, у П.-гигантов сохранились все газы, вследствие чего химический состав их атмосфер (и недр) тот же, что и у Солнца.

Из сказанного можно сделать заключение о схожести состава вещества Солнца и П. и общности их происхождения. Метеорные тела и кометы также имеют химический состав, в основном близкий к составу Солнца. Однако поиски механизма образования П. вокруг Солнца в этом предположении (общности вещества) натолкнулись на трудность, состоящую в том, что на долю П., суммарная масса которых составляет ¹/₇₀₀ часть массы всей Солнечной системы, приходится 98% вращательного момента, в то время как на долю Солнца только 2%. Попытка в некоторых космогонических гипотезах (см. Космогония) объяснить столь большой момент тем, что он был отнят у проходившей мимо звезды, оказалась несостоятельной, т.к. осталось необъяснимым, почему удельный (на единицу массы) вращательный момент сильно растет при переходе ко всё более удалённым от Солнца П. В середине 20 в. в значительной мере под влиянием работ О. Ю. Шмидта и его учеников общее мнение стало склоняться к тому, что, каков бы ни был механизм процесса, планетная система образовалась в результате дифференциации вещества в колоссальном вращающемся газопылевом облаке: это облако первоначально было холодным, т.к. в противном случае горячий газ быстро рассеялся бы, не успев присоединиться к пылевой субстанции при её конденсации в П. Во время этого процесса выделялось некоторое количество тепла за счёт уменьшения потенциальной энергии. П. разогревалась, и это продолжалось дальше также за счёт радиоактивного распада внутри П. Вещество её постепенно переходило в пластическое и даже жидкое состояние, при котором стала возможной дифференциация вещества: наиболее тяжёлые фракции (например, железо, никель) опускались к центру, а лёгкие всплывали, образуя оболочку П. и её кору. Газ, находившийся в первоначальном облаке вблизи образовавшегося Солнца, нагрелся и рассеялся; в облаках, отдалённых от Солнца, этого не произошло.

Околосолнечная планетная система безусловно не единственная в Галактике, а тем более во Вселенной. Но прямых доказательств существования других таких систем пока нет. Только ничтожные периодические движения, замеченные у некоторых ближайших к нам звёзд, дают слабое косвенное указание на это.

Лит.: Шаронов В. В.. Природа планет, М., 1958; Мороз В. И., Физика планет, М., 1967; Брандт Дж., Ходж П., Астрофизика солнечной системы, пер. с англ., М., 1967; Мартынов Д. Я., Планеты. Решенные и нерешенные проблемы, М., 1970; Физические характеристики планет-гигантов, А.-А., 1971; Рессель Г. Н., Солнечная система и её происхождение, пер. с англ., М. — Л., 1944; Левин Б. Ю., Происхождение Земли и планет, 4 изд., М., 1964; Сафронов В. С., Эволюция допланетного облака и образование Земли и планет, М., 1969; Жарков В. Н., Внутреннее строение Земли, Луны и планет, М., 1973.

Д. Я. Мартынов.

Планеты-гиганты

Плане'ты-гига'нты, планеты Солнечной системы: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун; расположены за пределами кольца малых планет. Сравнительно с планетами земной группы (внутренними) они обладают большими размерами, массами, более низкой средней плотностью, мощными атмосферами, быстрым вращением и большим количеством спутников. Все эти характеристики убывают от Юпитера к Нептуну. У самой удалённой планеты — Плутона — они отсутствуют и потому Плутон не причисляют к П.-г. См. также Планеты.

Планиметр

Планиме'тр (от лат. planum — ровное место, плоскость и ...метр), математический прибор для определения площадей плоских фигур произвольной формы. Наибольшее распространение получил полярный П., созданный Я. Амслером (Германия) в 1854. Принцип действия такого П. поясняется на рис. 1: при движении прямолинейного ориентированного отрезка AB в плоскости площадь «обметённой» им фигуры равна произведению длины отрезка AB на длину дуги, которую описывает средняя точка отрезка. Значение s равно длине дуги поворота т. н. интегрирующего ролика, если его насадить на отрезок, как на ось, в средней его точке. Полярный П. (рис. 2) имеет полярный и обводно'й рычаги, которые связаны шарнирно в точке В. Полярный рычаг может поворачиваться вокруг закрепленного шарнира О полюса. Интегрирующий ролик вместе со счётным механизмом помещается на специальной тележке, которую можно смещать вдоль обводного рычага (меняя тем самым его длину).