Warunki panujące na planetach układu słonecznego.

Układ słoneczny

Układem słonecznym nazywamy Słońce wraz z otaczającą je i związaną z nim grawitacyjnie materią (planety i ich księżyce, planetoidy, komety, meteoroidy oraz pył i gaz wypełniający przestrzeń międzyplanetarną). Materia ta powiązana jest siłami wzajemnych oddziaływań, z których najsilniejsze jest grawitacyjne oddziaływanie Słońca. Ciałem centralnym, skupiającym prawie całą masę Układu Słonecznego jest Słońce, obiegane przez 9 planet (Merkury, Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn, Uran, Neptun, Pluton).

Planety układu słonecznego

MERKURY

Merkury występuje najbliżej Słońca i jest najszybciej poruszającą się planetą. Jest on jedną z pięciu planet, które da się zauważyć gołym okiem, jednak ze względu na bliskość Słońca może być dostrzeżony jedynie nisko nad horyzontem wkrótce po zachodzie lub tuż przed wschodem Słońca. Merkury okrąża Słońce po orbicie eliptycznej, a jego średnia odległość od Słońca wynosi 58 milionów kilometrów. Zaś jego średnia prędkość orbitalna jest równa 48 km/s.

Merkury jest najmniejszym obiektem wśród planet grupy ziemskiej. Jego promień równikowy wynosi 2439 kilometrów, czyli mniej niż 2/5 promienia Ziemi. Planeta ta bardzo wolno obraca się wokół własnej osi - w czasie pełnego obiegu Słońca wykonuje zaledwie półtora obrotu. Sprawia to, że doba na Merkurym trwa 176 dni ziemskich i jest przez to dłuższa od roku, który trwa tutaj 88 dni ziemskich. Ten osobliwy rezonans jest wynikiem oddziaływań pływowych Słońca na glob planety.

Masa Merkurego jest ponad 6 milionów razy mniejsza od masy Słońca i wynosi 3,3 x 1023 kilograma. Zaś średnia gęstość materii, z której jest on zbudowany wynosi 5,43 g/cm3 i jest tylko nieznacznie mniejsza od średniej gęstości Ziemi.

Model struktury wnętrza globu Merkurego wskazuje, iż około 70% masy planety stanowi żelazo skupione w stosunkowo dużym jądrze o promieniu około 1800 kilometrów, otoczonym płaszczem krzemianowym i cienką skorupą pokrytą kilkumetrową warstwą pyłu.

Dzięki sondzie kosmicznej Mariner 10, która w latach 1974-1975 trzykrotnie zbliżyła się do Merkurego, wiadomo, że na powierzchni planety, oprócz licznych kraterów uderzeniowych, występują między innymi łagodnie pofałdowane równiny, a także wysokie urwiska, czy rowy ciągnące się przez setki kilometrów.

Temperatura powierzchni Merkurego zmienia się od około 430C w dzień, gdy planeta znajduje się najbliżej Słońca, do około -180C w nocy. Planeta ta pozbawiona jest atmosfery, jej brak uzasadnia nie tylko niewielka masa planety, ale także słabe pole magnetyczne generowane przez strumienie płynnych metali w jądrze. Merkury nie posiada także żadnych naturalnych satelitów.

WENUS

Wenus jest drugą według oddalenia od Słońca planetą Układu Słonecznego. Planeta ta była znana już w starożytności.

Jej okres obiegu wokół Słońca wynosi około 225 dni. Zaś promień równikowy to 6070 kilometrów, a masa 4,871 x 1024 kilograma. Przyspieszenie panujące na powierzchni to 8,85 m/s2. Obrót Wenus odbywa się w przeciwnym kierunku niż obrót Ziemi i jego okres wynosi 243 dni.

Wenus ma gęstą i nieprzezroczystą atmosferę złożoną w 97% z dwutlenku węgla, w 2% z azotu, a pozostały 1% to gazy takie jak hel, wodór, argon, czy metan. W górnych warstwach atmosfery utrzymują się trwałe obłoki aerozolowe stężonego kwasu siarkowego i solnego. Przy powierzchni panuje temperatura równa około 447C, a ciśnienie wynosi 90 tysięcy Hektopaskali, dla porównania na Ziemi jest to średnio około 1000 Hektopaskali. Wysoka temperatura powierzchni Wenus uwarunkowana jest nie tylko faktem usytuowania jej bliżej Słońca w porównaniu z Ziemią, ale także gęstą atmosferą. Gęsta atmosfera stwarza warunki podobne do cieplarni, czyli gromadzi ciepło promieniowania słonecznego i nie dopuszcza do ostudzenia powierzchni planety.

Na rzeźbę powierzchni składają się wysokie góry do 11 kilometrów, kratery i płaskowyże. Wenus nie ma wewnętrznego pola magnetycznego, a słabe pole w jonosferze jest indukowane przez wiatr słoneczny. Wenus podobnie jak Merkury nie posiada satelitów.

Jak na razie życie na Wenus jest stanowczo niemożliwe. Głównie za sprawą temperatury i ciśnienia. Planeta Wenus została wykreślona jakoby miało istnieć na niej życie.

MARS

Mars w układzie słonecznym występuje za Ziemią i jest widoczny gołym okiem. Mars okrąża Słońce po prawie kołowej orbicie. Jego średnia prędkość orbitalna wynosi 24 km/s, a okres obiegu wokół Słońca to 687 dni.

Najbliższa odległość między Ziemią i Marsem wynosi od 56 do 101 milionów kilometrów, a niejednoznaczność ta wynika z eliptyczności orbit obu planet. W odległości bliskiej, czyli 56 milionów kilometrów Mars znajduje się co 15-17 lat.

Promień równikowy Marsa wynosi 3394 kilometry. Masa planety to 6,5 x 1023 kilograma i jest to 1/10 masy Ziemi. Średnia gęstość materii budującej Mars to 3,93 g/cm3. Zaś doba trwa tutaj zaledwie o około 38 minut dłużej niż na Ziemi.

Nachylenie równika Marsa do płaszczyzny orbity wynosi 25, co sprawia, że na Marsie występują pory roku podobne do ziemskich.

Na powierzchni Marsa obserwuje się bardzo wiele kraterów, w większości prawdopodobnie pochodzenia meteorytowego. Powierzchnia Marsa nie jest jednolita. Widoczne są na niej miejsca ciemne, zwane morzami, oraz jaśniejsze zwane lądami. Zarówno jedne, jak i drugie są obszarami stałej powierzchni planety o odmiennych właściwościach, odbijającymi promienie słoneczne. Na powierzchni planety znajduje się między innymi ogromny kanion Valles Marineris, który ma długość 4500 kilometrów oraz głębokość prawie 7 kilometrów.

Atmosfera Marsa jest znacznie bardziej rozrzedzona niż ziemska. Ciśnienie u jej podstawy jest rzędu 10 milibarów. Składa się głównie z dwutlenku węgla (95,3%), azotu (2,7%), argonu (1,6%), tlenu (0,1%) oraz śladowych ilości tlenku węgla, pary wodnej i innych gazów. Na Marsie obserwowane są często zawieje pyłowe, świadczące o silnych wiatrach w atmosferze oraz o tym, że przynajmniej część powierzchni Marsa jest pokryta pyłem.

Temperatura na powierzchni ulega silnym wahaniom, zarówno w okresie roku marsjańskiego, jak i doby. W ciągu doby temperatura rośnie od około -93C o wschodzie Słońca do około 27C w godzinach popołudniowych. Amplituda wahań rocznych w okolicach biegunów wynosi około -203C. Charakterystycznymi szczegółami tarczy Marsa są tworzące się na przemian wokół biegunów w czasie zimy tak zwane czapy polarne. Są to prawdopodobnie obszary pokryte szronem zamarzniętego dwutlenku węgla.

Nie wykryto mierzalnego pola magnetycznego ani pasów radiacji wokół planety. Mars posiada 2 satelity - Phobos i Deimos. W 1877 roku Schiaparelli zauważył na powierzchni Marsa ciemne linie, nazwane kanałami. Wielu astronomów na przełomie XIX i XX wieku uważało, iż kanały na Marsie są wynikiem świadomej działalności istot rozumnych. Obecnie wiadomo, iż wrażenie kanałów jest wynikiem złudzenia optycznego, czyli podświadomego łączenia wielu niedużych, ciemniejszych plamek na tarczy Marsa w regularne linie.

Warunki fizyczne panujące na Marsie są spośród wszystkich planet najbardziej zbliżone do ziemskich. Dlatego właśnie tam poszukiwano przejawów życia. Nie należy wykluczać możliwości istnienia tam prostych form życia. Trzeba jednak podkreślić wiele mniej sprzyjających rozwojowi życia warunków, do których należą:
• duże dobowe wahania temperatury powietrza;
• brak zbiorników wodnych;
• brak tlenu, który nie przepuszcza jako ozon nadfioletowego promieniowania Słońca;
• brak pól magnetycznych, a tym samym brak osłony przed korpuskularnym promieniowaniem płynącym w wietrze słonecznym oraz przed promieniowaniem kosmicznym.

JOWISZ

Jowisz jest największą planetą Układu Słonecznego. Jego masa wynosi 1,9 x 1027 kilograma, co stanowi 71% sumy mas wszystkich planet Układu Słonecznego. Zaś jego promień równikowy ma 71,5 tysiąca kilometrów i jest o 4,6 tysiąca kilometrów dłuższy od promienia biegunowego.

Jowisz okrąża Słońce po prawie kołowej orbicie. Jego średnia prędkość orbitalna wynosi 13 km/s, a okres obiegu wokół Słońca to 11 lat i 315 dni. Średnia gęstość planety to 1,3 g/cm3.

Planeta ta bardzo szybko rotuje wokół osi i pełny obrót zajmuje jej tylko 9,9 godziny. Czas ten jest najkrótszy wśród wszystkich planet Układu Słonecznego, a jego konsekwencją jest stosunkowo duże spłaszczenie globu.

Jowisz składa się przede wszystkim z wodoru i helu oraz śladowych ilości metanu, amoniaku, wody i różnych minerałów skalnych. Zaś wnętrze globu wypełnione jest głównie ciekłym wodorem metalicznym otoczonym warstwą ciekłego wodoru cząsteczkowego przechodzącego w zewnętrznych obszarach w stan gazowy. W centrum znajduje się przypuszczalnie niewielkie jądro żelazowo-krzemianowe skupiające około 13% masy.

Jowisz nie ma stałej powierzchni, a umowną granicą między jego globem, a atmosferą jest warstwa gazów o ciśnieniu 105 Paskali. Temperatura tak określonej powierzchni wynosi około -110C. Zaś w centrum planety temperatura sięga około 20 tysięcy stopni Celsjusza, a ciśnienie wynosi 4,5 x 1012 Paskala.

Jowisz cechuje silne pole magnetyczne, którego natężenie przy powierzchni jest kilkanaście razy większe od ziemskiego. Sprawia to, że Jowisz otacza ogromna magnetosfera, sięgająca w kierunku Słońca na odległość około 4 milionów kilometrów.

Najbardziej charakterystycznym tworem na powierzchni planety jest tak zwana wielka czerwona plama, obserwowana od drugiej połowy XVII wieku. Jest to owal o rozmiarach 12 tysięcy 25 tysięcy kilometrów, będący prawdopodobnie gigantycznym zawirowaniem warstw powierzchniowych.

Jowisz obiegają liczne naturalne satelity. Do lutego 2004 odkryto ich aż 63. Cztery największe to tak zwane księżyce galileuszowe, odkryte przez Galileusza.

SATURN

Saturn jest drugą pod względem wielkości planetą Układu Słonecznego. Jego promień równikowy to 60 tysięcy kilometrów, a masa równa jest 5,688 x 1026 kilograma. Słońce obiega w 29 lat i 167 dni, a równikowy czas obrotu wynosi 10 godzin i 14 minut. Ten krótki okres obrotu wokół osi powoduje duże spłaszczenie globu wynoszące 10%. Przyspieszenie panujące na powierzchni Saturna to 10,52 m/s2. Temperatura półsfery zwróconej ku Słońcu to -153C.

Atmosfera Saturna jest dość gęsta. Składa się głównie z wodoru - 94%, helu - 6%, a także niewielkiej ilości metanu i amoniaku.

Cechą wyróżniającą Saturna spośród pozostałych planet Układu Słonecznego jest zespół pierścieni wokół jego globu. W wyniku badań przeprowadzonych przez sondy kosmiczne Voyager wiadomo, że pierścienie są skomplikowanym układem współśrodkowych obręczy otaczających Saturna w płaszczyźnie jego równika. Składają się na nie najprawdopodobniej lodowe bryły o rozmiarach od kilku centymetrów do około 100 metrów oraz inne drobne cząstki materii.

Saturn ma 18 satelitów i jest otoczony magnetosferą, ale nieco słabszą od ziemskiej.

URAN

Uran raczej ciężko zobaczyć gołym okiem. Okrąża on Słońce po prawie kołowej orbicie. Jego prędkość orbitalna wynosi 6,8 km/s, a okres obiegu wokół Słońca trwa około 84 lata. Kulisty glob Uranu stosunkowo szybko rotuje, okres obrotu to 17,24 godziny. Powoduje to spłaszczenie planety, zatem promień równikowy, mający 25 tysięcy kilometrów, jest o prawie 600 kilometrów dłuższy od promienia biegunowego. Planeta ta rotuje ruchem wstecznym podobnie jak Wenus.

Uran ma masę wynoszącą 8,685 x 1025 kilograma, jest to ponad 14,5 raza większa masa od masy Ziemi. Średnia gęstość materii budującej planetę wynosi 1,27 g/cm3.

Najbardziej prawdopodobny model budowy wewnętrznej Uranu przewiduje, że jego skaliste jądro skupiające 24% masy, otacza gruba warstwa zamarzniętej wody, amoniaku i metanu, stanowiąca 65% masy, zaś pozostałe 11% przypada na ciekło-gazowe warstwy powierzchniowe przechodzące w sposób ciągły w rozległą atmosferę.

Atmosfera składa się głównie z wodoru - 84% i helu – 15%, a w niższych warstwach również z amoniaku i metanu.

Uran jako jedyna z planet olbrzymów, nie ma w swym wnętrzu znaczącego źródła energii, wypromieniowuje tylko 1,14 raza więcej energii niż otrzymuje od Słońca. Przykładowo Saturn mając wewnętrzne źródło ciepła wysyła w przybliżeniu trzy razy więcej energii, niż jej otrzymuje od Słońca.

Głębsza warstwa atmosfery o ciśnieniu 100 Hektopaskali ma temperaturę równą -220C. Zaś stosunkowo wysoka temperatura panuje w górnych warstwach, wynosi około 480C i jest mniej więcej taka sama po oświetlonej i nieoświetlonej stronie planety.

Pole magnetyczne Uranu jest 3 razy silniejsze od ziemskiego, ale jego źródło nie jest znane.

Uran otacza wiele bardzo wąskich pierścieni o grubości kilkudziesięciu metrów, położonych w płaszczyźnie równikowej. Odkryto 26 księżyców planety.

NEPTUN

Neptun bardzo powoli okrąża Słońce. Jego prędkość orbitalna wynosi 5,4 km/s, a okres obiegu wokół Słońca to prawie 165 lat. Kulisty glob Neptuna szybko rotuje, doba trwa tutaj 16 godzin i 11 minut. Powoduje to, iż promień równikowy, mający około 25 tysięcy kilometrów, jest o 423 kilometry dłuższy od promienia biegunowego. Neptun jest trochę mniejszy od Uranu, ale ma większą od niego masę wynoszącą 1,024 x 1026 kilograma. Masa ta przewyższa masę Ziemi ponad 17 razy. Średnia gęstość materii wynosi tutaj 1,64 g/cm3.

Wnętrze Neptuna jest prawdopodobnie zbudowane ze skalno-lodowego jądra, które zajmuje jakieś 50% objętości globu. Jądro to otoczone jest grubą warstwą zamarzniętej wody, amoniaku i metanu, a to wszystko kryje płynny wodór molekularny przechodzący w gazową atmosferę. W skład atmosfery wchodzi wodór stanowiący 80%, hel - 19% oraz metan i śladowe ilości innych związków chemicznych.

Temperatura warstwy o ciśnieniu 105 Paskali, traktowanej umownie jako powierzchnia planety, wynosi -201C, a średnia temperatura atmosfery to -215C.

Neptun, podobnie jak Jowisz, emituje ponad 2 razy więcej energii niż otrzymuje od Słońca, co świadczy o grzaniu wewnętrznym, którego mechanizm nie jest jeszcze znany. Zaś pole magnetyczne jest dwukrotnie słabsze od ziemskiego. Magnetosfera Neptuna ma zmienną geometrię wskutek między innymi oddziaływań z satelitami.

Neptun otoczony jest przez 4 wąskie pierścienie położone w płaszczyźnie równika planety. Składają się one z drobnych brył lodowych i stosunkowo dużych ilości pyłu oraz wydają się być strukturą nietrwałą. Płanetę tę obiega 13 znanych satelitów.

PLUTON

Pluton jest najmniejszą planetą układu słonecznego i może być obserwowany tylko przez duże teleskopy. Promień równikowy kulistego globu planety ma 1137 kilometrów, czyli planeta ta jest mniejsza od naszego Księżyca, a jej masa stanowi zaledwie 2/1000 masy Ziemi. Planeta obiega Słońce w okresie prawie 248 lat po orbicie eliptycznej, a okres obrotu wokół własnej osi wynosi 6 dni 9 godzin i 18 minut.

Powierzchnię Plutona po stronie oświetlonej przez Słońce, o temperaturze -228C, pokrywa prawdopodobnie lód metanowy. Zaś gdy planeta znajduje się najbliżej Słońca otacza ją śladowa atmosfera złożona głównie z metanu i azotu.

Pluton nie pasuje do żadnej z dwóch grup, na które podzielono planety. Merkury, Wenus, Ziemia i Mars to skaliste, położone najbliżej Słońca ciała niebieskie określane mianem planet „ziemskich”, są one bardziej gęste i jednorodne niż Pluton. Z kolei „najbliżsi” sąsiedzi Plutona, czyli Neptun, Uran, Saturn i Jowisz są gigantycznymi gazowymi kulami o gęstości znacznie mniejszej niż gęstość Plutona.