Массы Земли и других планет

Од­на из пер­вых оце­нок мас­сы Зем­ли по­лу­че­на Г. Ка­вен­ди­шем по­сле про­ве­де­ния опы­та по экс­пе­рим. оп­ре­де­ле­нию уни­вер­саль­ной гра­ви­тац. по­сто­ян­ной. Из­ме­ряя с по­мо­щью кру­тиль­ных ве­сов си­лу при­тя­же­ния ме­ж­ду мас­сив­ным свин­цо­вым ша­ром и под­ве­шен­ным вбли­зи не­го не­боль­шим ме­тал­лич. ша­ри­ком, Ка­вен­диш срав­нил ве­ли­чи­ну этой си­лы с си­лой при­тя­же­ния ша­ри­ка Зем­лёй и су­мел вы­чис­лить, во сколь­ко раз мас­са Зем­ли пре­вы­ша­ет мас­су свин­цо­во­го ша­ра. Та­ким об­ра­зом бы­ла по­лу­че­на оцен­ка мас­сы Зем­ли (6·10²⁴ кг) и её ср. плот­но­сти (5,5 кг/м³).

Мас­сы др. пла­нет оп­ре­де­ля­ют по па­ра­мет­рам их ор­бит с по­мо­щью третье­го за­ко­на Ке­п­ле­ра (см.
­п­ле­ра за­ко­ны). В обоб­щён­ной фор­ме этот за­кон име­ет вид: $T_1^2(M_☉+m_1)/T_2^2(M_☉+m_2)=a_1^3/a_2^3$, где $M☉$  – мас­са Солн­ца, $m_1$ и $m_2$ – мас­сы двух пла­нет, $a_1$ и $a_2$ – боль­шие по­лу­оси их ор­бит, $T_1$ и $T_2$ – пе­рио­ды об­ра­ще­ния этих пла­нет во­круг Солн­ца. Для пла­не­ты, имею­щей спут­ник мас­сой $m_с$, дви­жу­щий­ся по пла­не­то­цен­три­че­ской ор­би­те с боль­шой по­лу­осью $a_с$ и пе­рио­дом об­ра­ще­ния $T_с$, этот за­кон при­об­ре­та­ет вид: $T^2(M_☉+m)/T_с^2(m+m_с)=a^3/a_с^3,$  где $m$ – масса планеты, $a$ и $T$– её боль­шая по­лу­ось и пе­ри­од об­ра­ще­ния со­от­вет­ствен­но. Ес­ли в этой фор­му­ле пре­неб­речь мас­сой пла­не­ты по срав­не­нию с $M_☉$ и мас­сой спут­ни­ка по срав­не­нию с мас­сой пла­не­ты, то мож­но по­лу­чить со­от­но­ше­ние, по­зво­ляю­щее оп­ре­де­лить от­но­ше­ние мас­сы пла­не­ты к $M_☉:: m/M_☉=T^2a_с^3/T_с^2a^3$. По па­ра­мет­рам ор­бит Зем­ли и Лу­ны бы­ла про­ве­де­на оцен­ка массы Солнца – при­мер­но в 333 000 раз боль­ше мас­сы Зем­ли.

Мас­сы Мер­ку­рия и Ве­не­ры, у ко­то­рых от­сут­ст­ву­ют ес­теств. спут­ни­ки, этим спо­со­бом оп­ре­де­лить не­воз­мож­но. Един­ст­вен­ный и го­раз­до бо­лее труд­ный путь со­сто­ит в ис­поль­зо­ва­нии воз­му­ще­ний (все­гда яв­ляю­щих­ся функ­ция­ми воз­му­щаю­щей мас­сы), ко­то­рые пла­не­та вы­зы­ва­ет в дви­же­нии др. тел Сол­неч­ной сис­те­мы. Зна­чи­тель­но бо­лее труд­ную за­да­чу пред­став­ля­ет оп­ре­де­ле­ние мас­сы Лу­ны.
­ля­ясь бли­жай­шим к Зем­ле не­бес­ным те­лом, Лу­на не мо­жет, стро­го го­во­ря, счи­тать­ся спут­ни­ком на­шей пла­не­ты, т. к. Солн­це при­тя­ги­ва­ет её в 2,5 раза силь­нее, чем Зем­ля. Во­круг Солн­ца об­ра­ща­ет­ся т. н. ба­ри­центр (центр масс) двой­ной пла­не­ты Зем­ля–Лу­на, в то вре­мя как обе они опи­сы­ва­ют от­но­си­тель­но ба­ри­цен­тра эл­лип­тич. ор­би­ты с пе­рио­дом в 1 ме­сяц. По­это­му мас­су Лу­ны мож­но вы­чис­лить по ве­ли­чи­не ме­сяч­но­го сме­ще­ния Зем­ли от­но­си­тель­но ба­ри­цен­тра. В точ­ных ас­тро­но­мич. на­блю­де­ни­ях дол­го­ты Солн­ца про­яв­ля­ет­ся т. н. лун­ное не­ра­вен­ст­во, сви­де­тель­ст­вую­щее о том, что центр Зем­ли в те­че­ние ме­ся­ца опи­сы­ва­ет эл­липс с боль­шой по­лу­осью, рав­ной при­мер­но ³/₄ ра­диу­са Зем­ли. По­след­нее оз­на­ча­ет, что ба­ри­центр сис­те­мы Зем­ля–Лу­на все­гда рас­по­ла­га­ет­ся внут­ри Зем­ли и ни­ко­гда не вы­хо­дит за пре­де­лы её по­верх­но­сти. Оп­ре­де­лён­ная по этим дан­ным мас­са Лу­ны со­став­ля­ет ок. ¹/₈₁ мас­сы Зем­ли.

Мас­сы всех пла­нет Сол­неч­ной сис­те­мы вхо­дят в чис­ло фун­дам. ас­тро­но­мич. по­сто­ян­ных, зна­че­ния ко­то­рых ре­гу­ляр­но уточ­ня­ют­ся на ос­но­ве всей со­вокуп­но­сти ас­тро­но­мич. на­блю­де­ний и утвер­жда­ют­ся Ме­ж­ду­на­р. ас­тро­но­ми­ч. сою­зом.

Массы звёзд

Тре­тий за­кон Ке­п­ле­ра в его обоб­щён­ной фор­ме по­зво­ля­ет так­же оп­ре­де­лить сум­мар­ную мас­су двой­ной звез­ды по из­вест­но­му зна­че­нию её го­дич­но­го па­рал­лак­са. Ес­ли $m_1$ и $m_2$ – мас­сы ком­по­нен­тов звёзд­ной па­ры, $A$ – боль­шая по­лу­ось ор­би­ты звез­ды-спут­ни­ка от­но­си­тель­но гл. звез­ды, $P$ – её пе­ри­од об­ра­ще­ния, $a$ – ср. рас­стоя­ние от Зем­ли до Солн­ца (рав­ное 1 а. е.), $T$ – пе­ри­од об­ра­ще­ния Зем­ли во­круг Солн­ца (1 год), $m$ – мас­са Зем­ли, то, со­глас­но тре­ть­ему за­ко­ну Ке­п­ле­ра, $a^3/T^2(M_☉+m) =A^3/P^2(m_1+m_2)$. Пре­неб­ре­гая мас­сой Зем­ли по срав­не­нию с мас­сой Солн­ца и вы­брав в ка­че­ст­ве еди­ни­цы из­ме­ре­ния вре­ме­ни год, а рас­стоя­ния – а. е., по­лу­чим фор­му­лу $(m_1+m_2)/M_☉=A^3/P^2$, по­зво­ляю­щую оп­ре­де­лить от­но­ше­ния сум­мы масс двой­ной звез­ды к $M_☉$. Зна­че­ние $A$ мож­но вы­чис­лить, ес­ли из­вес­тны го­дич­ный па­рал­лакс π двой­ной звез­ды и зна­че­ние боль­шой по­лу­оси $a″$ от­но­ситель­ной ор­би­ты звез­ды-спут­ни­ка, вы­ражен­ное в уг­ло­вых се­кун­дах. То­гда $A=a″/π$ и для оп­ре­де­ле­ния от­но­ше­ния сум­мар­ной мас­сы двой­ной звёзд­ной сис­те­мы к $M_☉$ мож­но вос­поль­зо­вать­ся фор­му­лой $(m_1+m_2)/M_☉= (a″ )^3/π^3P^2$. Напр., для двой­ной звёзд­ной сис­те­мы Си­ри­ус А и Си­ри­ус B со­от­вет­ст­вую­щие зна­че­ния со­став­ля­ют $a″$=7,57″, $π$=0,37″ и $P$ = 50 лет, со­от­вет­ст­вен­но сум­мар­ная мас­са этой двой­ной звёзд­ной сис­те­мы оце­ни­ва­ет­ся в 3,4$M_☉$.

В том слу­чае, ко­гда уда­ёт­ся из­ме­рить по­ло­же­ния ви­зу­аль­но-двой­ных звёзд от­но­си­тель­но их ба­ри­цен­тра, воз­ни­ка­ет воз­мож­ность оп­ре­де­лить от­но­ше­ние масс обо­их ком­по­нен­тов. Та­кие из­ме­ре­ния тре­бу­ют зна­ния точ­ных по­ло­же­ний ком­по­нен­тов сис­те­мы от­но­си­тель­но да­лё­ких звёзд (т. н. звёзд фо­на) на дос­та­точ­но дли­тель­ных ин­тер­ва­лах вре­ме­ни. Про­дол­жит. на­блю­де­ния оди­ноч­ной звез­ды в те­че­ние мн. лет по­ка­зы­ва­ют, что ес­ли она име­ет соб­ст­вен­ное дви­же­ние от­но­си­тель­но звёзд­но­го фо­на, то её пе­ре­ме­ще­ние про­ис­хо­дит по ду­ге боль­шо­го кру­га не­бес­ной сфе­ры. Но ес­ли звез­да – ви­зу­аль­но-двой­ная, то по ду­ге боль­шо­го кру­га сме­ща­ет­ся её ба­ри­центр, а оба ком­по­нен­та сис­те­мы дви­жут­ся по кри­во­ли­ней­ным ба­ри­цен­трич. тра­ек­то­ри­ям. Точ­ные ас­т­ро­мет­рич. из­ме­ре­ния по­ло­же­ний ком­по­нен­тов двой­ной сис­те­мы по­зво­ля­ют про­сле­дить тра­ек­то­рию цен­тра масс, а за­тем и ин­ди­ви­ду­аль­ные ор­би­ты отд. ком­по­нен­тов. Ес­ли $α_1$ и $α_2$ – вы­ра­жен­ные в се­кун­дах ду­ги уг­ло­вые рас­стоя­ния от гл. звез­ды с мас­сой $M_1$ и звез­ды-спут­ни­ка с мас­сой $M_2$ до ви­ди­мо­го по­ло­же­ния цен­тра масс двой­ной сис­те­мы, то то­гда, по оп­ре­де­ле­нию цен­тра масс, $M_1α_1=M_2α_2$, от­ку­да сле­ду­ет фор­му­ла для от­но­ше­ния масс ком­по­нен­тов ви­зу­аль­но-двой­ной звез­ды: $M_1/M_2=α_2/α_1$.

Зна­ние сум­мар­ной мас­сы двой­ной звез­ды и от­но­ше­ния масс её ком­по­нен­тов по­зво­ля­ет без тру­да вы­чис­лить мас­сы обе­их звёзд. Ти­пич­ные зна­че­ния масс звёзд, по­лу­чен­ные по на­блю­де­ни­ям ви­зу­аль­но-двой­ных звёзд, ле­жат в пре­де­лах (0,1–20)$M_☉$. Бо­лее по­ло­ви­ны звёзд на­шей Га­лак­ти­ки вхо­дят в со­став двой­ных, трой­ных звёзд или звёзд­ных сис­тем боль­шей крат­но­сти. Имен­но ис­сле­до­ва­ния двой­ных звёзд по­зво­ли­ли по­лу­чить дан­ные о звёзд­ных мас­сах и по­слу­жи­ли ос­но­вой для ус­та­нов­ле­ния со­от­но­ше­ния мас­са – све­ти­мость (см. Мас­са – све­ти­мость за­ви­си­мость). Это со­от­но­ше­ние ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся в звёзд­ной ас­тро­но­мии и ас­т­ро­фи­зи­ке в ка­че­ст­ве не­за­ме­ни­мо­го сред­ст­ва оцен­ки масс звёзд по их све­ти­мо­стям.

Со­глас­но совр. пред­став­ле­ни­ям, мас­сы звёзд за­клю­че­ны в пре­де­лах (0,08–100)$M_☉$. Мас­са отд. звез­ды в сред­нем близ­ка к $M_☉$, в то вре­мя как звёз­ды с мас­са­ми, в де­сят­ки раз бóльшими мас­сы Солн­ца, встре­ча­ют­ся дос­та­точ­но ред­ко: это гл. обр. звёз­ды ран­них спек­траль­ных клас­сов O и B.

Массы звёздных скоплений и галактик

Мас­су $M$ ша­ро­во­го звёзд­но­го ско­п­ле­ния ра­диу­са $R$ мож­но оце­нить по ве­ли­чи­не кру­го­вой ско­ро­сти $V$ звез­ды, дви­жу­щей­ся на гра­ни­це ско­п­ле­ния, счи­тая, что цен­тро­ст­ре­мит. ус­ко­ре­ние звез­ды вы­зва­но при­тя­же­ни­ем всех звёзд ша­ро­во­го ско­п­ле­ния. То­гда мас­са ско­п­ле­ния оце­ни­ва­ет­ся по фор­му­ле $M=V^2R/G$, где $G$ – гра­ви­тац. по­сто­ян­ная. Бо­лее точ­ная оцен­ка мас­сы звёзд­но­го ско­п­ле­ния по­лу­ча­ет­ся при ис­поль­зо­ва­нии не­ко­то­рых ус­ред­нён­ных зна­че­ний ско­ро­стей звёзд и их ср. уда­лён­но­сти от цен­тра ско­п­ле­ния.

На­ли­чие у га­лак­ти­ки од­но­го спут­ни­ка (иг­раю­ще­го роль проб­но­го те­ла) по­зво­ля­ет оце­нить мас­су га­лак­ти­ки с по­мо­щью ана­ло­гич­ной фор­му­лы, но точ­ность та­кой оцен­ки очень не­вы­со­ка. В ка­че­ст­ве проб­но­го те­ла мо­жет рас­смат­ри­вать­ся др. га­лак­ти­ка, ша­ро­вое ско­п­ле­ние, рас­по­ло­жен­ное на пе­ри­фе­рии га­лак­ти­ки, и да­же об­ла­ко меж­звёзд­но­го га­за. Ес­ли у га­лак­ти­ки име­ет­ся неск. спут­ни­ков (или др. проб­ных тел), то мож­но пред­по­ло­жить, что рас­пре­де­ле­ние по­ло­же­ний и ско­ро­стей спут­ни­ков име­ет слу­чай­ный ха­рак­тер. Это пред­по­ло­же­ние реа­ли­зу­ет­ся тем точ­нее, чем боль­ше име­ет­ся проб­ных тел (напр., в га­лак­ти­ке М31 в со­звез­дии Ан­дро­ме­ды ок. 400 ша­ро­вых ско­п­ле­ний). То­гда в при­ве­дён­ной фор­му­ле мож­но ис­поль­зо­вать ви­ди­мые рас­стоя­ния и ско­ро­сти проб­ных тел, ус­ред­нён­ные за про­ме­жу­ток вре­ме­ни, зна­чи­тель­но пре­вы­шаю­щий их ор­би­таль­ные пе­рио­ды.
с­сы спи­раль­ных га­лак­тик мож­но оце­ни­вать с по­мо­щью об­ла­ков меж­звёзд­но­го га­за на кру­го­вых ор­би­тах в га­лак­тич. плос­ко­сти. Из­ло­жен­ный ме­тод из­ме­ре­ния масс га­лак­тик (ме­тод Нью­то­на) ба­зи­ру­ет­ся на за­ко­не все­мир­но­го тя­го­те­ния. Бо­лее пер­спек­тив­ным счи­та­ет­ся ме­тод Эйн­штей­на, в ко­то­ром мас­сив­ные га­лак­ти­ки рас­смат­ри­ва­ют­ся в ка­че­ст­ве гра­ви­тац. лин­зы (см. Гра­ви­та­ци­он­ная фо­ку­си­ров­ка).

В оцен­ке сум­мар­ной мас­сы га­лак­ти­ки с учё­том всех её со­став­ляю­щих (звёзд, га­за, пы­ли и др.) су­ще­ст­вен­ную роль иг­ра­ет кру­го­вая ско­рость проб­но­го те­ла. Эта ско­рость при уда­ле­нии от цен­тра га­лак­ти­ки долж­на умень­шать­ся по оп­ре­де­лён­но­му за­ко­ну. Од­на­ко по ре­зуль­та­там на­блю­де­ний уда­лось ус­та­но­вить, что этот за­кон вы­пол­ня­ет­ся толь­ко во внутр. об­лас­ти га­лак­ти­ки. На пе­ри­фе­рии лю­бой га­лак­ти­ки кру­го­вая ско­рость поч­ти все­гда вы­ше зна­че­ния, по­лу­чен­но­го в пред­по­ло­же­нии, что вся мас­са га­лак­ти­ки за­клю­че­на в её звёз­дах и га­зе. Ча­ще все­го ско­рость вра­ще­ния звёзд не умень­ша­ет­ся с рас­стоя­ни­ем от цен­тра га­лак­ти­ки, а ос­та­ёт­ся по­сто­ян­ной или да­же рас­тёт при при­бли­же­нии к ви­ди­мо­му краю га­лак­ти­ки. Для объ­яс­не­ния та­ко­го фе­но­ме­на бы­ло вы­дви­ну­то пред­по­ло­же­ние о су­ще­ст­во­ва­нии в га­лак­ти­ках скры­той мас­сы, по­вы­шаю­щей ве­ли­чи­ну на­пря­жён­но­сти гра­ви­тац. по­ля га­лак­ти­ки вда­ли от её цен­тра. Во­прос о гра­ни­цах га­лак­тик и их пол­ных мас­сах на нач. 21 в. не ре­шён: не­све­тя­щие­ся час­ти га­лак­тик мо­гут про­сти­рать­ся на по­ря­док даль­ше ви­ди­мой гра­ни­цы их звёзд­ных дис­ков.

Источник: bigenc.ru

Первопроходцы

В самом начале стоит рассказать о том, что впервые интересующие цифры о массе Земли получил Невил Мэкелин из шотландского городка Пертшира еще в далеком 18 веке, а именно в 1774 году. В результате своих вычислений шотландский ученый определил, что масса Земли равна 5 879 000 000 000 000 000 000 тонн. Как же правильно произнести эту цифру? Так, это 5879 секстиллионов тонн.

О современности

Обязательно стоит сказать и о том, что данные цифры длительное время не давали ученым покоя. Все ли правильно подсчитал Мэкелин, возможно ли то, что его подсчеты оказались ошибочными? Так, современные физики решили это перепроверить и предоставили на обсуждение свои подсчеты. Согласно их вычислениям, масса планеты Земля составляет 5 976 000 000 000 000 000 000, т.е. 5976 секстиллионов тонн. Это всего лишь на каких-то 97 секстиллионов тонн больше в сравнении с предыдущими результатами. Впрочем, не так уж и много. К тому же важным окажется тот факт, что вес Земли постоянно увеличивается. Всему виной космическая пыль (как считают некоторые, однако далеко не все ученые), которая ежеминутно оседает на поверхности нашей планеты, придавая ей дополнительный вес.

Об измерениях

У многих людей может возникнуть логический вопрос: «А как же можно измерить массу Земли, ведь ее же нельзя просто взять и положить на огромнейшие весы?» Однако ученые не испугались сложностей и за основу взяли гравитационное поле, которые заставляет предметы притягиваться друг к другу. Все вычисления были получены экспериментальным путем. Сначала был на нитке подвешен маленький груз, положение которого в пространстве было измерено. Далее рядом с этим грузом ученые поместили довольно увесистый свинцовый куб, который весил тонну (всем ведь известно, что чем тяжелее предмет, тем сильнее его гравитационное поле притягивает окружающие предметы). В ходе данного эксперимента гравитационное поле огромного свинцового куба притянуло к себе небольшой грузик всего лишь на 0,00002 миллиметра, однако этого оказалось достаточно для того, чтобы ученым удалось подсчитать массу планеты Земля, получив такие желанные цифры.

О расширении

Как уже было выше сказано, масса Земли постоянно увеличивается. Однако стоит сказать и о том, что наша планета также и расширяется. Ведь как можно объяснить тот факт, что все материки можно без проблем сложить вместе, как один большой пазл? Может, это означает, что все они когда-то были соединены, а потом разошлись? Стоит сказать о том, что впервые о теории расширения Земли заговорил еще в далеком 1889 году ученый И.О. Юрковский. И, хотя в то время подтверждений этому еще не было, данные мысли не исчезли бесследно и время от времени посещали самых различных ученых всего мира.

О формуле

Существует довольно простая формула, которая связывает силу тяжести на Земле, ее массу, а также расстояние ее поверхности от центра. В буквенном варианте это будет выглядеть как соотношение массы Земли и квадрата расстояния от ее центра до поверхности.

1. Если удастся доказать, что сила тяжести уменьшается со временем, то можно доказать, что увеличение планеты происходило благодаря увеличению ее объема. Масса же при этом оставалась неизменной.
2. Однако если доказать, что сила тяжести со временем возрастает, то логичен следующий вывод: все дело в увеличении массы Земли.

О расчетах

Стоит также упомянуть о том, что сегодня масса Земли может быть рассчитана даже школьником самостоятельно в домашних условиях. Для этого всего лишь надо знать вышеописанную формулу: g = φ (M/R²). В первую очередь нужно извлечь из нее массу. Так, путем несложных конфигураций получаем следующее соотношение: M = g R² / φ. При этом радиус земли уже известен, его не нужно рассчитывать, это 6300 км (в метрах — 6,38х10⁶). Численные же варианты g и φ были получены давно опытным путем. Итак, благодаря довольно простым математическим действиям можно получить искомую цифру, которая равняется 5976 секстиллионам тонн.

Развитие событий

Так увеличивается ли со временем масса Земли? Да! И это было доказано современным учеными. За 50 лет наблюдений в Вашингтоне сила тяжести возросла от 980098 до 980120 миллигал. Что касается Средней Азии, то эти показатели были следующими: в среднем за год сила тяжести тут возрастала примерно на 0,05— 0,10 миллигал. Однако сколько это, много или же мало? Если просматривать полученные цифры относительно годов и даже столетий, то это очень мало. Однако если пересчитать данные показатели на миллионы лет? Ученые и это сделали. Так, за сто миллионов лет на поверхности Земли сила тяжести возросла примерно в 2,5 раза. При этом радиус нашей планеты удвоился! Интересным окажется следующий факт: еще 600 миллионов лет тому назад наша планеты бала примерно в 6-8 раз меньше современного ее варианта. Изменилась ли при этом ее масса? Однозначного ответа на это вопрос до сих пор у ученых нет. Пыль из космоса падает на Землю, это точно. Но вот сколько планета при этом теряет, не знает пока никто.

Что было?

Однако как изменялся вес нашей планеты с момента ее образования? Ученым удалось выяснить, что масса Земли на первых этапах ее зарождения была в 99 раз меньше ее теперешнего варианта. Объяснить все просто: еще до того момента, как на Земле возникла атмосфера, и она стала пригодной для жизни, нашу планету постоянно атаковали гигантские астероиды. Ученые считают, что только благодаря такому вот «обстрелу» Земля сбросила ненужный лишний вес и таким образом стала пригодной для жизни. А все потому, что данные бомбардировки привели ядро планеты в «рабочее» состояние, включив глобальный процесс внутри самой планеты.

Метод Генри Кавендиша

Стоит сказать о том, что масса Земли интересовала множество различных ученых. Один из них – Генри Кавендиш, который попытался получить данные цифры благодаря измерению гравитационной постоянной при помощи такого приспособления, как крутильные весы. К какому же выводу в итоге он пришел? Так, результаты окажутся весьма интересными. Ученый сказал, что масса планеты Земля равняется нулю, так как она находится в состоянии свободного падения, а гравитация, которая воздействует на нее со стороны иных космических объектов, взаимоуравновесилась и совершенно не приводит к изменению положения Земли на траектории ее «падения».

Сравнение: Солнце

Всем известно, что наша планета является частью Солнечной системы, в центре которой находится звезда Солнце. Стоит сказать также о том, что это самое крупное тело в данной системе, вокруг которого вращаются все планеты. Весьма познавательным окажется следующий факт: масса Солнца составляет примерно 99,866% массы всей солнечной системы! Также хочется узнать, насколько же данная звезда больше нашей родной планеты? Узнать это можно благодаря несложным подсчетам. Если масса Солнца составляет 2 триллиона квадриллионов тонн, а масса Земли, как уже было выше сказано, — почти 6 секстиллионов, то разница будет довольно внушительной. Центр нашей системы – Солнце — больше планеты Земля примерно в 333 000 раз!

Сравнение: Луна

Стоит также рассмотреть и несколько иные цифры. Интересно, а во сколько раз масса нашей планеты больше, нежели масса Луны, нашего постоянного спутника? Эта цифра составляет 81,3. Данное значение было принято как постоянное в 1964 году Международным астрономическим союзом. Обязательно нужно уточнить, что данный факт еще раз был подтвержден в 1966 году.

Источник: www.syl.ru

Земля, Terra, Earth, Erde, все народы по-разному называют один и тот же мир, в котором все мы живем. Посетив все известные миры солнечной системы, мы искренне начали понимать, насколько уникален наш собственный мир. В данном обзоре я познакомлю вас с малоизвестными фактами об уникальных физических и климатических особенностях нашего каменного гиганта определившими само наше существование.

Все мы знаем главные особенности нашей планеты, которые пока не удалось наблюдать на других планетах – а именно океаны жидкой воды на поверхности и конечно существование жизни. Однако многим будет интересно узнать и об остальных уникальных особенностях нашей планеты, благодаря которым стало возможным существование и эволюция жизни на ней.

Железокаменный гигант

Планета Земля не только самая крупная из каменистых планет солнечной системы, но и самая массивная (в солнечной системе крупнее, не всегда означает массивнее). Масса Земли оценивается в 5,97х10²⁴ кг, тогда как масса ее «сестры» Венеры меньше на 1,1х10²⁴ кг. Чтобы увеличить массу Венеры до массы Земли, нам бы не хватило даже всего материала Меркурия, Марса и Луны вместе взятыми (5,8610²⁴ кг в сумме). И только добавив к этому планетарному «салату» Ганимед, крупнейший и самый массивный спутник планеты в солнечной системе (Юпитера), мы смогли бы «перевесить» каменного гиганта. И то лишь на ½ %.

Крупнейшие «каменные» планеты и спутники солнечной системы

Подобная разница в массе достигается и еще тем фактом, что Земля так же и самая плотная планета солнечной системы (5,51г/см³). Ускорение свободного падения (g) на ее экваторе аналогично таковому на уровне мнимой поверхности большинства планет гигантов (за исключением Юпитера, где g больше в 2,5 раза).

Кстати о принципе «крупнее не значит массивнее»: Ганимед вдвое массивнее Луны, а его диаметр на 8% больше чем у планеты Меркурий (5300км против 4900км), однако он уступает последнему по массе более чем в два раза!

Природный ядерный реактор

Практически все любители физики и смежных наук (таких как астрофизика), хорошо знакомы с источниками энергии у звезд типа солнца, где происходит термоядерная реакция слияния ядер водорода и гелия. Активные процессы «производства» и передачи энергии происходят и внутри крупных планет, но за счет диаметрально противоположных процессов.
Во время формирования нашей планеты наиболее тяжелые и плотные элементы, такие как железо, никель и радиоактивные изотопы опускались в центр планеты, наиболее легкие оставались ближе к поверхности. Таким образом, происходила дифференциация внутренних слоев планеты. Поэтому крупные небесные тела отличаются относительной скудностью тяжелых элементов у своей поверхности (одна из главных причин интереса землян к Марсу). В результате в центре планеты образовалось железно-никелевое ядро раскаленное распадом радиоактивных элементов до 5700°C.

Недра Земли: 1-2 Внутреннее и внешнее ядро (суммарная масса 28,5 масс Луны); 3 мантия (52 массы Луны). Литосфера Земли (4) вместе с гидросферой и атмосферой составляют не более 1/3000 массы планеты

Все это тепло отдается через жидкую внешнюю оболочку и переходит в мантию. Собственно движение расплавленного металла во внешнем ядре и генерирует магнитное поле Земли. Через конвекционные процессы в мантии энергия достигает коры Земли — известный нам дрейф континентов результат постоянных движений литосферных плит, образующих земную кору.
Т.е. Земля не просто гигантская глыба, проявляющая активность только у поверхности, а колоссальный ядерный реактор, с активными системами отдачи тепла и мощными генераторами магнитного поля.

Магнитный щит

Выше упомянутое магнитное поле Земли так же не типично для планет земной группы. Точнее магнитное поле аналогичной природы нашли и у Меркурия, однако магнитосфера Земли по своим характеристикам больше напоминает магнитосферы планет гигантов. По своей напряженности на экваторе, оно уступает только Юпитеру (в 10 раз), превосходит Сатурн с Ураном и сравнимо с напряженностью магнитного поля Нептуна (0,3 Гс на экваторе). Однако по размерам магнитосферы и дипольному магнитному моменту оно значительно уступает им всем.

Схема магнитного поля Земли. Ионосфера появляется при ионизации молекул верхних слоев атмосферы солнечным излучением. Она имеется практически у всех планет с относительно плотными атмосферами и может отклонять часть заряженных частиц прилетающих с поверхности Солнца

Напряженность магнитного поля (Гаусс) выражает силу, с которой данное поле действует на заряженные частицы.

В отличие от магнитосфер планет гигантов, магнитные полюса Земли не соответствуют географическим, северный магнитный полюс нашей планеты расположен в южном полушарии, а южный, соответственно в северном полушарии. Причины такого географического расположения магнитных полюсов заключаются в их постоянных инверсиях в геологических масштабах времени (связанное с хаотическими процессами в жидком внешнем ядре планеты). Магнитные полюса, путешествуя по поверхности Земли, по переменно приближаются к географическим полюсам планеты. Весь процесс занимает от 1000 до 10 000 лет, в течение которых «полярные» сияния в определенные периоды можно наблюдать на любых широтах планеты, вплоть до экватора. Во время таких инверсий магнитное поле планеты временно слабеет, что может приводить к увеличению радиационного фона на поверхности Земли. В настоящее время магнитные полюса «путешествуют» по планете с все более нарастающей скоростью – более 50км/ год в наши дни.

Инверсии магнитных полюсов Земли за последние 5 млн лет. Черным цветом обозначены инверсии подобные современным. Белым цветом — периоды реверсии (магнитные полюса лежат в соответствующих географических)

Ученые не располагают данными о положительной корреляции ослабления магнитное поля при его инверсии с массовыми вымиранием видов. Однако в любом случае такое ослабление «магнитного щита» Земли не застанет человечество врасплох:

«Последний раз инверсия магнитного поля произошла около 780 тысяч лет назад. Если homo sapiens возник 240 тысяч лет назад, это значит, что наш вид ни разу не переживал геомагнитных инверсий. При этом большинство ученых сходится во мнении, что сам процесс от начала до конца занимает несколько тысяч лет — от 2—3 до 7—10 тысяч лет. При этом, правда, наиболее активная стадия может происходить внутри тысячелетнего временного интервала. С другой стороны, отдельные специалисты считают, что некоторые переполюсовки в истории Земли могли длиться и десятки тысяч лет. В любом случае, это не годы и не десятилетия»
(с) Самые популярные сценарии конца света в декабре 2012 года.

Месяц стабильности

Если хаотические процессы в земном ядре не могут гарантировать стабильную ориентацию диполей магнитного поля Земли, то естественный спутник нашей планеты вот уже 4,5 млрд лет обеспечивает стабильную ориентацию ее географических полюсов относительно ее орбитальной плоскости обращения вокруг Солнца под углом в 23,5°(меняясь в пределах 3° с периодом в 100 000 лет). Такая стабильность оси вращения планеты капитальна для обеспечения относительно постоянных условий для эволюции жизни на нашей планете. К примеру, планеты Венера или Марс обречены хаотически менять угол наклона оси вращения к плоскости обращения, под влиянием приливных сил крупных планет и солнца. Однако ось вращения Земли подвержена так называемой прецессии.

Вращение небесного тела характеризуется его движением вокруг собственной оси вращения, тогда как обращение выражает собственно движение одного небесного тела по орбите вокруг другого небесного тела. Таким образом, Земля не вращается вокруг солнца, а обращается за 365 суточных вращений Земли.

Существование такого грузного «стабилизатора» на орбите нашего железокаменного гиганта, так же больше сближает его с газовыми и ледяными гигантами. Луна имеет поперечный диаметр в 3476 км и является пятым по массе спутником в солнечной системе (после крупнейших спутников Юпитера и Сатурна). Его материи легко хватило бы на 5 планетоидов массой с Плутон, а остатка хватит на еще два пояса астероидов между орбитами Марса и Юпитера!

Относительные размеры Земли, Луны и Плутона

Система Земля-Луна имеет наименьшее соотношение массы планеты и его спутника в солнечной системе (до этого принадлежавшей системе Плутон-Харон), Земля превосходит в этом отношении Луну «лишь» в 81 раз. К примеру, Сатурн превосходит по массе Титан почти в 3000 раз!

Вселенная размером с соринку…

Большая масса Земли в сочетании с мощным магнитным полем и крупным естественным спутником внесли основной вклад в климатическое разнообразие нашей планеты. Многие помнят как в фантастических сагах герои путешествовали по различным мирам в которых доминировал лишь определенный тип климата. Это скальные планеты Вулкан из Звездного пути, горячий Татуин, замерзший Хат и лесной спутник гиганта Эндора в Звездных воинах. Конечно это лишь упрощение авторов, и населенные планеты могут проявлять большое климатическое разнообразие, как и на Земле. На нашем железокаменном гиганте есть место для целой вселенной всевозможных ландшафтов – и для безграничных океанов, и для непроходимых лесов с джунглями и, конечно же, для бескрайней ослепительной ледяной глади полюсов.

На этой заключительной (но не последней), удивительной и уникальной особенности нашей планеты я бы хотел закончить этот краткий обзор. Однако правильнее было бы дать слово давно покинувшему нас, но оставившему солидное интеллектуальное наследие Карлу Сагану:

«Взгляните ещё раз на эту точку. Это здесь. Это наш дом. Это мы. Все, кого вы любите, все, кого вы знаете, все, о ком вы когда-либо слышали, все когда-либо существовавшие люди прожили свои жизни на ней. Множество наших наслаждений и страданий, тысячи самоуверенных религий, идеологий и экономических доктрин, каждый охотник и собиратель, каждый герой и трус, каждый созидатель и разрушитель цивилизаций, каждый король и крестьянин, каждая влюблённая пара, каждая мать и каждый отец, каждый способный ребёнок, изобретатель и путешественник, каждый преподаватель этики, каждый лживый политик, каждая «суперзвезда», каждый «величайший лидер», каждый святой и грешник в истории нашего вида жили здесь — на соринке, подвешенной в солнечном луче.

Вояджер 1, 1990г, расстояние — 6 млрд км

Земля — очень маленькая сцена на безбрежной космической арене. Подумайте о реках крови, пролитых всеми этими генералами и императорами, чтобы, в лучах славы и триумфа, они могли стать кратковременными хозяевами части песчинки. Подумайте о бесконечных жестокостях, совершаемых обитателями одного уголка этой точки над едва отличимыми обитателями другого уголка. О том, как часты меж ними разногласия, о том, как жаждут они убивать друг друга, о том, как горяча их ненависть.
Наше позёрство, наша воображаемая значимость, иллюзия о нашем привилегированном статусе во вселенной — все они пасуют перед этой точкой бледного света. Наша планета — лишь одинокая пылинка в окружающей космической тьме. В этой грандиозной пустоте нет ни намёка на то, что кто-то придёт нам на помощь, дабы спасти нас от нашего же невежества.
Земля — пока единственный известный мир, способный поддерживать жизнь. Нам больше некуда уйти — по крайней мере, в ближайшем будущем. Побывать — да. Колонизировать — ещё нет. Нравится вам это или нет — Земля сейчас наш дом.
Говорят, астрономия прививает скромность и укрепляет характер. Наверное, нет лучшей демонстрации глупого человеческого зазнайства, чем эта отстранённая картина нашего крошечного мира. Мне кажется, она подчёркивает нашу ответственность, наш долг быть добрее друг с другом, хранить и лелеять бледно-голубую точку — наш единственный дом.»
— Бледно-голубая точка

Мои публикации близкие к теме:
Экстремальная сестра Земли. Прошлое и будущее «Утренней Звезды»
Восход Земли на Луне… обычное дело
Что убило «ужасных ящеров»? О генераторах массовых вымираний

Источник: habr.com

Мы все живем на прекрасной планете Земля, о которой человечество уже успело узнать очень многое, но еще больше по-прежнему скрыто от нас и ждет своего часа пока стремление человека к познанию, не раскроет все тайны нашего мира.

Давайте вспомним, что нам известно о планете Земля. Земля единственная обитаемая планета в нашей солнечной системе, даже более того, единственная на которой есть жизнь. Земля – это третья по счету планета, если считать от Солнца, перед  Землей еще две планеты Меркурий и Венера. Земля вращается вокруг Солнца и наклон оси вращения относительно Солнца составляет 23, 439281°, благодаря такому наклону мы можем наблюдать в течении года смену времен года. Расстояние от земли до солнца 149 600 000 км, чтобы поток света преодолел расстояние от Солнца до Земли ему нужно 500 секунд или 8 минут. У нашей планеты также имеется спутник, Луна, который вращается вокруг Земли, подобно тому, как Земля вращается вокруг солнца. Расстояние от Земли до Луны  384400 км. Скорость движение Земли по своей орбите составляет 29,76 км/сек.  Земля делает полный оборот вокруг своей оси за 23 часа 56 минут и 4,09 секунд. Для удобства принято считать, что в сутках 24 часа, но что бы компенсировать оставшееся время в календаре раз в 4 года добавляется еще один день и этот год называют високосный. День добавляется в феврале месяце, в котором обычно 28 дней, в високосный год 29 дней. В году 365 дней и 366 дней при високосном годе  это полный цикл смены сезонов (зима, весна, лето, осень).

Теперь перенесемся из космоса к самой планете Земля. Для того что бы на планете возникла жизнь должно быть много факторов и условий которые и создают благоприятную среду обитания для бесчисленного множества живых организмов населяющих Землю. На самом деле, чем больше мы узнаем о нашем общем доме, тем отчетливее понимаем насколько сложным и совершенным организмом является планета Земля. Нет ничего лишнего, всему есть свое место, и своя важная роль отведена каждому.

Всего в нашей солнечной системе 8 планет, 4 из которых относятся к планетам земной группы и 4 к газовой группе. Планета Земля является самой крупной планетой земной группы и имеет наибольшую массу, плотность, магнитное поле и гравитацию. Структура Земли не однородна, и условно ее можно разделить на слои (уровни): земная кора; мантия; ядро.
Земная кора – самый верхний слой твердой оболочки Земли, он в свою очередь разделяется на три слоя: 1) осадочный слой; 2)гранитный слой; 3) базальтовый слой.
Толщина земной коры может быть в пределах от 5 — 75 км вглубь Земли. Такой разбег зависит от мест измерений, например на дне океана толщина минимальная, а на материках, на горных массивах максимальная.  Как мы уже говорили, земная кора делится на три части, базальтовый слой был сформирован первым, поэтому является самым нижним, далее следует гранитный слой, который отсутствует на океаническом дне, и самый верхний осадочный слой. Осадочный слой формируется и видоизменяется постоянно и человек играет в этом не последнюю роль.
Мантия – слой, следующий после земной коры, который является самым объемным, порядка 83 % от всего объема Земли и примерно 67 % ее массы, толщина мантии достигает 2900 км. Верхний слой мантии, который составляет 900 км, называют магмой. Магма представляет собой расплавленные минералы, также выход жидкой магмы называют лава.
Ядро – это центр планеты Земля, состоит преимущественно из железа и никеля. Радиус земного ядра примерно 3500 км. Ядро также делят на внешнее ядро толщиной 2200 км, оно имеет жидкую структуру и внутреннее ядро, радиус которого около 1300 км. Температура в центре ядра близко 10000 °C, на поверхности ядра температура значительно ниже 6000 °C.

Если задать вопрос, «какой формы Земля?», услышим  варианты ответов: круглая, шар, эллипсоид, но это не совсем так, для обозначения формы Земли был введен специальный термин Геоид. Геоид, по сути, представляет собой эллипсоид вращения. Определение формы планеты позволило точно установить диаметры планеты Земля. Да, именно диаметры  Земли из-за неправильной формы их выделяют несколько:
1)    средний диаметр Земли составляет 12 742 км;
2)    экваториальный диаметр Земли 12756,2 км;
3)    полярный диаметр Земли 12713,6 км.

Длина окружности по экватору составляет 40 075,017 км, а по меридиану несколько меньше 40 007,86 км.
Масса Земли довольно относительная величина, которая постоянно изменяется.  Масса земли составляет 5,97219 × 10²⁴ кг. Масса увеличивается за счет оседания на поверхность планеты космической пыли, падения метеоритов и пр., благодаря чему масса Земли ежегодно увеличивается примерно на 40000 тонн.  А вот из-за рассеивания газов в космическое пространство масса Земли снижается примерно на 100000 тонн в год. Также на потерю массы Земли влияет увеличение температуры на планете, что способствует боле интенсивному тепловому движению и утечке газов в космос. Чем меньше становится масса Земли, тем меньше ее притяжение и тем сложнее становится удерживать атмосферу вокруг планеты.
Благодаря методу радиоизотопной датировки ученым удалось установить возраст Земли, он составляет 4,54 миллиардов лет. Возраст Земли был более-менее точно определен еще в 1956 году, впоследствии с развитием технологий и методов измерений, немного корректировался.

Площадь поверхности Земли составляет 510 072 000 км,² из которых водные просторы занимают 361 132 000 км², что составляет 70,8% поверхности Земли.  Площадь суши 148 940 000 км² это составляет 29,2 % площади поверхности Земли. Из-за того что вода покрывает значительно больше поверхности планеты, логичнее было назвать нашу планету Вода.
Объем  Земли равен 10,8321 х 10¹¹ км³.
Самая высокая точка поверхности земли над уровнем моря это гора Эверест высота, которой 8848 м, а самым глубоким местом в мировом океане считается Марианская впадина ее глубина 11022 м. Ну а если приводить средние значения, то средняя высота поверхности Земли над уровнем моря составляет 875 м, а средняя глубина океана 3800 м.
Ускорение свободного падения оно же ускорение силы тяжести в разных частях планеты будет немного отличаться. На экваторе g= 9,780 м/с² и постепенно увеличивается, достигая на полюсах g=9,832 м/с². Среднее значение ускорения свободного падения принято g = 9,80665 м/с²
Состав атмосферы планеты Земля: 1) 78,08 % -азот (N2); 2) 20,95 %-кислород(O2); 3) 0,93 %-аргон (Ar); 0,039 %- углекислый газ (СO2); 4) 1% водяного пара. В незначительных количествах присутствуют и другие элементы из периодической таблицы Менделеева.
Планета Земля настолько велика и интересна, что, несмотря на то сколько нам уже известно о Земле, она не перестает нас удивлять теми тайнами и непознанным с которым мы продолжаем сталкиваться.

Источник: 1sovetnik.net