Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ПЛАНЕТЫ И СПУТНИКИ.

ПЛАНЕТЫ И СПУТНИКИ.

9 большихпланет Солнечной системы подразделяются на планеты земной группы ( Меркурий, <Венера, Земля, Марс )и планеты-гиганты, или планеты группы Юпитера( Юпитер, <Сатурн, Уран, Нептун), планета Плутон по своим размерам и свойствамзначительно ближе к спутникам планет-гигантов.

Осн. характеристики планет, включая параметрыорбитального и вращат. движений, приведены в табл. 1. Гл. различие междудвумя группами планет состоит в их размерах, массе и, следовательно, ср. <плотности, что обусловлено разными соотношениями слагающих планеты трёхосн. компонент: газов (в первую очередь самых летучих - водорода и гелия, <обладающих к тому же очень низкими темп-рами конденсации), льдов (в основномводы, аммиака, метана) и горных ("скальных") пород (железа, силикатов, <оксидов магния, алюминия, кальция и др. металлов). Их часто называют соответственнолёгкой, ледяной и тяжёлой компонентами.

В то время как планеты земной группы представляютсобой твёрдые тела, практически целиком образованные тяжёлой компонентой, <планеты-гиганты являются газожидкими (содержание тяжёлой компоненты, сосредоточеннойв их ядрах, не превышает по массе неск. процентов). Юпитер в основном содержитводород и гелий (отношение Не/Н близко к солнечному, т. е. 0,2 по массе),а у Сатурна и особенно у Урана и Нептуна сильно возрастает вклад ледянойкомпоненты, достигающей, вероятно, у последних 85 - 90%. Твёрдой поверхностини одна из планет группы Юпитера не имеет.

Табл. 1. - Основные характеристики планет

Планета	Ср. гелиоцентрич. <расстояние (большая полуось орбиты), а. е.		Наклонение плоскости орбиты к эклиптике, град	Сидерический(орбитальный) период обращения (в земных годах)	Период вращения(в земных сутках d или часах h)	Эквато-риаль-ныйрадиус, км
Меркурий	0,387	0,206	7,0	0,24	58,6d	2439
Венера .	0,723	0,007	3,4	0,62	243d	6051,5
Земля .	1,000 (1,5 х108 км)	0,017	0	1,000 (365,256сут)	23 9n (23h 56m 4,1 з)	6378
Марс . .	1,524	0,093	1,8	1,88	24,6h	3394
Юпитер	5,203	0,048	1,3	11,86	9,9h	71398*
Сатурн .	9,539	0,056	2,5	29,46	10,2h	60246*
Уран. . .	19, 182	0,047	0,8	84,07	17,24h+-4	25559
Нептун	30,058	0,009	1,8	164,8	16,02h	24764
Плутон	39,439	0,247	17, 1	248,6	6,4h	1150

Продолжение

Планета	Объём (объём Земли= = 1)	Масса (масса Земли== 1)	Плотность, г/см 3
Меркурий	0,05	0,06	5,44	<30	Прямое	нет	0,0035	0,09	435
Венера .	0,90	0,82	5,24	177	Обратное	нет	-	0,75	228
Земля .	1,0 (1,083 х 1012 км 3)	1 .0 (5,976 хl 024 кг)	5,52	23,5	Прямое	1	0,31	0,36	255
Марс . .	0,15	0,11	3,95	25,2	Прямое	2	0,0006	0,24	216
Юпитер	1318	318	1,33	3,1	Прямое	16	4,28	0,34	124
Сатурн...	755	95,1	0,69	26,4	Прямое	17	0,21	0,34	95
Уран . .	63	14,5	1,29	98	Обратное	15	0,25	0,34	58
Нептун	58	17,2	1,64	29	Прямое	8	0,13	0,31	59
Плутон	0,006	0,002	2,03	?	Прямое	1		0,50	37

* Значение, соответствующее уровню с давлениемв атмосфере 1 бар.

Как следует из табл. 1, существенно различаютсятакже характеристики поступательно-вращат. движений планет. Эти движенияявляются возмущёнными; возмущения, возникающие вследствие взаимного притяженияпланет, приводят к отклонениям их орбит от кеплерова эллипса (см. Кеплеразаконы). Свойства орбит определяются на основе аналитич. и численныхрешений ур-ний движения и теорем классич. небесной механики; дополнит. <возмущение орбиты вследствие релятивистских эффектов заметно обнаруживаетсялишь в смещении перигелия Меркурия (см. Тяготение).

Тепловой режим планеты характеризуетсяср. эффективной, или равновесной, темп-рой Т _е. Она определяетсяиз условия баланса энергии, поступающей от Солнца и излучаемой планетойв окружающее пространство. Для этих целей используется указанное в табл.1 наряду с Т _е значение интегрального сферич. альбедо (альбедоБонда) А. На расстоянии а ( вастр. единицах) планетыот Солнца

т. е.

Здесь Е _с =1,37 х 10⁶ эрг х см ^-2 с ^-1 - солнечная постоянная; R - радиуспланеты;= 5,67 х 10^-6 эрг х см ^-2 х К ^-4 -с ^-1- Стефана - Больцмана постоянная; Т _е - в Кельвинах.

Яркостная температура близка кравновесной. Исключение составляют Юпитер, Сатурн, Нептун, для к-рых яркостнаятема-pa заметно выше равновесной. Это обусловлено наличием в их недрахвнутр. источника тепла. Природу источника связывают с выделением гравитац. <энергии - либо за счёт продолжающегося сжатия (Юпитер), либо за счёт выпадениягелия из водородно-гелиевого раствора (Сатурн). Соответственно, <значения Т _е для планет-гигантов, приведённые в табл.1, выше равновесных темп-р, определяемых соотношением (1).

Наличие даже сравнительно небольшой эллиптичностиорбиты вызывает заметные сезонные изменения на планетах за счёт большегопритока энергии от Солнца (инсоляции) в перигелии. Для Марса превышениесоставляет ок. 45%, а для Меркурия достигает 200%. Однако осн. роль в сезонныхизменениях и их длительности играет наклон оси вращения (особенно в случаесопоставимости периода вращения с периодом обращения вокруг Солнца). Периодвращения Марса вокруг оси почти равен земному, а у Венеры и Меркурия вращениеаномально медленное, причём у Венеры направление вращения обратное. Солнечныесутки на Венере и Меркурии составляют соответственно 116,75 и 175,97 земныхсуток. Помимо Венеры обратным вращением обладает также Уран, ось вращенияк-рого лежит почти в плоскости его орбиты.

Среди планет земной группы атмосферы имеютлишь Земля, Венера и Марс. Меркурий, как и Луна, практически лишён газовойоболочки. Давление атмосферы у поверхности Венеры примерно на два порядкабольше, а у поверхности Марса примерно на два порядка меньше, чем у поверхностиЗемли. Средняя темп-pa поверхности Марса составляет ок. - 60° С. Темп-paу поверхности Венеры приблизительно 500⁰ С (наличие плотной атмосферыприводит к значит, парниковому эффекту, а интенсивная циркуляцияатмосферы выравнивает темп-ру поверхности).

В атмосфере Земли преобладают азот и кислород, <в атмосферах Венеры и Марса - углекислый газ, относительное объёмное содержаниек-рого на обеих планетах св. 95%, а атмосферы планет-гигантов в основномводородно-гелиевые.

Осн. сведения о хим. составе, темп-ре, <давлении и плотности атмосфер планет, практически целиком основанные нарезультатах космич. экспериментов, приведены в табл. 2.

Из-за малости эксцентриситета и отклоненияоси вращения от нормали к плоскости орбиты на Венере смены сезонов практическине происходит. В то же время для Марса оба эффекта играют существ. роль, <приводя помимо ярко выраженного сезонного хода темп-ры к разл. длительностисезонов в северном и южном полушариях. К тому же наклонение оси вращенияМарса, возможно, испытывает долгопериодич. вариации, что должно приводитьк глубоким климатич. изменениям. На Уране сезонный ход, казалось бы, долженбыть наиб. сильно выражен; однако при малой инсоляции и своеобразии атм. <динамики он, по-видимому, существенно нивелирован.

Табл. 2. Некоторые физико-химическиехарактеристики планет

Планета	Меркурий	Венера	Земля	Марс	Юпитер	Сатурн	Уран	Нептун	Плутон
Химический состав(объёмное содержание" %)	-	СО 2 95 N2 3 - 5 Аr 0,01 Н 2 О 0,01-0,1 СО 3 х10-3 НС1 4 х10-5 HF 10-6 О 2 2 х10-4 SO2 10-5 H2S 8 х 10-3 Кr 4х10-5 Хе10-6 - 10-5	N278 02 21 Аr 0,93 Н 2 О 0,1 - 1 СО 2 0,03 CO 10-5 сн 4 10-4 Н 2 5 х 10-5 Ne2 х10-3 Не 10-4 Кr 10-4 Хе 10-6	СО 295 О 2 2 - 3 Аr 1 - 2 Н 2 О 10-3 - 10-1 СО 4 х10-3 О 2 0,1 - 0,4 Ne<10-3 Kr<2 х10-3 Хе<5х10-3	Н 287 Не 12,8 Н 2 О 1 х10-4 СН 4 7х10-2 NH3 2 х10-2 НС1 10-5 С 2 Н 4 4 х10-2 С 2 Н 2 8 х10-3 РН 3 4 х10-5 СО 2 х10-7 CH3D 2 х10-3	Н 294 - 87 Не 6 **СН 4 2х10-1 **NH3 3х10-2 С 2 Н 6 5х10-4 С 2 Н 2 2 х10-6 РН 3 1х10-4 CH3D 2х10-3	Н 284 - 87 Не 12 - 15 СН 40,3 С 2 Н 2 9х10-2 NH3 ? С 2 Н 6 3х10-6	**Н 285 **Не 12 СН 4 1 - 4 С 2 Н 6 3х10-4 С 2 Н 2 (1-9) х 10-5	СН 4 N2 ?
Средняя молекулярнаямасса	-	43,2	28,97	43,5	2,26	2.12	2,3	2,2?	16 ?
Температура уповерхности (в средних широтах): Т макс, К Тмин, К	500 110	735	310 240	270 200	135	105	51	50	~32 -
Среднее давлениеу поверхности Р, атм	2х- 10-14	90	1	6 х 10-3	0,5*	0,5*	0,1*	0,1*	-
Средняя плотностьу поверхности, г/см*	10-17	61х10-3	1х27х10-3	1,2х10-3	3х 10-4*	1,2х10-4*	5,5х10-5*	~5,5х10-5*	_

* На условном уровне в атмосфере планет, <к к-рому отнесены соответствующие значения темп-ры. **Предварительные данные.

Табл. 3. - Основные характеристики спутниковпланет

Планета и числоспутников (на 1990 г.)	Спутники	Средний радиус, <км*	Масса (в массахпланеты)	Плотность, г/см 3	Альбедо	Радиус орбиты		Период обращения(земные сутки)	Экс-цен-триси-теторбиты	Наклонение к экваторупланеты, град	Дата открытия	Перпооткрыватель
						в радиусах планеты	в 103 км
Земля (1)	Луна	1738	1 ,23х 10-2	3,33	0,07	60,27	384,4	27,322	0,055	5,09	-	-
Марс (2)	Фобис Деймос	13,5 7,5	1,82х10-82,14х10-9	2,1 2,1	0,06 0,07	2,76 6,92	9,4 23,5	0,319 1,262	0,015 0,001	1 ,02 1 ,82	1877 1877	А. Холл А. Холл
Юпитер (16)	XVI Мe-тида	20	~3х 10-11	-	<0,10	1,81	129	0,300	~0,0	~0,0	1979	Д. Джуитт, Дж. <Дани-элсон ("Вояджер-2")
	X V Адрас-тея	10	~10-11	-	<0,10	1,80	128	0,295	0,0	~0,0	1979/80	С. Синнотт ("Вояджер-2")
	V Амаль-тея	100	~5 x 10-9	-	0,05	2,55	181	0,489	0,003	0,4	1892	Э. Барнард
	XIV Теба (Фива)	45	~3 x 10-10		<0,10	3,11	221	0,675	~ 0,00	~0,0	1979/80	С. Снннотт ("Вояджер-2")
	I Ио	1815	4,70x 10-5	3,53	0,62	5,95	421	1 ,769	0,004	0,0	1610	Г. Галилей
	II Европа	1569	2,57x 10-5	3,03	0,68	9.47	670	3,551	0,000	0 , 5	1610	Г. Галилей
	III Гани мед	2631	7,84х10-5	1,93	0,44	15,1	1070	7,155	0,001	0,2	1610	Г. Галилей
	IV Кал-листо	2400	5,60 х 10-5	1 ,83	0, 19	26,6	1880	16,689	0,010	0,2	1610	Г. Галилей
	XIII Леда	~7	~10-12	-	-	156	11110	240	0,146	26,7	1974	Ч. Коваль (Коуэл)
	VI Гпма-лия	~90	~3x10-9	-	0,03	161	11470	250,6	0, 158	27,6	1904/05	Ч. Пeррайн
	X Лиситея	~20	~3x 10-11	-	-	1G4	11710	260	0,130	29,0	1938	С. Николсон
	VII Элара	~40	~3x 10-10	-	0.03	165	11740	260, 1	0,207	24,8	1904/05	Ч. Перрайн
	XII Анан-ке	~15	~4 x 10-12	-		291	20700	- 617* *	0,17	147	1951	С. Николсон
	XI Карме	~20	~10-11	-	-	314	22350	-692**	0,21	164	1938	С. Николсон
	VIII Па сифе	~20	~з x 10-11	-	-	327	23300	-735**	0,38	145	1908	П. Меллот
	IX Синопе	~20	~10-11	-	-	333	23700	-758**	0,28	153	1914	С. Николсон
Сатурн (18)(2)	X V Атлант	~20	-	-	0,4	228	137,7	0,602	0,002	0,3	1980	Террайл ("Вояджер-2")
	XVI Прометей	40	-	-	0,6	2,31	139,4	0,613	0,004	0,0	1980	Коллинз и др.("Вояджер-2")
	XVII Пандора	50	-	-	0,6	2,35	141,7	0,629	0,004	1,1	1980	Коллинз и др,("Вояджер-2")
	X Янус	95	-	-	0,4	2,51	151,4	0,695	0,009	0,3	1966/80	О. Дольфюс ("Вояджер-2")
	XI Эпиме-тей	60	-	-	0,4	2,52	151, 5	0,695	0,007	0,1	1966/80	Фонтейн, Ларсон/Уо-кер("Вояджер-2")
	I Мимас	197	6,50 х 10-8	1,4	0,7	3,08	185,5	0,942	0,020	1 ,5	1789	У. Гершель
	II Энцелад	251	1,48 х 10-7	1,2	1,0	3,95	238,0	1,370	0,004	0,0	1789	У. Гершель
	III Тефия	524	1,09 х 10-6	1,2	0,8	4,88	294,7	1 ,888	0,000	1 , 1	1684	Дж. Кассини
	XIII Те лесто	~13	-	-	0,6	4,88	294,7	1,888			1980	Рейтсема, Смит, <Лар-сон, Фонтейн ("Вояджер-2")
	XIV Калипсо	~13	-	-	0,8						1980	Д. Паску, П. Сейделмен, <Баум, Кюрье ("Вояджер-2")
	IV Диона	560	2,04 х 10-6	1,4	0,5	6,26	377,4	2,737	0,002	0,0	1684	Дж. Кассини
	XII Елена	15	-	-	-	6,27	378,1	2,739	0,005	0,2	1980	Ж. Лекашё, Лак
	V Рея	765	-	1 ,3	0,6	8,74	527,1	4,518	0,001	0,4	1672	Дж. Кассини
	VI Титан	2575	2,46 х 10-4	1 ,9	0,2	20,25	1221,9	15,95	0,029	0,3	1655	X. Гюйгенс
	VII Гипе-рион	135	-	-	0,3	24,55	1481,0	21,28	0,104	0,4	1848	Дж. Бонд/У. Ласселл
	VIII Япет	718	-	1,2	0,50/ 0,05***	59,02	3560,8	79,33	0,028	14,7	1671	Дж. Кассини
	IX Феба	110	-	-	0,06	214,7	12954,0	-550, 4**	0,163	150	1898	У. Пикеринг
Уран (15)	(1986 U7)Корделия	~20	-	-	-	1,92	49,8	-	-	-	1986	"Вояджер-2"
	(1986 U8)Офелия	~25	-	-	-	2,07	53,8	-	-	-	1986	-
	(1986 U9)Бианка	~25	-	-	-	2, 30	59,2	-	-	-	1986	-
	(1986 U3)Кресс и да	~30	-	-	-	2,40	61,8	-	-	-	1986	- " -
	(1986 U6)Дездемона	~30	-	-	-	2,44	62,7	-	-	-	1986	-
	(1986 U2)Джульетта	~40	-	-	-	2,51	64,4	-	-	-	1980	_"-
	(1986 U1)Порция	~40	-	-	-	2,57	66,1	-	-	-	1986	-
	(1986 U4)Розалинда	~зо	-	-	-	2,72	69,9				1986	- " -

Продолжение

Планета и числоспутников (на 1990 г.)	Спутники	Средний радиус, <км*	Масеа (в массахпланеты)	Плотность, г/см 3	Альбедо	Радиус орбиты		Период обращения(земные сутки)	Эксцен триситеторбиты	Наклонение к экваторупланеты, град	Дата открытия	Первооткрыватель
						в радиусах планеты	в 103 км
	(1986 U5)Белинда	~30	-	-	-	2 ,92	75,3	-	-	-	1986	- " -
	(1985 U1)VI Пэк	85	-	-	-	3,35	86,0	-	-	-	1985	- " -
	V Миранда	243	1,0x 10-7	3	-	5,04	129,4	1,460	0 ,010	0,0	1948	Дж. Койпер
	I Ариэль	580	1,1x10-5	1,3	0,30	7,43	191,0	2,555	0,003	0,0	1851	У. Ласселл
	II Умбриэль	595	1,1x10-6	1 ,4	0,19	10,35	266,3	4,015	0,004	0,0	1851	У. Ласселл
	III Титания	805	3,2х 10-5	2,7	0,23	16,96	436,0	8,760	0,002	0,0	1787	У. Гершель
	IV Оберон	775	3,4х 10-5	2,6	0,18	22,70	583,5	13,51	0,001	0,0	1878	У. Гершель
Нептун (8)(1)	I Тритон	1200	2,2х10-4	2,06	-	15,95	394,7	- 5,840**	0,000	2 , 79	1846	У. Ласселл
	II Нереида	~120	5,0х10-8	2,0	-	250,99	6212	358,4	0,756	0,48	1949	Дж. Койпер
Плутон(1)	Харон	~560	6 ,4x10-2	~0,2	0,4	16	18,5	6,4	-	-	1978	Дж. Кристи

* Для спутников неправильной формы указанаполовина максимального размера. ** Обратное движение. *** "Ведущая" полусфераимеет альбедо на порядок выше ведомой. Помимо Тритона и Нереиды "Вояджером-2"открыты ещё 6 спутников: Протей (420), Ларисса (200), Галатея (160), Деспина(140), Таласса (90) и Наяда (50) (в скобках приведены размеры в км). ² В 1990 открыт 18-й спутник Сатурна Пан.

Газовым оболочкам Юпитера, Сатурна, Уранаи Нептуна свойственно дифференциальное вращение (изменение периода вращенияс широтой), что может быть связано с динамич. процессами в атмосфере. НаЮпитере тропич. зона атмосферы вращается быстрее полярной на 5 мин 11 с, <т. е. различие составляет 1%, а на Сатурне достигает почти 5%. Для этихпланет наиб. близок к истинному значению период, соответствующий вращениюмагн. поля. Он определяется по модуляции интенсивности и (или) направлениюполяризации собств. радиоизлучения планеты. По-видимому, этот период наилучшимобразом характеризует вращение нижележащих более вязких областей. Такимспособом найдены периоды вращения Юпитера ( Т = = 09,925^h),Сатурна ( Т =10,657^h), Урана ( Т =17,24^h )и Нептуна ( Т =16,02^h).

В табл. 1 указана ещё одна важная характеристикапланет, содержащая определённую информацию об их внутр. строении и эволюциии во многом определяющая свойства атмосферы и околопланетного пространства. <Это - значение напряжённости магн. поля на экваторе. Наиб. сильными магн. <полями обладают Юпитер, Земля, Сатурн, Уран, Нептун. Заметим, что хотяу Нептуна, Сатурна и Урана оно слабее земного (при отнесении к соответствующимрадиусам поверхности), в недрах этих планет мощность генератора их магн. <поля должна быть примерно на два порядка выше. Существенное магн. полеобнаружено у Меркурия и, по-видимому, у Марса, практически отсутствуетсобств. ноле у Венеры. Что касается Плутона, то, по аналогии с ледянымиспутниками планет-гигантов, наличие у него магн. поля маловероятно.

У всех планет, кроме Венеры и Меркурия, <есть спутники. Осн. характеристики спутников приведены в табл. 3. Общеечисло известных спутников составляет 61, включая сравнительно недавно открытые3 спутника Юпитера, 7 спутников Сатурна, 10 спутников Урана, 6 спутниковНептуна и спутник Плутона. Наиболее крупными спутниками обладают Земля, <Юпитер, Сатурн и Нептун. Это Луна, четыре гали-леевых спутника Юпитера(Ио, Европа, Ганимед, Каллисто), спутник Сатурна Титан и спутник НептунаТритон, которые по своим размерам сопоставимы с планетами земной группы. <Остальные спутники имеют размеры от неск. десятков до мн. сотен километрови, в отличие от планет и более крупных спутников, - часто неправильную(несферическую) форму. Это сближает их с астероидами.

Лит.: Жарков В. П., Внутреннее строениеЗемли и планет, 2 изд., М., 1983; М а р о в М. Я., Планеты Солнечной системы,2 изд., М., 1986; Уипл Ф. Л., Семья Солнца, пер. с англ., М., 1984; Satellites,ed. by J. Burns, M. Shapley Matthews, Tucson, 1986. См. также лит. приотд. статьях о планетах.

М. Я. Миров.

Модели внутреннего строения планет. <Недра планет недоступны прямым наблюдениям. Даже для Земли керны из глубоких(до 12 км) скважин и фрагменты изверженных глубинных пород дают сведенияо составе и структуре вещества лишь приповерхностных слоев внеш. твёрдойоболочки. Данные о породах Луны, Венеры и Марса, изучение спектральныхособенностей поверхностей планет и астероидов, атмосфер планет-гигантовтакже позволяют судить лишь о составе самых внешних оболочек. Поэтому дляисследования планетных недр прибегают к построению моделей внутр. строенияпланет, т. е. расчёту хим. и минерального состава, внутр. гравитационных, <тепловых, магн. и др. полей с последующим сравнением теоретич. предсказанийс данными наблюдений. Весьма общие ограничения на возможные состав и структурупланеты дают сведения о её массе М и радиусе R (а следовательно, <и о ср. плотности) с учётом распространённости элементов в космосеи данных физики высоких давлений. Для построения моделей планет привлекаютсяданные по гравитац. и магн. полям планеты, тепловому потоку из недр, собств. <колебаниям и (для Земли и Луны) сейсмич. данным.

Планеты земной группы имеют твёрдые оболочки, <в к-рых сосредоточена б. ч. их массы. Существенный объём планетных оболочекнаходится в состоянии, близком к гидростатич. равновесию, поскольку пределтекучести пород играет роль лишь для относительно быстрых приповерхностныхдвижений. Распределения давления Р, плотности rи ускорения силы тяжести g по расстоянию от центра планеты r находят из решения системы ур-нпй: ур-ния гидроста-тпч. равновесия

ур-ния распределения массы

и ур-ний состояния

для предполагаемой смеси компонент с плотностью где и x_i- плотность и доля i -й компоненты по массе( х _i= т _i/т, т _i - масса i -и компоненты, М- суммарная масса в единичном объёме). Ср. плотности планет и данныепо ур-ниям состояния для осн. породообразующих элементов Si, Mg, Fe, Al,Ca и их окислов показывают, что в среднем планеты земной группы на ²/₃ состоят из ферромагнезиальных силикатов и на ¹/₃ изжелеза с примесью никеля и др. элементов. Модели внутр. строения Землиблагодаря глубинному сейсмич. зондированию, данным о нутации и прецессииразработаны весьма детально, и осуществляется переход к более сложным моделям, <учитывающим особенности горизонтального строения литосферы и верхней мантиипод океанич. и континентальными регионами. Для построения моделей планетземной группы широко используются представления об оболочечной структуре, <полученные для Земли. Обычно выделяют кору (10 - 100 км), мантию (1000- 3000 км) и ядро. Ядро - наиб. плотная часть (12 - 13 г/см ³ в центре Земли), кора - наименее плотная (для Земли 2,7 - 2,8 г/см ³),плотность мантии - промежуточная (для Земли 2,8 - 3,5 г/см ³).У Земли ядро подразделяется на внешнее (жидкое) и внутреннее (твёрдое).Предполагают, что жидкое ядро имеется у Меркурия и Венеры. Марс, обладаязаметным вращением, имеет сравнительно небольшой магн. момент, и существованиерасплавленного ядра для него остаётся под вопросом. Внутр. строение Венерыв основном схоже со строением Земли, однако из-за медленного вращения Венерыне удаётся оценить её момент инерции и, следовательно, в отсутствие сейсмич. <данных, нет строгого подтверждения существования у неё ядра и соответствующихземным верхней и нижней мантийных оболочек. Отсутствие сейсмич. данныхне позволяет также сделать определённые выводы о структуре и размерах оболочекдр. планет земной группы. Момент инерции Марса свидетельствует о наличиинебольшого (15%от массы планеты) ядра. Размеры и фазовое состояние ядра зависят от егохим. состава (рис. 1). На больших временах (10⁶ - 10⁸ лет) вещество планетных недр ведёт себя как вязкая жидкость. В результатенеравномерных нагрева и распределения состава в оболочках могут возникатьконвективные движения, приводящие к тепло- и массопереносу.

Рис. 1. Модель внутреннего строения Марса. <Показаны два варианта ядра.

Масштаб конвекции определяется величинойотклонений распределений темп-ры и состава от равновесных, а интенсивность- вязкостью и др. реологич. параметрами. Оценки темп-р в недрах планетземной группы основаны на представлениях об их образовании путём аккумуляциииз твёрдых тел и относительно раннем формировании оболочек (в ходе этихпроцессов происходило выделение гравитац. энергии ~10¹¹ эрг/г),а также на данных о содержании радиоакт. элементов U, Th и ⁴⁰ К. <Согласно оценкам, темп-pa в центре Земли 5000- 6000 К, на границе ядро - мантия - 3500 - 4000 К. Темп-ры центральныхобластей Венеры, по-видимому, на 100 - 300 К ниже земных. В ядрах Меркурияи Марса темп-pa, вероятно, ок. 2500 - 3000 К.

Плутон, по-видимому, имеет силикатноеядро и ледяную оболочку.

Астероиды. О внутр. строении астероидовтакже известно мало. Метеоритные данные указывают на то, что вещество малыхпланет (по крайней мере многих из них) прошло через интенсивную ударнуюпереработку, нагрев и дегазацию уже в ходе их образования. Существованиекаменных и железных метеоритов свидетельствует о том, что недра отд. астероидовбыли нагреты до темп-р плавления, обеспечивших возможность расслоения (дифференциации)первичного вещества на силикаты и железоникелевый сплав. Осн. особенностьювнутр. строения малых планет являются сравнительно низкие темп-ры и давления, <а также относительно большая толщина неконсолидиров. пород (рего-лита),образованного ударами др. тел. Не исключено, что астероиды, от к-рых поступаетдифференциров. вещество, не расслоены на соответствующие оболочки, а содержатлишь отд. области, испытавшие высокотемпературный нагрев и местную дифференциациювещества (модель "изюминки в тесте").

Планеты-гиганты принято считать газожидкимителами с конвективными оболочками, в к-рых распределение темп-ры близкок адиабатическому. Это заключение основано на след, данных наблюдений. <По данным ИК-наблюдений, поток тепла из недр планет оказался равным 10⁴ эрг/см ² х с (для Юпитера) и 3 х 10³ эрг/см ² хс (для Сатурна). Поскольку такой поток более чем на 4 порядка превышаетпоток тепла за счёт молекулярной теплопроводности, то это указывает наконвективное состояние внеш. зоны или всей планеты. Юпитер, Сатурн, Урани, возможно, Нептун обладают собств. магн. полем, к-рое, вероятно, генерируетсяв конвективном ядре. Эволюция орбит спутников Юпитера, Сатурна и Урана, <измерения гравитац. поля Юпитера также указывают на жидкое, близкое к гидростатическиравновесному, состояние планет.

Хим. состав планет-гигантов резко отличаетсяот состава планет земной группы. Согласно теории происхождения Солнечнойсистемы, в протопланетном облаке в области планет-гигантов темп-рыпосле остывания облака не превышали 150 К, а газовое давление 10^-5- 10^-7 бар (в зоне Юпитера и Сатурна) и 10^-7 - 10^-8 бар (в зоне Урана и Нептуна). При таких условиях большинство элементовобразуют гидриды и окислы. Вещества, из к-рых построены планеты-гиганты, <принято разделять по летучести на газовую компоненту - Г(Н ₂,Не, Ne), "льды" - Л(СН ₄, NH₃, H₂O) и тяжёлуюкомпоненту - TK(SiO₂, MgO, FeO, FeS, Fe, Ni, ...) . Сведенияо хим. составе недр планет-гигантов даёт расчёт моделей внутр. строенияпланет, удовлетворяющих наблюдаемым значениям массы, радиуса и зональныхгармоник гравитац. поля планет. Из-за относительно большой угл. скоростивращения в ур-ние (1) входит дополнит. член а вследствие довольно высоких темп-р (10³ К) в недрах планет в ур-нии (3) учитывают температурныепоправки Простейшие модели (двухслойные) состоят из наружной оболочки (Г + Л) иядра (ТКЛ). Однако наблюдениям лучше удовлетворяют многослойные модели(см., напр., рис. 2). В оболочках Юпитера и Сатурна происходит переходмолекулярного водорода в металлический. Давление перехода 3-10⁶ бари слабо зависит от темп-ры. При переходе к твёрдой фазе плотность скачкообразноувеличивается на 10%.В расплавл. состоянии (в жидкой фазе) переход происходит непрерывным образом. <Расчёты моделей показали, что Уран (рис. 3) и Нептун, в отличие от Юпитераи Сатурна, обладают сильноперемешанными оболочками. Эти планеты имеют маленькиеТК-ядра (0,3 - 1% от полной массы планеты), массивные ледяные мантии сдобавкой ТК-компоненты (с относит. содержанием, близким к солнечному) инаружные оболочки из Г- и Л-компонент. Построенные модели выявили след. <тенденции в ряду планет-гигантов: при переходе от Юпитера к Нептуну содержаниесвободного водорода систематически убывает, а концентрация Л-компонентыв наружных оболочках растёт. Это может быть связано с различиями во временахформирования планет-гигантов и диссипацией газа из протопланетного облака.

Рис. 2. Четырёхслойная модель Юпитера сдвухслойной молекулярной оболочкой. Справа показано распределение давления Р, температуры Т и плотности по относительному радиусу = r/R _ю (Дю - радиус Юпитера). Слева дан разрез моделис указанием значении плотности на границах раздела и отношения Л(ТКЛ)/Гв оболочках. Полные значения масс Г-, Л- и ТКЛ-компонент выражены в массахЗемли.

Рис. 3. Двух- и трёхслойная модели Уранас различной степенью смешения Г-, Л- и ТК-компонент. Обозначения те же, <что и на рис. 2.

Широкое распространение получает численноемоделирование динамических (2- и 3-мерных) и эволюционных (1 - 2-мерных)моделей внутр. строения планет. Исследуются структура и интенсивность конвективныхтечений, вызванных разл. источниками тепла, влияние фазовых переходов ихим. превращений. Для планет земной группы предложены модели дифференциациии фракционирования внутр. оболочек, основанные на ур-ниях баланса потоковвещества с привлечением изотопных данных.

Лит.: Жарков В. Н., Трубицын В. <П., Физика планетных недр, М., 1980; Хаббард У., Внутреннее строение планет, <пер. с англ., М., 1987; Планетная космогония и науки о Земле. Сб., подред. В. А. Магницкого, М., 1989.

А. В. Витязев, В. В. Леонтъев.