§ 36. Загальна характеристика планет земної групи та планет-гігантів. Супутники та кільця планет

• Уявіть себе провідником / провідницею майбутнього на зорельоті, який здійснює екскурсію Сонячною системою. Підготуйте цікаву розповідь для туристів зорельоту. Які космічні тіла ви б хотіли їм продемонструвати? Чому?

Загальна характеристика планет земної групи

Планети земної групи мають порівняно з планетами-гігантами невеликі розміри і маси, тверду поверхню. Мають гаряче металеве ядро, яке оточене мантією і корою. Ці планети повільно обертаються навколо своїх осей.

Мал. 44. Планети земної групи

Температура кипіння води на поверхні Марса +3°С.

• Яка температура кипіння води на Землі?

Загальна характеристика планет-гігантів

Планети-гіганти на відміну від планет земної групи не мають твердої поверхні, адже за хімічним складом (більше 90 % Гідрогену і Гелію) вони нагадують зорі, а їхня велика маса спричиняє нагрівання ядер до температури понад +10 000 °С. Планети-гіганти доволі швидко обертаються навколо осі та мають велику кількість супутників.

Мал. 45. Газові гіганти порівняно із Сонцем: Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун

Загадкова червона пляма, як виявили космічні апарати нещодавно, — це величезний повітряний вихор розміром у три Землі, який не припиняється вже щонайменше 300 років, відколи люди побачили її в телескоп.

Робота в групі

Бліц-опитування. Порівняйте кількісні характеристики планет Сонячної системи та обговоріть:

• 1. Які планети є найгарячішими та найхолоднішими? Чому?
• 2. Яка планета найшвидше рухається навколо Сонця?
• 3. На якій планеті найдовша доба? найкоротша доба? доба майже дорівнює земній?
• 4. Яка планета має отруйну атмосферу? Чому?
• 5. На яких планетах змінюються пори року?
• 6. Яка планета має внутрішнє джерело випромінювання?
• 7. Які планети мають кільця?

Супутники планет

У Меркурія та Венери супутники відсутні.

Марс має два супутники: Фобос і Деймос (Страх і Жах) — дрібні небесні тіла, які за формою нагадують картоплини розмірами до 30 км. Фобос за одну марсіанську добу встигає зробити 3 оберти навколо планети, а Деймос понад 2,5 марсіанської доби перебуває над горизонтом. Поверхні супутників покриті кратерами.

Навколо Юпітера обертається численна родина супутників, чотири з яких — Іо, Європа, Ганімед та Калісто (так звані Галілеєві супутники) — найбільші, які можна порівняти за розміром із Місяцем.

Мал. 46. Галілеєві супутники

Ганімед — найбільший супутник у Сонячній системі, це — єдиний супутник, що має власне магнітне поле. Усередині його можлива наявність водного океану та живих істот.

У Сатурна виявлено багато супутників діаметром від 34 до 5150 км. Поверхні великих супутників вкриті багатьма кратерами різних розмірів. Найбільшим супутником планети є Титан. Уран також оточений великою кількістю супутників (Титанія, Оберон, Аріель, Міранда).

Навколо Нептуна обертаються вісім супутників, найбільший з них — Тритон, який кружляє навколо планети у зворотному напрямку. Планету оперізують одне незамкнене і три замкнені кільця.

Кратери й астроблеми

Інколи метеороїди і навіть астероїди та комети збиваються зі своєї звичної траєкторії і врізаються в Землю, Місяць, інші планети чи їхні супутники. Більшість з них згоряють в атмосфері (за її наявності), проте інколи долітають до поверхні з величезною швидкістю в десятки кілометрів за секунду. Наслідками таких ударів є кратери на поверхні планети, які ще називають астроблемами.

Мал. 47. Потрійний кратер на стародавньому марсіанському нагір’ї

Перейдіть на сайт за QR-кодом або за адресою https://cutt.ly/c2OgcDT та дізнайтеся більше про кратери та астроблеми.

Підсумки параграфа

Планети земної групи — Меркурій, Венера, Земля, Марс — мають невеликі розміри й маси, тверду поверхню.

Планети-гіганти — Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун — не мають твердої поверхні, за хімічним складом вони нагадують зорі. Планети-гіганти доволі швидко обертаються навколо осі та мають велику кількість супутників.

Цікаві факти

Нещодавно з’явилися гіпотези щодо можливості існування життя у хмарах Юпітера, адже його атмосфера має всі компоненти, які зумовили появу життя на Землі.

Робота в парі

Використовуючи інтернет-джерела, відшукайте інформацію про один із супутників та презентуйте її в класі.

Робота у групі

Гра «Упізнай планету за фактами». Групи по черзі одна одній наводять факти про планету (не називаючи її) із числовими характеристиками. Завдання іншої групи — відгадати планету.

Запитання та завдання для самоперевірки

• 1. Які є докази того, що колись на поверхні Марса існувала вода в рідкому стані та були моря?
• 2. Чому Юпітер та Сатурн називають газовими гігантами, а Уран і Нептун — крижаними?
• 3. Які орбітальні особливості мають Венера та Уран?
• 4. Назвіть відомі вам супутники Марса та планет-гігантів. Охарактеризуйте найбільший супутник Сонячної системи.

Перевірте себе

1. Серед наведених планет оберіть газові гіганти:

• а) Марс
• б) Юпітер
• в) Нептун
• г) Сатурн
• ґ) Уран
• д) Венера

2. Серед наведених небесних тіл оберіть супутники:

• а) Меркурій
• б) Титан
• в) Іо
• г) Венера
• ґ) Калісто
• д) Плутон
• е) Ганімед
• є) Сіріус

3. Які планети мають кільця?

• а) Марс
• б) Юпітер
• в) Сатурн
• г) Уран
• ґ) Нептун
• д) Венера

Навчальний проєкт

Навчальний проєкт на тему «Таємниці червоної планети». Використовуючи додаткові джерела інформації, підготуйте проєкт про особливості Марса (доберіть фото його поверхні, кратерів тощо) та презентуйте його в класі.

Урок “Подібність та відмінність між планетами земної групи та планетами-гігантами. Планети земної групи. Фізичні та орбітальні характеристики”

Методичні рекомендації до уроку астрономії з теми “Подібність та відмінність між планетами земної групи та планетами-гігантами. Планети земної групи. Фізичні та орбітальні характеристики” забезпечить вивчення основних особливостей планет земної групи, їхніх фізичних характеристик та допоможе установити причиново-наслідкові зв’язки явищ у Сонячній системі

Тема. Подібність та відмінність між планетами земної групи та планетами-гігантами. Планети земної групи. Фізичні та орбітальні характеристики. Фізичні характеристики Землі. Внутрішня будова Землі. Будова атмосфери. Рухи в оболонках землі. Клімат. Причини змін пір року. Місяць: фізичні характеристики та проблема походження. Рельєф та фізичні умови на поверхні.

Мета : навчальна : розглянути основні особливості планет земної групи, їхні фізичні характеристики, установити причиново-наслідкові зв’язки явищ у Сонячній системі;

розвивальна : продовжити формування умінь самостійно працювати з навчальною, довідковою і науково-популярною літературою; продовжити розвиток інтересу до предмета;

виховна : продовжити формування уміння узагальнювати факти, аналізуючи їх; розвивати науковий світогляд у ході ознайомлення з історією вивчення і природою планет.

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ МОМЕНТ

ІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ СТУДЕНТІВ

Планети можна поділити на два основні класи: великі, що мають невисоку густину, – планети-гіганти, і менш великі землеподібні планети, що мають тверду поверхню. Згідно з визначенням Міжнародного астрономічного союзу, у Сонячній системі 8 планет. У порядку віддалення від Сонця – чотири земле подібні: Меркурій, Венера, Земля, Марс, потім – чотири планети-гіганти: Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун.

Починаючи з 1992 року, після того як було відкрито сотні планет навколо інших зір, названих екзопланетами, вчені почали розуміти, що планети можна виявити в Галактиці скрізь і їх характеристики схожі з аналогічними особливостями планет Сонячної системи. Станом на грудень 2010 відомо вже 505 екзопланет – від планет-гігантів до планет земної групи.

ІІІ. ПОЯСНЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Подорож до планет земної групи

Заняття з цієї теми проводять у вигляді рольової гри “Космічна подорож до планет Сонячної системи”.

Студентів за два-три тижні необхідно попередити про тему майбутнього заняття, розділивши усіх на групи. Кожна група має підготувати повідомлення за однією із запропонованих тем для вивчення планет земної групи. Студенти збирають повну інформацію про історію вивчення даних планет, методи вивчення фізичних характеристик цих планет (кожна група готує одну тему), а також заздалегідь готують питання за матеріалом, що опрацьовує інша група. Так, наприклад, студенти, що готують повідомлення про планету Меркурій, готують питання для групи студентів, що вивчають властивості планети Венера.

Студенти пропонують свої доповіді, супроводжуючи їх презентаціями, демонстрацією відеофрагментів.

Теми повідомлень

1. Меркурій – найближча до Сонця планета.

Приблизний план повідомлення

1. Група, до якої належить планета.

3. Відстань планети від Сонця.

4. Період її обертання та звернення.

5. Характеристика атмосфери.

7. Рельєф (для планет земної групи).

8. Число та характеристика супутників.

9. Цікаві подробиці про планету.

Додаткова інформація про планети

Меркурій швидше за все був відкритий найдавнішими пастушачими племенами, що жили в долинах Нілу або Тигру і Євфрату. Однак нелегко було здогадатися, що порівняно яскрава вечірня і ранкова зорі – одне і те саме світило. Недарма в давніх народів воно має 2 імені: у єгиптян – Сет і Гор, в індійців – Будда і Рогінея, греки ж його іменували Аполлон і Гермес ( у римській міфології богу Гермесу відповідав Меркурій).

До середини ХХ ст. астрономи досить добре знали елементи орбіти Меркурія. Однак про фізичні властивості, природу планети, період її обертання навколо осі до останнього часу було мало відомостей.

1974 р. американський космічний апарат “Марінер-10” пролетів поблизу Меркурія і передав на Землю зображення його поверхні. Астрономи було уражені. Перед ними постав другий Місяць.

Дослідження фотографічних зображень поверхні Меркурія дозволили скласти ймовірну картину еволюції планети. У початковий період Меркурій зазнав сильного внутрішнього розігрівання, наслідком чого було настання однієї чи кількох епох активного вулканізму.

Після завершення процесу формування планети її поверхня була гладкою (ділянки цієї давньої поверхні добре помітні). Далі настав період інтенсивного бомбардування Меркурія залишками допланетного рою (планетезималями). Наступний етап характеризувався активним вулканізмом і виходом потоків лави, що заповнила великі басейни. Цей період завершився близько 3 млрд. років тому.

Розміри Меркурія незначні, він трохи більший за Місяць, середня густина його майже така сама, як у Землі. Імовірно, до центра планети густина підвищується до 9800 кг/м 3 . Це значить, що в Меркурія має бути залізне ядро R =1800 км (3/4 R планети). На частку ядра припадає 80% маси Меркурія. У ядрі генеруються кільцеві електричні струми, що збуджують слабке магнітне поле планети.

Меркурій обертається навколо осі за 58 земних діб, що складає 2/3 меркуріанського року. День на Меркурії триває 88 діб, стільки ж триває ніч. Сонце втричі більше за видимим поперечником, ніж на Землі. Опівдні поверхня Меркурія нагрівається до 430 о С, і тому свинець і олово повинні там виплавлятися з гірських порід і розтікатися по поверхні сріблястими калюжами.

Урочі, навпаки, температура становить 180 о нижче нуля. Ці теплові контрасти не пом’якшуються бодай скільки-небудь густою атмосферою. Атмосфера навколо Меркурія є, але вона вкрай розріджена і створює біля поверхні тиск усього в 10 -12 бар. Головна складова меркуріанської атмосфери – це гелій. У незначній кількості наявні H ₂ , О ₂ , СО ₂ з чадним газом.

Ця планета – одне з найкрасивіших світил неба. Не випадково саме її давні римляни назвали на честь богині любові і краси.

Для земного спостерігача Венера не відходить від Сонця далі, ніж на 48 о . Це пояснюється тим, що вона розташована ближче до Сонця, ніж до Землі. Протягом 585 діб чергуються періоди її вечірньої і вранішньої видимості.

У Венери найгустіша атмосфера серед планет земної групи, найповільніше обертання навколо осі і найменший ексцентриситет орбіти ( е=0,007 ).

Рельєф планети складається з великих рівнин, перерізаних гірськими хребтами і височинами типу плато. Гірські області схожі на земні материки. Низовини, схожі на океанські басейни Землі, займають тільки шосту частину поверхні планети, тоді як на Землі 2/3.

У Венери має бути рідке залізне ядро, але руху речовини в ньому не відбувається – немає переміщення заряджених частинок, тобто електричного струму, а значить, і не виникає власне магнітного поля.

Вісь обертання Марса нахилена відносно площини орбіти на 22 о усього на 1,5 / менше, ніж вісь обертання Землі нахилена до площини екліптики.

Марсіанський день мало чим відрізняється від земного: доба триває 24 год. 37 хв.

Унаслідок малої маси сила ваги на Марсі втричі нижче, ніж на Землі. На сьогодні структура гравітаційного поля Марса детально вивчена. Вона вказує на невеликі відхилення від однорідного розподілу густини в планеті. Ядро може мати радіус до половини радіуса планети. Очевидно, воно складається майже з чистого заліза або сплаву ( Fe – S – Fe – сульфід заліза) і, можливо, розчиненого в них водню.

Очевидно, ядро Марса частково чи цілком перебуває в рідкому стані. Наявність у планети власного, хоча і слабкого магнітного поля підтверджує це.

Марс повинен мати щільну кору товщиною 70-100 км. Між ядром і корою знаходиться силікатна мантія, збагачена залізом. Червоні окисли заліза, що містяться в поверхневих породах, визначають колір планети. Зараз Марс продовжує остигати. Сейсмічна активність планети слабка.

Середня температура на Марсі значно нижче, ніж на Землі, близько -40 о С. Улітку вдень +25 о С, але вночі узимку до -125 о С. Це спричинено тим, що розріджена атмосфера Марса не може довго утримувати тепло.

Зміна пір року на Марсі відбувається так само, як і на Землі.

Планети земної групи

Планетам земної групи властиві порівняно невеликі розміри і маси, велика середня густина (для Меркурія, Венери і Землі відповідно 5,4, 5,2 і 5,5 г/см 3 , для Марса 3,97 г/см 3 ) і тверда поверхня. Практично однакові значення густин свідчать про подібність співвідношень вмісту хімічних елементів, з яких утворені надра планет. Складаються переважно з силікатів і металевого заліза, кисню, кремнію, заліза, магнію, алюмінію та інших важких елементів.

Зовсім інший вигляд має порівняння хімічного складу атмосфер. Так, Меркурій має дуже розріджену газову оболонку, основним компонентом якої є гелій. Атмосфера Венери на 97% складається з вуглекислого газу; азоту в ній менше 2%, вміст водяної пари поблизу поверхні планети – всього 0,002%. Аналогічно в атмосфері Марса вуглекислого газу 95%, азоту 2,7%, водяної пари 0,1%. Щоправда, маси цих двох атмосфер різні. Атмосфера Марса дуже розріджена, і тиск біля його поверхні в середньому у 160 разів менший, ніж на рівні моря для Землі. Атмосфера Венери, навпаки, дуже густа, біля поверхні її густина лише у 15 разів менша від густини води і тиск – близько 90 атм. Отже, порівняно з іншими планетами земної групи, Земля має унікальний склад атмосфери, де переважають азот і кисень.

Згідно з сучасними теоріями колись у земній атмосфері також було багато вуглекислого газу, який посідав у ній друге місце за вмістом. Однак за наявності на Землі води, яка дуже добре розчиняє вуглекислий газ, під час формування осадових порід на дні океану він досить швидко був зв’язаний у вигляді карбонату в крейді та вапняку. Живі організми сприяють цьому процесу впродовж мільярдів років, тому практично весь вуглекислий газ зник з атмосфери планети. Якби зараз цей газ раптово виділився, тиск біля поверхні Землі збільшився б до 40 атм.

Ще одна особливість планет земної групи: вони повільно обертаються навколо своїх осей. Зоряна доба на Меркурії триває близько 59 земних діб, а на Венері, як було виявлено у 1966 р. радіолокаційним методом, – 243,2 земної доби, причому планета обертається навколо осі у зворотному напрямку, тобто за годинниковою стрілкою, якщо дивитися на неї з боку північного полюса, а не проти, як більшість планет Сонячної системи. Земля і Марс обертаються навколо осей значно швидше, відповідно за 23 год. 56 хв. І 24 год. 37 хв.

2. Наша рідна планета та її супутник

Земля рухається навколо Сонця по близькій до колової орбіті, середній радіус якої – 149,6 млн.км – прийнято за 1 астрономічну одиницю. Період обертання по орбіті дорівнює часу 365,256 кульмінації “середнього Сонця”, або земної доби, швидкість руху по орбіті – 29,8 км/с. Нахил площини екватора до площини орбіти дорівнює 23 о 27 / .

Маса Землі – 5,510 кг/м 3 . Екваторіальний радіус планети становить R =6378 км, Земля має грушоподібну форму, звану геоїдом. Полярний радіус менше і дорівнює R ₃ =6356 км. Декомпозиція Землі з полюсів пояснюється її обертанням. Прискорення вільного падіння на поверхні становить в середньому g =9,78 м/с 2 .

Вік Землі, за даними радіоізотопного методу й астрономічних досліджень, близький до 4,5 мільярда років.

Хімічний склад Землі: залізо – 39,9%, кисень – 27,7%, кремній – 14,5%, вуглець – 0,04% (усього 88 елементів).

Надра Землі як найбільш масивної з планет земної групи Сонячної системи відрізняються найбільшим ступенем диференційованості речовини і найбільшою інтенсивністю процесів гравітаційної диференціації. Еволюція земних надр триває і до сьогодні. Теплова енергія Землі – близько 1,3х10 27 Дж.

Від межі земного ядра, із глибин 2900 км до літосфери мантію пронизують наскрізь мантійні плюми (“пера”) – стовпи розпеченої речовини діаметром 150-200 км і температурою, на 200-300 К вищою за навколишнє середовище. Вони переносять до поверхні Землі теплову енергію, що виділяється в ядрі планети. “Мантійний вітер” – рух розплавлених порід під впливом конвекції речовини – відхиляє плюми від вертикалі. У верхній мантії плюми розгалужуються; над ними відбуваються інтенсивні тектонічні і вулканічні процеси.

Літосфера (кора) завтовшки 4-6 км під океанами і 30-70 км під материками. Середній рівень земної кори – 2430 км. У будові літосфери Землі виділяють 3 шари: осадових гірських порід (10-15 км), гранітів під материками і під ними щільних базальтів.

Густина літосфери становить 2,8 г/см 3 .

Середній хімічний склад літосфери: кисень – 49,4%, кремній – 25,8%, алюміній – 7,5%, залізо – 4,7%, вуглець – 0,087 %. Склад континентальної кори трохи інший: кисню – 45,2%; кремнію – 27,2%; алюмінію – 8,0%; заліза – 5,6%; кальцію – 5,1%; магнію – 2,8%; натрію – 2,3%; калію – 1,7%; титану – 0,9%; інших елементів близько 1%.

Місяць – єдиний природний супутник нашої планети. Це другий за яскравістю об’єкт на земній небозводі після Сонця і п’ятий за величиною природний супутник планет Сонячної системи. Він також є першим і єдиним позаземним об’єктом природного походження, на якому побувала людина. Середня відстань між центрами Землі і Місяця – 384 467 км.

• Радіус = 1738 км
• Велика піввісь орбіти = 384 400 км
• Орбітальний період = 27,321 661 діб
• Ексцентриситет орбіти = 0,0549
• Нахил орбіти екватора = 5,16 о
• Температура поверхні = від -160 о С до +120 о С
• Доба = 708 годин
• Відстань від Землі = 384 400 км.

Гравітаційні сили між Землею і Місяцем спричиняють деякі цікаві ефекти. Найвідоміший з них – морські припливи і відливи.

Вивчаючи геологічну будову Місяця, можна багато дізнатися про будову та розвиток Землі.

І V . ЗАКРІПЛЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Які типи об’єктів входять до складу Сонячної системи (назвіть у порядку віддаленості від Сонця великі планети)?

2. Перелічити основні відмінності планет земної групи порівняно з планетами-гігантами. (Очікувана відповідь: маса, розміри, періоди обертання, число супутників, густина, місце в Сонячній системі, умови виникнення).

3. Як відрізняються умови освітлення Сонцем планет земної групи і планет-гігантів? (Очікувана відповідь: планети земної групи одержують більше тепла від Сонця, температура на поверхні вища).

4. На яких планетах виявляється парниковий ефект? (Очікувана відповідь: на Венері, Землі).

5. З чого переважно складаються планети земної групи? (Очікувана відповідь: планети земної групи здебільшого складаються з густої кам’янистої речовини і металів).

6. Які планети земної групи мають густу атмосферу? (Очікувана відповідь: Венера, Земля. Марс має також атмосферу, але менш густу. Меркурій атмосфери практично не має).

V . ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ