§ 39. ДОСЛІДЖУЄМО СОНЯЧНУ СИСТЕМУ

• Назад до змісту довідника

ПОМІРКУЙТЕ

Якби Земля була на місці Венери або Марса, чи можливе було б життя на ній?

Життя на Землі в такому разі було б неможливим. На орбіті Венери через надмірну близькість до Сонця вся вода випарувалася б, що спричинило б катастрофічний парниковий ефект. На орбіті Марса через віддаленість від світила планета отримувала б замало сонячного тепла, тому вся рідка вода замерзла б. В обох випадках Земля опинилася б за межами зони життя, де головною умовою є збереження рідкої води.

ДОСЛІДЖУЙ

Прочитай у таблиці характеристики планет. Визнач, яка з них найчастіше зустрічається із характеристикою най- (найшвидша, найбільша, найменша…).

Найчастіше характеристика «най-» належить Юпітеру. За даними таблиці він має найбільший середній радіус ($69\,900\text{ км}$), найбільшу масу (318 мас Землі), найбільше прискорення вільного падіння ($25{,}8\text{ м/с}^2$), найкоротший період обертання навколо своєї осі ($9\text{ год } 50\text{ хв}$) та найпотужніше магнітне поле (приблизно у $20\,000$ разів сильніше за земне).

Порівняй температури поверхні планет земної групи. Які чинники впливають на їхню різницю? Поясни, чому Венера гарячіша, ніж Меркурій, хоча розташована далі від Сонця.

Середні температури планет становлять: Меркурій — $+167\ ^\circ\text{C}$, Венера — $+470\ ^\circ\text{C}$, Земля — $+15\ ^\circ\text{C}$, Марс — $-63\ ^\circ\text{C}$. На температуру впливають відстань до Сонця, а також наявність, щільність і склад атмосфери. Венера гарячіша за Меркурій через наявність надзвичайно щільної атмосфери з вуглекислого газу, яка створює колосальний парниковий ефект і не дає теплу виходити в космос, тоді як Меркурій практично позбавлений атмосфери.

Знайди планету з найсильнішим магнітним полем. Чим це зумовлено?

Найсильніше магнітне поле має Юпітер, де воно приблизно у $20\,000$ разів перевищує земне. Це зумовлено надзвичайно швидким осьовим обертанням гіганта за $9\text{ год } 50\text{ хв}$ та конвекцією у товстому шарі рідкого металевого водню в його надрах, що створює ефект потужного динамо.

Обчисли, у скільки разів Марс далі від Сонця, ніж Меркурій.

Дано:

• $r_1 = 0{,}39\text{ а. о.}$
• $r_2 = 1{,}52\text{ а. о.}$

Знайти:

• $n - ?$

Розв’язання:
$n = \dfrac{r_2}{r_1}$
$n = \dfrac{1{,}52\text{ а. о.}}{0{,}39\text{ а. о.}} \approx 3{,}9$

Відповідь: Марс далі від Сонця, ніж Меркурій, приблизно у $3{,}9$ раза.

Визнач, у скільки разів швидкість руху Меркурія більша за швидкість Нептуна.

Дано:

• $v_1 = 47{,}9\text{ км/с}$
• $v_2 = 5{,}4\text{ км/с}$

Знайти:

• $k - ?$

Розв’язання:
$k = \dfrac{v_1}{v_2}$
$k = \dfrac{47{,}9\text{ км/с}}{5{,}4\text{ км/с}} \approx 8{,}9$

Відповідь: швидкість руху Меркурія більша за швидкість Нептуна приблизно у $8{,}9$ раза.

Знайди відношення тривалості року на Марсі до тривалості земного року.

Дано:

• $T_{\text{Марса}} = 1{,}88\text{ року}$
• $T_{\text{Землі}} = 1{,}00\text{ року}$

Знайти:

• $\dfrac{T_{\text{Марса}}}{T_{\text{Землі}}} - ?$

Розв’язання:
$\dfrac{T_{\text{Марса}}}{T_{\text{Землі}}} = \dfrac{1{,}88\text{ року}}{1{,}00\text{ року}} = 1{,}88$

Відповідь: відношення тривалості року на Марсі до тривалості земного року становить $1{,}88$.

Обчисли, у скільки разів прискорення вільного падіння на Юпітері більше, ніж на Марсі.

Дано:

• $g_{\text{Юпітера}} = 25{,}8\text{ м/с}^2$
• $g_{\text{Марса}} = 3{,}7\text{ м/с}^2$

Знайти:

• $\dfrac{g_{\text{Юпітера}}}{g_{\text{Марса}}} - ?$

Розв’язання:
$\dfrac{g_{\text{Юпітера}}}{g_{\text{Марса}}} = \dfrac{25{,}8\text{ м/с}^2}{3{,}7\text{ м/с}^2} \approx 6{,}97 \approx 7$

Відповідь: прискорення вільного падіння на Юпітері більше, ніж на Марсі, приблизно у 7 разів (точніше у $6{,}97$ раза).

Якщо маса Землі дорівнює $6 \cdot 10^{24}\text{ кг}$, знайди масу Сатурна у кілограмах.

Дано:

• $M_{\text{З}} = 6 \cdot 10^{24}\text{ кг}$
• $m_{\text{С}} = 95{,}2\ M_{\text{З}}$

Знайти:

• $M_{\text{Сатурна}} - ?$

Розв’язання:
$M_{\text{Сатурна}} = m_{\text{С}} \cdot M_{\text{З}}$
$M_{\text{Сатурна}} = 95{,}2 \cdot 6 \cdot 10^{24}\text{ кг} = 571{,}2 \cdot 10^{24}\text{ кг} = 5{,}712 \cdot 10^{26}\text{ кг}$

Відповідь: маса Сатурна становить $5{,}712 \cdot 10^{26}\text{ кг}$.

За даними таблиць накресли графік залежності орбітальної швидкості від відстані до Сонця. Який висновок можна зробити?

Висновок: зі збільшенням відстані планети від Сонця її орбітальна швидкість закономірно зменшується. Це зумовлено тим, що сила гравітаційного притягання Сонця слабшає обернено пропорційно квадрату відстані, тому для руху по стійкій круговій орбіті віддаленим планетам потрібна значно менша швидкість.

Побудуй стовпчасту діаграму для порівняння температур усіх планет.

Що відомо про наш супутник?

Місяць є єдиним природним супутником Землі, розташованим на середній відстані близько $384\,000\text{ км}$. Він здійснює повний оберт навколо планети приблизно за $27{,}3$ доби, що зумовлює зміну місячних фаз і сонячні та місячні затемнення. Своєю гравітацією Місяць стабілізує нахил земної осі й утримує стабільний клімат, спричиняє океанічні припливи й відпливи та поступово сповільнює добове обертання Землі на $0{,}002\text{ с}$ за століття.

ДУМАЙ

1. Назви етапи утворення Сонячної системи.

• Гравітаційний колапс залишків газопилової хмари (водню, гелію та важчих елементів) після вибуху наднової зі збільшенням щільності й температури в центрі.
• Запуск термоядерних реакцій у центрі хмари та народження молодого Сонця (протозорі).
• Формування навколо Сонця сплощеного обертового протопланетного диска з газу й пилу.
• Злипання пилу в планетезималі (тіла розміром у десятки кілометрів) та їхнє подальше об’єднання у великі планети, а також залишок у вигляді астероїдів, комет і метеороїдів.

2. Які тіла, крім планет, входять до складу Сонячної системи?

До складу Сонячної системи входять Сонце, супутники планет, карликові планети, астероїди, комети та метеороїди.

3. Чому планети земної групи мають тверду поверхню, а планети-гіганти — газувату?

У внутрішній гарячій зоні протопланетного диска леткі гази випаровувалися і не могли конденсуватися, тому там утворювалися щільні тіла з тугоплавких металів та силікатів. У далеких холодних ділянках диска водень, гелій, вода та гази конденсувалися у кригу й газ, утворюючи масивні газові оболонки навколо планет-гігантів без чіткої твердої поверхні.

4. Як пов’язана відстань від Сонця з температурою планети?

З віддаленням від Сонця густина сонячного випромінювання спадає обернено пропорційно квадрату відстані, тому віддалені планети отримують значно менше тепла і мають нижчі температури, якщо тільки густа атмосфера не створює додаткового парникового ефекту.

5. Чому зовнішні планети мають більшу кількість супутників?

Планети-гіганти мають колосальну масу та значно сильніше гравітаційне поле. Це дозволило їм захоплювати численні малі тіла з протопланетного диска й утримувати їх на власних навколопланетних орбітах.

6. Поясни, як нахил осі обертання впливає на зміну пір року.

Через нахил осі обертання до площини орбіти під час річного руху планети навколо Сонця її півкулі по черзі нахиляються до світила. Та півкуля, яка звернена до Сонця під більшим кутом падіння променів, отримує більше тепла (там настає літо), а протилежна — менше (там триває зима).

7. Чому планети-гіганти обертаються швидше, ніж земні планети?

Планети-гіганти формувалися за рахунок гравітаційного колапсу величезних за об’ємом газових хмар. За законом збереження моменту імпульсу зі зменшенням розмірів газового згустку під час стискання швидкість його осьового обертання значно зросла.

ДІЙ (ОПРАЦЮЙ ІНФОРМАЦІЮ)

1. Досліди історію автоматичних місій до планет (наприклад, “Voyager”, “Cassini”, “Perseverance”) та зроби короткий звіт або постер.

• Місії «Voyager-1» і «Voyager-2» (запуск 1977 р.): вперше в історії здійснили грандіозний політ до всіх чотирьох планет-гігантів, сфотографували кільця Юпітера й Сатурна, відкрили активний вулканізм на супутнику Іо, гейзери на Тритоні та вийшли в міжзоряний простір.
• Місія «Cassini-Huygens» (1997–2017 рр.): понад десятиліття детально вивчала систему Сатурна, дослідила підповерхневий океан на Енцеладі та скинула зонд «Гюйгенс» на поверхню супутника Титан із річками з рідкого метану.
• Марсохід «Perseverance» (працює з 2021 р.): досліджує кратер Єзеро на Марсі, шукає можливі біосигнатури стародавнього мікробного життя, випробовує дрон «Ingenuity» та збирає керни гірських порід для доставки на Землю.

2. Створи порівняльну таблицю «Планета — головні дослідження та відкриття».

3. Які небезпеки може приховувати колонізація Марса?

• Небезпечний рівень радіації через відсутність у Марса глобального магнітного поля та вкрай розріджену атмосферу, що веде до високих доз космічних променів.
• Непридатна для дихання атмосфера, яка майже повністю складається з вуглекислого газу за тиску менше $1\,\%$ від земного, через що рідка вода негайно закипає.
• Екстремальний холод із середньою температурою близько $-63\ ^\circ\text{C}$ та падінням до $-120\ ^\circ\text{C}$ під час полярних ночей.
• Токсичний пил із високим вмістом окисників і перхлоратів, який руйнує техніку й шкодить органам дихання, а також глобальні кількамісячні пилові бурі.
• Знижена гравітація (близько $38\,\%$ від земної), тривала дія якої викликає деградацію м’язів, ослаблення серця та вимивання кальцію з кісток.