планеты и спутники.

ПЛАНЕТЫ И СПУТНИКИ. 9 больших планет 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 свойствам значительно ближе к спутникам планет-гигантов.
Осн. характеристики планет, включая параметры орбитального и вращат. движений, приведены в табл. 1. Гл. различие между двумя группами планет состоит в их размерах, массе и, следовательно, ср. плотности, что обусловлено разными соотношениями слагающих планеты трёх осн. компонент: газов (в первую очередь самых летучих - водорода и гелия, обладающих к тому же очень низкими темп-рами конденсации), льдов (в основном воды, аммиака, метана) и горных ("скальных") пород (железа, силикатов, оксидов магния, алюминия, кальция и др. металлов). Их часто называют соответственно лёгкой, ледяной и тяжёлой компонентами.
В то время как планеты земной группы представляют собой твёрдые тела, практически целиком образованные тяжёлой компонентой, планеты-гиганты являются газожидкими (содержание тяжёлой компоненты, сосредоточенной в их ядрах, не превышает по массе неск. процентов). Юпитер в основном содержит водород 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 ледяной компоненты, достигающей, вероятно, у последних 85 - 90%. Твёрдой поверхности ни 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-ный радиус, 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 х 108 км)	0,017	0	1,000 (365,256 сут)	23 9n (23h 56m 4,1з)	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/см3
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 км3)	1 .0 (5,976 х l 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 давлением в атмосфере 1 бар.

Как следует из табл. 1, существенно различаются также характеристики поступательно-вращат. движений планет. Эти движения являются возмущёнными; возмущения, возникающие вследствие взаимного притяжения планет, приводят к отклонениям их орбит от кеплерова эллипса (см. Кеплера законы). Свойства орбит определяются на основе аналитич. и численных решений ур-ний движения и теорем классич. небесной механики; дополнит. возмущение орбиты вследствие релятивистских эффектов заметно обнаруживается лишь в смещении перигелия Меркурия (см. Тяготение).
Тепловой режим планеты характеризуется ср. эффективной, или равновесной, темп-рой Т_е. Она определяется из условия баланса энергии, поступающей от Солнца и излучаемой планетой в окружающее пространство. Для этих целей используется указанное в табл. 1 наряду с Т_е значение интегрального сферич. альбедо (альбедо Бонда) А. На расстоянии а (в астр. единицах) планеты от Солнца

т. е.

Здесь Е_с = 1,37 х 10⁶ эрг х см^-2с^-1 - солнечная постоянная; R - радиус планеты; = 5,67 х 10^-6 эрг х см^-2 х К^-4-с^-1 - Стефана - Больцмана постоянная; Т_е - в Кельвинах.
Яркостная температура близка к равновесной. Исключение составляют Юпитер, Сатурн, Нептун, для к-рых яркостная тема-pa заметно выше равновесной. Это обусловлено наличием в их недрах внутр. источника тепла. Природу источника связывают с выделением гравитац. энергии - либо за счёт продолжающегося сжатия (Юпитер), либо за счёт выпадения гелия 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 эллиптичности орбиты вызывает заметные сезонные изменения на планетах за счёт большего притока энергии от Солнца (инсоляции) в перигелии. Для Марса превышение составляет ок. 45%, а для Меркурия достигает 200%. Однако осн. роль в сезонных изменениях и их длительности играет наклон оси вращения (особенно в случае сопоставимости периода вращения с периодом обращения вокруг Солнца). Период вращения Марса вокруг оси почти равен земному, а у Венеры и Меркурия вращение аномально медленное, причём у Венеры направление вращения обратное. Солнечные сутки на Венере и Меркурии составляют соответственно 116,75 и 175,97 земных суток. Помимо Венеры обратным вращением обладает также Уран, ось вращения к-рого лежит почти в плоскости его орбиты.
Среди планет земной группы атмосферы имеют лишь Земля, Венера и Марс. Меркурий, как и Луна, практически лишён газовой оболочки. Давление атмосферы у поверхности Венеры примерно на два порядка больше, а у поверхности Марса примерно на два порядка меньше, чем у поверхности Земли. Средняя темп-pa поверхности Марса составляет ок. - 60° С. Темп-pa у поверхности Венеры приблизительно 500⁰С (наличие плотной атмосферы приводит к значит, парниковому эффекту, а интенсивная циркуляция атмосферы выравнивает темп-ру поверхности).
В атмосфере Земли преобладают азот и кислород, в атмосферах Венеры и Марса - углекислый газ, относительное объёмное содержание к-рого на обеих планетах св. 95%, а атмосферы планет-гигантов в основном водородно-гелиевые.
Осн. сведения о хим. составе, темп-ре, давлении и плотности атмосфер планет, практически целиком основанные на результатах космич. экспериментов, приведены в табл. 2.
Из-за малости эксцентриситета и отклонения оси вращения от нормали к плоскости орбиты на Венере смены сезонов практически не происходит. В то же время для Марса оба эффекта играют существ. роль, приводя помимо ярко выраженного сезонного хода темп-ры к разл. длительности сезонов в северном и южном полушариях. К тому же наклонение оси вращения Марса, возможно, испытывает долгопериодич. вариации, что должно приводить к глубоким климатич. изменениям. На Уране сезонный ход, казалось бы, должен быть наиб. сильно выражен; однако при малой инсоляции и своеобразии атм. динамики он, по-видимому, существенно нивелирован.

Табл. 2. Некоторые физико-химические характеристики планет

Планета	Меркурий	Венера	Земля	Марс	Юпитер	Сатурн	Уран	Нептун	Плутон
Химический состав (объёмное содержание" %)	-	СО2 95 N2 3 - 5 Аr 0,01 Н2О 0,01-0,1 СО 3 х10-3 НС1 4 х10-5 HF 10-6 О2 2 х10-4 SO2 10-5 H2S 8 х 10-3 Кr 4х10-5 Хе10-6 - 10-5	N2 78 02 21 Аr 0,93 Н2О 0,1 - 1 СО2 0,03 CO 10-5 сн4 10-4 Н2 5 х 10-5 Ne 2 х10-3 Не 10-4 Кr 10-4 Хе 10-6	СО2 95 О2 2 - 3 Аr 1 - 2 Н2О 10-3 - 10-1 СО 4 х10-3 О2 0,1 - 0,4 Ne<10-3 Kr<2 х10-3 Хе<5х10-3	Н2 87 Не 12,8 Н2О 1 х10-4 СН4 7х10-2 NH3 2 х10-2 НС1 10-5 С2Н4 4 х10-2 С2Н2 8 х10-3 РН3 4 х10-5 СО 2 х10-7 CH3D 2 х10-3	Н2 94 - 87 Не 6 **СН4 2х10-1 **NH3 3х10-2 С2Н6 5х10-4 С2Н2 2 х10-6 РН3 1х10-4 CH3D 2х10-3	Н2 84 - 87 Не 12 - 15 СН40,3 С2Н2 9х10-2 NH3 ? С2Н6 3х10-6	**Н2 85 **Не 12 СН4 1 - 4 С2Н6 3х10-4 С2Н2 (1-9) х 10-5	СН4 N2 ?
Средняя молекулярная масса	-	43,2	28,97	43,5	2,26	2.12	2,3	2,2?	16 ?
Температура у поверхности (в средних широтах): Т макс, К Тмин, К	500 110	- 735	310 240	270 200	- 135	- 105	- 51	- 50	~32 -
Среднее давление у поверхности Р, атм	2х- 10-14	90	1	6 х 10-3	0,5*	0,5*	0,1*	0,1*	-
Средняя плотность у 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 спутников планет

Планета и число спутников (на 1990 г.)	Спутники	Средний радиус, км*	Масса (в массах планеты)	Плотность, г/см3	Альбедо	Радиус орбиты		Период обращения (земные сутки)	Экс-цен-триси-тет орбиты	Наклонение к экватору планеты, 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	1,82х10-8 2,14х10-9	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. Перрайн
	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 число спутников (на 1990 г.)	Спутники	Средний радиус, км*	Масеа (в массах планеты)	Плотность, г/см3	Альбедо	Радиус орбиты		Период обращения (земные сутки)	Эксцен триситет орбиты	Наклонение к экватору планеты, 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 указана половина максимального размера. ** Обратное движение. *** "Ведущая" полусфера имеет 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, Урана и Нептуна свойственно дифференциальное вращение (изменение периода вращения с широтой), что может быть связано с динамич. процессами в атмосфере. На Юпитере тропич. зона атмосферы вращается быстрее полярной на 5 мин 11 с, т. е. различие составляет 1%, а на Сатурне достигает почти 5%. Для этих планет наиб. близок к истинному значению период, соответствующий вращению магн. поля. Он определяется по модуляции интенсивности и (или) направлению поляризации собств. радиоизлучения планеты. По-видимому, этот период наилучшим образом характеризует вращение нижележащих более вязких областей. Таким способом 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 характеристика планет, содержащая определённую информацию об их внутр. строении и эволюции и 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 хотя у Нептуна, Сатурна и Урана оно слабее земного (при отнесении к соответствующим радиусам поверхности), в недрах этих планет мощность генератора их магн. поля должна быть примерно на два порядка выше. Существенное магн. поле обнаружено у Меркурия и, по-видимому, у Марса, практически отсутствует собств. ноле у Венеры. Что касается Плутона, то, по аналогии с ледяными спутниками планет-гигантов, наличие у него магн. поля маловероятно.
У всех планет, кроме Венеры и Меркурия, есть спутники. Осн. характеристики спутников приведены в табл. 3. Общее число известных спутников составляет 61, включая сравнительно недавно открытые 3 спутника Юпитера, 7 спутников Сатурна, 10 спутников Урана, 6 спутников Нептуна 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 Нептуна Тритон, которые по своим размерам сопоставимы с планетами земной группы. Остальные спутники имеют размеры от неск. десятков до мн. сотен километров и, в отличие от планет и более крупных спутников, - часто неправильную (несферическую) форму. Это сближает их с астероидами.

Лит.: Жарков В. П., Внутреннее строение Земли 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. при отд. 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 сведения о составе и структуре вещества лишь приповерхностных слоев внеш. твёрдой оболочки. Данные о породах Луны, Венеры и Марса, изучение спектральных особенностей поверхностей планет и астероидов, атмосфер планет-гигантов также позволяют судить лишь о составе самых внешних оболочек. Поэтому для исследования планетных недр прибегают к построению моделей внутр. строения планет, т. е. расчёту хим. и минерального состава, внутр. гравитационных, тепловых, магн. и др. полей с последующим сравнением теоретич. предсказаний с данными наблюдений. Весьма общие ограничения на возможные состав и структуру планеты дают сведения о её массе М и радиусе R (а следовательно, и о ср. плотности) с учётом распространённости элементов в космосе и данных физики высоких давлений. Для построения моделей планет привлекаются данные 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 оболочек находится в состоянии, близком к гидростатич. равновесию, поскольку предел текучести пород играет роль лишь для относительно быстрых приповерхностных движений. Распределения давления Р, плотности r и 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 данные по 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 ¹/₃из железа с примесью никеля и др. элементов. Модели внутр. строения Земли благодаря глубинному сейсмич. зондированию, данным о нутации и прецессии разработаны весьма детально, и осуществляется переход к более сложным моделям, учитывающим особенности горизонтального строения литосферы и верхней мантии под океанич. и континентальными регионами. Для построения моделей планет земной 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/см³ в центре Земли), кора - наименее плотная (для Земли 2,7 - 2,8 г/см³), плотность мантии - промежуточная (для Земли 2,8 - 3,5 г/см³). У Земли ядро подразделяется на внешнее (жидкое) и внутреннее (твёрдое). Предполагают, что жидкое ядро имеется у Меркурия и Венеры. Марс, обладая заметным вращением, имеет сравнительно небольшой магн. момент, и существование расплавленного ядра для него остаётся под вопросом. Внутр. строение Венеры в основном схоже со строением Земли, однако из-за медленного вращения Венеры не удаётся оценить её момент инерции и, следовательно, в отсутствие сейсмич. данных, нет строгого подтверждения существования у неё ядра и соответствующих земным верхней и нижней мантийных оболочек. Отсутствие сейсмич. данных не позволяет также сделать определённые выводы о структуре и размерах оболочек др. планет земной группы. Момент инерции Марса свидетельствует о наличии небольшого (15% от массы планеты) ядра. Размеры и фазовое состояние ядра зависят от его хим. состава (рис. 1). На больших временах (10⁶ - 10⁸ лет) вещество планетных недр ведёт себя как вязкая жидкость. В результате неравномерных нагрева и распределения состава в оболочках могут возникать конвективные движения, приводящие к тепло- и массопереносу.

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

Масштаб конвекции определяется величиной отклонений распределений темп-ры и состава от равновесных, а интенсивность - вязкостью и др. реологич. параметрами. Оценки темп-р в недрах планет земной группы основаны на представлениях об их образовании путём аккумуляции из твёрдых тел и относительно раннем формировании оболочек (в ходе этих процессов происходило выделение гравитац. энергии ~10¹¹ эрг/г), а также на данных о содержании радиоакт. элементов U, Th и ⁴⁰К. Согласно оценкам, темп-pa в центре Земли5000 - 6000 К, на границе ядро - мантия - 3500 - 4000 К. Темп-ры центральных областей Венеры, по-видимому, на 100 - 300 К ниже земных. В ядрах Меркурия и Марса темп-pa, вероятно, ок. 2500 - 3000 К.
Плутон, по-видимому, имеет силикатное ядро и ледяную оболочку.
Астероиды. О внутр. строении астероидов также известно мало. Метеоритные данные указывают на то, что вещество малых планет (по крайней мере многих из них) прошло через интенсивную ударную переработку, нагрев и дегазацию уже в ходе их образования. Существование каменных и железных метеоритов свидетельствует о том, что недра отд. астероидов были нагреты до темп-р плавления, обеспечивших возможность расслоения (дифференциации) первичного вещества на силикаты и железоникелевый сплав. Осн. особенностью внутр. 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 поступает дифференциров. вещество, не расслоены на соответствующие оболочки, а содержат лишь отд. области, испытавшие высокотемпературный нагрев и местную дифференциацию вещества (модель "изюминки в тесте").
Планеты-гиганты принято считать газожидкими телами с конвективными оболочками, в к-рых распределение темп-ры близко к адиабатическому. Это заключение основано на след, данных наблюдений. По данным ИК-наблюдений, поток тепла из недр планет оказался равным 10⁴ эрг/см² х с (для Юпитера) и 3 х 10³ эрг/см² х с (для Сатурна). Поскольку такой поток более чем на 4 порядка превышает поток тепла за счёт молекулярной теплопроводности, то это указывает на конвективное состояние внеш. зоны или всей планеты. Юпитер, Сатурн, Уран и, возможно, Нептун обладают собств. магн. полем, к-рое, вероятно, генерируется в конвективном ядре. Эволюция орбит спутников Юпитера, Сатурна и Урана, измерения гравитац. поля Юпитера также указывают на жидкое, близкое к гидростатически равновесному, состояние планет.
Хим. состав планет-гигантов резко отличается от состава планет земной группы. Согласно теории происхождения Солнечной системы, в протопланетном облаке в области планет-гигантов темп-ры после 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 элементов образуют гидриды и окислы. Вещества, из к-рых построены планеты-гиганты, принято разделять по летучести на газовую компоненту - Г(Н₂, Не, Ne), "льды" - Л(СН₄, NH₃, H₂O) и тяжёлую компоненту - TK(SiO₂, MgO, FeO, FeS, Fe, Ni, ...) . Сведения о хим. составе недр планет-гигантов даёт расчёт моделей внутр. строения планет, удовлетворяющих наблюдаемым значениям массы, радиуса и зональных гармоник гравитац. поля планет. Из-за относительно большой угл. скорости вращения в ур-ние (1) входит дополнит. член а вследствие довольно высоких темп-р ( 10³ К) в недрах планет в ур-нии (3) учитывают температурные поправки Простейшие модели (двухслойные) состоят из наружной оболочки (Г + Л) и ядра (ТКЛ). Однако наблюдениям лучше удовлетворяют многослойные модели (см., напр., рис. 2). В оболочках Юпитера и Сатурна происходит переход молекулярного водорода в металлический. Давление перехода3-10⁶ бар и слабо зависит от темп-ры. При переходе к твёрдой фазе плотность скачкообразно увеличивается на10%. В расплавл. состоянии (в жидкой фазе) переход происходит непрерывным образом. Расчёты моделей показали, что Уран (рис. 3) и Нептун, в отличие от Юпитера и Сатурна, обладают сильноперемешанными оболочками. Эти планеты имеют маленькие ТК-ядра (0,3 - 1% от полной массы планеты), массивные ледяные мантии с добавкой ТК-компоненты (с относит. содержанием, близким к солнечному) и наружные оболочки из Г- и Л-компонент. Построенные модели выявили след. тенденции в ряду планет-гигантов: при переходе от Юпитера к Нептуну содержание свободного водорода систематически убывает, а концентрация Л-компоненты в наружных оболочках растёт. Это может быть связано с различиями во временах формирования планет-гигантов и диссипацией газа из протопланетного облака.

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

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

Широкое распространение получает численное моделирование динамических (2- и 3-мерных) и эволюционных (1 - 2-мерных) моделей внутр. строения планет. Исследуются структура и интенсивность конвективных течений, вызванных разл. источниками тепла, влияние фазовых переходов и хим. превращений. Для планет земной группы предложены модели дифференциации и фракционирования внутр. оболочек, основанные на ур-ниях баланса потоков вещества 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., под ред. В. А. Магницкого, М., 1989.

А. В. Витязев, В. В. Леонтъев.

   <<      Предметный указатель      >>