Лекция 1, 2018

1.

Дорофеева Вера Алексеевна
доктор химических наук, заведующий
лабораторией термодинамики и
математического моделирования
природных процесссов, главный научный
сотрудник института геохимии и
аналитической химии Российской
Академии наук.
[email protected], [email protected]

2. Лекция 1.

1. Определение и задачи космохимии.
2. Основные объекты изучения космохимии тела Солнечной системы:
• Солнце.
• Планеты земной группы.
• Планеты гиганты и их спутники.

3.

Место космохимии в ряду других наук
Астрохимия
Космохимия
Геохимия
Химия
Геология
«Космохимия (от космос и химия),
наука о химическом составе
космических тел, законах
распространённости и распределения
химических элементов во Вселенной,
процессах сочетания и миграции
атомов при образовании космического
вещества.
акад. А.П.Виноградов.
Геохимия - составная часть
космохимии. Основной задачей
геохимии является «изучение
истории в пределах нашей планеты
химических элементов»
акад. В.И.Вернадский.

4.

Современная космохимия тесно связана с космогонией
(греч. kosmogonía, от kósmos — мир, Вселенная и gone —
рождение) — область науки, в которой изучается происхождение
и развитие космических тел и их систем: звёзд, галактик,
туманностей, Солнечной системы и всех входящих в неё тел
Изучение космогонических процессов является одной из главных
задач астрофизики. Поскольку все небесные тела возникают и
развиваются, идеи об их эволюции тесно связаны с
представлениями о природе этих тел.
Объекты космохимии – это планеты и другие тела
Солнечной системы
Методы космохимии –
• изучение космического вещества в лабораторных
условиях, дистанционно и in situ в процессе
космических экспериментов.
• экспериментальное и математическое моделирование

5.

Планеты земной группы Меркурий, Венера,
Земля, Марс + 3 спутника
Планеты гиганты Юпитер, Сатурн,
Уран, Нептун +
десятки спутников
Астероиды
Метерориты
Кометы
Тела пояса Койпера

6.

Солнечная система – включает в себя 8 планет. Они
вместе со своими спутниками вращаются в одной
плоскости и в одном направлении вокруг Солнца по
устойчивым орбитам близким к круговым. Солнце
контролирует движение планет, поскольку в нем
сосредоточено 98% всей массы Солнечной системы.
Размеры
Солнечной
системы
ограничиваются
гравитационным влиянием Солнца

7.

Звезда по имени СОЛНЦЕ
Солнце – звезда умеренной массы.
Оно состоит на 90% из Н и 10% из Не,
остальных элементов ~ 0.1% (по числу
атомов).
Источник энергии Солнца – реакция
ядерного синтеза 3Не из водорода,
протекает в его ядре, где Т благодаря
гравитационному сжатию ~ 15 млн.К.
Энергия из ядра переносится
излучением, а во внешнем слое
толщиной ~ 0.2R конвекцией.
Атмосфера Солнца состоит из
1. Фотосферы - внутренний слой (~ 200
км). Стабильна, Т ~ 5800К, из нее
исходит основная часть видимого
(оптического) излучения.
2. Хромосфера - внешний разреженный
слой - (~ 15000 км)
3. Короны (~ 5000 км), ее верхний слой
вытекает в космическое пространство,
образуя солнечный ветер.
Спектроскопия
фотосферы Солнца –
источник информации о
его элементном составе важнейшие
космохимические данные.

8.

Планеты
8 планет вращаются в одной
плоскости вокруг Солнца, а
также вокруг собственной
оси. Эта ось может иметь
различный наклон к
плоскости вращения – от
0.1о как у Меркурия до 98о,
как у Урана.
Это результат ударов, которым подверглись планеты на ранних этапах
эволюции Солнечной системы.

9.

Относительные размеры планет
Юпитер
Сатурн
Уран
Нептун
Земля
Марс
Венера
Меркурий

10.

Планеты гиганты
«Главнейшая задача космохимии состоит в изучении
процессов, которые привели к образованию столь разных
по своему составу космических объектов».
акад. А.П.Виноградов.

11. I. Планеты земной группы или внутренние планеты

Меркурий
Венера
Земля
Марс
Земля – при изучении Солнечной системы занимает особое
место.
Характеристики Земли - основная мера всех характеристик
объектов Солнечной системы:
Радиальное расстояние от Солнца r = 1 а.е.,
масса М , радиус R .

12.

Среднее
расстояние
от Солнца,
r (а.е.)
Масса
планеты
М
Радиус
планеты
R
Плотность
при Р = 0
г/см3
Число
спутников
Меркурий
0.37
0.055
0.38
5.30
0
Венера
0.72
0.81
0.95
4.00
0
Земля
1
1
1
4.05
1
Марс
1.52
0.11
0.53
3.74
2
планета
Характеризуются относительной
близостью к Солнцу, небольшими
размерами и относительно высокой
плотностью, свидетельствующей о том,
что это железо-каменные планеты. Они
состоят в основном из 5-ти
породообразующих элементов - Mg, Fe,
Si, O, S, которые присутствуют в виде
силикатов Mg, а также сульфидов Fe и
металлического Fe. Содержание воды и
других летучих соединений невелико,
например МН2О = 1-2%М .
Валовый состав Земли, мас. %
5 основных элементов

13.

Различия
планета
Ратм,
бар
Т, К
пов-ти
Парн.
эффекта
Состав
атмосферы
Меркурий
0
100 – 700
нет
Нет атмосферы
Венера
92
750
500о
СО2- 96%, N2- 4%
Земля
1
289
390
N2- 78%, O2- 21%
(~ 1% Ar и СО2)
Марс
0.006
150-310
4о
СО2 – 95%,
N2 и Ar

14.

МЕРКУРИЙ
Наименее изученная планета.
Трудности выхода на околопланетную
орбиту и посадки на поверхность
планеты из-за огромного гравитационного
влияния Солнца.
По этой же причине
время полета к
Меркурию составляет
~ 6 лет.
Проект Бепи Коломбо
(BepiColombo). Из-за
гравитационных маневров
полет продлится 6 лет.
Запуск 2018 г.
2011-2015 г. Мессенджер –
обнаружил лед воды на Меркурии.
До настоящего времени основной
источник информации о планете –
было получено 277 тысяч снимков
1974: Маринер 10
Осуществил 3 оборота вокруг Меркурия
и отснял
МГНС
менее половины поверхности

15.

Меркурий обладает рядом уникальных свойств.
• Это самая маленькая планета в Солнечной системе
• Орбита планеты – эллиптическая с афелием 0.47 а.е.
и перигелием 0.31 а.е.
• Из-за малой массы/гравитации у нее нет атмосферы.
• Большой перепад температур поверхности (от 100 – 700К)
из-за
(1) близости к Солнцу;
(2) медленного вращения вокруг собственной оси (~ 60
дней) и быстрого вокруг Солнца (88 дней);
(3) из-за отсутствия атмосферы.
• Это самая плотная планета в Солнечной системе. Ее
uncompressed density (при Р=0), по которой судят о составе
планеты, оказывается значительн выше земной.
планета
Масса, М
Средняя ρ, г/см3
uncompressed
density, г/см3
Меркурий
0.055
5.43
5.30
Венера
0.81
5.20
4.00
Земля
1
5.52
4.05
Марс
0.11
3.93
3.74

16.

Поверхность Меркурия сильно кратерирована -
больше, чем любая другая планета. Основная причина –
отсутствие атмосферы. Многочисленные ударные кратеры
свидетельствуют о длительном (более 3-х млн. лет) отсутствии на
ней тектонической деятельности. Это мертвая планета.

17.

Но когда-то на Меркурии тоже была вулканическая
активность, связанная с его внутренним плавлением и
последующей дифференциацией
Меркурий – это дифференцированное тело
2
3
1
(1) Ядро, радиусом — 1800-1900 км, что составляет ¾
радиуса планеты. Состав – 70% Fe +Ni
(2) Мантия, толщина — 500-600 км. Силикатного
состава
(3) Кора, толщина - 100 - 300 км.

18.

ЭТО УДИВИТЕЛЬНО! Но из-за малого угла наклона оси вращения
планеты к плоскости ее вращения вокруг Солнца на полюсах
обнаружены участки никогда не освещаемые Солнцем. Там в глубине
ударных кратеров был обнаружен водяной лед, вероятно,
занесенный туда кометами/межпланетной пылью. Масса его
оценивается ~ в несколько триллиона тонн.

19.

Миссия BepiColombo (в честь итальянского математика и инженера Джузеппе
Коломбо (1920-1984), разработавшего теорию гравитационного маневра.
Старт – 5 октября 2018 г. Путь к Меркурию займет 7 лет. BepiColombo будет
путешествовать к Меркурию окружным путем — он совершит девять пролетов
вокруг трех первых планет внутренней Солнечной системы и использует их
притяжение для того, чтобы дополнительно затормозить себя и выйти
на оптимальную траекторию сближения с Меркурием.
В общей сложности BepiColombo пролетит мимо Меркурия шесть раз, прежде
чем сможет выйти на стабильную орбиту, и потратит на это больше энергии, чем
использовал зонд New Horizons во время полета к Плутону.
В декабре 2025 года, когда BepiColombo прибудет к Меркурию, он разделится
на четыре части: двигательная установка будет "отстрелена" в космос, а три
других сегмента — европейский зонд MPO, японский зонд MMO и его
солнцезащитный экран — продолжат путешествие к Меркурию и выйдут
на стабильные орбиты вокруг первой планеты Солнечной системы.
Одной из главных тайн Меркурия, открытой зондом MESSENGER: то, почему его
магнитное поле наклонено сильно в сторону от оси вращения. Ответ на этот
вопрос, как считает ученый, крайне важен для понимания того, может ли
существовать жизнь в окрестностях планет, вращающихся вокруг красных
карликов на таком же близком расстоянии, как и Меркурий вокруг Солнца.
почему ядро Меркурия остается жидким, несмотря на небольшие размеры
планеты – данные MESSENGER.
Оба зонда, как надеются ученые, приблизят нас к пониманию того, как родилась
Солнечная система и как формируются планеты за ее пределами.

20. Венера наиболее близкая Земле планета. Она, наряду с Марсом, представляет собой как бы две предельные модели эволюции Земли

планета
r, а.е.
M/М
R/R
спутники
Венера
0.72
0.81
0.95
0
Земля
1
1
1
1
Но Венера обладает и существенными отличиями от Земли
планета
Ратм,
бар
Т, К
пов-ти
Т парн.
эффекта
Состав
атмосферы
(окисленные)
Венера
92
750
500о
СО2- 96%, N2- 4%
Земля
1
289
390
N2- 78%, O2- 21%
(~ 1% Ar и СО2)

21.

Трудности изучения Венеры:
Плотный облачный слой из H2SO4
Плотная атмосфера h =250 км,1/14 ρН2О
Суперротация атмосферы на h>30км
Высокая температура
Венера в естественном цвете
У Венеры плотный облачный
слой, состоящий из сернистого
газа и капель серной кислоты.
Они отражают около 75 %
падающего солнечного света,
поэтому Венера получает от
Солнца энергии меньше, чем
Земля. Облачный слой также
скрывает поверхность планеты,
препятствуя её наблюдению.

22.

Первые этапы изучения Венеры
Пролет Маринер-2 Тпов. = 600-700 К
радиолокация
1967
Венера-4
спускаемый аппарат
Р,Т атмосферы
1968
Венера-5
состав атмосферы
СО2 ~ 97%
1970
Венера-7 с зондом прямое измерение Р и Т поверхности
1975
Венера-9,-10 искусственный спутник Венеры со спускаемым
аппаратом, первые снимки поверхности
1978- Пионер-Венера-11,-16
-1981 Радиолокационное картирование,
состав микрокомпонентов атмосферы
1984 Вега-1,-2 аэростатные зонды.
Динамика атмосферы, состав аэрозолей,
профиль Т, элементный анализ грунта.
Составлена геологическая карта
Южного полушария Венеры

23.

Изучен рельеф поверхности- обнаружены следы сильной
тектонической активности
вулкан Максвел (h = 11 км)
Высота Эвереста 8844 м.

24.

25.

Особенности атмосферы Венеры
На поверхности Р = 92 бар, Т = 750 К, что выше Т
плавления Pb, Sn, Zn – это следствие парникового эффекта.
Эффект различной прозрачности атмосферы в видимом и
инфракрасном диапазоне получил название парникового
эффекта. Атмосфера поглощает видимый солнечный свет, для
которого она прозрачна. В результате поверхность нагревается и
испускает тепловые (инфракрасные) лучи. Но из-за присутствия в
атмосфере многоатомных (т.н. парниковых) газов – Н2О, СО2, СН4 она
почти непрозрачна для теплового
излучения. Это ведет к накопление тепла и
росту температуры до значений, при
СО2
которых количество проходящих через
атмосферу тепловых лучей достаточно для
установления теплового равновесия.
N2
Состав атмосферы Венеры

26.

Образование атмосферы Венеры
Предполагается, что Венера около 4 миллиардов лет назад была
больше похожа на Землю с жидкой водой на поверхности. Но Венера
получала несколько больше солнечной энергии, чем Земля. Это
могло привести к нагреву поверхностных слоев и окислению водой
Fe, S и др. элементов,
FeO + H2O = Fe3O4 + H2 (диссипация)
а также к испарению поверхностной воды с последующим
повышением содержания других парниковых газов.
Н2О + СО (вулк.газов) = СО2 + Н2 (диссип.)
Н2О + h = Н2 (диссип.) + О
О + FeO = Fe2O3
Доказательство: потеря водорода воды, в результате D/H на
Венере в 150 раз выше, чем на Земле – преимущественно
диссипирует легкий изотоп водорода, тяжелый накапливается.
Образование облаков происходит в верхней атмосфере
CO2 → CO + O (h )
SO2 + O → SO3
SO3 + H2O → H2SO4
Cера попала в атмосферу, вероятно, в результате вулканической
активности, но высокая температура препятствовала связыванию
серы в твёрдые соединения на поверхности, как это было на Земле.

27.

В 2017 г. NASA сообщило, что разработало компьютерный чип,
способный работать не менее трех недель в условиях Венеры.
Для противодействия основным проблемам – высокой температуре и
агрессивной химической среде – вместо стандартной кремниевой основы
для чипа был использован карбид кремния, а в проводке процессора –
силицид тантала.
Согласно материалам исследования, процессор выдержал испытания в
воссозданных условиях второй планеты Солнечной системы, которые
проводились в течение трех недель. В ходе испытаний процессор
непрерывно работал в течение 521 часа при температуре около 460
градусов Цельсия и давлении порядка 95 кг на квадратный сантиметр.
За всю историю попыток исследования Венеры с 1961 года с Земли
стартовало 27 космических аппаратов, из них 19 советских и шесть
американских. В последний раз космический аппарат с Земли опускался на
Венеру в 1985 году – им была запущенная СССР "Вега-2".

28. Земля - Луна

Валовый состав Земли, мас. %
5 основных элементов
Земля - Луна
Состав атмосферы Земли, мас. %
3 основных элементов

29. Марс

Фобос (D~22 км) Деймос (D~12км)
планета
r, а.е.
М p, М
R p, R
спутники
Земля
1
1
1
1
Марс
1.52
0.11
0.53
2
планета
Ратм
Т, К
ΔT
атмосфера
Парн. эффект
Земля
Марс
1
289
0.006 150-310
390
N2- 78%, O2- 21% (~ 1% Ar и СО2)
4о
СО2 – 95%, N2 и Ar

30.

Космический телескоп «Хаббл»,
снимок Марса 12 мая 2016 г.
На снимке видны детали рельефа
размером до 30 км.
Голубые области — облака.
Ржаво-красный район в центре —
Терра Аравия, гористый регион,
один из самых древних на планете.
Крайняя справа темная область —
Большой Сирт, неактивный
щитовой вулкан.
К югу от Большого Сирта круглая
впадина — бассейн долины
Эллада, сформированный 3,5
млрд. лет назад ударом
астероида.

31. Поверхность Марса - каменистая пустыня.

Поверхность Марса каменистая пустыня.
Температура поверхности: полдень летом от -3, -5оС до +20оС
на экваторе; ночью от -70оС до -130оС полярной зимой
Локальные и глобальные пылевые бури длятся месяцами

32.

Исследовал марсоход Оppotunity (возможность),
а с 7 августа 2012 года на поверхности Марса
начал работать Curiosity (любопытство) — 900килограммовый марсоход, способен работать до
14 лет
Красноватый оттенок поверхности из-за
большого количества пыли в атмосфере.
Пыль, песок, камень

33.

Один из крупнейших вулканов в
Солнечной системе – Олимп,
h = 22.5 км
Марс, также как и другие
планеты земной группы –
дифференцированное
тело. Один из признаков
процесса внутреннего
плавления, которое и
привело к дифференциации,
наличие на поверхности
Марса – много древних
вулканов.
Вулканическая деятельность давно прекратилась, поэтому на
поверхности Марса много ударных кратеров
Ударный кратер Виктория, диаметром 800 метров

34.

Была ли на Марсе жизнь?
Атмосфера Марса очень тонкая, составляет 1/150
атмосферы Земли. Основной компонент – СО2 (95.3 об. %)
Около трети атмосферы
Марса конденсируется
зимой в полярных областях
Южная полярная шапка Марса. Условные цвета:
пыль - красная, СО2 лед - белый, Н2О лед - синий.

35.

Есть свидетельства, что 3.7-3.8 млд лет назад, т.е. первые 300-400 млн. лет
своего существования Марс был иным. У него была более плотная атмосфера,
а на поверхности были потоки воды.
Об этом свидетельствуют следы водной эрозии на поверхности планеты,
Марсоход Curiosity обнаружил следы
древнего озера и ключевые для развития
жизни химические элементы - углерод,
кислород, водород, азот, фосфор и
серу, а также различные степени
окисления железа — необходимый
источник энергии для жизнедеятельности
бактерий. На основе этих данных можно
утверждать, что водная среда могла быть
пригодной для зарождения жизни, но
никто не знает, зародилась она в итоге
или нет.
Почти все марсоходы так или иначе обнаружили водный след. Ровер NASA
«Феникс» нашёл в грунте планеты минералы — известь и глину, которые не
могли образоваться без участия воды. Марсоход Curiosity смог добыть воду из
марсианской почвы прямо на бортовой станции. Выяснилось, что воды в
марсианских песках ~ 2 %. Это означает, из 30 литров почвы можно получить
примерно 1 литр воды.

36.

Под колесами марсохода обнаружен настоящий гравий, некоторые
камни похожи на зерна. В точности как на Земле...
Специалисты уверены, что гладкими камни округлой формы могли
получиться только под длительным воздействием воды.
Сравните эти фотографии — левая получена с марсохода, а другая сделана
на Земле в русле высохшей реки. Снимки очень похожи, на обоих видны
следы донных отложений.

37.

И, наконец, в 2009 г. с помощью наземных телескопов в атмосфере
Марса было обнаружено периодическое появление метана. Приборы
Curiosity подтвердили этот результат Периодичность говорит о
существовании постоянного источника метана.
СН4 – особый газ – он быстро разрушается, участвуя в синтезе более сложных
углеводородов. На Земле его источниками являются:
(1) вулканическая деятельность, (2) жвачные животные (в основном крупный
рогатый скот) и (3) бактерии, вырабатывающие – болотный газ и т.п.
(2) На Марсе нет вулканов и коров. Остаются бактерии, но они не могут жить
на поверхности из-за жесткого солнечного излучения, но могут жить в
пещерах, которые на Марсе обнаружены. Сейчас нужен ровер-спелеолог

38.

Многочисленные факты говорят о том, что климат раннего Марса был
достаточно теплым и влажным – по поверхности планеты текли реки и
плескались озера, возможно, даже океан. При этом молодое Солнце
светило примерно на 30% слабее, чем в настоящее время. Чтобы
поддерживать на поверхности условия, допускающие наличие открытых
водоемов, атмосфера Марса должна быть гораздо плотнее, чем сейчас.
Сильный парниковый эффект мог бы тогда компенсировать слабость
излучения молодого Солнца и объяснить наличие на поверхности
Красной планеты многочисленных сухих русел.
Чем же мог обеспечиваться парниковый эффект на Марсе?
Марсоход Curiosity не нашел карбонатов в кратере Гейла. Это
означает, что в эпоху существования озера углекислого газа в
атмосфере Марса было достаточно мало.

39.

Недавно ученые предположили, что парниковый эффект в
атмосфере раннего Марса мог быть вызван метаном. Под действием
солнечного ультрафиолета метан постепенно разрушался с
образованием молекулярного водорода в фотохимическом процессе,
аналогичном тому, что происходит сейчас в атмосфере Титана.
Эксперимент показал, что совместное влияние углекислого газа, метана и
водорода делает атмосферу почти непрозрачной для теплового
излучения с поверхности и создает мощный парниковый эффект.
Метана в далеком прошлом
мог выделяться в результате
активных геологических и
вулканических процессов,
или падений крупных
метеоритов. Каждый такой
выброс метана мог
поднимать среднюю
температуру на планете на
~30K на период порядка ста
тысяч лет.
Дно древнего марсианского озера

40. Планеты земной группы – дифференцированные

Что общего между планетами земной группы?
• Расположены во внутренней части Солнечной системы.
• 2 планеты спутников не имеют, у Земли один – Луна,
у Марса 2, но очень маленьких – Фобос и Деймос.
• Состав - каменные планеты, состоящие из 5-х основных
породообразующих элементов – Fe (металл и окислы),
сульфиды и соединения, в которых основными
составляющими являются MgО, SiО2 и Al2O3.
• Имеют атмосферы окисленного состава (СО2, N2, О2).
Планеты земной группы – дифференцированные
Спутники Марса –
Фобос и Деймос

41.

Нептун
Уран
Планетыгиганты
Сатурн
Юпитер
Земля
Юпитер
Расположены во внешней части Солнечной системы
(внешние планеты)
планета
r, a.e.
М, М
R, R
,
г/см3
Uncompr.
Dens.
Число
спутников
Юпитер
5.2
318
11.2
1.33
0.1
67+2(2017)
Сатурн
9.5
95
9.5
0.7
0.1
62
Уран
19.2
14
4.0
1.3
0.3
27
Нептун
30.1
17
4.0
1.76
0.3
14
Земля
1
1
1
5.52
4.05
1

42.

Юпитер: 69 спутников, из них 47 меньше 10 км в диаметре
2 спутника - S/2016 J1 и S/2017 J1 D ~ 1-2 км открыты в 2017 г.
Расстояние от Солнца 5.2 а.е.
D = 11.2 D Земли
М = 318 М Земли
= 1.33 г/см3
g = 2.36 g Земли
Период вращения 0.41 земн.
дней
Год 11.9 земн. лет
Главные компоненты
атмосферы:
Н2 81 масс %,
Не 18%,
∑ NH3, CH4, PH3,
H2S = 1%.
H2O - ?
Температура на
уровне 1 бар:
165 К
Цвета близки к реальным
Большое Красное Пятно
D ≈ 40 000 км

43.

Сатурн – 6-я от Солнца планета, – второй газовый
гигант Солнечной системы с массой ~ 1/3 массы Юпитера
Имеет 62 спутника
Расстояние от Солнца 9.5 a.е.
D = 9.5 D Земли
М = 95 М Земли
= 0.7 г/cм3
g = 0.92 g Земли
Период вращения 0.44 земных дней
Год 29.5 земных лет
Главные компоненты атмосферы:
Н2, Не
Температура на уровне 1 bar :
134 К
Снимок
Hubble telescope
Системы колец 270,000 km. Внешние кольца А и В – самые большие.
Состоят из частицы кристаллического льда Н2О D = от cм – до десятков м.
Структуру колец поддерживают «спутники – пастухи»

44.

Мимас
F
Кольца состоят из множества
преимущественно ( 90%) частиц
кристаллического водяного льда
размером от 1 см до 10 м.
F
Особенность колец: h/D<<1 – при
диаметре 250 000 км их толщина 1 км
Структуру колец Сатурна
контролируют спутники – пастухи.
Прометей
Пандора

45.

Уран – 7-я от Солнца планета, имеет 27 спутников
r от Солнца 19.2 a.е.
D = 4 D Земли
М = 14.5 М Земли
= 1.3 г/cм3
g = 0.89 g Земли
Период вращения
0.71 земных дней
Наклонение экватора к
плоскости орбиты 97.9о
Год = 84 земных лет
Атмосфера: Н2, Не, СН4
Температура на уровне
1 бар: 76 К
Снимок Voyager 2

46.

Нептун – 8-я от Солнца планета, имеет 14 спутников
Расстояние от Солнца 30 а.е.
D = 4 D Земли
М = 17 М Земли
= 1.76 г/cм3
g = 1.12 g Земли
Период вращения 0.67 земных дней
Наклонение экватора к плоскости
орбиты 29.6о
Год = 165 земных лет
Главные компоненты
атмосферы:
Н2, Не, СН4
Снимок Voyager 2
Температура на
уровне 1 бар:

47.

Резюме по планетам-гигантам:
большие, существенно газовые.
Внутренняя структура:
Земля
Юпитер
Молекулярный водород,
гелий
Металлический водород
Сатурн
Уран
Нептун
водород, гелий, метан - газы
Мантия – льды воды, аммиака, метана
Ядро – каменные породы, льды

48.

Все планеты-гиганты имеют регулярные
спутники
Галилеевы спутники Юпитера
Ио
Юпитер имеет ~ 40 регулярных
спутников
Сатурн – более 30
Европа
Ганимед
Каллисто

49.

Интерес к исследованию спутников
внешних планет (Юпитера и Сатурна)
объясняется тем, что они характеризуют
состояние вещества Солнечной системы
на ранних этапах ее эволюции.
Спутники – от очень больших
(Ганимед, Титан, Каллисто с
D ~ 5000 км) до маленьких.
Mimas
390 км
Enceladus
d = 500 км
Pan, Atlas
(20-40) км
Tethys
d = 1060 км
Поверхность большинства покрыта ударными кратерами
Каллисто
Мимас
Япет
Диона

50.

Три спутника Ио, Европа (спутники Юпитера) и Энцелад
(спутник Сатурна) имеют очень гладкую поверхность.
Причина – их эндогенная (внутренняя) активность вулканизм.
Вулканизм возможен только, если в составе
вещества космического тела есть летучие компоненты. На
Ио – это сера, обусловившая его желтый цвет
Серный «фонтан» бьет на
высоту до 300 км. Гладкая
поверхность – результат
постоянного ее обновления
Возможность существования вулканов на Ио была показана теоретически.

51.

Европа - спутники Юпитера
Европа Наименьший из 4-х
галилеевых спутников. Альбедо = 0.67
100 км водные гейзеры на Европе
были обнаружены в районе южного
полюса ИК космическим телеcкопом
Hubble в 2014 г. (Roth et al., 2014) и в
2016 г. (Sparks et al., 2017). Их
интенсивность в 25 раз выше, чем на
Энцеладе.
Летучий компонент - вода
Изображение, полученное
телескопом Hubble

52.

Спутник Сатурна - Энцелад
В районе южного полюса обнаружено
98 водных плюмов h = 50 - 100 км
Гейзеры Энцелада – это потоки
водяного пара с растворенными
в нем газами, минеральными
компонентами и ледяной пылью
со скоростью ~ 200 кг/с.

53.

Титан - единственный спутник в Солнечной системе,
имеющий плотную азотную атмосферу (с 5% добавкой метана)
Диаметр его твердой части ~ 5150 км,
= 1.88 г/см3, т.е. Титан, как и
большинство регулярных спутников
Сатурна состоит ~ на 60-70% из горных
пород и ~ на 40-30% из льда Н2О.
14 января 2005 года зонд
Huygens, доставленный КА
«Cassini» совершил посадку
на поверхность Титана

54.

На поверхности Титана Р 1.5
бар, Т = - 170 - 180°C – условия,
отвечающие тройной точке метана.
СН4 – аналог воды на Земле
Плоская и округлая форма камней
свидетельствует о том, что они
находились в потоке жидкости
До 20% поверхности Титана покрыта
жидкими озерами углеводородов из
метана, этан, и растворенного в них N2.

55.

Итоги лекции 1.
1.
Космохимия – это наука о распределении элементов в различных
объектах Солнечной системы и процессах, приведших к такому
распределению.
2.
Солнечная система состоит из 8-ми планет.
4 внутренние – это каменные дифференцированные тела,
обладающие железными ядрами и силикатными мантиями.
3.
4 внешние - планеты-гиганты с массами во много раз
превышающие земную, с мощными газовыми атмосферами.
4.
3 внутренних планеты – Венера, Земля, Марс - имеют атмосферы
окисленного состава (N2, CO2, O2) вторичного происхождения;
атмосферы внешних планет – первичные, восстановленного
состава, в основном Н2.
5.
У внутренних планет спутников мало – 1 у Земли, 2 у Марса.
Внешние планеты имеют огромное количество спутников, как
регулярных, так и захваченных.
6.
Три спутника Ио, Европа (спутники Юпитера) и Энцелад (спутник
Сатурна) проявляют эндогенную (внутреннюю) активность.
7.
Спутник Сатурна Титан – единственный спутник в Солнечной
системе, имеющий атмосферу.