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
xi - плотность и доля i-й компоненты по массе
(хi
= тi/т, тi - 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 температуры и состава от равновесных, а интенсивность
- вязкостью и др. реологич. параметрами. Оценки температур 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 температур плавления, обеспечивших возможность расслоения (дифференциации)
первичного вещества на силикаты и железоникелевый сплав. Осн. особенностью
внутр. строения малых планет являются сравнительно низкие температуры 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 температуры 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 температуры
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 температур (
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 перехода
3-106
бар
и слабо зависит от температуры. При переходе к твёрдой фазе плотность скачкообразно
увеличивается на
10%.
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/Rю (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.
А. В. Витязев, В. В. Леонтъев
Дело в том, что в его постановке и выводах произведена подмена, аналогичная подмене в школьной шуточной задачке на сообразительность, в которой спрашивается:
- Cколько яблок на березе, если на одной ветке их 5, на другой ветке - 10 и так далее
При этом внимание учеников намеренно отвлекается от того основополагающего факта, что на березе яблоки не растут, в принципе.
В эксперименте Майкельсона ставится вопрос о движении эфира относительно покоящегося в лабораторной системе интерферометра. Однако, если мы ищем эфир, как базовую материю, из которой состоит всё вещество интерферометра, лаборатории, да и Земли в целом, то, естественно, эфир тоже будет неподвижен, так как земное вещество есть всего навсего определенным образом структурированный эфир, и никак не может двигаться относительно самого себя.
Удивительно, что этот цирковой трюк овладел на 120 лет умами физиков на полном серьезе, хотя его прототипы есть в сказках-небылицах всех народов всех времен, включая барона Мюнхаузена, вытащившего себя за волосы из болота, и призванных показать детям возможные жульничества и тем защитить их во взрослой жизни. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
|
![]() |