Характеристика планеты Земля

Четыре ближайшие к Солнцу планеты называются планетами типа Земли, в отличие от планет-гигантов – Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Планеты в этих группах схожы между собой по физическим условиям. Это явление не случайно. Оно связано с историей образования и развития планет. Плутон, еще мало изученный, близок по размеру и массе к планетам земной группы.

Меркурий, Венера, Земля и Марс отличаются от планет-гигантов меньшими размерами, меньшей массой, большей плотностью, более медленным вращением, гораздо более разреженными атмосферами, малым числом спутников или отсутствием их. Изучению этих планет способствует более глубокое знание физической природы Земли.

Атмосфера земли. Атмосфера играет важнейшую роль в тепловом балансе Земли. Видимые глазом солнечные лучи проходят через нее почти без ослабления. Они поглощаются земной поверхностью, которая при этом нагревается и излучает инфракрасные, тепловые лучи, задерживаемые водяным паром, поставляемым гидросферой. Это поднимает температуру Земли. Атмосфера и гидросфера смягчают климат Земли, запасая днем и летом тепло, перенося течениями тепло из жарких стран в более холодные. Земная атмосфера содержит по объему 78% азота, 21% кислорода и ничтожное количество других газов. Из них, однако, кроме водяных паров, важен озон. На высоте около 20 км содержание озона в атмосфере максимально. Озон предохраняет жизнь на Земле от чрезмерного потока ультрафиолетовых лучей, поглощая их. Атмосфера предохраняет нас и от непрерывной бомбардировки микрометеоритами и от разрушающего действия космических лучей. Космические лучи приходят к нам из космоса в виде частиц с колоссальной кинетической энергией.

Первичные космические лучи – это протоны, электроны и ядра тяжелых элементов, пронизывающие космос со скоростями, близкими к скорости света. Их кинетическая энергия достигает Миллиарды электрон-вольт. Первичные космические лучи до Земли не доходят, так как, сталкиваясь с атомами газов атмосферы, разрушают их и порождают при этом вторичные космические лучи, которые достигают поверхности Земли. Около 1% первичных космических лучей, изучаемых с искусственных спутников, приходят из атмосферы Солнца. Там они рождаются при ядерных реакциях в результате ускорения частиц в солнечной атмосфере. Остальные попадают в солнечную систему извне, и происхождение их еще выясняется.

Нижний слой атмосферы называется тропосферой, которая простирается до высот 10 – 12 км. В ней температура падает с высотой; затем начинается стратосфера – слой постоянной температура порядка -40 градусов по Цельсию. С высоты около 25 км температура земной атмосферы медленно растет вследствие поглощения ею ультрафиолетового излучения Солнца.

Плотность атмосферы падает с высотой. На высоте 100 км давление в миллион раз меньше, чем на уровне моря. По торможению искусственных спутников Земли следы атмосферы обнаружены до 1800 км. Выше, до нескольких радиусов Земли, имеется только разреженный водород, образующий геокорону. Ее плотность порядка сотен атомов в кубическом сантиметре. Земле потеря атмосферы не угрожает, так как ее притяжение достаточно сильно. Луна и другие небольшие тела солнечной системы должны были потерять атмосферы еще в первый период своего существования. Водород в большой мере утратила и Земля.

В верхних слоях земной атмосферы солнечное излучение производит сильную ионизацию. Ионизованные слои атмосферы называются ионосферой.

Магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли имеет напряженность около 0,5 э и позволяет пользоваться компасом, что возможно не на всякой планете. С удалением от Земли напряженность ее магнитного поля ослабевает. Поле играет большую роль в движении около Земли частиц, несущих эклектический заряд. В магнитном поле такие частицы движутся по спиралям, осями которых являются силовые линии поля.

После 1958 года выяснилось, что магнитное поле Земли удерживает электроны и протоны (ядра водорода), которые сконцентрированы вокруг Земли, образуя радиационный пояс. Его называют еще поясом частиц высоких энергий. Внутренняя часть пояса простирается примерно на 500 – 5000 км от поверхности Земли. В основном она состоит из протонов, возникающих при распаде нейтронов, образующихся в атмосфере при бомбардировке ее космическими лучами. Радиационный пояс – большая опасность для космонавтов, так как частицы, сталкиваясь с кораблем, создают рентгеновское излучение, проникающее через оболочку корабля. Это надо учитывать при запуске космических кораблей с человеком на борту.

Внешняя часть радиационного пояса находится между высотами в 1 – 5 градусов Земли и состоит в основном из электронов с энергией в десятки тысяч электрон-вольт – в 10 раз меньше, чем энергия частиц внутреннего пояса. Частицы образующие радиационный пояс, вероятно, захватываются земным магнитным полем из числа частиц, непрерывно выбрасываемых Солнце и образующим «солнечный ветер» - корпускулярный поток.

Вспышки на Солнце порождают более мощные потоки. Поток движется со скоростью 400 – 1000 км/сек и достигает Земли примерно через 1-2 дня после того, как на Солнце произошла породившая его вспышка горячих газов. Такой усиленный корпускулярный поток возмущает магнитное поле Земли. Быстро и сильно меняются характеристики магнитного поля, что называется магнитной бурей. Стрелка компаса колеблется. Возникает возмущение ионосферы, нарушающее радиосвязь, происходят полярные сияния. Полярные сияния разной формы и окраски возникают на высотах от 80 до 1000 км. Изредка они бывают видны даже и в низких широтах, например в Северной Африке. Плазма, т.е. ионизированный газ, несущийся в корпускулярном потоке от Солнца, захватывается магнитным полем и наполняет радиационный пояс. В полярных областях уже захваченные частицы, двигаясь вдоль силовых линий магнитного поля, проникают в атмосферу. Они бомбардируют молекулы воздуха, ионизируют их и возбуждают ударное свечение, как поток электронов в вакуумной трубке. М.В.Ломоносов высказывал гениальную догадку о том, что полярные сияния имеют электрическую природу.

Краски полярного сияния обусловлены свечением газов атмосферы, и в спектре полярных сияний имеются различные яркие линии. Чаще всего в спектрах преобладают линии атомарного кислорода. Эти линии, красная и зеленая, меняют свою интенсивность, меняя цвет полярного сияния. Они наблюдаются и в свечении ночного неба, так как всегда, хотя бы и слабо, частицы из космоса ионизируют атмосферу. Это создает и общее слабое свечение неба ночью. Небо нигде и никогда не бывает совершенно черным.