чем обусловлены различия в плотности атмосфер планет

Зависимость плотности атмосферы на телах солнечной системы

Часто утверждается, что наличие (или отсутствие) атмосферы у небесного тела зависит от его массы. Но как же тогда объяснить, что спутник Сатурна Титан, масса которого в 40 раз меньше массы Земли, имеет атмосферу той же плотности, что и Земля? С другой стороны, Венера имеет массу, примерно равную массе Земли, но атмосфера у нее в десятки раз плотнее, чем у нашей планеты! Значит, кроме тяготения есть и другие факторы, от которых зависит наличие и плотность атмосферы?

Автор вопроса уже сам дал отчасти ответ на него, отметив, что кроме сил тяготения, связанных с размерами и массой небесного тела, на наличие и массу атмосферы у него оказывают влияние и другие факторы. Важнейшие среди них — это средний молекулярный вес атмосферы, зависящий от ее химического состава, и температура у поверхности небесного тела. Способность газов улетучиваться (диссипировать) из атмосферы в космическое пространство определяется прежде всего именно этими факторами.

Чем меньше масса молекулы, и чем выше температура атмосферы, тем больше средняя скорость движения молекул, и тем быстрее этот газ покинет планету или спутник. И наоборот, тяжелые газы (с большой молекулярной массой) и при низких температурах надолго остаются в атмосфере. Например, в атмосферах Земли и Венеры не способен удержаться водород — он быстро улетучивается в космос, зато кислород, азот и углекислый газ практически не покидают эти планеты.

На Венере давление атмосферы велико (в 90 раз больше, чем на Земле) из-за того, что в ней очень много углекислого газа — 96.5 процента. Потерять свою атмосферу Венера не может: тяжелая молекула двуокиси углерода (ее молекулярный вес равен 45, тогда как средний молекулярный вес воздуха на Земле равен 29) даже при высоких венерианских температурах движется слишком медленно, чтобы вырваться из поля тяготения планеты.

А вот спутник Сатурна Титан, если бы он находился на расстоянии Венеры от Солнца, наверняка не смог бы удержать вокруг себя такую атмосферу, какую он имеет в настоящее время. Но температура Титана из-за большой удаленности от Солнца очень низка — всего 94 К (-179°С). Атмосфера спутника состоит в основном из азота с примесями метана и других углеводородов; ее средний молекулярный вес — около 28, что достаточно для удержания газа у поверхности спутника. Даже спутник Нептуна Тритон, не такой массивный, как Титан, но зато и более холодный, смог удержать вблизи своей поверхности кое-какую атмосферу.

Источник

О массах и плотностях планет

То, что планеты Солнечной системы значительно различаются по своему размеру, является хорошо известным фактом.

Так, например, планеты внутренней части нашей системы имеют меньшие размеры, но являются более плотными, чем газовые или ледяные гиганты, располагающиеся во внешней части Солнечной системы. А в ряде случаев, планеты могут быть даже меньше, чем некоторые спутники. Однако размер планеты не обязательно пропорционален его массе.

Таким образом, в то время как Меркурий может быть меньше по размеру, чем спутник Юпитера Ганимед или спутник Сатурна Титан, он более чем в два раза массивнее этих спутников. И в то время как Юпитер в 318 раз массивнее Земли, его радиус лишь в 11,21 раза больше земного.

Давайте пройдёмся по каждой из планет и посмотрим, насколько они различаются.

Меркурий

Венера

Земля

Марс является третьей по величине планетой земной группы. Как и другие, Марс состоит из металлов и силикатных пород, но в то время как он примерно в два раза меньше Земли (со средним диаметром 6792 километров, или 4220 миль), его масса составляет всего одну десятую массы Земли.

Юпитер

Сатурн

Нептун

Нептун примерно в четыре раза больше Земли (диаметр 49528 километров), а его масса равна 102*10 24 кг. Таким образом плотность Нептуна больше, чем плотность любого из газовых гигантов (1,638 г/см 3 ).

Исходя из вышесказанного, вы можете увидеть, что массы планет Солнечной системы значительно варьируются. Но если мы говорим о плотности, то она не всегда пропорциональна размерам. Короче говоря, в то время как некоторые планеты могут быть всего в несколько раз больше, чем другие, они при этом могут быть во много и много раз более массивными.

Источник

Урок 14

Заполнив таблицу, сделайте выводы и укажите сходства и различия между планетами-гигантами.

Выводы: Это газообразные тела с мощным протяжёнными атмосферами, быстро вращаются вокруг своих осей, имеют много спутников, также все они обладают кольцами. У планет-гигантов нет ни твёрдой не жидкой поверхности. Основные компоненты всех планет-гигантов — гелий и водород.

Вывод: Планеты земной группы обладают значительно меньшими массами и размерами, но большей плотностью, не имеют колец. Они ближе расположены к Солнцу и быстрее движутся по своим орбитам, но медленнее вращаются вокруг своей оси и меньше сжаты у полюсах. Также они имеют значительно меньше спутников.

Особенностью вращения планет-гигантов вокруг оси является то, что они вращаются слоями: слой планеты вблизи экватора вращается быстрее других слоёв.

Наличие у Юпитера и Сатурна плотных и протяжённых атмосфер объясняется тем, что при формировании они быстро достигли такой массы, чтобы удержать больше кислорода.

Спутник Сатурна Титан обладает мощной атмосферой, состоящей в основном из азота.

Планеты-гиганты имеют малую среднюю плотность по причине того, что их атмосферы имеют в основном водородо-гелевый состав.

Существование колец обнаружено у следующих планет-гигантов: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Юпитер излучает значительно больше тепловой энергии, чем получает её от Солнца. Причиной этого можно считать постепенное сжатие планеты и процесса радиоактивного распада в её недрах.

Источник

1. Пользуясь справочными данными учебника, заполните таблицу с основными физическими характеристиками планет земной группы.

Заполните таблицу, сделайте выводы и укажите сходства и различия между планетами земной группы.

Выводы: Планеты земной группы практически все имеют одинаковые плоскости близких массы. Планеты земной группы, кроме Меркурия, имеют атмосферу.

2. На графиках показаны зависимости давления и температуры в атмосфере Венеры. На основе анализа графиков ответьте на вопросы.

На какой высоте давление атмосферы Венеры равно атмосферному давлению у поверхности Земли? (Примерно 50 км.)

Чему равна температура атмосферы Венеры на данной высоте? (Около 330К, или +50 °C.)

3. С помощью рисунка опишите внутреннее строение Земли.

4. Закончите предложения.

Вариант 1.
Самый большой перепад дневной и ночной температур поверхности у планеты Меркурий.
Высокая температуры поверхности Венеры обусловлена парниковым эффектом.
Планета земной группы, средняя температура поверхности которой ниже 0 °C, — это Марс.
Большая часть поверхности покрыта водой у планеты Земля.
В состав облаков входят капельки серной кислоты у планеты Венера.

Вариант 2.
Планета, суточный перепад температур поверхности которой составляет около 100 °C, — это Марс.
Планеты, температуры поверхности которых бывает выше +400 °C, — это Меркурий и Венера.
Планета, в атмосфере которой часто происходят глобальные пылевые бури, — это Марс.
Практически не имеют атмосферы планета Меркурий.
Планета, обладающая биосферой, — это Земля.

5. Какие физические характеристики планеты необходимо знать, чтобы вычислить её среднюю плотность?

Необходимо знать массу планеты и её средний радиус. Средняя плотность определяется делением массы на объём планеты.

Источник

Вопросы § 63

Физика А.В. Перышкин

1.Какие группы объектов входят в Солнечную систему?

Центральное тело нашей планетной системы — Солнце — желтый карлик, сосредоточило в себе 99,866% всей массы Солнечной системы. Оставшиеся 0,134% вещества представлены девятью большими планетами и несколькими десятками их спутников (в настоящее время их открыто более 60), малыми планетами — астероидами (примерно 100 тысяч), кометами (около 10 11 объектов), огромным количеством мелких фрагментов — метеороидов и космической пылью. Механически эти объекты объединены в общую систему силой притяжения превосходящей массы Солнца. Ряд зависимостей показывают принадлежность различных по величине и физико-химическим свойствам тел к единому семейству. Средняя плотность объектов Солнечной системы изменяется в пределах от 0,5 г/см 3 для ядер комет до 7,7 г/см 3 для металлических астероидов и метеоритов.

2. В какие виды энергии переходила гравитационная энергия сжатия протооблака при образовании Солнечной системы?

Согласно общепринятой в настоящее время гипотезе, формирование Солнечной системы началось около 5 млрд лет назад с гравитационного коллапса (т. е. катастрофически быстрого сжатия) небольшой части гигантского межзвёздного газопылевого облака. В общих чертах этот процесс можно описать следующим образом. Во вращающемся газопылевом облаке в результате взаимодействия его частиц или под действием каких-либо внешних влияний могло возникнуть уплотнение, ставшее центром гравитационного притяжения частиц окружающего вещества и вызвавшее гравитационный коллапс.

В процессе гравитационного сжатия размеры газопылевого облака уменьшались. Из-за вращения облака его сжатие в направлении, параллельном оси вращения, происходило быстрее, чем в направлениях, перпендикулярных оси. Это приводило к уплощению облака и формированию характерного диска (рис. 168). При сжатии облака его плотность увеличивалась, движение частиц вещества становилось всё более интенсивным, особенно в центральной части диска. Как следствие увеличивалась внутренняя энергия и повышалась температура вещества. При температуре в несколько тысяч градусов атомы центральной части облака стали излучать свет, что свидетельствовало о возникновении протозвезды. — звезды в стадии образования.

Под действием гравитационного притяжения вещество облака продолжало падать на протозвезду, увеличивая давление и температуру в центре.

Когда температура в центре протозвезды достигла миллионов градусов, в центральной области началась термоядерная реакция превращения водорода в гелий, происходящая с выделением энергии. Протозвезда превратилась в обычную звезду, впоследствии названную Солнцем. Во внешней области диска крупные сгущения образовали планеты.

3. Чем отличаются планеты земной группы от планет-гигантов? Чем эти отличия обусловлены?

4. Почему планеты Солнечной системы не покидают её; не падают на Солнце?

Солнце огромными силами тяготения удерживает около себя Землю и все другие планеты Солнечной системы, не дает им улететь в космическое пространство. Странно, казалось бы, то, что Земля около себя удерживает Луну. Между всеми телами действуют силы тяготения, но не падают планеты на Солнце потому, что находятся в движении, в этом-то и секрет. Все падает вниз, на Землю: и капли дождя, и снежинки, и сорвавшийся с горы камень, и опрокинутая со стола чашка. А Луна? Она вращается вокруг Земли. Если бы не силы тяготения, она улетела бы по касательной к орбите, а если бы она вдруг остановилась, то упала бы на Землю. Луна, вследствие притяжения Земли, отклоняется от прямолинейного пути, все время как бы «падая» на Землю. Движение Луны происходит по некоторой дуге, и пока действует гравитация, Луна на Землю не упадет. Так же и с Землей — если бы она остановилась, то упала бы на Солнце, но этого не произойдет по той же причине. Два вида движения — одно под действием силы тяготения, другое по инерции — складываются и в результате дают криволинейное движение.

Закон всемирного тяготения, удерживающий в равновесии Вселенную, открыл английский ученый Исаак Ньютон. Когда он опубликовал свое открытие, люди говорили, что он сошел с ума.

Закон тяготения определяет не только движение Луны, Земли, но и всех небесных тел в Солнечной системе, а также искусственных спутников, орбитальных станций, межпланетных космических кораблей.

Источник