Земля как космический объект (лекция №1,2)

Лекция 1.
ЗЕМЛЯ
КАК КОСМИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТ

Содержание
1.1. Движение тел в гравитационном поле
1.2. Солнечная система
1.3. Параметры Земли

1.1. Движение тел
в гравитационном поле

закон всемирного тяготения
G = 6,67·10-11 Н·м2·кг-2

Рис. 1.1. Криволинейное движение тела m
в гравитационном поле М

Частные случаи
Если k < 1, тело m упадёт на тело М.
Если k = 1, то тело m движется по круговой орбите вокруг тела M.
Если 1< k < 2, то тело движется по замкнутой эллиптической орбите, степень вытянутости которой определяется значением k
Если k ≥ 2, то тело движется по разорванным параболическим (k = 2) или гиперболическим (k > 2) траекториям.

СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА

1) Все планеты обращаются по слабо вытянутым эллиптическим орбитам, в одном из фокусов которых находится Солнце. Орбиты лежат в одной плоскости – плоскости эклиптики.
Закономерности движения планет

Рис. 1.3. Орбита Земли:
А - афелий, П - перигелий, F1, F2 –фокусы

Закон Тициуса-Боде

оценочные размеры орбит в а.е.

Закон Тициуса-Боде отражает резонансность Солнечной системы, которая заключается не только в соразмерности планетных орбит, но и в согласованности периодов обращения по орбите и периодов вращения вокруг оси.
Резонансность Солнечной системы является следствием и признаком её зрелости.

2) В каждый интервал времени произведение скорости планеты на расстояние до Солнца остаётся постоянным.
Закономерности движения планет:

3) Массы планет, периоды их обращения по орбитам и размеры орбит взаимосвязаны.
третий закон Кеплера
Закономерности движения планет:

Рис.1.4. Распределение масс планет и плотностей планетного вещества в Солнечной системе: n – показатель; Ме – Меркурий, В - Венера, З – Земля, М – Марс,
Ю – Юпитер, С – Сатурн, У – Уран, Н – Нептун

Принцип гравитационной неустойчивости Джинса:
По причине всемирного тяготения материя не может быть распределена с постоянной плотностью в сколь угодно большом объёме

Гипотезы образования Солнца и планет
Гипотеза Канта – Лапласа: Солнце и планеты образовались одновременно из протосолнечной туманности;
Гипотеза О.Ю.Шмидта: Солнце захватило рой протопланетных частиц, которые вращались в неизменной плоскости и имели различные моменты движения.
Гипотеза У.Х. Мак-Крея: рождение планетной системы обязано образованию звезды.

4) Эволюция космических тел определяется массой, которую они приобрели при образовании: чем больше масса космического тела, тем больше у неё возможности к эволюции (гравитационной расслоенности)
Закономерности движения планет

Момент
инерции
J = i·m·R2

Частные случаи:
Если i > 0,4, то массы сконцентрированы к периферии.
Если i = 0,4, то массы распределены по сфере равномерно.
Если i < 0,4 массы сконцентрированы к центру, и тем больше, чем меньше значение i.

Момент инерции Земли

Для существования жизни на планете (биосферы) необходимы:
достаточно большая масса планеты для её расслоения с образованием ядра, коры и атмосферы и для удержания атмосферы;
оптимальное расстояние от звезды для обогрева;
достаточно быстрое вращение планеты для смены дня и ночи и для генерации ядром магнитного поля, экранирующего планету от звёздного излучения.

ПАРАМЕТРЫ ЗЕМЛИ
Экваториальный радиус, а = 6378,16 км
Полярный радиус, с = 6356,16 км
Средний радиус, r = 6371,03 км
Сжатие Земли α = 3,3529·10-3
Площадь поверхности S = 5,1·1014 м2
Объём – 1,0832·1021 м3
Масса Земли – 5, 976·1024 кг
Средняя плотность σ = 5,518 г/см3

Параметры Земли
Среднее расстояние от Земли до Луны – 3,844·105 км
Отношение массы Земли к массе Луны – 81,303
Масса атмосферы – 5,1·1018 кг
Масса океанов – 1,4·1021 кг
Масса земной коры – 2,4·1022 кг
Масса мантии – 4,1·1024 кг
Масса ядра – 1,9·1027 кг