1

00514 Mechanika nieba D – part 4

TEORIA

00514

Mechanika nieba D

Część 4

Ogólna charakterystyka Układu Słonecznego.

Fizyka planet i ich księżyców.

Zagadnienie życia na planetach.

Instrukcja dla zdającego
1.

Proszę sprawdzić, czy arkusz teoretyczny zawiera 12
stron. Ewentualny brak należy zgłosić.

2.

Do arkusza może być dołączona karta wzorów i sta-
łych fizycznych. Jeśli jest, należy ją dołączyć do od-
dawanej pracy.

3.

Proszę uważnie i ze zrozumieniem przeczytać zawar-
tość arkusza.

4.

Proszę precyzyjnie wykonywać polecenia zawarte w
arkuszu: rozwiązać przykładowe zadania, wyprowa-
dzić wzory, gdy jest takie polecenie.

5.

Proszę analizować wszelkie wykresy i rysunki pod
kątem ich zrozumienia.

6.

W trakcie obliczeń można korzystać z kalkulatora.

7.

Wszelkie fragmenty trudniejsze proszę zaznaczyć w
celu ich późniejszego przedyskutowania.

8.

Uzupełniaj wiadomości zawarte w arkuszu o informa-
cje zawarte w Internecie i dostępnej ci literaturze.

9.

Znak * dotyczy wiadomości wykraczających poza
ramy programu „maturalnego”.

śyczymy powodzenia!

(Wpisuje zdający przed rozpoczęciem pracy)

PESEL ZDAJĄCEGO

Aktualizacja

Wrzesień

ROK 2008

Dane osobowe właściciela arkusza

2

00514 Mechanika nieba D – part 4

TEORIA

Temat: 68 Ogólna charakterystyka Układu Słonecznego.

Jowisz

Ziemia

Uran

Merkury Pluton
Wenus Mars

Neptun

Saturn



Słońce

Rys. 1 Układ Słoneczny


1.

We Wszechświecie jest wiele milionów galaktyk. Galaktyka, której skład stanowi między
innymi nasze Słońce i jego system planetarny należy do rodziny galaktyk spiralnych i nosi
nazwę Układu Drogi Mlecznej. Układ Słoneczny powstał około 6 miliardów lat temu,
wszystkie planety i Słonce, niemal równocześnie, z zagęszczenia materii międzygwiezd-
nej.

Skład Układu Słonecznego:
⇒

Słońce, stanowi ono 99,87 % masy całego układu.

⇒

9 planet z księżycami, meteoryty, komety itp., stanowią 0,13 % masy całego ukła-
du.

Przestrzeń międzyplanetarna wypełnia również promieniowanie elektromagnetyczne i
strumienie cząstek, głównie protonów i elektronów wysyłanych przez Słońce.

Planety:

⇒

wewnętrzne: Merkury, Wenus, Ziemia oraz Mars. Są małe, odznaczają się znaczną
gęstością.

⇒

zewnętrzne: Jowisz, Saturn, Uran, Neptun, Pluton. Są one (z wyjątkiem Plutona)
duże i o względnie małej gęstości.

Planety zewnętrzne od wewnętrznych oddziela rój planetoid zwanych też planetkami lub
asteroidami.

3

00514 Mechanika nieba D – part 4

TEORIA

2.

Słońce jest najbliższą gwiazdą. Jest olbrzymią obracającą się kulą, rozpalonych do białości
gazów, głównie wodoru i helu. Średnicę ma 109 razy większą od Ziemi, a masę 330 000
razy. Jest ono raczej ciałem płynnym niż stałym. Temperatura na powierzchni Słońca jest
ok. 5800 K (czyli 5527

O

C), a w jego wnętrzu dochodzi do około 20 milionów kelwinów.

Rola Słońca w Układzie Słonecznym polega m.in. na tym, że:
⇒

ze względu na swą dużą masę utrzymuje wokół siebie, siłą grawitacji, wszystkie plane-
ty.

⇒

jest źródłem ciepła i światła.

⇒

umożliwia istnienie życia na Ziemi.

3.

Zjawiska obserwowane w przestrzeni międzyplanetarnej możemy podzielić na kilka grup:

⇒

ruch komet obiegających Słońce. Komety, to ciała niebieski o mglistych zarysach,
zjawiające się nieoczekiwanie, szybko przesuwające się na tle gwiazd i posiadające
czasem długą poświatę w postaci warkoczy.

⇒

drobne bryłki, które można badać wtedy, gdy zetkną się z atmosferą ziemską lub
bombardując drobne ciała niebieskie - noszą one nazwę meteorów.

⇒

emisja ze Słońca plazmy promieniowania korpuskularnego oraz promieniowanie
kosmiczne.

⇒

istnienie pola elektromagnetycznego.

⇒

wypełniający kosmos pył międzyplanetarny.

PYŁ MIĘDZY - PLANETARNY występuje w postaci mikrometeorytów, które grupują
się w płaszczyźnie ekliptyki, gęstość jego zmienia się w zależności od odległości od Słoń-
ca.

W sąsiedztwie Ziemi jego gęstość wynosi 10

22

3

−

g

cm

. Drobny pył rozprasza światło sło-

neczne powodując zjawisko tzw. światła zodiakalnego.

GAZ MIĘDZY - PLANETARNY, jest głównym składnikiem tego gazu wodór z niewiel-
ką domieszką helu i śladową ilością pierwiastków cięższych. Jego gęstość jest zmienna.
Do tego gazu zaliczamy również naelektryzowane cząstki pędzone wiatrem słonecznym.

POLE MAGNETYCZNE niesione jest przez plazmę wiatru słonecznego. Znane jest tylko
pole magnetyczne w sąsiedztwie Ziemi. O polach magnetycznych występujących w dal-
szych obszarach układu nic nie wiemy.

4

00514 Mechanika nieba D – part 4

TEORIA

Temat: 69*

Fizyka planet i ich księżyców.

1.

Wiadomości ogólne o planetach.

Dokoła Słońca biegnie dziewięć wielkich planet: Merkury, Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz,
Saturn, Uran, Neptun i Pluton i ogromna ilość ciał drobnych. Zarówno planety, jak i ich
księżyce oraz pozostałe ciała układu planetarnego są ciałami drobnymi w porównaniu ze
Słońcem i znajdują się pod przemożnym wpływem nie tylko przyciągania ze strony Słoń-
ca, ale i jego promieniowania.
Wszystkie planety są ciałami zimnymi, świecącymi odbitym światłem słonecznym. Odle-
głości poszczególnych planet obliczamy ze znanych ich orbit dokoła Słońca, przy zasto-
sowaniu trzeciego prawa Keplera. Gdy planeta ma choć jeden księżyc, to jej masa może
być obliczona z uogólnionego III prawa Keplera. Wyznaczanie mas planet nie mających
księżyców jest o wiele trudniejsze, gdyż takie obliczenia przeprowadza się na podstawie
zaobserwowanych perturbacji wywołanych w ruchu innych planet. Z natężenia promie-
niowania własnego planet można określić ich temperaturę, obserwacje zaś spektralne dają
możność wyznaczenia składu chemicznego atmosfer otaczających stałe bryły planet. Wie-
le ważnych danych fizycznych uzyskujemy z pomiarów radiopromieniowania, wysyłane-
go przez planety.

2.

Planety są ciałami ciemnymi i świecą jedynie odbitym światłem słonecznym. Mamy tu do
czynienia z tzw. światłem rozproszonym, bo odbijające powierzchnie planet nie są gładkie.
W przypadku planet mających dostatecznie gęste atmosfery światło słoneczne odbija się
od powłoki gazowej i wtedy prawa odbicia takiego rozproszonego światła są bardzo złożo-
ne. Obserwowany na Ziemi blask planety jest odwrotnie proporcjonalny do kwadratu jej
odległości od Słońca i od Ziemi i stanowi bardzo złożoną funkcję. Dlatego stopień odbija-
nia przez planety światła słonecznego wyznaczamy empirycznie z obserwacji fotome-
trycznych.

Współczynnikiem odbicia światła jest ALBEDO (białość).

ALBEDO - stosunek energii świetlnej, rozproszonej we wszystkich kierunkach

przez oświetloną powierzchnię do ilości światła padającego na nią.

Np. śnieg w świetle widzialnym ma albedo prawie równe jedności, natomiast albedo
chmur oświetlonych przez Słońce jest duże, większe od 0,7 , niektóre skały mają z kolei
małe albedo. Zastygła lawa z wulkanu Etny ma albedo równe 0,04. Duże więc albedo
ś

wiadczy u zaobserwowanych planet o tym, że są one otoczone atmosferą z występujący-

mi w niej chmurami. Natomiast małe albedo ma miejsce wtedy, gdy obserwujemy światło
odbite od ciemnych minerałów stanowiących powierzchnię planety pozbawionej atmosfe-
ry.

3.

Merkury:

Najbliższa Słońcu planeta jest jeszcze stosunkowo mało poznana ze względu na trudności
obserwacyjne wynikające z tego, że planeta może oddalać się od Słońca na sferze niebie-
skiej zaledwie o 28

O

, wskutek czego może być obserwowana bądź za dnia na niebie

oświetlonym silnie przez Słońce, bądź o zmierzchu lub świcie nisko nad horyzontem.
Temperatury planety mogą dochodzić do + 420

O

C na stronie oświetlonej, nocą może spa-

dać do - 173

O

C. Atmosfera jest bardzo rozrzedzona. Powierzchnia planety jest nierówna o

czym świadczy bardzo małe albedo (0,08) zbliżona do albedo powierzchni Księżyca.

5

00514 Mechanika nieba D – part 4

TEORIA

Merkury ma najmniejsze rozmiary i najmniejszą masę spośród planet. Jego średnica wy-
nosi 4878 km (czyli 0,38 średnicy Ziemi), masa stanowi 0,055 masy Ziemi. Rok merku-
riański trwa 87,9 dnia ziemskiego. Doba merkuriańska jest dwukrotnie dłuższa od roku
merkuriańskiego. Na Merkurym przez 88 dni ziemskich trwa dzień, a przez następny rok
noc, po czym znów mamy dzień. śadna inna planeta nie przejawia takich właściwości.
Merkury nie posiada Księżyca. Noce są bardzo ciemne, niebo w nocy rozjaśniają dwie
najbliższe planety: Wenus oraz Ziemia z Księżycem. Powierzchnia przypomina swoim
wyglądem powierzchnię księżycową: występują „morza”, doliny, kratery. Na Merkurym
odkryto słabe pole magnetyczne. Ciśnienie na powierzchni planety osiąga zaledwie

2 10

9

⋅

−

milibara.

4.

Wenus:

Wenus jest po Słońcu i Księżycu najjaśniejszym ciałem niebieskim. Masa stanowi 0,82
masy Ziemi, a promień 0,96 promienia ziemskiego. Rok wenusjański jest równy 225
dniom ziemskim. W ciągu roku wenusjańskiego Słońce wschodzi i zachodzi dwa razy na
planecie. Atmosfera wenusjańska składa się prawie wyłącznie z dwutlenku węgla z drob-
nymi domieszkami innych gazów takich, jak tlen, para wodna i amoniak (na Merkurym
głównie przeważają gazy szlachetne argon, neon i hel). W części oświetlonej i nieoświe-
tlonej temperatura planety jest podobna i wynosi około 474

O

C. Powierzchnia ma właści-

wości ciała spulchnionego i kruchego o średniej gęstości 1 4

3

,

g

cm

.

Planetę Wenus otacza gęsta atmosfera, która sprawia, że albedo planety jest bardzo duże,
równe 0,85 , największe ze wszystkich planet. Jest to najistotniejsza cecha fizyczna tej
planety. Atmosfera Wenus została odkryta przez rosyjskiego uczonego M. Łomonosowa
w 1761 roku. Głównym składnikiem chmur wenusjańskich jest chlor. Badania stwierdziły
również występowanie wyładowań elektrycznych podobnych do tych, które występują na
Ziemi w chmurach burzowych, z tą różnicą, że na Wenus jest tych wyładowań więcej.
Wysoka temperatura Wenus najprawdopodobniej jest wywołana efektem cieplarnianym
polegającym na pochłanianiu promienia ze Słońca podobnie jak to się dzieje i w atmosfe-
rze ziemskiej tylko w znacznie mniejszym stopniu. Efekt ten polega na tym, że promie-
niowanie słoneczne słabo jest pochłaniane w atmosferze planety i dochodzi do jej po-
wierzchni, która je następnie wypromieniowuje w zakresie podczerwonym, które z kolei
jest bardzo intensywnie pochłaniane przez dwutlenek węgla, wskutek czego równowaga
ustala się na znacznie wyższym poziomie termicznym niż gdyby planeta nie była otoczona
gęstą powłoką CO

2

. Wenus nie posiada ani jednego księżyca.

5.

Mars i jego księżyce:

Mars należy do jednej z najlepiej poznanych planet, bo ma przeźroczystą atmosferę (albe-
do: 0,16), pozwalająca na badanie szczegółów na powierzchni planety.
Okres obrotu dokoła osi wynosi 24 godziny i 24 minuty, pory roku trwają dwa razy dłużej
niż na Ziemi, ponieważ okres obiegu planety dokoła Słońca wynosi 1,88 lat. Atmosfera
jest rzadka, występują trzy rodzaje chmur: żółte, błękitne i białe:

⇒

chmury żółte składają się z dość dużych ziaren pyłu o średnicy 2 - 10 mikronów.

⇒

chmury błękitne (budowa nie jest wyjaśniona) najprawdopodobniej są złożone z CO

2

.

⇒

chmury białe są widoczne jednakowo we wszystkich barwach.

Mała masa planety nie zdołała utrzymać przy sobie gęstej atmosfery w związku z tym jest
rozrzedzona, w skład jej wchodzi dwutlenek węgla, para wodna, której jednak jest mało i

6

00514 Mechanika nieba D – part 4

TEORIA

atmosfera jest sucha, masa Marsa stanowi 0,11 masy Ziemi. Temperatura powierzchni jest
niska, ponieważ planeta wypromieniowuje znaczną część energii słonecznej. Gdy Słońce
jest w zenicie temperatura wynosi 0

O

C, przy wschodzie Słońca wynosi około -40

O

C. Po-

wierzchnię stanowią kratery, głębokie kaniony, kręte doliny, bloki skał osadowych, rów-
niny, góry do 8 km wysokości.

Mars ma dwa księżyce. Zostały one odkryte przez Asapha Halla w Stanach Zjednoczo-
nych Ameryki Północnej w 1887 roku i otrzymały nazwy Phobos i Deimos, co oznacza
Strach i Grozę, towarzyszące u Homera bogowi wojny Aresowi.

Phobos - bliższy Marsowi, odległy od jego środka o 2,77 promienia planety (9400 km) i

6000 km od jego powierzchni. Obiega planetę w czasie 7 godzin i 39 minut.
Dla obserwatora na Marsie Phobos co 11 godzin wschodzi na zachodniej stro-
nie horyzontu, a zachodzi na wschodniej. Jest to jedyny przypadek w układzie
planetarnym, że naturalny satelita planety ma okres obiegu krótszy niż okres
obrotu planety dokoła osi. Jedynie sztuczne satelity Ziemi mają okresy obiegu
znacznie krótsze od okresu obrotu Ziemi dokoła osi.

Deimos - drugi księżyc Marsa jest odległy od planety blisko o siedem jej promieni.

Obiega on ją w kresie 30 godzin i 21 minut, a więc w czasie blisko o 6 godzin
dłuższym od okresu obrotu planety dokoła osi. Dla obserwatora na Marsie De-
imos wschodzi wprawdzie na wschodzie, a zachodzi na zachodzie tak jak Słoń-
ce i gwiazdy, jednakże między kolejnymi wschodami i zachodami upływa okres
czasu wynoszący 5,5 doby.

Nawet przez największe teleskopy nie możemy widzieć księżyców Marsa w postaci tarcz,
ich rozmiary oceniamy jedynie z obserwowanego blasku, zakładając, że mają one takie
same albedo jak planeta, dokoła której biegną. Z tego rodzajów pomiarów obliczamy, że
ś

rednica Phobosa wynosi około 12 km, a Deimosa około 6 km.

6.

Właściwości fizyczne układu Ziemia - Księżyc:

Ś

rednica Księżyca wynosi 3476 km i stanowi 0,25 średnicy Ziemi (12742 km), masa

Księżyca to

1

81

masy Ziemi. Masa ta jest dostatecznie duża, żeby wywierać wpływ na ru-

chy Ziemi (przypływ i odpływ mórz).
Księżyc obiega Ziemię po orbicie nachylonej do ekliptyki pod kątem 5

O

, powierzchnia

Księżyca składa się z rozległych równin (zwanych morzami), które głównie występują na
półkuli zwróconej do Ziemi oraz z pofałdowań górskich i lądów o jaśniejszej barwie. Ca-
łość pokryta jest kraterami i górami pierścieniowymi. Natomiast powierzchnię Ziemi sta-
nowią góry, oceany, morza i równiny.
Na Księżycu nie ma wody i atmosfery, chociaż przy powierzchni gruntu stwierdzono
obecność rozrzedzonych gazów. Natomiast różnica mas obu planet podczas ewolucji
sprawiła, że Ziemia utrzymała przy sobie atmosferę, a Księżyc ją utracił.
Albedo Ziemi wynosi 0,39 w związku z gęstą atmosferą, a Księżyca tylko 0,07 ponieważ
brak mu atmosfery, a jego powierzchnia składa się z ciemnych skał o słabej zdolności
rozpraszania światła.
Temperatura Księżyca (jego powierzchni) zawarta jest w granicach od około + 120

O

C w

części oświetlonej do około - 150

O

C dla części nieoświetlonej.

7

00514 Mechanika nieba D – part 4

TEORIA

Atmosferę Ziemi stanowi mieszanina gazów: 78% azot, 21% tlen, 1% argon, neon, hel,
para wodna, dwutlenek węgla i inne gazy.

7.

Jowisz i jego księżyce:

Jowisz jest największą planetą w Układzie Słonecznym. Obserwowany przez lunetę ma
wygląd spłaszczonej tarczy ze smugami jasnymi i ciemnymi, równoległymi do równika
planety. Smugi te zmieniają się prawie z dnia na dzień, co świadczy, że nie oglądamy sta-
łej powierzchni planety, lecz powłokę chmur otulającą powierzchnię. Czasami tylko po-
jawiają się na tarczy planety ciemne plamy, które nie wskazują istotnych zmian nawet w
okresie wielu lat. Najtrwalsza z nich była wielka PLAMA CZERWONA, którą dostrzegł
J.D.Cassini w roku w roku 1672. Jej powierzchnię ocenia się na około 400 milionów ki-
lometrów kwadratowych. Plama ta zmienia zabarwienie. Uważamy ją z konglomerat
chmur nad stałą powierzchnią.
Ponieważ Jowisz ma gęstą atmosferę, albedo planety jest wysokie (0,58). Temperatura
planety ma wartość około -140

O

C, jest to oczywiście temperatura zewnętrznych warstw

atmosfery. Jaka jest temperatura stałej powierzchni ( czy też ciekłej?), tego nie wiemy.
Nie wiemy też, jakie siły mogą wywoływać ruchy chmur w zewnętrznych warstwach pla-
nety. Okres obrotu dokoła jego osi zależy od szerokości jowigraficznej (odniesionej do
równika Jowisza i będącej odpowiednikiem szerokości geograficznej na Ziemi). Na rów-
niku okres obrotu planety dokoła osi wynosi 9 h, 50 min, 5 s, blisko zaś biegunów ok. 9 h
i 56 min. Zmienność tego okresu jest dowodem na to, że nie oglądamy stałej powierzchni
planety.
Zasadniczymi składnikami atmosfery Jowisza są przypuszczalnie wodór i hel. Co się ty-
czy wnętrza Jowisza, to przypuszcza się, że jest ono złożone głównie z wodoru. Ogromne
ciśnienie sprawia, że pod chmurami znajduje się warstwa w stanie krytycznym, w którym
nie można rozróżnić stany ciekłego i gazowego. W głębi zaś planety wodór jest prawdo-
podobnie w stanie stałym. Jowisz ma największą liczbę księżyców. Dotychczasowo od-
kryto ich aż 14 !!

Pierwsze cztery księżyce Jowisza odkrył Galileusz w 1610 roku za pomocą skonstruowa-
nej przez siebie lunety, w latach 1904 - 1905 odkryto dwa następne księżyce. Dalsze były
odkrywane w latach 1908, 1914, 1938, 1951, 1979.
Cztery księżyce galileuszowskie otrzymały nazwy: I

o

, Europa, Ganimedes, Callisto.

Między czterema księżycami galileuszowskimi i pozostałymi dziesięcioma księżycami
występuje wielka różnica pod względem rozmiarów. Podczas gdy pierwsze cztery są bar-
dzo duże (I

o

i Europa tylko nieznacznie różnią się rozmiarami od Księżyca ziemskiego, a

Ganimedes i Callisto są od niego znacznie większe, prawie równe Merkuremu), to pozo-
stałe księżyce są ciałami drobnymi. Średnice tych ostatnich można ocenić tylko z ich glo-
balnego blasku przy założeniu odpowiedniej wartości albedo. Na średnice te dla ostatnich
sześciu księżyców są mało stabilne i księżyce te mogą być oderwane kiedyś od Jowisza
przez siły perturbacyjne i mogą stać się planetoidami, które kiedyś Jowisz schwytał.

8

00514 Mechanika nieba D – part 4

TEORIA

8.

Pierścienie Saturna:

Pierścienie Saturna zostały dostrzeżone po raz pierwszy przez Galileusza, który jednak nie
rozróżnił właściwego ich kształtu, uważając Saturna za planetę potrójną z dwoma przy-
rostkami z boków.
Płaszczyzna pierścieni, których grubość ocenia się na 2 do 20 km zlewa się z płaszczyzną
równika planety tworząc z płaszczyzną ekliptyki kąt równy 28

O

. U Saturna obserwujemy

układ złożony z trzech koncentrycznych pierścieni. Najbardziej zewnętrzny pierścień (A)
jest umiarkowanie jasny, rozciąga się w odległości do 120 tys. km do 137 tys. km od
ś

rodka planety. Drugi pierścień (B) jest bardzo jasny, leży w odległości od 90 tys. km do

116 tys. km od planety. Trzeci zaś, słaby (C) - zajmuje położenie od 72 tys. do 89 tys. km
od planety Okazało się, że pierścienie te składają się z wielkiej liczby wąskich obręczy
(setki albo tysiące) otaczających planetę.
Już w 1675 roku J.D.Cassini zauważył ciemną przerwę między pierścieniami (jak się po-
tem okazało wynosi ona 4000 km szerokości), która otrzymała nazwę przerwy Cassiniego.
Później odkryto jeszcze jedną przerwę bliżej planety (1000 km szerokości). Obserwacje
wykazały niezbicie, że pierścienie Saturna nie mogą być stałymi ciałami, lecz składają się
z różnych brył. O ich rozmiarach i odległościach wiemy niewiele.

9.

Saturn:

Najdalsza planeta znana od niepamiętnych czasów. Na niebie widzimy ją gołym okiem, w
lunecie jako spłaszczony glob otoczony pierścieniem. Okres obrotu dokoła własnej osi na
równiku wynosi 10 godzin, 14 minut, im dalej od równika tym jest dłuższy. Okres obrotu
dokoła Słońca wynosi 29 lat i 117 dni, czyli rok na Saturnie trwa prawie trzydzieści lat
ziemskich. Masa Saturna jest 95 razy większa od masy Ziemi, atmosfera zawiera hel, wo-
dór, a także metan. Temperatura w górnych warstwach atmosfery wynosi około - 150

O

C.

Pora roku trwa około 7,5 lat ziemskich. Albedo Saturna wynosi 0,57, a więc prawie tyle
samo co Jowisza (między tymi planetami jest więcej podobieństw). Podobnie jak w przy-
padku Jowisza, w atmosferze Saturna występuje amoniak i metan, przy czym w atmosfe-
rze Saturna jest więcej metanu. Saturn ma dziesięć księżyców:

Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea, Titan, Hyperion, Iapetus, Phoebe i Janus...

Największym księżycem jest Titan, jest on otoczony atmosferą, w której skład wchodzi
metan, jego albedo wynosi 0,8.

10. Uran:

Planeta ta jest znacznie mniejsza od Jowisza i Saturna. Otoczona jest gęstą atmosferą, w
skład której wchodzi wodór i znaczne ilości metanu, które wywołują zielonkawą barwę.
Równik jest prawie prostopadły do płaszczyzny orbity planety. Ruch obrotowy Urana do-
koła osi ma kierunek wsteczny, ponieważ nachylenie równika do orbity wynosi 98

O

.

Uran obiega Słońce w ciągu 84 lat i 7,5 dnia, okresy obrotu Urana dokoła własnej osi wy-
nosi 10 godzin i 42 minuty, jego masa jest 15 razy większa od masy Ziemi, albedo ma
wartość 0,66 (niewiele ustępuje Wenus). Księżyce Urana to:

Miranda, Umbriel, Titana, Ariel i Oberon.

9

00514 Mechanika nieba D – part 4

TEORIA

Najbliżej położonym księżycem jest Miranda, następnie Ariel i Umbriel, najdalszymi zaś
Titana i Oberon.

11. Pluton:

Pluton jest najdalszą planetą ze znanych planet rodziny Słońca. Okres pełnego obiegu wo-
kół Słońca wynosi 247 lat i 255,1 dnia. Okres obrotu dokoła własnej osi wynosi 6 dni, 19
godzin i 17 minut. Masa Plutona stanowi około 0,15 masy Ziemi. Atmosfera nie jest zbyt
gęsta (albedo 0,14?) i składa się prawdopodobnie wyłącznie z wodoru i tlenu. Odkryte zo-
stały niedawno również pary neonu. W związku z brakiem chmur w atmosferze występuje
niska zdolność odbijania promieni słonecznych. Temperatura w punkcie przy słonecznym
jest przypuszczalnie 200

O

C na powierzchni planety, w punkcie odsłonecznym spada poni-

ż

ej - 230

O

C. Odkrycie plutona nastąpiło dopiero w 1930 roku.

12. Badania lat osiemdziesiątych:

Dane dotyczące ciał niebieskich będą i powinny się zmieniać, bowiem nauka postępuje
cały czas do przodu. My ograniczamy się w tym miejscu do uaktualniania liczb odkrytych
księżyców(dane lat ostatnich względem podanych w temacie dotyczących stanu na rok
1978)

MERKURY - Dotychczas nie odkryto żadnego księżyca.
WENUS - Dotychczas nie odkryto żadnego księżyca.
ZIEMIA - 1 księżyc.
MARS - 2 księżyce.
JOWISZ - W ostatnich latach zaginął księżyc XIV (1975 J1), natomiast sondy serii

Voyager przekazały na Ziemię obrazy Jowisza i jego najbliższego otocze-
nia, na których David Jewitt i G.Edward Danielson odkryli nowy księżyc
tej planety oznaczony prowizorycznie 1979 J1 , a Stephen P.Synott odna-
lazł na fotografiach jeszcze dwa księżyce, które oznaczono 1979 J2 (Adra-
sthea) i 1979 J3 , czyli liczba księżyców wynosi 16.

SATURN - Odkryto już 20 księżyców!! Ostatnio księżyce 1980 S1 i 1980 S3 zareje-

strowały kamery Pionieera 11, księżyce 1980 S26 , 1980 S27 i 1980 S28
przez kamery Voyagera 1, a księżyc 1980 S25 odkryto w obserwatorium
Flagstaff. Obiekty 1980 S6 i 1980 S13 również odkryto podczas naziem-
nych obserwacji, przy czym istnienie księżyca 1980 S13 zostało potwier-
dzone przez Voyagera 1.
X księżyc zaginął i „odnaleziono” go w 1980 roku jako 1980 S1 i przywró-
cono mu pierwotną nazwę (Janus). Zatem liczbę aktualnie obserwowanych
księżyców Saturna oceniamy jako 17.

URAN - 5 księżyców.
NEPTUN - 2 księżyce.
PLUTON - W 1978 roku James Christy dokonał sensacyjnego odkrycia, którym okazał

się księżyc Plutona (średnica 2000 km), który nazwano Charonem.

W bardzo zamierzchłej przeszłości zauważono, że na tle gwiazd stałych, tworzących na
niebie niezmienne ugrupowania, przesuwa się ruchem złożonym kilka jasnych gwiazd
błądzących. Te „błądzące” ciała niebieskie otrzymały później nazwy planet od greckiego
wyrazu planao - błądzę.

10

00514 Mechanika nieba D – part 4

TEORIA

Temat: 68*

Zagadnienie życia na planetach.

1.

Samo istnienie układu planetarnego nie jest wystarczającym warunkiem do powstania życia -
przynajmniej w naszym rozumieniu. Musi to być prawdopodobnie układ planetarny gwiazdy po-
jedynczej. Powstaje pytanie, ile takich układów jest w Galaktyce ? Z danych statystycznych wyni-
ka, że gwiazdy pojedyncze stanowią niespełna 30 % - a może znaczniej mniej - populacji gwiezd-
nej w Galaktyce. Nie wszystkie jednak gwiazdy pojedyncze mogą być obdarzone planetami. Pod
uwagę należy brać przede wszystkim gwiazdy Ciągu Głównego (należą do nich Słońce i otaczająca
nas większość gwiazd).

Uważa się, że powstawanie układów planetarnych nie jest tak powszechne, jak to sobie wyobra-
ż

ano. Wszystko to zmniejsza znacznie możliwość znalezienia życia we Wszechświecie. Dalsze

ograniczenia wiążą się z pojęciem ekosfery, czyli sfery życia wokół danej gwiazdy. Problemem
tym zajmował się między innymi polski astronom Jan Gadomski (1889 - 1966). Wykazał on w
prostych rozważaniach, że rozległość ekosfery zależy przede wszystkim od temperatury danej
gwiazdy (lecz nie tylko). Na przykład wewnątrz ekosfery Słońca znajdują się - według Gadom-
skiego - trzy planety: Wenus, Ziemia i Mars, przy czym orbita Wenus leży bardzo blisko we-
wnętrznej granicy ekosfery, orbita Marsa - bardzo blisko zewnętrznej granicy i jedynie orbita
Ziemi leży niemal dokładnie pośrodku ekosfery Słońca. To, że tylko na Ziemi istnieje życie skła-
nia do przypuszczeń, iż należałoby nałożyć pojęciu ekosfery bardziej ostre warunki. Chociaż bo-
wiem słuszna jest teza o przeciętności Ziemi jako ciała planetarnego, to jednak o powstaniu życia
n a Ziemi zadecydowało kilka osobliwych właściwości naszej planety, trudnych raczej do powtó-
rzenia gdzie indziej. Jeszcze niekorzystniej przedstawia się sprawa z „psychosferą”. Ponieważ or-
ganizm ludzki znosi dobrze jedynie wąski przedział temperatur, 18 - 22

0

C, należy sądzić, że gra-

nice ekosfery, w której mógłby być zapoczątkowany na danej planecie psychozoik, będą jeszcze
węższe. Te przypuszczenia zostały niedawno udokumentowane przez M. M. Harta, który wykonał
obliczenia modelujące klimat Ziemi w zależności od odległości od Słońca i otrzymał mało pocie-
szające wyniki - ekosfera Słońca jest bardzo wąska, liczy zaledwie kilkanaście milionów kilome-
trów, obejmując tylko i wyłącznie Ziemię. Natomiast, według opinii Dickinsona, cywilizacji pla-
netarnych w naszej Galaktyce może być zaledwie czterysta. Oczywiście przez cały czas mamy na
myśli ekosfery dla białkowych form życia i cywilizacji.

2.

Jeśli orbita żadnej planety nie leży w obszarze ekosfery, to trudno w takim układzie planetarnym
spodziewać się życia. Natomiast, jeśli planeta znajduje się w obszarze ekosfery, to musi spełniać
kilka dodatkowych warunków (nazwanych ostatnio kosmoekologicznymi), aby mogło na niej po-
wstać życie analogiczne do życia ziemskiego. Inna sprawa, że nie można wykluczyć poza białko-
wych form życia, ale na ten temat, jak dotąd nic nie wiemy.

Z powyższych rozważań wynika, że formy życia białkowego muszą być, przynajmniej w naszej galak-

tyce, ogromną rzadkością, a może wręcz unikatowym zjawiskiem.

3.

Chociaż samotność we Wszechświecie zaczyna nam już ciążyć i chętnie nawiązalibyśmy kontakt z
inną cywilizacją (zwłaszcza starszą i mądrzejszą od naszej), to jednak w tej chwili zadaniem pierw-
szoplanowym jest odkrycie pozaziemskich form życia, co pozwoliłoby biologii na dalszy rozwój.
Jak dotąd bowiem biologia nie ma możliwości - w odróżnieniu od astronomii, chemii i fizyki - po-
równywania różnych form życia materii ożywionej, jako że znana jest tylko ziemska forma życia.

4.

Spójrzmy teraz na nasz układ planetarny. śycie nie mogło powstać na gorącym i bezwodnym Mer-
kurym, pozbawionym atmosfery, nie ma również warunków do powstania organizmów w znacze-
niu ziemskim na chłodnych planetach - olbrzymach, na Jowiszu, Saturnie, Uranie i Neptunie. Nie
ma również warunków dla rozwoju życia na pozbawionym wody i atmosfery Księżycu ziemskim.
Spośród planet Układu Słonecznego wchodziłyby więc w rachubę, poza Ziemią - Wenus i Mars.

5.

Z poznanych dotychczas warunków panujących na nich wynika, że nie sprzyjają one rozwojowi
ż

ycia. Wenus otrzymuje wprawdzie dużo energii słonecznej i ma gęstą atmosferę, jednakże tempe-

11

00514 Mechanika nieba D – part 4

TEORIA

ratura jej powierzchni wynosząca prawie 500

0

C sprawia, że stała powierzchnia planety nie stwarza

możliwości powstawania na niej podstawowych komórek. Brak możliwości powstawania podsta-
wowych elementów żywych komórek uniemożliwia fotosyntezę, wskutek czego dwutlenek węgla
nie wchodzi w reakcję z wodą i nie tworzy połączeń organicznych. W tak wysokiej temperaturze,
jaka występuje na powierzchni Wenus, związki białkowe istnieć nie mogą.

6.

Wielkie nadzieje wiązano z kanałami Marsa, widząc w nich objaw działalności istot rozumnych.
Obecnie jednak wiemy, że nie tylko dla rozwoju życia wysoko zorganizowanego, a tym bardziej
rozumnego, nie ma na marsie sprzyjających warunków, ale nawet, że rośliny o niskiej organizacji
znajdują tam trudne warunki dla rozwoju Temperatura na Marsie jest średnio o 40

0

C niższa niż

temperatura na Ziemi; tlenu w atmosferze jest niewiele, również woda występuje w stosunkowo
małych ilościach. Jednakże organizmy mają tak wielką zdolność przystosowawczą, ze problem ist-
nienia życia na Marsie pozostaje nadal otwarty. Natomiast, jeżeli chodzi o istoty rozumne, to nie-
wątpliwie w całym układzie planetarnym istnieją one tylko na Ziemi.

7.

Okazuje się, że zewnętrznie Merkury jest podobny do Księżyca, natomiast jego budowa we-
wnętrzna jest bardziej zbliżona do budowy wewnętrznej Ziemi niż do jakiejkolwiek innej planety.
Ten paradoks nie znalazł na razie wyjaśnienia, chociaż jest to niewątpliwie jeden z poważniejszych
problemów natury i ewolucji planet typu ziemskiego. W dniu 22 października 1976 roku na We-
nus wylądowała radziecka sonda „Wieniera 9” Przekazana transmisja z sondy na Ziemię pokazała,
ż

e powierzchnia Wenus jest dość „normalna”: twardy piasek, grunt, głazy... Tylko to ogromne ci-

ś

nienie, wysoka temperatura i mżący niekiedy kwas siarkowy, nie pozwalają zapomnieć, że to jed-

nak nie jest Ziemia. Jedno jest pewne: Wenus poza rozmiarami i masą, w niczym nie przypomina
Ziemi. Kryje ona w sobie wiele niebezpieczeństw i tajemnic, jest planetą fascynującą i groźną oraz
trudną dostępną. Czeka nas z jej strony jeszcze wiele niespodzianek. Również w 1976 roku na po-
wierzchni Marsa osiadł „Wiking 2”, którego celem było wykrycie chociażby śladów życia. Jednak-
ż

e wielokrotnie przeprowadzane analizy gruntu marsjańskiego nie potrafiły definitywnie rozstrzy-

gnąć tej kwestii. Zachodzące reakcje chemiczne wykazały jedynie, że gleba marsjańska odznacza
się cechami z pogranicza materii nieożywionej i organicznej. Wszelkie problemy rozwiązać może
dopiero lądujący na Czerwonej Planecie (powierzchnia planety jest pokryta czerwonym piaskiem i
kamieniami, nawet niebo ma zabarwienie czerwonawe) załogowy statek kosmiczny. Niedawno
wysunięto nader śmiałą hipotezę, lecz nie tak znowu nieprawdopodobną, o możliwości istnienia
ż

ycia ... na Jowiszu lub raczej w jego atmosferze (trudno bowiem wyobrazić sobie, aby jakakol-

wiek istota żywa wytrzymała potworne ciśnienie wewnątrz planety, przy jednocześnie silnej grawi-
tacji). Rolę wody spełniałby amoniak, rolę tlenu - azot. Jakie byłyby te żywe organizmy istniejące
w niskiej temperaturze (według naszych pojęć), pod wysokim ciśnieniem i w niezmiernie burzli-
wej atmosferze, trudno w tej chwili orzec nie popadając w zbytnią fantazję. Obecność w atmosfe-
rze Jowisza mikroorganizmów podejrzewa m.in. Cyryl Ponnaamperuna, który w obecności wody w
otoczce gazowej Jowisza widzi możliwość powstania w warstwie atmosfery o temperaturze od zera
do kilkunastu stopni Celsjusza życia białkowego.

12

00514 Mechanika nieba D – part 4

TEORIA