Давайте разберемся, как же ученые «взвесили» Землю. Для этого они взяли большой груз, подвесили его, замерив точное положение. Затем к подвешенному грузу приблизили целую тонну металла. Груз и металл начали притягиваться друг к другу. Груз немного отклонился от своего первоначального положения (величина отклонения составляет примерно одну миллионную часть сантиметра. Вот почему измерения нужно делать с особой точностью).
Определив величину отклонения груза, ученые смогли приступить к вычислению веса Земли. Для этого необходимо узнать силу притяжения между Землей и грузом и между металлом и грузом. Относительная разница между двумя показателями и даст нам массу Земли.
Из чего состоит земная масса? Поверхность Земли покрыта корой из твердой породы, под ней расположена земная мантия, также состоящая из твердой порода, а в самой середине находится ядро планеты. Температура в центре Земли очень высока, поэтому ядро состоит из расплавленных веществ.
Как ученые узнали, что находится в центре Земли?
Ни один ученый, ни один специальный прибор не может добраться до центра Земли. Но как же люди узнали, что находится в самом сердце нашей планеты?
Прежде всего, человечество стало накапливать знания о строении земного шара, изучая вулканические извержения. Из иных недр высвобождается горячий газ, выбрасываются расплавленные камни. Все это свидетельствует о том, что температура в центре Земли очень высокая. Другой способ – изучение землетрясений. Картина сейсмических волн, сотрясающих Землю, - своеобразный рентгеновский снимок строения нашей планеты.
Если землетрясение сравнить с камнем, брошенным в воду, то круги на воде очень напоминают сейсмические волны, разбегающиеся от центра во всех направлениях. Но Земля не состоит из одних и тех же веществ, как вода. Поэтому скорость распространения сейсмических волн зависит от состава горных пород. Наталкиваясь на твердые образования, такие волны могут менять направление. С помощью очень чувствительных приборов ученые исследуют сейсмические волны и так узнают о строении Земли.
Ученые заметили, что приблизительно на глубине 2800 км волны двигаются совсем не так, как на небольшом расстоянии от земной поверхности. Одни сейсмические волны резко меняют направление своего движения, другие – неожиданно исчезают.
Регистрируют сейсмические волны сейсмические станции, расположенные вокруг эпицентра землетрясения. Но волны отмечаются работниками станции отнюдь не всегда в одно и то же время. Частично это объясняется тем, что состав породы, приводимой в движение колебаниями волн, неодинаков. Вот почему, изучая поведение сейсмических волн, можно познакомиться и со строением земного шара.
Итак, из чего состоит наша планета? Самый верхний слой, земная кора, «слеплен» из твердой породы. Толщина земной коры не везде одинакова. На материках она достигает 60 – 70 км, а под океанами – 5 км. Под земной корой расположена мантия, которая также состоит из твердой породы. Толщина мантии – примерно 2900 км. В центре находится ядро Земли. Снаружи ядро состоит из расплавленных веществ, в основном железа и никеля. Внутреннее ядро состоит из затвердевшего сплава металлов, (рис. 2, 3).
Всегда ли Земля находится на одинаковом расстоянии от Солнца?
Знаете ли вы, почему зимой холодно, а летом жарко? Смена времен года вызвана изменением положения земной оси относительно Солнца. Это происходит во время вращения Земли вокруг небесного светила. Отклонение земной оси незначительно, если учитывать то громадное расстояние, что отделяет Землю от Солнца. Именно из-за этих небольших отклонений летом мы греемся на солнышке, а зимой кутаемся в теплые шубы.
Стоило бы Земле только немножко отойти от Солнца, и мы бы все превратились в сосульки. А если бы наша планета еще на шаг приблизилась к Солнцу, мы бы расплавились от жары. Поэтому Земля практически всегда находится на практически одинаковом расстоянии от Солнца, которое равняется примерно 149 миллионов километров.
Что же касается других планет Солнечной системы, то их орбиты отнюдь не похожи на почти правильный круг, как орбита Земли, и потому на протяжении года расстояние планет от Солнца значительно изменяется, (см. рис.5).
Почему мы не чувствуем, как вращается наша планета?
Когда-то, давным-давно считалось, что Земля стоит на месте, а вокруг нее движутся Солнце, Луна и звезды. С первого взгляда может показаться, что дело именно так и обстоит, потому что никто не чувствует, как вращается Земля. Ведь если бы она двигалась, то наверняка ничто не смогло бы удержаться на поверхности Земли, а уж вода морей и океанов давно бы захлестнула сушу.
Сегодня мы твердо знаем, что Земля вращается. Во-первых, вокруг Солнца. Во-вторых, вокруг собственной оси. Не только мы передвигаемся вместе с Землей. Вместе с нами движется и атмосфера. Потому-то и создается впечатление, что мы стоим на месте. Сила земного притяжения не позволяет водам океанов и морей выйти из своих берегов. Она же притягивает все предметы к земной поверхности.
С явлениями, вызванными движением Земли, мы встречаемся каждый день, но просто не догадываемся, что это значит. Вращение Земли вызывает смену дня и ночи. Если бы Земля стояла на месте, то на стороне планеты, повернутой к Солнцу, всегда было бы светло и никогда не наступала ночь, а на другой, наоборот, никогда не наступало утро, и людям пришлось бы жить в полной темноте. Но Земля, вращаясь вокруг своей оси, подставляет небесному светилу то одну свою сторону, то другую. Смена дня и ночи происходит каждые 24 часа. Именно столько времени требуется Земле, чтобы сделать один оборот вокруг собственной оси.
Движение Земли вокруг Солнца нельзя непосредственно почувствовать, хотя это явление оказывает огромное воздействие на всю нашу жизнь. Вращение Земли вокруг Солнца – причина смены времен года, а наша жизнь во многом зависит от этого. Земля совершает один виток вокруг Солнца за 365 ¼ дня, что, собственно, и называется годом. Годами мы измеряем историю Земли, продолжительность человеческой жизни.
Отклонение Земли от условной вертикальной оси на 23,5 градуса влияет на смену времен года. Каждый полюс Земли поочередно поворачивается к Солнцу. Поэтому-то Северное полушарие в течение шести месяцев согревается Солнцем, получая больше солнечного света и тепла, чем Южное. То, наоборот, в Южном полушарии наступает лето, греет Солнце, излучая яркий, столь нужный для всего живого свет, а в Северном полушарии в это время из-за недостатка солнечного тепла сначала наступает осень, ее сменяет холодная снежная зима.
Единственный спутник Земли – Луна.
Физические условия на Луне, как и на любом другом небесном теле, в значительной мере определяются ее массой и размерами. Сила тяжести на поверхности Луны в шесть раз меньше, чем на поверхности Земли, поэтому молекулам газа гораздо легче, чем на Земле, преодолеть силу тяжести и улететь в космическое пространство. Этим и объясняется отсутствие на нашем естественном спутнике атмосферы и гидросферы.
Условия на поверхности тел планетного типа, к числу которых относится и Луна, определяется также потоком энергии, приходящим от Солнца (или из недр планеты). Отсутствие у Луны атмосферы и большая продолжительность дня и ночи (лунные сутки составляют около 99 земных суток) приводят к резким температурным колебаниям на ее поверхности: от +120°С в подсолнечной точке до -170°С в диаметрально противоположной. Речь, разумеется, идет о температуре вещества самой поверхности, так называемого реголита. Теплопроводность этого мелкораздробленного вещества крайне мала, поэтому-то лунная поверхность быстро нагревается и быстро остывает в течение лунных суток, а на глубине порядка метра суточные колебания температуры практически отсутствуют.
Основной причиной дробления поверхностных пород Луны является падение на ее поверхность метеоритных и других, более мелких, тел из космического пространства. Из-за отсутствия атмосферы эти тела до удара о лунную поверхность сохраняют скорость порядка Десятов километров в секунду. Отсутствие газовой оболочки вокруг Луны обусловливает также особые механические свойства реголита: слипание отдельных частиц (из-за отсутствия у них оксидных пленок) в пористые скопления. Как описывают астронавты, побывавшие на Луне, и как показывают снимки следов луноходов, это вещество по своим физико-химическим свойствам (размер частиц, прочность и т. д.) похоже на мокрый песок.
По своему рельефу лунная поверхность делится на два типа, что видно на карте Луны (рис. 6): материки, наблюдаемые с Земли как светлые области, и моря, видимые как более темные участки. Заметим, что в этих морях нет и капли воды. Эти области отличаются, как мы теперь знаем, по внешнему виду, по геологической истории и по химическому составу. Наиболее типичной формой лунного рельефа являются кратеры самого различного размера. Диаметр самых крупных кратеров 200 км, а те кратеры-лунки, которые заметны на панорамах лунной поверхности, имеют в диаметре несколько сантиметров. Самые же мелкие кратеры видны на отдельных частицах лунного грунта (реголита) при их исследовании под микроскопом.
Формы рельефа лунных морей более разнообразны. Здесь мы видим валы, растянувшиеся на сотни километров по их поверхности, некогда покрытой жидкой лавой, которая затопила древние кратеры. На окраинах морей, да и в других частях лунной поверхности заметны трещины, по которым происходит смещение коры. При этом иногда образуются горы сбросового типа. Складчатые горы, как типичные для нашей планеты, на Луне не встречаются. Все эти формы рельефа можно хорошо увидеть при наблюдениях Луны в телескоп.