Однако мы знаем, что временами в разных местах земного шара происходят грозные явления — извержения вулканов. При этом из недр Земли иногда выбрасывается на поверхность огненно-жидкое вещество; это вещество, изливающееся в виде лавы, получило название магмы[11]. Какая же в действительности наша планета внутри — твёрдая или жидкая?
Мы ещё точно не знаем, какая температура господствует в недрах Земли. Известный советский учёный академик А. Е. Ферсман полагал, что температура земных недр на тысячекилометровой глубине свыше 1000 градусов, а в центральной части Земли доходит до нескольких тысяч градусов. При таких огромных температурах никакое вещество, казалось бы, не может оставаться твёрдым. Не значит ли это, что внутренняя часть Земли жидкая. Оказывается, нет.
Посредством остроумных, очень точных опытов учёным удалось «взвесить» Землю, определить её массу. Это позволило определить среднюю плотность нашей планеты. Выяснилось, что плотность вещества земного шара в пять с половиной раз превышает плотность воды. Это дало возможность вычислить, чему равно давление в центральной части Земли.
Оно оказалось равным примерно полутора миллионам атмосфер. Такое колоссальное давление препятствует плавлению раскалённого вещества в глубинах нашей планеты. Следовательно, основная часть вещества земного шара должна быть твёрдой.
Изучение распространения сейсмических волн, возникающих в результате землетрясений, также подтверждает этот вывод.
Но как же тогда объяснить извержения вулканов? Откуда берётся расплавленная раскалённая лава, изливающаяся из кратеров вулканов во время извержения? Учёные отвечают на этот вопрос так. Земная кора содержит радиоактивные вещества (уран, радий, торий и др.)[12], которые самопроизвольно распадаются и при этом выделяют настолько значительное количество тепла, что в земной коре образуются очаги расплавленного вещества — магмы
Накапливая факты, учёные постепенно, шаг за шагом, пришли к определённым выводам и о строении нашей планеты на больших глубинах.
Многие факты и соображения говорят о том, что центральная часть Земли представляет собой тяжёлое ядро радиусом около 3500 километров. Оно состоит, повидимому, из железа и никеля с незначительной примесью других веществ. Его плотность примерно в 10 раз больше, чем у воды.
Ядро Земли окружено несколькими шаровыми слоями. Первая его оболочка имеет плотность, почти вдвое меньшую, чем самое ядро. Эта оболочка начинается от глубины в 1200 километров. В её состав входят тяжёлые горные породы, богатые железом и магнием. За ней простирается промежуточный слой меньшей плотности.
Наружный, самый верхний слой — земная кора. Средняя её плотность ещё меньше. Она имеет очень сложную структуру.
Большинство элементов, найденных в земной коре, обнаружено также на Солнце и в звёздах. На других планетах солнечной системы также не открыто веществ, которых не было бы на Земле. Всё это говорит о материальном единстве небесных тел[13].
А теперь о строении других планет.
Начнём с планет-гигантов. Изучение четырёх больших планет солнечной системы — Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна — показывает, что все они во многом сходны по своему строению.
Их поверхность, видимая в телескоп, напоминает густой облачный слой. Несомненно, что этот слой представляет собой газообразную оболочку планет. На Юпитере, например, даже в небольшой телескоп можно видеть тёмные и светлые полосы, которые тянутся вдоль экватора планеты, а также светлые и тёмные пятна различного размера (см. рис. 12). Форма этих полос и пятен не остаётся неизменной. Ясно, что это какие-то газовые образования, наподобие наших облаков.
Этот вывод подтверждается таким фактом: наблюдения в телескоп показывают, что разные части Юпитера вращаются вокруг его оси с несколько различной скоростью. Иными словами, планета вращается так, как не может вращаться твёрдое тело.
С помощью особого физического метода исследования — спектрального анализа[14] учёные нашли, что атмосферы всех этих четырёх небесных тел состоят из двух газов — аммиака и метана — соединений, содержащих водород (аммиак — это соединение азота с водородом, а метан — болотный газ — соединение углерода с водородом). Ни кислорода, ни углекислоты, ни водяных паров там не было обнаружено.
При этом замечено, что количество аммиака в атмосферах планет-гигантов уменьшается с удалением от Солнца. Больше всего этого газа на Юпитере, меньше всего у Нептуна. Содержание же метана на этих планетах, наоборот, растёт по мере удаления их от Солнца.
Причина такой закономерности кроется, повидимому, не в том, что на Юпитере действительно много аммиака, а на Нептуне его мало. Дело, по всей вероятности, в другом: температура на поверхности Нептуна значительно ниже, чем на Юпитере; она составляет около 210 градусов мороза. При этих условиях весь аммиак превращается в твёрдое вещество и оседает из атмосферы, и в ней остаётся относительно больше метана.
Другая общая черта планет-гигантов состоит в том, что средняя плотность вещества этих планет сравнительно невелика; она близка к плотности воды. У Сатурна плотность даже значительно меньше плотности воды.
Эти данные, а также некоторые теоретические соображения позволяют учёным судить и о внутреннем строении планет-гигантов.
По предположению советских учёных академика В. Г. Фесенкова и А. Г. Масевич, Юпитер состоит из трёх слоёв. Первый, наружный, слой состоит из обычного водорода; второй слой, лежащий под первым, также состоит из водорода, но так как газ здесь находится под огромным давлением (в сотни тысяч атмосфер), то он очень плотно «упакован», свойства его совсем иные и в некоторых отношениях близки к свойствам жидкости. И, наконец, в центре планеты находится третий слой — её ядро, возможно состоящее из более тяжёлых химических элементов.
По расчётам В. Г. Фесенкова Юпитер почти на 90 процентов состоит из водорода.
Внутреннее строение Сатурна, Урана и Нептуна в основном приблизительно такое же, как и у Юпитера.
При наблюдении в телескоп Сатурн выделяется среди других планет своим кольцом. В сильные телескопы можно рассмотреть три легко различимые его части: внешнее кольцо, среднее и внутреннее. Таким образом, это как бы три кольца, вложенные одно в другое. Самое яркое кольцо — среднее. Диаметр внешнего кольца составляет около 275 тысяч километров.
Кольца Сатурна — удивительное, редкое образование. Астрономы, вооружённые чувствительными приборами и совершенными методами исследования, раскрыли тайну этих колец. Оказалось, что они состоят из роя твёрдых частиц — камней. Каждая из этих частиц движется по своему собственному пути около Сатурна, подобно ничтожно малому спутнику.
Пространство, занятое кольцом, не слишком густо заполнено частицами. Сквозь него можно наблюдать иногда спутников Сатурна и звёзды. Масса же кольца в целом — около одной миллионной массы планеты. Кольца Сатурна прекрасно отражают падающие на них солнечные лучи и поэтому хорошо различимы в телескопы.
11
О вулканах и вулканических извержениях рассказывается в брошюре «Научно-популярной библиотеки» Гостехиздата:
12
О радиоактивных веществах рассказывается в брошюре «Научно-популярной библиотеки» Гостехиздата:
13
О химических элементах см в книжке «Научно-популярной библиотеки» Гостехиздата:
14
О спектральном анализе рассказывается в ряде книжек «Научно-популярной библиотеки» Гостехиздата; см., например, брошюру: С. Г. Суворов, О чём говорит луч света.