Планеты Солнечной системы

43

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ: «КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ»

Планеты солнечной системы

Содержание

Введение

Глава I. Солнечная система

1.1. Формирование Солнечной системы

1.2. Солнце

ГлаваII. Планеты Солнечной системы

2.1. Меркурий

2.2 Венера, Земля и её спутник Луна

2.3 Марс и его спутники

2.4 Юпитер и его спутники

2.5 Сатурн и его спутники

2.6 Уран и его спутники

2.7 Нептун

2.8 Плутон

2.9 Поиск планет в Солнечной системе

Глава III. Сравнительный анализ планет Солнечной системы

Заключение

Список литературы

Введение

Солнечная система включает в себя Солнце и обращающиеся вокруг него небесные тела - 9 планет, более 63 спутников, четыре системы колец у планет-гигантов, десятки тысяч астероидов, несметное количество метеороидов размером от валунов до пылинок, а также миллионы комет. В пространстве между ними движутся частицы солнечного ветра - электроны и протоны. Объекты Солнечной системы с точки зрения их внутреннего строения можно разделить на 4 категории: кометы, малые тела, планеты земного типа, газовые гиганты. Кометы - простые ледяные тела с особым составом и историей. К категории малых тел относят все прочие небесные объекты с радиусами менее 200 км: межпланетные пылинки, частицы планетных колец, малые спутники и большинство астероидов. За время эволюции Солнечной системы все они потеряли тепло, выделившееся в ходе первичной аккреции, и остыли, не имея достаточного размера, чтобы нагреться из-за происходящего в них радиоактивного распада. Планеты земного типа весьма разнообразны: от «железного» Меркурия до загадочной ледяной системы Плутон - Харон. К категории газовых гигантов помимо крупнейших планет по формальным признакам иногда относят и Солнце.

Солнце - рядовая звезда среднего размера и среднего возраста. Это горячий газовый шар диаметром 1 390 000 км и массой в 333 000 раз больше Земли, состоящий в основном из водорода. В его центре, где давление в миллиард раз больше давления воздуха у поверхности Земли, а температура 13 000 000 К, термоядерные реакции превращают водород в гелий с выделением огромной энергии. Эта энергия постепенно достигает более холодной (5800 К) солнечной поверхности и покидает её в виде излучения и сверхзвуковых потоков заряженных и нейтральных частиц, называемых солнечным ветром. После того, как 4,5 млрд. лет назад в результате гравитационного коллапса родительской туманности сформировалось Солнце, из других достаточно массивных уплотнений солнечного вещества образовались большие планеты Солнечной системы. Вблизи некоторых из формирующихся планет подобные же процессы привели к возникновению спутников - лун. У близких к Солнцу планет сформировались массивные металлические ядра, покрытые каменистой оболочкой. Земля, Марс и, возможно, Венера имели океаны, но только у Земли он сохранился. Большинство из планет тёплой внутренней части Солнечной системы сохранило свои атмосферы. Во внешней холодной области Солнечной системы образовались гигантские газовые планеты, окружённые множеством спутников с металлическими и каменными ядрами, покрытыми ледяной оболочкой. Все внешние планеты имеют системы колец, состоящих из движущихся по орбитам частиц пыли и льда, но только у Сатурна эти кольца так велики, что их можно увидеть даже в небольшой телескоп. Все планеты обращаются вокруг Солнца, а большинство их спутников - вокруг своих планет в одном и том же направлении и в плоскостях, лишь на несколько градусов отстоящих от плоскости орбиты Земли - эклиптики.

Цель данной работы - подробно рассмотреть процессы эволюции, строение и качественные характеристики планет Солнечной системы, а также провести их сравнительный анализ на основе ряда важных качественных признаков.

Глава I. Солнечная система

Солнечная система включает в себя Солнце и обращающиеся вокруг него небесные тела - 9 планет, более 63 спутников, четыре системы колец у планет-гигантов, десятки тысяч астероидов, несметное количество метеороидов размером от валунов до пылинок, а также миллионы комет. В пространстве между ними движутся частицы солнечного ветра - электроны и протоны. Почти вся масса Солнечной системы (99,87%) сосредоточена в Солнце. Солнце - обычная звезда, которая светит самостоятельно за счет высокой температуры поверхности. Планеты же светят отраженным солнечным светом (альбедо), поскольку сами довольно холодны. Они расположены в следующем порядке от Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Планеты обращаются вокруг Солнца по почти круговым орбитам, лежащим приблизительно в одной плоскости, в направлении против часовой стрелки, если смотреть со стороны северного полюса Земли. Все планеты Солнечной системы движутся в прямом направлении; наибольший наклон орбиты у Плутона (17°). Многие кометы движутся в обратной направлении, например, наклон орбиты кометы Галлея 162°. Расстояния в Солнечной системе принято измерять в единицах среднего расстояния Земли от Солнца, называемого астрономической единицей (1 а.е. = 149,6 млн. км). Например, среднее расстояние Плутона от Солнца 39 а.е., но иногда он удаляется на 49 а.е.

1.1 Формирование Солнечной системы

Вопрос о том, как образовалась Солнечная система, пожалуй, наиболее трудный в планетологии. Для ответа на него пока мало данных, которые помогли бы восстановить протекавшие в ту далекую эпоху сложные физические и химические процессы. Теория формирования Солнечной системы должна объяснить множество фактов, включая её механическое состояние, химический состав и данные изотопной хронологии. Планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении, по почти круговым орбитам, лежащим почти в одной плоскости. Большинство из них вращается вокруг своей оси в том же направлении, что и Солнце. Всё это указывает, что предшественником Солнечной системы был вращающийся диск, который естественно образуется при сжатии самогравитирующей системы с сохранением момента импульса и следующим из этого увеличением угловой скорости. Солнце содержит в себе 99% массы Солнечной системы, но только около 1% её момента импульса. Теория должна объяснить, почему большая часть массы системы сосредоточена в Солнце, а подавляющая часть момента импульса - во внешних планетах. Имеющиеся теоретические модели формирования Солнечной системы указывают, что вначале Солнце вращалось значительно быстрее, чем сейчас. Затем момент импульса от молодого Солнца передался внешним частям Солнечной системы; астрономы полагают, что гравитационные и магнитные силы затормозили вращение Солнца и ускорили движение планет. Уже два века известно приблизительное правило регулярного распределения планетных расстояний от Солнца (правило Тициуса - Боде), но объяснения ему нет. В системах спутников внешних планет прослеживаются те же закономерности, что и в планетной системе в целом; вероятно, процессы их формирования имели много общего. В Солнечной системе наблюдается сильный градиент (различие) химического состава: близкие к Солнцу планеты и спутники состоят из тугоплавких материалов, а в составе далеких тел много летучих элементов. Это означает, что в эпоху формирования Солнечной системы существовал большой градиент температуры. Современные астрофизические модели химической конденсации предполагают, что исходный состав протопланетного облака был близок к составу межзвездной среды и Солнца: по массе до 75% водорода, до 25% гелия и менее 1% всех прочих элементов. Эти модели успешно объясняют наблюдаемые вариации химического состава в Солнечной системе. О химическом составе далёких объектов можно судить на основании значения их средней плотности, а также по спектрам их поверхности и атмосферы. Изотопный состав метеоритов указывает, что формирование Солнечной системы происходило 4,6 ± 0,1 млрд. лет назад и длилось не более 100 млн. лет. Аномалии изотопов неона, кислорода, магния, алюминия и др. элементов свидетельствуют, что в процессе коллапса межзвездного облака, породившего Солнечную систему, в него попали продукты взрыва близкой сверхновой звезды. Научные теории формирования Солнечной системы можно разделить на три категории: приливные, аккреционные и небулярные. Последние привлекают сейчас наибольший интерес. Приливная теория, по-видимому, впервые предложенная Бюффоном (1707-1788 гг.), непосредственно не связывает между собой формирование звезды и планет. Предполагается, что пролетевшая мимо Солнца другая звезда путём приливного взаимодействия вытянула из него (или из себя) струю вещества, из которого сформировались планеты.

Эта идея сталкивается с множеством физических проблем; например, выброшенное звездой горячее вещество должно распыляться, а не конденсироваться. Сейчас приливная теория непопулярна, поскольку не может объяснить механические особенности Солнечной системы и представляет её рождение как случайное и крайне редкое событие. Аккреционная теория предполагает, что молодое Солнце захватило вещество будущей планетной системы, пролетая сквозь плотное межзвездное облако. Действительно, молодые звезды обычно встречаются вблизи крупных межзвездных облаков. Однако в рамках аккреционной теории трудно объяснить градиент химического состава в планетной системе. Наиболее разработана и общепринята сейчас небулярная гипотеза, предложенная Кантом в конце 18 в. Её основная идея состоит в том, что Солнце и планеты формировались одновременно из единого вращающегося облака. Сжимаясь, оно превратилось в диск, в центре которого образовалось Солнце, а на периферии - планеты. Эта идея отличается от гипотезы Лапласа, согласно которой сначала из облака сформировалось Солнце, а затем по мере его сжатия центробежная сила отрывала с экватора газовые кольца, сконденсировавшиеся позже в планеты. Гипотеза Лапласа сталкивается с трудностями физического характера, которые не удаётся преодолеть уже 200 лет. Наиболее удачный современный вариант небулярной теории создал А. Камерон с коллегами. В их модели протопланетная туманность была примерно вдвое массивнее нынешней планетной системы. В течение первых 100 млн. лет формировавшееся Солнце активно выбрасывало из неё вещество. Такое поведение характерно для молодых звезд, которые по имени прототипа называют звездами типа Т Тельца. Распределение давления и температуры вещества туманности в модели Камерона хорошо согласуется с градиентом химического состава Солнечной системы. Таким образом, наиболее вероятно, что Солнце и планеты сформировались из единого сжимающегося облака. В центральной его части, где плотность и температура были выше, сохранились только тугоплавкие вещества, а на периферии сохранились и летучие; этим объясняется градиент химического состава. В соответствии с этой моделью формирование планетной системы должно сопровождать раннюю эволюцию всех звезд типа Солнца.

1.2 Солнце

Солнце расположено в центре Солнечной системы. Это типичная одиночная звезда радиусом около 700 000 км и массой 2Ч10³⁰ кг. Температура видимой поверхности Солнца - фотосферы - ок. 5800 К. Плотность газа в фотосфере в тысячи раз меньше плотности воздуха у поверхности Земли. Внутри Солнца температура, плотность и давление увеличиваются с глубиной, достигая в центре соответственно 16 млн. К, 160 г/см³ и 3,5Ч10¹¹ бар (давление воздуха в комнате ок. 1 бар). Под влиянием высокой температуры в ядре Солнца водород превращается в гелий с выделением большого количества тепла; это удерживает Солнце от сжатия под действием собственной силой тяжести. Выделяющаяся в ядре энергия покидает Солнце в основном в виде излучения фотосферы с мощностью 3,86Ч10²⁶ Вт. С такой интенсивностью Солнце излучает уже 4,6 млрд. лет, переработав за это время 4% своего водорода в гелий; при этом 0,03% массы Солнца превратилось в энергию. Модели эволюции звезд указывают, что Солнце сейчас находится в середине своей жизни. Чтобы определить содержание различных химических элементов на Солнце, астрономы изучают линии поглощения и излучения в спектре солнечного света. Линии поглощения - это темные промежутки в спектре, указывающие на отсутствие в нем фотонов данной частоты, поглощенных определенным химическим элементом. Линии излучения, или эмиссионные линии, - это более яркие участки спектра, указывающие на избыток фотонов, излучаемых каким-либо химическим элементом. Частота (длина волны) спектральной линии указывает, какой атом или молекула ответственны за её возникновение; контраст линии свидетельствует о количестве излучающего или поглощающего свет вещества; ширина линии позволяет судить о его температуре и давлении. Изучение тонкой (500 км) фотосферы Солнца позволяет оценить химический состав его недр, поскольку наружные области Солнца хорошо перемешаны конвекцией, спектры Солнца имеют высокое качество, а ответственные за них физические процессы вполне понятны. Однако нужно отметить, что до сих пор идентифицирована лишь половина линий в солнечном спектре. В составе Солнца преобладает водород. На втором месте - гелий, название которого («гелиос» по-гречески «Солнце») напоминает, что он был открыт спектроскопически на Солнце раньше (1899 г.), чем на Земле. Поскольку гелий - инертный газ, он крайне неохотно вступает в реакции с другими атомами и также неохотно проявляет себя в оптическом спектре Солнца - всего одной линией, хотя многие менее обильные элементы представлены в спектре Солнца многочисленными линиями. Состав «солнечного» вещества: на 1 млн. атомов водорода приходится 98 000 атомов гелия, 851 кислорода, 398 углерода, 123 неона, 100 азота, 47 железа, 38 магния, 35 кремния, 16 серы, 4 аргона, 3 алюминия, по 2 атома никеля, натрия и кальция, а также чуть-чуть всех прочих элементов. Таким образом, по массе Солнце примерно на 71% состоит из водорода и на 28% из гелия; на долю остальных элементов приходится чуть более 1%.

Подобно тому, как погодные явления изменяют внешний вид планетных атмосфер, вид солнечной поверхности тоже меняется с характерным временем от часов до десятилетий. Однако имеется важное различие между атмосферами планет и Солнца, которое состоит в том, что движение газов на Солнце контролирует его мощное магнитное поле. Солнечные пятна - это те области поверхности светила, где вертикальное магнитное поле настолько велико (200-3000 Гс), что препятствует горизонтальному движению газа и тем самым подавляет конвекцию. В результате температура в этой области опускается примерно на 1000 К, и возникает темная центральная часть пятна - «тень», окруженная более горячей переходной областью - «полутенью». Размер типичного солнечного пятна чуть больше диаметра Земли; существует такое пятно несколько недель. Количество пятен на Солнце то увеличивается, то уменьшается с продолжительностью цикла от 7 до 17 лет, в среднем 11,1 года. Обычно чем больше пятен появляется в цикле, тем короче сам цикл. Направление магнитной полярности пятен меняется на противоположное от цикла к циклу, поэтому истинный цикл пятнообразовательной активности Солнца составляет 22,2 года. В начале каждого цикла первые пятна появляются на высоких широтах, ок. 40°, и постепенно зона их рождения смещается к экватору до широты ок. 5°. Колебания активности Солнца почти не отражаются на полной мощности его излучения (если бы она изменилась всего на 1%, это привело бы к серьезным переменам климата на Земле). Было немало попыток найти связь между циклами солнечных пятен и климатом Земли. Самое замечательное в этом смысле событие - «минимум Маундера»: с 1645 г. в течение 70 лет на Солнце почти не было пятен, и в это же время Земля пережила Малый ледниковый период. До сих пор не ясно, был ли этот удивительный факт простым совпадением или он указывает на причинную связь. В Солнечной системе 5 огромных вращающихся водородо-гелиевых шаров: Солнце, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. В недрах этих гигантских небесных тел, недоступных для прямого исследования, сосредоточено почти всё вещество Солнечной системы. Под конвективной зоной, занимающей внешние 14% радиуса Солнца, вещество вращается синхронно с периодом 27 сут. Выше, в самой конвективной зоне вращение происходит синхронно только вдоль конусов равной широты и чем дальше от экватора, тем медленнее: экваториальные области вращаются с периодом 25 сут. (опережают среднее вращение Солнца), а полярные - с периодом 36 сут. (отстают от среднего вращения). Над фотосферой Солнца располагается тонкий горячий слой атмосферы, который можно увидеть только в редкие моменты солнечных затмений. Это хромосфера толщиной в несколько тысяч километров, названная так за свой красный цвет, обязанный линии излучения водорода H_a. Температура почти удваивается от фотосферы до верхних слоев хромосферы, из которых по не совсем понятной причине покидающая Солнце энергия выделяется в виде тепла. Над хромосферой газ нагрет до 1 млн. К. Эта область, названная короной, простирается примерно на 1 радиус Солнца. Плотность газа в короне очень низка, но температура настолько велика, что корона является мощным источником рентгеновских лучей. Иногда в атмосфере Солнца возникают гигантские образования - эруптивные протуберанцы. Они похожи на арки, вздымающиеся из фотосферы на высоту до половины солнечного радиуса. Наблюдения ясно указывают, что форма протуберанцев определяется силовыми линиями магнитного поля. Еще одно интересное и чрезвычайно активное явление - это солнечные вспышки, мощные выбросы энергии и частиц продолжительностью до двух часов. Порожденный такой солнечной вспышкой поток фотонов достигает Земли со скоростью света за 8 мин, а поток электронов и протонов - за несколько суток. Солнечные вспышки происходят в местах резкого изменения направления магнитного поля, вызванного движением вещества в солнечных пятнах. Максимум вспышечной активности Солнца обычно наступает за год до максимума пятнообразовательного цикла. Такая предсказуемость очень важна, ибо шквал заряженных частиц, рожденных мощной солнечной вспышкой, может повредить даже наземные средства связи и энергетические сети, не говоря уже о космонавтах и космической технике.

Из плазменной короны Солнца происходит постоянный отток заряженных частиц, называемый солнечным ветром. О его существовании догадывались еще до начала космических полетов, поскольку заметно было, как что-то «сдувает» кометные хвосты. В солнечном ветре выделяют три составляющие: высокоскоростной поток (более 600 км/с), низкоскоростной поток и нестационарные потоки от солнечных вспышек. Рентгеновские изображения Солнца показали, что в короне регулярно образуются огромные «дыры» - области пониженной плотности. Эти корональные дыры служат главным источником высокоскоростного солнечного ветра. В районе орбиты Земли типичная скорость солнечного ветра около 500 км/с, а плотность - около 10 частиц (электронов и протонов) в 1 см³. Поток солнечного ветра взаимодействует с магнитосферами планет и хвостами комет, заметно влияя на их форму и происходящие в них процессы.

Глава II. Планеты Солнечной системы

С точки зрения земного наблюдателя планеты Солнечной системы делят на две группы. Меркурий и Венеру, которые ближе к Солнцу, чем Земля, называют нижними (внутренними) планетами, а более далёкие (от Марса до Плутона) - верхними (внешними). У нижних планет существует предельный угол удаления от Солнца: 28° у Меркурия и 47° у Венеры. Когда такая планета максимально удалена к западу (востоку) от Солнца, говорят, что она находится в наибольшей западной (восточной) элонгации. Когда нижняя планета видна прямо перед Солнцем, говорят, что она находится в нижнем соединении; когда прямо за Солнцем - в верхнем соединении. Подобно Луне, эти планеты проходят через все фазы освещения Солнцем в течение синодического периода P_s - времени, за которое планета возвращается к исходному положению относительно Солнца с точки зрения земного наблюдателя. Истинный орбитальный период планеты (P) называют сидерическим. Для нижних планет эти периоды связаны соотношением: 1/P_s = 1/P - 1/P_o , где P_o - орбитальный период Земли. Для верхних планет подобное соотношение имеет другой вид: 1/P_s = 1/P_o - 1/P. Для верхних планет характерен ограниченный диапазон фаз. Максимальный фазовый угол (Солнце-планета-Земля) у Марса 47°, у Юпитера 12°, у Сатурна 6°. Когда верхняя планета видна за Солнцем, она находится в соединении, а когда в противоположном Солнцу направлении - в противостоянии. Планета, наблюдаемая на угловом расстоянии 90° от Солнца, находится в квадратуре (восточной или западной). Пояс астероидов, проходящий между орбитами Марса и Юпитера, делит планетную систему Солнца на две группы. Внутри него располагаются планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля и Марс), схожие тем, что это небольшие, каменистые и довольно плотные тела: их средние плотности от 3,9 до 5,5 г/см³. Они сравнительно медленно вращаются вокруг осей, лишены колец и имеют мало естественных спутников: земную Луну и марсианские Фобос и Деймос. Вне пояса астероидов находятся планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Для них характерны большие радиусы, низкая плотность (0,7-1,8 г/см³) и глубокие атмосферы, богатые водородом и гелием. Юпитер, Сатурн и, возможно, другие гиганты лишены твердой поверхности. Все они быстро вращаются, имеют много спутников и окружены кольцами. Далекий маленький Плутон и крупные спутники планет-гигантов во многом схожи с планетами земной группы. Древние люди знали планеты, видимые невооруженным глазом, т.е. все внутренние и внешние вплоть до Сатурна. В. Гершель открыл в 1781 году Уран. Первый астероид обнаружил Дж. Пиацци в 1801 году. Анализируя отклонения в движении Урана, У. Леверье и Дж. Адамс теоретически открыли Нептун; на вычисленном месте его обнаружил И. Галле в 1846 году. Самую далёкую планету - Плутон - открыл в 1930 году К. Томбо в результате длительных поисков занептуновой планеты, организованных П. Ловеллом. Четыре больших спутника Юпитера обнаружил Галилей в 1610 году. С тех пор при помощи телескопов и космических зондов у всех внешних планет найдены многочисленные спутники. Х. Гюйгенс в 1656 году установил, что Сатурн окружен кольцом. Темные кольца Урана были открыты с Земли в 1977 году при наблюдении покрытия звезды. Прозрачные каменные кольца Юпитера обнаружил в 1979 году межпланетный зонд «Вояджер-1». С 1983 года в моменты покрытия звёзд отмечались признаки неоднородных колец у Нептуна; в 1989 году изображение этих колец было передано «Вояджером-2».

2.1 Меркурий

С Земли наблюдать Меркурий в телескоп сложно: он не удаляется от Солнца на угол более 28°. Его изучали при помощи радиолокации с Земли, а межпланетный зонд «Маринер-10» сфотографировал половину его поверхности. Вокруг Солнца Меркурий обращается за 88 земных суток по довольно вытянутой орбите с расстоянием от Солнца в перигелии 0,31 а.е. и в афелии 0,47 а.е. Вокруг оси он вращается с периодом 58,6 сут., в точности равным 2/3 орбитального периода, поэтому каждая точка его поверхности поворачивается к Солнцу лишь один раз за 2 меркурианских года, т.е. солнечные сутки там длятся 2 года. Из больших планет меньше Меркурия лишь Плутон. Но по средней плотности Меркурий находится на втором месте после Земли. Вероятно, у него большое металлическое ядро, составляющее 75% радиуса планеты (у Земли оно занимает 50% радиуса). Поверхность Меркурия подобна лунной: темная, абсолютно сухая и покрытая кратерами. Средний коэффициент отражения света (альбедо) поверхности Меркурия около 10%, примерно как у Луны. Вероятно, его поверхность тоже покрыта реголитом - спёкшимся раздробленным материалом. Крупнейшее ударное образование на Меркурии - бассейн Калорис размером 2000 км, напоминающий лунные моря. Однако в отличие от Луны на Меркурии есть своеобразные структуры - протянувшиеся на сотни километров уступы высотой в несколько километров. Возможно, они образовались в результате сжатия планеты при остывании ее большого металлического ядра или под действием мощных солнечных приливов. Температура поверхности планеты днем около 700 К, а ночью около 100 К. По данным радиолокации, на дне полярных кратеров в условиях вечной темноты и холода, возможно, лежит лед.

У Меркурия практически нет атмосферы - лишь крайне разреженная гелиевая оболочка с плотностью земной атмосферы на высоте 200 км. Вероятно, гелий образуется при распаде радиоактивных элементов в недрах планеты. У Меркурия есть слабое магнитное поле и нет спутников.

2.2 Венера

Это вторая от Солнца и ближайшая к Земле планета - самая яркая «звезда» на нашем небе; порой она видна даже днём. Венера во многом похожа на Землю: её размер и плотность лишь на 5% меньше, чем у Земли; вероятно, и недра Венеры похожи на земные. Поверхность Венеры всегда закрыта толстым слоем желтовато-белых облаков, но с помощью радаров она исследована довольно подробно. Вокруг оси Венера вращается в обратном направлении (по часовой стрелке, если смотреть с северного полюса) с периодом 243 земных суток. Её орбитальный период 225 сут.; поэтому венерианские сутки (от восхода до следующего восхода Солнца) длятся 116 земных суток. Атмосфера Венеры состоит в основном из углекислого газа (CO₂), а также небольшого количества азота (N₂) и паров воды (H₂O). В виде малых примесей обнаружены соляная кислота (HCl) и плавиковая кислота (HF). Давление у поверхности 90 бар (как в земных морях на глубине 900 м); температура около 750 К по всей поверхности и днём, и ночью. Причина столь высокой температуры у поверхности Венеры в том, что не совсем точно называют «парниковым эффектом»: солнечные лучи сравнительно легко проходят сквозь облака её атмосферы и нагревают поверхность планеты, но тепловое инфракрасное излучение самой поверхности выходит сквозь атмосферу обратно в космос с большим трудом. Облака Венеры состоят из микроскопических капелек концентрированной серной кислоты (H₂SO₄). Верхний слой облаков удалён от поверхности на 90 км, температура там ок. 200 К; нижний слой - на 30 км, температура ок. 430 К. Ещё ниже так жарко, что облаков нет. Разумеется, на поверхности Венеры нет жидкой воды. Атмосфера Венеры на уровне верхнего облачного слоя вращается в том же направлении, что и поверхность планеты, но значительно быстрее, совершая оборот за 4 сут. Днём поверхность планеты освещена рассеянным солнечным светом примерно с такой интенсивностью, как в пасмурный день на Земле. Ночью на Венере замечено много молний. В отличие от Земли на Венере нет чётко выраженных континентальных плит, но отмечается несколько глобальных возвышенностей, например, земля Иштар размером с Австралию. На поверхности Венеры множество метеоритных кратеров и вулканических куполов. Очевидно, кора Венеры тонка, так что расплавленная лава подходит близко к поверхности и легко изливается на неё после падения метеоритов. Поскольку дождей и сильных ветров у поверхности Венеры не бывает, эрозия поверхности происходит очень медленно, и геологические структуры остаются доступными для наблюдения из космоса сотни миллионов лет. О внутреннем строении Венеры известно мало. Вероятно, у неё есть металлическое ядро, занимающее 50% радиуса. Но магнитного поля у планеты нет вследствие её очень медленного вращения. Нет у Венеры и спутников.

2.3 Земля и её спутник Луна

Наша планета - единственная, у которой большая часть поверхности (75%) покрыта жидкой водой. Земля - активная планета и, возможно, единственная, у которой обновление поверхности обязано процессам тектоники плит, проявляющим себя срединно-океаническими хребтами, островными дугами и складчатыми горными поясами. Распределение высот твёрдой поверхности Земли бимодальное: средний уровень океанического дна на 3900 м ниже уровня моря, а континенты в среднем возвышаются над ним на 860 м. Сейсмические данные указывают на следующее строение земных недр: кора (30 км), мантия (до глубины 2900 км), металлическое ядро. Часть ядра расплавлена; там генерируется земное магнитное поле, которое улавливает заряженные частицы солнечного ветра (протоны и электроны) и формирует вокруг Земли две заполненные ими тороидальные области - радиационные пояса (пояса Ван-Аллена), локализованные на высотах 4000 и 17 000 км от поверхности Земли. Атмосфера Земли состоит на 78% из азота и на 21% из кислорода; это результат длительной эволюции под влиянием геологических, химических и биологических процессов. Возможно, первичная атмосфера Земли была богата водородом, который затем улетучился. Дегазация недр наполнила атмосферу углекислым газом и водяным паром. Но пар сконденсировался в океанах, а двуокись углерода оказалась связанной в карбонатных породах. Таким образом, в атмосфере остался азот, а кислород появился постепенно в результате жизнедеятельности биосферы. Еще 600 млн. лет назад содержание кислорода в воздухе было раз в 100 ниже нынешнего. Существуют указания, что климат Земли изменяется в короткой (10 000 лет) и длинной (100 млн. лет) шкалах. Причиной этого могут быть изменения орбитального движения Земли, наклона оси вращения, частоты вулканических извержений. Не исключены и колебания интенсивности солнечного излучения. В нашу эпоху на климат влияет и деятельность человека: выбросы газов и пыли в атмосферу. У Земли есть спутник - Луна, происхождение которой до сих пор не разгадано. Луна - один из крупнейших спутников, Луна находится на втором месте после Харона (спутника Плутона) по отношению масс спутника и планеты. Её радиус в 3,7, а масса в 81 раз меньше, чем у Земли. Средняя плотность Луны 3,34 г/см³, что указывает на отсутствие у неё значительного металлического ядра. Сила тяжести на лунной поверхности в 6 раз меньше земной. Луна обращается вокруг Земли по орбите с эксцентриситетом 0,055. Наклон плоскости её орбиты к плоскости земного экватора изменяется от 18,3° до 28,6°, а по отношению к эклиптике - от 4°59ў до 5°19ў. Суточное вращение и орбитальное обращение Луны синхронизованы, поэтому мы всегда видим только одно её полушарие. Правда, небольшие покачивания (либрации) Луны позволяют в течение месяца увидеть около 60% её поверхности. Основная причина либраций в том, что суточное вращение Луны происходит с постоянной скоростью, а орбитальное обращение - с переменной (вследствие эксцентричности орбиты). Участки лунной поверхности издавна условно делят на «морские» и «материковые». Поверхность морей выглядит темнее, лежит ниже и значительно реже покрыта метеоритными кратерами, чем материковая поверхность. Моря залиты базальтовыми лавами, а материки сложены анортозитовыми породами, богатыми полевыми шпатами. Судя по большому количеству кратеров, материковые поверхности значительно старше морских. Интенсивная метеоритная бомбардировка сделала верхний слой лунной коры мелко раздробленным, а наружные несколько метров превратила в порошок, называемый реголитом. Астронавты и автоматические зонды доставили с Луны образцы скального грунта и реголита. Анализ показал, что возраст морской поверхности около 4 млрд. лет. Следовательно, период интенсивной метеоритной бомбардировки приходится на первые 0,5 млрд. лет после образования Луны 4,6 млрд. лет назад. Затем частота падения метеоритов и образования кратеров практически не изменялась и составляет до сих пор один кратер диаметром 1 км за 10⁵ лет. Лунные породы бедны летучими элементами (H₂O, Na, K, и т.п.) и железом, но богаты тугоплавкими элементами (Ti, Ca и т.п.). Лишь на дне лунных полярных кратеров могут быть залежи льда, такие, как на Меркурии. Атмосферы у Луны практически нет и нет свидетельств, что лунный грунт когда-либо подвергался воздействию жидкой воды. Нет в нём и органических веществ - лишь следы углистых хондритов, попавшие с метеоритами. Отсутствие воды и воздуха, а также сильные колебания температуры поверхности (390 К днем и 120 К ночью) делают Луну непригодной для жизни. Доставленные на Луну сейсмометры позволили узнать кое-что о лунных недрах. Там часто происходят слабые «лунотрясения», вероятно, связанные с приливным влиянием Земли. Луна довольно однородна, имеет маленькое плотное ядро и кору толщиной около 65 км из более легких материалов, причём верхние 10 км коры раздроблены метеоритами еще 4 млрд. лет назад. Крупные ударные бассейны распределены по лунной поверхности равномерно, но толщина коры на видимой стороне Луны меньше, поэтому именно на ней сосредоточено 70% морской поверхности. История лунной поверхности в целом известна: после окончания 4 млрд. лет назад этапа интенсивной метеоритной бомбардировки еще около 1 млрд. лет недра были достаточно горячими и базальтовая лава изливалась в моря. Затем лишь редкое падение метеоритов меняло лик нашего спутника. А вот о происхождении Луны до сих пор спорят. Она могла сформироваться самостоятельно и затем быть захваченной Землей; могла сформироваться вместе с Землей как её спутник; наконец, могла отделиться от Земли в период формирования. Вторая возможность еще недавно была популярна, но в последние годы серьёзно рассматривается гипотеза образования Луны из вещества, выброшенного прото-Землёй при столкновении с крупным небесным телом.

Несмотря на неясность происхождения системы Земля - Луна, дальнейшая их эволюция прослеживается довольно надёжно. Приливное взаимодействие существенно влияет на движение небесных тел: суточное вращение Луны практически уже прекратилось (его период уравнялся с орбитальным), а вращение Земли замедляется, передавая свой момент импульса орбитальному движению Луны, которая в результате удаляется от Земли примерно на 3 см в год. Это прекратится, когда вращение Земли выровняется с движением Луны. Тогда Земля и Луна будут постоянно повернуты друг к другу одной стороной (как Плутон и Харон), а их сутки и месяц станут равны 47 нынешним суткам; при этом Луна удалится от нас в 1,4 раза. Правда, и эта ситуация не сохранится навсегда, ибо не прекратят действовать на вращение Земли солнечные приливы.

2.4 Марс и его спутники

Марс похож на Землю, но почти вдвое меньше её и имеют несколько меньшую среднюю плотность. Период суточного вращения (24 ч 37 мин) и наклон оси (24°) почти не отличаются от земных. Земному наблюдателю Марс кажется красноватой звёздочкой, блеск которой заметно меняется; он максимален в периоды противостояний, повторяющиеся через два с небольшим года (например, в апреле 1999 и в июне 2001 гг.). Особенно близок и ярок Марс в периоды великих противостояний, происходящих, если он в момент противостояния проходит вблизи перигелия; это случается через каждые 15-17 лет (ближайшее в августе 2003 г.). В телескоп на Марсе видны яркие оранжевые области и более темные районы, тон которых меняется в зависимости от сезона. На полюсах лежат ярко-белые снежные шапки. Красноватый цвет планеты связан с большим количеством окислов железа (ржавчины) в её грунте. Состав темных областей, вероятно, напоминает земные базальты, а светлые сложены мелкодисперсным материалом. Разрежённая атмосфера Марса состоит на 95% из углекислого газа и на 3% из азота. В малом количестве присутствуют водяной пар, кислород и аргон. Среднее давление у поверхности 6 мбар (т. е. 0,6% земного). При таком низком давлении не может быть жидкой воды. Средняя дневная температура 240 К, а максимальная летом на экваторе достигает 290 К. Суточные колебания температуры около 100 К. Таким образом, климат Марса - это климат холодной, обезвоженной высокогорной пустыни. В высоких широтах Марса зимой температура опускается ниже 150 К и атмосферный углекислый газ (CO₂) замерзает и выпадает на поверхность белым снегом, образуя полярную шапку. Периодическая конденсация и сублимация полярных шапок вызывает сезонные колебания давления атмосферы на 30%. К концу зимы граница полярной шапки опускается до 45°-50° широты, а летом от нее остается небольшая область (300 км диаметром у южного полюса и 1000 км у северного), вероятно, состоящая из водяного льда, толщина которого может достигать 1-2 км. Иногда на Марсе дуют сильные ветры, поднимающие в воздух тучи мелкого песка. Особенно мощные пылевые бури бывают в конце весны в южном полушарии, когда Марс проходит через перигелий орбиты и солнечное тепло особенно велико. На недели и даже месяцы атмосфера становится непрозрачной от желтой пыли. Отложения пыли так сильно меняют вид марсианской поверхности от сезона к сезону, что это заметно даже с Земли при наблюдении в телескоп. В прошлом эти сезонные изменения цвета поверхности некоторые астрономы считали признаком растительности на Марсе. Геология Марса весьма разнообразна. Большие пространства южного полушария покрыты старыми кратерами, оставшимися от эпохи древней метеоритной бомбардировки (4 млрд. лет назад). Значительная часть северного полушария покрыта более молодыми лавовыми потоками. Особенно интересна возвышенность Фарсида (10° с.ш., 110° з.д.), на которой расположены несколько гигантских вулканических гор. Высочайшая среди них - гора Олимп - имеет поперечник у основания 600 км и высоту 25 км. Хотя признаков вулканической активности сейчас нет, возраст лавовых потоков не превышает 100 млн. лет, что немного по сравнению с возрастом планеты 4,6 млрд. лет. Хотя древние вулканы указывают на некогда мощную активность марсианских недр, признаков тектоники плит нет: отсутствуют складчатые горные пояса и другие указатели сжатия коры. Однако есть мощные рифтовые разломы, крупнейший из которых - долины Маринера - тянется от Фарсиды к востоку на 4000 км при максимальной ширине 700 км и глубине 6 км. Одним из интереснейших геологических открытий, сделанных по снимкам с космических аппаратов, стали разветвленные извилистые долины длиной в сотни километров, напоминающие высохшие русла земных рек. Это наводит на мысль о более благоприятном климате в прошлом, когда температура и давление могли быть выше и по поверхности Марса текли реки. Правда, расположение долин в южных, сильно кратерированных районах Марса указывает на то, что реки на Марсе были очень давно, вероятно, в первые 0,5 млрд. лет его эволюции. Теперь вода лежит на поверхности в виде льда полярных шапок и, возможно, под поверхностью в виде слоя вечной мерзлоты. Внутреннее строение Марса изучено слабо. Его низкая средняя плотность свидетельствует об отсутствии значительного металлического ядра; во всяком случае оно не расплавлено, что следует из отсутствия у Марса магнитного поля. Марс имеет два маленьких спутника - Фобос и Деймос. Оба они неправильной формы, покрыты метеоритными кратерами и, вероятно, являются астероидами, захваченными планетой в далеком прошлом. Фобос обращается вокруг планеты по очень низкой орбите и продолжает приближаться к Марсу под действием приливов; позже он будет разрушен притяжением планеты.

2.5 Юпитер и его спутники

Крупнейшая планета Солнечной системы, Юпитер, в 11 раз больше Земли и в 318 раз массивнее её. Его низкая средняя плотность (1,3 г/см³) указывает на состав, близкий к солнечному: в основном это водород и гелий. Быстрое вращение Юпитера вокруг оси вызывает его полярное сжатие на 6,4%. В телескоп на Юпитере видны облачные полосы, параллельные экватору; светлые зоны в них перемежаются красноватыми поясами. Вероятно, светлые зоны - это области восходящих потоков, где видны верхушки аммиачных облаков; красноватые пояса связаны с нисходящими потоками, яркий цвет которых определяют гидросульфат аммония, а также соединения красного фосфора, серы и органические полимеры. Кроме водорода и гелия в атмосфере Юпитера спектроскопически обнаружены CH₄, NH₃, H₂O, C₂H₂, C₂H₆, HCN, CO, CO₂, PH₃ и GeH₄. Температура на уровне верхушек аммиачных облаков 125 К, но с глубиной она увеличивается на 2,5 К/км. На глубине 60 км должен быть слой водяных облаков. Скорости движения облаков в зонах и соседних поясах существенно различаются: так, в экваториальном поясе облака движутся к востоку на 100 м/с быстрее, чем в соседних зонах. Разница скоростей вызывает сильную турбулентность на границах зон и поясов, что делает их форму весьма замысловатой. Одним из проявлений этого служат овальные вращающиеся пятна, крупнейшее из которых - Большое Красное Пятно - было открыто более 300 лет назад Кассини. Это пятно (25 000ґ15 000 км) больше диска Земли; оно имеет спиральную циклоническую структуру и совершает один оборот вокруг оси за 6 сут. Остальные пятна меньшего размера и почему-то все белые.

У Юпитера нет твердой поверхности. Верхний слой планеты протяженностью 25% радиуса состоит из жидкого водорода и гелия. Ниже, где давление превышает 3 млн. бар, а температура 10 000 К, водород переходит в металлическое состояние. Возможно, вблизи центра планеты есть жидкое ядро из более тяжёлых элементов с общей массой порядка 10 масс Земли. В центре давление около 100 млн. бар и температура 20-30 тыс. К. Жидкие металлические недра и быстрое вращение планеты стали причиной её мощного магнитного поля, которое в 15 раз сильнее земного. Огромная магнитосфера Юпитера с мощными радиационными поясами простирается за орбиты его четырех крупных спутников. Температура в центре Юпитера всегда была ниже, чем необходимо для протекания термоядерных реакций. Но внутренние запасы тепла у Юпитера, оставшиеся с эпохи формирования, велики. Даже сейчас, спустя 4,6 млрд. лет, он выделяет примерно столько же тепла, сколько получает от Солнца; в первый миллион лет эволюции мощность излучения Юпитера была в 10⁴ раз выше. Поскольку это была эпоха формирования крупных спутников планеты, не удивительно, что их состав зависит от расстояния до Юпитера: два ближайших к нему - Ио и Европа - имеют довольно высокую плотность (3,5 и 3,0 г/см³), а более далекие - Ганимед и Каллисто - содержат много водяного льда и поэтому менее плотны (1,9 и 1,8 г/см³). У Юпитера не менее 16 спутников и слабое кольцо: оно удалено на 53 тыс. км от верхнего слоя облаков, имеет ширину 6000 км и состоит, по-видимому, из мелких и очень темных твердых частиц. Четыре крупнейших спутника Юпитера называют галилеевыми, поскольку их открыл Галилей в 1610 г.; независимо от него в том же году их обнаружил немецкий астроном Марий, давший им нынешние имена - Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Наименьший из спутников - Европа - чуть меньше Луны, а Ганимед больше Меркурия. Все они видны в бинокль. На поверхности Ио обнаружены несколько действующих вулканов, выбрасывающих вещество на сотни километров вверх. Поверхность Ио покрыта рыжеватыми отложениями серы и светлыми пятнами двуокиси серы - продуктами вулканических извержений. В виде газа двуокись серы образует крайне разреженную атмосферу Ио. Энергия вулканической деятельности черпается из приливного влияния планеты на спутник. Орбита Ио проходит в радиационных поясах Юпитера, и давно уже установлено, что спутник сильно взаимодействует с магнитосферой, вызывая в ней радиовсплески. В 1973 году вдоль орбиты Ио обнаружен тор из светящихся атомов натрия; позже там были найдены ионы серы, калия и кислорода. Эти вещества выбиваются энергичными протонами радиационных поясов либо прямо из поверхности Ио, либо из газовых «плюмажей» вулканов. Хотя приливное влияние Юпитера на Европу слабее, чем на Ио, его недра тоже могут быть частично расплавлены. Спектральные исследования показывают, что на поверхности Европы лежит водяной лед, а его красноватый оттенок, вероятно, связан с загрязнением серой от Ио. Почти полное отсутствие ударных кратеров указывает на геологическую молодость поверхности. Складки и разломы ледяной поверхности Европы напоминают ледяные поля земных полярных морей; вероятно, на Европе под слоем льда находится жидкая вода. Ганимед - крупнейший спутник в Солнечной системе. Его плотность невелика; вероятно, он состоит наполовину из каменных пород и наполовину из льда. Его поверхность выглядит странно и хранит следы расширения коры, возможно, сопровождавшего процесс дифференциации недр. Участки древней кратерированной поверхности разделены более молодыми желобами, длиной в сотни километров и шириной 1-2 км, лежащими на расстоянии 10-20 км друг от друга. Вероятно, это более молодой лед, образовавшийся при излиянии воды сквозь трещины сразу после дифференциации около 4 млрд. лет назад. Каллисто похож на Ганимед, но на его поверхности нет следов разломов; вся она очень старая и сильно кратерированная. Поверхность обоих спутников покрыта льдом вперемежку с горными породами типа реголита. Но если на Ганимеде лед составляет около 50%, то на Каллисто - менее 20%. Состав горных пород Ганимеда и Каллисто, вероятно, похож на состав углеродистых метеоритов. Спутники Юпитера лишены атмосферы, если не считать разреженного вулканического газа SO₂ на Ио. Из дюжины малых спутников Юпитера четыре расположены ближе галилеевых к планете; крупнейший из них Амальтея - кратерированный объект неправильной формы (размеры 270ґ166ґ150 км). Его темная поверхность - очень красная - возможно, покрыта серой с Ио. Внешние малые спутники Юпитера делятся на две группы в соответствии с их орбитами: 4 более близких к планете обращаются в прямом (относительно вращения планеты) направлении, а 4 более далеких - в обратном. Все они маленькие и темные; вероятно, они захвачены Юпитером из числа астероидов группы Троянцев.

2.6 Сатурн и его спутники

Сатурн - вторая по размеру планета-гигант. Это водородно-гелиевая планета, однако относительное содержание гелия у Сатурна меньше, чем у Юпитера; ниже и его средняя плотность. Быстрое вращение Сатурна приводит к его большой сплюснутости (11%). В телескоп диск Сатурна выглядит не так эффектно, как Юпитер: он имеет коричневато-оранжевую окраску и слабо выраженные пояса и зоны. Причина в том, что верхние области его атмосферы заполнены рассеивающим свет аммиачным (NH₃) туманом. Сатурн дальше от Солнца, поэтому температура его верхней атмосферы (90 К) на 35 К ниже, чем у Юпитера, и аммиак находится в сконденсированном состоянии. С глубиной температура атмосферы возрастает на 1,2 К/км, поэтому облачная структура напоминает юпитерианскую: под слоем облаков из гидросульфата аммония находится слой водяных облаков. Кроме водорода и гелия в атмосфере Сатурна спектроскопически обнаружены CH₄, NH₃, C₂H₂, C₂H₆, C₃H₄, C₃H₈ и PH₃.

По внутреннему строению Сатурн также напоминает Юпитер, хотя из-за меньшей массы имеет меньшее давление и температуру в центре (75 млн. бар и 10 500 К). Магнитное поле Сатурна сравнимо с земным. Как и Юпитер, Сатурн выделяет внутреннее тепло, причём вдвое больше, чем получает от Солнца. Правда, это отношение больше, чем у Юпитера, потому, что расположенный вдвое дальше Сатурн получает от Солнца вчетверо меньше тепла. Сатурн опоясан уникально мощной системой колец до расстояния 2,3 радиуса планеты. Они легко различимы при наблюдении в телескоп, а при изучении с близкого расстояния демонстрируют исключительное разнообразие: от массивного кольца B до узкого кольца F, от спиральных волн плотности до совершенно неожиданных радиально вытянутых «спиц». Частицы, заполняющие кольца Сатурна, значительно лучше отражают свет, чем вещество темных колец Урана и Нептуна; их исследование в разных спектральных диапазонах показывает, что это «грязные снежки» с размерами порядка метра. Три классических кольца Сатурна по порядку от внешнего к внутреннему обозначают буквами A, B и C. Кольцо B довольно плотное. Промежуток в 4000 км между кольцами A и B, называемый делением (или щелью) Кассини, в действительности не пуст, а по плотности сравним с бледным кольцом C, которое раньше называли креповым кольцом. Вблизи внешнего края кольца A есть менее заметная щель Энке. В 1859 году Максвелл заключил, что кольца Сатурна должны состоять из отдельных частиц, обращающихся по орбитам вокруг планеты. В конце 19 в. это было подтверждено спектральными наблюдениями, показавшими, что внутренние части колец обращаются быстрее внешних. Поскольку кольца лежат в плоскости экватора планеты, а значит, наклонены к орбитальной плоскости на 27°, Земля дважды за 29,5 лет попадает в плоскость колец, и мы наблюдаем их с ребра. В этот момент кольца «пропадают», что доказывает их очень малую толщину - не более нескольких километров. Кольца разделены на сотни отдельных колечек с типичной шириной в несколько сотен километров. Даже в щели Кассини оказалось не менее пяти колечек. Детальный анализ показал, что кольца неоднородны как по размеру, так, возможно, и по составу частиц. Сложная структура колец, вероятно, обязана гравитационному влиянию маленьких близких к ним спутников, о которых прежде и не подозревали. У Сатурна не менее 18 спутников. Большинство их них, вероятно, ледяные. У некоторых очень интересные орбиты. Например, у Януса и Эпиметея почти одинаковые радиусы орбит. По орбите Дионы на 60° впереди неё (это положение называют лидирующей точкой Лагранжа) движется меньший спутник Елена. Тефию сопровождают два маленьких спутника - Телесто и Калипсо - в лидирующей и отстающей точках Лагранжа ее орбиты. С хорошей точностью измерены радиусы и массы семи спутников Сатурна (Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан и Япет). Все они в основном ледяные. Те, что поменьше, имеют плотности 1-1,4 г/см³, что близко к плотности водяного льда с большей или меньшей примесью горных пород. Содержат ли они метановый и аммиачный лед, пока не ясно. Более высокая плотность Титана (1,9 г/см³) есть результат его большой массы, вызывающей сжатие недр. По диаметру и плотности Титан очень похож на Ганимеда; вероятно, и внутренняя структура у них схожая. Титан второй по размеру спутник в Солнечной системе, а уникален он тем, что имеет постоянную мощную атмосферу, состоящую в основном из азота и небольшого количества метана. Давление у его поверхности 1,6 бар, температура 90 К. При таких условиях на поверхности Титана может быть жидкий метан. Верхние слои атмосферы до высот 240 км заполнены оранжевыми облаками, вероятно, состоящими из частиц органических полимеров, синтезирующихся под влиянием ультрафиолетовых лучей Солнца. Остальные спутники Сатурна слишком малы, чтобы иметь атмосферу. Их поверхности покрыты льдом и сильно кратерированы. Лишь на поверхности Энцелада значительно меньше кратеров. Вероятно, приливное влияние Сатурна поддерживает его недра в расплавленном состоянии, а удары метеоритов приводят к излиянию воды и заполнению кратеров. Некоторые астрономы считают, что частицы с поверхности Энцелада образовали широкое кольцо E, протянувшееся вдоль его орбиты. Очень интересен спутник Япет, у которого заднее (относительно направления орбитального движения) полушарие покрыто льдом и отражает 50% падающего света, а переднее полушарие такое темное, что отражает только 5% света; оно покрыто чем-то вроде вещества углистых метеоритов. Возможно, на переднее полушарие Япета попадает вещество, выброшенное под действием метеоритных ударов с поверхности внешнего спутника Сатурна Фебы. В принципе это возможно, поскольку Феба движется по орбите в обратном направлении. К тому же поверхность Фебы довольно темная, но точных данных о ней пока нет.