Земля (Planet Earth)

Издревле наша планета Земля — это начальный пункт для развития любой вселенской науки, будь то философия, астрономия или физика. И хотя Земля давно уже не считается центром Вселенной, она остается центром нашего познания — все, что удается найти на космических объектах, ученые связывают с привычными нам объектами и веществами с нашей планеты. Однако так ли много мы знаем о нашем доме? В этой статье пойдет речь о многогранности Земли, которая служит нам верным инструментом изучения космоса.

Содержание:

• Физические характеристики Земли
• Форма Земли
• Масса Земли
• Орбитальные характеристики Земли
• Состав Земли
• Железо
• Кислород, кремний и магний
• Топографическая карта Земли
• Структура Земли
• Земля и космос
• Ближайшее окружение Земли
• Роль Земли в астрономии

Фото «Pale Blue Dot».

Крошечная точка посередине коричневой линии справа — это Земля.

Физические характеристики Земли

Те, кто хоть раз представлял себе исполинские масштабы Вселенной, точно чувствовали всю крохотность нашей планеты. Как тут не вспомнить знаменитое фото «Pale Blue Dot» (с англ. «Бледно-голубая точка»), снятое в 1990 году зондом «Вояджер-1» из внутреннего края Солнечной системы. На снимке наша планета и правда выглядит как микроскопическая точка — на расстоянии 6 миллиардов километров она занимает на снимке всего 0,12 пикселя! Так как мощности телескопов растут, и границы обозримой Вселенной расширяются, Земля кажется нам все меньше и ничтожнее среди пустого и холодного космоса.

Однако не стоит забывать, что Земля — это уникальная по многим параметрам планета. Она является самой большой среди внутренних, «скалистых» планет Солнечной системы, куда входят еще Меркурий, Венера и Марс. На орбите Земли находится один из наиболее массивных спутников Солнечной системы — Луна. А еще на нашей планете сочетается несколько феноменальных явлений — жидкая вода, плотная атмосфера, активные недра и жизнь. Вместе эти компоненты создают такое химическое и геологическое разнообразие на Земле, достичь которого не смогло еще ни одно известное планетное тело.

А еще вполне закономерно, что Земля есть и будет наиболее детально изученным космическим телом в истории человечества. Смельчакам, которые стремились к истине, пришлось пройти путь в тысячи лет — от вычисления массы и породы слонов, поддерживающих земной диск, до запуска высокоорбитальных спутников. На сегодняшний день известны следующие характеристики — а именно:
Форма Земли

Земля обладает формой эллипсоида — сферы, приплюснутой со сторон, что приводит к несоразмерности линейных измерений планеты. Скатайте шарик из пластилина, прижмите его слегка пальцами со сторон — и у вас в руках уменьшенная модель земного шара! Диаметр Земли от Северного полюса до Южного составляет 12 712 километров, когда на экваторе — 12 756 км.

Очертания Земли без воды по данным спутника GOCE.

Большие планеты приобретают сферическую форму благодаря воздействию гравитации — она заставляет вещество равномерно отдаляться от центра массы космического тела. Почему же тогда Земля не представляет собой идеальный шар? Все дело в центробежной силе, возникающей из-за вращения планеты вокруг собственной оси. Из-за нее Земля шире в плоскости вращения и уже по оси, то есть на полюсах.

К слову, истинно-научное определение формы Земли — референц-эллипсоид. Это связано с тем, что поверхность планеты отличается от поверхности идеальной геометрической фигуры — материки пересекают высокие горы и глубокие долины, а сами континенты возвышаются над мировым океаном. Такое видение фигуры нашей планеты используется в точных науках — например, в геодезии.
Интересный факт: Неправильная форма нашей планеты создает забавный феномен. Когда самой большой горой является Эверест (Джомолунгма), возвышающийся над уровнем моря на 8848 метров, от центра Земли наиболее отдален 6310-метровый вулкан Чимборасо. Секрет в том, что он находится ближе к экватору, из-за чего выигрывает пару десятков километров у Эвереста.

Вулкан Чимборасо.

Масса Земли

Обладая линейными параметрами Земли, нетрудно высчитать ее объем — 1083207000000 км3, больше триллиона кубических километров! Это невероятно много для человека. К примеру, в мире ежегодно варится около 200 миллиардов литров пива, самого популярного алкогольного напитка — но чтобы создать из пива сферу, равную по размеру Земле, пивоварам пришлось бы работать 541 миллиардов лет!

С помощью наблюдения за гравитационными взаимодействиями объектов Солнечной системы, знаменитый британский ученый Исаак Ньютон рассчитал среднюю плотность нашей планеты. По его изысканиям, Земля в 5 с половиной раз гуще воды — и обладает плотностью в 5,48 г/см3. Итоговая масса нашей Земли составляет примерно 5,98×1024 килограмм.
Интересный факт: Наша Земля является самым плотным объектом Солнечной системы — даже Солнце обладает меньшей плотностью, всего в 1,4 г/см3. А Уран, самая «воздушная» из планет, обладает консистенцией в 0,68 г/см3 — даже меньше, чем у обычного картона! Многие феномены нашей планеты объясняются столь высокой концентрацией вещества.

Между Землей и Луной помещаются все планеты Солнечной системы. Однако стань они так в реальности — и не плотный, но массивный Юпитер поглотит их всех.

Изменение массы Земли

Массивность Земли постоянно меняется — например, масса планеты уменьшается за счет испарения водорода в космос. Он получается из воды, расщепляемой ультрафиолетовым излучением. Также массу планеты уменьшают потери гелия. А в глубинах постоянно идет преобразование материи в энергию за счет ядерных процессов. В сумме, за год космос «улетает» около 98 тысяч тонн вещества! Одновременно Земля наращивает массу — глобальное потепление и поглощение космической пыли с метеорами позволяет впитать до 40 тысяч тонн каждый год.

Итоговый баланс таков — масса нашей планеты уменьшается на 50–60 миллионов килограмм в год. Однако не стоит из-за этого волноваться — для того, чтобы истаять до опасной черты, Земле понадобится больше триллиона лет. Столько не проживет даже наше Солнце.
Орбитальные характеристики Земли

Процесс движения нашей планеты в Солнечной системе определяет многое на Земле — от смены времен года до интенсивности нагрева ядра нашей планеты. Кроме того, они являются отправной точкой многих физических формул, которые позволили точно вычислить массу нашей планеты.

Орбита Земли вокруг Солнца

Перигелий и афелий — точки удаления от Солнца

Первое, с чего стоит начать — это расстояние Земли от центра планетной системы, Солнца. В среднем оно составляет 149 597 870,7 километра. Эту величину еще называют астрономической единицей, a.u. (с английского «astronomical unit») и часто используют для выражения расстояния от Солнца других планет нашей системы.

Однако надо учесть, что орбита Земли вокруг Солнца не является правильным кругом. Как и у других космических тел, она эллиптическая — значит, в одних местах Земля подходит к светилу ближе, а в других, наоборот, отдаляется.
Точка максимального сближения планеты с Солнцем называется перигелий (греч. префикс «peri» — «около» и корня «gelios» — «Солнце»). У нашей планеты этот показатель равен 147 098 290 километрам — 0,98 астрономической единицы. По земному календарю, этот период наступает между 2 и 5 января.
Точка максимального отдаления Земли, афелий (греч. префикс «а» — из, от и «gelios» — Солнце» находится на расстоянии в 152 098 232 километров от Солнца. Наступает он 2–5 июля.

Земля в афелии и перигелии

Таким образом, колебание расстояния нашей планеты от Солнца составляет 5 миллионов километров — почти 17 световых секунд! Точки отдаления и приближения в астрономии называют еще апоцентром и перицентром, а конкретно Земли — апогеем и перигеем.
Период вращения Земли вокруг оси

Наша планета вращается не только вокруг звезды, но и вокруг собственной оси. Полный оборот (сидерические сутки) происходит за 23 часа 56 минут 4,1 секунды. Абсолютная скорость вращения, измеряемая у экватора, составляет 1670 километров в час. Скорость вращения Земли не является постоянной — она напрямую зависит от расстояния к Солнцу. В афелии сутки укорачиваются на 10 секунд, а в перигелии — удлиняются.

Почему указанная длина суток короче наших, обычных на 4 минуты? Дело в том, что сидерический период вращения определяется по звездам — а точнее, по положению поверхности планеты относительно них. Из-за того, что далекие звезды неподвижны по сравнению с Солнцем, последнему требуется дополнительные 4 минуты для занятия прежней позиции.

С наступлением ночи города на Земле меняются до неузнаваемости
Интересный факт — Всем известно, что Луна создает на водных поверхностях Земли приливные волны. Однако эти волны не ударяются о материки — наоборот, континенты сами ударяются об них из-за быстрого вращения планеты. Это тормозит Землю, что приводит сразу к двум эффектам — Луна отдаляется, а дни на Земле удлиняются. Так, во времена динозавров в сутках было всего 16 часов!

Важно помнить о том, что при удалении от экватора относительная скорость вращения падает. Так, на средней полосе России Земля вокруг оси движется со скоростью 1275 км/ч — а на полюсах и вовсе стоит «неподвижно». Высокая скорость вращения вокруг оси используется в космонавтике — космодромы строят ближе к экватору для того, чтобы использовать разгон Земли и сэкономить топливо.

Вращается Земля против часовой стрелки — как и все другие планеты Солнечной системы, за исключением Венеры и Урана. Первичной силой, которая заставила планеты вращаться, была аккреция — зародыши планет набирали вещество с остатков туманности вокруг молодого Солнца, раскручиваясь все сильнее под воздействием растущей массы и прибывающего вещества. Также на характер вращения влияли массовые столкновения, произошедшие миллиарды лет назад после первичного планетообразования.

Формирование планет из туманности вокруг звезды в представлении художника

Ученые считают, что именно столкновения способны развернуть вращение планет вспять. Для того чтобы раскрутить Землю в обратном направлении, сегодня понадобится удар очень большого астероида — настолько большого, что под неправильным углом касания он может разрушить нашу планету на обломки. Необходимая для изменения вращения энергия является одной из главных проблем терраформирования — создания на других планетах земных условий.
Последствия вращения

В статье уже упоминалось о том, что из-за центробежной силы вращения Земля вширь больше, чем вдоль. Какие еще последствия имеет вращение Земли вокруг оси?

Во-первых, сила притяжения на экваторе меньше, чем где-либо еще. Ускорение свободного падения там 9,78 м/с2 — на одну сотую часть меньше эталонного g, которое составляет 9,81 м/с2. Именно из-за этого мореплавателям старины были так ценны механические часы — маятниковые хронометры начинали идти быстрее при приближении к экватору, что сильно мешало навигации.

Во-вторых, направление вращения планеты влияет на самостоятельное движение всех тел на Земле. Так как планета вращается с запада на восток, пушечные снаряды на большой скорости неизменно отклоняются в Северном полушарии вправо (в Южном — налево). Это явление проявляется повсеместно и в природе: на севере планеты реки размывают правые берега больше, чем левые, а циклоны закручиваются справа налево. Сила вращения Земли, которая влияет на движения жидкостей и газов на планете, называют силой Кориолиса — в честь французского физика Гюстава Кориолиса, впервые опубликовавшего статью на эту тему.

Циклон из космоса. Угадайте, на каком он полушарии Земли.

В Интернете и прессе часто упоминают еще одно проявление силы Кориолиса: вода в сливах ванн и раковин на Северном полушарии закручивается против часовой стрелки, а на Южном — по часовой стрелке. Это, однако, не совсем так. В лабораторных условиях, где вода была равномерной температуры и плотности, а место слива находилось по центру уравновешенного сосуда, сила Кориолиса действительно закручивала водную воронку «по правилам». Но в быту на стекающую воду действует много других факторов — от положения слива относительно ванной до шероховатости поверхности самой ванной. Поэтому на практике воронка воды в сливе может вращаться как и справа налево, так и слева направо.
Наклонен оси вращения Земли — причина смены сезонов

Если ось вращения Земли не будет наклонена, по всей планете восцарят несменные сезоны — ибо Солнце равномерно освещало бы всю планету. Благодаря вытянутости Земли по экватору, на стыке полушарий царило бы вечное и очень жаркое лето — а на полюсах навсегда бы наступили холодные сумерки.

Поэтому наклон оси Земли — одна из наиболее важных для живых существ орбитальных характеристик. Измеряется наклонение в градусах и зависит от центрального тела, от которого угол наклонения строится. Относительно экватора Солнца угол составляет 7,15°, а относительно плоскости орбиты Земли — 23,5°.

Наклон орбиты Земли
В итоге Земля никогда не освещается равномерно Солнцем: во время движения вокруг светила, полушария планеты поочередно нагреваются больше, что и приводит к смене сезонов. По этой же причине лето на Северном полушарии наступает одновременно с зимой на Южном. Из-за особенностей угла наклона земной орбиты на экваторе жарко даже «зимой», которая технически там не наступает — а на полюсах стоит вечная стужа, и день и ночь меняются раз в полгода.
Интересный факт. Как читатели уже знают, ближе всего к Солнцу Земля подходит в январе — именно тогда, когда на Южном полушарии наступает разгар лета. Поэтому лето на Юге всегда жарче по сравнению с летом на аналогичных широтах Севера — близость Земли к светилу дает на 6-8% больше энергии.

Наклонение, подобно другим орбитальным характеристикам, претерпевает изменения со временем — как и благодаря гравитационным взаимодействиям с Луной, так и возможными крупными столкновениями. Последние будут катастрофическими для жизни на Земле не столько из-за изменения наклона оси вращения, сколько из-за их сил. Для того чтобы изменить наклонения планеты на 1 градус, понадобится удар астероида массой с сотни тонн — он оставит кратер радиусом больше тысячи километров, а импульс от столкновения раздробит литосферные плиты.
Состав Земли

Наша планета — один из немногих объектов в Солнечной системе, геологическая активность которого продолжается по сей день. Вода, воздух и солнечный свет вступают в реакцию с веществом на поверхности, недра нашей планеты до сих пор раскалены — все это приводит к созданию разнообразных химических соединений, которые не встречаются на соседних планетах.

Впрочем, большинство материала нашей планеты скрыто под землей. Человечеству пока доступна только тысяча километров нашей атмосферы, а глубина самой большой скважины составляет 12 262 метров — из 6371000 метров расстояния до центра Земли! Многие прогнозы остаются чисто теоретическими и со стремительным развитием науки изменяются каждый день — теория тектоники плит, по которой сегодня рассчитывают движение континентов, землетрясения и местоположение ресурсов, была принята всего 50 лет назад.

Гипотетический состав Земли
Современный состав Земли ученые распределяют следующим образом:
Железо (Fe) — 32,07%
Кислород (O) — 30,12%
Кремний (Si) — 15,12%
Магний (Mg) — 13,90%
Сера (S) — 2,92%
Никель (Ni) — 1,82%
Кальций (Ca) — 1,54%
Алюминий (Al)— 1,41%

Давайте рассмотрим самые распространённые вещества на планете и разберемся, откуда они взялись и где их найти.
Железо

Этот тяжелый элемент лидирует по концентрации в Земле среди других веществ — его массовая доля в Земле составляет 32%, что почти третья часть общей массы планеты! «Почему тогда, — спросите вы, — железо приходится добывать из-под земли, раз его так много?» Все дело в неравномерности его распределения — и в особенностях его химического состояния.

Прежде всего, львиная доля железа на Земле содержится в ядре планеты — по современным оценкам, ядро состоит из него не менее чем на 85%. К этому привела дифференциация недр, произошедшая во время жидкого этапа эволюции Земли — под действием гравитации, тяжелые элементы стремились к центру планеты, а более легкие выталкивались наружу.

Земля в разрезе. Большой огненный шар в центре — ядро

Железо присутствует также в мантии и коре Земли — 5,8% и 4,2% массы соответственно. Однако в чистом виде оно приносится только метеоритами — а на Земле преимущественно состоит в связи с другими элементами. Выплавлять металл возможно только с нескольких видов минералов, преимущественно оксидов железа — таких как гематит (Fe2O3) или магнитный железняк (Fe3O4). Есть и другие известные минералы, содержащие железо — например, драгоценные камни гранат и нефрит.

При этом всем, железо — лидер среди металлов по концентрации в земной коре; его количество сравнимо только с количеством алюминия. Кроме того, железо важно в процессе обмена веществ живых организмов — оно входит в состав гемоглобина в крови, благодаря чему тот обретает способность переносить кислород. А еще именно железо придает крови красный цвет. Так как железо является важной составляющей ДНК, ученые считают, что без него жизнь на Земле могла бы и не сформироваться.

Железная колона в Дели, Индия — уникальный артефакт древних времен. Она состоит из чистого железа, стойкого к коррозии, аналогичного самым современным сортам стали — и это при том, что он была сделана еще в начале столетия1

Во Вселенной образование железа является долгим и сложным процессом — оно синтезируется исключительно в ядрах сверхмассивных звезд на самом конце их эволюции. Избыток железа является одним из факторов, превращающих звезду в черную дыру. Когда массивное светило превращается в нейтронную звезду, железо мутирует в более тяжелые вещества, вроде урана или золота. Присутствие таких тяжелых элементов в составе Земли объясняется тем, что Солнце сформировалось с остатков старого светила звездного населения I, взорвавшегося миллиарды лет назад.
Кислород, кремний и магний

Эти три элемента являются самыми распространенными на Земле: в ее массовом составе 30% O (кислорода), 15,1% Si (кремния) и 13,9% Mg (магния). Более того, вместе они составляют 89% массы мантии планеты. Кора Земли почти на половину состоит из кислорода, и более чем на четверть — из кремния. Кислород является химической основой для воды и большинства сложных органических соединений.
Кислород

Хотя кислород составляет 21% объема (и 23% массы) атмосферы Земли, больше всего его находится в твердых веществах — 47% массы земной коры приходится на его твердые соединения, преимущественно с кремнием. Почти весь газообразный кислород был произведен живыми организмами. Также кислород, будучи самым тяжелым химическим элементом в молекуле воды, создает 85,8% массы всей гидросферы.
Интересный факт: кислород составляет почти 1% Солнца. Его масса в 3329 раз больше всей массы Земли.

Круговорот кислорода в природе

Занимательно влияние кислорода на живые организмы — чем его больше, тем больших размеров достигает живое существо. Поэтому животные древних времен были такими большими — так, концентрация кислорода в атмосфере 300 миллионов лет назад доходила до 35% массы воздуха. Внезапный контакт с большим количеством кислорода вызовет интоксикацию у сформировавшегося организма, в том числе у человека. Но существа попроще, вроде насекомых, действительно испытывают на себе акселерационный эффект.

Личинки жуков, выращенные в герметических террариумах с кислородной подпиткой, могут вырасти в разы больше собственных родителей. Подобный эксперимент можно провести и на дому, напитывая террариум кислородом при помощи обычной перекиси водорода — однако эффект непосредственно зависит от контроля кислородного режима.
Кремний

С кремнием мы часто сталкиваемся в природе: это песок, гранит и кварц. Также он часто встречается в соединении с серой — а порой и в виде самородков. Он формирует как и мелкий пустынный песок, так и громадные горные кряжи.

Гранит — распространенный на Земле камень на основе кремния, уникальный в Солнечной системе

Более того, кремний является основой современной промышленности. Он входит в состав сложных электроприборов вроде микросхем и солнечных батарей, а также является базой для создания различных бытовых и строительных материалов, таких как стекло, кирпич, фаянс. Важен он также в природе: соединения кремния используются в создании опорно-защитных покрытий и тканей растений и животных.

Разумеется, доли состава различных сфер Земли различается — когда доля тех же благородных газов в литосфере составляет тысячные части процента, в атмосфере один аргон занимает целый процент! Подробнее о компонентах нашей планеты и истории их появления читайте ниже.
Топографическая карта Земли

Структура Земли

Разнообразие химического состава и активные геологические процессы привели к тому, что Земля имеет сложную многослойную структуру. Здесь космология тесно переплетается с космогонией — узнавая о том, как устроена наша планета, люди постигают глубины ее истории. На сегодняшний момент, Земля как астрономический объект разделяется на следующие компоненты:
Планетная часть Земли — это твердая составляющая планеты, земля под нашими ногами. Без нее Земля с трудом бы существовала как космический объект — в тверди заложена самая большая часть ее массы. Кроме того, вращения ядра в центре Земли порождает магнитосферу — магнитное поле вокруг планеты. Наличие у Земли сильной магнитосферы выделяет ее среди всех внутренних планет Солнечной системы.
На литосферу, верхнюю часть земной тверди, опираются два поверхностных слоя. Гидросфера, вся вода на планете, занимает больше 75% площади Земли, и заполняет громадные впадины между континентами, а также составляет многочисленные реки, озера и громадные ледники. Атмосфера, газовая оболочка, простирается на сотни километров ввысь над землей, и обеспечивает защиту от метеоритов и излучения. Кроме того, вода и воздух, переносимые атмосферой, постоянно меняют облик Земли.
Особой составляющей Земли, распространенной во всех сферах планеты, является биосфера — общность всех живых организмов на планете. К ней принадлежим и мы с вами. Хотя в масштабах Вселенной жизнь кажется чем-то хрупким и недолговечным, она существует на Земле уже почти 3,8 миллиарда лет, серьезно изменив состав и облик планеты.

В статьях часто изображают Землю в разрезе. Но что будет, если планету и правда разрезать пополам?

Это разделение хотя и очевидное, но совсем молодое и неустойчивое — только в середине XX века ученые дошли до того, что материки двигаются. Поскольку глубина проникновения исследователей в тайны мира растет, революция в представлениях о Земле может произойти в любую минуту.
Земля и космос

Не надо быть ученым, чтобы знать основные координаты нашей планеты — каждый день видна звезда Солнце, вокруг которой вращается Земля. В темное время суток можно увидеть Луну, наш единственный и пятый по размеру в Солнечной системе спутник. А в безоблачные летние ночи ярко сияет Млечный путь — видимая часть галактики, в рукаве Ориона которой движется наше Солнце вместе с миллионами других звезд.

Точные координаты нашей планеты во Вселенной таковы:
Планетарная система: Солнечная
Местное межзвёздное облако
Галактический рукав Ориона
Галактика: Млечный Путь
Скопление галактик: Местная группа
Сверхскопление галактик: Местное сверхскопление (Девы)
Сверхскопление галактик: Ланиакея
Стена: Комплекс сверхскоплений Рыб-Кита

Земля во Вселенной.
Что означают эти обозначения, и как выглядит наш дом издалека, вы можете узнать в статье о крупномасштабной структуре Вселенной. Однако в местоположении нашей планеты есть очень много других особенностей, которые астрономические обозреватели не спешат упоминать. И зря — дьявол кроется в мелочах, как говорится в одной старой пословице. Поэтому давайте посмотрим вместе, что находится совсем рядом с Землей — так близко, что мы даже не обращаем внимание.
Ближайшее окружение Земли

Самое близкое к Земле космическое тело — это наша Луна. Расстояние к ней составляет «всего» 384 400 километров — в 9,6 раза больше экватора Земли! Для человека это уже немало. Управляемый полет на Луну занял 3 дня 3 часа и 49 мину. В то же время зонд «Новые Горизонты» справился с подлетом к нашему спутнику всего за 8 часов. Но стоит помнить и о цели полетов — «Новым Горизонтам», в отличие от американских астронавтов, не нужно было тормозить для «прилунения».

Хотя Луна и спутник Земли, расположены они далеко

Луна — это необычный во всех отношениях спутник. Его «знакомство» с Землей было тесным и горячим: планета-родитель врезалась в нашу планету, выбив из нее громадный кусок — так и родилась наша Луна. Развиваясь вместе с Землей, она приобрела свой неповторимый облик, которым человек любуется уже не одну тысячу лет.
Квазиспутники.

Нет ли у Земли других естественных спутников кроме Луны? На самом деле их тысячи. Множество пылинок и камешков вращаются вокруг нашей планеты, и их число с каждым годом растет. Однако читателя наверняка интересуют более крупные тела — раз не такие большие, как Луна, то хотя бы размером с увесистую скалу.

Но таких, увы, больше нет. Исключение составляют квазиспутники — космические тела, орбиты которых на определенных секторах движения проходят очень близко к Земле. Самый большой из них, астероид Круитни, имеет в обхвате 5 километров. Орбита Круитни вокруг Солнца вытянута настолько, что в перигелии он приближается к Меркурию, а в афелии долетает до Марса — полноценным спутником его не назовешь. Тем не менее, он достаточно близок к Земле, и она регулярно меняет направление его движения.

Траектория годового движения Круитни

Проблемой Круитни и многих квазиспутников вообще является то, что их орбиты очень нестабильны. Влияние на такие астероиды оказывает не только Земля, но и другие планеты и космические тела — в итоге они могут как и стать полноценными спутниками Земли, так и попросту врезаться в нее.

Последнее хоть и маловероятно, но опасно. Недавний метеорит в Челябинске был размером всего в 17 метров — но сумел натворить дел в городе и нанести милионный ущерб. А вдруг столкновение произойдет с астероидом вроде Круитни? Даже если он упадет в океан, на 600 километров вокруг разойдутся волны в 500 метров высотой. А гул громкостью в 60 децибелл — как у загруженной дороги в утренний час пик — будет слышен даже на обратной стороне Земли.
Искусственные спутники

Однако больше всего в населении орбиты Земли преуспел человек. С начала космической эры 4 октября 1957 года, когда в СССР был запущен первый искусственный спутник «Спутник-1», прошло уже немало лет — и уже сейчас Земля окутана целым облаком из более чем 18 тысяч спутников.

Околоземные спутники используются в самых разных целях — от научных исследований и предоставления услуг связи до размещения орбитального оружия. Однако стоит учитывать, что искусственным спутником считается вообще любой объект, запущенный человеком на земную орбиту. По этому критерию искусственные спутники Земли делятся на две главных категории: собственно спутники и космический мусор.

Спутник 1

Спутником считается любой аппарат, который может (или мог в прошлом) выполнять какие-либо действия на орбите. Поэтому в их число входят и орбитальные станции с космонавтами, оснащенные разнообразной научной аппаратурой, и любительские радиоустановки, которые только и могут что сообщать о своем существовании в радиодиапазоне. Поэтому всего спутников насчитывается около 6 тысяч — активно же действующих не больше 600. Остальные же болтаются вокруг Земли, оставаясь «условно-функционирующими» — по сути, тот же космический мусор.
«Полезные» спутники

Настоящие, полезные спутники известны всем: это аппараты связи, метеорологические спутники и космические станции — сотни их. Благодаря спутникам можно получить телефонную связь и доступ в Интернет в любой точке земного шара, отслеживать перемещение воздушных масс и даже контролировать созревание урожая! Спутники телевизионной ретрансляции и геонавигации уже стали неотъемлемой частью жизни во всем мире — даже в отсталой африканской Либерии, где нет линий электропередач, смотрят спутниковое телевидение.

С совершенствованием технологий услуги спутников становятся все дешевле и эффективнее — однако остается одна проблема: медленность. В ее корне лежит банальная физика: для того, чтобы оставаться на геостационарной орбите и находится постоянно на одной точке земного неба (обязательное условие для спутника связи), аппарату необходимо выбираться на высоту около 37 тысяч километров над поверхностью Земли. Сигналу необходимо достичь спутника, обработаться на нем — ведь большинство протоколов связи подразумевают шифрование и сжатие — и долететь обратно до планеты.

Спутник связи

Если приравнять скорость прохождения радиоволны со скоростью света, средняя задержка составит 2-3 секунды — это не критично, если вы просто смотрите видео с YouTube, но создает проблемы во время телефонного разговора. Поэтому когда ваш навигатор долго ищет сигнал GPS, не спешите винить производителя — скорее всего, проблема в неумолимости законов физики.

Космический мусор

Появление большого количества отработавших свое спутников на орбите связана с историческими трудностями космонавтики. Поначалу государства и частные компании разрабатывали технологии, позволяющие вывести чем больше спутников за один раз, да подешевле. В результате появились PocketSat’ы, с англ. «Карманные спутники», доставляемые на орбиту всего за 10 тысяч долларов — теперь вместо покупки нового автомобиля можно организовать свою личную станцию спутниковой связи. И лишь потом осваиватели космоса озаботились проблемой свода спутников с орбиты. Сегодня почти все орбитальные космические аппараты рассчитаны на сход с орбиты и сгорание в атмосфере после выработки ресурса — однако «экологически-чистых» спутников существует пока не так много.

Ядро PocketSat

Однако куда большую проблему представляет так называемый «классический» космический мусор — ступени космических ракет, обломки космических аппаратов и твердая пыль — шлак от твердотопливных разгонных ступеней. На орбите Земли такого мусора насчитывается больше 13 тысяч объектов. Думаете, это немного? Взгляните на карту космического мусора — он равномерным слоем покрывает пространство вокруг Земли, создавая угрозу для других, работающих спутников.

Каковы шансы столкнуться с космическим мусором на земной орбите? На самом деле, они достаточно высоки. Даже два спутника могут врезаться друг в друга — так, «спящий» российский спутник военных коммуникаций «Космос-2251» в 2009 году был протаранен французским спутником «Iridium-33», предоставляющим услуги мобильной связи. Скорость каждого из них составляла больше 24000 км/с — удар вышел таким, что спутники разлетелись на сотни осколков. Даже шлакопыль от двигателей ракет может быть опасной — собираясь в скоростные облака, они попадают на солнечные панели и оптические приборы аппаратов, засоряя и повреждая их. Поэтому той же Международной Космической Станции приходится регулярно маневрировать, уклоняясь от снарядов.
Роль Земли в астрономии

Волей случая наша планета является своеобразным атласом построения других планет — на Земле были или существуют поныне большинство планетарных физических и химических процессов. Это и атмосфера, в которой идет обмен веществом с жидкостной оболочкой и поверхностью; недра, где продолжается геологическая активность, а ядро создает магнитное поле — эти явления встречаются на других объектах Солнечной системы по отдельности, но никогда вместе. Кроме того, Земля содержит как и универсальный для всех планет и астероидов скальный материал, так и свои собственные, уникальные минералы — механизмы их формирования позволяют предсказать обнаружение новых веществ на экзопланетах.

Ландшафт и атмосфера Марса сформировались и функционируют по тем же законам, что и на Земле

Изучение Земли не прекращается ни на секунду, позволяя нам взглянуть на нашу и другие планеты по-новому. Так, в октябре 2015 года физики выдвинули гипотезу о том, что ядро Земли совсем не железное, как считалось ранее — исходя из его плотности и радиоактивности, оно скорее состоит из чистого урана. А новые геологические находки меняют представление о том, что в начале своей истории Земля была расплавленным адом — может быть, что континентам и воде на планете уже больше 4 миллиардов лет! Эволюционируют даже классические схемы формирования гор и долин — оказалось, что обычные муравьи способны разрушать скалы в 170 раз быстрее ветра и воды.

Поэтому сказать точно можно лишь одно: познание нового будет продолжаться, оставаясь все таким же свежим и насыщенным — до тех пор, пока на Земле будет хоть одно существо, способное познавать.