Целью данной работы является: рассмотреть и проанализировать внеземную вулканическую деятельность на основании данных, полученных исследовательскими космическими аппаратами, провести графический анализ снимков, сделанных аппаратом «Кассини», позволивший определить высоту вулканического выброса по соотношению концентрированного вулканического выброса и радиуса спутника.

ВВЕДЕНИЕ

Для современной астрономии характерно широкое применение «принципа сравнения». Если мы хотим изучить закономерности развития и строения какого-либо космического объекта, то один из весьма эффективных методов решения этой задачи состоит в том, чтобы отыскать во Вселенной другие подобные же объекты и постараться выявить их сходство и различие с объектом, интересующим нас. Обнаружив причины этого сходства и этого различия, мы значительно продвинемся в решении поставленной задачи.

Сходство указывает на общность причин, определенных факторов, оказывавших влияние на эволюцию изучаемых объектов, различие — помогает отыскать те обстоятельства, которые предопределили разные пути их развития.

Вполне естественно, что при изучении — даже самых отвлеченных научных проблем конечной целью исследований является применение новых знаний в человеческой практике.

Целью данной работы является: рассмотреть и проанализировать внеземную вулканическую деятельность на основании данных, полученных исследовательскими космическими аппаратами.

Вулканические процессы представляют собой одно из характерных проявлений внутренней жизни нашей планеты, отзвуки которого оказывают существенное влияние на многие геофизические процессы [1].

Задачи проекта: изучение вулканизма других планет Солнечной системы.

План исследования:

Поиск, сбор и обобщение информации о наличии вулканов в пределах Солнечной системы.

Подготовка информационного материала.

Проведение практического исследования.

Выводы.

Оформление работы.

Объект исследования: вулканическая деятельность в пределах Солнечной системы.

Метод: поиск и обработка информации о вулканической деятельности на планетах Солнечной системы, полученных с помощью космических аппаратов.

Актуальность работы:

Применение найденной информации в дальнейшей практике изучения явлений как физических, так и астрономически, т. к. изучая космические явления, астрономы думают, прежде всего, о Земле. В особенности это относится к исследованиям других планет Солнечной системы, позволяющим лучше познать наш собственный космический дом.

Использование метода сравнения в своей учебной практике.

Использование материала на уроках астрономии.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ Что такое вулкан

Вулкан — это любое отверстие в земной поверхности, через которое изливается лава. На Луне большие вулканы назвали лунными морями. Для Венеры придумали специальные слова: новы, арахноиды. Они чем-то похожи на земные вулканы, но есть и много отличий. Вводить свои названия для каждой планеты сложно — для простоты всё напоминающее вулканы на других небесных объектах назовём внеземными вулканами, и будут они частью внеземного вулканизма.

Вулканы на Земле

О масштабах земного вулканизма говорит хотя бы тот факт, что на Земле насчитывается около 540 действующих вулканов, т. е. таких вулканов, которые хотя бы однажды извергались на памяти человечества. Из них 360 находится в так называемом Огненном поясе вокруг Тихого океана и 68 на Камчатке и Курильских островах.

Еще больше вулканов, как выяснилось в последние годы, расположено на дне океанов. Только в центральной части Тихого океана их не меньше 200 тысяч.

Множество твердых частиц выбрасывается из недр Земли во время извержений. Они поступают в атмосферу и, рассеивая солнечные лучи, оказывают заметное влияние на количество тепла, приходящее на Землю. В частности, имеются данные, свидетельствующие о том, что некоторым периодам длительного похолодания в истории нашей планеты предшествовала сильная вулканическая активность.

Современная наука располагает многочисленными данными, свидетельствующими о том, что вулканические явления происходят не только на Земле, но и на других небесных телах планетного типа, сходных с Землей по своей природе и строению.

Луна

Ближайшее к нам небесное тело — Луна и, судя по всему, условия ее формирования были близки к условиям формирования нашей собственной планеты. Поэтому сравнение с Луной представляет особенно большой интерес.

Как известно, в результате изучения Луны космическими аппаратами выяснилось, что подавляющее большинство лунных кольцевых гор-кратеров имеют ударное, метеоритное происхождение (рис. 1). Но, тем не менее, на поверхности нашего естественного спутника обнаруживаются и явные следы вулканической деятельности. Так, например, на Луне широко распространены базальты вулканического происхождения, встречаются и выходы застывшей лавы. Есть также основания предполагать, что концентрации масс — «масконы», обнаруженные с помощью искусственных спутников Луны под дном некоторых лунных морей, представляют собой не что иное, как застывшие лавовые пробки.

Существуют на поверхности Луны и такие образования, которые, возможно, связаны с вулканическими процессами еще более тесным образом. Речь идет о так называемых куполах — своеобразных круглых пологих вздутиях, на вершине которых иногда располагается образование, напоминающее вулканическую кальдеру (область обрушения вокруг кратера).

Ко всему этому можно добавить, что изучение снимков лунной поверхности, полученных с борта искусственных спутников Луны, показало, что в целом ряде мест на лунной поверхности имеются застывшие лавовые потоки и озера. Как считают специалисты, активные вулканические процессы происходили на Луне в основном в первые полтора миллиарда лет после ее образования. В пользу такого предположения говорят измерения возраста образцов лунного грунта, содержащих вулканические породы. Возраст этот оказался не менее 3 миллиардов лет.

Меркурий

Явные следы вулканической деятельности можно обнаружить и на космических фотографиях Меркурия — ближайшей к Солнцу планеты. Поверхность Меркурия почти сплошь покрыта огромным количеством кратеров. И хотя сами эти кратеры, как и лунные — ударного происхождения, на дне некоторых из них хорошо заметны следы излияния лавы.

Исследования Меркурия продолжились в 2008 году, когда к орбите Меркурия в рамках проекта НАСА был направлен космический аппарат Messanger. На свежих снимках ближайшей к Солнцу планеты исследователи обнаружили кратер, получивший предварительное имя Twin.

Венера

Есть также ряд данных, которые говорят в пользу предположения о том, что на Венере вулканическая активность продолжается до настоящего времени. Как известно, температура поверхности этой планеты приближается к 500° Цельсия. Видимо, столь высокая температура объясняется, прежде всего, действием парникового эффекта, благодаря которому в нижних слоях венерианской атмосферы аккумулируется тепло, поступающее от Солнца. Но не исключено, что определенный вклад в эту температуру вносят и вулканические процессы, в частности, излияние на поверхность масс горячей лавы. Возможно, с вулканическими выбросами связано и значительное количество твердых частиц, которые, согласно некоторым данным, присутствуют в газовой оболочке Венеры.

Следует также отметить большое количество углекислого газа (97%) в атмосфере этой планеты. А как известно, выделение углекислого газа — характерная черта вулканических явлений.

Мы пока не знаем, какова природа кратеров на Венере,— вулканическая или метеоритная. Зато обнаружены три «светлых» пятна, т. е. области, лучше отражающие радиоволны. Одна из них достигает 400 километров в поперечнике. По мнению специалистов, пятна, о которых идет речь,— это образования, сформированные лавовыми потоками.

В пользу предположения о вулканических явлениях, происходящих на Венере в настоящее время, свидетельствуют многочисленные электрические разряды типа молний, зарегистрированные советскими станциями «Венера-11, 12 и 13» в районе некоторых венерианских гор. Подобные явления не раз отмечались и при извержении земных вулканов.[2].

Марс

Анализ новых данных о Марсе, полученных главным образом с помощью космических аппаратов, показал, что и на этой планете весьма существенную роль в формировании рельефа играли вулканические процессы. Так, некоторые марсианские кратеры обладают центральными горками с темной точкой на вершине. Не исключено, что это — потухшие вулканы.

Есть на Марсе и горы, относительно вулканической природы которых нет никаких сомнений, например, гора Олимп высотою около 24 км. Для сравнения достаточно напомнить, что высочайшая горная вершина Земли Эверест не достигает и 9 км. Когда в 1971 г. на Марсе бушевала сильнейшая пылевая буря, конус Олимпа возвышался над пылевой пеленой.

В том же районе расположено еще три гигантских потухших вулкана, высота которых лишь чуть меньше. Согласно оценкам специалистов, извержения этой группы вулканов происходили десятки или сотни миллионов лет назад. Они сопровождались выбросом огромных количеств пепла, вероятно, покрывающего в настоящее время многие равнинные области планеты. Наличие на Марсе столь высоких гор вулканического происхождения свидетельствует о большой мощи вулканических процессов, благодаря которым на поверхность планеты изливались огромные массы вещества.

Юпитер

Пожалуй, одним из самых интересных открытий, сделанных с помощью космических аппаратов, явилось обнаружение на спутнике Юпитера Ио 8—9 действующих вулканов. Они выбрасывают пыль и раскаленные газы на высоту до 200 км.

Вулканические процессы, происходящие на Земле, связаны с разогревом земных недр главным образом за счет распада радиоактивных элементов. Что же касается Ио, то здесь источником разогрева, по-видимому, служат приливные возмущения со стороны соседних спутников Юпитера в его мощном гравитационном поле.

Несомненный интерес представляет тот факт, что хотя между фотографированием Ио станциями «Вояджер-1» и «Вояджер-2» прошло несколько месяцев, шесть из обнаруженных действующих вулканов продолжали извергаться. Чем объяснить столь большую длительность извержений? Интересную гипотезу выдвинул советский астроном Г. А. Лейкин.

Если Ио обладает собственным магнитным полем, не исключено, что на его поверхность происходит высыпание частиц из радиационных поясов Юпитера. Вполне возможно также, что в районах вулканических извержений существуют магнитные аномалии, способствующие концентрации таких частиц именно в этих местах. Под их воздействием может происходить испарение вещества поверхности, способствующее вулканическим явлениям [3].

Сатурн

Вулканические процессы могут протекать и на спутнике Сатурна Титане, который является одним из самых крупных спутников планет в Солнечной системе. Но только при извержениях на Титане изливаются не потоки горячей лавы, а жидкий метан и растворы аммиака. Такие образования называются криовулканами.

Во время ряда пролётов зонда «Кассини» близ Титана были получены свидетельства, что на нём существуют криовулканы, выбрасывающие в атмосферу относительно много холодного вещества. Предположительно, они являются источником метана в атмосфере Титана. Кроме того, вероятные криовулканы были найдены на радарных снимках.

Криовулканизм обнаружен также на относительно небольшом спутнике Сатурна Энцеладе. Там он проявляется в выбросах водяного пара, других газов и частиц льда из разломов в южной полярной области. Источником энергии служит приливный нагрев [4].

Нептун

Впервые криовулканы были обнаружены «Вояджером-2» на спутнике Нептуна Тритоне. В районе южной полярной шапки спутника есть небольшие тёмные пятна — это газовые струи, вылетающие из жерл криовулканов. На высоте 8 км струи изгибаются на 90° и вытягиваются в широкие горизонтальные шлейфы, тянущиеся на 150 км и более. На снимках Тритона удалось насчитать до 50 таких пятен. Криовулканизм на Тритоне предположительно порождён энергией приливных взаимодействий.

Ряд косвенных данных свидетельствует о наличии криовулканизма на ряде других «ледяных спутников», обращающихся вокруг газовых планет, в частности, Европе и Ганимеде.

Малые тела

В самом факте существования криовулкана загадки нет — на Плутоне, Европе, Тритоне и Хароне также обнаружены подобные явления

В январе 2014 года было зафиксировано возможное наличие криовулканизма на Церере [4]. В 2015 году на Церере был открыт криовулкан Ахуна; в этом же году формы рельефа, которые могут быть криовулканами, обнаружили на Плутоне.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ Изучение вулканической активности на спутнике Юпитера Ио

Цель: Определить высоту и скорость выброса вещества из жерла вулкана на спутнике Юпитера Ио.

Радиус Ио 1820 км; масса –8,94∙10 22кг.

Работа носит оценочный характер.

На снимке представлен сегмент Ио. Поэтому для вычисления радиуса изображения воспользуемся формулами геометрии:

где c–длина хорды, h–высота сегмента.

Определяем масштаб снимка, составив пропорцию:

радиус Ио на снимке (мм) –1820 км

Примерный масштаб снимка: ~22 км в 1 мм.

Измеряем высоту выброса в миллиметрах и с помощью масштаба рассчитываем реальную высоту выброса в километрах.

Примерный результат ~120 км.

По массе и радиусу определяем ускорение свободного падения на поверхности спутника:

Получаем: g ≈1,8 м/с2.

Используя закон сохранения энергии, определите скорость выброса вещества из жерла вулкана.

=≈660 км/с

Скорость извержения вещества из жерла вулканов на Земле примерно 50-70 м/с.

Н а ряде переданных на Землю снимков одного из его спутников — Ио — хорошо видны зеленовато-белые облака вулканических выбросов, простиравшихся до высоты 100— 300 км, что соответствует начальной скорости выброса 0,5—1 км/с (на Земле эта величина обычно составляет 0,1— 0,3 км/с). Низкая гравитация Ио и гравитационное влияние Юпитера поднимают извергаемое вещество высоко в космос.

Вывод: графический анализ снимков, сделанных аппаратом «Кассини» позволяет определить высоту вулканического выброса по соотношению концентрированного выброса и радиуса спутника.

Таким образом, я попыталась освоить методику обработки данных со спутника.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вулканы всегда привлекали как учёных, так и обывателей. Их называют тоннелями или ходами в центр Земли, ведь при их извержении на поверхность выходит лава, наполняющая глубокие недра нашей планеты. Именно изучение вулканов позволило учёным выдвинуть множество гипотез о сложных физических и химических процессах, протекающих на глубине, исчисляющейся тысячами километров.

Таким образом, вулканические процессы, представляют собой закономерный этап эволюции небесных тел земного планетного типа. Поэтому изучение вулканических явлений на других планетах Солнечной системы, несомненно, будет способствовать более глубокому познанию закономерностей внутренней жизни Земли.

Все эти данные позволяют по- иному взглянуть на геологическое прошлое Земли. Например, оказалось, что существует связь между вулканической активностью и приливами в твердом теле Земли, вызываемыми притяжениями Солнца и Луны. Эти приливы, происходящие с цикличностью 12 и 24 часа, а также 14,7 суток, сами извержений не вызывают, но служат спусковым механизмом: дополнительные напряжения в земной коре служат толчком к началу вулканического процесса.

Неоспоримые доказательства активного вулканизма в космосе позволяют отводить ему существенную роль в развитии тех или иных космических процессов. Известный ученый, крупнейший специалист по вопросам кометной астрономии профессор Всехсвятский предположил, что кометы (во всяком случае короткопериодические) возникли не путем захвата соответствующих масс во время их пролета в окрестностях Солнечной системы, а в результате вулканических выбросов с поверхностей планет. Этим же выбросам могут быть обязаны своим существованием кольца вокруг планет-гигантов. Наконец, возможные посланцы инопланетных вулканов и некоторые из падающих на Землю метеоритов.

Исследование вулканизма на спутниках и малых планетов представляется очень важным и необходимым. Объекты Солнечной системы, которые раньше казались абсолютно мертвыми ледяными мирами, оказались «живыми», не с точки зрения органической жизни, а с точки зрения непрерывно протекающих на них процессов: выделения и перераспределения тепла (ученые обнаружили на них локальные области, которые нагреты до очень высоких температур) и постоянно протекающих химических реакций. Поскольку в этих реакциях участвуют соединения метана, серы и углерода, есть основания предположить возможность образования более сложных молекулярных соединений и даже наличие простейших организмов. Такая гипотеза уже была высказана. Существует также гипотеза, что появлением жизни на Земле, мы обязаны земным вулканам. Кроме того, в процессе эволюции Солнечной системы, зона возможной обитаемой среды смещается и удаляется от Солнца [4], т. е. через несколько миллионов лет (что по астрономическим меркам совсем немного), нашей цивилизации все равно необходимо будет осваивать новые объекты Солнечной системы. Самыми перспективными кандидатами на заселения являются как раз объекты с ярко выраженными процессами вулканизма. [5]

Эту тему я предполагаю взять для дальнейшего исследования.

Перспективы дальнейшего исследования проблемы мы видим в более подробном / детальном изучении …
В перспективе было бы интересно …
На наш взгляд было бы интересно изучить / исследовать / рассмотреть …
Кроме …, рассмотренных в данной работе, по нашему мнению было бы интересно изучить …
Работа рассматривает лишь один из аспектов проблемы. Исследования в этом направлении могут быть продолжены. Это могло бы быть изучение не только … но и …

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

https://kipmu.ru/tajny-vulkanov/ | Научно-популярный журнал «Как и почему»

https://kot.sh/statya/vulkany-nazemle…

https://aboutspacejornal.net/2017/03/20

По материалам Сosmos-Оnline сайт журнала «Все о космосе»

. Л. К. Малышева, А. И. Малышев. Планетарный вулканизм как фактор создания условий для зарождения жизни // Вулканология и сейсмология, 2004. № 6. С. 65–77.