Солнечная система

Материал из ALL
Перейти к: навигация, поиск
Планеты Солнечной системы

Солнечная система — планетная система, включающая в себя центральную звезду — Солнце, и все природные космические объекты, вращающиеся вокруг Солнца. Долгое время, строя предположения относительно устройства Млечного Пути, ученые ориентировались именно на Солнечную систему, однако в последние десятилетия, с открытием новых типов звезд (таких как пульсары) и экзопланет эта мысль опровергнута.

Общее описание[править]

()

Загадки Солнечной системы

Солнечная система является системой гравитационно связанных небесных тел, состоящая из центрального массивного тела — Солнца, восьми больших планет, движущихся вокруг более 100 их спутников, пояса астероидов и пояса Койпера, которые состоят из метеоритного вещества, пыли и комет. Пояс Койпера, который содержит около 70-100 тыс. объектов ~ 100 км в диаметре, обнаружен в 1992—2000 гг. на расстоянии 30 −50 а.е. от Солнца, в частности Плутон, который 26 Генеральной ассамблеей Международного астрономического союза (2006) исключен из состава планет.

Главная роль в Солнечной системе принадлежит Солнцу. Его масса приблизительно в 750 раз превышает массу всех других тел, входящих в систему. Гравитационное притяжение Солнца является определяющей силой для движения всех тел Солнечной системы, которые вращаются вокруг него. Среднее расстояние от Солнца до самой далекой от него планеты Нептун составляет 30 а.е., то есть 4500000000 км, что очень мало по сравнению с расстояниями до ближайших звезд. Только некоторые кометы удаляются от Солнца на 1015 а.е. и могут чувствовать существенное влияние притяжения других звезд.

По современным представлениям Солнце и Солнечная система образовались около 4600000000. Лет назад в результате гравитационного сжатия облака межзвездного газа и пыли.

Большая часть массы объектов, связанных с Солнцем гравитацией, содержится в восьми относительно обособленных планетах, имеющих почти круговые орбиты и расположены в пределах почти плоского диска — плоскости эклиптики. Четыре меньшие внутренние планеты: Меркурий , Венера, Земля и Марс, называемые также планетами земной группы, состоят в основном из силикатов и металлов . Четыре внешние планеты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, называемые также газовыми гигантами, в значительной степени состоят из водорода и гелия и намного массивнее, чем планеты земной группы.

В Солнечной системе есть два участка, заполненные малыми телами. Пояс астероидов, расположенного между Марсом и Юпитером, по составу подобен планет земной группы, поскольку состоит в основном из силикатов и металлов. Крупнейшими объектами пояса астероидов является Церера, Паллада и Веста. За орбитой Нептуна находится транснептуновые объекты, состоящие из замерзшей воды, аммиака и метанаа крупнейшими из которых являются Плутон, Седна, Хаумеа, Макемаке и Эрида. Дополнительно к тысячам малых тел в этих двух участках есть другие популяции различных мелких тел, таких как кометы, метеороид и космическая пыль, движущиеся вокруг Солнца.

Шесть из восьми планет и три карликовые планеты имеют естественные спутники. Каждая из внешних планет окружена кольцами пыли и других частиц.

Солнечный ветер (поток плазмы от Солнца) создает пузырь в межзвездной среде, который называется гелиосферой, который простирается до края рассеянного диска. Гипотетическая облако Оорта, которое служит источником долгопериодических комет, может достигать на расстояние примерно в тысячу раз большую по сравнению с гелиосферой.

Солнечная система входит в состав Млечного Пути.

Во время движения в Галактике, Солнечная система время от времени попадает в межзвездных газопылевых облаков . Вследствие высокой разреженности вещества этих облаков погружение Солнечной системы в облако может проявиться лишь в небольшом поглощении и рассеянии солнечных лучей. Влияние этого эффекта в истории Земли пока не установлены.

Солнечная система, как и любая система, имеет момент количества движения (МКР). Главная часть его (около 90 %) связана с орбитальным движением вокруг Солнца массивных Юпитера и Сатурна. Осевое вращение Солнца составляет лишь 2 % МКР всей Солнечной системы, хотя масса Солнца составляет более 99,8 % общей массы. Такое распределение МКР между Солнцем и планетами связано с медленным вращением Солнца и огромными размерами планетной системы — ее поперечник в несколько тысяч раз больше диаметра Солнца. Планеты получили МКР в процессе образования системы: он перешел к ним от того вещества, из которого они образовались.

Все большие планеты вращаются вокруг Солнца в одном направлении (в направлении осевого вращения самого Солнца), почти круговыми орбитами, плоскости которых имеют небольшой наклон друг к другу (и к плоскости солнечного экватора).

Плоскость земной орбиты — эклиптику — считают основной плоскостью для отсчета наклона орбит планет и других тел, вращающихся вокруг Солнца. Расстояния в солнечной системе обычно измеряют в астрономических единицах — среднее расстояние от Земли до Солнца, что примерно равно 150 млн км.

Состав[править]

Солнце[править]

Солнце — единственная звезда Солнечной системы и ее главный компонент. Его масса (332900 масс Земли) достаточно велика для поддержания термоядерных реакций синтеза в его недрах, в результате которых высвобождается большое количество энергии, излучаемой в пространство в основном в виде электромагнитного излучения, максимум которого приходится на диапазон волн длиной 400—700 нм.

По звездной классификации Солнце — типичная звезда главной последовательности класса G2. На главной последовательности находится большинство звезд, а Солнце находится на ней примерно посередине. Яркие и горячие от Солнца звезды довольно редки, а тусклые и холодные красные карлики составляют 85 % звезд в Млечном Пути.

Расположение Солнца на главной последовательности означает, что оно еще не исчерпало свой ​​запас водорода для ядерного синтеза и находится примерно в середине своей эволюции. Сейчас Солнце постепенно становится ярче, на ранних стадиях его яркость составляла лишь 70 процентов от нынешней.

Солнце — звезда I типа звездного населения, оно образовалось на сравнительно позднем этапе развития Вселенной и характеризуется значительным содержанием элементов, тяжелее водорода и гелия (в астрономии такие элементы называют «металлами»), чем старшие звезды II типа. Элементы, тяжелее водорода и гелия, образовались в недрах первых звезд, поэтому, прежде чем Вселенная было обогащено этими элементами, мало проеволюционуваты первое поколение звезд.

Старые звезды содержат мало металлов, а младшие звезды содержат их больше. Считается, что высокая металличность была крайне важна для появления у Солнца планетной системы, потому что планеты формируются аккрецией «металлов».

Межпланетная среда[править]

Наряду со светом, Солнце излучает непрерывный поток заряженных частиц (плазмы), известных как солнечный ветер . Этот поток частиц распространяется со скоростью примерно 1500000 км в час, наполняя околосолнечное пространство и создавая у Солнца некий аналог планетарной атмосферы, которая простирается на расстояние не менее 100 а. е. от Солнца. Она известна как межпланетная среда. Проявления активности на поверхности Солнца, такие как солнечные вспышки и корональные выбросы массы, будоражат гелиосферу, порождая космическую погоду. Самая большая структура в пределах гелиосферы — Гелиосферный токовый слой; спиральная поверхность, созданная влиянием вращающегося магнитного поля Солнца на межпланетное среду.

Магнитное поле Земли мешает солнечному ветру сорвать атмосферу Земли. Венера и Марс не имеют магнитного поля, и в результате солнечный ветер постепенно сдувает их атмосферы в космос.[1] Корональные выбросы массы и подобные явления изменяют магнитное поле и выносят огромное количество вещества с поверхности Солнца — около 1-10 млрд тонн в час.[2] Взаимодействуя с магнитным полем Земли, это вещество попадает преимущественно в приполярные слои атмосферы Земли, где возникают полярные сияния, что чаще всего наблюдаются вблизи магнитных полюсов.

Гелиосфера и, в меньшей степени, планетарные магнитные поля частично защищают Солнечную систему от воздействия космических лучей, которые исходят извне Солнечной системы. Как плотность космических лучей в межзвездной среде, так и напряженность магнитного поля Солнца меняются со временем, таким образом, уровень космического излучения в Солнечной системе непостоянен, хотя величина отклонений точно неизвестно.

Межпланетная среда является местом формирования мере двух дискообразных областей космической пыли. Зодиакальная пылевое облако находится во внутренней части Солнечной системы и является причиной, по которой возникает зодиакальный свет. Вероятно, она возникла в результате столкновений в пределах пояса астероидов.

Планеты[править]

Планеты делятся на две группы, отличающиеся массой, химическим составом (это проявляется в значительной разницей их плотности), скорости вращения и количеству спутников. Четыре ближайшие к Солнцу планеты (планеты земной группы) сравнительно невелики, состоят в основном из плотного каменистого вещества и металлов. Планеты-гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — гораздо массивнее, состоят в основном из легких веществ и поэтому, несмотря на огромный давление в их недрах, имеют малую плотность. У Юпитера и Сатурна основную долю их массы составляют водород и гелий. Они содержат до 20 % каменистых веществ и легких соединений кислорода, углерода и азота, что при низких температурах конденсируются. В Уране и Нептуне лед и каменистые вещества составляют несколько большую часть их массы.

Расстояния планет от Солнца образуют закономерную последовательность — промежутки между соседними орбитами возрастают с удалением от Солнца. Эти закономерности движения планет в сочетании с делением их на две группы по физическим свойствам указывают на то, что Солнечная система не является случайным скоплением космических тел, а образовалась в едином процессе. Поэтому изучение каждого из тел Солнечной системы освещает происхождение всей Солнечной системы, а вместе с тем и происхождение, эволюцию и современное строение нашей Земли.

Благодаря почти круговой форме планетных орбит и большим расстояниям между ними исключена возможность тесных сближений между планетами, когда они могли бы существенно изменять свое движение в результате взаимного притяжения. Это обеспечивает длительное и устойчивое существование солнечной системы.

Планеты вращаются также вокруг своих осей, причем у всех планет, кроме Венеры и Урана, вращение происходит в прямом направлении, то есть в том же направлении, что и их обращения вокруг Солнца. Чрезвычайно медленное вращение Венеры происходит в обратном направлении, а Уран вращается, как бы лежа на боку.

Сатурн, Юпитер и Уран кроме нескольких спутников большого размера имеют множество мелких спутников, образующих кольца. Эти спутники движутся орбитами, настолько близко расположенными к планете, приливные силы не позволяют им объединиться в единое тело.

Внутренняя область Солнечной системы[править]

Внутренняя часть включает планеты земной группы и астероиды. Все они состоят главным образом из силикатов и металлов. Это небольшая часть системы — ее радиус меньше, чем расстояние между орбитами Юпитера и Сатурна.

Планеты земной группы[править]

Четыре внутренние планеты состоят преимущественно из тяжелых элементов, имеют мало спутников, в них отсутствуют кольца. В значительной степени они состоят из тугоплавких минералов, таких как силикаты, формирующие их мантию и кору, и металлов (таких как железо и никель), формирующие их ядро. У трех внутренних планет: Венеры, Земли и Марса есть атмосфера; у всех есть ударные кратеры и тектонические особенности поверхности, такие как рифтовые впадины и вулканы.[3][4][5]

Меркурий[править]

()

Меркурий

Меркурий (0,4 а.е. от Солнца) является ближайшей к Солнцу и самой маленькой планетой системы (0,055 массы Земли). У Меркурия форуме спутников, а его единственными известными геологическими особенностями, кроме ударных кратеров, являются многочисленные зубчатые откосы, тянущиеся на сотни километров — эскарпы, возникших, вероятно, вследствие приливных деформаций на раннем этапе истории планеты в то время, когда его период вращения вокруг оси отличался от периода обращения вокруг Солнца.

Меркурий имеет крайне разреженную атмосферу. Она состоит из атомов, «выбитых» с поверхности планеты солнечным ветром. Относительно большого железного ядра Меркурия и его тонкой коры версии еще не получили удовлетворительного объяснения. Есть гипотеза, предполагающая, что внешние слои планеты, состоящие из легких элементов, были сорваны в результате гигантского столкновения, которое уменьшило размеры планеты, а также предотвратило полное поглощение Меркурия молодым Солнцем.

Венера[править]

Венера близка по размеру к Земле (0,815 земной массы) и, как и Земля, имеет мощную атмосферу и толстую силикатной оболочкой вокруг железного ядра. Есть также свидетельства ее внутренней геологической активности. Однако количество воды на Венере гораздо меньше земного, а ее атмосфера в девяносто раз плотнее. В Венере Нету спутников. Это самая горячая планета, температура ее поверхности превышает 400 °C. Причиной такой высокой температуры является парниковый эффект в плотной, богатой углекислым газом атмосфере.[6] Не было выявлено никаких однозначных свидетельств геологической деятельности на Венере, но, поскольку у нее нет магнитного поля, которое предотвратило бы истощению ее существующей атмосферы, это позволяет предположить, что ее атмосфера регулярно пополняется вулканическими извержениями.

Земля[править]

Земля является крупнейшей и самой плотной среди внутренних планет. У Земли есть один естественный спутник — Луна, это единственный большой спутник планет земной группы. Среди планет земной группы Земля является уникальной (прежде всего — гидросферой). Атмосфера Земли радикально отличается от атмосфер других планет — она содержит свободный кислород. Вопрос о наличии жизни где-нибудь, кроме Земли, остается открытым.

Марс[править]

Марс меньше Земли и Венеры (0,107 массы Земли). Он имеет атмосферу, состоящую главным образом из углекислого газа, с поверхностным давлением 6,1 мбар (0,6 % от земного). На его поверхности есть вулканы, самый большой из которых, Олимп, превышает размерами все земные вулканы, достигая высоты 21,2 км.[7] Рифтовые впадины (Долина Маринер) вместе с вулканами свидетельствуют о былом тектоническую активность, которая, по современным данным, закончилась около 2 млн лет назад.[8] Красный цвет поверхности Марса обусловлен большим количеством оксида железа в его почве. Планета имеет два спутника — Фобос и Деймос. Предполагается, что они представляют собой захваченные астероиды.[9]

Пояс астероидов[править]

()

Астероидная опасность

Астероиды — самые распространенные малые тела Солнечной системы. Пояс астероидов находится между орбитами Марса и Юпитера, на расстоянии от 2,3 до 3,3 а.е. от Солнца. Считают, что это остатки формирования Солнечной системы, которые не смогли объединиться в одно тело через гравитационные возмущения Юпитера.

Астероиды имеют размер от нескольких метров до сотен километров. В основном их классифицируют как малые тела Солнечной системы, но некоторые из них, например, Веста и Гигея, могут быть переклассифицированные в карликовые планеты, если будет доказано, что они получили гидростатически равновесной формы.

Пояс содержит десятки тысяч, возможно — миллионы объектов, больших одного километра в диаметре. Несмотря на это, общая масса астероидов пояса вряд ли больше одной тысячной массы Земли. Небесные тела с диаметрами от 100 мкм до 10 м называют метеороид.

Карликовые планеты[править]

Это достаточно крупные тела Солнечной системы. Столь велики, что собственная гравитация придала им равновесные формы, которые близки к шарообразной. Но в отличие от планет, их масса меньше, поэтому им не удалось «расчистить» окрестности своей орбиты от других подобных тел.[10] Определение карликовой планеты принято Международным астрономическим союзом на генеральной ассамблее 2006 года. В соответствии с резолюцией[11] Плутон потерял статус большой планеты (и таким образом в Солнечной системе осталось всего восемь крупных планет) и получил статус карликовой планеты (вместе с Церерой, Эрида, Макемаке и Хаумеа).

Астероиды[править]

Подавляющее большинство орбит ныне известных малых планет расположены между орбитами Марса и Юпитера. Они образуют так называемый главный пояс астероидов. Большинство из них вращаются вокруг Солнца в том же направлении, что и большие планеты, но их орбиты в основном вытянуты и наклонены к плоскости эклиптики.

Недра планет и некоторых крупных спутников (например Луны) находятся в расплавленном состоянии. У планет земной группы и спутников вследствие малой теплопроводности наружных слоев тепловыделение невелико, его вклад в температуру поверхности сравним с теплом, полученным от Солнца. У планет-гигантов конвекция в их недрах приводит к заметному потоку тепла из недр, даже превосходит поток, получаемый ими от Солнца.

Венера, Земля и Марс имеют атмосферы, состоящие из газов, выделившихся из их недр. У планет-гигантов атмосферы представляют собой непосредственное продолжение их недр: эти планеты не имеют твердой или жидкой поверхности. При погружении внутрь атмосферные газы постепенно переходят в конденсированный состояние.

Кометы[править]

Кометы движутся в основном вытянутыми орбитами, близкими к параболическим. Некоторые кометы имеют вытянутые орбиты сравнительно небольших размеров — десятки и сотни астрономических единиц. В этих комет, названных периодическими, преобладают прямые движения, то есть их вращение происходит в том же направлении, что и вращение планет.

Ядра комет по своим элементным и химическим составам родствены планетам-гигантам: они состоят из водяного льда и льдов различных газов с примесью каменистых веществ. Почти все малые планеты по своему составу подобные каменистых планет земной группы. Только недавно открытый Хирон, движущийся между орбитами Сатурна и Урана, вероятно, подобен ледяным ядрам комет и небольшим спутникам далеких от Солнца планет.

Обломки малых планет, образующиеся при их столкновений друг с другом, иногда выпадают на Землю в виде метеоритов. В малых планет, именно вследствие их небольших размеров, недра прогревались значительно меньше, чем у планет земной группы, и поэтому их вещество претерпела лишь небольшие изменения от времени их образования. Измерения возраста метеоритов (по содержанию радиоактивных элементов и продуктов их распада) свидетельствуют, что они, а следовательно, и вся Солнечная система, существуют около 5 млрд лет. Этот возраст Солнечной системы согласуется с измерениями возраста древнейших земных и лунных пород.

Динамические и физические особенности строения Солнечной системы указывают на то, что планеты сформировались из газопылевого вещества, ранее образовывала протопланетного облака вокруг Солнца. Планеты земной группы образовались в результате аккумуляции каменистых твердых частиц, а у планет-гигантов образования началось с аккумуляции каменисто-ледяных частиц, а затем на некотором этапе их роста дополнилось присоединением газов, в основном водорода и гелия.

Отдаленные области[править]

Ответ на вопрос о том, где именно заканчивается Солнечная система и начинается межзвездное пространство, является неоднозначной. Наиболее существенными считают два фактора: солнечный ветер и солнечная тяжесть. Внешняя граница солнечного ветра — гелиопауза, где гидродинамическое давление солнечной плазмы уравновешивается межзвездной. Внутри этой оболочки солнечный магнитное поле вытесняет галактическое.[12] Гелиопауза расположена на расстоянии примерно 100 а.е. Однако предполагают, что расстояние, на котором гравитация Солнца является определяющей (сфера Хилла), почти в тысячу раз больше.

Примечания[править]

  1. Lundin. Erosion by the Solar Wind
  2. Schrijver, CJ and Zwaan, C. (2000). Solar and Stellar Magnetic Activity. Cambridge Astrophysics Series. Cambridge University Press.
  3. [1]
  4. [2]
  5. [3]
  6. [4]
  7. [5]
  8. [6]
  9. [7]
  10. Карликовые планеты. Главная астрономическая обсерватория НАН Украины
  11. Definition Of A Planet In The Solar System. International Astronomical Union
  12. Гелиосфера // Астрономический энциклопедический словарь / Под общей редакцией И. А. Климишина и А. А. Корсунь. — Львов: ЛНУ-ГАО НАНУ, 2003. — С. 104—105

Литература[править]

  • Pat Dasch: Icy worlds of the solar system. Cambridge Univ. Press, Cambridge 2004, ISBN 0-521-64048-2
  • Joachim Gürtler, Johann Dorschner: Das Sonnensystem. Wissenschaftliche Schriften zur Astronomie. Barth, Leipzig / Berlin / Heidelberg 1993, ISBN 3-335-00281-4
  • CH Heller: Encounters with protostellar disks. I — Disk tilt and the nonzero solar obliquity, ApJ 408, 1993, S. 337
  • Pavel Kroupa: The dynamical properties of stellar systems in the Galactic disc, MNRAS 277, 1995, S. 1507 (PDF Bei ArXiv).
  • Glenn J. MacPherson: Oxygen in the solar system. Mineralogical Society of America, Chantilly 2008, ISBN 978-0-939950-80-5
  • Eugene F. Milone, William J. Wilson: Solar system astrophysics. Springer, New York 2008, ISBN 978-0-387-73153-7
  • Polarimetric remote sensing of Solar System objects / Mishchenko MI [ao] = Дистанционное зондирование объектов солнечной системы поляриметрическими средствами / М. И. Мищенко [и др.]. — Kyiv: Akademperiodyka, 2010. — 292 p. : Fig., Tab. ; 12 l. : Pl. — (Projekt *"Ukrainian scientific book in a foreign language"). — Библиогр.: с. 244—277.
  • Войтович, Владимир Кондратьевич. Принципиально новая гипотеза образования и развития Солнечной системы — Л.: Львовской Политехники, 1995. — 40 с
  • Применение ПЗС- методов для исследований тел Солнечной системы / отв. ред. Г. И. Пинигин; Николаевская астрономическая обсерватория. — Николаев: Атолл, 2000. — 112 с.: ил.
  • Полищук Г. Х. Начала солнечной системы. — М.: Киево-Могилянская академия, 2006. — 20 с.