Определения

Солнечная система


Солнечная система состоит из Солнца и всего остального, что вращается вокруг него: планет и их спутников, карликовых планет, астероидов, объектов пояса Койпера и комет.

Солнечная система также используется для обозначения группы небесных тел, вращающихся вокруг звезды (известных как внесолнечные планеты). В этой статье Солнечная система представляет собой систему, включающую Солнце и Землю.
Размеры Солнечной системы определяются в терминах расстояния от Солнца до Земли, которое называется "астрономической единицей" (АЕ). Одна АЕ равна 150 миллионам километров. По оценкам, расстояние от Солнца до границы Солнечной системы (т.е. там, где заканчивается солнечное магнитное поле и начинается межзвездное пространство) составляет около 86-100 АЕ.

Самым удаленным известным объектом, вращающимся вокруг Солнца, является карликовая планета Эрида, открытая в июле 2005 года. Эрида находится на расстоянии примерно 97 а.е. от Солнца. На краю Солнечной системы на расстоянии 90 АЕ находится еще один планетоид под названием Седна, но на самой удаленной орбите он достигнет около 900 АЕ.

Художественное представление о Седне.

Однако именно самые долгопериодические кометы проходят самый длинный путь от Солнца; они имеют чрезвычайно эксцентричные орбиты и могут достигать орбитальных расстояний в 50 000 а.е. и более! Эти кометы происходят из облака Оорта - огромной сферической области, состоящей из нескольких миллиардов комет.

До 1995 года наша Солнечная система была единственной известной планетарной системой, когда астрономы обнаружили планету размером в 0,6 раза больше Юпитера, вращающуюся вокруг звезды 51 Пегаса в созвездии Пегаса. Юпитер - самая большая и массивная планета в нашей Солнечной системе.

Вскоре после этого астрономы обнаружили планету, масса которой примерно в 8,1 раза больше массы Юпитера, вращающуюся вокруг звезды 70 Девы в созвездии Девы, а затем планету, масса которой примерно в 3,5 раза больше массы Юпитера, вращающуюся вокруг звезды 47 Большой Медведицы.

С тех пор астрономы обнаружили формирующиеся планеты и дисков обломков, вращающиеся вокруг большого количества звезд. Большинство астрономов считают, что во Вселенной существует очень большое количество солнечных систем.

Солнце и солнечный ветер

Солнце - это звезда среднего размера и яркости. Солнечные лучи и другие излучения образуются в результате преобразования водорода в гелий внутри горячего, плотного Солнца.
Хотя в результате ядерного синтеза сгорает 600 миллионов тонн водорода в секунду, Солнце настолько массивно, что может продолжать светить так ярко еще 6 миллиардов лет! Именно эта стабильность позволила жизни развиваться и выживать на Земле.

Солнечная активность

Несмотря на такую стабильность, Солнце является чрезвычайно активной звездой: коричневые пятна, окруженные интенсивными магнитными полями, появляются и исчезают на ее поверхности каждые 11 лет. Внезапные взрывы частиц вызывают на Земле северное сияние и нарушают радиосигналы. Непрерывный поток протонов, электронов и ионов также покидает Солнце и проходит через солнечную систему. Именно этот солнечный ветер формирует хвосты комет и оставляет свои следы на лунном грунте, образцы которого были доставлены на Землю благодаря американским миссиям "Аполлон".

Солнечная активность также влияет на гелиопаузу - область пространства, которая, по мнению астрономов, представляет собой границу между Солнечной системой и межзвездным пространством. Гелиопауза - это динамическая область, которая расширяется и сжимается под воздействием постоянно меняющейся скорости и давления солнечного ветра.

Солнечный протуберанец от 24 февраля 2015 года.

Планеты Солнечной системы

Восемь крупных планет в настоящее время признаны Международным астрономическим союзом (МАС) - организацией, которая управляет официальными названиями объектов Солнечной системы. Планеты принято делить на две группы:

  • Внутренние, или теллурические, планеты (Меркурий, Венера, Земля и Марс)
  • Внешние планеты, или газовые гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун)

Теллурические планеты малы и состоят в основном из камня и железа. Газовые гиганты намного больше и состоят в основном из льда, гелия и водорода. Плутон, ранее считавшийся девятой планетой, не принадлежит ни к одной из этих групп, и в 2006 году МАС присвоил ему статус карликовой планеты. Ряд астрономов выступили против изменения статуса Плутона и нового определения того, что такое планета.

Согласно МАС, "классическая" планета определяется как тело, вращающееся вокруг Солнца, имеющее сферическую форму благодаря собственной гравитации, и должна быть доминирующим объектом, поглотившим все другие объекты в своей окрестности. Карликовая планета - это также сферический объект, вращающийся вокруг Солнца, но недостаточно массивный, чтобы поглотить другие объекты в своей окрестности.

Меркурий

Меркурий удивительно плотный, и это, по-видимому, связано с тем, что он имеет особенно большое железное ядро. Непрочная атмосфера Меркурия оставляет на его поверхности следы бомбардировки астероидами в молодости.

Венера

Венера имеет атмосферу из углекислого газа в 90 раз толще земной, что вызывает замечательный парниковый эффект. Результат - экстремальная температура, самая горячая из всех планет: она составляет около 477 °C!

Земля

Земля - единственная известная планета, на которой в изобилии присутствует жидкая вода и жизнь. Это также самая известная человеку планета. На протяжении веков ее изучали в самых отдаленных уголках.

Луна

Луна - естественный спутник Земли. Он настолько близок к нам, что 12 человек уже ступали по его земле. Она также необходима для жизни на Земле: мы многим обязаны Луне.

Марс

В 2004 году астрономы, возглавляющие миссию NASA Mars Exploration Rover, подтвердили, что на поверхности Марса когда-то существовала жидкая вода!
Ранее ученые предполагали, что вода существовала на Марсе в древние времена из-за эрозионного состояния его поверхности, схожего с земным. Сегодня углекислотная атмосфера на Марсе настолько разрежена, что это холодная, сухая планета с полюсами замерзшей воды и углекислого газа. Но похоже, что небольшие потоки воды из марсианской коры продолжают местами подниматься на поверхность.

Юпитер

Юпитер - самая большая планета в нашей Солнечной системе. Его атмосфера из гелия и водорода содержит большие цветные облака, а огромная магнитосфера, кольца и спутники делают его самой настоящей планетарной системой. На одном из крупнейших спутников Юпитера, Ио, есть вулканы, которые делают его поверхность самой горячей в Солнечной системе. По крайней мере, четыре спутника Юпитера имеют атмосферу, и по крайней мере три из них, вероятно, содержат жидкую или частично замороженную воду. Европа, еще один спутник Юпитера, может иметь целый океан жидкой воды под своей ледяной корой!

Спутник Каллисто находится очень далеко от Юпитера и выглядит особенно старым. Что касается Ганимеда, то это самый большой из спутников Юпитера: он больше планеты Меркурий!

Сатурн

Соперник Юпитера Сатурн имеет гораздо более сложную кольцевую систему и эквивалентное количество спутников. Титан, один из спутников Сатурна, имеет самую плотную атмосферу среди всех спутников Солнечной системы. Другой спутник Сатурна, Энцелад, имеет гейзеры жидкой воды. Что касается Урана и Нептуна, у них мало водорода по сравнению с Юпитером и Сатурном; Уран, у которого также есть кольца, уникален тем, что он вращается на 98 ° в плоскости своей орбиты.

Уран

Седьмая планета Солнечной системы, Уран - голубой газовый гигант. Мы не очень хорошо знаем внутренний состав этой планеты, но мы уверены, что он отличается от Юпитера и Сатурна. Его синий цвет обусловлен сильным присутствием метана.

Нептун

Это последний газовый гигант в нашей солнечной системе. Его можно увидеть только в телескоп. Ученые считают, что его внутренний состав похож на состав Урана, так же как его синий цвет обусловлен присутствием метана.

Другие тела на орбите

Карликовые планеты, признанные в настоящее время МАС (Международным астрономическим союзом), включают Плутон, Эрида, Макемаке, Хаумеа и Цереру. Эти небесные тела МАС называет карликовыми планетами из-за их округлой формы, обусловленной собственной гравитацией, и не могут, в отличие от планет, расчистить район своей орбиты от других объектов.

Плутон, Эрида, Макемаке и Хаумеа состоят из слоев льда вокруг каменистого ядра. Они вращаются вокруг пояса Койпера, области за Нептуном, содержащей тысячи маленьких замороженных тел и принадлежащих к семейству карликовых планет, называемых плутоидами.

Цереру называют карликовой планетой, потому что она сферическая и потому что она находится в поясе астероидов - области между орбитами Марса и Юпитера, содержащей тысячи небольших каменистых тел. Церера, безусловно, имеет каменистое ядро, окруженное мантией, состоящей из смеси камня и льда. Как и астероиды, карликовые планеты рассматриваются МАС как малые планеты, и для их идентификации им присваиваются имена и номера.

Плутон, Эрида, Макемаке, Хаумеа и др. В сравнении по размерам

Астероиды, метеоры и метеороиды

Астероиды - это небольшие каменистые тела, которые вращаются в основном между орбитами Марса и Юпитера. Астероиды, число которых исчисляется тысячами, могут иметь размеры от 530 км в длину (примерно половина размера Цереры) до микроскопических зерен пыли! Некоторые астероиды под воздействием внешних сил переходят на эксцентричные орбиты, которые могут приближать их к Солнцу.

Если орбиты этих объектов пересекают орбиту Земли, то они называются метеороидами. Когда они появляются ночью в виде падающих звезд, их называют метеорами, а фрагменты, найденные на Земле, - метеоритами. Научные исследования метеоритов позволили получить много информации об условиях в нашей ранней Солнечной системе. Поверхности Меркурия, Марса и нескольких спутников (включая нашу Луну) демонстрируют нам последствия интенсивной бомбардировки астероидами и кометами на протяжении всей истории Солнечной системы. На Земле эти эффекты исчезли из-за эрозии, за исключением нескольких недавно обнаруженных столкновений.

Кометы

Некоторые метеоры и другая межпланетная пыль также происходят из комет, которые состоят из скоплений замороженной пыли и газа, диаметр которых варьируется от 5 до 10 км. Кометы вращаются так далеко от Солнца, что им могут мешать орбиты других звезд, которые отправляют их обратно внутрь Солнечной системы. По мере приближения к Солнцу кометы выделяют свой газ и пыль, образуя эффектные волосы и хвост! Под влиянием огромного гравитационного поля Юпитера кометы иногда могут принимать гораздо меньшие орбиты. Самая известная из них - комета Галлея, которая возвращается к Солнцу каждые 75 лет. Последний раз она приближалась к Солнцу в 1986 году. В июле 1994 года фрагменты кометы Шумейкер-Леви 9 бомбардировали плотную атмосферу Юпитера со скоростью до 210 000 км/ч!
При столкновении невероятная кинетическая энергия осколков высвободилась в мощных взрывах, некоторые из которых превратились в огненные шары размером больше Земли!

Кометы вращаются вокруг Солнца в двух отдельных группах: в поясе Койпера и в облаке Оорта. Пояс Койпера - это диск из ледяных обломков, который вращается вокруг Солнца за пределами Нептуна. Население пояса Койпера состоит из объектов KBO (объект пояса Койпера). KBO различаются по размеру от простых шариков мороженого с каменной пылью до карликовых планет, таких как Плутон и Эрида. Большинство комет с периодом обращения менее 500 лет происходят из пояса Койпера.

Комета Макнаута, открытая в 2006 году.

Облако Оорта

Облако Оорта - это гипотетическая область, расположенная на полпути между Солнцем и гелиопаузой (граница, где солнечный ветер от нашего Солнца останавливается межзвездной средой). Астрономы считают, что существование облака Оорта (названного в честь датского астронома Яна Оорта) объясняет, почему некоторые кометы имеют чрезвычайно длительные периоды обращения. Фрагмент пыли и льда может оставаться в облаке Оорта в течение тысяч лет. Некоторые близкие звезды проходят достаточно близко к Солнечной системе, чтобы их гравитационная сила вытолкнула объект из облака Оорта на орбиту вокруг Солнца.

Первое фактическое обнаружение облака Оорта произошло в марте 2004 года, когда астрономы сообщили о существовании планетоида диаметром около 1700 км. Они назвали его Седна, в честь морской богини в инуитской мифологии. Седна находится на расстоянии около 13 млрд км от Солнца.

Многие объекты, не обнаруженные в поясе астероидов, в облаке Койпера или в облаке Оорта, безусловно, являются кометами, которые никогда не вернутся к Солнцу. Поверхность спутников планет покрыта ударами таких объектов.

Кольца Солнца

Было обнаружено, что Солнце также окружено кольцами из межпланетной пыли. Давно известно, что одно из них, расположенное между Юпитером и Марсом, является причиной зодиакального света - слабого свечения, которое появляется на востоке перед рассветом и на западе после захода Солнца.
Еще одно кольцо, расположенное на расстоянии всего двух солнечных диаметров от Солнца, было обнаружено в 1983 году.

Движение планет и их спутников

Если бы можно было посмотреть на Солнечную систему с высоты северного полюса Земли, то казалось бы, что планеты движутся вокруг Солнца в противоположных направлениях. Все планеты, кроме Венеры, Урана и карликовой планеты Плутон, вращаются вокруг своих осей в этом же направлении.

Планетарные орбиты

Вся система удивительно плоская, и только Меркурий из крупных планет имеет наклонную орбиту. Однако орбиты карликовых планет Плутон и Эрида сильно наклонены к главной плоскости Солнечной системы: Плутон - 17,2°, а Эрида - 44°. Оба объекта имеют сильно эллиптические орбиты. Орбита Плутона иногда оказывается ближе к Солнцу, чем орбита Нептуна. Достигнув ближайшей точки к Солнцу, Эрида проходит в пределах орбиты Плутона, но значительно выходит за пределы орбиты Нептуна.

Спутниковые системы имитируют поведение своих домашних планет и движутся в противоположном направлении, но есть много исключений. У Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна есть несколько спутников, которые движутся вокруг планеты по ретроградной орбите (по часовой стрелке, а не против часовой стрелки), а орбиты некоторых спутников сильно эллиптичны.

У Урана есть некоторые спутники, которые следуют за ним по часовой стрелке, и другие, которые движутся по орбитам против часовой стрелки. Юпитер, кстати, поймал в ловушку два набора планетезималей, или небольших каменистых тел (так называемых троянских астероидов), движущихся впереди и вслед за планетой под углом 60° по ее орбите вокруг Солнца.

У Нептуна также есть группы планетезималей, которые делят его орбиту. Некоторые спутники Сатурна сделали то же самое с меньшими телами, занимающими разные части тех же орбит, что и спутники. Долгопериодические кометы имеют примерно сферическое распределение своих орбит вокруг Солнца, в то время как большинство короткопериодических комет, по-видимому, происходят из пояса Койпера.

В этом скоплении движений есть несколько замечательных эффектов: Меркурий трижды вращается вокруг своей оси за два оборота вокруг Солнца. Три галилеевых спутника Юпитера имеют периоды в соотношении 4:2:1. Некоторые объекты в поясе Койпера (включая Плутон) вращаются вокруг Солнца в соотношении 2:3 к орбите Нептуна. Эти и другие примеры демонстрируют тонкий баланс сил, который устанавливается в гравитационной системе, состоящей из множества тел.

Планета Нептун.

Рождение Солнечной системы

Несмотря на свои различия, объекты Солнечной системы, вероятно, принадлежат к одной семье. Похоже, они родились в одно и то же время: маловероятно, что небесные тела попали в Солнечную систему от других звезд или из межзвездного пространства.

Первые попытки объяснить происхождение этой системы включают гипотезу немецкого философа Эммануэля Канта и французского астронома и математика Пьера Симона де Лапласа, согласно которой облако газа взорвалось, образовав кольца, которые сгущались, образуя планеты. Вопросы о стабильности таких колец побудили некоторых ученых рассмотреть различные катастрофические гипотезы, например, что Солнце приближается к другой звезде. Но такие встречи крайне редки, и может показаться, что горячие газы и возмущенные приливы скорее рассеиваются, чем конденсируются, образуя планеты.

Современные теории полагают, что образование Солнечной системы и образование самого Солнца связаны, и их появление датируется примерно 4,6 миллиардами лет назад. Фрагментация и гравитационный коллапс межзвездного облака газа и пыли, возможно, вызванные близлежащей вспышкой сверхновой, возможно, привели к образованию примитивной солнечной туманности. Солнце тогда образовалось бы в самой плотной центральной области.

Вблизи Солнца так жарко, что даже силикаты, которые являются довольно плотными, с трудом формируются. Это явление может объяснить присутствие вблизи Солнца такой планеты, как Меркурий, с относительно слабой силикатной корой и большим, чем обычно, плотным железным ядром. Железной пыли и парам легче агломерироваться вблизи центральной области солнечной туманности, чем более легким силикатам.

Бесконечное число планет

На больших расстояниях от центра солнечной туманности газы конденсируются в твердые тела, такие как те, которые сегодня встречаются вокруг Юпитера. Эта идея о том, что формирование планет связано с формированием звезд, позволяет предположить, что миллиарды других звезд в нашей галактике также имеют планеты, вращающиеся вокруг них. Большое количество бинарных и кратных звезд, а также крупные спутниковые системы вокруг Юпитера и Сатурна указывают на тенденцию распада газовых облаков на системы с несколькими телами.

Формирование нашей Солнечной системы, вероятно, является результатом еще более сложного процесса, чем считалось ранее. Последние исследования химии комет на основе анализа, проведенного миссией НАСА Deep Impact и миссией Stardust, показывают, что такие примитивные объекты содержат удивительную смесь материалов, которые образовались как в горячих, так и в отдаленных холодных регионах на краях ранней Солнечной системы. Некоторые компьютерные модели показывают, что планеты-гиганты, безусловно, сформировались вблизи Солнца, а затем со временем переместились наружу, изменив орбиты других планет.

Другие модели предполагают внутреннюю миграцию Юпитера и Сатурна, подобно некоторым внесолнечным планетам-гигантам, которые были обнаружены на орбите вблизи своей родительской звезды. Наша ранняя Солнечная система, вероятно, содержала другие планеты, которые были либо разрушены в результате столкновений с другими планетами, либо вообще были отправлены за пределы Солнечной системы. Изучение солнечных систем вокруг других звезд обещает дать важные дополнительные сведения в ближайшие годы!

Подписывайтесь на нас
Back to top button