Солнце звезда центральное тело солнечной системы. Солнечная система
Солнечная система
является одной из 200 млрд. звездных систем, находящихся в галактике Млечный Путь . Она расположена примерно по середине между центром галактики и его краем.
Солнечная система - это определенное скопление небесных тел, которые связаны силами гравитации со звездой (Солнцем). В нее входят: центральное тело - Солнце , 8 больших планет с их спутниками, несколько тысяч малых планет или астероидов, несколько сот наблюдавшихся комет и бесконечное множество метеорных тел.
Большие планеты подразделяются на 2 основные группы
:
— планеты земной группы (Меркурий , Венера , Земля и Марс);
— планеты юпитерской группы или планеты гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун).
В этой классификации нет места Плутону. В 2006 году было установлено, что Плутон из-за своих маленьких размеров и большой отдаленности от Солнца обладает низким гравитационным полем и ее орбита не похожа на соседние с нею орбиты, более близких к Солнцу планет. К тому же вытянутая эллипсоидная орбита Плутона (у остальных планет она почти круговая) пересекается с орбитой восьмой планеты Солнечной системы - Нептуна. Именно поэтому, с недавних времен, было решено лишить Плутона статуса "планеты".
Планеты земной группы сравнительно малы и имеют большую плотность. Основными их составляющими являются силикаты (соединения кремния) и железо. У планет-гигантов практически нет твердой поверхности. Это огромные газовые планеты, образованны преимущественно из водорода и гелия, атмосфера которых постепенно уплотняясь плавно переходить в жидкую мантию.
Конечно же основным элементов Солнечной системы является Солнце . Без него все планеты, в том числе и наша, разлетелись бы на огромные расстояния, а быть может даже и за пределы галактики. Именно Солнце из-за своей огромной массы (99,87% от массы всей Солнечной системы) создает невероятно мощное гравитационное воздействие на все планеты, их спутники, кометы и астероиды, заставляя вращаться каждого из них по своей орбите.
В Солнечной системе , помимо планет, имеются две области, заполненные малыми телами (карликовыми планетами, астероидами, кометами, метеоритами). Первая область - это Пояс Астероидов , который находится между Марсом и Юпитером. По составу он сходен с планетами земной группы, так как состоит из силикатов и металлов. За пределами Нептуна располагается вторая область которая называется Пояс Койпера . Располагает в себе много объектов (в основном карликовые планеты), состоящие из замершей воды, аммиака и метана, крупнейшим из которых является и Плутон.
Пояс Койпнера начинается сразу после орбиты Нептуна.
Внешнее кольцо ее заканчивается на расстоянии
в 8,25 млрд. км от Солнца. Это огромное кольцо вокруг всей
Солнечной системы, представляет из себя бесконечное
количество летучих веществ из льдинков метана, аммиака и воды.
Пояс Астероидов - рассположен между орбитой Марса и Юпитера.
Внешняя граница рассположена в 345 млн. км от Солнца.
Содержит десятки тысяч, возможно миллионы объектов более одного
километра в диаметре. Самые крупные из них - карликовые планеты
(диаметр от 300 до 900 км) .
Все планеты и большинство других объектов обращаются вокруг Солнца в одном направлении с вращением Солнца (против часовой стрелки, если смотреть со стороны северного полюса Солнца). Самой большой угловой скоростью обладает Меркурий — он успевает совершить полный оборот вокруг Солнца всего за 88 земных суток. А для самой удалённой планеты — Нептуна — период обращения составляет 165 земных лет. Большая часть планет вращается вокруг своей оси в ту же сторону, что и обращается вокруг Солнца. Исключения составляют Венера и Уран, причём Уран вращается практически «лёжа на боку» (наклон оси около 90°).
Раньше предполагалось, что граница Солнечной системы заканчивается сразу после орбиты Плутона. Однако в 1992 году были открыты новые небесные тела, которые несомненно принадлежат нашей системе, так как находятся непосредственно под гравитационным влиянием Солнца.
Каждому небесному объекту свойственны такие понятия как год и сутки. Год - это то время, за которое тело оборачивается вокруг Солнца на угол 360 градусов, т.е совершает полный круговой оборот. А сутки - это период вращения тела вокруг собственной оси. Самая близкая, от Солнца, планета Меркурий обращается вокруг Солнца за 88 земных суток, а вокруг своей оси - за 59 суток. Это значит, что на планете за один год проходит даже меньше двух суток (для примера на Земле один год включает в себя 365 дней, т.е именно столько раз Земля обернется вокруг своей оси за один оборот вокруг Солнца). В то время, как на самой отдаленной, от Солнца, карликовой планете Плутоне сутки составляют 153,12 часов (6,38 земных суток). А период обращения вокруг Солнца равен 247,7 земных лет. Т.е только наши прапрапраправнуки застанут тот момент когда Плутон наконец то пройдет весь путь по своей орбите.
галактическим годом
. Помимо кругового движения по орбите, Солнечная система совершает вертикальные колебания относительно галактической плоскости, пересекая ее каждые 30-35 млн. лет и оказываясь то в северном, то в южном галактическом полушарии.
Возмущающим фактором для планет Солнечной системы
является их гравитационное влияние друг на друга. Оно несколько изменяет орбиту по сравнению с той, по которой каждая планета двигалась бы под действием одного только Солнца. Вопрос в том могут ли эти возмущения накапливаться вплоть до падения планеты на Солнце либо удаление ее за пределы Солнечной системы
, или они имеют периодический характер и параметры орбиты будут всего лишь колебаться вокруг некоторых средних значений. Результаты теоретических и исследовательских работ, выполненных астрономами более чем за 200 последних лет, говорят в пользу второго предположения. об этом же свидетельствуют данные геологии, палеонтологии и других наук о Земле: уже 4,5 млрд лет расстояние нашей планеты от Солнца практически не меняется.И в будущем ни падения на Солнце, ни уход из Солнечной системы
, как и Земле , так и другим планетам не угрожает.
Солнечная система
Центральным объектом Солнечной системы является Солнце - звезда главной последовательности спектрального класса G2V, жёлтый карлик. В Солнце сосредоточена подавляющая часть всей массы системы (около 99,866 %), оно удерживает своим тяготением планеты и прочие тела, принадлежащие к Солнечной системе. Четыре крупнейших объекта - газовые гиганты - составляют 99 % оставшейся массы (при этом большая часть приходится на Юпитер и Сатурн - около 90 %).
Сравнительные размеры тел Солнечной системы
Крупнейшие, после Солнца, объекты в Солнечной системе – это планеты
В состав Солнечной системы входят 8 планет: Меркурий , Венера , Земля , Марс , Юпитер , Сатурн , Уран и Нептун (перечисляются в порядке удаления от Солнца). Орбиты всех этих планет лежат в одной плоскости, которую называют плоскостью эклиптики .
Взаимное расположение планет Солнечной системы
В период 1930 – 2006 годов считалось, что в Солнечной системе имеется 9 планет: к 8 перечисленным добавляли ещё и планету Плутон . Но в 2006 году на конгрессе Международного астрономического союза было принято определение планеты. Согласно этому определению, планетой называют небесное тело, которое одновременно соответствует трём условиям:
· вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите (т.е. планетами не являются спутники планет)
· имеет достаточную силу тяжести, для того чтобы обеспечить форму, близкую к сферической (т.е. планетами не являются большинство астероидов, которые, хотя и вращаются вокруг Солнца, но не имеют сферической формы)
· являются гравитационными доминантами на своей орбите (т.е., помимо данной планеты, на той же орбите не существует сопоставимых небесных тел).
Плутон, а также рад астероидов (Церера, Веста и др.) соответствуют первым двум условиям, но не соответствуют третьему условию. Такие объекты относят к карликовым планетам . По состоянию на 2014 год, карликовых планет в Солнечной системе 5: Церера, Плутон, Хаумеа , Макемаке и Эрида; возможно, в будущем к ним будут причислены также Веста, Седна , Орк и Квавар . Все прочие небесные тела Солнечной системы, не являющиеся звёздами, планетами и карликовыми планетами, называют малыми телами Солнечной системы (спутники планет, астероиды, планеты, объекты пояса Койпера и облака Оорта ).
Расстояния внутри Солнечной системы обычно измеряют в астрономических единицах (а.е .). Астрономическое единицей называют расстояние от Земли до Солнца (или, говоря точным языком, большую полуось земной орбиты), равное 149,6 млн км (приблизительно 150 млн км).
Кратко расскажем о наиболее значительных объектах Солнечной системы (подробнее каждый из них будем изучать в следующем году).
Меркурий – ближайшая планета к Солнцу (0,4 а. е . от Солнца) и планета с наименьшей массой (0,055 массы Земли). Одна из хуже всего изученных планет, что объясняется тем, что из-за близости к Солнцу Меркурий очень трудно наблюдать с Земли. Рельеф Меркурия похож на лунный – с большим количеством ударных кратеров. Характерными деталями рельефа его поверхности, помимо ударных кратеров, являются многочисленные лопастевидные уступы, простирающиеся на сотни километров. Объекты на поверхности Меркурия, как правило, называют в честь деятелей культуры и искусства.
С большой вероятностью, Меркурий всегда повёрнут к Солнцу одной стороной, как Луна к Земле. Имеется гипотеза, что когда-то Меркурий был спутником Венеры, как Луна у Земли, но впоследствии был оторван силой притяжения Солнца, однако подтверждения этому нет.
Венера – вторая по расстоянию от Солнца планета Солнечной системы. По размерам и силе притяжения ненамного меньше Земли. Венера всегда покрыта плотной атмосферой, сквозь которую не видна её поверхность. Спутника не имеет. Характерной особенностью этой планеты является чудовищно высокое атмосферное давление (100 земных атмосфер) и температура поверхности, доходящая до 400-500 градусов Цельсия. Венера считается самым горячим, не считая Солнца, телом Солнечной системы. Судя по всему, такая высокая температура объясняется не столько близостью к Солнцу, сколько парниковым эффектом – атмосфера, состоящая в основном из углекислого газа, не выпускает в космос инфракрасное (тепловое) излучение планеты.
На земном небе Венера является самым ярким (после Солнца и Луны) небесным телом. На небесной сфере она может удаляться от Солнца не более чем на 48 градусов, поэтому по вечерам она всегда наблюдается на западе, а по утрам – на востоке, поэтому Венеру часто называют «утренней звездой».
Земля – наша планета, единственная, обладающая кислородной атмосферой, гидросферой и пока единственная, на которой обнаружена жизнь. У Земли имеется один крупный спутник – Луна , находящаяся на расстоянии 380 тыс. км. о т Земли (27 земных диаметров), вращающаяся вокруг земли с периодом в один месяц. Луна имеет массу в 81 раз меньше, чем у Земли (что является самым малым различием среди всех спутников планет Солнечной системы, поэтому систему «Земля/Луна» иногда называют двойной планетой). Сила тяжести на поверхности Луны в 6 раз меньше, чем на Земле. Атмосферы Луна не имеет.
Марс – четвёртая планета Солнечной системы, находящаяся на расстоянии от Солнаца 1,52 а.е . и значительно меньшая Земли по размерам. Планета покрыта слоем оксидов железа, из-за чего её поверхность имеет отчётливый оранжево-красный цвет, заметный даже с Земли. Именно из-за этого цвета, напоминающего цвет крови, планета и получила своё название в честь древнеримского бога войны Марса.
Интересно, что длительность суток на Марсе (период его вращения вокруг своей оси) почти равен земному и составляет 23,5 часа. Как и у Земли, ось вращения Марса наклонена к плоскости эклиптики, поэтому там тоже бывает смена времён года. На полюсах Марса имеются «полярные шапки», состоящие, правда, не из водяного льда, а из углекислоты. Марс имеет слабую атмосферу, состоящую преимущественно из углекислого газа, давление которой составляет примерно 1% от земной, что, впрочем, достаточно для периодически повторяющихся сильных пылевых бурь. Температура поверхности марса может меняться от плюс 20 градусов Цельсия летним днём на экваторе С уществует много свидетельств, что когда-то на Марсе имелась вода (имеются русла высохших рек и озёр) и, возможно, кислородная атмосфера и жизнь (свидетельств чему пока не получено).
У Марса имеются два спутника – Фобос и Деймос (эти названия в переводе с греческого означают «Страх» и «Ужас»).
Эти четыре планеты – Меркурий, Венера, Земля и Марс – носят обобщающее название «планеты земной группы ». От следующих далее за ними планет-гигантов их отличает, во-первых, сравнительно небольшие размеры (Земля – самая крупная из них), во-вторых – наличие твёрдой поверхности и твёрдого железосиликатного ядра.
Сравнительные размеры планет земной группы и карликовых планет
Есть распространённое мнение, что Венера, Земля и Марс представляют собой три разные стадии развития планет такого типа. Венера – это модель Земли, какой она была на раннем этапе своего развития, а Марс – это модель Земли, какой она может когда-то стать когда-то через миллиарды лет. Венера и марс также представляют по отношению к Земле два диаметрально противоположных случая формирования климата: на Венере основной вклад в формирование климата вносят атмосферные потоки, в то время как для Марса с его разреженной атмосферой основную роль играет слабое солнечное излучение. Сравнение этих трёх планет позволит, помимо прочего, лучше знать законы формирования климата и прогнозировать погоду на Земле.
После Марса идёт пояс астероидов . Интересно напомнить историю его открытия. В 1766 году немецкий астроном и математик Иоганн Тициус заявил, что выявил простую закономерность в нарастании радиусов околосолнечных орбит планет. Он начал с последовательности 0, 3, 6, 12, ..., в которой каждый следующий член образуется путем удвоения предыдущего (начиная с 3; то есть 3 ∙ 2n, где n = 0, 1, 2, 3, ...), затем добавил к каждому члену последовательности 4 и поделил полученные суммы на 10. В итоге получились весьма точные предсказания (см. таблицу), которые подтвердились и после того, как в 1781 году был открыт Уран:
|
Планета |
2 n - 1 |
Радиус орбиты (а.е .), вычисленный по формуле |
Реальный радиус орбиты |
|
|
Меркурий |
0,39 |
|||
|
Венера |
0,72 |
|||
|
Земля |
1,00 |
|||
|
Марс |
1,52 |
|||
|
Юпитер |
5,20 |
|||
|
Сатурн |
10,0 |
9,54 |
||
|
Уран |
19,6 |
19,22 |
В результате получилось, что между Марсом и Юпитером должна находиться ранее неизвестная планета, вращающаяся вокруг Солнца по орбите радиусом 2,8 а.е . В 1800 году даже была создана группа из 24 астрономов, ведших круглосуточные ежедневные наблюдения на нескольких самых мощных в ту эпоху телескопах. Но первую малую планету, обращающуюся по орбите между Марсом и Юпитером, открыли не они, а итальянский астроном Джузеппе Пиацци (1746–1826), и произошло это не когда-нибудь, а в новогоднюю ночь 1 января 1801 года, и открытие это ознаменовало наступление Х IX столетия. Новогодний подарок оказался удален от Солнца на расстояние 2,77 а. е . Однако в течение всего нескольких лет после открытия Пиацци было обнаружено еще несколько малых планет, которые назвали астероидами , и сегодня их насчитывается много тысяч.
Что же касается правила Тициуса (или, как его ещё называют, «правило Тициуса-Бодэ »), то оно впоследствии было подтверждено для спутников Сатурна, Юпитера и Урана, но… не подтверждено для позже открытых планет – Нептуна, Плутона, Эриды и др. Не подтверждается оно и для экзопланет (планет, вращающихся вокруг других звёзд). В чём состоит его физический смысл – осталось неясно. Одно из вероятных объяснений правила заключается в следующем. Уже на стадии формирования Солнечной системы в результате гравитационных возмущений, вызванных протопланетами и их резонансом с Солнцем (при этом возникают приливные силы, и энергия вращения тратится на приливное ускорение или, скорее, замедление), сформировалась регулярная структура из чередующихся областей, в которых могли или не могли существовать стабильные орбиты согласно правилам орбитальных резонансов (то есть отношение радиусов орбит соседних планет равных 1 /2, 3/2, 5/2, 3/7 и т. п.). Впрочем, часть астрофизиков полагает, что это правило - всего лишь случайное совпадение.
За поясом астероидов следуют 4 планеты, которых называют планеты-гиганты : Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Юпитер обладает массой в 318 раз больше земной, и в 2,5 раза массивнее всех остальных планет, вместе взятых. Он состоит главным образом из водорода и гелия. Высокая внутренняя температура Юпитера вызывает множество полупостоянных вихревых структур в его атмосфере, таких как полосы облаков и Большое красное пятно.
По состоянию на конец 2014 года у Юпитера насчитывается 67 спутников. Четыре крупнейших - Ганимед, Каллисто , Ио и Европа - были открыты ещё Галилео Галилеем в 1610 году и поэтому называются галилеевыми спутниками . Ближайший из них к Юпитеру – Ио – обладает самой мощной вулканической активностью из всех тел Солнечной системы. Самый дальний – Европа – наоборот, покрыт многокилометровым слоем льда, под которым, возможно, имеется океан с жидкой водой.Ганимед и Каллисто занимают промежуточное между ними состояние. Ганимед, крупнейший спутник в Солнечной системе, превосходит по размеру Меркурий. С помощью наземных телескопов за последующие 350 лет были открыты ещё 10 спутников Юпитера, поэтому с середины ХХ века долгое время считалось, что у Юпитера всего 14 спутников. Остальные 53 спутника были открыты с помощью побывавших у Юпитера автоматических межпланетных станций.
Сатурн – планета, следующая за Юпитером и знаменитая благодаря своей системе колец (которые представляют собой огромное количество маленьких спутников планеты – пояс, аналогичный поясу астероидов вокруг Солнца). Подобные кольца имеются также и у Юпитера, Урана и Нептуна, но только кольца Сатурна видны даже в слабый телескоп или в бинокль.
Хотя объём Сатурна составляет 60 % юпитерианского , масса (95 масс Земли) - меньше трети юпитерианской ; таким образом, Сатурн - наименее плотная планета Солнечной системы (его средняя плотность меньше плотности воды).
По состоянию на конец 2014 года у Сатурна известно 62 спутника. Крупнейший из них – Титан, размером больше Меркурия. Это единственный спутник планеты, у которого есть атмосфера (а также водоёмы и дожди, правда, не из воды, а из углеводородов); и единственный спутник планеты (не считая Луны), на который была осуществлена мягкая посадка.
При изучении планет у других звёзд оказалось, что Юпитер и Сатурн относится к классу планет, которые называют «юпитеры ». Их объединяет то, что это газовые шары с массой и объёмом, значительно превышающей земную , но с маленькой средней плотностью. Они не имеют твёрдой поверхности и состоят из газа, плотность которого увеличивается по мере приближения к центру планеты, возможно, в их недрах водород сжат дол металлического состояния.
Сравнительные размеры планет-гигантов с планетами земной группы и карликовыми планетами
Следующие две планеты-гиганта – Уран и Нептун – относят к тому классу планет, которые называют «нептуны ». По размерам, массе и плотности они занимают промежуточное положение между «юпитерами» и планетами земной группы . Остаётся открытым вопрос, есть ли у них твёрдая поверхность (скорее всего, из водяного льда) или же они являются такими же газовыми шарами, как Юпитер и Сатурн.
Уран с массой в 14 раз больше, чем у Земли, является самой лёгкой из внешних планет. Уникальным среди других планет его делает то, что он вращается «лёжа на боку»: наклон оси его вращения к плоскости эклиптики равен примерно 98°. Если другие планеты можно сравнить с вращающимися волчками, то Уран больше похож на катящийся шар. Он имеет намного более холодное ядро, чем другие газовые гиганты, и излучает в космос очень немного тепла. По состоянию на 2014 год у Урана известны 27 спутников; крупнейшие - Титания , Оберон , Умбриэль , Ариэль и Миранда (названы в честь персонажей произведений Шекспира).
Сравнительные размеры Земли и наиболее крупных спутников планет
Нептун , хотя и немного меньше Урана по размерам, более массивен (17 масс Земли) и поэтому более плотный. Он излучает больше внутреннего тепла, но не так много, как Юпитер или Сатурн. У Нептуна имеется 14 известных спутников. Два крупнейших – Тритон и Нереида , открытые с помощью наземных телескопов. Тритон, является геологически активным, с гейзерами жидкого азота. Остальные спутники были открыты космическим аппаратом «Вояджер-2», пролетавшим мимо Нептуна в 1989 году.
Плутон - карликовая планета, открытая в 1930 году и до 2006 года считавшийся полноценной планетой. Орбита Плутона резко отличается от других планет, во-первых, тем, что она не лежит в плоскости эклиптики, а наклонена к ней на 17 градусов, а, во-вторых, если орбиты остальных планет близки к круговым, то Плутон может то приближаться к Солнцу на расстояние 29,6 а. е ., оказываясь к нему ближе Нептуна, то удаляется на 49,3 а. е.
У Плутона имеется слабая атмосфера, которая в зимнее время выпадает на его поверхность в виде снега, а в летнее время опять обволакивает планету.
В 1978 году у Плутона был открыт спутник, получивший название Харон . Поскольку центр масс системы Плутон - Харон находится вне их поверхностей, они могут рассматриваться в качестве двойной планетной системы. Четыре меньших спутника - Никта , Гидра, Кербер и Стикс - обращаются вокруг Плутона и Харона.
С Плутоном повторилась ситуация, которая в 1801 году произошла с Церерой, которая сначала считалась отдельной планетой, но затем оказалась лишь одним из объектов пояса астероидов. Точно так же и Плутон оказался лишь одним из объектов «второго пояса астероидов», получившего название «пояс Койпера ». Только в случае с Плутоном период неопределённость растянулся на несколько десятков лет, в течение которых оставался открытым вопрос, существует ли десятая планета Солнечной системы. И лишь на рубеже XX и XXI веков оказалось, что «десятых планет» существует множество, и Плутон – одна из них.
Карикатура "изгнание Плутона из числа планет"
Пояс Койпера простирается между 30 и 55 а. е . от Солнца. Составлен главным образом малыми телами Солнечной системы, но многие из крупнейших его объектов, такие как Квавар , Варуна и Орк , могут быть переклассифицированы в карликовые планеты после уточнения их параметров. По оценкам, более 100 000 объектов пояса Койпера имеют диаметр больше 50 км, но полная масса пояса равна только одной десятой или даже одной сотой массы Земли. Многие объекты пояса обладают множественными спутниками, и у большинства объектов орбиты располагаются вне плоскости эклиптики.
Помимо Плутона, из объектов пояса Койпера статус карликовой планеты имеют Хаумеа (меньше Плутона, имеет сильно вытянутую форму и период вращения вокруг своей оси около 4 часов; два спутника и ещё по крайней мере восемь транснептуновых объектов являются частью семейства Хаумеа ; орбита обладает большим наклонением к плоскости эклиптики - 28°); Макемаке (является вторым по видимой яркости в поясе Койпера после Плутона; имеет диаметр от 50 до 75 % диаметра Плутона, орбита наклонена на 29°) и Эрида (радиус орбиты в среднем 68 а. е ., диаметр около 2400 км, то есть на 5 % больше, чем у Плутона, и именно её открытие породило споры о том, что именно следует называть планетой). У Эриды имеется один спутник - Дисномия . Как и у Плутона, её орбита является чрезвычайно вытянутой, с перигелием 38,2 а. е . (примерное расстояние Плутона от Солнца) и афелием 97,6 а. е.; и орбита сильно (44,177°) наклонена к плоскости эклиптики.
Сравнительные размеры объектов пояса Койпера
Специфичным транснептуновым объектом является Седна , обладающая очень сильно вытянутой орбитой - от приблизительно 76 а. е . в перигелии до 975 а. е. в афелии и периодом обращения свыше 12 тысяч лет.
Ещё один класс малых тел Солнечной системы – это кометы , состоящие главным образом из летучих веществ (льдов). Их орбиты имеют большой эксцентриситет, как правило, с перигелием в пределах орбит внутренних планет и афелием далеко за Плутоном. Когда комета входит во внутреннюю область Солнечной системы и приближается к Солнцу, её ледяная поверхность начинает испаряться и ионизироваться, создавая кому - длинное облако из газа и пыли, часто видимое с Земли невооружённым глазом. Наиболее известна комета Галлея, которая возвращается к Солнцу раз в 75-76 лет (последний раз был в 1986 году). У большинства же комет период вращения может составлять несколько тысяч лет.
Источником комет является облако Оорта . Это сферическое облако ледяных объектов (вплоть до триллиона). Предполагаемое расстояние до внешних границ облака Оорта от Солнца составляет от 50 000 а. е . (приблизительно 1 световой год) до 100 000 а. е. (1,87 св. лет).
Вопрос о том, где именно заканчивается Солнечная система и начинается межзвёздное пространство, неоднозначен. Ключевыми в их определении принимают два фактора: солнечный ветер и солнечное тяготение. Внешняя граница солнечного ветра - гелиопауза , за ней солнечный ветер и межзвёздное вещество смешиваются, взаимно растворяясь. Гелиопауза находится примерно в четыре раза дальше Плутона и считается началом межзвёздной среды.
Вопросы и задания:
1. перечислите планеты Солнечной системы. Назовите основные особенности каждой из них
2. что является центральным объектом Солнечной системы?
3. в чём измеряют расстояния внутри Солнечной системы? Чему равна 1 астрономическая единица?
4. в чём разница между планетами земной группы, планетами-гигантами, карликовыми планетами и малыми телами Солнечной системы?
5. чем отличаются друг от друга классы планет под названием «земли», «юпитеры» и «нептуны »?
6. назовите основные объекты пояса астероидов и пояса Койпера . Какие из них относят к карликовым планетам?
7. почему Плутон в 2006 году перестал считаться планетой?
8. некоторые спутники Юпитера и Сатурна по размерам больше, чем планета Меркурий. Почему же тогда эти спутники не считаются планетами?
9. где заканчивается Солнечная система?
Солнечная система представляет собой систему «звезда - планеты». В нашей Галактике приблизительно 200 млрд звезд, среди которых, как полагают специалисты, некоторые звезды имеют планеты. В Солнечную систему входит центральное тело, Солнце, и девять планет с их спутниками (известно более 60 спутников). Диаметр Солнечной системы - более 11,7 млрд км.
В начале XXI в. в Солнечной системе обнаружен объект, который астрономы назвали Седной (имя эскимосской богини океа-
на). Седна имеет диаметр в 2000 км. Один ее оборот вокруг Солнца составляет
10 500 земных лет.
Некоторые астрономы называют этот объект планетой Солнечной системы. Другие астрономы называют планетами только космические объекты, имеющие центральное ядро с относительно высокой температурой. Например, температура
в центре Юпитера, по расчетам, достигает 20 000 К. Поскольку в настоящее время
Седна находится на расстоянии около 13 млрд км от центра Солнечной системы,
то информация об этом объекте достаточно скудна. В самой дальней точке орбиты расстояние от Седны до Солнца достигает огромной величины - 130 млрд км.
В нашу звездную систему входят два пояса малых планет (астероидов). Первый находится между Марсом и Юпитером (содержит более 1 млн астероидов), второй - за орбитой планеты Нептун. Некоторые астероиды имеют диаметр более 1000 км. Внешние границы Солнечной системы окружены так называемым облаком Оорта, названо по имени нидерландского астронома, высказавшего в прошлом веке гипотезу о существовании этого облака. Как полагают астрономы, самый близкий к Солнечной системе край этого облака состоит из льдинок воды и метана (ядер комет), которые, подобно мельчайшим планетам, обращаются вокруг Солнца под действием его силы тяготения на расстоянии свыше 12 млрд км. Количество подобных миниатюрных планет исчисляется миллиардами.
В литературе часто встречается гипотеза о звезде-спутнике Солнца Немезиде. (Немезида в греч. мифологии является богиней, карающей за нарушение морали и законов). Некоторые астрономы утверждают, что Немезида находится на расстоянии 25 трлн км от Солнца в самой отдаленной точке своей орбиты вокруг Солнца и 5 трлн км - в самой близкой точке ее орбиты к Солнцу. Как полагают эти астрономы, прохождение Немезиды через облако Оорта вызывает катастрофы
в Солнечной системе, поскольку небесные тела из этого облака попадают в Солнечную систему. Астрономы с древних времен интересуются остатками тел внеземного происхождения, метеоритами. Ежедневно, как утверждают исследователи, падает на Землю около 500 внеземных тел. В 1947 г. упал метеорит, названный Сихотэ-Алиньским (юго-восточная часть Приморского края), весом в 70 т, с образованием 100 кратеров на месте падения и множества обломков, которые были разбросаны на площади в 3 км2. Все его осколки были собраны. Более 50% падающих
метеоритов - каменные метеориты, 4% - железные и 5% - железокаменные.
Среди каменных выделяют хондриты (от соответствующего греч. слова - шарик, зерно) и ахондриты. Интерес к метеоритам связан с изучением вопроса о происхождении Солнечной системы и происхождении жизни на Земле.
Наша Солнечная система делает со скоростью 240 км/с полный оборот вокруг центра Галактики за 230 млн лет. Это называется галактическим годом. Кроме этого, Солнечная система движется вместе со всеми объектами нашей Галактики
со скоростью приблизительно 600 км/с вокруг некоторого общего гравитационного центра скопления галактик. Это означает, что скорость движения Земли относительно центра нашей галактики в несколько раз больше ее скорости относительно Солнца. Кроме этого, Солнце вращается вокруг своей оси
со скоростью 2 км/с. По своему химическому составу Солнце состоит из водорода (90%), гелия (7%) и тяжелых химических элементов (2-3%). Здесь указываются приблизительные цифры. По массе атом гелия почти в 4 раза больше массы атома водорода.
Солнце - звезда спектрального класса G, располагающаяся на главной последовательности звезд диаграммы Герцшпрунга - Ресселла. Масса Солнца (2·
1030 кг) составляет практически 98,97 % всей массы Солнечной системы, на все остальные образования в этой системе (планеты и т. д.) приходится всего лишь
2% общей массы Солнечной системы. В суммарной массе всех планет основную долю составляет масса двух планет-гигантов, Юпитера и Сатурна, около 412,45 земных масс, на остальные приходится всего лишь 34 земных массы. Масса Земли
6 · 1024кг, 98% момента количества движения в Солнечной системе
принадлежит планетам, а не Солнцу. Солнце - это созданный природой естественный термоядерный плазменный реактор, имеющий форму шара со средней плотностью 1,41 кг/м3. Это означает, что средняя плотность на Солнце чуть больше плотности обычной на нашей Земле воды. Светимость Солнца (L ) равна примерно 3,86 1033эрг/с. Радиус Солнца составляет округленно 700 тыс. км. Таким образом, два радиуса Солнца (диаметр) в 109 раз больше земного. Ускорение свободного падения на Солнце - 274 м/с2, на Земле - 9,8 м/с2. Это означает, что вторая космическая скорость для преодоления силы тяготения Солнца равна 700 км/с, для Земли - 11,2 км/с.
Плазма - это физическое состояние, когда ядра атомов отдельно сосуществуют с электронами. В слоенном газоплазменном
образовании под действием силы гравитации происходят существенные
отклонения от средних значений температуры, давления и т. д. в каждом слое
Термоядерные реакции идут внутри Солнца в шаровой области с радиусом 230 тыс. км. В центре этой области температура около 20 млн К. Она понижается к границам этой зоны до 10 млн К. Следующая шаровая область с протяженностью
280 тыс. км имеет температуру 5 млн К. В этой области термоядерные реакции не идут, поскольку пороговая для них температура в 10 млн К. Эту область называют областью переноса лучистой энергии, идущей изнутри предшествующей области.
За этой областью следует область конвекции (лат. convectio - привоз,
перенесение). В области конвекции температура достигает 2 млн К.
Конвекция - это физический процесс переноса энергии в форме тепла определенной средой. Физические и химические свойства конвективной среды могут быть различными: жидкость, газ и т. д. Свойства этой среды определяют скорость процесса переноса энергии в форме тепла в следующую область Солнца. Конвективная область или зона имеет на Солнце протяженность приблизительно
150-200 тыс. км.
Скорость движения в конвективной среде сравнима со скоростью звука (300
м/с). Величина этой скорости играет большую роль в отводе тепла из недр Солнца
в его последующие области (зоны) и в космос.
Солнце не взрывается в силу того, что скорость горения ядерного горючего внутри Солнца заметно меньше скорости отвода тепла в конвективной зоне, даже при очень резких выделениях энергии-массы. Конвективная зона в силу физических свойств опережает возможность взрыва: конвективная зона расширяется на несколько минут раньше возможного взрыва и тем самым переносит избыток энергии-массы в следующий слой, область Солнца. В ядре до конвективных зон Солнца плотность массы достигается большим количеством легких элементов (водорода и гелия). В конвективной зоне происходит процесс рекомбинации (образования) атомов, тем самым увеличивается молекулярная масса газа в конвективной зоне. Рекомбинация (лат. recombinare - соединять) происходит из остывающего вещества плазмы, обеспечивающей термоядерные реакции внутри Солнца. Давление в центре Солнца равно 100 г/см3.
На поверхности Солнца температура достигает приблизительно 6000 К. Таким
образом, температура от конвективной зоны падает до 1 млн К и достигает 6000 К
на уровне полного радиуса Солнца.
Свет - это электромагнитные волны разной длины. Область Солнца, где возникает свет, называется фотосферой (греч. фотос - свет). Область над фотосферой называется хромосферой (от греч. - цвет). Фотосфера занимает
200-300 км (0,001 радиуса Солнца). Плотность фотосферы 10-9- 10-6 г/см3, температура фотосферы убывает от ее нижнего слоя вверх до 4,5 тыс. К. В фотосфере возникают солнечные пятна и факелы. Понижение температуры в фотосфере, т. е. в нижнем слое атмосферы Солнца, достаточно типичное явление. Следующий слой - это хромосфера, его протяженность равна 7-8 тыс.км. В
этом слое температура начинает расти до 300 тыс, К. Следующий атмосферный
слой - солнечная корона - в ней температура уже достигает 1,5-2 млн К. Солнечная корона распространяется на несколько десятков радиусов Солнца и затем рассеивается в межпланетном пространстве. Эффект увеличения температуры в солнечной короне Солнца связывают с таким явлением, как
«солнечный ветер». Это - газ, образующий солнечную корону, состоит в основном из протонов и электронов, скорость которых увеличивается согласно одной из точек зрения, так называемыми волнами световой активности из зоны конвекции, разогревающими корону. Каждую секунду Солнце теряет 1/100 часть своей массы, т. е. приблизительно 4 млн τ за секунду. «Расставание» Солнца со своей энергией-массой проявляется в форме тепла, электромагнитного излучения, солнечного ветра. Чем дальше от Солнца, тем меньше вторая космическая скорость, необходимая для выхода частиц, образующих «солнечный ветер», из поля тяготения Солнца. На расстоянии Земной орбиты (150 млн км) скорость частиц солнечного ветра достигает 400 м/с. Среди множества проблем исследования Солнца важное место занимает проблема солнечной активности, с которой связан ряд таких явлений, как солнечные пятна, активность магнитного поля Солнца и солнечная радиация. Солнечные пятна образуются в фотосфере. Среднее годовое число солнечных пятен измеряется 11 -летним периодом. По своей протяженности они могут достигать в поперечнике до 200 тыс. км. Температура солнечных пятен ниже, чем температура фотосферы, в которой они образуются, на 1-2 тыс. К, т. е. 4500 К и ниже. Поэтому они выглядят темными. Появление
солнечных пятен связывают с изменением магнитного поля Солнца. В
солнечных пятнах напряженность магнитного поля значительно выше, чем в других областях фотосферы.
Две точки зрения в объяснении магнитного поля Солнца:
1. Магнитное поле Солнца возникло в процессе образования Солнца. Поскольку магнитное поле упорядочивает процесс выброса энергии-массы Солнца в окружающую среду, то согласно этой позиции 11-летний цикл появления пятен не является закономерностью. В 1890 г. директор Гринвичской обсерватории (основана в 1675 г. в предместье Лондона) Э. Маудер заметил, что с
1645 по 1715 г. нет упоминаний об 11-летних циклах. Гринвичский меридиан -
это нулевой меридиан, от которого ведется отсчет долгот на Земле.
2. Вторая точка зрения представляет Солнце как некую динамо-машину, в которой электрически заряженные частицы, входящие в плазму, создают мощное магнитное поле, резко возрастающее через 11-летние циклы. Существует гипотеза
об особых космических условиях, в которых находится Солнце и Солнечная система. Речь идет о так называемом коротационном круге (англ. corotation - совместное вращение). В коротационном круге на определенном его радиусе, согласно некоторым исследованиям, происходит синхронное вращение спиральных рукавов и самой Галактики, что создает особые физические условия для движения структур, входящих в этот круг, где находится и Солнечная система.
В современной науке развивается точка зрения о тесной связи процессов,
происходящих на Солнце, с жизнью человека на Земле. Наш соотечественник А.
Л. Чижевский (1897-1964) является одним из основоположников гелиобиологии, изучающей влияние энергии Солнца на развитие живых организмов и человека. Например, исследователи обратили внимание на временные совпадения крупных событий в социальной жизни человека с периодами вспышек солнечной активности. В прошлом столетии максимум активности Солнца приходился на
1905-1907, 1917, 1928, 1938, 1947, 1968, 1979 и 1990-1991 гг.
Происхождение Солнечной системы. Происхождение Солнечной системы из газопылевого облака межзвездной среды (МЗС) является наиболее признанной концепцией. Высказывается мнение, что масса исходного для образования
Солнечной системы облака была равна 10 массам Солнца. В этом облаке
решающим был химический его состав (около 70% составлял водород, около 30%
Гелий и 1-2% - тяжелые химические элементы). Прибли-
зительно 5 млрд лет назад из этого облака образовалось плотное сгущение,
названное протосолнечным диском. Как полагают, взрыв сверхновой звезды в нашей Галактике придал этому облаку динамический импульс вращения и фрагментации: образовались протозвезда и протопланетный диск. Согласно этой концепции процесс образования протосолнца и протопланетного диска происходил быстро, за 1 млн лет, что привело к сосредоточению всей энергии- массы будущей звездной системы в ее центральном теле, а момент количества движения - в протопланетном диске, в будущих планетах. Считается, что эволюция протопланетного диска происходила за 1 млн лет. Шло слипание частичек в центральной плоскости этого диска, которое в дальнейшем привело к образованию сгущений частиц, вначале небольших, затем - более крупных тел, которые геологи называют планетеземалеями . Из них, как полагают, образовались будущие планеты. Эта концепция основывается на результатах компьютерных моделей. Есть и другие концепции. Например, в одной из них говорится, что на рождение Солнца-звезды потребовалось 100 млн лет, когда в прото Солнце возникла реакция термоядерного синтеза. Согласно этой концепции планеты Солнечной системы, в частности земной группы, возникли за те же 100 млн лет, из массы, оставшейся после образования Солнца. Часть этой массы была удержана Солнцем, другая - растворилась в межзвездном пространстве.
В январе 2004 г. было сообщение в зарубежных изданиях об открытии в созвездии Скорпиона звезды, по размерам, светимости и массе подобной Солнцу. Астрономов интересует в настоящее время вопрос: есть ли у этой звезды планеты?
Существует несколько загадок в изучении Солнечной системы.
1. Гармония в движении планет. Все планеты Солнечной системы обращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам. Движение всех планет Солнечной системы происходит в одной и той же плоскости, центр которой расположен в центральной части экваториальной плоскости Солнца. Плоскость, образованная орбитами планет, называется плоскостью эклиптики.
2. Все планеты и Солнце вращаются вокруг собственной оси. Оси вращения Солнца и планет, за исключением планеты Уран, направлены, грубо говоря, перпендикулярно плоскости эклиптики. Ось Урана направлена к плоскости эклиптики почти параллельно, т. е. он вращается лежа на боку. Еще его одна особенность - он вращается вокруг своей оси в другом направлении, как
и Венера, в отличие от Солнца и остальных планет. Все остальные планеты и
Солнце вращаются против направления движения стрелки часов. Уран имеет 15
спутников.
3. Между орбитами Марса и Юпитера существует пояс малых планет. Это так называемый астероидный пояс. Малые планеты имеют в диаметре от 1 до 1000 км. Их общая масса меньше 1/700 массы Земли.
4. Все планеты делятся на две группы (земную и неземную). Первые - это планеты с высокой плотностью, в их химическом составе главное место занимают тяжелые химические элементы. Они невелики по размерам и медленно вращаются вокруг своей оси. К этой группе относятся Меркурий, Венера, Земля и Марс. В настоящее время высказываются предположения о том, что Венера - это прошлое Земли, а Марс - ее будущее.
Ко второй группе относятся: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Они состоят из легких химических элементов, быстро вращаются вокруг своей оси, медленно обращаются вокруг Солнца и получают меньше лучистой энергии от Солнца. Ниже (в таблице) приводятся данные о средней температуре поверхности планет по шкале Цельсия, продолжительности дня и ночи, длительности года, диаметре планет Солнечной системы и массы планеты по отношению к массе
Земли (принятой за 1).
Расстояние между орбитами планет приблизительно удваивается при переходе
от каждой из них к последующей. Это было отмечено еще в 1772 г. астрономами
И. Тициусом и И. Боде, отсюда появилось название «Правило Тициуса - Боде», соблюдаемое в расположении планет. Если принять расстояние Земли до Солнца (150 млн км) за одну астрономическую единицу, то получается следующее расположение планет от Солнца по этому правилу:
Меркурий - 0,4 а. е. Венера - 0,7 а. е. Земля - 1 а. е. Марс - 1,6 а. е. Астероиды - 2,8 а. е. Юпитер - 5,2 а. е. Сатурн - 10,0 а. е. Уран - 19,6 а. е. Нептун - 38,8 а. е. Плутон - 77,2 а. е.
Таблица. Данные о планетах Солнечной системы
При рассмотрении истинных расстояний планет до Солнца оказывается, что
Плутон в некоторые периоды находится ближе к Солнцу, чем Нептун, и,
следовательно, он меняет свой порядковый номер по правилу Тициуса - Боде.
Загадка планеты Венера. В древних астрономических источниках возрастом в
3,5 тыс. лет (китайские, вавилонские, индийские) нет упоминаний о Венере. Американский ученый И. Великовский в книге «Сталкивающиеся миры», появившейся в 50-х гг. ХХ в., высказал гипотезу о том, что планета Венера заняла свое место всего лишь недавно, в период формирования древних цивилизаций. Приблизительно раз в 52 года Венера подходит близко к Земле, на расстояние 39 млн км. В период великого противостояния, каждые 175 лет, когда все планеты выстраиваются друг за другом в одном направлении, на расстояние 55 млн км Марс приближается к Земле.
Астрономы пользуются сидерическим временем для наблюдения положения звезд и других объектов неба, поскольку они появляются в ночном небе в одно и
то же сидерическое время. Солнечное время - время, измеряемое
относительно Солнца. Когда Земля де. лает полный оборот вокруг своей оси
относительно Солнца, проходят одни сутки. Если же оборот Земли рассматривать относительно звезд, то за этот оборот Земля сдвинется по своей орбите на 1/365 часть пути вокруг Солнца, т. е. на 3 мин 56 с. Это время называется сидерическим (лат. siederis - звезда).
1. Развитие современной астрономии постоянно расширяет знание о строении и объектах доступной для исследования Вселенной. Этим объясняется различие данных о количестве звезд, галактик и других объектах, которые приводятся в литературе.
2. Открыто несколько десятков планет, находящихся в нашей Галактике и вне ее.
3. Открытие Седны в качестве 10-й планеты Солнечной системы существенно изменяет наши представления о размерах Солнечной системы и ее взаимодействии с
другими объектами нашей Галактики.
4. В целом следует сказать, что астрономия лишь со второй половины прошлого века стала изучать самые далекие объекты Вселенной на основе более современных средств
наблюдения и исследования.
5. Современную астрономию интересует объяснение наблюдаемого эффекта движения (дрейфа) значительных масс вещества с большой скоростью относительно
реликтового излучения. Речь идет о так называемой Великой
стене. Это гигантское скопление галактик, находящееся на расстоянии 500 млн световых лет от нашей Галактики. Достаточно популярное изложение подходов к объяснению этого эффекта опубликовано в статьях журнала «В мире науки»1. 6. К сожалению, в изучении космоса снова проявляются военные интересы ряда стран.
Например, космическая программа США.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ И СЕМИНАРОВ
1. Формы галактик.
2. От каких факторов зависит судьба звезды?
3. Концепции образования Солнечной системы.
4. Сверхновые звезды и их роль в формировании химического состава межзвездной среды.
5. Отличие планеты от звезды.
Вселенная (космос) — это весь окружающий нас мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает вечно движущаяся материя. Безграничность Вселенной отчасти можно представить в ясную ночь с миллиардами разной величины светящихся мерцающих точек на небе, представляющих далекие миры. Лучи света при скорости 300 000 км/с из наиболее отдаленных частей Вселенной доходят до Земли примерно за 10 млрд лет.
По мнению ученых, образовалась Вселенная в результате «Большого Взрыва» 17 млрд лет назад.
Она состоит из скоплений звезд, планет, космической пыли и других космических тел. Эти тела образуют системы: планеты со спутниками (например. Солнечная система), галактики, метагалактики (скопление галактик).
Галактика (позднегреч.galaktikos - молочный, млечный, от греческогоgala - молоко) — обширная звездная система, которая состоит из множества звезд, звездных скоплений и ассоциаций, газовых и пылевых туманностей, а также отдельных атомов и частиц, рассеянных в межзвездном пространстве.
Во Вселенной существует множество галактик различного размера и формы.
Все звезды, видимые с Земли, входят в состав галактики Млечный Путь. Свое название она получила благодаря тому, что большинство звезд можно увидеть ясной ночью в виде Млечного Пути — белесой размытой полосы.
Всего же Галактика Млечный Путь содержит около 100 млрд звезд.
Наша галактика находится в постоянном вращении. Скорость ее движения во Вселенной — 1,5 млн км/ч. Если смотреть на нашу галактику со стороны ее северного полюса, то вращение происходит по часовой стрелке. Солнце и ближайшие к нему звезды совершают полный оборот вокруг центра галактики за 200 млн лет. Этот срок принято считать галактическим годом.
По размеру и форме сходна с галактикой Млечный Путь галактика Андромеды, или Туманность Андромеды, которая находится на расстоянии примерно 2 млн световых лет от нашей галактики. Световой год — расстояние, проходимое светом за год, приблизительно равное 10 13 км (скорость света — 300 000 км/с).
Для наглядности изучения движения и расположения звезд, планет и других небесных тел используется понятие небесной сферы.
Рис. 1. Основные линии небесной сферы
Небесная сфера — это воображаемая сфера сколь угодно большого радиуса, в центре которой находится наблюдатель. На небесную сферу проецируются звезды, Солнце, Луна, планеты.
Важнейшими линиями на небесной сфере являются: отвесная линия, зенит, надир, небесный экватор, эклиптика, небесный меридиан и др. (рис. 1).
Отвесная линия — прямая, проходящая через центр небесной сферы и совпадающая с направлением нити отвеса в месте наблюдения. Для наблюдателя, находящегося на поверхности Земли, отвесная линия проходит через центр Земли и точку наблюдения.
Отвесная линия пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках - зените, над головой наблюдателя, и надире — диаметрально противоположной точке.
Большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна к отвесной линии, называется математическим горизонтом. Он делит поверхность небесной сферы на две половины: видимую для наблюдателя, с вершиной в зените, и невидимую, с вершиной в надире.
Диаметр, вокруг которого происходит вращение небесной сферы, - ось мира. Она пересекается с поверхностью небесной сферы в двух точках - северном полюсе мира и южном полюсе мира. Северным полюсом называется тот, со стороны которого вращение небесной сферы происходит по часовой стрелке, если смотреть на сферу извне.
Большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира, носит название небесного экватора. Он делит поверхность небесной сферы на два полушария: северное, с вершиной в северном полюсе мира, и южное, с вершиной в южном полюсе мира.
Большой круг небесной сферы, плоскость которого проходит через отвесную линию и ось мира, — небесный меридиан. Он делит поверхность небесной сферы на два полушария - восточное и западное.
Линия пересечения плоскости небесного меридиана и плоскости математического горизонта - полуденная линия.
Эклиптика (от греч.ekieipsis - затмение) — большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца, точнее — его центра.
Плоскость эклиптики наклонена к плоскости небесного экватора под углом 23°26"21".
Чтобы легче запомнить местоположение звезд на небе, люди в древности придумали объединять самые яркие из них в созвездия.
В настоящее время известны 88 созвездий, которые носят имена мифических персонажей (Геркулес, Пегас и др.), знаков зодиака (Телец, Рыбы, Рак и др.), предметов (Весы, Лира и др.) (рис. 2).
Рис. 2. Летне-осенние созвездия
Происхождение галактик. Солнечной системы и ее отдельных планет, до сих пор остается неразгаданной тайной природы. Существует несколько гипотез. В настоящее время считается, что наша галактика образовалась из газового облака, состоявшего из водорода. На начальной стадии эволюции галактики из межзвездной газово-пылевой среды образовались первые звезды, а 4,6 млрд лет назад — Солнечная система.
Состав солнечной системы
Совокупность небесных тел, движущихся вокруг Солнца как центрального тела, образует Солнечную систему. Она расположена почти на окраине галактики Млечный Путь. Солнечная система участвует во вращении вокруг центра галактики. Скорость се движения составляет около 220 км/с. Это движение происходит в направлении созвездия Лебедя.
Состав Солнечной системы можно представить в виде упрощенной схемы, приведенной на рис. 3.
Свыше 99,9 % массы вещества Солнечной системы приходится на Солнце и только 0,1 % — на все остальные ее элементы.
|
Гипотеза И. Канта (1775 г.) — П.Лапласа (1796 г.) |
Гипотеза Д. Джинса (начало XX в.) |
Гипотеза академика О. П. Шмидта (40-е гг. XX в.) |
Ги потеза а кале мика В. Г. Фесенкова (30-е гг. XX в.) |
|
Планеты образовались из газово-пылевой материи (в виде раскаленной туманности). Охлаждение сопровождаюсь сжатием и увеличением скорости вращения какой-то оси. На экваторе туманности возникали кольца. Вещество колец собиралось в раскаленные тела и постепенно остывало |
Мимо Солнца когда-то прошла более крупная звезда, сс притяжение вырвало из Солнца струю раскаленного вещества (протуберанец). Образовались сгущения, из которых потом — планеты |
Газово-пылевое облако, вращающееся вокруг Солнца, должно было принять сплошную форму в результате соударения частиц и их движения. Частицы объединились в сгущения. Притяжение более мелких частиц сгущениями должно было способствовать росту окружающего вещества. Орбиты сгущений должны были стать почти круговыми и лежащими почти в одной плоскости. Сгущения явились зародышами планет, вобрав в себя почти всс вещество из промежутков между их орбитами |
Из вращающегося облака возникло само Солнце, а планеты — из вторичных сгущений в этом облаке. Далее Солнце сильно уменьшилось и охладилось до современного состояния |
Рис. 3. Состав Солнечной систем
Солнце
Солнце — это звезда, гигантский раскаленный шар. Его диаметр в 109 раз больше диаметра Земли, масса в 330 000 раз больше массы Земли, зато средняя плотность невелика — всего в 1,4 раза больше плотности воды. Солнце находится на расстоянии около 26 000 световых лет от центра нашей галактики и обращается вокруг него, делая один оборот примерно за 225-250 млн лет. Орбитальная скорость движения Солнца равна 217 км/с — таким образом, оно проходит один световой год за 1400 земных лет.
Рис. 4. Химический состав Солнца
Давление на Солнце в 200 млрд раз выше, чем у поверхности Земли. Плотность солнечного вещества и давление быстро нарастают вглубь; рост давления объясняется весом всех вышележащих слоев. Температура на поверхности Солнца 6000 К, а внутри 13 500 000 К. Характерное время жизни звезды типа Солнца 10 млрд лег.
Таблица 1. Общие сведения о Солнце
Химический состав Солнца примерно такой же, как и у большинства других звезд: около 75 % — это водород, 25 % — гелий и менее 1 % — все другие химические элементы (углерод, кислород, азот и т. д.) (рис. 4).
Центральная часть Солнца с радиусом примерно 150 000 км называется солнечным ядром. Это зона ядерных реакций. Плотность вещества здесь примерно в 150 раз выше плотности воды. Температура превышает 10 млн К (по шкале Кельвина, в пересчете на градусы Цельсия 1 °С = К — 273,1) (рис. 5).
Над ядром, на расстояниях около 0,2-0,7 радиуса Солнца от его центра, находится зона переноса лучистой энергии. Перенос энергии здесь осуществляется путем поглощения и излучения фотонов отдельными слоями частиц (см. рис. 5).
Рис. 5. Строение Солнца
Фотон (от греч.phos - свет), элементарная частица, способная существовать, только двигаясь со скоростью света.
Ближе к поверхности Солнца возникает вихревое перемешивание плазмы, и перенос энергии к поверхности совершается
преимущественно движениями самого вещества. Такой способ передачи энергии называется конвекцией, а слой Солнца, где она происходит, - конвективной зоной. Мощность этого слоя составляет примерно 200 000 км.
Выше конвективной зоны располагается солнечная атмосфера, которая постоянно колеблется. Здесь распространяются как вертикальные, так и горизонтальные волны с длинами в несколько тысяч километров. Колебания происходят с периодом около пяти минут.
Внутренний слой атмосферы Солнца называется фотосферой. Она состоит из светлых пузырьков. Это гранулы. Их размеры невелики — 1000-2000 км, а расстояние между ними — 300- 600 км. На Солнце одновременно может наблюдаться около миллиона гранул, каждая из которых существует несколько минут. Гранулы окружены темными промежутками. Если в гранулах вещество поднимается, то вокруг них — опускается. Гранулы создают общий фон, на котором можно наблюдать такие масштабные образования, как факелы, солнечные пятна, протуберанцы и др.
Солнечные пятна — темные области на Солнце, температура которых по сравнению с окружающим пространством понижена.
Солнечными факелами называют яркие поля, окружающие солнечные пятна.
Протуберанцы (от лат.protubero — вздуваюсь) — плотные конденсации относительно холодного (по сравнению с окружающей температурой) вещества, которые поднимаются и удерживаются над поверхностью Солнца магнитным полем. К возникновению магнитного поля Солнца может приводить то, что различные слои Солнца вращаются с разной скоростью: внутренние части вращаются быстрее; особенно быстро вращается ядро.
Протуберанцы, солнечные пятна и факелы — это не единственные примеры солнечной активности. К ней также относятся магнитные бури и взрывы, которые называют вспышками.
Выше фотосферы располагается хромосфера — внешняя оболочка Солнца. Происхождение названия этой части солнечной атмосферы связано с ее красноватым цветом. Мощность хромосферы составляет 10-15 тыс. км, а плотность вещества в сотни тысяч раз меньше, чем в фотосфере. Температура в хромосфере быстро растет, достигая в верхних ее слоях десятков тысяч градусов. На краю хромосферы наблюдаются спикулы, представляющие собой вытянутые столбики из уплотненного светящегося газа. Температура этих струй выше, чем температура фотосферы. Спикулы сначала поднимаются из нижней хромосферы на 5000-10 000 км, а потом падают обратно, где и затухают. Все это происходит со скоростью около 20 000 м/с. Спи кула живет 5-10 мин. Количество спикул, существующих на Солнце одновременно, составляет около миллиона (рис. 6).
Рис. 6. Строение внешних слоев Солнца
Хромосферу окружает солнечная корона — внешний слой атмосферы Солнца.
Полное количество энергии, излучаемой Солнцем, составляет 3,86 . 1026 Вт, и лишь одну двухмиллиардную часть этой энергии получает Земля.
Солнечная радиация включает корпускулярное и электромагнитное излучения. Корпускулярное основное излучение — это плазменный поток, который состоит из протонов и нейтронов, или по-другому - солнечный ветер, который достигает околоземного пространства и обтекает всю магнитосферу Земли. Электромагнитная радиация — это лучистая энергия Солнца. Она в виде прямой и рассеянной радиации достигает земной поверхности и обеспечивает тепловой режим на нашей планете.
В середине XIX в. швейцарский астроном Рудольф Вольф (1816-1893) (рис. 7) вычислил количественный показатель солнечной активности, известный во всем мире как число Вольфа. Обработав накопленные к середине прошлого века материалы наблюдений за солнечными пятнами, Вольф смог установить средний И-летний цикл солнечной активности. Фактически же интервалы времени между годами максимальных или минимальных чисел Вольфа колеблются от 7 до 17 лет. Одновременно с 11-летним циклом протекает вековой, точнее 80-90-летний, цикл солнечной активности. Несогласованно накладываясь друг на друга, они вносят заметные изменения в процессы, совершающиеся в географической оболочке Земли.
На тесную связь многих земных явлений с солнечной активностью еще в 1936 г. указывал А. Л. Чижевский (1897-1964) (рис. 8), писавший о том, что подавляющее большинство физико-химических процессов на Земле представляет результат воздействия космических сил. Он же был и одним из основоположников такой науки, как гелиобиология (от греч.helios — солнце), изучающей влияние Солнца на живое вещество географической оболочки Земли.
В зависимости от солнечной активности протекают такие физические явления на Земле, как: магнитные бури, частота полярных сияний, количество ультрафиолетовой радиации, интенсивность грозовой деятельности, температура воздуха, атмосферное давление, осадки, уровень озер, рек, грунтовых вод, соленость и деловитость морей и др.
С периодической деятельностью Солнца связана жизнь растений и животных (существует корреляция между солнечной цикличностью и сроком вегетационного периода у растений, размножением и миграцией птиц, грызунов и т. д.), а также человека (заболевания).
В настоящее время взаимосвязи между солнечными и земными процессами продолжают изучаться с помощью искусственных спутников Земли.
Планеты земной группы
Помимо Солнца в составе Солнечной системы выделяют планеты (рис. 9).
По размерам, географическим показателям и химическому составу планеты подразделяются на две группы: планеты земной группы и планеты-гиганты. К планетам земной группы относятся , и . О них и пойдет речь в этом подразделе.
Рис. 9. Планеты Солнечной системы
Земля — третья планета от Солнца. Ей будет посвящен отдельный подраздел.
Давайте обобщим.
От местоположения планеты в Солнечной системе зависит плотность вещества планеты, а с учетом ее размеров — и масса. Чем
ближе планета к Солнцу, тем выше у нее средняя плотность вещества. Например, у Меркурия она составляет 5,42 г/см\ Венеры — 5,25, Земли — 5,25, Марса — 3,97 г/см 3 .
Общими характеристиками планет земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) являются прежде всего: 1) сравнительно небольшие размеры; 2) высокие температуры на поверхности и 3) высокая плотность вещества планет. Эти планеты сравнительно медленно вращаются вокруг своей оси и имеют мало спутников или не имеют их совсем. В строении планет земной группы выделяют четыре главные оболочки: 1) плотное ядро; 2) покрывающую его мантию; 3) кору; 4) легкую газо- во-водную оболочку (исключая Меркурий). На поверхности этих планет обнаружены следы тектонической деятельности.
Планеты-гиганты
Теперь познакомимся с планетами-гигантами, которые тоже входят в нашу Солнечную систему. Это , .
Планеты-гиганты обладают следующими общими характеристиками: 1) большими размерами и массой; 2) быстро вращаются вокруг оси; 3) имеют кольца, много спутников; 4) атмосфера состоит, в основном, из водорода и гелия; 5) в центре имеют горячее ядро из металлов и силикатов.
Их также отличают: 1) низкие температуры на поверхности; 2) малая плотность вещества планет.
1. Назови центральное тело Солнечной системы.
2. Что можно увидеть на Солнце?
3. Погибнет ли Солнце?
СОЛНЦЕ -Масса = 1.99* 10 30 кг.
Диаметр = 1.392.000 км.
Абсолютная звёздная величина = +4.8
Спектральный класс = G2
Температура поверхности = 5800 о К
Период обращения вокруг оси = 25 ч(полюса) -35 ч(экватор)
Период обращения вокруг центра галактики = 200.000.000 лет
Расстояние до центра галактики = 25000 свет. лет
Скорость движения вокруг центра галактики = 230 км/сек.
Солнце - центральное
и самое большое тело
Солнечной системы,
раскаленный
плазменный шар, типичная звезда-карлик.
Химический состав Солнца определил, что
оно состоит из
водорода
и
гелия
, остальные
элементы менее 0,1%.
Источником Солнечной
энергии является реакция превращения
водорода в гелий со скоростью 600
миллионов тонн в секунду. При этом в ядре
Солнца выделяется свет и тепло.
Температура в ядре достигает 15
миллионов градусов.
То есть Солнце является горячим
вращаюшимся шаром, состоящим из
светящегося газа. Радиус Солнца 696 т. км. Диаметр
Солнца :
1392000 км (109 диаметров Земли).
Солнечная атмосфера (хромосфера и солнечная корона) очень активна, в ней наблюдаюся различные явления: вспышки, протуберанцы, солнечный ветер (постоянное истечение вещества короны в межпланетное пространство).
ПРОТУБЕРАНЦЫ
(от лат. protubero вздуваюсь), громадные, протяженностью до сотен тысяч
километров, языки раскаленного
газа в солнечной короне, имеющие большую плотность и
меньшую температуру, чем окружающая их плазма короны. На диске Солнца наблюдаются
в виде темных волокон, а на его краю в виде светящихся облаков, арок или струй.
Их темперагура может достигать до 4000
градусов.
СОЛНЕЧНАЯ ВСПЫШКА,
самое мощное проявление солнечной активности, внезапное
местное выделение энергии магнитных полей в короне и хромосфере Солнца. При солнечных вспышках наблюдаются:увеличение яркости хромосферы (8-10 мин), ускорение электронов, протонов и тяжелых
ионов, рентгеновское и
радиоизлучение.
СОЛНЕЧНЫЕ ПЯТНА
, образования в фотосфере Солнца, развиваются из пор, могут
достигать 200 тыс. км в поперечнике, существуют в среднем 10-20 суток. Температура в
солнечных пятнах ниже температуры фотосферы, вследствие
чего они в 2-5 раз темнее фотосферы. Для солнечных пятен характерны сильные
магнитные поля.
ВРАЩЕНИЕ СОЛНЦА вокруг оси, происходит в том же направлении, что и Земли (с запада на восток).Один оборот относительно Земли совершается за 27,275 сут (синодический период обращения), относительно неподвижных звезд за 25,38 сут (сидерический период обращения).
ЗАТМЕНИЯ
солнечные и лунные, происходят либо когда Земля попадает в тень,
отбрасываемую Луной (солнечные затмения), либо когда Луна попадает в тень Земли
(лунные затмения).
Длительность полных солнечных затмений не превышает 7,5 мин,
частных (большой фазы) 2 ч. Лунная тень скользит по Земле со скоростью ок. 1 км/с,
пробегая расстояние до 15 тыс. км, ее диаметром ок. 270 км.
Полные лунные затмения могут длиться до 1 ч 45мин. Затмения повторяются в определенной последовательности через период времени в
6585 1/3 сут. Ежегодно бывает не более 7 затмений (из них не более 3 лунных).
Активность солнечной атмосферы переодически повторяется, 11-летний переод.
Солнце - основной источник
энергии для Земли, оно оказывает влияние
на все земные процессы. Земля находится
на удачном расстоянии от Солнца, поэтому
на ней сохранилась жизнь. Солнечное
излучение создает пригодные для живых
организмов условия. Если бы наша
планета была ближе - она была бы слишком
горячей, и наоборот.
Так поверхность Венеры разогрета почти
до 500 градусов и давление атмосферы
огромно, поэтому встретить там жизнь
практически невозможно. Марс находится
дальше от Солнца, для человека там
слишком холодно, иногда температура
ненадолго поднимается до 16 градусов.
Обычно же на этой планете сильные морозы,
при которых замерзает даже углекислый
газ, из которого состоит атмосфера Марса.
|
Как
долго будет существовать Солнце?
|