Что включает в себя солнечная система
Что такое Солнечная система — строение, планеты, возникновение, развитие, открытие и изучение
Солнечной системой называют систему небесных тел, в состав которой входит Солнце и множество других астрономических объектов, вращающихся вокруг него. Это планеты, спутники планет, астероиды и другие тела. Солнечная система не уникальна, на сегодняшний день обнаружены тысячи других планетных систем. Располагается Солнечная система в галактике Млечный путь, в районе, известном как Рукав Ориона.
До сих пор не единого мнения о том, где следует проводить границы нашей планетной системы. Ряд ученых предлагают учитывать влияние солнечного ветра на межзвездное пространство. Там, где ветер останавливается межзвездным веществом, проходит граница, которую называют гелиопаузой. Гелиопауза находится на расстоянии примерно в 113–120 астрономических единиц (а.е.) от Солнца.
Однако некоторые астрономы выделяют ещё и гравитационную границу Солнечной системы, или сферу Хилла. Она ограничивает участок космического пространства, в котором солнечная гравитация преобладает над гравитацией других звезд. Для Солнца такая сфера имеет радиус примерно в световой год, или 63 тыс а.е.
Структура и состав
Главным телом в Солнечной системы является, естественно, Солнце. На него приходится 99,86% массы всей Солнечной системы. На сегодняшний день достоверно известно о 8 планетах, вращающихся вокруг светила. Из них ближайшие четыре относятся к планетам земного типа, а следующие четыре являются газовыми гигантами. Между этими двумя группами располагается пояс астероидов, который называют главным, а за орбитой Нептуна, последнего газового гиганта, находится ещё одно скопление астероидов, пояс Койпера.
В 2006 году был введен новый термин – карликовая планета. Они похожи на обычные планеты, а отличаются только тем, что на их орбите есть другие крупные тела. На 2019 год 5 объектов получили статус карликовых планет, но, по оценкам астрономов, их может быть значительно больше.
В состав планетной системы включают и спутники, вращающиеся вокруг планет. Некоторые из них, например, Ганимед и Титан, настолько велики, что превосходят по размерам Меркурий, самую маленькую из планет.
Солнце
Солнце – это одна из сотни миллиардов звезд Млечного пути. Его диаметр равен примерно 1,4 млн км, то есть он более чем в 100 раз превышает диаметр Земли. Масса светила оценивается в 2•10 30 кг. Эта огромная величина, которая больше массы Земли в 333 тыс раз.
На поверхности Солнца температура составляет 5500° С. Однако над поверхностью есть область, которая называется короной. Интересно, что ее температура может достигать 1,5 млн градусов. До сих пор непонятен механизм, из-за которого солнечная корона так сильно нагревается.
В центре светила располагается ядро диаметром 300 тыс км. Температура здесь оценивается в 13,5 млн градусов, а давление доходит до 200 млрд атм. Столь экстремальные условия являются необходимыми для реакции термоядерного синтеза. В ходе нее атомы водорода объединяются и превращаются в гелий, а также выделяется тепло. Именно этот процесс и является основным источником тепла для всей Солнечной системы.
На сегодняшний день в Солнце состоит на 73,4% из водорода и на 24,9% из гелия. Понятно, что в ходе термоядерного синтеза водород исчезает (каждую секунду расходуется более 4 млн тонн этого элемента), поэтому раньше его доля в составе звезды была больше, в будущем же она будет сокращаться.
Планеты Солнечной системы
Плоскость, в которой лежит орбита Земли, называется эклиптикой. С высокой степенью точности можно утверждать, что орбиты всех остальных планет лежат в этой же плоскости, максимальное отклонение в 7° наблюдается у Меркурия. При этом все планеты крутятся в одну сторону, что является косвенным доказательством того факта, что когда-то всё вещество Солнечной системы было единым целым.
Движение планет хорошо описывается законами Кеплера. Согласно им, орбиты представляют собой эллипсы, в одном из фокусов которого располагается Солнце. Ближайшая к звезде точка орбиты называется перигелием, а наиболее отдаленная носит название афелий. Скорость движения планет меняется. Она возрастает при приближении к перигелию и падает при приближении к афелию. Планеты, расположенные ближе к светилу, совершают один оборот за меньший промежуток времени.
Планеты не только вращаются вокруг звезды, но и крутятся относительно собственной оси вращения. Условно считают, что 1 поворот вокруг звезды соответствует году на планете, а поворот вокруг собственной оси соответствует одним суткам. Так, на юпитерианские сутки равны примерно 10 часам, а юпитерианский год равен 11,86 земным годам.
Внутренние планеты
Планеты земной группы объединяет то, что они имеют твердую оболочку, над которой сразу начинается атмосфера. Их размеры относительно невелики, и у них либо очень мало спутников, либо их вообще нет. У землеподобных планет нет колец, как у Сатурна. Состоят планеты в основном из твердых пород и тяжелых элементов: кислорода, железа, кремния. Считается, что в центре каждой планеты земной группы находится металлическое ядро, окруженное мантией, в которой преобладает кремний. На поверхности же располагается относительно тонкая кора.
Меркурий
Ближайшей к Солнцу планетой является Меркурий, среднее расстояние между этими небесными телами равно 58 млн км. Помимо этого, Меркурий также является самой маленькой и самой быстрой планетой. На поворот вокруг Солнца он тратит 87,969 суток (земных), а меркурианский день длится 58,646 суток. Можно заметить, что на 2 поворота вокруг звезды приходится в точности 3 поворота планеты вокруг собственной оси. Радиус Меркурия составляет 2439,7 км, а масса оценивается в 0,055 земных масс. Естественных спутников у Меркурия нет.
Венера
Следующей планетой от Солнца является Венера. По своим габаритам она наиболее близка к Земле, поэтому ее называют «сестрой Земли». Радиус планеты составляет 6050 км, что составляет 95% от земного радиуса. Масса Венеры на 18,5% меньше земной. Расстояние от Венеры до светила колеблется от 107,5 до 108,2 млн км. При этом на поверхности Венеры жарче, чем даже на Меркурии. Средняя температура доходит до 477° С, при этом ее колебания незначительны. Столь высокий показатель связан с очень плотной атмосферой, состоящей на 96% из углекислого газа. Плотность атмосферы столь высока, что у поверхности давление достигает 93 атм. Если бы у Венеры была бы земная атмосфера, то температура на ней не превышала бы 80° С. Спутников у Венеры нет, однако есть теория, что ранее Меркурий был таковым.
Земля
Третьей планетой от Солнца является Земля, родина человечества. Расстояние от нее до Солнца колеблется от 147 до 152 млн км. Среднее значение этой величины равно 149,6 млн км и используется в астрономии в качестве единицы измерения расстояний – астрономической единицы (а. е.). Средний радиус Земли составляет 6371 км, а масса нашей планеты оценивается величиной 5,97•10 24 кг. От планет земной группы Землю отличает наличие очень крупного спутника – Луны, радиусом 1737 км.
Последняя землеподобная планета – Марс. Расстояние между ним и Солнцем меняется от 206 до 249 млн км. Масса Красной планеты в 10 раз меньше земной, а радиус равен 3389,5 км. Сутки на Марсе длятся 24 часа и ещё 37 минут, а длительность марсианского года составляет 687 суток. У Красной планеты есть два спутник – Фобос и Деймос, однако они крайне малы по сравнению с Луной. Так, Фобос, крупнейших из них, имеет неправильную форму и габариты 26,8х22,4х18,4 км.
Внешние планеты
Внешние планеты Солнечной системы являются так называемыми газовыми гигантами. Они очень велики по своим размерам (в сравнении с Землей) и не имеют твердой поверхности, на которую хотя бы теоретически мог бы высадиться человек. Значительную их часть составляет атмосфера, которая на низких высотах из-за роста давления превращается в жидкость. При этом четкой границы между жидким океаном и атмосферой нет. Под океаном в условиях ещё более высокого давления находится твердое ядро.
Состоят планеты-гиганты в основном из водорода, его доля колеблется от 80% у Нептуна и до 96% у Сатурна. Вторым по распространенности является гелий. На все остальные элементы приходится не более 1-3%.
У всех планет-гигантов много спутников, крупнейшие из которых по размерам превышают габариты карликовых планет. Также вокруг каждой планеты-гиганта есть кольца, которые заметнее всего у Сатурна.
Юпитер
Ближайший к солнцу газовый гигант – Юпитер. Это крупнейший после Солнца объект в Солнечной системе, чей средний радиус оценивается в 69911 км. Он превосходит по своей массе Землю в 318 раз. Год длится на Юпитере 11,86 земных лет, а оборот вокруг оси Юпитер совершает за 10 часов. Радиус орбиты Юпитера колеблется от 740 до 816 млн км. На сегодня достоверно известно о 79 спутниках Юпитера, однако их общее количество наверняка больше 100. Среди них выделяются Ганимед, Ио, Европа и Каллисто. Они были открыты в 1610 г. Галилеем и стали самыми первыми спутниками других планет, открытыми астрономами.
Сатурн
За Юпитером располагается орбита Сатурна. Радиус Сатурна оценивается в 58232 км, а масса составляет 95,2 земных масс. Перигелий Сатурна находится на расстоянии 1,353 млрд км от нашего светила, а афелий удален от него на 1,513 млрд км. Сутки на Юпитере длятся 10 часов, а продолжительность сатурианского года составляет 29,5 земных лет. На 2019 г. известно о 82 спутниках планеты, крупнейшим из которых является Титан (радиус 2576 км). Доказано, что на поверхности Титана есть озера и реки, но заполнены они не водой, а метаном и этаном.
Следующая планета Солнечной системы – Уран. Расстояние от Урана до Солнца колеблется от 2,75 до 3 млрд км. Его радиус составляет 25362 км, а масса превышает земную в 14,5 раз. Сутки на Уране длятся 17 часов, а год – 84 земных года. На сегодняшний день у планеты обнаружено 27 спутников, самым крупным из них является Титания (радиус 788 км).
Нептун
Самая дальняя из известных на сегодня планет Солнечной системы – это Нептун. Он находится на расстоянии 1,45-4,52 млрд км от Солнца. Масса Нептуна превышает земную в 17,1 раз, а радиус составляет 24622 км. один день на планете почти 16 часов, а год – 164,79 земных года. Нептун, как и Уран, относят к особому классу газовых гигантов – ледяным гигантам. Они значительно меньше Юпитера и Сатурна, а в их составе велика доля льда, метана, аммиака и сероводорода. У Нептуна 14 спутников, но лишь один из них, Тритон, является крупным. Его радиус равен 1353 км.
Девятая планета
Возможно ли, что за орбитой Нептуна есть ещё планеты Солнечной системы, которые до сих пор не обнаружены астрономами? Поразительно, но это действительно так. Расчеты показывают некоторые аномалии в распределении тел в поясе Койпера. Их можно объяснить существованием ещё одной планеты. В 2014 г. такое предположение высказали астрономы Чедвик Трухильо и Скотт Шепард, а в 2016 г. эти результаты были подтверждены Майклом Брауном и Константином Батыгиным. Существование этой планеты пока не доказано, а для ее наименования используется термин «Девятая планета». Предполагается, что ее масса примерно в 10 раз больше земной, а на полный поворот вокруг Солнца она тратит 10-20 тыс. лет. Орбита Девятой планеты представляет собой сильно сплюснутый эллипс, поэтому расстояние от планеты до звезды меняется в пределах от 30 до 180 млрд км. При этом плоскость орбиты гипотетической планеты не лежит в плоскости эклиптики, а наклонена на 30°. Вероятно, она не формировалась также, как остальные планеты, а была захвачена Солнцем из другой планетной системы.
Подтвердить существование Девятой планеты можно только визуальным наблюдением, однако расчеты не помогают даже приблизительно оценить ее местоположение. Известна только приблизительная орбита этого тела. Из-за этого, а также из-за удаленности планеты от Земли и медленной скорости движения обнаружить ее чрезвычайно сложно.
Межпланетное пространство
До сих пор нет единого мнения, где проходит граница между атмосферой планеты и межпланетным пространством (космосом). Для Земли принято, что эта граница проходит на уровне 100 либо 122 км.
Солнце излучает поток частиц, известный как солнечный ветер. Именно им и заполнено межпланетное пространство Солнечной системы. Он состоит из электронов, протонов и других ионов. Этот ветер буквально сдувает атмосферы Венеры и Марса, в результате чего эти планеты постепенно медленно теряют ее. Земную атмосферу от ветра защищает мощное магнитное поле.
Другие объекты
Ранее считалось, что в Солнечной системе 9 планет, потому что Плутон (радиусом 1188 км), находящийся на расстоянии 4,4-7,4 млрд км от Солнца, также имел статус планеты. Поначалу считалось, что он по размерам близок к Марсу, однако каждый раз при его исследовании оценки его размеров уменьшались. Вместе с тем в начале 2000-х годов астрономы стали находить вблизи него ряд других массивных небесных тел, сопоставимых с ним по размерам. Одно из них, Эрида, и вовсе превосходило Плутон по массе. Стало ясно, что либо все эти тела надо считать, как и Плутон, планетой, либо Плутон должен лишиться этого звания. В 2006 году был введен термин карликовая планета. Этот статус и присвоили Плутону, а также ещё 4 объектам: Церере, Эридне, Макемаке и Хаумеа. Также за орбитой Нептуна есть ещё несколько десятков небесных тел, которые вскоре могут получить этот статус.
Все карликовые планеты, кроме Цереры, располагаются в поясе Койпера. Это облако из астероидов, располагающееся за орбитой Нептуна. Помимо него есть ещё один пояс астероидов, который называют главным. Он располагается между Марсом и Юпитером. Именно там и располагается Церера. Его называют главным, так как объекты в нем были открыты значительно раньше, чем в поясе Койпера. Так, Цереру обнаружили ещё в 1801 г, а Плутон только в 1930 г. Однако на самом деле общая масса объектов в поясе Койпера в 20-200 раз больше, чем в главном поясе.
В отдельную группу ученые выделяют астероиды, которые располагаются между орбитами Юпитера и Нептуна. Их называют кентаврами. Самый большой из кентавров, Харикло, имеет радиус в 129 км.
Помимо астероидов астрономы выделяют и такие небесные тела, как кометы. Они выделяются наличием хвоста из пыли и газа. На сегодня известно более 6000 комет в Солнечной системе. Они также вращаются вокруг Солнца, но по очень вытянутой эллиптической траектории. У некоторых из них период обращения измеряется тысячами лет. Их орбиты не так стабильны, как у крупных тел. Считается, что большинство из них ранее находились в облаке Оорта.
Предполагается, что за поясом Койпера, на расстоянии в 50-100 тыс. а.е., может находиться ещё одно скопление небесных тел, которое называют облаком Оорта. Расстояние до облака Оорта почти в 1000 раз больше расстояния до пояса Койпера. Пока что найдено только 5 тел, которые гипотетически могут быть отнесены к облаку Оорта.
Образование и эволюция Солнечной системы
На сегодняшний день в науке доминирует небулярная гипотеза, согласно которой Солнечная система сформировалась из газопылевого облака. Этот процесс начался 4,57 млрд лет назад. Под действием сил гравитации частицы этого облака притягивались друг к другу, в результате чего облако постепенно сокращалось в размерах. Вместе с тем увеличивалась скорость его вращения, а в центре росла плотность вещества, температура и давление.
Примерно за 50 млн лет количество водорода в центре облака и температура там выросли до таких значений, при которых началась реакция термоядерного синтеза. Так появилось Солнце.
Параллельно с этим сформировался протопланетный диск, из которого со временем возникли все планеты Солнечной системы. В нем образовывались планетезимали. Которые со временем слипались друг с другом и образовывали планеты.
Изначально Земля была раскаленной и не имела твердой коры. При этом более твердые вещества опускались в жидкой земле вниз, к центру, а более легкие поднимались наверх. Со временем Земля остыла, из-за чего возникла кора. Аналогично развивались другие землеподобные планеты.
Считается, что Луна появилась в результате столкновения Земли с другой планетой, которую называют Тейя. В результате часть вещества Земли была выброшена на ее орбиту и со временем сформировала спутник.
Термоядерные реакции в Солнце ускоряются, из-за чего за каждый миллиард лет она увеличивает яркость примерно на 10%. Ожидается, что в течение 3,5 млрд лет этот процесс будет продолжаться, в результате чего яркость светила вырастет на 40%.
Далее в Солнце закончится водород. Это произойдет примерно через 7,7 млрд лет. Солнце начнет превращаться в красного гиганта и резко расширяться. В результате оно поглотит Меркурий и Марс, а также, возможно, и Землю. В дальнейшем Солнце превратится в белый, а потом и черный карлик. При этом оно сократится в размерах, а также перестанет излучать тепло в окружающий мир
Открытие и исследование
Первые представления о Солнечной системе появились в глубокой древности. Разные цивилизации (египтяне, шумеры, китайцы, майя и т.д.) наблюдали за небом и знали о существовании первых шести планет солнечной системы. Естественно, люди, наблюдая за Солнцем с Земли, видели, что оно вращается вокруг нашей планеты, а не наоборот. Поэтому первоначально человечество придерживалось геоцентрической картины мира, в которой Земля находилась в центре Солнечной системы. При этом траектории движения планет были очень сложными, некоторые из них могли повернуть свое движение вспять.
Лишь в XVI веке Николай Коперник объяснил эти аномалии тем, что планеты, в том числе и Земля, вращаются вокруг Солнца, а Земля также вращается вокруг своей оси. Его теория именуется гелиоцентрической картиной мира. Параллельно с этим стали развиваться средства наблюдения за космосом. Первый телескоп был создан в 1607 г. В 1610 г. Галилей совершил первое значительное открытие небесных тел. Ему удалось обнаружить 4 крупнейших спутника Юпитера и тем самым подтвердить правоту Коперника. В 1655 г. у Сатурна был обнаружен спутник Титан, а к 1686 г. Джованни Кассини открыл ещё 4 спутника этой планеты.
Следующее важное открытие произошло в 1781 г., когда Уильям Гершель обнаружил седьмую планету – Уран. В 1801 г. был найден первый астероид – Церера.
Расчеты показывали, что Уран движется по орбите не так, как того требует ньютоновская механика. Было сделано предположение, что за ним находится ещё одна планета, названная в будущем Нептуном. В 1846 г. она сначала была найдена теоретически, а только потом ее визуально наблюдал Иоганн Галле.
В 1930 г. был обнаружен Плутон. Сначала он был назван десятой планетой, однако со временем стало ясно, что он не одинок на своей орбите. В 1992 году было доказано существование пояса Койпера, которому и принадлежит Плутон, а в начале 2000-х в нем был найден ряд небесных тел, которые вместе с Плутоном в 2006 г. были признаны карликовыми планетами.
Развитие космонавтики сыграло огромную роль в исследовании Солнечной системы. В 1959 г. советский космический аппарат «Луна-1» впервые в истории преодолел гравитационное поле Земли и обследовал Луну. В дальнейшем аппараты были отправлены ко всем планетам Солнечной системы, а также к ряду спутников, астероидов, комет. «Вояджер-1», запущенный в 1977 г, уже исследует район гелиопаузы.
Единственным объектом Солнечной системы, на который высаживался человек, является Луна. Всего в 1969-1972 г. было осуществлено 6 высадок на спутник Земли.
Интересные факты
На планете Меркурий наблюдается интересный феномен, известный как эффект Иисуса Навина. Дело в том, что вблизи перигелия скорость вращения планеты вокруг звезды возрастает настолько сильно, что становится больше скорости вращения Меркурия вокруг собственной оси. В этот период времени наблюдателю на планете будет казаться, что Солнце пошло по небосводу в обратном направлении. Можно даже увидеть, как оно сначала восходит в одной точке, а потом там же и заходит. Название эффекта связано с тем, что в Библии Иисус Навин смог остановить движение Солнца.
Наблюдения за Солнечной системой сыграли огромную роль в развитии физики. Именно благодаря им Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения и создал всю классическую механику, которую и называют ньютоновской. Однако в 1859 г. было замечено, что фактическая орбита Меркурия отклоняется от теоретической, построенной с помощью классической механики. В результате это подтолкнуло физиков к созданию принципиально другой теории гравитации, известной сегодня как общая теория относительности.
В июле 1994 году астрономы впервые в истории наблюдали столкновение двух тел солнечной системы. Комета Шумейкеров – Леви 9 упала на Юпитер. Комета представляла собой 21 фрагмент, диаметр каждого из них составлял около 2 км. В результате столкновения выделилась энергия, оцениваемая в 6 триллионов тонн в тротиловом эквиваленте.
6 из 8 планет вращаются вокруг своей оси в том же направлении, что и вокруг Солнца. Исключение – Венера и Уран. Венера вращается в противоположном направлении, а ось Урана почти лежит в плоскости эклиптики. В результате каждый полюс Урана освещается Солнцем в течение 42 лет, после чего погружается в темноту на следующие 42 года.
В 1921 г. У Сатурна неожиданно исчезли его кольца. В прессе появились опасения, что некоторые частицы этих колец летят на Землю. На самом же деле кольца просто повернулись ребром к Земле, а потому их не было видно.
Видео
Список использованных источников
Все, что нужно знать о нашей Солнечной системе
Вместе с праздником, который нам принесла серия статей о том, как SpaceX собирается колонизировать Марс, мы совсем забыли рассказать о месте, где все это будет происходить: о Солнечной системе. По правде говоря, очень немногие люди отдают себе полный отчет в том, как устроена наша планетарная система. И поскольку мы вот-вот окажемся в эпохе, когда космические корабли будут бороздить космические просторы (без шуток), пора заниматься космическим ликбезом.
Наша Солнечная система только выглядит простой.
Вселенная — очень большое место, в котором мы ютимся в небольшом уголочке. Он называется Солнечной системой и является не только крошечной долей известной нам Вселенной, но и очень небольшой частью наших галактических окрестностей — галактики Млечный Путь. Короче говоря, мы точка в бескрайнем космическом море.
Тем не менее Солнечная система остается относительно большим местом, в котором (пока) скрывается множество тайн. Мы только недавно начали плотно заниматься изучением скрытой природы нашего маленького мира. В плане изучения Солнечной системы мы едва ли оцарапали поверхность этого ящика.
Понимание Солнечной системы
Последовательность планет рядом с нами.
За малым исключением, до эпохи современной астрономии лишь немногие люди или цивилизации понимали, что такое Солнечная система. Подавляющее большинство астрономических систем постулировало, что Земля — неподвижный объект, вокруг которого вращаются все известные небесные объекты. Кроме того, она существенно отличалась от других звездных объектов, которые считались эфирными или божественными по своей природе.
Хотя во времена античного и средневекового периода были некоторые греческие, арабские и азиатские астрономы, которые верили, что Вселенная гелиоцентрична (то есть что Земля и другие тела вращаются вокруг Солнца), только когда Николай Коперник разработал математическую предиктивную модель гелиоцентрической системы в 16 веке, эта идея получила широкое распространение.
Галилей (1564 – 1642) частенько показывал людям, как пользоваться телескопом и наблюдать за небом на площади Сан-Марко в Венеции. Учтите, в те времена не было адаптивной оптики.
В течение 17 века ученые вроде Галилео Галилея, Иоганна Кеплера и Исаака Ньютона разработали понимание физики, которое постепенно привело к принятию того, что Земля вращается вокруг Солнца. Развитие теорий вроде гравитации также привело к осознанию того, что другие планеты подчиняются тем же физическим законам, что и Земля.
Широкое распространение телескопов также привело к революции в астрономии. После открытия Галилеем спутников Юпитера в 1610 году, Кристиан Гюйгенс обнаружил, что и Сатурн обладает лунами в 1655 году. Также были обнаружены новые планеты (Уран и Нептун), кометы (комета Галлея) и пояс астероидов.
К 19 веку три наблюдения, сделанные тремя отдельными астрономами, определили истинную природу Солнечной системы и ее место во Вселенной. Первое сделал в 1839 году немецкий астроном Фридрих Бессель, успешно измеривший кажущийся сдвиг в позиции звезды, созданный движением Земли вокруг Солнца (звездный параллакс). Это не только подтвердило гелиоцентрическую моедль, но и показало гигантское расстояние между Солнцем и звездами.
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.
В 1859 году Роберт Бунзен и Густав Кирхгоф (немецкие химик и физик) использовали недавно изобретенный спектроскоп для определения спектральной сигнатуры Солнца. Они обнаружили, что Солнце состоит из тех же элементов, что существуют на Земле, тем самым доказав, что твердь земная и твердь небесная сделаны из одной материи.
Наглядное сравнение планет.
Затем отец Анджело Секки — итальянский астроном и директор Папского Григорианского университета — сравнил спектральную сигнатуру Солнца с сигнатурами других звезд и обнаружил, что те практически идентичны. Это убедительно показало, что наше Солнце состоит из тех же материалов, что и любая другая звезда во Вселенной.
Дальнейшие очевидные расхождения в орбитах внешних планет привели американского астронома Персиваля Лоуэлла к выводу, что за пределами Нептуна должна лежат «планета Х». После его смерти обсерватория Лоуэлла провела необходимые исследования, которые в конечном итоге привели Клайда Томбо к открытию Плутона в 1930 году.
В 1992 году астрономы Дэвид К. Джевитт из Гавайского университета и Джейн Луу из Массачусетского технологического института обнаружили транснептуновый объект (ТНО), известный как (15760) 1992 QB1. Он вошел в новую популяцию, известную как пояс Койпера, о котором долгое время говорили астрономы и который должен лежать на краю Солнечной системы.
Дальнейшее исследование пояса Койпера на рубеже веков привело к дополнительным открытиям. Открытие Эриды и другие «плутоидов» Майком Брауном, Чадом Трухильо, Давидом Рабиновичем и другими астрономами привело к суровой дискуссии между Международным астрономическим союзом и некоторыми астрономами на тему обозначения планет, больших и малых.
Из чего состоит Солнечная система
В ядре Солнечной системы расположено Солнце (звезда главной последовательности типа G2), которое окружено четырьмя планетами земной группы (внутренние планеты), главным поясом астероидов, четырьмя газовыми гигантами (внешние планеты), массивным полем небольших тел, простирающимся от 30 а. е. до 50 а. е. от Солнца (пояс Койпера) и сферическим облаком ледяных планетезималей, которое, как полагают, вытянулось на расстояние до 100 000 а. е. от Солнца (облако Оорта).
Солнце содержит 99,86% известной массы системы, и его гравитация влияет на всю систему. Большинство крупных объектов на орбите вокруг Солнца лежат вблизи плоскости орбиты Земли (эклиптики), и большинство тел и планет вращаются вокруг него в одном направлении (против часовой стрелки, если смотреть с северного полюса Земли). Планеты очень близки к эклиптике, тогда как кометы и объекты пояса Койпера часто находятся под большим углом к ней.
На четыре крупнейших вращающихся тела (газовые гиганты) приходится 99% оставшейся массы, причем на Юпитер и Сатурн в сумме приходится больше 90%. Остальные объекты Солнечной системы (включая четыре планеты земной группы, карликовые планеты, луны, астероиды и кометы) вместе составляют меньше 0,002% общей массы Солнечной системы.
Солнце и планеты
Солнце неотделимо от планет, а планеты от Солнца.
Давайте вместе получшаем, как звучит Солнце
Иногда астрономы неформально делят эту структуру на отдельные регионы. Первый, внутренняя Солнечная система, включает четыре планеты земной группы и пояс астероидов. За ним лежит внешняя Солнечная система, которая включает четыре газовых гиганта. Между тем есть и крайние части Солнечной системы, которые считают отдельным регионом, содержащим транснептуновые объекты, то есть объекты за Нептуном.
Большинство планет Солнечной системы обладают собственными вторичными системами, вокруг них вращаются планетарные объекты — естественные спутники (луны). У четырех планет-гигантов также есть планетарные кольца — тонкие полосы мельчайших частиц, вращающихся в унисон. Большинство крупнейших естественных спутников находятся в синхронном вращении, будучи постоянно повернутыми одной стороной к своей планете.
Солнце, которое содержит почти всю материю Солнечной системы, на 98% состоит из водорода и гелия. Планеты земной группы внутренней Солнечной системы состоят в основном из силикатных пород, железа и никеля. За поясом астероидов планеты состоят в основном из газов (водорода, гелия) и льдов — метана, воды, аммиака, сероводорода и диоксида углерода.
Объекты подальше от Солнца состоят в основном из материалов с более низкими точками плавления. Ледяные вещества составляют большинство спутников планет-гигантов, а также Урана и Нептуна (поэтому иногда мы называем их «ледяными гигантами») и многочисленных объектов, лежащих за орбитой Нептуна.
Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.
Газы и льды считаются летучими веществами. Граница Солнечной системы, за которой эти летучие вещества конденсируются, известна как «снеговая линия», находится в 5 а. е. от Солнца. Объекты и планетезимали в поясе Койпера и облака Оорта состоят по большей части из этих материалов и камня.
Как появилась Солнечная система, и как она развивалась
Солнечная система образовалась 4,568 миллиарда лет назад в процессе гравитационного коллапса региона в гигантском молекулярном облаке из водорода, гелия и небольших количеств элементов потяжелее, синтезированных предыдущими поколениями звезд. Когда этот регион, который должен был стать Солнечной системой, коллапсировал, сохранение углового момента заставило его вращаться быстрее.
Центр, где собралась большая часть массы, начал становиться все горячее и горячее окружающего диска. По мере того как сжимающаяся туманность вращалась быстрее, она начала выравниваться в протопланетарный диск с горячей, плотной протозвездой в центре. Планеты образовались аккрецией этого диска, в котором пыль и газ стягивались вместе и объединялись, чтобы сформировать более крупные тела.
Из-за более высокой температуры кипения, только металлы и силикаты могут существовать в твердой форме близко к Солнцу и в конечном итоге образуют планеты земной группы — Меркурий, Венеру, Землю и Марс. Поскольку металлические элементы были лишь небольшой частью солнечной туманности, планеты земной группы не смогли стать очень большими.
В отличие от этого, планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) образовались за точкой между орбитами Марса и Юпитера, где материалы были достаточно холодными, чтобы летучие ледовитые компоненты оставались твердыми (на снеговой линии).
Льды, которые сформировали эти планеты, были более многочисленны, чем металлы и силикаты, которые сформировали внутренние планеты земной группы, что позволило им расти достаточно массивными, чтобы захватить крупные атмосферы из водорода и гелия. Оставшийся мусор, который никогда не станет планетами, собрался в регионах вроде пояса астероида, пояса Койпера и облака Оорта.
За 50 миллионов лет давление и плотность водорода в центре протозвезды стали достаточно высокими, чтобы начался термоядерный синтез. Температура, скорость реакции, давление и плотность увеличивались, пока не было достигнуто гидростатическое равновесие.
В этот момент Солнце стало звездой главной последовательности. Солнечный ветер от Солнца создал гелиосферу и смел оставшиеся газ и пыль протопланетарного диска в межзвездное пространство, заканчивая процесс формирования планет.
Солнечная система будет оставаться практически такой же, какой мы ее знаем, пока водород в ядре Солнца не будет полностью преобразован в гелий. Это произойдет примерно через 5 миллиардов лет и ознаменует конец главной последовательности жизни Солнца. В это время ядро Солнца коллапсирует и выход энергии будет значительно больше, чем сейчас.
Наружные слои Солнца расширятся примерно в 260 раз шире текущего диаметра, и Солнце станет красным гигантом. Расширение Солнца, как ожидается, испарит Меркурий и Венеру и сделает Землю непригодной для жизни, поскольку обитаемая зона выйдет за орбиту Марса. В конце концов, ядро станет достаточно горячим, чтобы начался гелиевый синтез, Солнце еще немного пожжет гелий, но потом ядро станет сокращаться.
В этот момент внешние слои Солнца направятся в космос, оставив позади белый карлик — чрезвычайно плотный объект, который будет иметь половину изначальной массы Солнца, но по размерам будет с Землю. Выброшенные внешние слои сформируют планетарную туманность, вернув часть материала, сформировавшего Солнце, в межзвездное пространство.
Что такое внутренняя Солнечная система
Во внутренней Солнечной системе мы находим «внутренние планеты» — Меркурий, Венеру, Землю и Марс — которые названы так потому, что вращаются ближе к Солнцу. В дополнение к своей близости, эти планеты имеют ряд ключевых отличий от других планет в Солнечной системе.
Заходите в наш специальный Telegram-чат. Там всегда есть с кем обсудить новости из мира высоких технологий.
Для начала: внутренние планеты твердые и землистые, состоят в основном из силикатов и металлов, тогда как внешние планеты — газовые гиганты. Внутренние планеты расположены ближе друг к другу, чем их внешние коллеги. Радиус всей это области меньше дистанции между орбитами Юпитера и Сатурна.
Как правило, внутренние планеты меньше и плотнее своих коллег и обладают небольшим числом лун. Внешние планеты имеют десятки спутников и кольца из льда и камня.
Внутренние планеты земной группы состоят по большей части из огнеупорных минералов вроде силикатов, которые образуют их кору и мантию, и металлов — железа и никеля — которые лежат в ядре. Три из четырех внутренних планет (Венера, Земля и Марс) имеют достаточно существенные атмосферы, чтобы формировать погоду. Все усеяны ударными кратерами и обладают поверхностной тектоникой, рифтовыми долинами и вулканами.
Венера, которая по размерам примерно с Землю, имеет плотную токсичную атмосферу, которая удерживает тепло и делает планету самой горячей в Солнечной системе. Ее атмосфера состоит на 96% из углекислого газа, а также азота и нескольких других газов. Плотные облака в пределах атмосферы Венеры состоят из серной кислоты и других агрессивных соединений, с малым добавлением воды. Большая часть поверхности Венеры отмечена вулканами и глубокими каньонами — самый большой свыше 6400 километров длиной.
Земля является третьей внутренней планетой и лучше всех изученной. Из четырех планет земной группы Земля самая крупная и единственная обладает жидкой водой, необходимой для жизни. Атмосфера Земли защищает планету от опасного излучения и помогает удержать ценный солнечный свет и тепло под оболочкой, что также необходимо для существования жизни.
Как и другие планеты земной группы, Земля имеет каменистую поверхность с горами и каньонами и тяжелое металлическое ядро. Атмосфера Земли содержит водяной пар, который помогает смягчить суточные температуры. Как и Меркурий, Земля обладает внутренним магнитным полем. А наша Луна, единственный спутник, состоит из смеси различных пород и минералов.
Восход на Марсе прекрасен.
Марс — четвертая и последняя внутренняя планета, известная также как «Красная планета», благодаря окисленным богатым железом материалам, лежащим на поверхности планеты. Марс также обладает набором интереснейших свойств поверхности. На планете расположилась крупнейшая в Солнечной системе гора (Олимп) высотой в 21 229 метров над поверхностью и гигантский каньон Valles Marineris в 4000 км длиной и глубиной до 7 км.
Большая часть поверхности Марса очень стара и заполнена кратерами, но есть и геологически новые зоны. На марсианских полюсах расположены полярные шапки, которые уменьшаются в размерах во время марсианских весны и лета. Марс менее плотный, чем Земля, и располагает слабым магнитным полем, что говорит скорее о твердом ядре, нежели о жидком.
Тонкая атмосфера Марса привела некоторых астрономов к мысли о том, что на поверхности планеты существовала жидкая вода, только испарилась в космос. Планета имеет две небольшие луны — Фобос и Деймос.
Как выглядит внешняя Солнечная система
Внешние планеты (иногда называемые троянскими планетами, планетами-гигантами или газовыми гигантами) — это огромные планеты, окутанные газом, имеющие кольца и множество спутников. Несмотря на свои размеры, только две из них видны без телескопов: Юпитер и Сатурн. Уран и Нептун стали первыми планетами, обнаруженными с древних времен, которые показали астрономам, что Солнечная система намного больше, чем думали.
Они такие разные, но все они в одной Солнечной системе.
Юпитер — крупнейшая планета нашей Солнечной системы, которая вращается очень быстро (10 земных часов) относительно своей орбиты вокруг Солнца (прохождение которой занимает 12 земных лет). Ее плотная атмосфера состоит из водорода и гелия, возможно, окружая земное ядро размером с Землю. Планета имеет десятки лун, несколькими слабыми кольцами и Большим Красным Пятном — бушующим штормом, который держится уже лет 400.
Сатурн известен своей выдающейся системой колец — семь известных колец с четко определенными разделениями и пробелами между ними. Как образовались кольца, пока не совсем понятно. Также планета имеет десятки спутников. Ее атмосфера состоит по большей части из водорода и гелия, и вращается она довольно быстро (10,7 земных часов) относительно своего времени вращения вокруг Солнца (29 земных лет).
Заходите в наш специальный Telegram-чат. Там всегда есть с кем обсудить новости из мира высоких технологий.
Транснептуновый регион Солнечной системы
В поясе Койпера было обнаружено более тысячи объектов; также предполагают, что там есть порядка 100 000 объектов крупнее 100 км в диаметре. Учитывая их малый размер и чрезвычайное расстояние до Земли, химический состав объектов пояса Койпера довольно трудно определить.
Но спектрографические исследования региона показали, что его члены по большей части состоят из льдов: смеси легких углеводородов (вроде метана), аммиака и водного льда — таким же составом обладают кометы. Первоначальные исследования также подтвердили широкий диапазон цветов у объектов пояса Койпера, от нейтрального серого до насыщенного красного.
Это говорит о том, что их поверхности состоят из широкого ряда соединений, от грязных льдов до углеводородов. В 1996 году Роберт Браун получил спектроскопические данные о KBO 1993 SC, которые показали, что состав поверхности объекта чрезвычайно похож на плутонов (и спутника Нептуна Тритон) тем, что обладает большим количеством метанового льда.
Водный лед был обнаружен у нескольких объектов пояса Койпера, включая 1996 TO66, 38628 Huya и 2000 Varuna. В 2004 году Майк Браун и др. определили существование кристаллической воды и гидрата аммиака у одного из крупнейших известных объектов Койпера 50000 Quaoar (Квавар). Оба этих вещества были уничтожены в процессе жизни Солнечной системы, а, значит, поверхность Квавара недавно изменилась вследствие тектонической активности или падения метеорита.
Компания Плутона в поясе Койпера достойна упоминания. Квавар, Макемаке, Хаумеа, Эрида и Орк — все это крупные ледяные тела пояса Койпера, у некоторых из них даже есть спутники. Они чрезвычайно далеки, но все же находятся в пределах досягаемости.
NASA нашло новые доказательства того, что наше Солнце — не совсем обычная звезда
Облако Оорта и дальние регионы
Полагают, что облако Оорта простирается от 2000-5000 а. е. до 50 000 а. е. от Солнца, хотя некоторые продлевают этот диапазон до 200 000 а. е. Это облако, как полагают, состоит из двух регионов — сферического внешнего облака Оорта (в пределах 20 000 – 50 000 а. е.) и дискообразного внутреннего облака Оорта (2000 – 20 000 а. е.).
Внешнее облако Оорта может иметь триллионы объектов больше 1 км и миллиарды — больше 20 км в диаметре. Его общая масса неизвестна, но — при условии, что комета Галлея является типичным представлением внешних объектов облака Оорта, — можно очертить ее грубо в 3×10^25 килограммов, или в пять Земель.
Так выглядит граница.
На основании анализа последних комет, подавляющее большинство объектов облака Оорта состоит из летучих ледовитых веществ — воды, метана, этана, моноксида углерода, цианистого водорода и аммиака. Появление астероидов, как считают, объясняется облаком Оорта — в популяции объектов может быть 1-2% астероидов.
Первые оценки поместили их массу в рамки 380 земных масс, но расширенное знание распределения комет с длинных периодов понизило эти показатели. Масса внутреннего облака Оорта пока остается не рассчитанной. Содержание пояса Койпера и облака Оорта называется транснептуновыми объектами, поскольку объекты обоих регионов обладают орбитами, которые дальше от Солнца, чем орбита Нептуна.
Исследование Солнечной системы
Наши знания о Солнечной системе серьезно расширились из-за появления автоматических роботизированных космических аппаратов, спутников и роботов. Начиная с середины 20 века у нас была так называемая «космическая эра», когда пилотируемые и беспилотиные космические аппараты начали исследовать планеты, астероиды и кометы внутренней и внешней Солнечной системы.
Все планеты Солнечной системы были посещены в разной степени аппаратами, запущенными с Земли. В процессе этих беспилотных миссий люди смогли получить фотографии планет. Некоторые миссии позволили даже «попробовать» почву и атмосферу.
Первым искусственным объектом, отправленным в космос, был советский «Спутник-1» в 1957 году, успешно покруживший вокруг Земли и собравший информацию о плотности верхних слоев атмосферы и ионосферы. Американский зонд Explorer 6, запущенный в 1959 году, был первым спутником, сделавшим снимки Земли из космоса.
Роботизированные космические аппараты также выявили много значимой информации об атмосферных, геологических и поверхностных особенностях планеты. Первым успешным зондом, пролетевшим мимо другой планеты, был советский был зонд «Луна-1», который ускорился с помощью Луны в 1959 году. Программа Mariner привела к множеству успешных облетов планет, посещению зондом Mariner 2 Венеры в 1962 году, Mariner 4 — Марса в 1965 году и Mariner 10 — Меркурия в 1974 году.
К 1970-м годам были посланы зонды и к другим планетам, начиная с миссии «Пионера-10» к Юпитеру в 1973 году и «Пионера-11» к Сатурну к 1979 году. Зонды «Вояджер» провели грандиозный тур по другим планетам после запуска в 1977 году, оба зонда прошли Юпитер в 1979 году и Сатурн в 1980-1981. «Вояджер-2» затем близко подошел к Урану в 1986 году и к Нептуну в 1989 году.
Запущенный 19 января 2006 года, зонд «Новые горизонты» стал первым искусственным космическим аппаратом, который будет исследовать пояс Койпера. В июле 2015 года эта беспилотная миссия пролетела мимо Плутона. В ближайшие годы зонд займется изучением ряда объектов пояса Койпера.
Орбитальные аппараты, роверы и спускаемые аппараты начали разворачиваться на других планетах Солнечной системы к 60-м годам. Первым стал советский спутник «Луна-10», отправленный на лунную орбиту в 1966 году. За ним последовал 1971 год с развертыванием космического зонда Mariner 9, который облетел Марс, и советский зонд «Венера-9», который вышел на орбиту Венеры в 1975 году.
Зонд Galileo стал первым искусственным спутником, вышедшим на орбиту внешней планеты, когда достиг Юпитера в 1995 году; за ним последовала миссия «Кассини-Гюйгенс» на Сатурн в 2004 году. Меркурий и Веста были исследованы в 2011 году зондами MESSENGER и Dawn соответственно, после чего Dawn посетил орбиту карликовой планеты Цереры в 2015 году.
Первый зонд, который приземлился на другое тело Солнечной системы, был советский «Луна-2», который упал на Луну в 1959 году. С тех пор зонды высаживались или падали на поверхности Венеры в 1966 году («Венера-3»), Марса в 1971 году («Марс-3» и «Викинг-1» в 1976 году), астероид Эрос 433 в 2001 году (NEAR Shoemaker) и спутник Сатурна Титан («Гюйгенс») и комету Темпеля 1 (Deep Impact) в 2005 году.
Ровер «Кьюриосити» сделал этот мозаичный автопортрет с помощью камеры MAHLI, находясь на плоской осадочной породе.
На сегодняшний день только два мира Солнечной системы, Луна и Марс, были посещены передвижными роверами. Первым роботизированным ровером, который приземлился на другое тело, был советский «Луноход-1», который приземлился на Луну в 1970 году. В 1997 году на Марс высадился «Соджорнер», который проехал по поверхности планеты 500 метров, за ним последовали «Спирит» (2004 год), «Оппортьюнити» (2004 год), «Кьюриосити» (2012 год).
Пилотируемые миссии в космос начались в начале 50-х, и у двух сверхдержав, США и СССР, которые были завязаны в космической гонке, были две точки фокуса. Советский Союз сосредоточился на программе «Восток», которая включала отправку пилотируемых космических капсул на орбиту.
Люди могут уничтожить сами себя задолго до гибели Солнца
Первая миссия — «Восток-1» — состоялась 12 апреля 1961 года, первый человек — Юрий Гагарин — вышел в космос. 6 июня 1963 года Советский Союз также отправил первую женщину в космос — Валентину Терешкову — в рамках миссии «Восток-6».
В США проект «Меркурий» был инициирован с той же целью вывода капсулы с экипажем на орбиту. 5 мая 1961 года астронавт Алан Шепард вышел в космос с миссией Freedon 7 и стал первым американцем в космосе.
Наш след вне Земли.
После того как программы «Восток» и «Меркурий» завершились, в центре внимания обоих государств и космических программ оказалось развитие космического аппарата на два-три человека, а также длительные космические полеты и внекорабельная деятельность (EVA), то есть, выход космонавтов в космос в автономных скафандрах.
В результате этого в СССР и США начали развивать собственные программы «Восход» и «Джемини». Для СССР в это входила разработка капсулы на два-три человека, а «Джемини» сосредоточилась на развитии и экспертной поддержке, необходимых для возможного пилотируемого полета на Луну.
Все самые свежие новости из мира высоких технологий вы также можете найти в Google News.
Эти последние усилия привели 21 июля 1969 года к миссии «Аполлон-11», когда астронавты Нил Армстронг и Базз Олдрин стали первыми людьми, которые ходили по Луне. В рамках этой программы были осуществлены еще пять лунных высадок, и программа принесла множество научных посылок с Земли.
После высадки на Луну центр внимания американских и советских программ начал смещаться к развитию космических станций и космических аппаратов многоразового использования. Для Советов это вылилось в первые пилотируемые орбитальные станции, посвященные космическим научным исследованиям и военной разведке, известные как космические станции «Салют» и «Алмаз».
Первой орбитальной станцией, которая вместила более одного экипажа, стала «Скайлэб» NASA, она успешно вместила три экипажа с 1973 по 1974 годы. Первым настоящим поселением людей в космосе стала советская станция «Мир», которую последовательно занимали в течение десяти лет, с 1989 по 1999 годы. В 2001 году ее закрыли, а ее последователь, Международная космическая станция, с тех пор поддерживает постоянное присутствие людей в космосе.
Вылет в космос — это шаг в будущее.
Космические шаттлы США, дебютировавшие в 1981 году, стали и остаются на данный момент единственными многоразовыми космическими аппаратами, которые успешно осуществили множество орбитальных полетов. Пять построенных шаттлов («Атлантис», «Индевор», «Дискавери», «Челленджер», «Колумбия» и «Энтерпрайз») налетали в сумме 121 миссию, пока в 2011 программу не закрыли.
За время своей истории функционирования два таких аппарата погибли в катастрофах. Это были катастрофа «Челленджера», который взорвался на взлете 28 января 1986 года, и «Колумбия», который развалился при повторном входе в атмосферу 1 февраля 2003 года.
Что было дальше, вы прекрасно знаете. Пик 60-х сменился непродолжительным исследованием Солнечной системы и, в конце концов, упадком. Возможно, очень скоро мы получим продолжение.
Вся полученная в ходе миссий информация о геологических явлениях или других планетах — о горах и кратерах, например — а также об их погодных и метеорологических феноменах (облаках, пыльных бурях и ледяных шапках) привела к осознанию того, что другие планеты переживают в сущности те же явления, что и Земля. Кроме того, все это помогло ученым больше узнать об истории Солнечной системы и ее образовании.
Поскольку наше исследование внутренней и внешней Солнечной системы постоянно набирает обороты, изменился и наш подход к категоризации планет. Наша текущая модель Солнечной системы включает восемь планет (четыре земного типа, четыре газовых гиганта), четыре карликовых планеты и растущее число транснептуновых объектов, которые еще только предстоит обозначить.
Учитывая огромные размеры и сложность Солнечной системы, ее исследование в полных деталях займет очень много лет. Будет ли оно того стоить? Безусловно.