Что образует солнечная система: Планеты Солнечной системы – simulation, animation – eduMedia

состав, строение, объекты, небесные тела, названия планет и их расположение в Солнечной системе

Солнечная система — звёздная система в галактике Млечный Путь, включающая Солнце и естественные космические объекты, обращающиеся вокруг него: планеты, их спутники, карликовые планеты, астероиды, метеороиды, кометы и космическую пыль.

Строение Солнечной системы

В состав солнечной системы входит восемь основных планет и пять карликовых, вращающихся приблизительно в одной плоскости. По своим физическим свойствам планеты делятся на земную группу и планеты-гиганты.

Планеты земной группы относительно небольшие и плотные, состоят из металлов и минералов. К ним относятся:

• Меркурий, 
• Венера, 
• Земля, 
• Марс. 

Планеты-гиганты во много раз больше других планет, они состоят из газов и льда. Это:

• Юпитер, 
• Сатурн, 
• Уран 
• Нептун. 

Орбита Земли делит солнечную систему на две условные области. Во внутренней находятся ближайшие к Солнцу планеты — Меркурий и Венера. Во внешней области — более удалённые от Солнца, чем Земля: Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Пространство между орбитами Марса и Юпитера, а также за Нептуном (пояс Койпера) занимают малые небесные тела: малые планеты и астероиды. Также по пространству Солнечной системы курсируют кометы и потоки метеороидов. 

Рассмотрим планеты солнечной системы по порядку.

Состав Солнечной системы

‍Объекты Солнечной системы в сравнительном масштабе
‍Источник: livejournal.com
‍

Солнце

Источник: stock.adobe.com
‍

Звезда класса «жёлтый карлик». 98% массы Солнца приходится на водород и гелий, но в нём также содержатся все известные химические элементы. Солнце ярче, чем 85% звёзд в галактике, а температура его поверхности превышает 5 700°C. 

Солнце почти в 110 раз больше Земли, а его масса в тысячу раз превосходит массу всех планет, вместе взятых. Именно благодаря солнечному свету и теплу на Земле существует жизнь. 

Меркурий

Самая близкая к Солнцу и самая маленькая планета солнечной системы — Меркурий лишь немного больше Луны. Меркурий получает в семь раз больше тепла и света, чем Земля, поэтому температура его поверхности колеблется от +430°C днём до −190°C ночью. Это самый большой температурный перепад в солнечной системе. 

Несмотря на то что люди наблюдали Меркурий на небе с древнейших времён, известно о нём немного. Первый снимок его поверхности был получен только в 1974 году. Она оказалась покрыта многочисленными кратерами и скалами. 

‍Фото с поверхности Меркурия, выполненное аппаратом «Маринер-10», 1974 
‍Источник: mks-onlain.ru
‍

Атмосфера практически отсутствует — возможно, причиной тому солнечное излучение, а может быть, небесное тело такого размера просто не в состоянии удерживать плотную газовую оболочку. 

Поскольку для оборота вокруг Солнца Меркурию нужно пройти гораздо меньшее расстояние, чем Земле, год на нём значительно короче — всего 88 земных суток. За один меркурианский день успевает пройти более двух местных лет. Поскольку ось вращения планеты почти не наклонена, год на ней не делится на сезоны. 

Меркурий назван по имени древнеримского бога торговли и хитрости. 

Венера

Вторая планета от Солнца и ближайшая к Земле. Венеру иногда называют «близнецом» нашей планеты: её размеры и масса очень близки к земным. Однако на этом сходство заканчивается.

Венера окутана очень плотным слоем облаков, за которыми невозможно разглядеть поверхность. Из-за парникового эффекта она нагревается до 480°C — абсолютный рекорд для солнечной системы. Облака проливаются кислотными дождями и пропускают только 40% солнечного света, поэтому на планете царит вечный сумрак.

Из-за сильнейшего атмосферного давления (как на глубине 900 метров в земных океанах) ни один исследовательский аппарат, отправленный на Венеру, не просуществовал дольше двух часов. Тем не менее учёным удалось узнать, что атмосфера планеты на 94% состоит из углекислого газа, а состав грунта не отличается от других планет земной группы. На Венере много вулканов, но почти нет кратеров — все метеориты сгорают в плотной атмосфере.

‍Фото с поверхности Венеры, выполненные аппаратом «Венера-13», 1982 
Источник: mks-onlain.ru
‍

День на Венере длится дольше, чем на любой другой планете — около 243 земных суток. Продолжительность года чуть уступает дню — 225 земных суток. Как и на Меркурии, сезонов на Венере нет. 

Облака Венеры хорошо отражают солнечный свет, поэтому на земном небе планета светится ярче других. Возможно, именно поэтому древние римляне связали её с богиней красоты и любви.  Примечательно, что Венера — одна из двух планет солнечной системы, вращающихся вокруг оси по часовой стрелке. 

Земля

Третья и крупнейшая планета земной группы. Уникальные условия Земли позволили развиться на планете жизни. 

Атмосфера Земли состоит из азота (78%), кислорода (21%), углекислого и других газов (1%). Кислород и азот — необходимые вещества для строительства ДНК. Озоновый слой атмосферы поглощает солнечную радиацию. Кислород на Земле синтезируют растения из углекислого газа. Не будь их, наша планета напоминала бы Венеру. С другой стороны, некоторое количество CO2 в атмосфере обеспечивает на Земле комфортную для жизни температуру. 

70% поверхности Земли покрыты водой. В отличие от Луны и Меркурия, на Земле очень мало кратеров. Учёные считают, что они исчезли под воздействием ветра и эрозии почвы. 

Из-за наклона Земной оси (23,45°) на Земле хорошо различимы сезоны года. Для оборота вокруг своей оси Земле требуется чуть менее 24 часов — это самый короткий день среди планет земной группы.

Земля имеет спутник — Луну. Её размер составляет ¼ земного диаметра, что довольно много для спутника. Притяжение Луны влияет на земную воду, вызывая приливы и отливы. Вращение Луны вокруг своей оси и вокруг Земли синхронно, поэтому Луна всегда обращена к Земле только одной стороной. 

‍Восход Земли над Луной. Фото астронавта Уильяма Андерса, 1968
‍Источник: wikipedia.org
‍

Земля — единственная планета, название которой не связано с мифологией. И русское «земля», и английское «earth», и латинское «terra» обозначают почву или сушу.

Марс

Марс меньше Земли почти в два раза. Долгое время считалось, что на красной планете существует жизнь. Люди наблюдали на его поверхности объекты, казавшиеся им постройками, дорогами и даже гигантскими скульптурами. Однако на поверку марсианская цивилизация оказалась обманом зрения. Многочисленные исследовательские миссии пока тоже не подтвердили наличие какой-либо жизни на поверхности планеты.

‍Фото с поверхности Марса, выполненное марсоходом «Curiosity», 2017 
Источник: nasa.gov
‍

Атмосфера Марса по составу напоминает венерианскую — 95% углекислого газа. Но поскольку она очень тонкая и разреженная, парникового эффекта не возникает, поэтому максимальная температура поверхности планеты — около 0°C, а атмосферное давление в 160 раз меньше, чем на Земле. В составе марсианской атмосферы есть водяной пар, а на полюсах лежат шапки ледников, но жидкой воды на поверхности нет.

И всё же учёные считают Марс самой перспективной планетой для освоения, поскольку погодные условия на ней довольно приемлемы для человека. Если не считать низкое содержание кислорода в атмосфере, радиацию и пылевые бури, длящиеся по несколько месяцев. На Марсе находится самая высокая гора в солнечной системе — вулкан Олимп, высота которого 27 километров. Это в три раза выше Эвереста, высочайшей горы Земли. 

Из-за удалённости от Солнца год на Марсе почти в два раза длинней земного. Скорость вращения вокруг своей оси почти такая же, как на Земле, так что сутки длятся 24 часа 40 минут. Наклон оси Марса составляет 25,2°, а значит, на нём, как и на Земле, существуют сезоны. 

Марс имеет два спутника — Фобос и Деймос, представляющие собой бесформенные каменные глыбы сравнительно небольших размеров. Из-за красного цвета древние римляне назвали планету именем бога войны. 

Юпитер

Юпитер, самая большая из планет-гигантов, отделена от Марса поясом астероидов. Масса Юпитера в два раза больше, чем масса всех остальных планет, лун, комет и астероидов системы вместе взятых. По яркости на земном небе он уступает только Венере. Люди наблюдали его с древнейших времён и связывали с сильнейшими богами своих пантеонов. Юпитер — имя римского царя богов. 

Юпитер является газовым гигантом. Коричневые и белые полосы — это облака соединений серы, которые движутся в атмосфере планеты с чудовищной скоростью. Большое красное пятно Юпитера — гигантский вихрь. С момента его обнаружения в 1664 году он стал заметно меньше, но и теперь в несколько раз превосходит Землю по размерам. 

О структуре планеты учёные пока только догадываются. Предположительно она состоит из газов, плавно переходящих в металлическое состояние по мере приближения к ядру. Считается, что ядро Юпитера каменное. Сильнейшее в системе магнитное поле Юпитера воздействует на частицы в миллионах километрах вокруг и даже достигает орбиты Сатурна. Это одна из причин огромного числа спутников у планеты.

‍Крупнейшие спутники Юпитера.
‍Источник: mks-onlain.ru
‍

В 1610 году астроном Галилео Галилей обнаружил четыре крупнейших спутника Юпитера. В наше время известно 79 объектов, вращающихся вокруг планеты. Некоторые из них напоминают Луну, другие выглядят как большие астероиды. Особый интерес представляет Ио — планета с мощнейшими в системе вулканами. Более мелкие частицы образуют вокруг Юпитера кольца, хотя они не так заметны, как у соседнего Сатурна.

Сатурн

Как и спутники Юпитера, Сатурн был обнаружен Галилеем в начале XVII века. На сегодняшний день эта планета остаётся одной из наименее изученных. 

Атмосфера Сатурна состоит из водорода (96%) и гелия (4%) с незначительными вкраплениями других газов. Скорость ветра на Сатурне достигает 1 800 км/ч — это самые сильные ветра в системе. Облака в его атмосфере тоже образуют полосы и пятна гигантских вихрей, хоть и менее заметные, чем на Юпитере. 

О происходящем за атмосферным слоем планеты известно мало. Предположительно, в центре находится металлосиликатное ядро, окружённое спрессованными до состояния металла газами, плотность которых уменьшается по мере удаления от ядра.

Планета находится в 9,5 раз дальше от Солнца, чем Земля, и делает оборот вокруг звезды за 29,5 земных лет. Наклон оси Сатурна напоминает земной. По скорости вращения вокруг своей оси Сатурн уступает только Юпитеру. Как и у других газовых гигантов, скорость вращения на разных широтах у планеты разная. Это происходит потому, что поверхность Сатурна текучая, а не твёрдая. Плотность Сатурна так мала, что он мог бы плавать на поверхности воды. 

Главная особенность Сатурна — впечатляющая система из семи колец. Они состоят из миллиардов ледяных осколков, которые отлично отражают свет, а потому хорошо заметны. Радиус колец огромен — 73 000 километров, а толщина — всего 1 километр. Считается, что эти кольца — осколки спутника, разрушенного гравитацией планеты. 

Недавние исследования показали, что вокруг Сатурна вращаются 82 спутника — на данный момент это рекорд солнечной системы (до 2016 года лидером считался Юпитер). Все спутники покрыты льдом. Крупнейший, Титан, имеет плотную азотистую атмосферу и озёра жидкого метана на поверхности. На другом спутнике, Энцеладе, обнаружена жидкая вода, выталкиваемая на поверхность гейзерами. Это делает его крайне интересным объектом для изучения. 

Сатурн назван именем древнеримского бога времени, отца Юпитера. 

Уран

Уран был открыт сравнительно недавно — в 1781 году. В 1986 году его достиг единственный космический аппарат — «Вояджер-2». 

Атмосфера планеты окрашена в однородный сине-зелёный цвет. Учёные предполагают, что такой её делает метан. Ядра Урана и Нептуна предположительно состоят изо льдов, поэтому их называют «ледяными гигантами». Уран — самая холодная планета в системе: средняя температура его поверхности составляет −224°C. Скорость ветра на Уране достигает 900 км/ч. Солнечный свет летит до Урана чуть менее трёх часов, а год на планете равен 84 земным. 

Как и Сатурн, Уран окружён кольцами. Они не столь яркие и расположены под углом около 90° к орбите, в то время как сама планета вращается «на боку» (угол отклонения оси — 99°). В результате половину уранианского года на южном полушарии длится день, а на южном — ночь. А следующие полгода — наоборот. 

Подобно Венере, Уран вращается вокруг своей оси по часовой стрелке. На настоящий момент известно 23 спутника Урана, все покрыты льдом. Уран назван именем древнегреческого бога неба, отца Сатурна, и продолжает «семейную» линию.

Нептун

Нептун находится так далеко, что его нельзя увидеть с Земли невооружённым глазом. Он был открыт в 1846 году, когда астрономы искали планету, вызывающую орбитальные отклонения Урана. 

Достоверные данные о Нептуне получены «Вояджером-2» в 1989 году. Верхние слои его атмосферы состоят из водорода (80%), гелия (19%) и метана (1%). Именно обилием метана объясняется сине-голубое свечение планеты. 

Раз в несколько лет в атмосфере планеты появляются и исчезают тёмные пятна штормов. Предположительно в центре Нептуна — ледяное ядро, а мантия состоит из жидкой смеси воды и аммиака. Средняя температура поверхности — −214°С. 

Солнечный свет достигает Нептуна почти за 5 часов, а нептунианский год равен 165 земным. Полный оборот вокруг своей оси планета делает довольно быстро — сутки длятся всего 17 часов. Наклон оси Нептуна близок к земному — 28°. 

На настоящий момент учёные знают о 14 спутниках Нептуна, лишь один из которых (Тритон) обладает сферической формой. Это единственный в системе крупный спутник с обратным вращением. У Нептуна есть три кольца, хотя выражены они слабо. 

За глубокий синий цвет планета была названа именем древнеримского бога морей. 

Учите астрономию вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду

ASTRO10112020 вы получите бесплатный доступ на одну неделю к курсу астрономии за 10 и 11 классы.

Другие объекты Солнечной системы

Помимо планет и их спутников, в солнечную систему входит множество малых небесных тел — карликовых планет, астероидов, комет и метеороидов. 

Большинство астероидов сосредоточено в поясе между орбитами Марса и Юпитера. Это объекты неправильной формы, состоящие из металлов и силикатов. Хотя некоторые астероиды даже имеют собственные спутники, их масса слишком мала, чтобы удерживать атмосферу. Крупнейшие — карликовая планета Церера, астероиды Паллада, Веста и Гигея. 

‍Фото объектов астероидного пояса; NASA, 2011
‍Источник: wikipedia.org
‍

За орбитой Нептуна расположен пояс Койпера — средоточие ещё почти неизученных объектов. Самым крупным из них являются карликовая планета Плутон со спутником Хароном.

‍Фото поверхности Плутона, выполненное аппаратом New Horizons, 2015
‍Источник: wikipedia.org
‍

Под действием гравитации планет орбиты астероидов могут меняться и пересекаться. Иногда это приводит к столкновению. Планеты притягивают метеорные тела — обломки небесных тел. Если атмосфера планеты плотная — они сгорают при падении, но самые крупные всё же достигают поверхности, образуя кратеры. Последний известный случай падения метеорита на Землю произошёл в Челябинской области в 2013 году. 

Кометы — малые небесные тела, движущиеся по вытянутым орбитам. Они состоят из замёрзших газов и космической пыли. По мере приближения к Солнцу частицы вещества нагреваются, образуя горящую голову и хвост кометы. Самая известная комета — Галлея — обращается вокруг Солнца за 76 лет. 

Постепенно кометы разрушаются, превращаясь в поток более мелких частиц — метеороидов. Из-за небольших размеров они легко притягиваются планетами, но сгорают в плотной атмосфере. Горящие метеоры выглядят с Земли как падающие звёзды. Поэтому метеорный поток в просторечии называют звездопадом. 

Движение объектов солнечной системы

Все объекты солнечной системы вращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам. Наиболее близкую к Солнцу точку орбиты называют перигелием, а самую удалённую — афелием. 

Орбиты планет расположены приблизительно в одной плоскости, поэтому периодически на Земном небе можно наблюдать Парад планет — явление, при котором несколько небесных тел будто бы выстраиваются в одну линию на небольшом угловом расстоянии друг от друга.

Межпланетное пространство

Планеты вращаются не в абсолютной пустоте — пространство между ними заполнено малыми небесными телами, вращающимися по собственным орбитам, блуждающими кометами, потоками метеорных тел и космической пылью.

Кроме того, Солнце излучает мощнейший поток заряженных частиц, называемый «солнечным ветром». Он распространяется по системе с чудовищной скоростью — до 1 200 км/с. Именно солнечный ветер порождает магнитные бури, полярные сияния и радиационные пояса планет. 

Расположение Солнечной системы в Галактике

Положение Солнечной системы в Галактике
‍

Солнце — одна из 200 миллиардов звёзд Млечного Пути, оно находится в одном из его спиральных рукавов — рукаве Ориона — на расстоянии 27 000 световых лет от центра Галактики. 

Как планеты вращаются вокруг Солнца, так и Солнце вращается вокруг центра Галактики. Солнечная система движется сквозь космическое пространство со скоростью в 250 км/с — это в сотни тысяч раз быстрее самого мощного сверхзвукового самолёта. 

Полный оборот вокруг центра Млечного Пути солнечная система совершает за 226 миллионов лет — эта величина называется галактическим годом. 

Изучение Солнечной системы

Долгое время человечество было убеждено, что все звёзды и планеты вращаются вокруг Земли. Система мира с неподвижной Землёй в центре была разработана греческим учёным Птолемеем во 2 веке до нашей эры и просуществовала более полутора тысяч лет. 

В 1453 году польский астроном Николай Коперник доказал, что Земля, как и другие планеты (на тот момент их было известно шесть), вращаются вокруг Солнца. Однако вплоть до XVII века церковь считала это учение ересью и боролась с его последователями. 

Одним из них был итальянский монах Джордано Бруно. В 1584 году он опубликовал исследование, в котором утверждал, что Вселенная бесконечна, а Солнце подобно остальным звёздам, просто находится гораздо ближе к Земле. Бруно был схвачен инквизицией и приговорён к сожжению на костре как еретик. 

Другим последователем Коперника стал итальянский учёный Галилео Галилей. Он создал первый телескоп, который позволил увидеть кратеры Луны, пятна на Солнце, открыть четыре спутника Юпитера и установить, что планеты вращаются вокруг своей оси. Чтобы не повторить судьбу Бруно, Галилей был вынужден отречься от своих идей.

В XVII веке немецкий астроном Иоганн Кеплер открыл законы движения планет — ему удалось установить связь между скоростью вращения планеты и её расстоянием от Солнца. Его идеи воспринял знаменитый английский физик Исаак Ньютон, создатель теории всемирного тяготения. 

В XVIII—XIX веках открытия в области оптики позволили создать более мощные телескопы, которые позволили учёным узнать больше о солнечной системе. Были открыты планеты Уран и Нептун. 

В 1951 году Советский Союз вывел на орбиту Земли первый искусственный спутник. С этого момента началась Космическая эра — эпоха практического изучения солнечной системы. 

В 1961 году Юрий Гагарин стал первым человеком, побывавшем в космосе, а в 1969 году космический корабль «Аполлон-11» доставил людей на Луну. 

В 1970-х годах Советский Союз и США запустили несколько десятков аппаратов для исследования Марса, Венеры и Меркурия, а запущенные в 1980-х аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2» позволили получить данные о дальних планетах — Юпитере, Сатурне, Уране, Нептуне и их спутниках. Большую роль в изучении солнечной системы сыграл вывод на орбиту Земли космического телескопа «Хаббл» в 1990 году. 

В нынешнем десятилетии космические агентства разных стран планируют пилотируемый полёт на Марс. Экспедиция на другую планету станет величайшим событием в истории освоения солнечной системы. И всё же пока человечество находится в самом начале пути изучения космоса.

Планета Солнечной системы Земля

Наша планета, Земля, — это огромный эллипсоид, состоящий из горных пород, металлов и покрытый водой и почвой. Земля — одна из девяти планет, которые вращаются вокруг Солнца; по размерам планет занимает пятое место. Солнце вместе с планетами, вращающимися вокруг него, образует Солнечную систему. Наша галактика, Млечный путь, его диаметр равен примерно 100 тыс. световых лет (столько времени будет идти свет до последней точки данного пространства).

Планеты Солнечной системы описывают вокруг Солнца эллипсы, при этом вращаясь еще и вокруг собственных осей. Четыре планеты, ближайшие к Солнцу (Меркурий, Венера, Земля, Марс), называются внутренними, остальные (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон) — внешними. В последнее время ученые нашли в Солнечной системе множество планет, по размерам равных или немного уступающих Плутону, поэтому в астрономии на сегодняшний день говорят только о восьми планетах, составляющих Солнечную Систему, но мы будем придерживаться стандартной теории.

Земля движется по своей орбите вокруг Солнца со скоростью 107 200 км/ч (29,8 км/с). Кроме того, она вращается вокруг своей оси воображаемого стержня, проходящего через самую северную и самую южную точки Земли. Земная ось наклонена к плоскости эклиптики под углом 66,5°. Ученые рассчитали, что если бы Земля остановилась, то моментально сгорела бы от энергии собственной скорости. Концы оси называются Северным и Южным полюсами.

Земля описывает свой путь вокруг Солнца за один год (365,25 дня). Каждый четвертый год содержит 366 суток (за 4 года накапливаются лишние сутки), он называется високосным. Из-за того, что земная ось имеет наклон, северное полушарие больше всего наклонено к Солнцу в июне, а южное — в декабре. В том полушарии, которое в данный момент больше всего наклонено к Солнцу, сейчас лето. Значит, в другом полушарии — зима и оно сейчас меньше всего освещается солнечными лучами.

Воображаемые линии, проходящие к северу и к югу от экватора и называемые тропиком Рака и тропиком Козерога, показывают, где солнечные лучи падают в полдень на поверхность Земли отвесно. В северном полушарии это случается в июне (тропик Рака), а в южном полушарии — в декабре (тропик Козерога).

Солнечная система состоит из девяти планет, обращающихся вокруг Солнца, их спутников, множества малых планет, комет и межпланетной пыли.

Движение Земли

Земля совершает 11 различных движений, но из них важным географическим значением обладают суточное движение вокруг оси и годовое обращение вокруг Солнца.

При этом вводят следующие определения: афелий — самая удаленная точка на орбите от Солнца (152 млн. км). Земля проходит по ней 5 июля. Перигелий — ближайшая точка на орбите от Солнца (147 млн. км). Земля проходит по ней 3 января. Общая длина орбиты — 940 млн. км.

Движение Земли вокруг оси идет с запада на восток, полный оборот совершается за 23 часа 56 минут 4 секунды. Это время принято за сутки. Суточное движение имеет 4 следствия:

• Сжатие на полюсах и сферическая форма Земли;
• Смена дня и ночи, времен года;
• Сила Кориолиса (по имени французского ученого Г. Кориолиса) — отклонение горизонтально движущихся тел в Северном полушарии влево, в Южном — вправо, это сказывается на направлении движения воздушных масс, морских течений и т. д.;
• Приливные явления.

Орбита Земли имеет несколько важных точек, соответствующих дням равноденствий и солнцестояний. 22 июня — день летнего солнцестояния, когда в Северном полушарии — самый длинный, а в Южном
— самый короткий день в году. На Северном полярном круге и внутри него в этот день — полярный день, на Южном полярном круге и внутри него — полярная ночь. 22 декабря — день зимнего солнцестояния, в северном полушарии — самый короткий, в южном — самый длинный день в году. В пределах Северного полярного круга — полярная ночь. Южного полярного круга — полярный день. 21 марта и 23 сентября — дни весеннего и осеннего равноденствий, т. к. лучи Солнца падают отвесно на экватор, на всей Земле (кроме полюсов) день равен ночи.

Тропики — параллели с широтами 23,5°, в которых Солнце бывает в зените только раз в году. Между Северным и Южным тропиками Солнце бывает в зените два раза в год, а за их пределами Солнце никогда не бывает в зените.

Полярные круги (Северный и Южный) — параллели в Северном и Южном полушариях с широтами 66,5°, на которых полярные день и ночь длятся ровно сутки.

Максимальной продолжительности (полгода) полярные день и ночь достигают на полюсах.

Часовые пояса. В целях регулирования различий во времени, возникающих в результате вращения Земли вокруг своей оси, земной шар условно разделен на 24 часовых пояса. Без них никто не смог бы ответить на вопрос: «Который час в других точках мира?». Границы этих поясов приблизительно совпадают с линиями долготы. В каждом часовом поясе люди ставят часы по собственному местному времени, в зависимости от точки на Земле. Промежуток между поясами составляет 15°. В США в 1884 г. было введено среднее гринвичское время, счет которого ведется от меридиана, проходящего через Гринвичскую обсерваторию и имеющую долготу 0°.

Линии 180° восточной и западной долготы совпадают. Эта общая линия называется Международной линией перемены дат. Время в точках Земли, расположенных западнее этой линии, на 12 часов впереди по сравнению со временем в точках восточнее этой линии (симметрично относительно линии перемены дат). Время в этих соседних поясах совпадает, но, путешествуя на восток, вы попадаете во вчерашний день, путешествуя на запад — в завтрашний день.

Параметры Земли

• Экваториальный радиус — 6378 км
• Полярный радиус — 6357 км
• Сжатие земного эллипсоида — 1 : 298
• Средний радиус — 6371 км
• Длина окружности экватора — 40 076 км
• Длина меридиана — 40 008 км
• Поверхность — 510 млн.2 (Париж) Расстояние от Земли до Луны — 384 ООО км Расстояние от Земли до Солнца — 150 млн. км.

Солнечная Система

Планета	Продолжительность одного оборота вокруг Солнца	Период обращения вокруг своей оси (сут)	Средняя орбитальная скорость (км/с)	Отклонение орбиты, град (от плоскости поверхности Земли)	Сила тяжести (значение для Земли =1)
Меркурий	88 сут.	58,65	48	7	0,38
Венера	224,7 сут.	243	34,9	3,4	0.9
Земля	365,25 сут.	0,9973	29,8	0	1
Марс	687 сут.	1,02-60	24	1,8	0.38
Юпитер	11,86 лет	0,410	12.9	1,3	2,53
Сатурн	29,46 лет	0,427	9,7	2,5	1,07
Уран	84,01 года	0,45	6,8	0,8	0,92
Нептун	164,8 лет	0,67	5,3	1,8	1,19
Плутон	247,7 лет	6,3867	4,7	17,2	0.05

 

Планета	Диаметр, в км	Расстояние от Солнца, в млн. км	Число лун	Диаметр по экватору (км)	Масса (Земля = 1)	Плотность (вода = 1)	Объем (Земля = 1)
Меркурий	4878	58	0	4880	0,055	5,43	0,06
Венера	12103	108	0	12104	0,814	5,24	0,86
Земля	12756	150	1	12756	1	5,52	1
Марс	6794	228	2	6794	0,107	3,93	0,15
Юпитер	143800	778	16	142984	317,8	1,33	1323
Сатурн	120 ООО	1429	17	120536	95,16	0,71	752
Уран	52400	2875	15	51118	14,55	1,31	64
Нептун	49400	4504	8	49532	17,23	1,77	54
Плутон	1100	5913	1	2320	0,0026	1,1	0,01

Солнечная система

Ещё несколько десятков лет назад полёт человека в космос был фантастикой. А сегодня не только запуск пилотируемых космических кораблей стал реальностью, но и появились первые космические туристы, ведётся подготовка научных экспедиций на другие планеты. Кто знает, может быть, этот учебник читает сейчас будущий участник полёта на Марс. Но даже если это и не так, информация, содержащаяся в нём, нужна каждому. Она поможет почувствовать себя частичкой не только маленького населённого пункта, города и большой страны, но и бесконечной Вселённой со множеством галактик, к одной из которых принадлежит наша Солнечная система.

Наш звёздный дом — Солнечная система. Планета Земля входит в состав Солнечной системы, центром которой является звезда Солнце. Оно представляет собой огромный раскалённый газовый шар, состоящий из водорода. Внутри Солнца происходят термоядерные реакции, в результате которых высвобождается огромное количество тепла и света. Температура в его недрах достигает 15 миллионов градусов по Цельсию! Наша планета находится в вечно холодном и тёмном космосе, и Солнце даёт необходимую ей энергию. Без солнечного тепла и света не было бы жизни на Земле.

Наша планета ничтожно мала по сравнению с Солнцем, как маковое зёрнышко рядом с крупным апельсином. Солнце массивнее всех «жителей» Солнечной системы, вместе взятых. Его диаметр в 109 раз больше диаметра Земли. Сила притяжения Солнца — гравитация — действует на все тела Солнечной системы, заставляя их обращаться вокруг него по своим орбитам.

Орбита (от лат. «орбита» — колея) — это путь, по которому движется любое естественное или искусственное небесное тело. В состав Солнечной системы входят восемь планет. Они делятся на планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун).

Планеты земной группы

Все четыре планеты земной группы расположены близко от Солнца. Они невелики по размерам, состоят из плотных горных пород и медленно вращаются вокруг своей оси. У них мало спутников или нет вообще: например, у Земли — один (Луна), у Марса — два, у Меркурия и Венеры ни одного. Эти планеты не имеют колец.

Первая планета Солнечной системы — Меркурий. Находясь ближе других планет к Солнцу, он обращается вокруг него за самое короткое время. Год на Меркурии, т. е. один оборот планеты вокруг Солнца, равен 88 земным суткам.

Солнце так сильно нагревает эту маленькую планету, что дневная температура на её поверхности достигает +430 °С. Зато ночью падает до -170 °С. В таких условиях существование живых организмов исключено. На Меркурии есть такие глубокие кратеры, что солнечный свет никогда не достаёт до их дна. Там всегда очень холодно. По объёму он гораздо меньше, чем наша Земля: из земного шара можно выкроить 20 таких планет, как Меркурий.

Венера — вторая от Солнца планета. По размерам она как наша Земля. Планету окружает мощный слой атмосферы из углекислого газа. Эта плотная газовая оболочка пропускает солнечные лучи и удерживает тепло, словно плёнка в парнике, не выпуская его в космическое пространство. Поэтому средняя температура в приповерхностном слое атмосферы Венеры составляет около 470 °С.

Атмосфера давит на поверхность Венеры с огромной силой, почти в 100 раз большей, чем атмосфера Земли.

Земля — третья от Солнца планета, единственная в Солнечной системе, на которой есть условия, благоприятные для существования жизни: наличие атмосферы, содержащей кислород; температура, необходимая для развития живых организмов; защитный озоновый слой в атмосфере; вода в жидком состоянии, углерод. Четвёртая планета земной группы — Марс. Его масса в 9,3 раза меньше массы Земли. У него есть два спутника.

Поверхность Марса имеет оттенок цвета ржавчины, потому что в его грунте содержится много оксида железа. Марсианский ландшафт напоминает бледно-оранжевые дюны в пустыне, усеянные камнями.

Над планетой часто проносятся мощные бури. Они вздымают столько ржавой пыли, что небо становится красным. В безветренную погоду оно розоватого цвета.

Как и у нас, на Марсе чередуются времена года, происходит смена дня и ночи. Марсианский год в два раза длиннее земного. У Красной планеты, как её называют учёные, тоже есть атмосфера, но не такая плотная, как у Земли или Венеры.

Планеты-гиганты

Планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) расположены значительно дальше от Солнца, чем планеты земной группы. Самая далёкая из них — Нептун: пока он совершит оборот вокруг Солнца, на Земле пройдёт 165 лет. Эти планеты ещё называют газовыми гигантами, из-за того что они почти полностью состоят из газа и отличаются громадными размерами. Например, радиус Нептуна составляет приблизительно четыре земных радиуса, Сатурна — девять, а Юпитера — одиннадцать. Атмосфера планет-гигантов состоит в основном из водорода и гелия.

Газовые гиганты вращаются вокруг своей оси гораздо быстрее, чем планеты земной группы. (Обратите внимание на употребление терминов «вращение» и «обращение».) Если Земля совершает полный оборот вокруг своей оси почти за 24 часа, то Юпитер — за 10 часов, Уран — за 18, а Нептун — за 16.

Ещё одним отличительным признаком планет этой группы является наличие у них множества спутников. У Юпитера, например, учёные насчитали их 60. Притяжение этого колосса так велико, что он, словно громадный пылесос, притягивает к себе весь космический мусор: обломки камней, льда и пыли, которые образуют кольца. Они обращаются вокруг планеты и есть у каждого газового гиганта. При наблюдении в телеском особенно хорошо видно яркое светящееся кольцо у Сатурна.

Малые тела Солнечной системы

В состав Солнечной системы кроме планет и их спутников входит большое количество малых планет — астероидов (от греч. «астер» — звезда), что в переводе на русский язык означает «звездоподобные».

Большинство из них обращаются вокруг Солнца и образуют пояс астероидов, расположенный между орбитами Марса и Юпитера. Как предполагают астрономы, это осколки разрушившейся планеты или строительный материал для так и не сформировавшегося небесного тела. У астероидов нет чётко обрисованной формы, они представляют собой каменные глыбы, иногда с металлом.

Встречаются в Солнечной системе и метеорные тела — обломки пород разных размеров. Врываясь в атмосферу Земли, они сильно раскаляются в результате трения о воздух и сгорают, прочерчивая при этом на небе яркий штрих, — это метеоры (в переводе с греческого — парящий в воздухе). Обломки метеорного тела, которые не сгорели в атмосфере и достигли поверхности Земли, называют метеоритами. Масса метеорита может колебаться от нескольких граммов до нескольких тонн. Один из самых крупных — Тунгусский метеорит в начале прошлого столетия упал на территорию нашей страны в центре Сибири.

В состав Солнечной системы входят также кометы (от греч. «кометес» — длинноволосый). Они обращаются вокруг Солнца по сильно вытянутым орбитам. Чем ближе комета к Солнцу, тем выше скорость её движения. У неё имеется ядро, которое состоит из замёрзших газов или космической, пыли. При приближении к Солнцу вещество ядра испаряется, начинает светиться, и тогда у «космической странницы» становятся видны «голова» и «хвост». Самая известная из них — комета Галлея — каждые 76 лет приближается к Земле. В древности её приближение вызывало у людей суеверный ужас. Сегодня учёные всего мира с интересом изучают это удивительное астрономическое явление.

С помощью радиотелескопов, специальных фотоаппаратов, снабжённых светофильтрами, астрономы получают новые сведения о Солнце, планетах Солнечной системы, астероидах и других космических телах.

Как образовалась Солнечная система?

Нашей Солнечной системе 4.5 миллиарда лет, и мы живем в относительно спокойное время: Солнце находится в середине жизненного пути, все планеты и большая часть комет давно приобрели устойчивые орбиты, а падение на нашу планету крупного астероида — из ряда вон выходящее событие, о котором долго пишут различные СМИ.

Но как мы пришли к такому благополучию? Как образовалось Солнце и планеты рядом с ним? Как планеты приобрели свои орбиты? Формирование Солнечной системы является сложной головоломкой для современной астрономии и потрясающей демонстрацией работы чудовищных сил гравитации, действующих в огромных временных рамках. Так что давайте разбираться.

Досолнечная туманность

Разумеется, Солнечная система не возникла из ничего. Все звезды образуются в результате коллапса туманностей, которые представляют собой рыхлые облака газа и пыли, и наше Солнце — и Солнечная система — ничем в этом плане не отличаются от других звезд и планетных систем. Астрономы называют такое образование «досолнечной туманностью», и, конечно, ее давно уже нет, но ученые видели достаточно звездных систем на различных стадиях формирования по всей галактике, чтобы получить достоверную общую картину.

Однако сама по себе туманность является достаточно стабильной и не будет коллапсировать в Солнечную систему без определенного «стимула», который должен заставить ее начать сжиматься. В нашем случае мы можем поблагодарить соседний взрыв сверхновой, чья ударная волна смяла досолнечную туманность, заставив ее сжаться.

Туманности — места активного звездообразования.

При этом исследователи могут вполне обоснованно сказать, что такая сверхновая взорвалась относительно недалеко по космическим меркам, потому что при таких звездных взрывах образуется большое количество определенных радиоактивных элементов, которые обычно не обнаруживаются внутри досолнечных туманностей, однако мы их наблюдаем в нашей Солнечной системе.

В результате в какой-то момент переход от туманности к Солнечной системе стал необратимым. В течение многих миллионов лет туманность сжималась и нагревалась, в конечном итоге достигнув точки, когда протосолнце было окружено тонким, быстро вращающимся диском из газа и пыли.

И тут началось самое интересное.

Появляются планеты

Четыре с половиной миллиарда лет назад наше Солнце еще не было такой яркой звездой, как сегодня. Оно было компактное и очень, очень горячее, но все же еще не достигло критической плотности и температуры, необходимых для поддержания ядерного синтеза в его ядре.

И, пока Солнце было на этой эмбриональной стадии, планеты начали свое медленное вальсирующее формирование. Ближе к юной звезде жара и света хватало, чтобы в этих областях оставался только каменистый материал: лед испарился, а различные газы, такие как водород и гелий, просто улетели вглубь молодой Солнечной системы. Оставшимся каменистым кускам ничего не оставалось, как медленно слипаться под действием гравитации, образуя все более крупные сгустки.

Протосолнце с протопланетами на художественном изображении.

В конце концов, по прошествии достаточного количества времени (а у Вселенной возрастом больше 13 миллиардов лет свободного времени, очевидно, хватает), эти кусочки сформировали планетезимали, маленькие зародыши планет. Их было много, и это было довольно жестокое время для нашей Солнечной системы, поскольку эти планетезимали сталкивались, разрушались и преобразовывались бесчисленное количество раз. Наша собственная Земля тогда столкнулась с объектом размером почти с Марс, и обломки от этого удара в конечном итоге стали Луной.

Однако за пределами области, которая в конечном итоге стала поясом астероидов, формирование планет происходило по-другому. Там было достаточно холодно, чтобы лед мог «выжить», позволяя ядрам планет вырастать до огромных размеров за короткий промежуток времени.

Затем эти большие ядра с мощной гравитацией стали притягивать окружающий материал, в основном как раз водород и газообразный гелий, улетевшие из внутренней части Солнечной системы. В итоге эти миры стали окутываться плотной пеленой атмосферы — так и родились планеты-гиганты.

Поздняя тяжелая бомбардировка

Передвинемся на полмиллиарда лет вперед. Температура и давление в ядре Солнца наконец-то достигли достаточных значений, чтобы начался ядерный синтез, который продолжается до сих пор. При этом гравитация нашего светила стабилизировала внутренние каменистые планеты на своих орбитах.

Страшное время для внутренних планет — их буквально закидывало астероидами на протяжении сотен миллионов лет.

Но вот внешние газовые гиганты были окружены роями обломков, оставшихся от хаотического процесса строительства планет. В результате начались гравитационные танцы поистине космических масштабов.

Астрономы подозревают, что четыре планеты-гиганта нашей Солнечной системы — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — изначально сформировались гораздо ближе друг к другу, чем они находятся сегодня, и гравитационные взаимодействия с оставшимися вокруг них обломками заставили их сменить орбиты. На передел нашей Солнечной системы потребовались сотни миллионов лет, и ученых есть несколько возможных объяснений, как он мог произойти.

В одном из сценариев Юпитер и Сатурн двигались внутрь, к Солнцу, что заставило Уран и Нептун наоборот отодвинуться наружу. В другом сценарии планеты внешней Солнечной системы играли в игру «гравитационное перекидывание горячей картошки» с еще одной дополнительной пятой гигантской планетой, которая в конечном итоге была или полностью выброшена из Солнечной системы, или же находится сейчас на ее задворках (и может являться Девятой планетой). Ну и в последнем сценарии Юпитер мог приблизиться к орбите Марса, прежде чем вернуться обратно, нарушив тем самым орбиты остальных внешних миров.

Каким бы способом не происходила перестановка планет-гигантов, она вызвала настоящий хаос в Солнечной системе. Астрономы считают, что мигрирующие внешние планеты дали начало эпохе, названной поздней тяжелой бомбардировкой — из-за гравитационных возмущений начались интенсивные столкновений комет и астероидов во внутренней Солнечной системе около 4 миллиардов лет назад, и продолжался этот хаос несколько сотен миллионов лет.

Смещения орбит газовых гигантов нарушили стабильность всего оставшегося «строительного материала» в Солнечной системе, либо отправив его на далекие орбиты на замерзших окраинах нашей звездной системы (откуда различные кометы временами все же прилетают ближе к Солнцу), либо наоборот «запульнув» его внутрь, тем самым создав проблемы для каменистых планет.

Мы живем во времена стабильного Солнца, и оно еще долго не будет меняться.

Несмотря на эту катастрофическую бомбардировку, на самом деле все было не так уж плохо: процессия комет, устремившихся во внутреннюю часть Солнечной системы, в изобилии доставила воду на каменистые миры, потенциально помогая создать жизнь на Земле — разумеется, уже после того, как наша звездная система снова стала стабильной.

После окончания тяжелой бомбардировки около 3.8 миллиардов лет назад наша Солнечная система пришла в практически современное состояние: Солнце стало иметь почти современный вид, только светило чуть ярче. Все планеты заняли стабильные орбиты. Разве только газовые гиганты продолжали обзаводиться спутниками, «выдергивая» нестабильные булыжники из пояса астероидов или Койпера.

Что касается будущего, то сложно предсказать поведение системы из миллионов движущихся компонентов через несколько миллиардов лет. Но, вполне возможно, наша Солнечная система останется стабильной еще очень долгое время, пока в Солнце не кончится топливо и оно не превратится в красного гиганта, тем самым убив внутренние планеты. 

Однако, возможно, глобальные изменения произойдут и раньше: так, за несколько миллиардов лет орбита Марса может стать более вытянутой и заходить за орбиту Земли, что может привести к катастрофическим последствиям. Аналогичная проблема может произойти и с Меркурием: его орбита может вытянуться, из-за чего гравитационное взаимодействие с Венерой может выкинуть его из Солнечной системы.

В любом случае, все эти возможные события произойдут крайне не скоро даже по меркам Вселенной, так что нам остается только радоваться, что мы живем в спокойный отрезок существования Солнечной системы.

---

iGuides в Telegram — t.me/igmedia
iGuides в Яндекс.Дзен — zen.yandex.ru/iguides.ru

НАША УНИКАЛЬНАЯ СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА

В.В.Шевченко

Введение

Парадокс современной астрономии состоит в удивительно низком уровне знаний о нашем собственном доме — Солнечной системе. Астрономия в рамках известных физических законов способна построить близкие к реальности модели рождения, жизни и смерти небесных объектов, размеры, массы, энергетическая отдача и удаленность которых громадны по сравнению с реалиями нашего повседневного опыта. И в то же время, нет надежной модели происхождения и формирования планет и спутников Солнечной системы, неизвестно, как образуются и откуда появляются кометы, и неясно, содержат ли астероиды первичное вещество или являются осколками однажды уже сформировавшихся планетных тел.

Согласно одной из последних оценок, возраст Солнца составляет 4,49 миллиарда лет. Другие оценки времени существования Солнечной системы дают значения от 4,6 до 5 миллиардов лет. Самые древние горные породы Земли, которые, однако, являются вторичными образованиями, существуют около 3,9 миллиарда лет. Эти значения определены по накоплению в минералах продуктов распада радиоактивных элементов.

Радиометрический возраст наиболее древнего вещества Солнечной системы, из которого состоят падающие на Землю метеориты, достигает в среднем 4,6 млрд. лет. Примерно тот же возраст имеют и наиболее древние породы Луны, доставленные на Землю космическими аппаратами и экспедициями.

В течении периода, равного 4/5 предположительного времени существования Солнечной системы, на Земле существуют одноклеточные живые организмы. История многоклеточных занимает примерно 1/7 часть истории Земли. Существование человека — Homo sapiens — укладывается в 1/10000 часть времени, прошедшего с момента образования планет. И всего лишь около 1/1000000 этого времени занимает вся история астрономических наблюдений и осмысливания их результатов.

Объекты, входящие в Солнечную систему

Центральное тело нашей планетной системы — Солнце — желтый карлик, сосредоточило в себе 99,866% всей массы Солнечной системы. Оставшиеся 0,134% вещества представлены девятью большими планетами и несколькими десятками их спутников (в настоящее время их открыто более 60), малыми планетами — астероидами (примерно 100 тысяч), кометами (около 10¹¹ объектов), огромным количеством мелких фрагментов — метеороидов и космической пылью. Механически эти объекты объединены в общую систему силой притяжения превосходящей массы Солнца. Ряд зависимостей показывают принадлежность различных по величине и физико-химическим свойствам тел к единому семейству. Средняя плотность объектов Солнечной системы изменяется в пределах от 0,5 г/см³ для ядер комет до 7,7 г/см³ для металлических астероидов и метеоритов.

Для наглядности все тела Солнечной системы, включая и Солнце, можно разместить на диаграмме логарифмической зависимости массы и размеров (рис. 1).

Рис. 1. Объекты Солнечной системы, представленные на диаграмме
логарифмической зависимости массы и размеров космических тел.

Самая крупная из планет — Юпитер отличается от Солнца на порядок по размерам и на три порядка по массе. Такое соотношение прямо указывает на одинаковую плотность вещества для обоих тел и близкий химический состав. Действительно, средняя плотность Юпитера составляет 1,32 г/см³, что очень близко к средней плотности солнечного вещества (1,41 г/см³). Основными элементами, определяющими химический состав обоих объектов, являются водород и гелий. Ближайший сосед Юпитера на диаграмме — Сатурн — по размерам почти не отличается от него, но меньшая плотность вещества планеты (0,686 г/см³) определяет и несколько меньшее значение массы. Следующие два гиганта — Уран и Нептун (с массой около 10²⁹ г) занимают на рассматриваемой диаграмме одно и то же положение, мало отличаясь по своим свойствам — средней плотности (1,28 и 1,64 г/см³ соответственно) и химическому составу. Все четыре планеты традиционно выделяются в группу планет-гигантов, отличительной особенностью которой являются не только значительные размеры и масса, но также и низкая средняя плотность, характерная для газового состава.

Земля и Венера занимают на диаграмме близкие позиции, почти не отличаясь по размерам, массе и средней плотности (5,52 и 5,24 г/см³ соответственно). Марс и Меркурий замыкают группу планет, которые по общепринятой классификации относятся к объектам земного типа.

Однако, перечень «больших» планет Солнечной системы на этом не исчерпывается. Обратившись к диаграмме на рис. 1, мы увидим еще одну планету, находящуюся в области спутников планет. Этот необычный объект — Плутон — в момент своего открытия в 1930 г. занимал наиболее удаленное от Солнца положение, соответствующее месту девятой планеты Солнечной системы. Но орбита Плутона, как оказалось, обладает значительным эксцентриситетом и в 1969 г. он пересек орбиту Нептуна, превратившись в восьмую по удаленности от Солнца планету. В этом статусе Плутон будет пребывать до 2009 г. А первый после своего открытия полный оборот вокруг Солнца Плутон завершит лишь в 2178 году. Иногда возникает вопрос, является ли Плутон самостоятельной планетой. По размерам это тело меньше, чем спутник Земли — Луна. Между тем, Плутон обладает собственным спутником, обнаруженным в 1978 г. и названным Хароном. Соотношение масс планеты и спутника в системе Плутон-Харон очень необычно — приблизительно 5 :1. Эту пару тел вполне обоснованно можно назвать «двойной планетой», компоненты которой обращаются вокруг общего барицентра. В Солнечной системе есть лишь еще одно подобное исключение — Земля и Луна. Но при этом естественный спутник нашей планеты по массе в 80 раз меньше центрального тела.

Харон вращается по орбите, наклон которой к плоскости орбиты Плутона является также весьма нетипичным и составляет 118⁰. Средний радиус орбиты Харона необычно мал — менее 19700 км. Ближе к своей планете (Марсу) находится лишь еще один спутник в Солнечной системе — Фобос. Однако соотношение масс Марса и Фобоса имеет совсем другой порядок: масса спутника составляет лишь 1,5х10^-8 массы планеты. Остается добавить, что наклонение орбиты самого Плутона к плоскости эклиптики также нетипично — более 17⁰. Остальные планеты, за исключением Меркурия (i = 7⁰), вращаются вокруг Солнца почти в одной плоскости, уклоняясь от нее не более, чем на 2⁰-3⁰.

На рис. 2 приведено изображение Плутона и Харона, полученное в феврале 1994 г. Космическим телескопом им. Хаббла во время удаления двух тел друг от друга на расстояние 19640 км.

Рис. 2. Изображение системы Плутон-Харон, полученное Космическим телескопом им. Хаббла.

Возвращаясь к рис. 1, следует указать, что выделенные на диаграмме группы планет располагаются на различном расстоянии от Солнца. Планеты земной группы составляют внутреннюю часть Солнечной системы. Планеты-гиганты образуют ее внешнюю часть. Промежуточное положение занимает пояс астероидов, в котором сосредоточена большая часть малых планет. Распределение планетных расстояний от Солнца можно приблизительно описать известным степенным законом Тициуса-Боде, выведенным в конце XVIII века, где показателем степени служит порядковый номер планеты. Эта зависимость не имеет какого-либо физического содержания и для лучшего согласования с наблюдаемым распределением планетных расстояний приходится «подгонять» порядковые номера планет. Например, в некоторых видах формулы Тициуса-Боде для Меркурия показатель степени (номер планеты) принимался равным минус бесконечности, для Венеры — равным нулю, для Земли — единице и т.д. Несмотря на такие ухищрения, при больших расстояниях от Солнца закон оказывался неприменимым и отклонения вычисленных размеров орбит Нептуна и Плутона от наблюдаемых очень велики. Несомненно положительным результатом использования эмпирических соотношений, вытекавших из закона Тициуса-Боде, стало обнаружение Цереры и других малых планет, образующих пояс астероидов на расстоянии, где согласно закону должна была располагаться следующая за Землей большая планета. Сравнение «предвычисляемых» по закону Тициуса-Боде и действительных расстояний планет от Солнца показано на рис. 3. Расстояния представлены в астрономических единицах (1 а.е. — среднее расстояние Земли от Солнца, равное 149,6 млн. км). Кривая 1 показывает результаты расчетов по формуле Тициуса-Боде.

Рис. 3. Сравнение вычисляемых и наблюдаемых расстояний планет от Солнца:
1 — формуле Тициуса-Боде, 2 — по формуле Фесенкова.

В конце 50-х годов XX века В.Г.Фесенков предложил следующую зависимость между расстояниями планет от Солнца и их относительной массой:

L_n= L_n-1 [1 + K (M_n/M_s)^1/3],

где M_n — масса планеты, M_s — масса Солнца, K — постоянный коэффициент. Результаты вычислений по формуле Фесенкова представлены кривой 2 на рис. 3. Эта же зависимость успешно воспроизводит распределение расстояний в системах спутников планет-гигантов.

В последовательности на рис. 1 спутники планет расположились довольно компактной группой, несмотря на разную природу образующего их вещества. За исключением нашей Луны, средняя плотность которой 3,34 г/см³, и спутников Юпитера Ио и Европа (плотность которых 3,57 и 2,97 г/см³, соответственно), большинство спутников планет-гигантов состоят из льда с различными по массе примесями силикатных пород и характеризуются плотностью 1 — 2 г/см³. По соотношению масс и размеров с группой спутников планет тесно смыкаются наиболее крупные из астероидов. Резким исключением выглядят спутники Марса, массы и размеры которых более соответствуют астероидам, чем типичным спутникам больших планет. Возможно, Фобос и Деймос были захвачены Марсом из пояса астероидов.

Конечно, на диаграмме показаны не все, а только наиболее типичные малые тела, соответствующие параметры которых к настоящему времени известны. Подобной избирательностью следует объяснить разрыв между наименьшими астероидами и наиболее крупными метеоритами, которого в действительности, по-видимому, не существует.

Весьма примечательно, что кометы, имеющие аномально низкую плотность вещества ядер (около 0,6 г/см³), тесно примыкают к общей последовательности, дополняя ее, несмотря на уникальную природу этих тел и полную неясность их происхождения. На диаграмме показаны лишь некоторые из комет, наблюдавшихся во внутренней части Солнечной системы. Однако, исторически короткий период наших наблюдений за небесными явлениями не позволяет говорить, что эти данные полностью исчерпывают сведения о существующих в природе кометных телах. Велика вероятность того, что на окраинах Солнечной системы находится резервуар гигантских по размерам и массам комет, которые могли посещать окрестности Солнца задолго до нашего появления. Вполне возможно, что именно об этом говорят некоторые загадочные образования на поверхности таких безатмосферных тел, как Луна или Меркурий, способных сохранять следы самых древних событий в истории планет.

Наблюдения нескольких последних лет обнаружили более 30 объектов, названных транснептуновыми. Размеры этих тел, предположительно имеющих сходство с ядрами комет, превосходят 100 км. Согласно общим оценкам, вытекающим из подобных результатов, на расстоянии между 30 и 50 а.е. от Солнца находится около 70000 тел с размерами от 100 до 400 км.

На последовательности, представленной на рис. 1, эти гипотетические объекты заняли бы промежуток между наиболее крупными из известных комет и ледяными спутниками планет-гигантов, располагаясь несколько выше астероидов аналогичного размера.

Движение тел Солнечной системы

Соотношение расстояний и периодов обращения планет вокруг Солнца определяется известным третьем законом Кеплера, согласно которому квадраты периодов пропорциональны кубам больших полуосей относительных орбит. Рис. 4 иллюстрирует эту основную закономерность в строении Солнечной системы.

Рис. 4. Соотношение расстояний и периодов обращения планет (третий закон Кеплера).

Другой фундаментальной особенностью строения Солнечной системы является то, что все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении, совпадающем с направлением осевого вращения Солнца, и в том же направлении они обращаются вокруг своей оси. Исключение составляют Венера, Уран и Плутон, осевое вращение которых противоположно солнечному. Существует корреляция между массой планеты и скоростью осевого вращения. В качестве примеров достаточно упомянуть Меркурий, сутки которого составляют около 59 земных суток, и Юпитер, который успевает сделать полный оборот вокруг своей оси менее, чем за 10 часов. Примерно с тем же периодом обращается вокруг своей оси Сатурн. Сутки Урана и Нептуна составляют соответственно 17 и 16 часов. А период осевого вращения Плутона равен примерно 6 земным суткам. Необычно вращение Венеры. При массе, примерно равной массе Земли, Венера вращается вокруг своей оси с периодом в 243 суток. В сочетании с продолжительностью периода обращения Венеры вокруг Солнца (225 суток) вращение этой планеты оказывается ретроградным, то есть противоположным по направлению вращению Солнца и большинства планет.

Принципиально важным для понимания физических процессов в Солнечной системе является резкая диспропорция в распределении массы и момента количества движения между Солнцем и планетами. Хотя основная масса вещества Солнечной системы сосредоточена в самом Солнце, 98% момента количества движения (произведения массы на скорость и радиус вращения) приходится на долю планет. При этом обнаруживается, что объединенные вместе планеты земной группы, а также объединенные в одну группу астероиды и каждая из планет-гигантов подчиняются единой зависимости момента количества движения J (гхсм²/с) от массы М (г). Эту зависимость, показанную на рис. 5, можно представить выражением:

J = 7,6 M^4/5 .

Рис. 5. Соотношение момента количества движения и массы
отдельных планет или группы тел Солнечной системы.

Исключением является Солнце, собственный период вращения которого не соответствует общей тенденции и при огромной массе составляет более 25 суток. Другим исключением является опять-таки экзотическая пара Плутон-Харон, происхождение и само существование которой остаются загадочными. Место группы кометных тел определилось значениями совокупных характеристик, принятых на основе известных в настоящее время данных. То, что положение этой группы не согласуется с общей зависимостью, говорит прежде всего о несовершенстве наших знаний о кометах и об их истинном месте в Солнечной системе.

Место мелких осколков вещества — метеоритов и космической пыли на диаграмме (рис. 5) определить сложно, поскольку эти объекты заполняют всю Солнечную систему. Вторгаясь в земную атмосферу, мелкие частицы порождают такие явления, как отдельные метеоры и целые метеорные ливни. Концентрация пылевых частиц около Земли ответственна за явление зодиакального света — свечения неба вдоль направления, соответствующего проекции плоскости эклиптики на небесную сферу. В окрестностях планет-гигантов мелкие фрагменты вещества и космическая пыль существуют в форме колец. Наиболее известны кольца Сатурна, обнаруженные в XVII веке при первых наблюдениях с простейшими телескопами. Уже в наше время были открыты аналогичные по природе, хотя и не столь массивные, кольца Юпитера, Урана и Нептуна.

На рис. 1 приведены результаты лишь отдельных оценок параметров метеоритов и космической пыли, показывающие общую тенденцию. В действительности эта область должна быть заполнена бесчисленным количеством точек, которые образуют непрерывную последовательность.

Если значения моментов количества движения в Солнечной системе соотнести с массой, т.е. получить удельное значение J, получится, что эта величина для планет в среднем в 35000 раз больше, чем для Солнца. Исчерпывающего объяснения данному факту еще не получено. Возможно, что ответственным за перенос момента количества движения может быть магнитное поле Солнца, пронизывающее всю нашу планетную систему.

Химический состав тел Солнечной системы

Вещество, из которых сложены тела Солнечной системы, можно условно разделить на три группы. Во-первых, это горные породы, состоящие из различных минералов, которые нам хорошо известны на Земле. Современные знания позволяют прогнозировать характер глубинных пород, из которых состоят земные недра. Анализ доступного в настоящее время внеземного вещества показал его общее подобие веществу земному по химическому и минералогическому составу. Основными минералообразующими элементами во всех случаях являются кремний, железо, алюминий, магний и титан в окисленном состоянии, то есть при значительном включении кислорода в химические соединения. Средняя температура плавления этих материалов достигает около 2000 К. Условно эту группу можно назвать «земным веществом».

Углерод, азот, кислород и в меньшем количестве водород, входящий в некоторые химические соединения, составляют распространенную группу планетных летучих веществ. В виде газов эти элементы образуют атмосферы отдельных планет или крупных спутников. Но чаще летучие компоненты вещества Солнечной системы существуют при температурах ниже 273 К в твердом состоянии, то есть в виде льда. Поэтому эту группу назовем условно «льдами».

Наконец, такие газы, как водород и гелий, наиболее обильно встречающиеся на Солнце, с небольшими примесями неона, аргона и некоторых других элементов отнесем к группе «солнечного вещества». Температура кипения подобной смеси составляет около 15 К.

Гистограмма на рис. 6 примерно показывает относительное содержание перечисленных групп вещества в химическом составе основных тел Солнечной системы. Группа 1 («земное вещество») на 99% и более образует планеты земного типа, астероиды и отдельные спутники (например, Луну). Большая часть спутников, относящихся к системам планет-гигантов состоят в основном из «льдов» (группа 2) с некоторой примесью «земного вещества». Те же составляющие, но в другой пропорции, характерны для комет. Юпитер и Сатурн в основном состоят из «солнечного вещества (группа 3), с примесями «льдов» и «земного вещества». Для Урана и Нептуна основным веществом, их образующих, являются «льды».

Рис. 6. Относительное содержание различных типов вещества в телах Солнечной системы.

Наблюдаемое в настоящее время распределение химического состава с учетом характерных значений критических температур позволяет сделать заключение о первоначальном распределении в протопланетном околосолнечном облаке, которое определяло условия формирования различных тел Солнечной системы.

Ранние стадии развития планет

Для первых сотен миллионов лет в истории Солнечной системы решающим фактором формирования планет и спутников была астероидная и кометная бомбардировка. Достаточно сказать, что современное «лежачее» положение Урана, ось вращения которого наклонена к эклиптике на 98⁰, по-видимому, является результатом столкновения с достаточно крупным телом.

В этот период на Земле и других планетах земного типа формировалась первичная кора. В настоящее время на нашей планете не сохранилось каких-либо следов той эпохи. Вместе с тем, на малых телах, остановившихся на ранних стадиях своего развития, можно обнаружить хорошо отождествляемые признаки первичной коры, которые, например, наблюдаются на Луне, Меркурии и, частично, на Марсе.

На рис. 7 дана схема возраста и продолжительности в млрд. лет глобальных вулканических и тектонических процессов на поверхности Луны и планет земной группы, характеризующих историю эволюции этих тел. Для Земли и Луны временные границы эпох определены по измеренным значениям возраста образцов пород, относящихся к соответствующим периодам. Возраст соответствующих формаций на Марсе определен по кратерной статистике. При этом рассматривались только глобальные образования. Такие отдельные формы рельефа, как например, гора Олимп имеют более молодой возраст — несколько сотен миллионов лет. Шкала абсолютного возраста для планетарных формаций на Меркурии получена также по кратерной статистике в предположении соответствия метеоритного потока на поверхность Меркурия и на поверхность Луны в аналогичные геологические эпохи. Стратиграфические системы (т.е. описание последовательности залегания геологических образований разного возраста) поверхностных структур Венеры, и шкала абсолютного возраста для них носят предварительный характер. Однако, по оценке специалистов они адекватно отражают общий характер геологической истории планеты.

Рис. 7. Возраст и продолжительность глобальных процессов
преобразования поверхностей планет земной группы и Луны.

Следы наиболее ранних процессов планетной эволюции, протекавших более 4,0 млрд. лет назад, проявляются в древних формах рельефа на Меркурии, Луне и Марсе. По современным представлениям механизм переноса тепла в недрах Луны, Меркурия и Марса в основном происходил в виде конвекции. Наглядным примером является многофазное формирование лунной коры, при котором более поздние слои выплавлялись из мантии в виде глобальных лавовых потоков, перекрывая уже существовавшие формы рельефа. При весьма близком внешнем сходстве Луны и Меркурия (сильно кратерированная поверхность, лавовые поля и т.п.), должно существовать принципиальное отличие в глобальных процессах, поскольку установлено, что по внутреннему строению Меркурий отличается от Луны огромным ядром. Радиус ядра Меркурия составляет около 75% от радиуса планеты, что соответствует 42% объема (у Луны ядро занимает только 4% объема). В сочетании с высокой средней плотностью Меркурия (5,3 г/см³ ) это отличие пока ждет своего объяснения.

Некоторые геологические структуры на Марсе носят очевидные признаки длительного конвективного кругооборота в недрах планеты. Из трех небольших по размерам тел земной группы Марс обладал наиболее длительным периодом глобальной эндогенной (внутренней) активности. Если подобные процессы на Меркурии и Луне прекратились на рубеже 3,0 — 2,5 млрд. лет назад, на Марсе они продолжались еще около одного миллиарда лет (см. рис. 7).

Современная поверхность Венеры имеет очень молодой возраст — всего лишь несколько сотен миллионов лет. Следы более древних формаций практически не сохранились (95% этих образований уничтожены поздними наслоениями). Современный процесс потери эндогенного тепла на Венере, по-видимому, подобен лунному, то есть происходит с использованием теплопроводности пород мантии и коры. Но природа более раннего механизма этих процессов остается неизвестной. Возраст поверхности Венеры ближе всего к возрасту земной поверхности. Однако, обладая иной тепловой историей Венера сформировала принципиально другую среду — значительно отличающийся от земного химический состав атмосферы, высокие значения давления и температуры у поверхности.

Процессы формирования вторичной планетной коры можно проследить по их следам на Луне, где вторичная кора образовалась в результате плавления пород верхней и средней мантии. Несмотря на то, что по объему вторичная кора на Луне составляет лишь 1% от общего объема современной лунной коры, эта структура хорошо выражена в глобальных формах рельефа.

Возвышенные плато на Марсе по своим размерам близки к земным континентам и возвышаются на 4 — 6 км над средним уровнем (средним радиусом) планеты. Если бы на Марсе существовала гидросфера подобная океанам Земли, эти области оказались бы выше уровня моря, превратившись в материки. Поскольку появление возвышенных плато на Марсе является следствием длительного конвективного кругооборота в его недрах, не исключено, что этот же процесс мог развиваться и в недрах Земли на определенной стадии ее развития.

О процессах формирования третичной планетной коры, которой является континентальная кора Земли, дают понятия некоторые структуры рельефа, существующие на Венере. Остается пока неизвестным, как возникла на Земле «тектоника плит», существующая в настоящее время. Согласно этой концепции твердая оболочка планетного тела представляется как система взаимодействующих между собой отдельных жестких плит. Именно на границах плит наиболее часто происходят события, относящиеся к сейсмической, тектонической и вулканической активности. На той части Меркурия, которая известна в настоящее время, присутствуют признаки некоторого глобального тектонического процесса. Дальнейшее изучение покажет, насколько идентичными могут оказаться тектонические процессы, отразившиеся в застывших формах Меркурия, и явления глобальной тектоники, имевшие место в геологической истории Земли.

Ударные процессы в Солнечной системе

Уникальное образование, относящееся к эпохе завершения процесса дифференциации планетных тел (разделения недр на ядро, мантию и кору), обнаружено на обратной стороне Луны. Речь идет о гигантской многокольцевой впадине (или бассейне) вблизи южного полюса. Диаметр внешнего кольца этой структуры достигает 2500 км, что в 1,4 раза больше лунного радиуса. По данным измерений высот на снимках, полученных автоматическими станциями серии «Зонд» (1968 — 1970 гг.), глубина впадины достигает 10 — 12 км относительно окружающего материка. По результатам лазерной альтиметрии с борта спутника Луны «Клементина» (1994 г.) средняя разница высот между гребнем внешнего вала и дном этой многокольцевой структуры превышает 13 км.

На рис. 8 приведен снимок, полученный космическим аппаратом «Галилео» во время пролета мимо Луны. Вблизи западного лимба жирной линией показаны примерные границы впадины.

Рис. 8.

Рис.8. Примерные границы гигантской впадины вблизи южного полюса Луны. Снимок получен с борта космического аппарата «Галилео».

Внутри кольца уместились такие довольно крупные образования более позднего происхождения как кратеры Аполлон (диаметр 491 км), Шредингер (320 км), Планк (355 км) и даже небольшое Море Мечты. Судя по количеству мелких кратеров на единицу площади внутри впадины, время его образования относится к раннему периоду лунной истории. Оценки этого возраста сходятся на периоде между 4,3 и 3,9 миллиарда лет.

Спектрозональные изображения, полученные на основе снимков, сделанных космическими аппаратами «Галилео» и «Клементина», обнаружили внутри впадины область мафических (темных) глубинных пород диаметром около 1400 км. Поверхностные породы в этой области выделяются аномально низким для материковых районов значением отношения отражательной способности на 0,41мкм и 0,76мкм.

Обращает на себя внимание тот факт, что с этой депрессией совпадает протяженная отрицательная аномалия силы тяжести. Последнее обстоятельство крайне необычно, поскольку круговые депрессии на поверхности видимого полушария Луны, заполненные мафическими породами (круговые моря), наоборот совпадают с областями, имеющими крупные положительные гравитационные аномалии. Область гигантской депрессии окружена кольцом пород, имеющих иные спектральные характеристики. По фотометрическим измерениям на снимках серии «Зонд» эта область характеризуется большей зрелостью грунта, т.е. высокой степенью переработки покровного вещества в результате микрометеоритной бомбардировки. Зрелость лунного грунта тесно коррелирует с его экспозиционным возрастом (временем пребывания лунного вещества в самом верхнем слое, открытым воздействию окружающего космического пространства). Возможно, рассматриваемая область соответствует выходу на поверхность слоя пород, располагавшегося между глубинным мафическим материалом и верхним слоем полевошпатового материала типичных лунных материков.

Обобщая все известные теперь сведения об одном из самых крупных и самых древних образований Луны, можно предположить, что мы видим след гигантского столкновения молодой Луны с довольно крупным телом. Событие столь грандиозного масштаба должно было в буквальном смысле слова потрясти весь лунный шар: ведь размеры оставшейся после удара впадины превышают лунный радиус. Даже если глубина такого кратера составляла существенно меньше одной десятой его диаметра, удар должен был проникнуть до границы коры и мантии. В этом случае объяснимо появление внутри впадины значительного количества мафических пород, составляющих верхнюю мантию Луны, и обнажение вышележащих слоев литосферы.

Вызывает удивление и другое — «запас прочности» молодой Луны, благополучно пережившей этот почти смертельный удар и сумевшей уцелеть, не развалившись на множество осколков. Подобные следы гигантских ударов (меньших масштабов) были обнаружены и на поверхности некоторых спутников планет-гигантов. Разнообразные исследования наиболее близкого к Земле небесного тела подтвердили существование следа древнейшей катастрофы на поверхности нашей соседки — Луны. Оценки энергии взрыва, необходимой для образования столь крупной ударной структуры, показывают, что упавшее космическое тело могло достигать в поперечнике около 200 км.

Некоторое время назад была высказана и получила широкое распространение интересная гипотеза об ударном происхождении самой Луны, когда тело величиной с Марс косым ударом вырвало «кусок» Земли, раздробившийся на множество осколков, из которых путем последующей аккреции и возник единственный, необычно крупный спутник нашей планеты. Возможно, что бассейн в южной части обратной стороны Луны появился, когда один из последних осколков-спутников Земли перестал существовать, столкнувшись с Луной.

Лед на Луне?

Безводная среда Луны является фактом достаточно очевидным и подтверждаемым не только косвенными, но и прямыми исследованиями, включая лабораторный анализ многих образцов лунного вещества, доставленных на Землю. В то же время, радиолокационные измерения, проведенные в апреле 1994 г. с борта аппарата «Клементина», находившегося на окололунной орбите, показали, что в постоянно затененной области на южном полюсе Луны присутствует поверхностный материал, радиолокационные характеристики которого соответствуют параметрам льда. Площадь области с необычными свойствами составляет 6361 км². Результаты этих исследований стали научной сенсацией.

Сохранение льда в лунных условиях можно объяснить только тем, что исследованная область располагается в зоне постоянного затенения, где температура поверхности не может быть выше 90К. Но откуда первоначально появился лед на безводной, лишенной атмосферы Луне? Одним из гипотетических источников может быть дегазация лунных недр. Однако, все сведения о подобных процессах на Луне в основном ограничиваются очень скудными фактами, общими предположениями и догадками. Более реально рассмотреть вариант внешнего, экзогенного происхождения лунного льда.

В различных областях лунного шара можно наблюдать альбедные аномалии, так называемые диффузные структуры, которые абсолютно не выражены в рельефе и оставляют странное впечатление рисунка, образованного окраской самого поверхностного слоя. Странны для Луны и контуры этих структур. На поверхности тела, никогда не имевшего заметной газовой оболочки, остались яркие следы в виде петель, завитков и т.п. Не случайно в английском языке для обозначения диффузных образований был принят термин «swirls», что значит «завихрения», «клубы дыма».

На рис. 9 приведен фрагмент снимка участка Моря Мечты на обратной стороне Луны с крупными диффузными образованиями.

Рис. 9.

Рис.9. Альбедные аномалии диффузного характера в Море Мечты на обратной стороне Луны.

Среди разных моделей происхождения подобных альбедных аномалий наиболее убедительной кажется версия контакта лунной поверхности с газо-пылевой комой пролетающих или падающих на Луну комет. В результате такого контакта происходит уплотнение верхнего слоя лунного грунта, что приводит к увеличению его отражательной способности. В этом случае причудливый рисунок на лунной поверхности могут оставить неоднородности в плотных областях комы и выбросы газовых струй из ядра (джеты). По-видимому, в большинстве случаев кометы, столкнувшиеся с Луной, первоначально пролетают вблизи Земли, что приводит к разрушению их ядер на множество фрагментов. Тогда на лунную поверхность падает не монолитное тело (пусть даже малой плотности), а только облако мелких осколков, окруженное газовой оболочкой. Чтобы уплотнить лунный поверхностный слой в достаточной степени для образования альбедной аномалии с достаточно крупными размерами, падающая комета должна иметь соответствующие размеры ядра и комы и соответствующую скорость соударения. Решая обратную задачу по характеристикам конкретной диффузной структуры оценивают параметры упавшего кометного тела. Попытаемся оценить реальную массу льда, снега или инея, которая в виде распавшейся кометы падает на лунную поверхность.

Наиболее близко к южному полюсу расположена упомянутая выше диффузная структура в Море Мечты, общая площадь которой достигает 50155 км². Для того, чтобы возникла подобная альбедная аномалия, падающая комета должна была бы иметь размеры ядра около 200 км и скорость падения около 40 — 50 км/с, при скорости газо-пылевой эмиссии из ядра, равной 4,5х10^-5 г/см²с, и первоначальной плотности ядра 0,6 г/см³. Эти реальные для кометных тел параметры были определены в процессе исследования кометы Галлея космическими аппаратами «Вега» и «Джотто». Несмотря на то, что размеры ядра кометы Галлея существенно меньше (примерно 14 х 7,5 х 7,5 км), для моделирования общих процессов, происходящих в кометах, можно воспользоваться приведенными выше значениями.

Даже если размеры ядра гипотетической кометы будут вдвое меньше, на лунную поверхность обрушится 3,15х10²⁰ г кометного вещества, в котором доля льда, по-видимому, составит 2,5х10²⁰ г (80%). Энергия взрыва, соответствующая кинетической энергии падающего тела, будет равна приблизительно 10³³ эрг. Этой энергии достаточно, чтобы не только полностью испарить вещество кометного ядра, но и разрушить межмолекулярные связи. Вместе с тем, произойдет образование ударно-синтезированных газов, в числе которых будут и водяные пары.

Примем экстремальные условия ударного процесса, когда температура в эпицентре взрыва может достигать, например, 2000 К. Но даже и в этом случае тепловая скорость молекул воды в облаке пара, в который превратится кометный лед, не превысит 1,6 км/с. Эта величина меньше параболической скорости для Луны (2,38 км/с) и почти равна круговой скорости (1,68 км/с). Следовательно, значительная масса возникшего водяного пара будет растекаться по поверхности, обволакивая лунный шар. Возникнет временная лунная атмосфера с возможным давлением до десятых долей бара. Время естественной тепловой диссипации подобной атмосферы может составлять 3 — 4 земных дня на освещенном Солнцем полушарии Луны. Но на темной, ночной стороне Луны (или в затененных местах), где температура поверхности не превышает 100 К, тепловые скорости молекул Н₂О упадут до величины около 0,3 — 0,4 км/с, то есть не исключено образование на поверхности слоя водного льда. Конечно, с наступлением лунного дня этот лед полностью испарится. Однако, в постоянно затененных местах ледяной слой не только сохранится, но будет постоянно наращиваться за счет новых падений комет. По различным оценкам на лунную поверхность может осесть от 0,1 до 0,001 массы упавшей кометы, что соответствует примерно миллиметровому слою льда, сохранившегося в постоянно затененных местах.

Исходя из анализа диффузных структур, сохранившихся на лунной поверхности, можно говорить приблизительно о десяти падениях гигантских комет на Луну за последние 10 млн. лет. Но вечно затененная впадина на южном полюсе существует, возможно, около 4 млрд. лет. Поэтому, не удивительно, если обнаруженный на южном полюсе ледяной слой может иметь мощность на несколько порядков большую, чем та, что приведена выше.

Из анализа диффузных структур вытекает также вывод о посещении околоземного пространства роем необычных, гигантских комет, двигавшихся с большими скоростями. Большие размеры и высокая скорость характерны для «новых» комет, приходящих с окраин Солнечной системы, например, из Пояса Койпера — сравнительно недавно обнаруженного скопления кометоподобных транснептуновых тел на расстоянии от 30 до 50 а.е. от Солнца. В настоящее время открыто около 30 объектов, размеры которых превышают 100 км. По предварительным оценкам в Поясе Койпера могут находиться 10⁴ — 10⁵ гигантских комет с размерами ядер от 100 до 400 км.

Таким образом, не исключено, что неожиданно найденный лунный лед является веществом загадочных транснептуновых объектов, по странной прихоти совершивших путешествие через всю Солнечную систему.

Природа планет-гигантов

В противоположность застывшим мирам Луны или Меркурия облачные образования видимой поверхности газовых гигантов во внешней части Солнечной системы находятся в постоянном движении. Наиболее ярким примером подобных процессов может служить Юпитер. Обладая «солнечным» химическим составом, самая крупная планета Солнечной системы имеет массу в 70 — 80 раз меньше той, при которой небесное тело может стать звездой. Тем не менее, в недрах Юпитера происходят процессы с достаточно мощной энергетикой: тепловое излучение планеты, эквивалентное 4х10¹⁷ Вт, примерно в два раза превышает энергию, получаемую этой планетой от Солнца. Конвективные потоки, выносящие внутреннее тепло к поверхности, внешне проявляются в виде светлых зон и темных поясов. В области светлых зон отмечается повышенное давление, соответствующее восходящим потокам. Облака, образующие зоны, располагаются на более высоком уровне, а их светлая окраска объясняется повышенной концентрацией ярко-белых кристаллов аммиака. Располагающиеся ниже темные облака поясов состоят в основном из красно-коричневых кристаллов гидросульфида аммония и имеют более высокую температуру. Эти структуры представляют области нисходящих потоков. Зоны и пояса имеют разную скорость движения в направлении вращения Юпитера. Это явление выражается в существовании устойчивых зональных течений или ветров, постоянно дующих в одном направлении. Скорости в этой глобальной системе восточных и западных ветров достигают от 50 до 150 м/с. Рис. 10 представляет общий вид Юпитера.

Рис. 10.

Рис.10. Видимая структура облачного слоя Юпитера. В южном полушарии (север вверху) вблизи терминатора выделяется Большое красное пятно. На той же широте (ближе к восточному лимбу) на фоне облачных образований Юпитера наблюдается изображение Ио. Снимок получен космическим аппаратом «Вояджер-1» с расстояния 28,4 млн. км.

По-видимому, другим проявлением сильной конвективной активности недр Юпитера является магнитное поле, напряженность которого на порядок превосходит напряженность магнитного поля Земли. Планету окружает протяженная система радиационных поясов, являющихся источником наблюдаемого собственного радиоизлучения Юпитера.

На границах облачных зон и поясов возникают мощные турбулентные течения, которые приводят к образованию многочисленных вихревых структур. Наиболее известным таким образованием является Большое красное пятно, наблюдающееся на поверхности Юпитера в течение последних 300 лет. По современным представлениям это громадное образование примерно эллиптической формы с величиной осей 26000 км и 14000 км представляет собой свободно мигрирующий в атмосфере вихрь антициклонического типа. Несмотря на большой объем данных, полученных о Большом красном пятне в последнее время, его происхождение и длительное существование в качестве устойчивого антициклона в атмосфере Юпитера остается в значительной степени необъясненным.

На рис. 11 (вверху) приведена мозаика из снимков области Большого красного пятна, полученных космическим аппаратом «Галилео» в июне 1996 г. Внутренняя структура пятна указывает на вращение всего образования в направлении против часовой стрелки. Период этого вращения составляет около 6 дней.

Рис. 11.

Рис.11. Детальное изображение Большого красного пятна (вверху) и выделенного участка (внизу). Снимки сделаны космическим аппаратом «Галилео» (1996г.).

Внутри выделенного на мозаике квадрата можно наблюдать еще одно из загадочных явлений, отмеченных в атмосфере Юпитера. В нижней части рис. 11 показаны изображения этой же области, полученные в разницей по времени около 1 час 10 мин. Стрелки указывают на яркие облачные структуры, претерпевшие за это короткое время значительные изменения. Самые мелкие светлые образования, наблюдающиеся на снимках, имеют поперечник несколько десятков километров. Специалисты считают, что наблюдаемые детали по своей природе являются кучевыми облаками, хорошо известными нам на Земле как предвестники грозовых туч. Анализ данных показал, что по составу кучевые облака на Юпитере, как и на Земле, вероятнее всего являются скоплениями водяных паров. В то же время поиски воды в атмосфере Юпитера дают самые противоречивые результаты.

Традиционная точка зрения предполагала, что вода на Юпитере могла образоваться из кислорода, первоначально присутствовавшего в газо-пылевом протопланетном облаке. В этом случае содержание кислорода на Юпитере и на Солнце должно быть одинаковым. Однако, первые измерения, проведенные с близкого расстояния космическим аппаратом «Вояджер» в 1979 г., показали двойное превышение содержания кислорода по сравнению с солнечным. Наблюдения во время падения на Юпитер фрагментов ядра кометы Шумейкеров-Леви 9 в 1994 г. показали, что содержание кислорода может в 5 — 10 раз превышать солнечную норму. Этот результат находился в полном согласии с другой гипотезой, предполагающей, что наблюдаемый в настоящее время на Юпитере уровень содержания кислорода, азота и углерода обусловлен многочисленными падениями комет, которые еще в ранний период существования Солнечной системы изменили первоначальный состав юпитерианской атмосферы.

В декабре 1995 г. спускаемый модуль космического аппарата «Галилео» произвел измерения химического состава непосредственно внутри атмосферы Юпитера. Было установлено, что содержание водяных паров не превышает 0,2%, то есть не отличается от солнечной нормы. Быстрый рост температуры с глубиной и практически полное отсутствие водяных облаков на трассе спуска модуля создали полное впечатление чрезвычайно «сухой» атмосферы.

Обнаружение на окраинах Большого красного пятна короткоживущих кучевых облаков предположительно водного состава показывает, что описанная проблема еще далека от своего полного разрешения. Следует учесть, что показанные на рис. 11 кучевые облака возникли в области интенсивного подъема газов из глубины юпитерианской атмосферы. Таким образом, не исключено, что в результате конвекции происходит вынос на поверхность облачного слоя водяных паров, сконцентрированных на глубине около 50 км. То, что приборы зонда «Галилео» показали противоположный результат, может объясняться просто локальными изменениями состава атмосферы. До сих пор мы оперировали моделями, которые представляли вариации среды по вертикали. Предполагалось, что вариации от места к месту не представляют собой существенного значения. Очевидно, что такие представления можно принять лишь в качестве первого приближения и для такого огромного планетного тела, как Юпитер, не только зональные, но и более частные, локальные изменения условий в атмосфере и в ее составе могут играть существенную роль.

Вулканизм на телах Солнечной системы

Исследование вулканизма на телах Солнечной системы в последние годы привело к массе экзотических открытий и неожиданных находок. Примечательно, что самые захватывающие события и явления связаны с телами, находящимися во внешней части Солнечной системы, точнее — со спутниками планет-гигантов.

Обнаружение реликтовых вулканических построек на поверхности Марса и Венеры и даже некоторые признаки современного венерианского вулканизма не вызвали столь сильного удивления, поскольку представлялись как бы закономерным аналогом активности недр Земли, иногда смещенным по времени. Настоящей сенсацией было открытие действующих вулканов на сравнительно небольшом спутнике Юпитера — Ио. Хотя некоторые факторы, известные до полетов космических аппаратов в область Юпитера, могли бы натолкнуть на мысль о существовании активности недр Ио. Средняя плотность Ио (3,53 г/см³) указывает на то, что спутник практически целиком состоит из горных пород в отличии от его ближайших соседей — Европы, Ганимеда и Каллисто. Телескопические наблюдения выявили распространяющийся по орбите Ио «газовый шлейф», в составе которого оказались сера, натрий, калий и кислород (как мы теперь знаем это — продукты выбросов из недр спутника). И тем не менее, когда снимки, полученные с космического аппарата «Вояджер-1», продемонстрировали существование на Ио около десятка действующих вулканов, это стало событием в исследованиях Солнечной системы. Температура в центрах извержений (эруптивных центрах) достигала 700 К и выбросы со скоростью 1000 м/с поднимались на высоту до 300 км над поверхностью. Анализ всей серии изображений показал, что каждую секунду действующие эруптивные центры выбрасывают около 100000 тонн вещества. Этого количества достаточно для того, чтобы покрыть всю поверхность Ио слоем в несколько десятков метров за несколько миллионов лет. По-видимому, этим объясняется полное отсутствие ударных кратеров на изученной поверхности спутника: погребение ударных структур под слоем вулканического материала идет с большей скоростью, чем их появление в результате падения метеороидов или комет.

На рис. 12 показаны два изображения «обратного» (по отношению к Юпитеру) полушария Ио. Левое изображение составлено по снимкам, полученным в 1979 г. во время пролета аппаратов «Вояджер». Снимок, расположенный справа, получен 17 лет спустя в сентябре 1996 г. космическим аппаратом «Галилео». Нетрудно обнаружить, что за это время детали поверхности претерпели многочисленные изменения. Подтверждением постоянной активности эруптивных центров служат результаты измерений температуры одного из них. С июня 1996 г., когда были проведены первые оценки, температура предполагаемого «жерла» возросла на 300 К и к началу сентября достигла уже почти 1000 К.. Анализ топографических особенностей поверхности Ио приводит к заключению, что наблюдаемые формы рельефа вероятнее всего образованы потоками лавы из жидкой серы, имеющей температуру плавления 390 К.

Рис. 12.

Рис.12. Снимки одного и того же полушария Ио, полученные с разницей по времени в 17 лет (1979г. — слева и 1996г. — справа). В результате постоянной вулканической деятельности недр этого спутника Юпитера появились многочисленные изменения деталей поверхности.

В настоящее время наиболее вероятным энергетическим источником вулканизма на Ио считают приливный разогрев недр спутника. Как и большинство спутников в Солнечной системе, Ио обращается вокруг Юпитера синхронно, т.е. период осевого вращения спутника равен периоду его обращения вокруг планеты. Ио находится на орбите близко расположенной к Юпитеру, в результате чего образуется приливной горб величиной в несколько километров. Небольшой эксцентриситет орбиты (0,004) приводит к явлениям, аналогичным либрациям Луны в процессе ее вращения вокруг Земли. Одновременно, под влиянием соседних Европы и Ганимеда возникают возмущения эксцентриситета орбиты, что вызывает периодические изменения амплитуды приливных деформаций в коре Ио. Такая постоянная пульсация предположительно тонкой коры (толщиной не более 20 — 30 км) обеспечивает энерговыделение, достаточное для расплава недр спутника, что и выражается в интенсивной вулканической активности. Оценки, сделанные на основе измерений теплового потока, исходящего из «горячих» областей Ио, показывают, что приливной механизм способен генерировать до 10⁸ мегаватт энергии, что более, чем в 10 раз превышает суммарную величину энергии, потребляемой всем человечеством на Земле.

Модель приливного разогрева недр в некоторой степени применима и к Европе, место которой в системе Юпитера также предполагает существование пульсирующих деформаций этого спутника. Средняя плотность Европы несколько меньше, чем средняя плотность Луны и составляет 2,97 г/см³. Эта величина связана с тем, что спутник примерно на 20% по массе состоит из водяного льда, образующего мощную (до 100 км) кору и частично расплавленную (водно-ледяную) мантию, и на 80% из силикатных пород, составляющих разогретое ядро. На поверхности Европы нет эруптивных центров и следов недавних выбросов. В то же время, практически нет и ударных кратеров — обнаружено всего лишь три образования размером больше 5 км, имеющих определенно экзогенное происхождение. На соседних Каллисто и Ганимеде плотность ударных кратеров во много раз выше и в отдельных местах приближается к плотности кратеров на Луне. Следовательно, процессы погребения ударных структур на Европе проходят довольно быстро, хотя и не столь бурно, как на Ио.

Свидетельством значительной активности недр служит, в частности, глобальная сеть тектонических разломов, покрывающая всю ледяную поверхность Европы. Трещины, имеющие ширину от 20 до 200 км, простираются на тысячи километров. Перепады высот на поверхности в среднем не превышают 100 м. Подобное отсутствие выраженных форм рельефа (поверхность Европы выглядит как покрытый льдом водоем), по-видимому, служит указанием на существование подповерхностного глобального океана жидкой воды. Его предполагаемая глубина может достигать 50 км, что делает Европу единственным, исключая Землю, телом Солнечной системы, где вода в жидком состоянии встречается в таком огромном объеме.

Другим доказательством движения вещества из недр спутника служит наличие в поверхностном слое примеси горных пород, относящихся, как было указано выше, к составу ядра. На рис. 13 представлены изображения Европы в видимых (левое) и инфракрасных (правое) лучах. Левое изображение составлено по снимкам, полученным во время пролета аппаратов «Вояджер». Правое, инфракрасное изображение получено летом 1996 г. космическим аппаратом «Галилео». Наиболее яркие области на этом изображении соответствуют материалу с большей теплоотдачей, то есть имеющему значительную примесь горных пород. Соответственно, на левом изображении эти области имеют низкое альбедо (т.е. отражательную способность поверхности) по сравнению с альбедо поверхности чисто ледяного состава. Наличие на поверхности вещества из ядра спутника служит общей характеристикой мощности внутренних процессов на Европе, которые способны обеспечить прорыв силикатного материала из глубины через 50-километровый слой водной мантии и 100-километровый слой ледяной коры.

Рис. 13.

Рис.13. Изображение Европы в видимых (слева) и инфракрасных (справа) лучах. Снимки составлены по результатам съемок космического аппарата «Галилео» (1996г.).

Не менее, а возможно, еще более экзотическим и загадочным примером может служить вулканическая активность спутника Нептуна — Тритона. Для обозначения этих процессов пришлось ввести специальный экзотический термин — криовулканизм, т.е. вулканизм при низких температурах. Внешние проявления криовулканизма потрясают воображение: из поверхности, покрытой замерзшим азотом и имеющей температуру около 38 К, выбивается гейзер высотой около 8 км при толщине столба выброса от 20 м до 2 км. На снимках, сделанных космическим аппаратом «Вояджер-2» в 1989 г., были зафиксированы два действующих извержения. Выбросы развеивались ветром с востока на запад на значительное расстояние (более 100 км) и, осаждаясь на поверхность, оставляли следы в виде протяженных темных полос-шлейфов. По таким шлейфам в южной полярной области спутника было отождествлено еще около 50 ранее действовавших извержений.

 

Тритон имеет диаметр около 2700 км и его средняя плотность составляет 2,0 г/см³. По массе спутник состоит на 70% из силикатов и на 30% из льдов, в состав которых входят N₂, CO и CH₄. Для объяснения криовулканизма, наблюдаемого на Тритоне, предложено несколько механизмов, включая и описанный выше приливной разогрев. Предполагают также, что криовулканические процессы имеют приповерхностный источник энергии, когда при многослойной структуре верхних слоев льда в одном из слоев происходит аккумуляция слабого здесь солнечного тепла. Постепенно накапливаясь, внутреннее давление достигает уровня, достаточного для гигантского выброса. Какова природа криовулканизма в действительности, еще предстоит решить.

Жизнь в Солнечной системе

Проблема существования внеземной жизни на телах Солнечной системы остро интересует уже многие поколения не только профессионалов, но и многих жителей Земли. Прежде всего необходимо понять какие тела по условиям естественной среды могут претендовать на роль обители внеземной жизни. После того, как окончательно установилось мнение, что значительная часть кислорода в земной атмосфере (около 21%) является результатом деятельности биомассы, наличие кислорода в среде других тел стало одним из указаний на существование хотя бы примитивных форм живых организмов.

Летом 1995 г. с помощью спектрографа высокого разрешения, установленного на Космическом телескопе им. Хаббла, в ультрафиолетовой части спектра Европы были обнаружены детали, свойственные молекулярному кислороду. На этом основании был сделан вывод о наличии у Европы кислородной атмосферы, простирающейся до высот около 200 км. Конечно, общая масса этой газовой оболочки ничтожна. По оценкам, давление атмосферы у поверхности Европы составляет всего лишь 10^-11 от давления земной атмосферы. С большой вероятностью кислород на Европе имеет небиологическое происхождение. По-видимому, существует процесс испарения незначительного количества водяного льда, которым, как упоминалось выше, покрыта поверхность Европы. Вероятной причиной может быть, например, микрометеоритная бомбардировка с последующим разложением молекул водного пара и потерей более легкого водорода. При температуре поверхности Европы около 130 К тепловые скорости молекул кислорода не столь велики, чтобы привести к быстрой диссипации газа, а постоянная подпитка парами воды способствует сохранению постоянной, хотя и сильно разреженной, атмосферы юпитерианского спутника.

Озон, обнаруженный примерно в то же время и с той же аппаратурой на другом спутнике Юпитера — Ганимеде, скорее всего имеет аналогичное по природе происхождение. Общая масса озона в предполагаемой кислородной атмосфере Ганимеда составляет не более 10% массы этого газа, ежегодно теряемой над южным полюсом Земли в области антарктической озонной дыры.

Пример ледяных спутников Юпитера показывает, что существенным условием развития организмов является соответствующая температура среды. По этому признаку из всех крупных планет может быть выделен только Марс (рис. 14).

Рис. 14.

Рис.14. Снимки Марса, полученные Космическим телескопом им. Хаббла. На светлом фоне северной полярной шапки можно видеть зарождение и развитие пылевого вихря (темная деталь).

Температурный режим вблизи экватора этой планеты почти приближается к условиям полярных или высокогорных районов Земли. Давление марсианской атмосферы у поверхности почти такое же, как на высоте 30 км над Землей. Многочисленные структуры, напоминающие русла высохших рек или системы оврагов, возможно, говорят о существовании в прошлом открытых водоемов на поверхности планеты. Наконец, специфические формы выбросов вокруг некоторых ударных кратеров убедительно свидетельствуют в пользу существования криолитосферы, то есть довольно мощных подповерхностных слоев льда (рис. 15).

Рис. 15.

Рис.15. Область марсианской поверхности с ударными кратерами различного возраста. В области кратера с вытянутыми очертаниями видны характерные «наплывы», возникающие в случае, когда происходит ударное расплавление подповерхностных льдов.

Вывод о возможном существовании жизни на Марсе, как известно, далеко не нов и широко пропагандировался еще во времена Дж. Скаипарелли и П. Лоувелла. Но столь очевидное свидетельство, как окаменелые бактерии, появилось впервые.

Если посещение окрестностей Земли гипотетическими транснептуновыми телами пока требует дополнительного подтверждения, то обмен веществом между Луной и Землей, а также между Марсом и Землей является уже свершившимся фактом. Помимо образцов лунных пород, доставленных на Землю с поверхности Луны автоматическими станциями и космическими кораблями, насчитывается 15 фрагментов лунного вещества общей массой 2074 г., попавших на нашу планету естественным путем в виде метеоритов. Лунное происхождение их подтверждается тем, что по структурным, минералогическим, геохимическим и изотопным характеристикам данные метеориты идентичны хорошо изученным в земных лабораториях лунным породам. Невероятно, но факт.

Еще более невероятным выглядит присутствие на Земле 78,3 кг марсианского вещества также в виде отдельных осколков, выпавших на Землю. Некоторые из этих 12 метеоритов были найдены в разных частях земного шара еще в прошлом веке. По своим необычным характеристикам некоторые осколки — шерготтиты, наклиты и шассиньиты, получившие названия по местам первых находок, были отнесены к особой группе. В частности, все они имеют необычно поздний возраст кристаллизации — от 0,65 до 1,4 млрд. лет. Однако, настоящую известность эти космические пришельцы приобрели сравнительно недавно, когда было установлено, что типичный только для них изотопный состав редких газов с большой вероятностью указывает на их марсианское происхождение. Изотопные отношения являются очень стабильной характеристикой вещества и надежным указателем на его происхождение. А в августе 1996 г. достоянием научного мира стала сенсация, получившая небывало сильный общественный резонанс: Д. Мак-Кей с группой сотрудников Космического центра им. Джонсона объявил о наличии в одном из марсианских метеоритов окаменелых остатков древних микроорганизмов внеземного происхождения.

Метеорит ALH84001 весом 1930,9 г был найден в Антарктиде в 1984 г. По данным предварительных исследований сильное ударное воздействие этот фрагмент претерпел 16 млн. лет назад. По-видимому, эта временная отметка соответствует времени выброса камня за пределы Марса и началу его космического путешествия. В земную среду метеорит попал 13000 лет назад.

С помощью сканирующего электронного микроскопа удалось получить изображения внутренней структуры метеорита, на которых обнаружены детали характерной формы с размерами от 2х10^-6 до 10х10^-6 см. На рис. 16 показано изображение единичной окаменелости, а на рис. 17 — целой «колонии» древних марсианских бактерий.

Рис. 16

Рис.16. Изображение предполагаемой окаменелости марсианского микроорганизма, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа.

Рис. 17

Рис.17. Группа микроокаменелостей, обнаруженных внутри марсианского метеорита.

Для доказательства биологического происхождения обнаруженных реликтов исследователи выстроили целую систему сопутствующих аргументов. В частности, они обратили внимание, что все эти структуры располагаются внутри карбонатовых глобул (отложений карбонатов, окислов, сульфидов и сульфатов железа), возраст которых составляет 3,6 млрд. лет, то есть несомненно относится ко времени пребывания метеорита в марсианской среде. Кроме того, изотопный состав кислорода и углерода, образующих минералы глобул, однозначно соответствует изотопным характеристикам марсианских аналогов этих газов, определенных непосредственно на Марсе приборами космических аппаратов «Викинг» в 1976 г. Наконец, в земных условиях органические соединения, подобные тем, что обнаружены вокруг микроокаменелостей, являются продуктами жизнедеятельности и последующего разложения погибших древних бактерий. Обращающим на себя внимание отличием земных и марсианских бактерий являются их сравнительные размеры. Бактерии Земли в 100 — 1000 раз крупнее своих марсианских аналогов. Это обстоятельство является существенным с точки зрения микробиологии, поскольку в таком малом объеме не могут поместиться все клеточные механизмы, необходимые с земной точки зрения для нормальной жизнедеятельности, в частности, структура ДНК. Удовлетворительного объяснения этому не найдено и пока приходится довольствоваться тем соображением, что у древних марсианских бактерий могли быть свои понятия о нормальной жизнедеятельности.

Таким образом, в настоящий момент реально известная нам внеземная жизнь представлена лишь единственным свидетельством — окаменевшими реликтами бактерий с возрастом более 3 млрд. лет.

Планетные системы во Вселенной?

В данном случае речь не пойдет о проблеме существования жизни за пределами Солнечной системы. Вопрос подразумевает возможность существования планетных систем, подобных нашей, около других звезд. Конечно, общий интерес к происхождению и развитию жизни во Вселенной стимулирует поиски планет у других звезд. Но есть и другая сторона проблемы. Располагая лишь одним, к тому же плохо изученным примером — нашей Солнечной системой, нельзя в достаточной степени понять общие закономерности происхождения и эволюции планетных систем в целом, в том числе и нашей собственной.

Поиски планет рядом с другими звездами осложнены естественными обстоятельствами: необходимо обнаружить слабый несамосветящийся объект вблизи яркой звезды. Первые намеки на реальное существование пылевой материи вблизи звезд были получены с помощью инфракрасных наблюдений. Инфракрасный телескоп с высокой чувствительностью, установленный на спутнике «IRAS», обнаружил слабые избытки ИК-излучения у ряда звезд, которые можно было интерпретировать, как излучения протопланетных дисков.

Первое изображение облака околозвездной пыли удалось получить с помощью своеобразного «внезатменного коронографа» на 2,5-метровом телескопе ESO Б.Смиту и Р.Террилу в 1984 г. Размеры диска, окружающего звезду ? Живописца, оказались гораздо больше диаметра Солнечной системы — около 400 а. е.

Внеатмосферные наблюдения значительно расширили возможности поиска. Были получены изображения начальной стадии формирования планетных систем из газо-пылевых околозвездных туманностей. На рис. 18 приведено изображение небольшой части (поперечником всего лишь около 0,14 световых лет) туманности Ориона, полученное Космическим телескопом им. Хаббла в 1993 г. В поле зрения оказались пять молодых звезд, вокруг четырех из которых были обнаружены протопланетные диски. Яркими выглядят образования, которые расположены близко к родительской звезде. Если основная масса пылевой материи удалена на более значительное расстояние, протопланетный диск выглядит темным (в правой части снимка). Крупномасштабное изображение подобной структуры показано на рис. 19.

Рис. 18

Рис.18. Протопланетные диски, обнаруженные около молодых звезд в Туманности Ориона. Изображение получено Космическим телескопом им. Хаббла.

Рис. 19

Рис.19. Изображение одного из протопланетных дисков, полученное Космическим телескопом им. Хаббла.

Увидеть следующую стадию эволюции планетных систем — формирование отдельных планет пока еще сложно. Для обнаружения спутников звезд приходится использовать в основном косвенные методы. Можно измерить небольшие периодические изменения блеска родительской звезды, полагая, что в эти моменты она частично затеняется крупным спутником-планетой. Если удается уверенно измерить ничтожные вариации в скорости собственного движения звезды, это может служить указанием на ее движение вокруг общего с крупными планетами центра масс. Такие данные позволяют оценить параметры предполагаемых спутников.

В настоящее время насчитывается около десяти случаев обнаружения около звезд отдельных спутников, параметры которых удалось оценить. Но прямое изображение получено лишь в одном случае. На рис. 20 представлен снимок спутника, обращающегося вокруг красного карлика Gliese 229.

Рис.20. Снимок спутника звезды Gliese 229.
Изображение получено Космическим телескопом им. Хаббла.

Снимок сделан Космическим телескопом им. Хаббла в ноябре 1995 г. На снимке изображение самой звезды отсутствует. Светлый ореол в левой части кадра является лишь засветкой части площади приемника телескопа. Спутник звезды, обозначенный как Gliese 229 B, обращается на среднем расстоянии 44 а. е. Его масса оценивается в 20 — 60 масс Юпитера. Планетой назвать этот объект нельзя — он относится к коричневым карликам и, следовательно, более правильно было бы назвать его звездой-спутником. Но в то же время, коричневые карлики являются объектами, сформировавшимися тем же путем, что и звезды, но с малой массой, которая не может обеспечить нормальное протекание ядерных реакций в их недрах. Границей, разделяющей типичные звезды и коричневые карлики, считается масса, равная 75 — 80 массам Юпитера. В связи с этим возникла новая проблема. Часть обнаруженных объектов по массе предположительно больше, чем Юпитер, а где проходит граница между планетами — газовыми гигантами и коричневыми карликами пока достоверно не установлено, потому что в этом случае основным критерием является не масса объекта, а механизм его формирования. Расчетами установлено, что нижней границей массы тела, при которой работает механизм формирования именно звезды, а не газового гиганта, является величина, равная 10 — 20 массам Юпитера. Но более точных критериев, по которым можно было бы корректно отделить спутник-планету от спутника — коричневого карлика, пока нет. И можно ли говорить о наличии планетной системы, если у звезды обнаружен лишь один спутник?

Модельные расчеты и пример нашей собственной Солнечной системы показывают одно: признать существование планетной системы можно лишь в случае, когда звезда имеет больше двух спутников, заведомо не являющихся коричневыми карликами, то есть по массе существенно не превышающими Юпитер. Из известных в настоящее время систем этому условию отвечает лишь одна — спутниковая система пульсара PSR 1257+12 в созвездии Девы, отдаленном от нас на расстояние около 1000 световых лет. Три достоверно установленных спутника пульсара образуют систему, по размерам почти не превышающую орбиту Меркурия вокруг Солнца, с полуосями орбит соответственно: 0,19, 0,36 и 0,47 а.е. Периоды обращения спутников также близки к меркурианскому: 23, 66 и 95 земных суток. По массе ближайший к пульсару спутник предположительно равен Плутону. Средний спутник в 3 раза более массивен, чем Земля. Самый удаленный объект превышает по массе нашу планету в 1,6 раза. Таким образом, планетная система пульсара PSR 1257+12 — единственная достоверно известная в настоящее время — по природе центральной звезды (нейтронная звезда) и по характеристикам спутников резко отличается от нашей собственной и, следовательно, не может ничего сообщить о типичных механизмах формирования планет и спутников. Пока мы по-прежнему остаемся одинокими во Вселенной.

В качестве иллюстраций к статье использованы изображения астрономических объектов, переданные на Землю космическими аппаратами «Галилео», «Клементина» и Космическим телескопом им. Хаббла, и распространенные НАСА США по сети «Интернет». Автор выражает благодарность сотрудникам Университетской ассоциации по астрономическим исследованиям и НАСА, подготовившим упомянутые материалы.

Литература.

М.Я.Маров. Планеты Солнечной системы. М.: Наука, 1986.

В.Н.Жарков, В.П.Трубицин. Физика планетных недр. М.: Наука, 1980.

В.А.Бронштэн. Планеты и их наблюдения. М.: Наука, 1979.

Л.В.Ксанфомалити. Планеты, открытые заново. М.: Наука, 1978.

У. Кауфман. Планеты и луны. М.: Мир, 1982.

Ф.Л.Уипл. Семья Cолнца. М.: Мир, 1984.

Л.В.Ксанфомалити. Планета Венера. М.: Наука, 1985.

В.И.Мороз. Физика планеты Марс. М.: Наука, 1978.

В.В.Шевченко, Ж.Ф.Родионова. Глобус Марса — еще одна планета у вас на столе. М.: ГАИШ, 1993.

В.В.Шевченко. Современная селенография. М.: Наука, 1980.

В.В.Шевченко. Луна и ее наблюдение. М.: Наука, 1983.

Спутники планет. Сб. М.: Мир, 1980.

К.И.Чурюмов. Кометы и их наблюдение. М.: Наука, 1980.

А.Н.Симоненко. Астероиды. М.: Наука, 1985.

Г.Голдсмит, Т.Оуэн. Поиски жизни во Вселенной. М.: Мир, 1983.

Л.В.Ксанфомалити. Парад планет. М.: Наука..Физматлит, 1997.

Планеты Солнечной системы: восемь и одна

Пять ближайших к Земле планет — Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн — были известны с древности.

Меркурий – ближайшая к Солнцу планета, среднее расстояние от Солнца 0,387 а.е (58 млн км), а расстояние до Земли колеблется от 82 до 217 млн км. Меркурий движется вокруг Солнца по сильно вытянутой эллиптической орбите, плоскость которой наклонена к плоскости эклиптики под углом 7°. Средний радиус планеты составляет 2440 км, масса 3,3 на 10 в 23 степени кг (0,055 массы Земли), а плотность почти такая же, как у Земли (5,43 г/см3). Средняя скорость движения Меркурия по орбите — 47,9 км/с. Период обращения вокруг Солнца (меркурианский год) составляет около 88 суток, период вращения вокруг своей оси равен 58,6 суткам (меркурианские звездные сутки), продолжительность солнечных суток на Меркурии равна 176 земным суткам – двум меркурианским годам.

Поверхность Меркурия, подобно лунной, покрыта кратерами. Атмосфера очень разреженная. Меркурий обладает крупным железным ядром, являющимся источником магнитного поля, по своей совокупности составляющим 0,1 от земного. Температура на поверхности Меркурия колеблется от 90 до 700 К (−180…430 °C). Планета названа в честь бога римского пантеона Меркурия, аналога греческого Гермеса и Вавилонского Набу. Естественных спутников у планеты нет.

Венера — вторая по удаленности от Солнца планета, среднее расстояние от Солнца 0,72 а.е. (108,2 млн км). Средний радиус планеты составляет 6051 км, масса — 4,9 на 10 в 24 степени кг (0,82 массы Земли), средняя плотность 5,24 г/см3. Орбита Венеры очень близка к круговой. Средняя скорость движения Венеры по орбите — 34,99 км/с. Наклон орбиты к плоскости эклиптики равен 3,4°. Венера вращается вокруг своей оси, наклоненной к плоскости орбиты на 2°, с востока на запад – в направлении, противоположном направлению вращения большинства планет. Период обращения вокруг Солнца — 224,7 суток, период вращения вокруг своей оси равен 243 суткам, продолжительность солнечных суток на планете — 116,8 земных суток.

Венера не имеет естественных спутников. Атмосфера ее состоит в основном из углекислого газа (96 %) и азота (почти 4 %). Давление у поверхности достигает 93 атмосфер, температура — 737 К. Причиной столь высокой температуры на Венере является парниковый эффект, создаваемый плотной углекислотной атмосферой. Поверхность Венеры в основном равнинная, сложена базальтами, обнаружены следы вулканической деятельности, ударные кратеры. Планета состоит преимущественно из камня и металла. Планета получила свое название в честь Венеры, богини любви из римского пантеона.

Земля — третья от Солнца планета Солнечной системы, среднее расстояние от Солнца 1 а.е. (149,6 млн км), средний радиус 6371,160 км (экваториальный 6378, 160 км, полярный 6356,777 км), масса – 6 на 10 в 24 степени кг. Орбита Земли близка к окружности с радиусом около 384400 км. Средняя скорость движения Земли по орбите равна 29,765 км/с. Период обращения вокруг Солнца 365,3 суток, период вращения вокруг своей оси – 23 часа 56 минут (звездные сутки), период вращения относительно Солнца (средние солнечные сутки) 24 часа. Имеет естественный спутник — Луну.

Марс – четвертая планета от Солнца, среднее расстояние от Солнца составляет 1,5 а.е. (227,9 млн км). Минимальное расстояние от Марса до Земли составляет 55,75 млн км, максимальное — около 401 млн. км. Экваториальный радиус Марса равен 3396,9 км, масса 6,4 на10 в 23 степени кг (0,108 массы Земли), плотность 3,95 г/см3. Отклонение орбиты по отношению к эклиптике — 1,9°. Средняя скорость обращения вокруг Солнца ‑ 24,13 км/с. Марс обращается вокруг Солнца за 687 земных суток, период вращения вокруг своей оси — 24 часа 37 минут.

Разреженная атмосфера состоит в основном из углекислого газа, среднее давление у поверхности 0,006 атм. Марс преимущественно состоит из камня и металла. Поверхность Марса — пыле-песчаная пустыня с каменистыми россыпями, потухшими вулканами, ударными кратерами, ветвящимися каньонами типа высохших русел рек. Известны два спутника Марса — Фобос и Деймос. Планету Марс в древности назвали в честь бога войны за кроваво-красный цвет.

Юпитер — пятая по счету от Солнца, а также крупнейшая планета Солнечной системы, среднее расстояние от Солнца 5,2 а.е.(778 млн км), экваториальный радиус равен 71,4 тыс. км, полярный – около 67 тысяч км, масса 1,9 на 10 в 27 степени кг (317,8 массы Земли), средняя скорость обращения вокруг Солнца — 13,06 км/с. Наклон плоскости орбиты к плоскости эклиптики 1,3°. Расстояние Юпитера от Земли меняется в пределах от 188 до 967 млн. км. Полный оборот вокруг Солнца Юпитер совершает за 11,9 года, период вращения вокруг своей оси – 9 часов 45 минут (для полярной зоны) и 9 часов 50,5 минут для экваториальной зоны. Экватор наклонен к плоскости орбиты под углом 3°5′; из-за малости этого угла сезонные изменения на Юпитере выражены весьма слабо.

Юпитер представляет собой газо-жидкое тело, твердой поверхности не имеет. Атмосфера состоит на 89 % из водорода и на 11 % гелия и напоминает по химическому составу Солнце. Планету Юпитер опоясывают кольца, состоящие из совокупности сравнительно мелких каменных частиц размером от нескольких мкм до нескольких метров. Юпитер назван в честь царя римских богов.

У Юпитера есть 63 известных естественных спутника. Четыре наиболее крупных спутника — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — были открыты в 1610 году Галилео Галилеем. Пятый спутник — Юпитер V, открытый в 1892 году, —  самый близкий к планете, он удален от ее поверхности всего лишь на 2,54 экваториальных радиуса Юпитера. Все эти спутники движутся практически по круговым орбитам, плоскости которых совпадают с плоскостью экватора Юпитера.

К концу 1970‑х годов было известно о 13 спутниках Юпитера. В 1979 году американским космическим аппаратом «Вояджер‑1» были обнаружены еще три спутника. Начиная с 1999 года с помощью наземных телескопов нового поколения были открыты еще 47 спутников планеты, подавляющее большинство из которых имеют диаметр в 2-4 километра.

Сатурн —  шестая планета от Солнца и вторая по размерам планета в Солнечной системе после Юпитера. Среднее расстояние Сатурна от Солнца 9,54 а.е. (1,427 млрд км), средний экваториальный радиус около 60,3 тысяч км, полярный —  около 54 тысяч км, масса 5,68 на 10 в 26 степени кг (95,1 массы Земли). Средняя плотность Сатурна меньше плотности воды (около 0,7 г/см3). Период обращения вокруг Солнца 29,46 года, период вращения вокруг своей оси 10 часов 39 минут (экваториальные области вращаются на 5% быстрее полярных). Сатурн — наиболее сплющенная планета Солнечной системы.

Сатурн состоит на 93 % из водорода (по объему) и на 7 % —  из гелия и не имеет твердой поверхности. Относится к типу газовых планет и имеет систему колец. Кольца Сатурна –  концентрические образования различной яркости, как бы вложенные друг в друга, и образующие единую плоскую систему небольшой толщины, располагающуюся в экваториальной плоскости Сатурна. Километровой толщины кольца образованы из льда и пыли и состоят из бессчетного количества частиц разного размера: от 2,5 см до нескольких метров. Планета Сатурн была названа в честь греческого бога времени.

Известно уже 60 естественных спутников Сатурна, большая часть из которых обнаружены при помощи космических аппаратов. Большая часть спутников состоит из горных пород и льда. Крупнейший спутник — Титан, открытый в 1655 году Христианом Гюйгенсом, — по своей величине превосходит планету Меркурий. Диаметр Титана около 5200 км. Титан облетает вокруг Сатурна каждые 16 дней. Титан —  единственный спутник, обладающий очень плотной атмосферой, в 1,5 раза больше Земной, и состоящей в основном из 90% азота, с умеренным содержанием метана.

Уран —  седьмая от Солнца планета Солнечной системы. Планета была открыта в 1781 году английским астрономом Уильямом Гершелем и названа в честь греческого бога неба Урана. Среднее расстояние от Солнца 19,18 а.е. (2871 млн км), средний радиус 25560 км, масса 8,69 на 10 в 25 степени (14,54 массы Земли), средняя плотность — 1,27 г/см3. Орбитальная скорость —  от 6,49 до 7,11 км/с. Наклон орбиты к плоскости эклиптики (градусы) 0,8°. Период обращения вокруг Солнца 84 года, период вращения вокруг своей оси — около 17 часов 14 минут.

Планета Уран имеет небольшое твердое железно-каменное ядро, над которым сразу начинается плотная атмосфера. Атмосфера на Уране имеет толщину не менее 8000 км и состоит примерно из 83 % водорода, 15 % гелия и 2 % метана.

Подобно другим газовым планетам, Уран имеет кольца. Кольцевая система была обнаружена в 1977 году. Ученым известно 13 отдельных колец планеты. Большинство колец Урана непрозрачны, их ширина не больше нескольких километров. Кольца состоят в основном из макрочастиц — объектов диаметром от 20 сантиметров до 20 метров — и пыли.

У планеты Уран открыты 27 естественных спутников, из них пять крупных. Крупнейшие — Титания, диаметр около 1600 км, и Оберон, диаметром около 1550 км. Титания и Оберон были обнаружены Уильямом Гершелем 11 января 1787 года, через шесть лет после открытия им Урана. Большие спутники Урана на 50% состоят из водяного льда, на 20% — из углеродных и азотных соединений, на 30% — из разных соединений кремния (силикатов).

Нептун — восьмая планета от Солнца и четвертая по размеру среди планет. Нептун открыт в Берлинской обсерватории 23 сентября 1846 года немецким астрономом Иоганном Галле на основании предсказаний, сделанных независимо математиком Джоном Адамсом в Англии и астрономом Урбеном Леверрье во Франции. Их вычисления опирались на несоответствия между наблюдаемой и предсказанной орбитами Урана, что астрономы объяснили гравитационным возмущениям неизвестной планеты.

Среднее расстояние планеты Нептун от Солнца 30,1 а.е. (4497 млн км), средний радиус около 25 тысяч км, масса 1,02 на 10 в 26 степени кг (17,2 массы Земли), плотность 1,64 г/см3. Наклонение орбиты к плоскости эклиптики равно 1°46′. Период обращения вокруг Солнца 164,8 года, период вращения вокруг своей оси 16 часов 6 минут. Расстояние от Земли — от 4,3 до 4,6 млрд км. У Нептуна, как и у других планет-гигантов, нет твердой поверхности. Атмосфера Нептуна на 98–99 % состоит из водорода и гелия. В ней содержится также 1–2 % метана.

У Нептуна есть кольцевая система. Кольца Нептуна очень темны и строение их неизвестно. У Нептуна известно 13 спутников, крупнейший из них — Тритон.

В 1930 году американский астроном Клод Томбо нашел на негативах медленно движущийся звездообразный объект, который назвали новой, девятой планетой Плутоном – в честь древнеримского бога подземного царства.

Международный астрономический союз официально признал Плутон планетой в мае 1930 года. В тот момент предполагали, что его масса сравнима с массой Земли, но позже было установлено, что масса Плутона почти в 500 раз меньше земной, даже меньше массы Луны. Масса Плутона 1,2 на 10 в22 степени кг (0,22 массы Земли). Среднее расстояние Плутона от Солнца 39,44 а.е. (5,9 на 10 в12 степени км), радиус около 1,65 тысяч км. Период обращения вокруг Солнца 248,6 года, период вращения вокруг своей оси 6,4 суток. Состав Плутона предположительно включает в себя камень и лед; планета имеет тонкую атмосферу, состоящую из азота, метана и углеродной одноокиси. У Плутона есть три спутника: Харон, Гидра и Никта.

В конце XX и начале XXI веков во внешней части Солнечной системы было открыто множество объектов. Стало очевидным, что Плутон — лишь один из наиболее крупных известных до настоящего времени объектов пояса Койпера. Более того, по крайней мере один из объектов пояса – Эрида — является более крупным телом, чем Плутон и на 27% тяжелее его. В связи с этим возникла идея не рассматривать более Плутон как планету. 24 августа 2006 года на XXVI Генеральной ассамблее Международного астрономического союза (МАС) было принято решение впредь называть Плутон не «планетой», а «карликовой планетой».

На конференции было выработано новое определение планеты, согласно которому планетами считаются тела, вращающиеся вокруг звезды (и сами не являющиеся звездой), имеющие гидростатически равновесную форму и «расчистившие» область в районе своей орбиты от других, более мелких, объектов. Карликовыми планетами будут считаться объекты, вращающиеся вокруг звезды, имеющие гидростатически равновесную форму, но не «расчистившие» близлежащее пространство и не являющиеся спутниками. Планеты и карликовые планеты — это два разных класса объектов Солнечной системы. Все прочие объекты, вращающиеся вокруг Солнца и не являющиеся спутниками, будут называться малыми телами Солнечной системы.

Таким образом, с 2006 года в Солнечной системе стало восемь планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Международным астрономическим союзом официально признаны пять карликовых планет: Церера, Плутон, Хаумеа, Макемаке, Эрида.

11 июня 2008 года МАС объявил о введении понятия «плутоид». Плутоидами решено называть небесные тела, обращающиеся вокруг Солнца по орбите, радиус которой больше радиуса орбиты Нептуна, масса которых достаточна, чтобы гравитационные силы придавали им почти сферическую форму, и которые не расчищают пространство вокруг своей орбиты (то есть, вокруг них обращается множество мелких объектов).

Поскольку для таких далеких объектов, как плутоиды, определить форму и тем самым отношение к классу карликовых планет пока затруднительно, ученые рекомендовали временно относить к плутоидам все объекты, абсолютная астероидная величина которых (блеск с расстояния в одну астрономическую единицу) ярче +1. Если позднее выяснится, что отнесенный к плутоидам объект карликовой планетой не является, его этого статуса лишат, хотя присвоенное имя оставят. К плутоидам были отнесены карликовые планеты Плутон и Эрида. В июле 2008 года в эту категорию был включен Макемаке. 17 сентября 2008 в список добавили Хаумеа.

Материал подготовлен на основе информации открытых источников

Тест с ответами Планеты Солнечной системы (Что образуют Солнце и планеты …)

Рубрика: Астрономия

 

(правильные ответы отмечены плюсом)

1. Что образуют Солнце и планеты вокруг него:
а) Солнечную систему +
б) галактику
в) Вселенную

2. Какой по счёту планетой по мере удаления от солнца является Земля:
а) второй
б) третьей +
в) четвертой

3. Какая планета Солнечной системы самая маленькая:
а) Юпитер
б) Земля
в) Меркурий +

4. Какой космонавт первым высадился на Луну:
а) Армстронг +
б) Титов
в) Леонов

5. У какой планеты Солнечной системы нет кольца:
а) Уран
б) Юпитер
в) Марс +

6. Какая планета имеет самую большую массу:
а) Нептун
б) Юпитер +
в) Сатурн

7. Небесное тело, обращающее вокруг Солнца:
а) метеорит
б) спутник
в) планета +

8. Самая яркая планета Солнечной системы:
а) Венера +
б) Марс
в) Уран

9. «Хвостатые» небесные тела:
а) планеты
б) астероиды
в) кометы +

10. Центральное место в Солнечной системе занимает:
а) Земля
б) Солнце +
в) Юпитер

11. Планеты Солнечной системы изучают:
а) астрономы
б) астрологи
в) физики

12. Самая близкая звезда к планете Земля:
а) Антарес
б) Солнце +
в) Полярная звезда

13. Сколько планет в солнечной системе:
а) 8 +
б) 9
в) 10

14. Какая планета четвёртая от солнца:
а) Земля
б) Венера
в) Марс +

15. Смена дня и ночи является следствием:
а) осевого движения Земли +
б) осевого движения Солнца
в) орбитального движения Земли

16. Смена времён года является следствием:
а) орбитального движения Солнца
б) орбитального движения Земли +
в) осевого движения Земли

17. Дата зимнего солнцестояния:
а) 22 января
б) 23 декабря
в) 22 декабря +

18. Чем является Луна:
а) кометой
б) спутником +
в) планетой

19. Время движения Земли вокруг своей оси:
а) 365 дней
б) 30 дней
в) 24 часа +

20. За какое время Земля вращается вокруг Солнца:
а) сутки
б) год +
в) неделя

21. На какой планете будет самая высокая температура поверхности:
а) на Венере +
б) на Земле
в) на Уране

22. Планета, у которой есть кольцо:
а) Меркурий
б) Сатурн +
в) Марс

23. Планета, у которой есть кольцо:
а) Земля
б) Марс
в) Уран +

24. Планета, у которой есть кольцо:
а) Земля
б) Нептун +
в) Меркурий

25. Планетой земной группы является:
а) Сатурн
б) Юпитер
в) Венера +

26. Самая большая планета в земной группе:
а) Марс
б) Земля +
в) Венера

27. Температура Венеры составляет:
а) + 460°С +
б) + 360°С
в) + 260°С

28. В честь римской богини любви и красоты была названа планета:
а) Земля
б) Юпитер
в) Венера +

29. В 1781 г. В. Гершелем была открыта эта планета:
а) Уран +
б) Плутон
в) Юпитер

30. Рекордное число спутников имеет:
а) Уран
б) Юпитер +
в) Нептун

 

 

 

 

Формирование нашей Солнечной системы

Солнце и планеты образовались вместе 4,6 миллиарда лет назад из облака газа и пыли, названного солнечной туманностью. Ударная волна от взрыва близкой сверхновой, вероятно, инициировала коллапс солнечной туманности. Солнце образовалось в центре, а планеты образовали тонкий диск, вращающийся вокруг него. Подобным образом образовались луны, вращающиеся вокруг планет газовых гигантов. Кометы сконденсировались во внешних областях Солнечной системы, и многие из них были выброшены на большие расстояния в результате близких гравитационных столкновений с планетами-гигантами.После того, как Солнце загорелось, сильный солнечный ветер очистил систему от газа и пыли. Астероиды представляют собой оставшиеся каменистые обломки.

Размеры и масштабы времени Солнечной системы

Земля вращается вокруг Солнца на расстоянии 150 миллионов километров (93 миллиона миль).

Орбиты планет почти круглые, и их размер от одной трети до 30 раз превышает размер орбиты Земли.

Меркурий, самая внутренняя планета, обращается вокруг Солнца примерно за три месяца, а Нептун — за 165 лет.

Солнце содержит около 99,9% всей массы Солнечной системы.

Медленно вращающаяся солнечная туманность коллапсировала под действием собственной силы тяжести, образуя быстро вращающийся диск с Солнцем в центре.Столкновения газа и пыли внутри диска концентрировали материал в тонкой плоскости.

Внутренняя часть солнечной туманности была горячей, позволяя конденсироваться только скалистому веществу.Здесь образовались скалистые планеты земной группы. Газы и лед могли конденсироваться в более холодных внешних регионах, где образовывались газовые планеты-гиганты и их ледяные луны.

Маленькие тела сталкивались и слипались, медленно создавая планеты земной группы.Такая аккреция также создавала ядра газовых гигантов, пока они не стали достаточно массивными, чтобы их сила тяжести могла захватывать обильные газы.

Планеты земной группы, а также более крупные луны и астероиды имеют сферические слои, созданные в результате плавления и дифференциации.Более тяжелые элементы опускались к центру, образуя богатые железом ядра. Более легкие материалы поднимались вверх, чтобы сформировать внешние скальные слои.

в глубину | Наша Солнечная система — NASA Solar System Exploration

Введение

Планетная система, которую мы называем домом, расположена во внешнем спиральном рукаве галактики Млечный Путь.

Наша солнечная система состоит из нашей звезды, Солнца и всего, что связано с ним гравитацией — планет Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, карликовых планет, таких как Плутон, десятков лун и миллионов астероиды, кометы и метеороиды.

За пределами нашей солнечной системы на ночном небе больше планет, чем звезд. На данный момент мы обнаружили тысячи планетных систем, вращающихся вокруг других звезд в Млечном Пути, и все время находят новые планеты.Считается, что у большинства из сотен миллиардов звезд в нашей галактике есть собственные планеты, а Млечный Путь — всего лишь одна из 100 миллиардов галактик во Вселенной.

Хотя наша планета в некотором роде всего лишь частичка в огромном космосе, у нас много компаний. Кажется, что мы живем во вселенной, заполненной планетами — паутине из бесчисленных звезд, сопровождаемых целыми группами объектов, возможно, в некоторых из которых есть собственная жизнь.

Размер и расстояние

Размер и расстояние

Наша солнечная система простирается намного дальше восьми планет, вращающихся вокруг Солнца.Солнечная система также включает пояс Койпера, который находится за орбитой Нептуна. Это редко заселенное кольцо ледяных тел, почти все меньше самого популярного объекта пояса Койпера, карликовой планеты Плутон.

Плутон почти заполняет кадр на этом изображении, полученном с помощью дальномерного разведывательного тепловизора (LORRI) на борту космического корабля НАСА New Horizons, сделанного 13 июля 2015 года, когда космический корабль находился на расстоянии 476 000 миль (768 000 километров) от поверхности. Кредит изображения: НАСА / JHUAPL / SWRI

А за краями пояса Койпера находится Облако Оорта.Эта гигантская сферическая оболочка окружает нашу солнечную систему. Его никогда не наблюдали напрямую, но его существование предсказано на основе математических моделей и наблюдений за кометами, которые, вероятно, происходят там.

Облако Оорта состоит из ледяных обломков космического мусора размером с горы, а иногда и больше, которые вращаются вокруг нашего Солнца на расстоянии 1,6 световых лет от нас. Эта материальная оболочка толстая, от 5000 до 100000 астрономических единиц. Одна астрономическая единица (или а.е.) — это расстояние от Солнца до Земли, или около 93 миллионов миль (150 миллионов километров).Облако Оорта — это граница гравитационного воздействия Солнца, где вращающиеся объекты могут развернуться и вернуться ближе к нашему Солнцу.

Гелиосфера Солнца не так далеко простирается. Гелиосфера — это пузырь, созданный солнечным ветром — поток электрически заряженного газа, дующий от Солнца во всех направлениях. Граница, на которой солнечный ветер резко замедляется давлением межзвездных газов, называется конечной ударной волной. Этот край находится в диапазоне 80–100 астрономических единиц.

Два космических корабля НАСА, запущенных в 1977 году, преодолели ударную волну: «Вояджер-1» в 2004 г. и «Вояджер-2» в 2007 г. Но пройдет много тысяч лет, прежде чем два космических корабля «Вояджер» выйдут из Облака Оорта. Формирование

Формация

Наша солнечная система сформировалась около 4,5 миллиардов лет назад из плотного облака межзвездного газа и пыли. Облако схлопнулось, возможно, из-за ударной волны близлежащей взорвавшейся звезды, названной сверхновой. Когда это облако пыли схлопнулось, оно образовало солнечную туманность — вращающийся кружащийся диск материала.

В центре гравитация втягивала все больше и больше материала. В конце концов давление в ядре стало настолько большим, что атомы водорода начали объединяться и образовывать гелий, высвобождая огромное количество энергии. Так родилось наше Солнце, которое в конечном итоге собрало более 99 процентов доступной материи.

Материя дальше по диску также собиралась вместе. Эти комки врезались друг в друга, образуя все более крупные объекты. Некоторые из них стали достаточно большими, чтобы их сила тяжести превратила их в сферы, превратившись в планеты, карликовые планеты и большие луны.В других случаях планеты не образовывались: пояс астероидов состоит из кусочков ранней солнечной системы, которые никогда не могли полностью объединиться в планету. Другими более мелкими остатками стали астероиды, кометы, метеороиды и маленькие спутники неправильной формы.

Состав

Конструкция

Порядок и расположение планет и других тел в нашей солнечной системе обусловлены способом ее образования. Ближе к Солнцу только скалистый материал мог выдерживать высокую температуру, когда Солнечная система была молодой.По этой причине первые четыре планеты — Меркурий, Венера, Земля и Марс — являются планетами земной группы. Они маленькие, с твердыми каменистыми поверхностями.

Между тем, материалы, которые мы привыкли видеть в виде льда, жидкости или газа, осели во внешних областях молодой Солнечной системы. Гравитация соединила эти материалы, и именно там мы находим газовых гигантов Юпитер и Сатурн, а также ледяных гигантов Уран и Нептун.

Потенциал для жизни

Жизненный потенциал

Наша солнечная система — единственное известное нам место, где есть жизнь, но чем дальше мы исследуем, тем больше мы находим потенциал для жизни в других местах.Как спутник Юпитера Европа, так и спутник Сатурна Энцелад имеют глобальные океаны с соленой водой под толстыми ледяными оболочками.

Луны

Луны

В нашей солнечной системе более 150 известных спутников и еще несколько ожидают подтверждения открытия. Из восьми планет Меркурий и Венера — единственные, у которых нет лун. Планеты-гиганты захватывают больше всего лун. Юпитер и Сатурн долгое время возглавляли число лун в нашей Солнечной системе. В некотором смысле рои лун вокруг этих миров напоминают миниатюрные версии нашей солнечной системы.Плутон, который меньше нашей Луны, имеет пять спутников на своей орбите, включая Харон, спутник настолько большой, что заставляет Плутон колебаться. Даже крошечные астероиды могут иметь луны. В 2017 году ученые обнаружили на астероиде 3122 Флоренс два крошечных спутника.

Эти шесть узкоугольных цветных изображений были сделаны с первого в истории «портрета» Солнечной системы, сделанного «Вояджером-1», который находился более чем в 4 миллиардах миль от Земли и примерно на 32 градуса выше эклиптики. Изображение предоставлено: NASA Planetary Photojournal

Как образовалась Солнечная система?

Примерно 4.5 миллиардов лет назад гравитация стянула облако пыли и газа вместе, чтобы сформировать нашу Солнечную систему. Хотя ученые не уверены в точной природе этого процесса, наблюдения молодых звездных систем в сочетании с компьютерным моделированием позволили им разработать три модели того, что могло произойти много лет назад.

Рождение солнца

Огромное скопление межзвездного газа и пыли создало молекулярное облако, которое должно было сформировать место рождения Солнца. Низкие температуры заставляли газ слипаться, становясь все плотнее.Самые плотные части облака начали коллапсировать под действием собственной гравитации, образуя множество молодых звездных объектов, известных как протозвезды. Гравитация продолжала сжимать материал на младенческий объект, создавая звезду и диск материала, из которого должны были образоваться планеты. Когда начался термоядерный синтез, звезда начала порождать звездный ветер, который помог убрать обломки и не позволил им упасть внутрь.

Хотя газ и пыль окутывают молодые звезды в видимом диапазоне длин волн, инфракрасные телескопы исследовали многие облака Галактики Млечный Путь, чтобы выявить естественное окружение других звезд.Ученые применили то, что они видели в других системах, к нашей собственной звезде.

После образования Солнца массивный диск из материала окружал его около 100 миллионов лет. Это может показаться более чем достаточным для формирования планет, но с астрономической точки зрения это мгновение ока. Поскольку новорожденное солнце нагревает диск, газ быстро испаряется, давая новорожденным планетам и спутникам лишь короткое время, чтобы собрать его.

Модели образования

Ученые разработали три разные модели, чтобы объяснить, как могли формироваться планеты в солнечной системе и вне ее.Первая и наиболее широко принятая модель, аккреция ядра, хорошо работает с образованием скалистых планет земной группы, но имеет проблемы с планетами-гигантами. Второе, образование гальки, могло позволить планетам быстро формироваться из мельчайших материалов. Третий метод — метод нестабильности диска — может объяснить образование планет-гигантов.

Модель аккреции ядра

Примерно 4,6 миллиарда лет назад Солнечная система представляла собой облако пыли и газа, известное как солнечная туманность.Гравитация сжала вещество на себя, когда оно начало вращаться, образуя Солнце в центре туманности.

С восходом солнца оставшийся материал начал слипаться. Маленькие частицы собирались вместе, связанные силой тяжести, в более крупные частицы. Солнечный ветер унес более легкие элементы, такие как водород и гелий, из более близких областей, оставив только тяжелые скалистые материалы для создания земных миров. Но дальше солнечные ветры меньше влияли на более легкие элементы, позволяя им объединяться в газовых гигантов.Таким образом были созданы астероиды, кометы, планеты и луны.

Некоторые наблюдения экзопланет, кажется, подтверждают аккрецию ядра как доминирующий процесс формирования. Звезды с большим количеством «металлов» — термин, который астрономы используют для обозначения других элементов, помимо водорода и гелия — в их ядрах, имеют больше планет-гигантов, чем их бедные металлами собратья. По данным НАСА, аккреция ядра предполагает, что маленькие каменистые миры должны встречаться чаще, чем более массивные газовые гиганты.

Открытие в 2005 году планеты-гиганта с массивным ядром, вращающейся вокруг звезды, похожей на Солнце HD 149026, является примером экзопланеты, которая способствовала усилению аргументов в пользу аккреции ядра.

«Это подтверждение основной теории аккреции для формирования планет и свидетельство того, что планет такого типа должно существовать в изобилии», — сказал Грег Генри в пресс-релизе. Генри, астроном из Университета штата Теннесси в Нэшвилле, обнаружил затемнение звезды.

В 2017 году Европейское космическое агентство планирует запустить исследуемый спутник ExOPlanet (CHEOPS), который будет изучать экзопланеты размером от суперземли до Нептуна. Изучение этих далеких миров может помочь определить, как формировались планеты Солнечной системы.

«В сценарии аккреции ядра ядро ​​планеты должно достичь критической массы, прежде чем оно сможет бесконтрольно аккрецировать газ», — заявила команда CHEOPS. «Эта критическая масса зависит от многих физических переменных, среди которых наиболее важной является скорость аккреции планетезималей».

Изучая, как растущие планеты срастаются с материалом, CHEOPS дает представление о том, как растут миры.

Модель дисковой нестабильности

Но потребность в быстром образовании гигантских газовых планет является одной из проблем аккреции ядра.Согласно моделям, этот процесс занимает несколько миллионов лет, дольше, чем легкие газы были доступны в ранней Солнечной системе. В то же время модель аккреции ядра сталкивается с проблемой миграции, поскольку молодые планеты, вероятно, за короткое время повернутся к Солнцу по спирали.

«Гигантские планеты формируются очень быстро, за несколько миллионов лет», — сказал Space.com Кевин Уолш, исследователь из Юго-Западного исследовательского института (SwRI) в Боулдере, штат Колорадо. «Это создает ограничение по времени, потому что газовый диск вокруг Солнца существует всего 4-5 миллионов лет.»

Согласно относительно новой теории, нестабильность диска, сгустки пыли и газа связаны вместе на ранних этапах жизни Солнечной системы. Со временем эти сгустки медленно сжимаются в гигантскую планету. Эти планеты могут формироваться быстрее, чем их ядро. конкурентов по аккреции, иногда всего за 1000 лет, что позволяет им улавливать быстро исчезающие более легкие газы. Они также быстро достигают стабилизирующей орбиту массы, которая не дает им маршировать смертью к Солнцу.

Пока ученые продолжают изучать планеты внутри Солнечной системы, а также вокруг других звезд они лучше поймут, как образовались газовые гиганты.

Галька

Самая большая проблема для аккреции ядра — это время — создание массивных газовых гигантов достаточно быстро, чтобы захватить более легкие компоненты их атмосферы. Недавние исследования показали, как более мелкие объекты размером с гальку сливаются вместе, образуя планеты-гиганты, в 1000 раз быстрее, чем предыдущие исследования.

«Это первая известная нам модель, в которой вы начинаете с довольно простой структуры солнечной туманности, из которой формируются планеты, и заканчиваете системой планет-гигантов, которую мы видим», — говорит ведущий автор исследования Гарольд Левисон. астроном из SwRI сказал Space.com в 2015 году.

В 2012 году исследователи Мишель Ламбрехтс и Андерс Йохансен из Лундского университета в Швеции предположили, что крошечные камешки, однажды списанные, являются ключом к быстрому построению планет-гигантов.

«Они показали, что остатки гальки от этого процесса формирования, которые ранее считались неважными, на самом деле могут стать огромным решением проблемы формирования планет», — сказал Левисон.

Левисон и его команда основали это исследование, чтобы более точно смоделировать, как крошечные камешки могут образовывать планеты, наблюдаемые сегодня в галактике.В то время как в предыдущих симуляциях и большие, и средние объекты потребляли своих собратьев размером с гальку с относительно постоянной скоростью, симуляции Левисона показывают, что более крупные объекты действовали больше как хулиганы, вырывая камешки из средних масс, чтобы расти гораздо быстрее. темп.

«Более крупные объекты теперь имеют тенденцию разбрасывать более мелкие в большей степени, чем более мелкие разбрасывают их обратно, поэтому в конечном итоге более мелкие оказываются разбросанными из галечного диска», — сказала Space соавтор исследования Кэтрин Кретке, также из SwRI .com. «Более крупный парень в основном издевается над меньшим, чтобы они могли сами съесть всю гальку, и они могли продолжать расти, чтобы сформировать ядра планет-гигантов».

Хорошая модель

Первоначально ученые думали, что планеты образовались в той же части солнечной системы, в которой они живут сегодня. Открытие экзопланет потрясло мир, показав, что по крайней мере некоторые из самых массивных объектов могут мигрировать.

В 2005 году в трех статьях, опубликованных в журнале Nature, было высказано предположение, что планеты-гиганты были связаны по почти круговым орбитам, гораздо более компактным, чем сегодня.Их окружал большой диск из камней и льда, простирающийся примерно в 35 раз больше расстояния между Землей и Солнцем, сразу за пределами нынешней орбиты Нептуна. Они назвали эту модель Ниццей в честь города во Франции, где они впервые обсуждали ее.

Поскольку планеты взаимодействуют с более мелкими телами, они рассеивают большинство из них к Солнцу. Процесс заставил их обмениваться энергией с объектами, отправляя Сатурн, Нептун и Уран дальше в солнечную систему. В конце концов маленькие объекты достигли Юпитера, который отправил их к краю Солнечной системы или полностью покинуть ее.

Движение между Юпитером и Сатурном вывело Уран и Нептун на еще более эксцентричные орбиты, отправив пару через оставшийся диск льдов. Часть материала была брошена внутрь, где он врезался в планеты земной группы во время поздней тяжелой бомбардировки. Другой материал был выброшен наружу, создав пояс Койпера.

Медленно двигаясь наружу, Нептун и Уран поменялись местами. В конце концов, взаимодействие с оставшимися обломками заставило пару сесть на более круговые пути, когда они достигли своего текущего расстояния от Солнца.

Попутно возможно, что одна или даже две другие планеты-гиганты были вытеснены из системы. Астроном Дэвид Несворни из SwRI смоделировал раннюю солнечную систему в поисках ключей, которые могли бы привести к пониманию ее ранней истории.

«Раньше Солнечная система была совсем другой, и многие другие планеты, возможно, такие же массивные, как Нептун, формировались и рассеивались в разных местах», — сказал Несворни Space.com.

Собиратели воды

Солнечная система не сделала этого. Не завершайте процесс его формирования после того, как сформировались планеты.Земля выделяется среди планет из-за высокого содержания воды, которое, как подозревают многие ученые, способствовало эволюции жизни. Но нынешнее местоположение планеты было слишком теплым, чтобы она могла собирать воду в ранней солнечной системе, что позволяет предположить, что животворная жидкость могла быть доставлена ​​после того, как она выросла.

Но ученые до сих пор не знают источник этой воды. Первоначально они подозревали кометы, но несколько миссий, в том числе шесть, пролетевших мимо кометы Галлея в 1980-х годах, и более поздний спутник Европейского космического агентства Rosetta, показали, что состав ледяного материала на окраинах Солнечной системы не совсем соответствует Земли.

Пояс астероидов — еще один потенциальный источник воды. Несколько метеоритов показали признаки изменений, изменений, произошедших в начале их жизни, которые намекают на то, что вода в той или иной форме взаимодействовала с их поверхностью. Удары метеоритов могут стать еще одним источником воды для планеты.

Недавно некоторые ученые поставили под сомнение представление о том, что ранняя Земля была слишком горячей для сбора воды. Они утверждают, что, если бы планета сформировалась достаточно быстро, она могла бы собрать необходимую воду из ледяных зерен, прежде чем они испарились.

Пока Земля удерживала свою воду, Венера и Марс, вероятно, подверглись воздействию важной жидкости примерно таким же образом. Однако повышение температуры на Венере и испаряющаяся атмосфера на Марсе не позволили им удерживать воду, что привело к появлению сухих планет, которые мы знаем сегодня.

Как зародилась наша солнечная система

Горячий скалистый материал недалеко от центра Солнечной системы был превращен в планеты земной группы с металлическими ядрами: Меркурий, Венеру, Землю и Марс.

А на холодных краях родились газовые и ледяные гиганты: Сатурн, Юпитер, Нептун и Уран.

Пояс астероидов

Камни, ускользнувшие от притяжения планет, остались в виде астероидов, разбросанных по Солнечной системе без постоянного пристанища.

Многие из этих камней вращаются вокруг Солнца в области между Марсом и Юпитером, известной как пояс астероидов. Они могут быть очень большими — самая большая, Церера, имеет диаметр почти 600 миль.

Грегори говорит: «Астероиды — это каменистые обломки, оставшиеся со времен образования планет, 4.5 миллиардов лет назад.

«Они очень ценны для нас как ученых, потому что они содержат материал, из которого изначально были сделаны Земля и другие планеты, замороженный во времени. Изучение этих горных пород может многое рассказать нам о том, какими были условия в диске, когда планеты еще формировались ».

Первые твердые тела

Многие астероиды в Солнечной системе в самом начале своей истории таяли, образуя железное ядро ​​и каменистую мантию. Во время плавления более тяжелый материал, металл, опускается к центру, в то время как более легкая порода всплывает, образуя корку.

Тела, которые не расплавились, представляют собой тип метеоритов, известных как хондриты — осадочные породы, образовавшиеся в ранней солнечной туманности.

Поскольку они не плавились, они представляют собой нетронутые образцы исходных твердых тел, которые образовались в охлаждающем протопланетном диске. Для ученых это одни из самых ценных оставшихся у нас материалов.

Они также являются наиболее распространенным типом метеоритов, падающих на Землю.

Грегори, чьи исследования сосредоточены на этих породах, говорит: «Хондриты содержат первые твердые тела, которые образовались в Солнечной системе.Анализируя их, мы можем выяснить, сколько лет Солнечной системе.

‘Мы можем распознать путь за 4,5 миллиарда лет от солнечной туманности до протопланетного диска и солнечной системы, которую мы видим сегодня.

‘Земля образовалась из этой туманности, поэтому наше путешествие по ее пониманию также является путешествием к самопознанию. Это позволяет нам понять наш собственный дом в космосе ».

Как образовалась Солнечная система?

Астрономы и геологи владеют несколькими методами определения возраста Земли и, следовательно, возраста Солнечной системы.Из радиометрического датирования горных пород, который измеряет известные скорости распада радиоактивных элементов, мы знаем, что Земле и Солнечной системе примерно 4,6 миллиарда лет. Однако это знание исходит не из земных пород, самым старым из которых около 3,9 миллиарда лет. (Земные породы постоянно подвергаются сильной эрозии — из-за тектоники плит и вулканизма, из-за чего самые старые породы на Земле чрезвычайно трудно найти.)

Вместо этого метеориты — глыбы астероидов, Луны и Марса — делают датировку Солнечной системы более точной.Эти тела остались в более первозданном виде. Самым старым из них, датированным радиометрическим методом, 4,6 миллиарда лет, поэтому сама Солнечная система должна была сформироваться примерно в это время.

Хотя многие идеи в астрономии радикально изменились с течением времени, представление о том, как образовалась солнечная система, мало изменилось за последние 250 лет. В 1755 году немецкий философ Иммануил Кант впервые предложил небулярную гипотезу, в которой огромное материальное облако, солнечная туманность, предшествовало Солнцу и планетам.

---

Принесите вселенную к вашей двери. Мы рады объявить о новой коробке подписки журнала Astronomy Space and Beyond — ежеквартальном приключении, в каждой коробке которого есть коллекция на тему астрономии. Подробнее >>.

---

В 1796 году французский астроном Пьер Симон Лаплас выдвинул аналогичную теорию. Хотя он не мог использовать подтверждающие данные наблюдений за глубоким космосом, Кант предположил, что солнечная туманность была частью гораздо более крупного облака газа и пыли, которое упало под действием собственной гравитации и начало вращаться.Это гравитационное сжатие привело к образованию планет, как газообразных, так и каменистых. Хотя объем знаний о том, как это произошло, значительно расширился со времен Канта, основная идея осталась прежней, и она была подтверждена повторяющимися отрывками свидетельств.

Астрономы теперь знают, когда молекулярное облако Солнечной системы начало коллапсировать, его диаметр составлял 100 астрономических единиц (1 астрономическая единица — это среднее расстояние между Солнцем и Землей), а его масса примерно в два или три раза превышала массу Солнца.Гравитационный коллапс облака мог начаться из-за вспышки ближайшей сверхновой звезды и возникшей в результате волны давления.

Формирование Солнечной системы

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Опишите ограничения движения, химического состава и возраста, которым должна соответствовать любая теория формирования солнечной системы
• Обобщите физические и химические изменения во время стадии формирования солнечной туманности Солнечной системы
• Объясните процесс образования планет земной группы и планет-гигантов
• Опишите основные события дальнейшей эволюции Солнечной системы

Как мы уже видели, комет , астероидов и метеориты являются уцелевшими остатками процессов, сформировавших Солнечную систему.Планеты, луны и Солнце, конечно же, также являются продуктами процесса формирования, хотя материал в них претерпел множество изменений. Теперь мы готовы собрать информацию обо всех этих объектах, чтобы обсудить, что известно о происхождении Солнечной системы.

Ограничения наблюдений

Есть определенные основные свойства планетной системы, которые должна объяснять любая теория ее образования. Их можно разделить на три категории: ограничения движения, химические ограничения и возрастные ограничения.Мы называем их ограничениями , потому что они накладывают ограничения на наши теории; Если теория не может объяснить наблюдаемые факты, она не выживет на конкурентном рынке идей, который характеризует стремление науки. Давайте рассмотрим эти ограничения по порядку.

Движение в солнечной системе имеет много закономерностей. Мы видели, что все планеты вращаются вокруг Солнца в одном направлении и примерно в плоскости собственного вращения Солнца. Кроме того, большинство планет вращаются в том же направлении, что и они, и большинство лун также движутся по орбитам против часовой стрелки (если смотреть с севера).За исключением комет и других транснептуновых объектов, движения элементов системы определяют форму диска или фрисби. Тем не менее, полная теория также должна быть подготовлена, чтобы иметь дело с исключениями из этих тенденций, такими как ретроградное вращение на , (не вращение) Венеры.

В области химии мы видели, что Юпитер и Сатурн имеют примерно одинаковый состав — преобладают водород и гелий. Это две самые большие планеты, обладающие достаточной силой тяжести, чтобы удерживать любой газ, присутствующий в момент и где они образовались; таким образом, мы могли бы ожидать, что они будут представлять исходный материал, из которого сформировалась Солнечная система.Каждому из других членов планетной системы в той или иной степени недостает элементов света. Тщательное изучение состава твердых объектов Солнечной системы показывает поразительный прогресс от богатых металлами внутренних планет через те, которые состоят преимущественно из скалистых материалов, к объектам с преобладанием льда во внешней Солнечной системе. Кометы в облаке Оорта и транснептуновые объекты в поясе Койпера также являются ледяными объектами, тогда как астероиды представляют собой переходный скалистый состав с большим количеством темного, богатого углеродом материала.

Как мы видели в «Других мирах: введение в Солнечную систему», этот общий химический образец можно интерпретировать как температурную последовательность: горячая около Солнца и более холодная по мере того, как мы движемся наружу. Во внутренних частях системы обычно отсутствуют те материалы, которые не могут конденсироваться (образовывать твердое тело) при высоких температурах вблизи Солнца. Однако есть (опять же) важные исключения из общей картины. Например, трудно объяснить присутствие воды на Земле и Марсе, если эти планеты сформировались в регионе, где температура была слишком высокой для того, чтобы лед мог конденсироваться, если только лед или вода не были принесены позже из более прохладных регионов.Ярким примером является наблюдение, что и на Меркурии, и на Луне есть полярные отложения льда; они почти наверняка формируются и поддерживаются случайными ударами комет.

Что касается возраста, мы обсуждали, что радиоактивное датирование показывает, что некоторые породы на поверхности Земли присутствовали по крайней мере 3,8 миллиарда лет, а возраст некоторых лунных образцов — 4,4 миллиарда лет. Все примитивные метеориты имеют радиоактивный возраст около 4,5 миллиардов лет. Возраст этих неизменных строительных блоков считается возрастом планетной системы.Сходство измеренных возрастов говорит нам о том, что планеты сформировались и их кора остыла в течение нескольких десятков миллионов лет (самое большее) от начала солнечной системы. Кроме того, подробное изучение примитивных метеоритов показывает, что они сделаны в основном из материала, который конденсировался или коагулировался из горячего газа; несколько идентифицируемых фрагментов, похоже, сохранились до этой стадии горячего пара 4,5 миллиарда лет назад.

Солнечная туманность

Все вышеперечисленные ограничения согласуются с общей идеей, представленной в «Других мирах: введение в Солнечную систему», о том, что Солнечная система сформирована 4.5 миллиардов лет назад из вращающегося облака пара и пыли, которое мы называем солнечной туманностью , с первоначальным составом, аналогичным нынешнему Солнцу. Когда солнечная туманность схлопывалась под действием собственной силы тяжести, материал падал к центру, где все становилось все более и более концентрированным и горячим. Повышение температуры сжимающейся туманности привело к испарению большей части твердого вещества, которое изначально присутствовало.

В то же время схлопывающаяся туманность начала вращаться быстрее благодаря сохранению углового момента (см. Главы «Орбиты и гравитация» и «Земля, Луна и Небо»).Подобно фигуристке, тянущей руки, чтобы вращаться быстрее, сжимающееся облако со временем закрутилось быстрее. А теперь подумайте о том, как вращается круглый предмет. Ближе к полюсам скорость вращения низкая, и она увеличивается по мере приближения к экватору. Таким же образом около полюсов туманности, где орбиты были медленными, вещество туманности попадало прямо в центр. С другой стороны, более быстро движущийся материал сжался в плоский диск, вращающийся вокруг центрального объекта (рис. 1). Существование этой вращающейся туманности в форме диска объясняет первичные движения в Солнечной системе, которые мы обсуждали в предыдущем разделе.А поскольку они образовались из вращающегося диска, все планеты вращаются по орбите одинаково.

Рисунок 1: Этапы формирования Солнечной системы . На этой иллюстрации показаны этапы формирования Солнечной системы из солнечной туманности. По мере того как туманность сжимается, ее вращение заставляет ее превращаться в диск. Большая часть материала сосредоточена в горячем центре, который в конечном итоге станет звездой. Вдали от центра твердые частицы могут конденсироваться по мере охлаждения туманности, давая начало планетезималиям, строительным блокам планет и лун.

Представьте себе солнечную туманность в конце фазы коллапса, когда она была самой горячей. Поскольку больше не было гравитационной энергии (падающего внутрь материала), которая могла бы нагреть ее, большая часть туманности начала остывать. Однако материал в центре, где он был наиболее горячим и многолюдным, образовал звезду , которая поддерживала высокие температуры в непосредственной близости от нее, производя собственную энергию. Турбулентные движения и магнитные поля внутри диска могут истощить угловой момент, лишив материал диска части его вращения.Это позволило некоторому материалу продолжать падать в растущую звезду, в то время как остальная часть диска постепенно стабилизировалась.

Температура внутри диска снижалась с увеличением расстояния от Солнца, так же, как температура планет меняется в зависимости от положения сегодня. Когда диск охладился, газы химически взаимодействовали с образованием соединений; в конечном итоге эти соединения конденсировались в жидкие капли или твердые зерна. Это похоже на процесс, при котором капли дождя на Земле конденсируются из влажного воздуха, когда он поднимается над горой.

Давайте более подробно рассмотрим, как материал конденсируется в разных местах диска созревания (рис. 2). Первыми материалами, образовавшими твердые зерна, были металлы и различные породообразующие силикаты. Когда температура упала, к ним на большей части солнечной туманности присоединились соединения серы, а также силикаты, богатые углеродом и водой, которые сейчас в изобилии встречаются среди астероидов. Однако во внутренних частях диска температура никогда не опускалась настолько низко, чтобы конденсироваться такие материалы, как лед или углеродсодержащие органические соединения, поэтому их не хватало на самых внутренних планетах.

Рисунок 2: Последовательность химической конденсации в солнечной туманности . Шкала внизу показывает температуру; Выше представлены материалы, которые конденсируются при каждой температуре в условиях, которые, как ожидается, будут преобладать в туманности.

Вдали от Солнца более низкие температуры позволили кислороду соединиться с водородом и конденсироваться в виде водяного (H ₂ O) льда. За пределами орбиты Сатурна углерод и азот соединяются с водородом, образуя льды, такие как метан (CH ₄ ) и аммиак (NH ₃ ).Эта последовательность событий объясняет основные различия в химическом составе различных регионов Солнечной системы.

Пример 1: Вращение Солнечной туманности

Мы можем использовать понятие углового момента, чтобы проследить эволюцию коллапсирующей солнечной туманности. {2} = {\ left (0 .{2} = 0,000064 [/ латекс]

Если P _{начальный} равен 1 000 000 лет, P _{конечный} , новый период вращения, составляет 64 года. Это намного короче, чем реальное время, необходимое Плутону, чтобы обойти вокруг Солнца, но это дает вам представление о том, какое ускорение может обеспечить сохранение углового момента. Как мы отмечали ранее, другие механизмы помогли материалу в диске потерять угловой момент до того, как планеты полностью сформировались.

Проверьте свои знания

Каким был бы период вращения туманности в нашем примере, если бы она уменьшилась до размеров орбиты Юпитера?

Показать ответ

Период вращающейся туманности обратно пропорционален D ² .{2} [/ латекс]. Если радиус орбиты Юпитера составляет 5,2 а.е., то диаметр составляет 10,4 а.е. Тогда период составляет 1,08 года.

Формирование планет земной группы

Зерна, которые конденсировались в солнечной туманности, довольно быстро объединялись в все большие и большие куски, пока большая часть твердого вещества не была в форме планетезималей, кусков от нескольких километров до нескольких десятков километров в диаметре. Некоторые планетезимали до сих пор сохранились в виде комет и астероидов. Другие оставили свой отпечаток на покрытых кратерами поверхностях многих миров, которые мы изучали в предыдущих главах.Однако требуется существенный шаг вперед в размерах, чтобы перейти от планетезималей к планете.

Некоторые планетезимали были достаточно большими, чтобы притягивать своих соседей гравитационно и, таким образом, расти в процессе, называемом аккрецией . Хотя промежуточные этапы не совсем понятны, в конечном итоге во внутренней Солнечной системе, похоже, выросло несколько десятков центров аккреции. Каждый из них притягивал окружающие планетезимали, пока не приобрел массу, подобную массе Меркурия или Марса.На данном этапе мы можем думать об этих объектах как о протопланетах, — планетах, которые «не совсем готовы к работе в прайм-тайм».

Каждая из этих протопланет с продолжала расти за счет аккреции планетезималей. Каждая приближающаяся планетезималь была ускорена гравитацией протопланеты, ударяя с достаточной энергией, чтобы расплавить как снаряд, так и часть области падения. Вскоре вся протопланета была нагрета до температуры выше температуры плавления горных пород. В результате получилась планетарная дифференциация , при которой более тяжелые металлы опускались к ядру, а более легкие силикаты поднимались к поверхности.При нагревании внутренние протопланеты потеряли некоторые из своих более летучих компонентов (более легкие газы), оставив после себя больше более тяжелых элементов и соединений.

Формирование гигантских планет

Во внешней части Солнечной системы, где доступным сырьем были льды, а также камни, протопланеты стали намного больше, с массой в десять раз больше Земли. Эти протопланеты внешней Солнечной системы были настолько большими, что могли притягивать и удерживать окружающий газ.Поскольку водород и гелий быстро схлопывались на свои ядра, планеты-гиганты нагревались за счет энергии сжатия. Но хотя эти планеты-гиганты стали горячее своих собратьев на Земле, они были слишком малы, чтобы поднять центральную температуру и давление до точки, при которой могли бы начаться ядерные реакции (и именно такие реакции дают нам наше определение звезды). После того, как планеты-гиганты светились тускло-красным в течение нескольких тысяч лет, они постепенно остыли до своего нынешнего состояния (рис. 3).

Рисунок 3: Сатурн в инфракрасном свете . Это изображение, полученное с космического корабля Кассини, составлено из 65 отдельных наблюдений. Солнечный свет, отраженный на длине волны 2 микрометра, показан синим, солнечный свет, отраженный на длине волны 3 микрометра, показан зеленым, а тепло, излучаемое внутренней частью Сатурна на расстоянии 5 микрометров, — красным. Например, кольца Сатурна отражают солнечный свет на расстоянии 2 микрометра, но не на расстоянии 3 и 5 микрометров, поэтому они кажутся синими. Видно, что южные полярные области Сатурна светятся внутренним теплом.(кредит: модификация работы НАСА / Лаборатории реактивного движения / Университета Аризоны)

Коллапс газа из туманности на ядра планет-гигантов объясняет, как эти объекты приобрели почти такой же богатый водородом состав, как Солнце. Процесс был наиболее эффективным для Юпитера и Сатурна; следовательно, их композиции почти «космические». Гораздо меньше газа было захвачено Ураном и Нептуном, поэтому в составе этих двух планет преобладают ледяные и скалистые строительные блоки, составляющие их большие ядра, а не водород и гелий.Начальный период формирования закончился, когда большая часть доступного сырья была израсходована, и солнечный ветер (поток атомных частиц) от молодого Солнца сдул оставшиеся запасы более легких газов.

Дальнейшее развитие системы

Все процессы, которые мы только что описали, от коллапса солнечной туманности до образования протопланет, произошли в течение нескольких миллионов лет. Однако история формирования Солнечной системы на этом этапе не была закончена; было много планетезималей и другого мусора, который изначально не накапливался, чтобы сформировать планеты.Какова была их судьба?

комет , видимых нам сегодня, — это лишь верхушка космического айсберга (простите за каламбур). Считается, что большинство комет находится в облаке Оорта, вдали от области планет. Дополнительные кометы и ледяные карликовые планеты находятся в поясе Койпера, который простирается за орбиту Нептуна. Эти ледяные осколки, вероятно, образовались около нынешних орбит Урана и Нептуна, но были выброшены со своих первоначальных орбит под действием гравитации планет-гигантов.

Во внутренних частях системы продолжали кружиться остатки планетезималей и, возможно, несколько десятков протопланет. В течение огромного периода времени, который мы обсуждаем, столкновения между этими объектами были неизбежны. Удары гигантов на этой стадии, вероятно, лишили Меркурий части его мантии и коры, изменили вращение Венеры и оторвали часть Земли, чтобы создать Луну (все события мы обсуждали в других главах).

Удары меньшего масштаба также добавили массу внутренним протопланетам.Поскольку гравитация планет-гигантов могла «встряхнуть» орбиты планетезималей, материал, воздействующий на внутренние протопланеты, мог прибыть практически из любой точки Солнечной системы. Таким образом, в отличие от предыдущей стадии аккреции, этот новый материал не представлял собой только узкий диапазон составов.

В результате большая часть обломков, столкнувшихся с внутренними планетами, представляла собой богатый льдом материал, который конденсировался во внешней части солнечной туманности. По мере развития этой кометоподобной бомбардировки Земля накапливала воду и различные органические соединения, которые впоследствии сыграли решающую роль в формировании жизни.Марс и Венера, вероятно, также получили много воды и органических материалов из того же источника, что и Меркурий и Луна, чтобы сформировать свои ледяные полярные шапки.

Постепенно, когда планеты подняли или выбросили оставшиеся обломки, большинство планетезималей исчезло. Однако в двух регионах возможны стабильные орбиты, где оставшиеся планетезимали могут избежать столкновения с планетами или выброса из системы. Эти области представляют собой пояс астероидов между Марсом и Юпитером и пояс Койпера за Нептуном.Планетезимали (и их фрагменты), которые выживают в этих особых местах, — это то, что мы теперь называем астероидами, кометами и транснептуновыми объектами.

Астрономы думали, что Солнечная система, возникшая в результате этой ранней эволюции, была похожа на то, что мы видим сегодня. Однако подробные недавние исследования орбит планет и астероидов показывают, что вскоре после этого произошли еще более жестокие события, возможно, связанные с существенными изменениями орбит Юпитера и Сатурна. Эти две планеты-гиганты посредством своей гравитации контролируют распределение астероидов.Если вернуться назад от нашей нынешней Солнечной системы, кажется, что изменения орбиты произошли в течение первых нескольких сотен миллионов лет. Одним из последствий могло быть рассеяние астероидов во внутренней части Солнечной системы, вызвавшее период «сильной бомбардировки», зафиксированный в самых старых лунных кратерах.

Основные понятия и краткое описание

Жизнеспособная теория формирования солнечной системы должна учитывать ограничения движения, химические ограничения и ограничения возраста. Метеориты, кометы и астероиды остались в живых после солнечной туманности, из которой сформировалась Солнечная система.Эта туманность возникла в результате коллапса межзвездного облака газа и пыли, которое сжалось (сохранив свой угловой момент), образуя нашу звезду, Солнце, окруженную тонким вращающимся диском из пыли и пара. Конденсация в диске привела к образованию планетезималей, которые стали строительными блоками планет. Аккреция падающих материалов нагревает планеты, что приводит к их дифференциации. Планеты-гиганты также могли притягивать и удерживать газ из солнечной туманности. После нескольких миллионов лет сильных столкновений большая часть обломков была поднята или выброшена, в результате чего до наших дней остались только астероиды и остатки комет.

Глоссарий

аккреция: постепенное накопление массы, как если бы планета образовалась из сталкивающихся частиц в солнечной туманности

Солнечная система: факты о нашем космическом соседстве

Около 4,6 миллиарда лет назад гигантское облако пыли и газа, известное как солнечная туманность, схлопнулось само по себе и начало формировать то, что в конечном итоге стало солнцем и планетами нашей солнечной системы. В центре нашей солнечной системы находится Солнце — звезда настолько большая, что ее гравитационное притяжение удерживает множество планет, карликовых планет (таких как Плутон), комет и метеороидов, вращающихся вокруг нее.

Сколько лет нашей солнечной системе?

Метеориты, или куски космического камня, упавшие на Землю, помогли ученым определить возраст Солнечной системы. Некоторые из этих маленьких кусочков космического камня или метеороидов откололись от лун или планет и могут дать интересную научную информацию о химии и истории их домашнего тела; другие путешествовали по нашей Солнечной системе с момента коллапса первичного пылевого облака, еще до того, как эти планеты появились.Метеорит Альенде, упавший на Землю в 1969 году и разбросанный по Мексике, является самым старым из известных метеоритов, возраст которого составляет 4,55 миллиарда лет.

Как образовалась наша солнечная система?

Ученые считают, что взорвавшаяся поблизости звезда, названная сверхновой, могла вызвать коллапс нашей солнечной туманности. Согласно этой теории, взрыв сверхновой послал через космос ударные волны, которые сблизили части туманности, что привело к коллапсу. Сверхновая, возможно, даже посеяла материал в туманность, и этот отброшенный материал привлек бы еще больше вещества к растущей массе туманности.

Связано: Ученые создают на Земле ударные волны мини-сверхновых

Солнце находится в центре нашей солнечной системы и является ее крупнейшим объектом, на долю которого приходится 99,8% массы Солнечной системы. Наше Солнце — это гигантский бушующий огненный шар, приводимый в действие ядерными реакциями, и он обеспечивает энергию, поддерживающую жизнь на Земле. По данным НАСА, животворящая звезда представляет собой желтый карлик, состоящий из газа: около 91% водорода и 8,9% гелия. По сравнению с другими звездами, размер Солнца относительно невелик, и это всего лишь одна из сотен миллиардов звезд в нашей родной галактике, Млечном Пути.

Одна звезда в галактике

Солнце находится на расстоянии от 25 000 до 30 000 световых лет от сверхмассивной черной дыры, которая образует центр нашей галактики. Млечный Путь — спиральная галактика с изогнутыми рукавами звезд, исходящими из ее центра. Наша Солнечная система образует одно из меньших рукавов, называемое Рукавом Ориона-Лебедя, или просто Рукавом Ориона.

Если бы наша солнечная система была размером с вашу руку, Млечный Путь покрывал бы Северную Америку, согласно Сети ночного неба Лаборатории реактивного движения НАСА.Граница гравитационного влияния Солнца простирается примерно на 122 астрономических единицы (а.е.), где одна а.е. — это расстояние между Землей и Солнцем, или около 93 миллионов миль (150 миллионов километров).

Галактика Млечный Путь состоит из спиральных рукавов гигантских звезд, которые освещают межзвездный газ и пыль. Солнце находится в пальце, называемом отрогом Ориона. (Изображение предоставлено космическим телескопом Хаббла)

Планеты нашей солнечной системы

Восемь подтвержденных планет и по крайней мере пять карликовых планет вращаются вокруг нашего Солнца.Согласно НАСА, «порядок и расположение планет и других тел в нашей солнечной системе обусловлены тем, как образовалась солнечная система». Скалистые материалы могут противостоять огромной жаре молодого Солнца, поэтому первые четыре планеты — Меркурий, Венера, Земля и Марс — маленькие, с каменистыми поверхностями. Помимо них, «материалы, которые мы привыкли видеть в виде льда, жидкости или газа, осевшие во внешних областях молодой Солнечной системы», — заявляет НАСА, а именно газовые гиганты Юпитер и Сатурн, а также ледяные гиганты Уран и Нептун.

Меркурий

Меркурий — ближайшая к Солнцу планета, а также самая маленькая планета в солнечной системе, лишь немного больше, чем Луна Земли. У Меркурия нет атмосферы, защищающей его от безжалостного солнечного излучения, а дневная температура поверхности может достигать отметки 800 градусов по Фаренгейту (430 градусов по Цельсию), а затем резко упасть до минус 290 F (минус 180 C) ночью. Меркурий был назван в честь римского посланника богов из-за его быстрого вращения вокруг Солнца.На этой маленькой планете нет лун.

Венера

Названная в честь римской богини любви, Венера — самая горячая планета в нашей солнечной системе. Его атмосфера представляет собой толстый слой, состоящий в основном из углекислого газа, который улавливает тепло, позволяя температуре поверхности планеты достигать 880 F (471 C). Венера немного меньше Земли и, как и внешнее ядро ​​Земли, имеет ядро ​​из расплавленного железа. «Почти все поверхности Венеры названы в честь достойных внимания земных женщин — как мифологических, так и реальных», — говорит НАСА.«Вулканический кратер назван в честь Сакаджавеи, женщины-индейца, которая руководила исследованиями Льюиса и Кларка. Глубокий каньон назван в честь Дианы, римской богини охоты». Подобно Меркурию, вокруг Венеры нет спутников.

Земля

Третья скала от Солнца, Земля — ​​единственная известная планета, на которой обитает жизнь во Вселенной. Его обитаемость связана с наличием жидкой воды. Земля расположена в так называемой «зоне Златовласки», вращаясь по орбите на идеальном расстоянии от Солнца, чтобы иметь жидкую воду — если бы она была ближе, вода испарилась бы в газ, а если бы Земля была дальше, вода бы заморозить.Около 71% поверхности нашей планеты покрыто водой; а атмосфера Земли защищает планету от солнечной радиации. Земля — ​​единственная планета, не названная в честь бога. Земля, вероятно, получила свое название от английского и немецкого слов, означающих «земля». Наша голубая планета — самая большая из четырех каменистых планет в нашей солнечной системе, и на ней есть одна луна. Ученые считают, что луна Земли образовалась из куска Земли, который откололся, когда гигантский объект врезался в молодую Землю.

Фотография Земли, сделанная космическим кораблем Аполлон-13 17 апреля 1970 года.(Изображение предоставлено NASA / JSC)

Марс

Марс известен как Красная планета из-за богатой железом пыли, которая покрывает его поверхность и придает планете ржавый цвет. Этот красный цвет побудил древних римлян назвать Марс в честь своего бога войны. На Красной планете также находится самый большой вулкан Солнечной системы — Олимп Монс. У планеты тонкая атмосфера и без толстого защитного экрана, средняя температура на Марсе составляет около минус 80 F (минус 60 C). Это делает маловероятным, что жидкая вода — и, следовательно, жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, — могла существовать на поверхности Марса, хотя ученые считают, что когда-то это могло быть.По сообщению Quartz, в настоящее время Марс — единственная известная планета, населенная исключительно роботами. У Марса две луны, Фобос и Деймос.

Юпитер

Юпитер — самая большая планета в Солнечной системе. В отличие от своих четырех соседей, расположенных ближе к Солнцу, Юпитер — газовый гигант, в основном состоящий из гелия и водорода. Он назван в честь царя римских богов, которого также называют Зевсом в греческом пантеоне. Юпитер вдвое больше, чем все другие планеты Солнечной системы вместе взятые, и, тем не менее, у него самый короткий день среди всех планет: на его поворот вокруг своей оси требуется 10 часов.Юпитер окружен десятками лун, а его кольца тусклые и состоят из пыли. По данным НАСА, глубоко в атмосфере планеты высокое давление и температура сжали газообразный водород в жидкость, создав самый большой океан в Солнечной системе.

Изображение Сатурна, сделанное космическим кораблем «Кассини». (Изображение предоставлено NASA / JPL-Caltech / Институт космических наук)

Сатурн

Сатурн, шестая планета от Солнца, является второй по величине планетой Солнечной системы.Планета наиболее известна своими выдающимися кольцами. Как и Юпитер, Сатурн также является газовым гигантом, состоящим из гелия и водорода, и является наименее плотной из планет. Кольца планеты состоят из миллиардов частиц льда и камней, а самое большое кольцо Сатурна, Фиби, занимает площадь почти в 7000 раз больше самой планеты. На окруженной кольцами планете также есть 82 луны, размер которых варьируется от размера спортивной площадки до размера планеты Меркурий. Один из спутников Сатурна, Энцелад, покрыт ледяным океаном, что, по мнению астрономов, делает Луну многообещающим кандидатом на внеземную жизнь.

Уран

Уран был первой планетой, открытой с помощью телескопа. Это также единственная планета, названная в честь греческого божества Урана, бога неба, а не римского. Седьмая планета от Солнца — ледяной гигант. Он состоит из более тяжелых элементов, чем его соседи-газовые гиганты, и представляет собой смесь воды, метана и аммиачного льда. Также, в отличие от других планет Солнечной системы, Уран эффективно вращается на своей стороне (его ось почти направлена ​​в сторону Солнца), и он «катится», как шар, когда он движется вокруг Солнца.Газ метан в атмосфере Урана заставляет планету казаться зелено-синей. У Урана также 13 колец и 27 лун.

Нептун

Ученые предсказали существование Нептуна до того, как они впервые наблюдали его из-за его влияния на орбиту Урана. Космический корабль НАСА «Вояджер-2» — единственная миссия, побывавшая на ледяном гиганте. Нептун, названный в честь римского морского бога, находится так далеко от Солнца, что солнечный свет достигает планеты за 4 часа. (Солнечный свет достигает Земли примерно за восемь минут.По данным НАСА, когда свет достигает Нептуна, он в 900 раз тусклее, чем то, что мы видим на Земле. Около 80% массы Нептуна состоит из воды, метана и аммиака, окружающих небольшое каменное ядро. Сильные ветры на планете разносят облака замороженного метана со скоростью до 1200 миль в час (2000 км / ч). У Нептуна 14 известных спутников, одна из которых была открыта заново после 20-летней пропажи.

Что случилось с Плутоном?

В нашей солнечной системе есть по крайней мере пять карликовых планет: Церера, Плутон, Эрида, Хаумеа и Макемаке.Международный астрономический союз определяет планету как небесное тело, вращающееся вокруг Солнца, обладающее достаточной силой тяжести, чтобы принять круглую или почти круглую форму, и очистило окрестности вокруг своей орбиты.

Плутон, когда-то девятая планета в солнечной системе и названный в честь римского бога подземного мира, был понижен до статуса карликовой планеты в 2006 году, потому что не справился с третьим пунктом определения планеты: он не очистил свои окрестности. космических объектов. Плутон находится в обширном поясе Койпера, регионе за Нептуном, который содержит триллионы объектов.

Некоторые астрономы считают такую ​​реклассификацию Плутона как карликовой планеты несправедливой и что его следует восстановить как девятую планету в нашей солнечной системе.

Планета X

Существует возможный кандидат на место Плутона в качестве девятой планеты: Планета X или Девятая планета. Исследователи Калифорнийского технологического института Майк Браун и Константин Батыгин опубликовали в 2016 году статью в журнале The Astronomical Journal , в которой выдвинули гипотезу о том, что планета в 10 раз больше Земли вращается вокруг Солнца примерно в 20 раз дальше, чем Нептун.

«Все те люди, которые без ума от того, что Плутон больше не является планетой, могут быть взволнованы, узнав, что существует настоящая планета, которую еще предстоит найти», — сказал Браун в то время. «Теперь мы можем пойти и найти эту планету, чтобы в солнечной системе снова было девять планет».

Однако, согласно НАСА, существование Девятой Планеты на данный момент является теоретическим, потому что планета не наблюдалась напрямую.