как современные открытия изменили наше представление о Солнечной системе
Солнечная система кажется достаточно хорошо изученной, ее строение и классификацию мы знаем со школы, но за последние тридцать лет произошло много событий, значительно изменивших наше представление о ближнем космосе. Открытие нового класса карликовых планет, «разжалование» Плутона, полеты аппаратов «Новые горизонты» и «Вояджер», долетевших до пределов гелиосферы и открывших пояс Койпера и рассеянный диск, обнаружение воды на Марсе и Луне — все это ярко демонстрирует, как мало мы на самом деле знаем и как много новых открытий нам еще предстоит.
О новых открытиях в своей лекции рассказывает Виталий Егоров — популяризатор науки о космосе, создатель проекта «Открытый космос», автор книги «Делай космос!». Публикуем основные тезисы.
Как нам известно на сегодня, Солнечная система состоит из восьми планет и пяти карликовых планет, к которым относятся Плутон, Эрида, Хаумеа, Макемаке и Церера.
При этом планеты являются лишь очень маленькой частью Солнечной системы, ее ядром. И конечно, планетами она заканчивается: за орбитой самой дальней из них, Нептуна, на расстоянии около 55 астрономических единиц от Солнца, находится пояс Эджворта — Койпера. Хотя внешне он и похож на пояс астероидов, состоит он из тел, по своему составу больше соответствующих кометам. К тому же, он примерно в 20 раз шире и в 200 раз массивнее. Самым крупным из известных объектов пояса Койпера является Плутон.
Но и поясом Койпера Солнечная система не заканчивается, далее располагается рассеянный диск — регион, слабо заселенный малыми телами, в основном состоящими изо льда.
Область рассеянного диска частично пересекается с поясом Койпера, но его внешний край располагается гораздо дальше от Солнца: некоторые объекты рассеянного диска удалены от Солнца на более чем сто астрономических единиц.
Орбита Плутона, пояс Эджворта — Койпера, траектория полета космического аппарата «Новые горизонты» и астероид Ультима Туле (2014 MU69) — самый далекий объект, посещенный земным зондом. В самом центре — Главный пояс астероидов. Иллюстрация из лекции
Еще дальше находится гипотетическое облако Оорта. Его никогда не наблюдали, но считается, что именно оттуда к нам прилетают все кометы. Орбиты у комет очень разные: у некоторых, как у кометы Галлея, период обращения составляет 75-76 лет, у других, например, кометы Энке — всего лишь три года, а у кометы Хейла — Боппа 2,5 тысячи лет. Это говорит нам о невероятной удаленности источника этих объектов от Солнца и Земли: предполагаемое расстояние до внешних границ облака Оорта — от 50 тысяч до 100 тысяч астрономических единиц, полет до него длился бы примерно один световой год.
Еще один объект, о котором стоит поговорить, это гелиосфера. Выглядит она как пузырь газа и разогретой плазмы, который формирует среду вокруг ядра Солнечной системы — дальше только межзвездное пространство. Именно туда в 1977 году были отправлены «Вояджер-1» и «Вояджер-2», оба они уже преодолели границу гелиосферы, но то, что они покинули Солнечную систему, как утверждается в некоторых СМИ, конечно, неправда. До облака Оорта им лететь еще десятки тысяч лет. Последние данные были получены с «Вояджера-2» в ноябре 2018 года, а на сайте NASA есть возможность наблюдать статус «Вояджера -1» в режиме реального времени.
Ученые спорят о том, как выглядит гелиосфера: часто ее изображают как вытянутый пузырь (ведь Солнце движется вокруг ядра Галактики), но это лишь предположение. Как наша система на самом деле выглядит со стороны ― мы посмотреть не можем, но можем примерно представить, посмотрев на другие звезды со снимков телескопа Хаббл.
Облако Оорта. Источник: shutterstock.com
Меркурий — одна из самых неисследованных планет, не считая Уран и Нептун.
Это связано с тем, что до него очень сложно добраться: кажется, что он так близко, но существуют определенные баллистические проблемы, затрудняющие подлет и вхождение в атмосферу планеты.
И все же два аппарата к Меркурию летали, и последний — «Мессенджер» — в 2011 году составил подробную его картографию. Внешне планета выглядит как Луна, из интересных объектов — Равнина Жары, один из крупнейших кратеров Солнечной системы, его диаметр составляет 1550 километров (треть диаметра всей планеты). Самым интересным открытием стало наличие на Меркурии воды в виде льда, что достаточно странно, учитывая близость планеты к Солнцу.
Меркурий. Источник: shutterstock.com
Венере раньше уделяли очень много внимания, особенно в советской космонавтике. Это действительно довольно интересный объект, например, из-за своей атмосферы — она плотнее земной в 95 раз. Из-за того, что Венера очень медленно вращается вокруг своей оси, разогретая солнцем атмосфера на ней находится в состоянии «супер-ротации», то есть проворачивается вокруг планеты несколько раз.
Из-за этого на Венере дуют вечные очень мощные ветра, всегда односторонние.
Из-за плотности облаков поверхность планеты можно наблюдать только с помощью радара — именно так была составлена картография Венеры аппаратом «Магеллан» в 1990-1992 годах. На Венеру продолжают довольно часто отправлять космические аппараты, европейским аппаратом «Венера-экспресс» в 2006-2015 годах была проведена тепловая съемка поверхности планеты, в ходе которой обнаружилось множество действующих вулканов. Именно они интенсивно пополняют атмосферу Венеры, которую та теряет из-за близости к Солнцу. Некоторые ученые даже сравнивают Венеру с кометой, ведь за ней можно наблюдать яркий шлейф улетучивающейся атмосферы.
Во время той же экспедиции было обнаружено уникальное явление — «венерианский снег»: сульфид висмута и сульфид свинца, которые выделяются из вулканического газа, оседают на вершине и конденсируются под действием более низкой температуры.
Венера. Источник: shutterstock.com
Вообще, это довольно частое явление, когда привычные нам вещи вроде рек, озер, снега повторяются на других планетах с совершенно непривычными нам веществами.
Последние открытия на самом изученном сейчас космическом объекте касаются наличия больших залежей водяного льда на полюсах Луны — это установил российский нейтронный детектор LEND в 2008-2009 годах. Самая последняя новость — первая посадка аппарата с луноходом на обратную сторону Луны китайскими учеными в 2019 году. Китай вообще очень заинтересован в изучении спутника: в ближайшее время они планируют отправить экспедицию по добыче грунта из глубин лунных вулканов и доставке его на Землю. Внимание же остальных участников «лунной гонки» — России, Индии, США — приковано именно к полюсам Луны и хранящейся там воде.
Поверхность Луны и Земля. Источник: shutterstock.com
Марс до сих пор часто называют «красной планетой», однако грунт на нем мало чем отличается от земного. Собственно, «марсианские» пейзажи можно наблюдать и на Земле.
Небо на Марсе тоже совсем не красное, а, скорее, голубое, — это эффект преломления лучей заходящего Солнца в разреженной атмосфере планеты.
Из важных открытий, совершенных в последнее время, можно отметить, конечно, обнаружение льда. Причем, лед на полюсах Марса разный: углекислотный, который нарастает за зиму и тает к весне, и водяной, который формирует ледяную шапку и сохраняет свое состояние и форму. Толщина водяного льда достигает трех с половиной километров на южном полюсе и больше полутора километров на северном. Если их растопить, то весь Марс зальет водой на уровне 20 метров. Впрочем, вода есть не только на полюсах, но и в средних широтах тоже — это результат давних снегопадов, которые происходили несколько десятков миллионов лет назад.
Поверхность Марса. Источник: nasa.gov
Астероиды в Главном поясе на самом деле открываются практически ежедневно буквально пачками — это происходит благодаря роботам, которые автоматически обрабатывают снимки с телескопов и спутников и каталогизируют объекты.
Почти все крупные астероиды, диаметром десять километров, уже обнаружены. Астероиды больше одного километра изучены на 95%. За всеми ними наблюдают для отслеживания угрозы для Земли.
Пояс астероидов кажется нам довольно хаотичным местом, но на самом деле там есть своя структура и классификация. Отдельные скопления астероидов летают по орбите Юпитера, в основном они находятся в точках Лагранжа системы Юпитер-Солнце. У других планет, в том числе и Земли, тоже есть свои скопления астероидов, их называют «греки» и «троянцы», просто у Юпитера из-за его массы таких скоплений больше всего.
Расположение Пояса астероидов раньше объясняли почти мифической теорией о взрыве планеты Фаэтон, которая, конечно, является абсолютно несостоятельной. Ведь суммарная масса всех астероидов составляет около шести процентов массы Луны, что на планету никак не тянет.
Астероиды в Главном поясе. Источник: shutterstock.com
Церера — самый крупный объект в Поясе астероидов и самая маленькая карликовая планета, ее диаметр составляет чуть менее тысячи километров.
Внешне она похожа на Луну, но по своим характеристикам сильно от нее отличается: в ее составе очень много воды и на ней присутствует такое уникальное явление, как криовулканизм. Причем извергают вулканы не только воду, а еще и соду, которая покрывает поверхность белыми пятнами.
Данные аппарата «Рассвет», который тщательно изучал Цереру в 2016 году, указывают на то, что планета, скорее всего, сформировалась не в том месте, где она находится сейчас (между Марсом и Юпитером), а на миллионы километров дальше от Солнца. Ее состав и форма во многом похожи на те карликовые планеты, которые находятся за Нептуном.
Церера. Источник: shutterstock.com
Первые снимки Юпитера и его спутников в высоком разрешении были сделаны еще в 1979 году аппаратами «Вояджер». Прямо сейчас невероятно подробные снимки поверхности планеты делает аппарат «Юнона». Конечно, внимание всех ученых притягивает самое известное образование на Юпитере — Большое Красное Пятно. Это самый большой атмосферный вихрь в Солнечной системе, однако, последние двести лет наблюдений это пятно постоянно уменьшается.
Одно из свежих наблюдений — это юпитерианские полярные тайфуны, на планете их целое множество. Их природа, происхождение и удивительная стабильность до конца не объяснены. Еще на Юпитере наблюдаются полярные сияния: у него очень мощное магнитное поле, мощные радиационные пояса, и заряженные частицы, которые обрушиваются у полюсов Юпитера в его атмосферу, порождают специфическое свечение. Источником этих заряженных частиц являются спутники Юпитера, которые регулярно выбрасывают газы на его поверхность.
Юпитер, Сатурн и 4 луны Юпитера — Ио, Европа, Каллисто и Ганимед. Источник: shutterstock.com
Одним из главных источников газа и плазмы в атмосфере Юпитера является Ио. Это самый вулканически активный объект Солнечной системы, на нем всегда извергаются десятки вулканов, причем высоты извержения достигает 400 и более километров — это объясняется крайне низкой силой притяжения Ио. Источником тепла в недрах Ио является приливная волна: во время обращения вокруг Юпитера это космическое тело то сильно сжимается, то разжимается под действием силы притяжения, что и приводит к постоянному нагреву.
Второй спутник Юпитера, Европа, наоборот, представляет собой гигантский ледяной шар. Толщина слоя льда составляет примерно 20 километров, а под ним находится теплый водяной океан. Раньше казалось, что пробраться через такую колоссальную толщину льда и получить доступ к воде невозможно. Однако недавний спектральный анализ, произведенный телескопом Хаббл, показал, что в некоторых местах этот лед все-таки лопается, высвобождая водяной пар, который вполне можно набрать для дальнейшего анализа в лаборатории и узнать, если там органика и признаки живых организмов. NASA уже разрабатывает аппарат, который полетит собирать эту воду.
Сатурн, пожалуй, самый красивый объект в нашей системе. Газовый гигант окружен эффектными кольцами из ледяной пыли и снега, которые появились, вероятно, в результате разрушения ледяного спутника. В ходе программы «Кассини-Гюйгенс» было сделано множество детальных фотографий Сатурна и его колец, изучена их структура и поведение.
На самой же планете был замечен удивительный объект — абсолютно правильный шестиугольник, образованный вихрями на полюсе планеты.
Сатурн. Источник: shutterstock.com
Самый большой и интересный спутник Сатурна — это Титан. У него очень плотная атмосфера (в полтора раза плотнее, чем у Земли) насыщенного желтого цвета. Состоит она по большей части из азота, цвет же ей придает углеводород. В 2005 году на Титан производилась посадка спускаемым аппаратом «Гюйгенс», но из-за очень низкой температуры (минус 180 градусов) он проработал всего час, успев, однако, наснимать множество впечатляющих панорам, взять пробы атмосферы и записать звук ветра.
На снимках видно, что вся поверхность испещрена реками и озерами. На Титане действительно часто идут дожди, но только это не вода, а жидкий метан — вещество, которое мы привыкли считать газом. Вода на Титане тоже есть в избытке — но она формирует как раз «сушу», представляя собой огромные ледяные глыбы. Все это объясняется крайне низкой температурой и повышенным давлением атмосферы, по сравнению с Землей.
Титан. Источник: shutterstock.com
Уран и Нептун — планеты-близнецы, которые за последние тридцать лет, с тех пор, как мимо них пролетели «Вояджеры», никак не исследовались. Почему к ним не отправляют аппараты — вопрос, скорее, психологический и, отчасти, политический. Дело в том, что существует негласное правило космических исследований: запуская аппарат, ученые надеются провести исследование до своей смерти. Организовать же полет до таких дальних планет — задача не только трудная, но и крайне долгая. К тому же, ближе к Земле есть более интересные ученым объекты — такие проекты и финансируются гораздо активнее.
Уран и Нептун. Источник: shutterstock.com
Спрашивается, почему же тогда запускали аппарат к Плутону? Тоже чисто политическая история: это единственная планета, открытая американцами (молодым ученым Клайдом Томбо в 1930 году). Они считают ее своей, поэтому исследовать ее было важно для их национальной гордости.
Автоматическая межпланетная станция «Новые горизонты» запустили в 2006 году для изучения как Плутона, так и других объектов пояса Койпера. К Плутону аппарат подлетел только в 2015 году, причем вблизи планеты он провел всего лишь одни земные сутки. Всего же наблюдение за планетой и его спутниками велось девять дней. За это время были сделаны очень детальные снимки, составлена подробная картография Плутона и его спутника Харона, изучена их геология и морфология, исследована атмосфера. Выяснилось, что Плутон наполовину состоит из камня, наполовину — изо льда, причем лед там трех типов: из воды, метана и азота.
1 января 2019 года «Новые горизонты» посетил астероид Аррокот, который неофициально называют Ультима Туле («крайний предел»). Действительно, пока что это самый далекий от Земли объект (6,5 миллиардов километров), посещенный космическим зондом.
Плутон и Харон. Источник: shutterstock.com
В настоящее время очень активно обсуждается вероятность открытия новой планеты Солнечной системы — Планеты X.
Дело в том, что изучение объектов в поясе Койпера и рассеянном диске показало, что двигаются они вовсе не хаотично, как должны были бы (ведь они находятся на достаточном удалении от Нептуна, чтобы не зависеть от его притяжения), а по определенной орбите.
Ряд ученых выдвинул предположение, что на все эти объекты действует притяжение еще не открытой планеты, с массой примерно в 10 раз больше Земли и в три с половиной большим радиусом. Гипотезу разрабатывают американский ученый русского происхождения Константин Батыгин и Майкл Браун. Они предполагают, что Девятая планета является ядром зарождающегося газового гиганта, который был выброшен со своей первоначальной орбиты Юпитером во время формирования Солнечной системы. Непосредственным поиском занимается телескоп Хаббл, но пока что они не увенчались успехом.
К началу
Космические аппараты за пределами Солнечной системы
Люди прочно обосновались на низкой околоземной орбите — сейчас наши космонавты работают на борту МКС, которая «бегает» вокруг Земли на удалении примерно 400 км от планеты.
Дальше всего забирались астронавты американской программы «Аполлон», которые высаживались на поверхность Луны: среднее расстояние до нашей небесной соседки — 380 тысяч километров. К другим планетам человек пока только мечтает отправиться, зато уже долгие годы их изучают при помощи автоматических межпланетных станций (АМС). Некоторые космические аппараты запускались с тем расчетом, что после изучения Солнечной системы они выйдут в межзвездное пространство и отправятся дальше. Таких аппаратов всего пять: «Пионер-10», «Пионер-11», «Вояджер-1», «Вояджер-2», а также «Новые горизонты». Все они были разработаны и запущены в США. На сегодняшний день только вышеупомянутые «Пионеры» и «Вояджеры» покинули Солнечную систему, но и с ними не всё так просто.
Прежде всего необходимо понять, где граница нашей планетной системы. Нет конкретной физической черты со шлагбаумом и знаком «Вы покидаете Солнечную систему». Ее граница даже не определена официально Международным астрономическим союзом.
Можно считать границей орбиту наиболее удаленной от Солнца планеты — на сегодняшний день это Нептун. Однако это не вполне корректно, так как за орбитой Нептуна находятся пояс Койпера, где сосредоточены ледяные объекты, и облако Оорта, откуда к нам прилетают долгопериодические кометы. Объекты этих областей тоже обращаются вокруг нашей звезды и гравитационно к ней привязаны, то есть они тоже входят в Солнечную систему. Можно считать «краем» системы гелиопаузу. От любой звезды исходит поток заряженных частиц высоких энергий. Солнце не исключение, и для него такой поток называется солнечным ветром. Область, где солнечный ветер уравновешивается подобными частицами от других звезд, и называется гелиопауза. Также можно рассмотреть гравитационную границу Солнечной системы — предположим, что граница проходит там, где уравновешиваются гравитационные влияния Солнца и ближайшей к нему звезды, то есть на расстоянии 2 с небольшим световых года.
Гелиосфера — область, ограниченная гелиопаузой
Все четыре космических аппарата программ «Пионер» и «Вояджер», о которых мы говорим сегодня, еще в 1990-е улетели за Нептун, не так давно преодолели гелиопаузу, а вот на то, чтобы подойти к гравитационной границе, им потребуются десятки тысяч лет.
Программа «Пионер» была рассчитана на изучение Луны, межпланетного пространства, комет и непосредственно планет Солнечной системы. «Пионер-10» и «Пионер-11» запускались в 1972 и 1973 годах соответственно с конкретной целью изучить дальние планеты. Благодаря этим аппаратам астрономы впервые получили детальные снимки Юпитера, Сатурна и их крупнейших спутников. Планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) лежат за пределами Главного пояса астероидов, расположенного между Марсом и Юпитером. Поскольку раньше к этим внешним планетам аппараты не запускались, вопрос преодоления пояса астероидов без вреда для научных приборов стоял достаточно остро.
Концентрация каменных глыб в поясе была доподлинно неизвестна, но оказалось, что лавировать между ними, как в остросюжетной фантастике, необходимости нет. Расстояния между астероидами Главного пояса оцениваются в тысячи и даже сотни тысяч километров, и риск столкновения аппарата с одним из них минимален. Теперь мы это знаем как раз благодаря «Пионерам».
«Вояджеры» полетели в 1977 году, причем второй отправился в свое путешествие раньше первого. «Вояджер-2» был запущен 20 августа, а «Вояджер-1» — 5 сентября. Это не случайность и не ошибка: траектории космических аппаратов были рассчитаны таким образом, что «Вояджер-1» обгонял своего собрата уже в декабре 1977 года, на расстоянии 124,7 млн км от Земли вырывался вперед и оправдывал свое название. «Вояджер-2» стал первым космическим аппаратом, который показал нам, как выглядят Уран и Нептун вблизи.
Фотографии и данные различных научных измерений нет необходимости возвращать на Землю физически. Информация передавалась посредством радиосигнала. На возвращение «Пионеров» и «Вояджеров» на Землю пришлось бы потратить огромное количество энергии, но, поскольку это нам не нужно, еще на этапе планирования миссий было решено, что аппараты продолжат движение от Солнца и постепенно покинут нашу систему. Хотя расстояния между звездами огромны, ученые оптимистично предположили, что по дороге исследовательским зондам может встретиться разумная жизнь. «Пионеры» и Вояджеры» снабжались посланиями представителям внеземных цивилизаций. «Пионеры» несли золотые пластинки с изображением самого космического аппарата, мужчины и женщины в одном масштабе с ним, атома водорода и планет Солнечной системы с указанием места Земли в ней.
На обоих «Пионерах» пластинки были одинаковыми.
Послания «Вояджера» были посложнее и снабжались инструкцией по воспроизведению. Это уже полноценный мультимедианоситель, на который были записаны самые популярные песни и мелодии всех времен и народов, приветствия на 55 мировых языках, звуки земной природы и работающей техники (например, звук старта ракеты), а также множество изображений нашей планеты. Здесь тоже послания на первом и втором «Вояджерах» не отличаются друг от друга.
В создании посланий принимал участие Карл Саган, знаменитый астроном и популяризатор науки, автор фантастического романа «Контакт». Его научно-популярная книга «Бледная голубая точка», вышедшая в 1994 году, названа в честь фотографии, которую сделал «Вояджер-1».
Сам Карл Саган предложил снять Землю с рекордного расстояния. В 1990 году «Вояджер-1» делает фотографию нашей планеты, находясь на удалении в 5,9 миллиарда километров от нее, а Саган дает знаменитому снимку название Pale blue dot («Бледная голубая точка»).
Мы не обойдем вниманием еще один космический аппарат, который пока далек от гелиопаузы, но отчаянно к ней стремится, — «Новые горизонты». Эта американская автоматическая межпланетная станция была запущена в 2006 году для изучения Плутона и транснептуновых объектов (то есть тех, что находятся в поясе Койпера, за орбитой Нептуна). В 2015-м аппарат сделал самые детальные на сегодняшний день снимки Плутона. О том, когда и почему Плутон перестали считать планетой, вы можете узнать в нашем блоге: https://cosmos.vdnh.ru/izdoma/rassledovanie-ubiystva-plutona/
Текущее положение пяти упомянутых сегодня аппаратов можно отслеживать здесь: https://www.
heavens-above.com/SolarEscape.aspx?lat=0&lng=0&loc=Unspecified&alt=0&tz=UCT
«Пионер-10» движется в диаметрально противоположную курсам других зондов сторону, но по пройденному расстоянию «Вояджер-1» уже его обогнал, а в 2023 году и «Вояджер-2» обгонит первую отправленную к дальним планетам АМС. Правда, мы только предполагаем, что с «Пионерами» все в порядке — связи с ними нет. Наладить контакт с «Пионером-10» не получается с 2003 года, а «Пионер-11» и вовсе перестал передавать сигнал в 1995 году.
Узнать больше об этих и не только космических аппаратах можно в центре «Космонавтика и авиация» на тематической экскурсии «Планеты Солнечной системы». Ждем вас в гости!
История Солнечной системы 101 | Планетарное общество
Наша Солнечная система — чудесное место.
Бесчисленные миры лежат
через миллиарды километров космоса, каждый протащенный вокруг галактики
нашим Солнцем, как сложный часовой механизм.
Меньшие внутренние планеты каменистые, и по крайней мере на одной из них есть жизнь. это. Гигантские внешние планеты окутаны газом и льдом; миниатюрный солнечный самостоятельные системы, которые могут похвастаться замысловатыми кольцами и лунами. По всей Солнечной системе разбросаны маленькие миры, похожие на комковатые астероиды и кометы и сложные карликовые планеты, такие как Плутон и Церера.
Как возникла наша солнечная система? Почему эти объекты там, где они есть сейчас? Вот ряд событий, которые создали и сформировали нашу солнечную система, насколько нам известно, собранная из космоса миссии, наземные наблюдения и сложное моделирование Ученые пытаются выяснить наше место в космосе.
Хронология Солнечной системы
Сжатая хронология событий, сформировавших нашу Солнечную систему.
Солнце светит
Большой взрыв привел к возникновению Вселенной 13,8 миллиарда лет
назад.
Наша Солнечная система сформировалась намного позже, примерно 4,6 миллиарда лет назад. Это
началось как гигантское облако пыли и газа, созданное остатками сверхновой
обломки — смерть других звезд создала нашу собственную. Облако, которое
вращался вокруг центра нашей галактики, состоял в основном из водорода с небольшим количеством гелия.
и следы более тяжелых элементов, выкованных предыдущими звездами.
В течение следующих 100 000 лет облако коллапсировало под действием собственной гравитации, образуя горячие плотные протозвезды, одной из которых было наше Солнце. Наше маленькое Солнце продолжало накапливать материал в течение 50 миллионов лет, после чего точечные температуры и давления в ядре стали настолько интенсивными, что водород начал превращаться в гелий.
А потом был свет. Водородный синтез высвободил огромное количество
энергии, которая противостояла гравитации Солнца, стабилизируя молодую звезду
и удерживая его от накопления большего количества материала вне вращающегося диска
остатков мусора вокруг него.
Солнце вошло в самую длинную фазу своего
жизни, став звездой главной последовательности. Он все еще находится в этой фазе сегодня и
останется таковым в течение примерно 5 миллиардов лет.
В течение 500 миллионов лет Солнце отделилось от своих звездных братьев и сестер и продолжало вращаться вокруг центра нашей галактики как одинокая звезда.
Новорожденная Солнечная система Это изображение протопланетного диска вокруг молодой солнцеподобной звезды по имени TW Hydrae было получено радиотелескопом ALMA. Планеты формируются в круглых промежутках. Изображение: С. Эндрюс (Harvard-Smithsonian CfA), ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)The Planets Form
В то время как молодое Солнце все еще собирало материал для начала синтеза водорода, крошечные частицы пыли в диске вокруг него случайным образом столкнулись и прилипли друг к другу,
вырастая всего за несколько лет до объектов в сотни метров в поперечнике. Этот
процесс продолжался несколько тысячелетий, формируя
объекты километрового размера, достаточно большие, чтобы гравитационно притягивать каждый
другой.
Это привело к большему количеству столкновений и аккреций, образующих лунные
протопланет менее чем за миллион лет.
Во внутренней, более горячей части солнечного диска выросли планеты прежде всего из камней и металлов, потому что было слишком тепло для воды и другие летучие вещества — вещества, которые испаряются при комнатной температуре — до конденсировать. До сотни этих миров столкнулись и объединились в внутренней Солнечной системы около 100 миллионов лет, пока только четыре больших остались тела: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Внутренние планеты не стали такими большими, как внешние, потому что процент горных пород и металлов, доступных во Вселенной, и, таким образом, наша исходных материалов Солнечной системы — ниже по сравнению с водородом, гелием и летучие вещества, такие как водяной лед.
Мы думаем, что сразу после этого момента планета размером с Марс столкнулась с Землей. Образовавшиеся обломки объединились, чтобы сформировать Луну. Меркурий, возможно, испытал столкновение на высокой скорости с другой оторвавшейся планетой
Внешний слой Меркурия, что объясняет, почему ядро планеты делает
так много его объема.
Образовавшиеся обломки могли разлететься по
пространство вместо формирования луны.
Во внешней, более прохладной части диска находились газы и водяной лед. доминирующий. Более слабое гравитационное влияние Солнца в этом регионе, в сочетании с наличием значительно большего количества материала означало протопланеты там росли быстрее и становились достаточно большими, чтобы притягивать легкие элементы, такие как водород и гелий. Юпитер сформировалась менее чем через 3 миллиона лет после рождения Солнечной системы, что делает ее самой старой планетой.
Сатурн образовался
вскоре после этого, накопив меньше материала с тех пор, как Юпитер проглотил такой большой
часть внешнего диска. Когда осталось мало водорода и гелия,
следующие сформировавшиеся планеты – Уран.
и Нептун – накоплено
больше льдов, таких как вода и аммиак. Вот почему мы называем их ледяными гигантами.
Некоторые симуляции показывают, что могли образоваться дополнительные ледяные гиганты, которые позже были выброшены из нашей Солнечной системы.
Юпитер не позволял планетам формироваться в поясе астероидов, поскольку его гравитация притягивала десятки маленьких планет размером с Луну и Марс там, заставляя их либо сталкиваться и разбиваться о другие тела, либо покинуть регион. Этот процесс занял несколько десятков миллионов лет после образования Юпитера, в результате чего в поясе астероидов остались лишь небольшие тела скалы, лед и металл, которые в совокупности весят менее 1% массы Земли. масса. Церера, крупнейший объект в поясе астероидов, считается выброс, потому что в нем много органических веществ и водяного льда, что означает, что он, вероятно, образовался дальше, а затем мигрировал в пояс.
Маленькие миры держатся вместе
Пока формировались внутренние планеты земной группы, молодые планеты за пределами Нептуна сталкивались и слипались, образуя планетоподобные миры, такие как Плутон, и комковатые ледяные тела, такие как Аррокот.
Эти объекты сформировали то, что мы теперь знаем как пояс Койпера, хотя
пояс был намного плотнее, чем сегодня.
Подобно тому, как Луна на Земле образовалась после
столкновение между Землей и другим миром, подобные столкновения в
Пояс Койпера создал луны, некоторые из которых относительно большие. Возможно, так было с Плутоном и Хароном.
Огромная масса Юпитера притянула плотный диск материала, который в конечном итоге объединился в 4 планетоподобных спутника: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Спутник Сатурна Титан образовался так же способ. Некоторые спутники внешних планет, такие как Тритон и Нептун, могли быть независимые миры, захваченные гравитационными полями планет-гигантов.
Насколько нам известно, это был конец начала. Планеты и другие маленькие миры больше не росли по мере того, как сильное молодое Солнце солнечный ветер унес большую часть оставшейся пыли и газа в межзвездное пространство.
Могущественный Юпитер Гравитация Юпитера и Сатурна оттолкнула Уран и Нептун еще дальше от Солнца, разбрасывая астероиды, кометы и маленькие миры по всей Солнечной системе. Изображение: НАСА, ЕКА, STScI, А.
Саймон (Центр космических полетов имени Годдарда), М.Х. Вонг (Калифорнийский университет, Беркли) и команда OPAL / Под редакцией The Planetary Society Разрушение гигантских планет Havoc
Планеты-гиганты сформировались ближе к Солнцу, чем сейчас. Не хватило материала на солнечном диске, чтобы Уран и Нептун сформировались там, где они в настоящее время орбита, 19и в 30 раз дальше от Солнца, чем Земля, соответственно. Пояс Койпера также, вероятно, сформировался ближе, примерно охватывая текущие орбитальные расстояния Урана и Нептуна.
Моделирование предполагает, что орбиты планет-гигантов сместились около 4,1 миллиарда лет назад. Гравитация многочисленного пояса Койпера объекты подтолкнули Юпитер и Сатурн в резонанс 2:1, то есть Юпитер дважды вращался вокруг Солнца за каждый оборот Сатурна. Это периодически приводило две планеты находятся близко друг к другу, вызывая обширные гравитационные последствия.
Уран и Нептун были отброшены дальше от Солнца, вспахивая
через пояс Койпера, рассеивая большинство его объектов либо внутрь, либо
наружу в течение следующих миллионов лет.
Любые дополнительные ледяные гиганты,
образовались, были полностью выброшены из Солнечной системы. внешне
разрозненные миры образовали сегодняшний малонаселенный пояс Койпера и
более далекую сферу ледяных тел мы называем облаком Оорта. Это где
большинство комет происходят из.
Разбросанные внутри миры мчались сквозь внутреннюю Солнечную систему, врезаться в миры там и создавать бассейны размером с тысяч километров и более на Меркурии, Венере, Земле, Луне и Марс. Ученые называют это событие Поздней тяжелой бомбардировкой.
Миграции планет-гигантов На этой диаграмме показаны снимки того, как орбиты планет-гигантов перемещались с течением времени, рассеивая первоначальный пояс Койпера. Юпитер — зеленый, Сатурн — оранжевый, Уран — голубой, а Нептун — темно-синий. Одна AU (астрономическая единица) — это расстояние между Землей и Солнцем. Слева: до того, как Юпитер и Сатурн достигнут резонанса 2:1. В центре: рассеяние объектов пояса Койпера после смещения орбиты Нептуна. Справа: конечный результат процесса.
Изображение: Марк Бут / Википедия Разрушение и жизнь
Взрывные удары во время поздней тяжелой бомбардировки нагрели внутренние планеты и нашу Луну, которая едва остыла после своего формирования. Результатом стал широко распространенный вулканизм, который продолжался около 500 миллионов лет. Считается, что поздняя тяжелая бомбардировка принесла воду и, возможно, органические материалы — необходимые ингредиенты для жизни, какой мы ее знаем, — на внутренние планеты, которые в противном случае потеряли большую часть своей воды после внутреннего нагрева во время своего формирования.
Меркурий и Луна не могли удержать большую часть этой импортированной воды из-за их более слабой гравитации, за исключением незначительного количества, которое замерзло внутри постоянно затененных областей. Некоторая вулканическая активность продолжалась на Луне и Меркурии до одного миллиарда лет назад, когда их недра достаточно остыли, чтобы остановить ее.
Поверхность Венеры могла удерживать жидкую воду в течение двух миллиардов лет, пока что-то не превратило этот потенциально похожий на Землю мир в адский ландшафт, которым он является сегодня.
Он до сих пор геологически активен.
Марс был пригоден для жизни, по крайней мере, в течение некоторого периода времени около 3-4 миллиардов лет назад, с озерами и речными каналами на его поверхности. Но без защитного магнитного поля солнечное излучение лишило Марса большей части атмосферы и воды. 3 миллиарда лет назад планета превратилась в холодную сухую пустыню. Марсианские спутники Фобос и Деймос — это либо астероиды, захваченные Марсом во время поздней тяжелой бомбардировки, либо они образовались из обломков, выброшенных астероидом, столкнувшимся с красной планетой. Наблюдения за Марсом показывают, что планета была вулканически активной всего несколько миллионов лет назад.
К счастью для нас, вода на Земле осталась. Древнейшие недвусмысленные свидетельства жизни на Земле
3,5 миллиарда лет назад, после поздней тяжелой бомбардировки. Фотосинтезирующие организмы развились 2,5 миллиарда лет назад и начали накачивать кислород в нашу атмосферу, помогая создать смесь газов, которой мы дышим сегодня.
Наша планета все еще геологически активна.
Более спокойное место?
После поздней тяжелой бомбардировки Солнечная система стала спокойнее место. Столкновения с астероидами все еще случаются, но их частота и размеры воздействия резко сократились. По-прежнему есть повод для беспокойства, т. некоторые относительно крупные воздействия произошли за последние 100 млн. лет:
Астероид или комета упали на Луну и образовали кратер Тихо шириной 86 километров 108 миллионов лет назад, который вы можете увидеть с Земли. Динозавры были бы живы и процветали, чтобы стать свидетелями этого события. В ту же геологическую эпоху сформировались знаковые кольца Сатурна.
Астероид диаметром от пяти до пятнадцати километров упал на Землю 66 миллионов лет назад, вызвав глобальное изменение климата.
Это привело к исчезновению трех четвертей жизни на Земле, включая динозавров.
Комета Шумейкера-Леви 9 врезалась в Юпитер в 1994 году. Это было впечатляющее, но отрезвляющее событие, засвидетельствованное телескопами по всему миру. Еще совсем недавно в 2013 году над российским городом взорвался астероид Челябинска, повредив здания и отправив более сотни человек в районные больницы. Наша планета остается под угрозой опасного столкновения с астероидами, что подчеркивает необходимость планетарной защиты.
Древний лунный камень. Этот камень, доставленный астронавтами Аполлона-16, образец 67215, состоит из частей, возраст которых составляет около 4,46 миллиарда лет. Изображение: НАСА / под редакцией The Planetary SocietyИсследование космоса учит временной шкале
Откуда мы все это знаем? Миссии по исследованию космоса, наземные
наблюдения и другая научная деятельность помогают нам собрать воедино наши
прошлое. Хотя мы не можем оглянуться назад и увидеть, как родилась наша Солнечная система,
мы наблюдали подобные детские звездные системы с помощью таких обсерваторий, как космический телескоп Хаббла, который сфотографировал молодые звезды в туманности Ориона, окруженные вращающимися дисками.
которые разовьются в звездные системы, подобные нашей. Мы знаем, что Солнце сформировалось
вместе с другими звездами в том же облачном комплексе, потому что орбиты некоторых из самых далеких объектов в нашей Солнечной системе могут быть объяснены только в том случае, если другие звезды когда-то подошли достаточно близко, чтобы подтолкнуть их под действием гравитации.
Мы знаем возраст Солнечной системы благодаря многочисленным доказательствам. В какой-то момент на своих орбитах вокруг Солнца несколько небольших камней из первоначальный диск, сформировавший Солнечную систему, упал на Землю как метеориты. Используя обширный лабораторный анализ, ученые обнаружили самая старая из них образовалась 4,57 миллиарда лет назад. Возраст самых старых лунных пород, доставленных на Землю миссиями «Аполлон», составляет 4,46 миллиарда лет. Мы нашли в Австралии хорошо сохранившиеся осадочные породы, содержащие зерна возрастом 4,4 миллиарда лет.
Мы многого не знаем о поздней тяжелой бомбардировке.
Вулканизм, геологические процессы и выветривание уничтожили большую часть
свидетельства о Венере, Земле и Марсе. К счастью, безвоздушная Луна все еще
несет шрамы тех дней, которые вы можете видеть с Земли. Образцы Луны, доставленные из миссий «Аполлон»
показал, что возраст некоторых из его крупнейших бассейнов составляет от 4,1 до
3,8 миллиарда лет, и именно так мы даже сделали вывод о возможности
происходит такое событие.
Миссии к астероидам и кометам, таким как Rosetta, Hayabusa2 и OSIRIS-REx, продолжают рассказывать нам о маленьких мирах и о том, сколько земной воды и органических веществ они доставили сюда. В 2019 году, New Horizons посетил Аррокот, дав нам первый подробный обзор структуры и состава одного из самых примитивных объектов Солнечной системы.
Будущие космические миссии расскажут нам еще больше. Есть два скопления астероидов, называемых троянами, которые делят орбиту Юпитера.
вокруг Солнца. Путешествие Юпитера из своего первоначального местоположения может быть
отпечатались на этих астероидах, когда они двигались вместе с Юпиером.
НАСА
миссия под названием Люси
планируется запустить в октябре 2021 года, чтобы посетить 7 троянцев Юпитера.
впервые помогая нам выяснить, что на самом деле произошло в
ранняя солнечная система.
Предстоящая миссия MMX Японии попытаются определить происхождение двух спутников Марса, привезя образцы Фобоса обратно на Землю. Нужны новые миссии к Урану и Нептуну чтобы помочь нам понять, где родились ледяные гиганты и как они эволюционировал. НАСА, международные космические агентства и частные компании отправка роботов и людей на Луну. Некоторые из этих миссий будут собирать образцы из более разных областей. чем миссии Аполлона, которые помогут нам понять Луну и прошлое Земли.
Нам еще многое предстоит узнать, а поскольку наука является некоторые из наших предположений изменятся с новыми открытиями и будущие миссии.
Давайте узнаем больше
Пришло время действовать в космосе! Сделайте подарок сегодня, чтобы сумма вашего подарка составила 75 000 долларов.
Пожертвовать
Подробнее: Астероиды, Кометы, Земля, Юпитер, Марс, Меркурий, Нептун, Сатурн, Малые тела, Система Земля-Луна, Система Юпитер, Система Марс, Система Нептун, Система Сатурн, Система Урана, Уран, Венера, Миры
You are here: Home > Articles
Jatan Mehta
Сотрудничающий редактор The Planetary Society
Читать другие статьи Jatan Mehta
Статьи по теме
Как выглядят планеты в телескоп?
В Солнечной системе восемь планет (включая Землю), и хотя вы можете увидеть пять самых ярких невооруженным глазом, вам действительно нужен телескоп, чтобы поймать их в лучшем виде.
Давайте рассмотрим каждый из них и получим представление о том, что вы можете ожидать увидеть.
Меркурий
Поскольку Меркурий является ближайшей планетой к Солнцу, он никогда не уходит далеко от него в небе, и его бывает сложно обнаружить. Он будет виден в течение короткого времени либо в предрассветных, либо в вечерних сумерках, и часто рекомендуется подождать, пока рядом появится Луна или другая яркая планета, чтобы помочь вам найти его.
В телескоп Меркурий и Венера будут показывать фазы, как и Луна. Небольшого телескопа обычно достаточно, чтобы увидеть крошечный коричневатый диск, но не более того. Скорее всего, вам понадобится большой прицел и большое увеличение, чтобы увидеть любой намек на маркировку поверхности.
Изображение предоставлено: NASA Visualization Technology Applications and Development (VTAD)
Венера
Как и Меркурий, Венера видна только в предрассветных или вечерних сумерках, но, в отличие от своего брата, ее легко увидеть как яркая белая звезда около семи месяцев подряд.
Из-за ее яркости лучше всего наблюдать за планетой вскоре после захода солнца, когда контраст между планетой и фоновым небом меньше. В противном случае планета может быть слишком яркой, и вы мало что увидите.
Опытные астрономы выследят и наблюдают Венеру даже днем, когда контраст между планетой и небом наименьший.
Опять же, как и у Меркурия, вы сможете видеть фазы, но его диск больше и его легче увидеть. Венера полностью покрыта облаками, но если вы хотите увидеть какие-либо отметины в ее атмосфере, вам понадобится телескоп как минимум среднего размера и большое увеличение. Использование красного или темно-синего фильтра может помочь выделить некоторые детали.
Изображение предоставлено НАСА
Марс
Когда дело доходит до Марса, есть как хорошие, так и плохие новости. Хорошая новость заключается в том, что красная планета может отлично смотреться в телескоп, когда она находится в лучшем виде. Плохая новость заключается в том, что это происходит только раз в два года или около того, но когда это происходит, даже небольшой телескоп может показать удивительное количество деталей.
Например, увеличения в 50-100 раз достаточно, чтобы увидеть темные пятна на поверхности планеты; Вы также можете мельком увидеть одну из ледяных шапок. Средние и большие телескопы покажут больше деталей, а самые большие телескопы потенциально покажут некоторые из слабых линий, которые когда-то ошибочно принимались за водные каналы на поверхности.
Изображение предоставлено: NASA/JPL-Caltech/USGS
Юпитер
Юпитер, пожалуй, самый интересный и доступный для владельцев небольшого телескопа. Даже бинокль покажет четыре ее крупнейших спутника — Ио, Европу, Ганимед и Каллисто, — но почти любой телескоп покажет их и многое другое.
При увеличении около 30x Юпитер показывает яркий белый хорошо заметный диск с одной или двумя коричневатыми полосами, пересекающимися вблизи его экватора. Увеличение увеличения примерно до 100x также может показать полярные регионы планеты. Если вы наблюдаете за лунами, вы увидите, как они движутся в течение нескольких часов; иногда они затмеваются, когда исчезают в тени Юпитера, а иногда вы видите тень самой Луны, когда она проходит перед планетой.
Все это можно увидеть практически в любой телескоп.
Что касается знаменитого Большого Красного Пятна Юпитера, вам, скорее всего, понадобится телескоп среднего или большого размера, чтобы увидеть его. Темно-синий фильтр поможет увеличить контрастность и сделает пятно более заметным. Синий фильтр также является отличным вариантом для выявления текстуры и деталей в атмосферных поясах и полосах Юпитера.
Авторы и права: НАСА, ЕКА, А. Саймон (Центр космических полетов Годдарда) и М.Х. Вонг (Калифорнийский университет, Беркли)
Сатурн
Жемчужина в короне Солнечной системы, Сатурн может быть потрясающим зрелищем в телескоп любого размера. Небольшой телескоп хорошего качества с небольшим увеличением около 25x может четко увидеть кольца, а самый большой спутник Сатурна, Титан, выглядит как звездообразная точка поблизости. Увеличение, близкое к 100-кратному, также покажет вторую луну, Рею, в то время как Тефия и Диона также могут быть видны.
Вы также можете увидеть несколько слабых полос в атмосфере планеты, но они далеко не так заметны, как у Юпитера.
Похожая история и с полярными областями Сатурна, но в более широком масштабе должно быть немного больше. Опять же, использование синего фильтра может помочь увеличить контраст объектов и сделать их немного более заметными.
Наконец, примерно в 100 раз вы можете увидеть подразделение Кассини. Это разрыв в кольцах Сатурна, который был обнаружен в 1675 году итальянским астрономом Джованни Кассини и лучше всего виден, когда кольца планеты широко раскрыты.
Авторы и права: НАСА, ЕКА, А. Саймон (Центр космических полетов Годдарда), М.Х. Вонг (Калифорнийский университет, Беркли) и команда OPAL
Уран и Нептун
Теперь, когда Плутон понижен до статуса карликовой планеты, двумя самыми удаленными планетами являются Уран и Нептун. К сожалению, оба находятся так далеко, что ни один из них не виден невооруженным глазом (хотя опытные наблюдатели под ясным темным небом могут идентифицировать Уран), и вам понадобится какое-то оптическое приспособление, чтобы найти и наблюдать за ними.