Состав и строение Солнечной системы — Мегаобучалка

Приход наш и уход загадочны,

их цели все мудрецы Земли

осмыслить не сумели.

Где круга этого начало, где конец,

откуда мы пришли, куда уйдем

отселе?

Омар Хайям

Солнечная система представляет собой комплекс небесных тел, объединенных не только упорядоченностью движения, но и общностью физических свойств. В центре Солнечной системы находится наша дневная звезда — Солнце. Вокруг него вместе со своими спутниками обращаются 9 больших планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон.

Их физические характеристики приведены в табл. 10.1 и 10.2.

Меркурий— ближайшая к Солнцу планета и наименьшая из планет земной группы. Ее диаметр составляет 0,383 диаметра Земли, а масса 0,056 земной массы. Период вращения Меркурия вокруг оси равен 58,65 земных суток. Это близко к 2/3 периода обращения планеты вокруг Солнца (88 земных суток). Значит, одни сутки на Меркурии длятся два меркурианских года. К Земле Меркурий обращен всегда одним и тем же полушарием. По внешнему виду Меркурий напоминает Луну с множеством ее кратеров, гор и морей. На Меркурии имеются следы сильно разреженной атмосферы, в состав которой входят водород, гелий, кислород, а также аргон и неон. Температура поверхности планеты колеблется от -180 °С до +430 °С. У планеты слабое магнитное поле. Спутников Меркурий не имеет.

Венера— вторая по расстоянию от Солнца и ближайшая к Земле планета Солнечной системы. Видна как «вечерняя звезда»

Таблица 10.1 Физические характеристики планет Солнечной системы

 

Планета Масса, кг Средняя плотность, г/см3 Температура поверхности, К Сила
тяжести на
поверхности,
(зем. = 1)
Экваториальный диаметр,
км
Меркурий 3.15 — 1023 5,44 0,38
Венера 4,89 — 1024 5.16 0,91 12 104
Земля 5,98 — 1024 5,52 1,00 12 756
Марс 6,42 — 1023 3,94 250-320 0,38
Юпитер 1,89 — 1027 1,88 173 (макс) 2,34 140 140
Сатурн 5.68 — 1026 0,71 0,93 115 600
Уран 8,68 — 1025 1,47 90 (макс) 0,85 49 400
Нептун 1,03 — 1025 1,70 72 (макс) 1.14 49 008
Плутон 1,40 — 1024 1,30 63 (макс) 0,04

Таблица 10.2 Динамические характеристики планет Солнечной системы

 

Планета Среднее расстояние от Солнца, млн км Период обращения вокруг Солнца, годы (сут.) Средняя скорость
орбитального
движения, км/с
Период вращения вокруг оси
(сутки и часы)
Меркурий 57,91 0,24 (88) 47,87 58,6 сут.
Венера 108,21 0,62 (224,7) 35,00 243,16 сут.
Земля 149,60 1,00 (365,24) 29,79 23 ч. 56 мин. 4с
Марс 227,94 1,88 (687,0) 24,13 24 ч. 37 мин. 23 с
Юпитер 777,80 11,86 13,05 9 ч. 50 мин. 30 с
Сатурн 1427,00 29.46 9,65 10 ч. 14 мин.
Уран 2869,00 84,02 6,80 10 ч. 48 мин.
Нептун 4496,00 164,80 5.43 15 ч. 48 мин.
Плутон 5947,00 247,70 4,74 6,39 сут.

в западной стороне неба сразу после захода Солнца или как «утренняя звезда» — в восточной стороне неба незадолго до восхода Солнца. Венера — самое яркое светило на небе после Солнца и Луны. Венера вращается вокруг оси не с запада на восток, как

Земля, а в обратном направлении — с востока на запад. Венера окутана плотной атмосферой, почти целиком состоящая из углекислого газа (97%) с примесью азота, кислорода и водяных паров. Атмосферное давление — свыше 90 атм. Температура вблизи поверхности планеты достигает +470 °С. Поверхность планеты сухая и каменистая. На ней замечены обширные равнины, но есть и горы. Их наибольшая высота достигает 12 км. По-видимому, там много и вулканов. Естественных спутников у Венеры нет.

Марс— четвертая от Солнца планета Солнечной системы. На звездном небе он выглядит как немерцающая точка красного цвета. Марс вдвое меньше Земли по диаметру и в девять раз — по массе. Период вращения планеты вокруг оси 24 ч. 37 мин. 23 с. Наклон оси вращения Марса к плоскости орбиты почти такой же, как и у Земли (около 25°), поэтому на Марсе есть смена времени года, похожая на земную, хотя продолжительность марсианского года близка к 687 земным суткам. Атмосфера Марса сильно разрежена и состоит в основном из углекислого газа с примесью азота, аргона, кислорода и водяных паров. Атмосферное давление у поверхности планеты в 160 раз меньше, чем на уровне моря на Земле. В атмосфере Марса часто возникают ветры и даже ураганы, вызывающие пылевые бури. Среднегодовая температура планеты -70 °С. При этих условиях жидкой воды на Марсе быть не может, и она существует только в виде пара, снега или льда. Марс обладает магнитным полем в 500 раз более слабым, чем магнитное поле Земли. На снимках, сделанных во время полетов автоматических межпланетных станций, поверхность планеты выглядит как красная, безводная, усеянная камнями пустыня с изрезанным рельефом. На Марсе есть кратеры, имеются горы, некоторые из них являются потухшими вулканами. Самая крупная во всей Солнечной системе вулканическая гора Олимп возвышается более чем на 20 км над поверхностью планеты. Марс имеет два естественных спутника — Фобос и Деймос.

Юпитер— самая крупная планета Солнечной системы и пятая по расстоянию от Солнца. Свое название она получила в честь римского бога неба, громовержца Юпитера. Масса планеты почти в 2,5 раза превышает суммарную массу остальных планет

и в 318 раз массу Земли. Диаметр Юпитера больше диаметра Земли в 11,2 раза. Юпитер отстоит от Солнца в 5,2 раза дальше, чем Земля, и затрачивает на один оборот по орбите почти 12 лет. Вокруг своей оси Юпитер вращается быстрее любой другой планеты Солнечной системы. В телескоп планета видна сжатой у полюсов с заметным рядом светлых и темных полос, которые каждый год располагаются по-разному. Юпитер окружен толстой водородно-гелиевой атмосферой, в верхних слоях которой температура около -160 °С. Особенность этой планеты в наличии знаменитого Большого Красного пятна — огромного газового образования овальной формы и розового цвета, по размерам превышающего размеры земного шара. Предположительно, оно представляет собой грандиозный вращающийся вихрь. Юпитер обладает мощным магнитным полем, а также является источником довольно сильного радиоизлучения. Вокруг Юпитера вращаются 16 спутников, четыре наиболее крупные из которых были открыты в 1610 г. Галилеем. Кроме спутников Юпитер окружен кольцом из мелких камней и пыли. Оно всегда обращено к Земле ребром, поэтому с Земли не видно.

Сатурн— вторая по величине планета Солнечной системы. Имея массу, равную примерно 95 земным массам, и объем более 758 земных объемов, обладает самой низкой средней плотностью по сравнению с другими планетами. В атмосфере Сатурна присутствуют водород, метан и другие газы. Вблизи верхней границы облаков температура около -170 °С. Планета обладает магнитным полем и является источником радиоизлучения. Сатурн имеет 17 спутников, самый крупный из них — Титан. Одно из хорошо известных и интересных небесных образований — кольца Сатурна.

Уран— седьмая по порядку от Солнца планета Солнечной системы. Это первая из планет, открытая с помощью телескопа. Уран относится к числу планет-гигантов. По диаметру он почти в 4 раза, а по массе — приблизительно в 14,6 раза больше Земли. Расстояние от Урана до Солнца почти в 20 раз больше, чем от Земли до Солнца, и он совершает полный оборот вокруг нашего светила за 84 года. Уран, подобно Венере, вращается вокруг своей

оси в направлении с востока на запад (а не с запада на восток, как Земля и другие планеты). Уран сильно сжат у полюсов. Его атмосфера состоит наполовину из водорода. Кроме того, в ней присутствуют метан, аммиак и гелий. Температура на поверхности облачного слоя планеты — около -215 °С. Уран имеет девять узких непрозрачных газопылевых колец и 16 спутников.

Нептун— восьмая по расстоянию от Солнца большая планета Солнечной системы. Диаметр Нептуна равен 3,81 диаметра Земли, а масса — 17,2 земных масс. Планета сильно сжата и быстро вращается вокруг своей оси. Она состоит, по-видимому, из замороженной воды и других распространенных в космосе водородных соединений. 20% массы приходится на соединения кремния и металлов. Планета получает от Солнца в 900 раз меньше тепла, чем Земля. Температура на поверхности Нептуна -200-220 °С Планета окутана плотной водородно-гелиевой атмосферой с примесью метана и аммиака. Нептун имеет 8 спутников и кольца такой же природы, как и у Юпитера.

Плутон— наименьшая среди известных нам планет Солнечной системы и наиболее далекая от Солнца. Плутон был открыт сравнительно недавно. Плутон находится в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля, и получает от него в 1600 раз меньше тепла и света, чем наша планета. Плутон — это холодный темный и безмолвный мир, поверхность которого покрыта метановым льдом. Температура планеты рекордно низка: -230 °С. Период вращения Плутона равен 6,4 сут., а период обращения — почти 248 лет. В 1978 г. американский астроном Дж. Кристи открыл у Плутона один спутник, названный Хароном. Он удален от планеты на расстояние в 17 000 км.

Солнечная система обладает рядом важных особенностей. Перечислим основные из них.

1. Подавляющая часть полной массы Солнечной системы принадлежит Солнцу, т. е. центральному телу. На долю Солнца приходится 99,87% массы Солнечной системы, так что сила его притяжения почти полностью управляет движением планет, которые обращаются вокруг него по орбитам, близким к эллип-

сам. Поэтому Солнце находится почти точно в центре планетных орбит.

2. Орбиты всех планет и большинства астероидов близки к окружностям и лежат приблизительно в плоскости эклиптики, т. е. в плоскости земной орбиты. Наибольшим наклоном к эклиптике (земной орбите) и наибольшей вытянутостью обладают орбиты Плутона (17°) и Меркурия (7°).

3. По размерам, массе и общему строению большие планеты делятся на две группы: на планеты типа Земля (или планеты земной группы), расположенные внутри пояса астероидов, и планеты-гиганты (вне его). Плутон занимает особое положение, отличаясь от планет обеих групп.

Планеты типа Земля значительно меньше гигантов по массе и размерам. Они обладают большей средней плотностью вещества и сравнительно медленным вращением.

Планеты-гиганты в десятки и сотни раз массивнее планет земной группы. Они окружены сравнительно плотными протяженными атмосферами. В основном планеты-гиганты состоят из водорода и гелия; доля всех других элементов в них значительно меньше, чем у планет земной группы.

4. Все планеты обращаются вокруг Солнца в одну сторону,
причем направление их осевого вращения, как правило, совпада
ет с направлением движения по орбите. Исключение составляют
лишь Венера и Уран, которые вращаются в противоположную
сторону, причем ось вращения Урана почти лежит в плоскости
орбиты.

Перечисленные особенности связаны с теми условиями, в которых происходило формирование планет миллиарды лет тому назад.

Возраст Солнечной системы был определен на основании лабораторного изотопного анализа земных скальных пород, а также метеоритов и доставленных на Землю космическими аппаратами образцов лунного грунта. Оказалось, что наиболее старые из них имеют возраст около 4,5 млрд лет. Возраст Солнца, полученный на основе теории эволюции звезд, оценивается примерно в 5 млрд лет. Поэтому считается, что все планеты

сформировались приблизительно в одно время — 4,5-5 млрд лет тому назад.

Согласно существующим представлениям, вещество, из которого возникли планеты и их спутники, первоначально образовывало массивный диск из холодного газа и пыли, окружавший еще молодое Солнце. Планеты сформировались в результате роста сгущений, возникших под действием сил гравитации в этом вращавшемся диске. Поэтому и сейчас все они, сохраняя движение диска, обращаются вокруг Солнца в одну и ту же сторону. Плотность, температура и химический состав протопланетного вещества были весьма различными во внешних, далеких от Солнца, и внутренних, близких к нему, частях диска. Это привело к сильному различию двух групп планет — внутренних и внешних.

Две основные причины, определяющие важнейшие свойства каждой планеты, — это ее расстояние от Солнца и масса. Чем больше среднее расстояние планеты от Солнца, тем меньше энергии от него она получает. По этой причине температура планет быстро падает с увеличением расстояния от Солнца. Напомним, что, в отличие от далеких планет, планеты земной группы, расположенные ближе к Солнцу, содержат очень много тугоплавких элементов (кремний, железо и др.). По-видимому, это отражает особенности химического состава того протопланетного газопылевого диска, из вещества которого сформировались планеты: чем дальше от Солнца, тем больше легких газов содержалось в протопланетном диске. Причина этого в том, что на больших расстояниях от Солнца при более низких температурах молекулы легких газов могли намерзать на пылинки, в то время как вблизи Солнца легкие газы нагревались и покидали протопланетный диск.

Масса планеты определяет ее способность удерживать вокруг себя атмосферу. Газ всегда стремится к расширению, и газовые атмосферы удерживаются вокруг планет только благодаря гравитационному притяжению к ним. Но из атмосферы любой планеты непрерывно происходит утечка вещества в межпланетное пространство. Причина этого понятна: тепловое

движение молекул газа. Скорость каждой молекулы постоянно меняется из-за столкновений с другими молекулами. Если скорость случайно превысит вторую космическую, то такая молекула навсегда может покинуть разряженные внешние слои атмосферы планеты. Чем меньше масса планет, тем слабее ее гравитационное притяжение и тем быстрее она теряет свою атмосферу, поскольку наиболее «быстрым» молекулам легче покинуть ее. Из физики известно, что средняя скорость теплового движения молекул и атомов пропорциональна, , где Т — абсолютная температура газа, а m0 — масса его молекул (или атомов). Поэтому при любой температуре быстрее всего покидают атмосферу молекулы легких газов, имеющие более высокую среднюю скорость. Следовательно, со временем масса атмосферы и ее химический состав должны меняться. В атмосферах планет земной группы осталось очень мало легких газов (водорода и гелия). Меркурий из-за небольшой массы и высокой температуры, обусловленной близостью к Солнцу, практически вовсе лишен атмосферы. Атмосфера Марса из-за слабости его гравитационного поля сильно разряжена, а Луна и спутники планет вообще не смогли удержать вблизи себя газовую оболочку. Исключение составляет массивный и холодный спутник Сатурна — Титан, имеющий атмосферу, содержащую много достаточно тяжелого газа — азота, и небольшой спутник Юпитера—Ио. Последний теряет атмосферу непрерывно, но она постоянно пополняется за счет извержения вулканов, которые вместе с выбросом лавы выделяют много газов. По-видимому, и у планет земной группы (в том числе и у Земли) вулканические извержения и выделения газов из недр сыграли решающую роль в образовании атмосфер, когда планеты были еще молодыми.

На твердой поверхности больших планет (особенно не обладающих атмосферой) и их спутников наблюдаются многочисленные кратеры — результат метеоритной бомбардировки. Она происходит и в наше время. Однако наиболее интенсивной она была миллиарды лет тому назад. Такие тела, как Луна, Меркурий, спутник Юпитера Каллисто и другие, где кратеров очень много и где они мало разрушались, сохранили большую часть

своей поверхности в том виде, какой она была миллиарды лет назад. На Венере, Марсе и на некоторых спутниках (частично и на Луне) происходил процесс постепенного исчезновения старых кратеров. Они могли заполняться лавой (на Луне), разрушаться под действием ветра (как, например, на Марсе) или воды (как на Земле). Поэтому изучение поверхностей различных планет и спутников дает возможность узнать о далекой их истории и путях эволюции.

Сильные магнитные поля обнаружены пока у трех планет: Земли, Юпитера и Сатурна. По-видимому, они связаны с существованием электрических токов в расплавленных недрах этих планет. Если планеты земной группы Меркурий, Венера, Земля и Марс имеют относительно большую плотность и состоят из тяжелых элементов, то планеты-гиганты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун имеют плотность чуть больше, чем у воды и состоят из легких элементов водорода и гелия. Они имеют мощные протяженные атмосферы, переходящие в жидкий слой поверхности. Например, Юпитер состоит в основном из водорода, 18% по массе приходится на гелий, имеется примесь аммиака NH3 и метана СН4 (болотного газа). Хотя планеты-гиганты холодны и безжизненны, благодаря огромным расстояниям между ними и большим массам он обладает многочисленными семействами спутников. Система Сатурна имеет даже более разительное сходство с Солнечной системой в целом не только потому, что у этой планеты 17 спутников (больше, чем число известных планет), но и потому, что она обладает также большими кольцами — миниатюрным «поясом астероидов». Кольца состоят из мелких частиц, покрытых льдом и обращающихся вокруг Сатурна в диске, относительная толщина которого по сравнению с его шириной меньше, чем у листа бумаги. Уран и Юпитер также имеют кольца, хотя они много слабее и поэтому их трудно наблюдать. Возможно, они есть и у Нептуна.

Помимо больших планет и их спутников, в состав Солнечной системы входят тысячи малых планет — астероидов, находящихся в основном между орбитами Марса и Юпитера, где они образуют так называемый пояс астероидов. Кроме того,

в межпланетном пространстве по очень вытянутым орбитам движутся твердые ледяные тела, окруженные газовой оболочкой, — кометы и множество камней и частиц самых различных размеров: метеоры и метеориты (рис. 10.6).

Астероиды.Большая часть астероидов (более пяти тысяч тел размером от одного километра до тысячи километров) движется между орбитами Марса и Юпитера. Орбиты их, как правило, не слишком сильно отличаются от окружностей. Периодические изменения яркости, наблюдаемые у некоторых астероидов, указывают на то, что они обладают неправильной формой, неровной поверхностью и вращаются вокруг своих осей. Поверхности астероидов, как и спутников планет, должны нести следы ударов более мелких тел. Атмосфер у астероидов нет.

Кометы— эти странные небесные скитальцы вызывали у людей суеверный страх чаще, чем любые другие небесные

тела. Большинство комет движется по чрезвычайно вытянутым орбитам и при каждом обороте приближаются к Солнцу лишь на непродолжительное время. В перигелии, при максимальном сближении с Солнцем, их блеск очень сильно возрастает. В это время они столь активны, что теряют заметную долю своего вещества и вокруг их ядра образуется протяженная атмосфера (кома) из газа и мелких пылевых частиц. Под давлением солнечного излучения и выброшенных Солнцем частиц кометный газ и пыль покидают голову кометы, порождая протяженный хвост, а то и несколько хвостов всегда сложной структуры. Вероятно, кометы внесли свой вклад в обогащение вещества Солнечной системы такими легкими летучими составляющими, как углерод и вода, без которых была бы невозможна жизнь на Земле.

megaobuchalka.ru

Состав, строение и происхождение Солнечной системы

Вам известно, что движение
звёзд на небе привлекало людей с древних времён. Ещё древние греки — как и
многие другие народы до и после них, — проводили различие между Землёй, которую
они считали центром Вселенной, и планетами. А планетами они называли маленькие
светящиеся точки в небе, которые вращались вокруг Земли.

При этом многие звёзды
древними людьми ассоциировались с божествами, так как они привыкли относить к
«божественной деятельности» всё то, что они не в силах были объяснить,
основываясь на своих знаниях.

Сегодня мы точно знаем больше,
что Земля не является ни то что центром Вселенной, но даже не центром Солнечной
системы.

Но что же такое Солнечная
система? В современном понимании, под Солнечной системой понимается всё
космическое пространство и вся материя, находящаяся в сфере притяжения Солнца.

То есть Солнце — это самый
главный и самый массивный объект Солнечной системы, который занимает в ней
центральное положение. Вокруг Солнца вращается огромное количество спутников,
но самыми значительными из них являются большие планеты. Они представляют собой
шарообразные тела, которые не имеют собственного света, и освещаются лишь солнечными
лучами. В настоящее время выделяют восемь больших планет, удалённых от Солнца в
следующем порядке: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

С 1930 до 2006 года к планетам
относился и Плутон. Однако открытие во внешней части Солнечной системы
множества объектов, среди которых Квавар, Седна и, особенно, Эрида, которая
лишь слегка меньше Плутона, вынудило учёных причислить последнего к новой
категории карликовых планет.

По своим физическим
характеристикам планеты принято делить на две группы. Четыре ближайшие к Солнцу
— Меркурий, Венера, Земля и Марс — называются планетами земной группы. Их
размеры относительно небольшие, но их средняя плотность почти в пять раз больше
плотности воды.

Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун,
которые удалены от Солнца на большие расстояния, намного массивнее планет
земной группы и очень сильно превосходят их по объёму. В недрах этих планет
вещество сильно сжато, но тем не менее их средняя плотность относительно
небольшая. А, например, Сатурн, если конечно найти бассейн огромных размеров,
мог бы даже плавать в воде.

У шести из восьми больших
планет (кроме Меркурия и Венеры) есть естественные спутники. Давайте взглянем
на Солнечную систему со стороны.

Все планеты в ней вращаются вокруг
Солнца почти по круговым орбитам в одну и ту же сторону — противоположно ходу часовой
стрелки. Такое направление движения в астрономии принято называть прямым
движением.

Но Солнечная система — это не
только Солнце и восемь больших планет. Конечно же большие планеты — самые
важные представители семьи Солнца. Но у нашей звезды есть ещё очень много и
других «родственников».

Известный немецкий учёный
Иоганн Кеплер почти всю свою жизнь занимался «поисками гармонии планетных
движений». Он первый заметил, что между орбитами Марса и Юпитера наблюдается пустое
пространство, хотя, по логике вещей, там должна была бы находится планета. И Кеплер
оказался прав. Примерно спустя два столетия между Марсом и Юпитером действительно
была найдена маленькая планетка. По своему диаметру она оказалась в 3,4 раза, а
по объёму — в 40 раз меньше нашей Луны. Планета получила название Церера, в
честь древнеримской богини, считавшейся покровительницей земледелия.

Вскоре выяснилось, что у
Цереры есть тысячи небесных «сестёр» и многие из них движутся как раз между
орбитами Марса и Юпитера. Там они образуют своеобразный пояс малых планет — главный
пояс астероидов. В большинстве случаев это планеты-крошки с поперечником всего около
одного километра, но есть и крупные экземпляры — Веста, Паллада. и Гигея.

Второй пояс астероидов был
открыт сравнительно недавно на окраинах нашей планетной системы — это пояс
Койпера. Хотя он и похож на пояс астероидов, но примерно в 20 раз его шире и в 200
раз массивнее.

Но семья нашего Солнца не
ограничивается лишь малыми и большими планетами. Иногда на небе бывают видны
хвостатые «звезды» — кометы, которые приходят к нам издалека и, как правило,
появляются внезапно.

Как считают учёные, на
окраинах Солнечной системы имеется своеобразное «облако», именуемое облаком
Оорта, состоящее из более ста миллиардов потенциальных кометных ядер. Вот оно-то
и служит постоянным источником наблюдаемых нами комет. Правда инструментально
существование этого облака не подтверждено, но многие косвенные факты указывают
на то, что оно там есть.

Помимо всего
вышеперечисленного, практически всё пространство Солнечной системы занято немыслимым
числом частиц твёрдого вещества самых разнообразных размеров, но
преимущественно очень мелких, масса которых составляет тысячные и даже миллионные
доли грамма. Это метеорная пыль, которая образовалась в результате испарения
и разрушения кометных ядер.

А когда сталкиваются и
разрушаются малые планеты — астероиды — возникают обломки разных размеров — это
метеорные тела. Иногда метеорные тела падают на Землю в виде метеоритов.

Как видим, у нашего Солнца
оказалась очень большая семья. Но из-за того, что его масса составляет почти
девяносто девять целых и восемьдесят шесть сотых процента от суммарной массы
всей Солнечной системы, силы гравитационного притяжения между Солнцем и
остальными небесными телами оказываются достаточными для удержания «семьи» в
Солнечной системе.

Как мы уже говорили, по
размерам, массе и общему строению большие планеты делятся на две группы:
планеты земной группы, расположенные внутри главного пояса астероидов, и
планеты-гиганты — вне его.

Планеты-гиганты в десятки и
сотни раз массивнее планет земной группы, но обладают намного меньшей
плотностью. Они окружены сравнительно плотными протяжёнными атмосферами. В
основном эти планеты состоят из водорода и гелия; доля всех других элементов в
них значительно меньше, чем у планет земной группы.

Все большие планеты Солнечной
системы вращаются вокруг Солнца в одну сторону, причём направление их осевого
вращения, как правило, совпадает с направлением движения по орбите. Исключение
составляют лишь Венера и Уран, которые вращаются в противоположную сторону.

Эти особенности планет связаны
с теми условиями, в которых происходило их формирование миллиарды лет назад. Согласно
современным представлениям формирование Солнечной системы началось около пяти
миллиардов лет назад с так называемого гравитационного коллапса (то есть катастрофически
быстро сжатия) небольшой части гигантского межзвёздного газопылевого облака.

Впервые эта идея была
сформулирована Иммануилом Кантом в 1755 году и доработана Пьером Лапласом в 1796
году. Согласно теории Канта, наша Солнечная система образовалась из
вращающегося горячего газопылевого облака, которое, под действием гравитации,
сжималось и распадалось на фрагменты. Но эта теория оказалось несостоятельной
из-за множества возникших противоречий.

Следующая попытка описать
происхождение нашей системы принадлежала Джеймсу Джинсу. В 1919 году он
высказал предположение о том, что мимо нашего светила проходила другая звезда,
которая и вырвала часть материи Солнца, из которой позже образовались планеты. Но,
как вы понимаете, и эта идея не нашла своего подтверждения. В частности,
исследования физико-химического состава земных пород и метеоритов показали, что
они образовались не из газовых сгустков, а из вполне себе твёрдого вещества.

Лишь 1944 году советским
учёным уроженцем города Могилёва (ныне Республика Беларусь) Отто Юльевичем
Шмидтом была выдвинута теория о происхождении Солнечной системы, которая
развивается и по сей день.

Согласно этой теории, около 5
миллиардов лет назад недалеко от места рождения Солнечной системы произошёл
взрыв сверхновой звезды. Этот взрыв не только наполнил газопылевое облако,
состоящее в основном из водорода и гелия, железом и ураном, но и определил его
будущее, поскольку фронт ударной волны сжал облако газа до критической массы.
Эта масса, под действием гравитационных сил, начала́
сжиматься. В быстро сжимающемся облаке реакции усилились — газ и пыль
уплотнились во множество комков, каждый из которых стал яслями для будущих звёзд.
Сегодня примерно тоже самое мы можем наблюдать в созвездии Ориона, через
которое на сотни световых лет протянулось гигантское молекулярное облако.

Когда первые облака
столкнулись — они стали вращаться. А когда в облаке возникла гравитация, оно не
только стало быстрее крутиться, но и расплющилось в диск.

Через сто тысяч лет это облако
превратилось в раздробленную Солнечную систему, в центре которой светилась
яркая протозвезда — молодое Солнце. Возникшая протозвезда начала поглощать газ
и пыль — большая его часть окажется на Солнце, а из мизерных остатков
космической пыли образуются зародыши планет — планетезимали, а позднее и сами
планеты.

Через миллион лет всё, что
находилось ближе к протосолнцу испарилось под действием высоких температур. Но
на расстоянии около 8 миллионов километров образовалась «каменная линия» где формировались
планетезимали полностью состоявшие из каменистых материалов и соединений
металлов. Примерно через 100 миллионов лет они полностью превратились в
протопланеты земной группы. Ещё через нескольких миллиардов лет планеты земной
группы обрели привычный нам вид.

Во внешней области Солнечной
системы образовалась снеговая линия, в которой планетезимали сформировались изо
льда (воды, метана и аммиака). Здесь процесс образования планет шёл гораздо
быстрее. Частички в средней холодной зоне покрывались льдом, ядра будущих
планет-гигантов росли быстро, захватывая окружающий газ и превращаясь в
планеты-гиганты. Например, считается, что Юпитер набрал около 90 % своей массы
в течение каких-то ста тысяч лет. А в течение следующих нескольких миллионов
лет дорос до теперешних размеров.

В самой холодной внешней части
диска конденсирующее вещество почти всё было ледяным. Множество отдельных
ледяных планетезималий и глыб породили ядра комет и ледяные астероиды.

Спутники планет образовались в
результате тех же процессов, что и сами планеты. Также у планет гигантов есть
образования из мелких частиц — это кольца, которые отсутствуют у планет земной
группы. С читается что они образовались из остатков околопланетного облака.

videouroki.net

Солнце: строение, описание, температура, характеристики | Солнечная система

Ближайшая к нам звезда – это конечно Солнце. Расстояние от Земли до него по космическим параметрам совсем небольшое: от Солнца до Земли солнечный свет идет всего лишь 8 минут.

Солнце – это не обычный желтый карлик, как считали ранее. Это центральное тело солнечной системы, возле которой вертятся планеты, с большим количеством тяжелых элементов. Это звезда, образовавшаяся после нескольких взрывов сверхновых, около которой сформировалась планетная система. За счет расположения, близкого к идеальным условиям, на третьей планете Земля возникла жизнь. Возраст Солнца насчитывает уже пять миллиардов лет. Но давайте разберемся, почему же оно светит? Какое строение Солнца, и каковы его характеристики? Что ждет его в будущем? Насколько значительное влияние оно оказывает на Землю и ее обитателей? Солнце – это звезда, вокруг которой вращаются все 9 планет солнечной системы, в том числе и наша. 1 а.е. (астрономическая единица) = 150 млн. км – таким же является и среднее расстояние от Земли до Солнца. В Солнечную систему входят девять больших планет, около сотни спутников, множество комет, десятки тысяч астероидов (малых планет), метеорные тела и межпланетные газ и пыл. В центре всего этого и находится наше Солнце.

Солнце светит уже миллионы лет, что подтверждают современные биологические исследования, полученные из остатков сине-зелено-синих водорослей. Изменись температура поверхности Солнца хотя бы на 10 %, и на Земле, погибло бы все живое. Поэтому хорошо, что наша звезда равномерно излучает энергию, необходимую для процветания человечества и других существ на Земле. В религиях и мифах народов мира, Солнце постоянно занимало главное место. Почти у всех народов древности, Солнце было самым главным божеством: Гелиос – у древних греков, Ра – бог Солнца древних египтян и Ярило у славян. Солнце приносило тепло, урожай, все почитали его, потому что без него не было бы жизни на Земле. Размеры Солнца впечатляют. Например, масса Солнца в 330 000 раз больше массы Земли, а его радиус в 109 раз больше. Зато плотность нашего звездного светила небольшая – в 1,4 раза больше, чем плотность воды. Движение пятен на поверхности заметил еще сам Галилео Галилей, таким образом доказав, что Солнце не стоит на месте, а вращается.

Конвективная зона Солнца

Радиоактивная зона около 2/3 внутреннего диаметра Солнца, а радиус составляет около 140 тыс.км. Удаляясь от центра, фотоны теряют свою энергию под влиянием столкновения. Такое явление называют — феномен конвекции. Это напоминает процесс, происходящий в кипящем чайнике: энергии, поступающей от нагревательного элемента, намного больше того количества, которое отводится тепло проводимостью. Горячая вода, находящаяся в близости от огня, поднимается, а более холодная опускается вниз. Этот процесс называются конвенция. Смысл конвекции в том, что более плотный газ распределяется по поверхности, охлаждается и снова идет к центру. Процесс перемешивания в конвективной зоне Солнца осуществляется непрерывно. Глядя в телескоп на поверхность Солнца, можно увидеть ее зернистую структуру — грануляции. Ощущение такое, что оно состоит из гранул! Это связано с конвекцией, происходящей под фотосферой.

Фотосфера Солнца

Тонкий слой (400 км) — фотосфера Солнца, находится прямо за конвективной зоной и представляет собой видимую с Земли «настоящую солнечную поверхность». Впервые гранулы на фотосфере сфотографировал француз Янссен в 1885г. Среднестатистическая гранула имеет размер 1000 км, передвигается со скоростью 1км/сек и существует примерно 15 мин. Темные образования на фотосфере можно наблюдать в экваториальной части, а потом они сдвигаются. Сильнейшие магнитные поля, являются отличительно чертой таких пятен. А темный цвет получается вследствие более низкой температуры, относительно окружающей фотосферы.

Хромосфера Солнца

Хромосфера Солнца (цветная сфера) – плотный слой (10 000 км) солнечной атмосферы, который находится прямо за фотосферой. Хромосферу наблюдать достаточно проблематично, за счет ее близкого расположения к фотосфере. Лучше всего ее видно, когда Луна закрывает фотосферу, т.е. во время солнечных затмений.

Солнечные протуберанцы – это огромные выбросы водорода, напоминающие светящиеся длинные волокна. Протуберанцы поднимаются на огромные расстояние, достигающие диаметра Солнца (1.4 млм км), двигаются со скоростью около 300 км/сек, а температура при этом, достигает 10 000 градусов.

Солнечная корона

Солнечная корона – внешние и протяженные слои атмосферы Солнца, берущие начало над хромосферой. Длина солнечной короны является очень продолжительной и достигает значений в несколько диаметров Солнца. На вопрос где именно она заканчивается, ученые пока не получили однозначного ответа.

Состав солнечной короны – это разряженная, высоко ионизированная плазма. В ней содержатся тяжелые ионы, электроны с ядром из гелия и протоны. Температура короны достигает от 1 до 2ух млн градусов К, относительно поверхности Солнца.

Солнечный ветер – это непрерывное истечение вещества (плазмы) из внешней оболочки солнечной атмосферы. В его состав входят протоны, атомные ядра и электроны. Скорость солнечного ветра может меняться от 300 км/сек до 1500 км/сек, в соответствии с процессами, происходящими на Солнце. Солнечный ветер, распространяется по всей солнечной системе и, взаимодействуя с магнитным полем Земли, вызывает различный явления, одним из которых, является северное сияние.

Характеристики Солнца

• Масса Солнца: 2∙1030 кг (332 946 масс Земли)
• Диаметр: 1 392 000 км
• Радиус: 696 000 км
• Средняя плотность: 1 400 кг/м3
• Наклон оси: 7,25° (относительно плоскости эклиптики)
• Температура поверхности: 5 780 К
• Температура в центре Солнца: 15 млн градусов
• Спектральный класс: G2 V
• Среднее расстояние от Земли: 150 млн. км
• Возраст: 5 млрд. лет
• Период вращения: 25,380 суток
• Светимость: 3,86∙1026 Вт
• Видимая звездная величина: 26,75m

kosmos-gid.ru

10.3. Состав и строение Солнечной системы

Приход
наш и уход загадочны,

их цели все мудрецы Земли

осмыслить не сумели.

Где круга этого начало, где конец,

откуда мы пришли, куда уйдем

отселе?

Омар Хайям

Солнечная система
представляет собой комплекс небесных
тел, объединенных не только упорядоченностью
движения, но и общностью физических
свойств. В центре Солнечной системы
находится наша дневная звезда — Солнце.
Вокруг него вместе со своими спутниками
обращаются 9 больших планет: Меркурий,
Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран,
Нептун и Плутон.

Их физические
характеристики приведены в табл. 10.1 и
10.2.

Меркурий

ближайшая к Солнцу планета и наименьшая
из планет земной группы. Ее диаметр
составляет 0,383 диаметра Земли, а масса
0,056 земной массы. Период вращения Меркурия
вокруг оси равен 58,65 земных суток. Это
близко к 2/3 периода обращения планеты
вокруг Солнца (88 земных суток). Значит,
одни сутки на Меркурии длятся два
меркурианских года. К Земле Меркурий
обращен всегда одним и тем же полушарием.
По внешнему виду Меркурий напоминает
Луну с множеством ее кратеров, гор и
морей. На Меркурии имеются следы сильно
разреженной атмосферы, в состав которой
входят водород, гелий, кислород, а также
аргон и неон. Температура поверхности
планеты колеблется от -180 °С до +430 °С. У
планеты слабое магнитное поле. Спутников
Меркурий не имеет.

Венера

вторая по расстоянию от Солнца и ближайшая
к Земле планета Солнечной системы. Видна
как «вечерняя звезда»

243

Таблица
10.1
Физические
характеристики планет Солнечной системы

Планета

Масса, кг

Средняя
плотность, г/см3

Температура
поверхности, К

Сила

тяжести на

поверхности,

(зем. = 1)

Экваториальный
диаметр,

км

Меркурий

3.15
— 1023

5,44

100

0,38

4880

Венера

4,89
— 1024

5.16

743

0,91

12 104

Земля

5,98
— 1024

5,52

290

1,00

12 756

Марс

6,42
— 1023

3,94

250-320

0,38

6776

Юпитер

1,89
— 1027

1,88

173 (макс)

2,34

140 140

Сатурн

5.68
— 1026

0,71

127

0,93

115 600

Уран

8,68
— 1025

1,47

90 (макс)

0,85

49 400

Нептун

1,03
— 1025

1,70

72 (макс)

1.14

49 008

Плутон

1,40
— 1024

1,30

63 (макс)

0,04

2300

Таблица
10.2
Динамические
характеристики планет Солнечной системы

Планета

Среднее расстояние
от Солнца, млн км

Период обращения
вокруг Солнца, годы (сут.)

Средняя скорость

орбитального

движения,
км/с

Период вращения
вокруг оси

(сутки и часы)

Меркурий

57,91

0,24 (88)

47,87

58,6 сут.

Венера

108,21

0,62 (224,7)

35,00

243,16 сут.

Земля

149,60

1,00 (365,24)

29,79

23 ч. 56 мин. 4с

Марс

227,94

1,88 (687,0)

24,13

24 ч. 37 мин. 23 с

Юпитер

777,80

11,86

13,05

9 ч. 50 мин. 30 с

Сатурн

1427,00

29.46

9,65

10 ч. 14 мин.

Уран

2869,00

84,02

6,80

10 ч. 48 мин.

Нептун

4496,00

164,80

5.43

15 ч. 48 мин.

Плутон

5947,00

247,70

4,74

6,39 сут.

в западной стороне
неба сразу после захода Солнца или как
«утренняя звезда» — в восточной
стороне неба незадолго до восхода
Солнца. Венера — самое яркое светило
на небе после Солнца и Луны. Венера
вращается вокруг оси не с запада на
восток, как

244

Земля, а в обратном
направлении — с востока на запад. Венера
окутана плотной атмосферой, почти
целиком состоящая из углекислого газа
(97%) с примесью азота, кислорода и водяных
паров. Атмосферное давление — свыше 90
атм. Температура вблизи поверхности
планеты достигает +470 °С. Поверхность
планеты сухая и каменистая. На ней
замечены обширные равнины, но есть и
горы. Их наибольшая высота достигает
12 км. По-видимому, там много и вулканов.
Естественных спутников у Венеры нет.

Марс

четвертая от Солнца планета Солнечной
системы. На звездном небе он выглядит
как немерцающая точка красного цвета.
Марс вдвое меньше Земли по диаметру и
в девять раз — по массе. Период вращения
планеты вокруг оси 24 ч. 37 мин. 23 с. Наклон
оси вращения Марса к плоскости орбиты
почти такой же, как и у Земли (около 25°),
поэтому на Марсе есть смена времени
года, похожая на земную, хотя
продолжительность марсианского года
близка к 687 земным суткам. Атмосфера
Марса сильно разрежена и состоит в
основном из углекислого газа с примесью
азота, аргона, кислорода и водяных паров.
Атмосферное давление у поверхности
планеты в 160 раз меньше, чем на уровне
моря на Земле. В атмосфере Марса часто
возникают ветры и даже ураганы, вызывающие
пылевые бури. Среднегодовая температура
планеты -70 °С. При этих условиях жидкой
воды на Марсе быть не может, и она
существует только в виде пара, снега
или льда. Марс обладает магнитным полем
в 500 раз более слабым, чем магнитное поле
Земли. На снимках, сделанных во время
полетов автоматических межпланетных
станций, поверхность планеты выглядит
как красная, безводная, усеянная камнями
пустыня с изрезанным рельефом. На Марсе
есть кратеры, имеются горы, некоторые
из них являются потухшими вулканами.
Самая крупная во всей Солнечной системе
вулканическая гора Олимп возвышается
более чем на 20 км над поверхностью
планеты. Марс имеет два естественных
спутника — Фобос и Деймос.

Юпитер

самая крупная планета Солнечной системы
и пятая по расстоянию от Солнца. Свое
название она получила в честь римского
бога неба, громовержца Юпитера. Масса
планеты почти в 2,5 раза превышает
суммарную массу остальных планет

245

и в 318 раз массу
Земли. Диаметр Юпитера больше диаметра
Земли в 11,2 раза. Юпитер отстоит от Солнца
в 5,2 раза дальше, чем Земля, и затрачивает
на один оборот по орбите почти 12 лет.
Вокруг своей оси Юпитер вращается
быстрее любой другой планеты Солнечной
системы. В телескоп планета видна сжатой
у полюсов с заметным рядом светлых и
темных полос, которые каждый год
располагаются по-разному. Юпитер окружен
толстой водородно-гелиевой атмосферой,
в верхних слоях которой температура
около -160 °С. Особенность этой планеты
в наличии знаменитого Большого Красного
пятна — огромного газового образования
овальной формы и розового цвета, по
размерам превышающего размеры земного
шара. Предположительно, оно представляет
собой грандиозный вращающийся вихрь.
Юпитер обладает мощным магнитным полем,
а также является источником довольно
сильного радиоизлучения. Вокруг Юпитера
вращаются 16 спутников, четыре наиболее
крупные из которых были открыты в 1610 г.
Галилеем. Кроме спутников Юпитер окружен
кольцом из мелких камней и пыли. Оно
всегда обращено к Земле ребром, поэтому
с Земли не видно.

Сатурн

вторая по величине планета Солнечной
системы. Имея массу, равную примерно 95
земным массам, и объем более 758 земных
объемов, обладает самой низкой средней
плотностью по сравнению с другими
планетами. В атмосфере Сатурна присутствуют
водород, метан и другие газы. Вблизи
верхней границы облаков температура
около -170 °С. Планета обладает магнитным
полем и является источником радиоизлучения.
Сатурн имеет 17 спутников, самый крупный
из них — Титан. Одно из хорошо известных
и интересных небесных образований —
кольца Сатурна.

Уран

седьмая по порядку от Солнца планета
Солнечной системы. Это первая из планет,
открытая с помощью телескопа. Уран
относится к числу планет-гигантов. По
диаметру он почти в 4 раза, а по массе —
приблизительно в 14,6 раза больше Земли.
Расстояние от Урана до Солнца почти в
20 раз больше, чем от Земли до Солнца, и
он совершает полный оборот вокруг нашего
светила за 84 года. Уран, подобно Венере,
вращается вокруг своей

246

оси в направлении
с востока на запад (а не с запада на
восток, как Земля и другие планеты). Уран
сильно сжат у полюсов. Его атмосфера
состоит наполовину из водорода. Кроме
того, в ней присутствуют метан, аммиак
и гелий. Температура на поверхности
облачного слоя планеты — около -215 °С.
Уран имеет девять узких непрозрачных
газопылевых колец и 16 спутников.

Нептун

восьмая по расстоянию от Солнца большая
планета Солнечной системы. Диаметр
Нептуна равен 3,81 диаметра Земли, а масса
— 17,2 земных масс. Планета сильно сжата
и быстро вращается вокруг своей оси.
Она состоит, по-видимому, из замороженной
воды и других распространенных в космосе
водородных соединений. 20% массы приходится
на соединения кремния и металлов. Планета
получает от Солнца в 900 раз меньше тепла,
чем Земля. Температура на поверхности
Нептуна -200-220 °С Планета окутана плотной
водородно-гелиевой атмосферой с примесью
метана и аммиака. Нептун имеет 8 спутников
и кольца такой же природы, как и у Юпитера.

Плутон

наименьшая среди известных нам планет
Солнечной системы и наиболее далекая
от Солнца. Плутон был открыт сравнительно
недавно. Плутон находится в 40 раз дальше
от Солнца, чем Земля, и получает от него
в 1600 раз меньше тепла и света, чем наша
планета. Плутон — это холодный темный
и безмолвный мир, поверхность которого
покрыта метановым льдом. Температура
планеты рекордно низка: -230 °С. Период
вращения Плутона равен 6,4 сут., а период
обращения — почти 248 лет. В 1978 г.
американский астроном Дж. Кристи открыл
у Плутона один спутник, названный
Хароном. Он удален от планеты на расстояние
в 17 000 км.

Солнечная система
обладает рядом важных особенностей.
Перечислим основные из них.

1. Подавляющая
часть полной массы Солнечной системы
принадлежит Солнцу, т. е. центральному
телу. На долю Солнца приходится 99,87%
массы Солнечной системы, так что сила
его притяжения почти полностью управляет
движением планет, которые обращаются
вокруг него по орбитам, близким к эллип-

247

сам. Поэтому Солнце
находится почти точно в центре планетных
орбит.

  1. Орбиты всех планет
    и большинства астероидов близки к
    окружностям и лежат приблизительно в
    плоскости эклиптики, т. е. в плоскости
    земной орбиты. Наибольшим наклоном к
    эклиптике (земной орбите) и наибольшей
    вытянутостью обладают орбиты Плутона
    (17°) и Меркурия (7°).

  2. По размерам, массе
    и общему строению большие планеты
    делятся на две группы: на планеты типа
    Земля (или планеты земной группы),
    расположенные внутри пояса астероидов,
    и планеты-гиганты (вне его). Плутон
    занимает особое положение, отличаясь
    от планет обеих групп.

Планеты типа Земля
значительно меньше гигантов по массе
и размерам. Они обладают большей средней
плотностью вещества и сравнительно
медленным вращением.

Планеты-гиганты
в десятки и сотни раз массивнее планет
земной группы. Они окружены сравнительно
плотными протяженными атмосферами. В
основном планеты-гиганты состоят из
водорода и гелия; доля всех других
элементов в них значительно меньше, чем
у планет земной группы.

4. Все
планеты обращаются вокруг Солнца в одну
сторону,
причем направление их осевого
вращения, как правило, совпада
ет с
направлением движения по орбите.
Исключение составляют
лишь Венера и
Уран, которые вращаются в
противоположную
сторону, причем ось
вращения Урана почти лежит в
плоскости
орбиты.

Перечисленные
особенности связаны с теми условиями,
в которых происходило формирование
планет миллиарды лет тому назад.

Возраст Солнечной
системы был определен на основании
лабораторного изотопного анализа земных
скальных пород, а также метеоритов и
доставленных на Землю космическими
аппаратами образцов лунного грунта.
Оказалось, что наиболее старые из них
имеют возраст около 4,5 млрд лет. Возраст
Солнца, полученный на основе теории
эволюции звезд, оценивается примерно
в 5 млрд лет. Поэтому считается, что все
планеты

248

сформировались
приблизительно в одно время — 4,5-5 млрд
лет тому назад.

Согласно существующим
представлениям, вещество, из которого
возникли планеты и их спутники,
первоначально образовывало массивный
диск из холодного газа и пыли, окружавший
еще молодое Солнце. Планеты сформировались
в результате роста сгущений, возникших
под действием сил гравитации в этом
вращавшемся диске. Поэтому и сейчас все
они, сохраняя движение диска, обращаются
вокруг Солнца в одну и ту же сторону.
Плотность, температура и химический
состав протопланетного вещества были
весьма различными во внешних, далеких
от Солнца, и внутренних, близких к нему,
частях диска. Это привело к сильному
различию двух групп планет — внутренних
и внешних.

Две основные
причины, определяющие важнейшие свойства
каждой планеты, — это ее расстояние от
Солнца и масса. Чем больше среднее
расстояние планеты от Солнца, тем меньше
энергии от него она получает. По этой
причине температура планет быстро
падает с увеличением расстояния от
Солнца. Напомним, что, в отличие от
далеких планет, планеты земной группы,
расположенные ближе к Солнцу, содержат
очень много тугоплавких элементов
(кремний, железо и др.). По-видимому, это
отражает особенности химического
состава того протопланетного газопылевого
диска, из вещества которого сформировались
планеты: чем дальше от Солнца, тем больше
легких газов содержалось в протопланетном
диске. Причина этого в том, что на больших
расстояниях от Солнца при более низких
температурах молекулы легких газов
могли намерзать на пылинки, в то время
как вблизи Солнца легкие газы нагревались
и покидали протопланетный диск.

Масса планеты
определяет ее способность удерживать
вокруг себя атмосферу. Газ всегда
стремится к расширению, и газовые
атмосферы удерживаются вокруг планет
только благодаря гравитационному
притяжению к ним. Но из атмосферы любой
планеты непрерывно происходит утечка
вещества в межпланетное пространство.
Причина этого понятна: тепловое

249

движение
молекул газа. Скорость каждой молекулы
постоянно меняется из-за столкновений
с другими молекулами. Если скорость
случайно превысит вторую космическую,
то такая молекула навсегда может покинуть
разряженные внешние слои атмосферы
планеты. Чем меньше масса планет, тем
слабее ее гравитационное притяжение и
тем быстрее она теряет свою атмосферу,
поскольку наиболее «быстрым»
молекулам легче покинуть ее. Из физики
известно, что средняя скорость теплового
движения молекул и атомов пропорциональна,
,
где Т — абсолютная температура газа, а
m0
— масса его
молекул (или атомов). Поэтому при любой
температуре быстрее
всего покидают атмосферу молекулы
легких газов, имеющие более
высокую среднюю скорость. Следовательно,
со временем масса
атмосферы и ее химический состав должны
меняться. В атмосферах планет земной
группы осталось очень мало легких
газов (водорода и гелия). Меркурий из-за
небольшой массы и
высокой температуры, обусловленной
близостью к Солнцу, практически вовсе
лишен атмосферы. Атмосфера Марса из-за
слабости
его гравитационного поля сильно
разряжена, а Луна и спутники
планет вообще не смогли удержать вблизи
себя газовую оболочку. Исключение
составляет массивный и холодный спутник
Сатурна — Титан, имеющий атмосферу,
содержащую много
достаточно тяжелого газа — азота, и
небольшой спутник Юпитера—Ио.
Последний теряет атмосферу непрерывно,
но она постоянно
пополняется за счет извержения вулканов,
которые вместе
с выбросом лавы выделяют много газов.
По-видимому, и у
планет земной группы (в том числе и у
Земли) вулканические извержения
и выделения газов из недр сыграли
решающую роль в
образовании атмосфер, когда планеты
были еще молодыми.

На
твердой поверхности больших планет
(особенно не обладающих
атмосферой) и их спутников наблюдаются
многочисленные
кратеры — результат метеоритной
бомбардировки. Она происходит
и в наше время. Однако наиболее интенсивной
она была миллиарды лет тому назад. Такие
тела, как Луна, Меркурий, спутник Юпитера
Каллисто и другие, где кратеров очень
много и где они мало разрушались,
сохранили большую часть

250

своей поверхности
в том виде, какой она была миллиарды лет
назад. На Венере, Марсе и на некоторых
спутниках (частично и на Луне) происходил
процесс постепенного исчезновения
старых кратеров. Они могли заполняться
лавой (на Луне), разрушаться под действием
ветра (как, например, на Марсе) или воды
(как на Земле). Поэтому изучение
поверхностей различных планет и спутников
дает возможность узнать о далекой их
истории и путях эволюции.

Сильные
магнитные поля обнаружены пока у трех
планет: Земли, Юпитера и Сатурна.
По-видимому, они связаны с существованием
электрических токов в расплавленных
недрах этих планет. Если планеты земной
группы Меркурий, Венера, Земля и Марс
имеют относительно большую плотность
и состоят из тяжелых элементов, то
планеты-гиганты Юпитер, Сатурн, Уран и
Нептун имеют плотность чуть больше, чем
у воды и состоят из легких элементов
водорода и гелия. Они имеют мощные
протяженные атмосферы, переходящие в
жидкий слой поверхности. Например,
Юпитер состоит в основном из водорода,
18% по массе приходится на гелий, имеется
примесь аммиака NH3
и метана СН4
(болотного газа). Хотя планеты-гиганты
холодны и безжизненны, благодаря огромным
расстояниям между ними и большим массам
он обладает многочисленными семействами
спутников. Система Сатурна имеет даже
более разительное сходство с Солнечной
системой в целом не только потому, что
у этой планеты 17 спутников (больше, чем
число известных планет), но и потому,
что она обладает также большими кольцами
— миниатюрным «поясом астероидов».
Кольца состоят из мелких частиц, покрытых
льдом и обращающихся вокруг Сатурна в
диске, относительная толщина которого
по сравнению с его шириной меньше, чем
у листа бумаги. Уран и Юпитер также имеют
кольца, хотя они много слабее и поэтому
их трудно наблюдать. Возможно, они есть
и у Нептуна.

Помимо больших
планет и их спутников, в состав Солнечной
системы входят тысячи малых планет —
астероидов, находящихся в основном
между орбитами Марса и Юпитера, где они
образуют так называемый пояс астероидов.
Кроме того,

251

в межпланетном
пространстве по очень вытянутым орбитам
движутся твердые ледяные тела, окруженные
газовой оболочкой, — кометы и множество
камней и частиц самых различных размеров:
метеоры и метеориты (рис. 10.6).

Астероиды.
Большая
часть астероидов (более пяти тысяч тел
размером от одного километра до тысячи
километров) движется между орбитами
Марса и Юпитера. Орбиты их, как правило,
не слишком сильно отличаются от
окружностей. Периодические изменения
яркости, наблюдаемые у некоторых
астероидов, указывают на то, что они
обладают неправильной формой, неровной
поверхностью и вращаются вокруг своих
осей. Поверхности астероидов, как и
спутников планет, должны нести следы
ударов более мелких тел. Атмосфер у
астероидов нет.

Кометы

эти странные небесные скитальцы вызывали
у людей суеверный страх чаще, чем любые
другие небесные

252

тела. Большинство
комет движется по чрезвычайно вытянутым
орбитам и при каждом обороте приближаются
к Солнцу лишь на непродолжительное
время. В перигелии, при максимальном
сближении с Солнцем, их блеск очень
сильно возрастает. В это время они столь
активны, что теряют заметную долю своего
вещества и вокруг их ядра образуется
протяженная атмосфера (кома) из газа и
мелких пылевых частиц. Под давлением
солнечного излучения и выброшенных
Солнцем частиц кометный газ и пыль
покидают голову кометы, порождая
протяженный хвост, а то и несколько
хвостов всегда сложной структуры.
Вероятно, кометы внесли свой вклад в
обогащение вещества Солнечной системы
такими легкими летучими составляющими,
как углерод и вода, без которых была бы
невозможна жизнь на Земле.

studfiles.net

Строение солнечной системы

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ РЕФЕРАТ

ПО АСТРОНОМИИ

на тему

“СТРОЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ”

Выполнила ученица 11 “Б” класса

Средней школы № 15

Самарского района

Урсатьева Надежда

УЧИТЕЛЬ: Жидкова И.В.

САМАРА — 97

План.

1. Обзор солнечной системы с.3

2. Планеты земной группы:

а) Меркурий. с.3

б)Венера с.5

в) Система Земля — Луна с.7

г) Марс с.11

3, Планеты гиганты

а) Юпитер с.13

б)Сатурн с.14

в) Уран с.16

г) Нептун с.16

4. Плутон с.17

5. Малые планеты (Астероиды) с.18

6. Метеориты — Вестники космоса с.19

7. Кометы с.20

8. Список литературы с.22

Солнечная система представляет собой группу небесных тел, весьма различных по своим размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, Девять больших планет, вместе с 61 спутником, более 100000 планет (астероидов) , порядка десяти комет, а также бесчисленное множество метеорных тел движущихся как роями так и в виде отдельных частиц.

Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела — Солнца. Масса солнца приблизительно в 750 раз превосходит массу всех остальных тел, входящих в эту систему . Гравитационное притяжение звезды является главной силой, определяющей движение всех обращающихся вокруг него тел Солнечной системы . Среднее расстояние от солнца до самой далекой от него планеты Плутон 39,5 а.е., что очень мало по сравнению с расстоянием до ближайших звезд. Только некоторые кометы удаляются от солнца на 105
а.е. и подвергаются воздействию притяжения звезд.

В Солнечной системе наблюдается огромный диапазон масс, особенное если учесть наличие в межпланетном пространстве космической пыли. Различие в массах между солнцем и какой-нибудь пылинкой в тысячную долю миллиграмма будет составлять около 40 порядков (иначе говоря, отношение их масс будет выражаться числом с 40 нулями.).

При ознакомлении с планетами бросается в глаза резкое разделение их на две группы как по массе и другим физическим признакам , так и по расстояниям от солнца эти группы: планеты гиганты и планеты земной группы. К первой группе относятся Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон, ко второй — Меркурий , Венера, Земля и Марс.

Меркурий.

Меркурий, Ближайшая к солнцу планета Солнечной системы, была для астрономов длительное время полной загадкой не был точно известен период ее вращения вокруг оси. Из — за отсутствия спутников не была точно известна масса. Близость к солнцу мешала производить наблюдения поверхностей. В то время как спектры планеты говорили об отсутствии у нее атмосферы, некоторые наблюдатели замечали порой какие-то “туманы”, скрывавшие конфигурацию темных и светлых пятен, с трудом наблюдаемые на его диске. Поляриметрические наблюдения О. Дольфюса в 1950 году далее указания на наличие весьма слабой атмосферы, в 300 раз разреженнее земной . Но полной уверенности в этом не было. Только в 1965 году, благодаря применению радиолокации был измерен период вращения Меркурия вокруг оси, оказавшийся равным 58,65 суток,

т.е. ровно2/3 периода обращения вокруг солнца. Еще в 1882 году Дж. Скиапарелли из визуальных наблюдений сделал вывод, что Меркурий, расположенный на расстоянии 58000000 километров от солнца полный оборот вокруг него совершает за 88 суток. Отсюда был сделан вывод, что солнечные сутки на Меркурии продолжаются 176 дней .

Ось вращения Меркурия оказалась почти перпендикулярной к плоскости его орбиты.

Отражательная способность Меркурия (альбеда) очень мала — около 0.07 . Как показали радионаблюдения, температура подсолнечной точки планеты (т.е. в пункте где солнце находится в зените) достигает 620 К . Температура ночного полушария Меркурия около 110 К.

С помощью радионаблюдений удалось определить тепловые свойства наружного покрова планеты, которые оказались близкими к свойствам тонко раздробленных пород и лунного регалита. Причиной такого состояния пород является, по-видимому , непрерывные удары мелких метеоритов, почти не ослабляемое весьма разряженной атмосферой Меркурия.

Фотографирование поверхности Меркурия Американским космическим аппаратом “Маринер 10” в 1974 -1975 годах показала , что по виду планета напоминает Луну. Поверхность усеяна кратерами разных размеров , причем их распределение по величине диаметра аналогично распределению кратеров Луны. Это говорит о том , что они тоже образовались в результате интенсивной метеоритной бомбардировки миллиарды лет назад на первых этапах эволюции планеты. Встречаются кратеры со светлыми лучами, с центральными горками и без них, с темным и светлым дном, с резкими очертаниями валов(молодые) и полуразрушенные (древние). Обнаружены долины , напоминающие известную долину Альп на Луне, гладкие округлые равнины, получившие названия бассейнов(наибольшие из них — Калорис — имеет диаметр 1300 км.), а также крутые уступы высотой до нескольких километров.

Наличие темного вещества в бассейнах и заполненных лавой кратерах свидетельствует , что в начальный период начальной истории планета испытала сильное внутреннее разогревание, за которым последовала одна или несколько эпох интенсивного вулканизма.

Атмосфера Меркурия очень разряжена по сравнению земной атмосферой. По данным полученным с помощью “Маринеро10” , ее плотность не превосходит плотность Земной атмосферы на высоте 620 км. В составе атмосферы обнаружено небольшое количество водорода, гелия и кислорода, присутствуют и некоторые инертные газы ,

например аргон и неон. Такие газы могли выделится в результате распада радиоактивных элементов, входящих в состав грунта планеты. Обнаружены слабое магнитное поле, напряженность которого меньше, чем у Земли, и больше чем у Марса. Межпланетное магнитное поле, взаимодействуя с ядром Меркурия, может создавать в нем электрические токи. Эти токи, а также перемещения зарядов в ионосфере, которая у Меркурия слабее по сравнению с Земной, могут поддерживать магнитное поле планеты. Взаимодействуя с солнечным ветром , оно создает магнитосферу. Средняя плотность Меркурия значительно выше лунной (5,45 г/см3
) , т. е. Почти равна средней плотности Земли. Высказывается гипотеза о том ,что Меркурий имеет мощную силикатную оболочку (500 — 600 км), а оставшиеся 50 % объема занимает железоникелевое ядро . В целом диаметр планеты составляет 4 879 км. Жизнь на Меркурии из-за очень высокой дневной температуры и отсутствия жидкой воды не может существовать.

Венера.

Венера , как и Меркурий, раскрылась перед нами в основном за последние 30 лет . Длительное время мы не знали ни давления атмосферы у поверхности планеты ни ее

радиуса. Астрономические наблюдения давали лишь радиус облачного слоя , окружающего планету в пределах от 6100 до 6200 км. Первое уверенное определение диаметра планеты было сделано в 1965 году из радиоастрономических наблюдений с помощью радиоинтерферометра Оуэис Велли советским ученым А.Д. Кузьминым и Американским ученым Б.Дж. Кларком. Кузьмин и Кларк получили значения 12114 км.

Затем последовала большая серия радиолакационных измерений в СССР и США, в ходе которых диаметр Венеры все уточнялся. Окончательное его значение 12100 км.(95 % диаметра Земли). Масса Венеры была уточнена по пролетам мимо планеты американских космических аппаратов “Меринер 2” , “Меринер 5” и “Меринер 10”. Она составляет 1:408400 массы солнца или 81,5% массы Земли по массе и размерам была уточнена средняя плотность Венеры, 5,2 гр/см3
определено ускорение силы тяжести на поверхности 8,9 м/с 2
(91% земного). Среднее расстояние от Солнца до Венеры 108 млн. Км. Период обращения вокруг него 225 суток. Во время нижних соединений может приближаться к Земле до 40 млн. Км., т.е. ближе любой другой большой планеты солнечной системы . Синодический период (от одного нижнего соединения до другого) равен 584 суткам. Наилучшие условия видимости Венеры приходится на период элонгации; хотя угловое расстояние Венеры от Солнца не превышает 48 градусов, вследствие чего она видна либо после захода Солнца (вечерняя звезда), либо не задолго до его восхода (утренняя звезда), Венера — самое яркое светило на небе после солнца и Луны — была известна людям еще с глубокой древности.

Период вращения Венеры долго не удавалось определить из-за плотной атмосферы и облачного слоя, окутывающих эту планету. Только с помощью радиолокации было

установлено

mirznanii.com

Солнечная система и ее строение

Земля — это космическое тело, входит в состав Солнечной системы. Солнечную систему образуют Солнце и другие космические тела, вращающиеся вокруг него. Известными на сегодня небесными телами, которые принадлежат к ней, есть восемь больших планет, три малые планеты, их спутники, астероиды, бесчисленное число комет, метеоритов и метеоров, а также мелкие частицы твердого вещества и очень разреженные газы, содержащиеся в межпланетном пространстве.

Все большие планеты — это холодные шаровидные небесные тела диаметром более 4 тыс. Км, движущихся вокруг раскаленного космического тела — звезды. Одной из таких зорь является Солнце.

В порядке удаленности от Солнца с ближайшей к нему планетой Меркурием размещаются орбиты Венеры, Земли, Марса, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Орбитой планеты называют путь, которым она движется вокруг Солнца. Все планеты вращаются в одном направлении. Плоскости вращения планет Солнечной системы почти совпадают.

Меркурий, Венера, Земля и Марс образуют группу планет земного типа. Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун огромные, поэтому их относят к планетам-гигантам. Различные диаметры планет и их удаленность от Солнца обусловливают различия в массе, строении их поверхностей и недр, их физическом состоянии, составе и плотности планетных воздушных оболочек — атмосфер. Поскольку планеты на разных расстояниях от Солнца, то продолжительность периода, за который они осуществляют полный о6ебт вокруг Солнца, скорость их движения имеют в каждой из них очень разные значения.

Меркурий — самая маленькая из восьми главных планет. Поперечный диаметр его составляет 0,38 диаметра земного шара, а по массе эта планета почти в 17 раз легче от Земли. Недавно вокруг Меркурия обнаружена очень разреженная атмосфера, состоящая, очевидно, в основном из гелия. Период вращения Меркурия вокруг Солнца равен 88 земным суткам, а вокруг оси — 58 суткам. На стороне Меркурия, который возвращен к Солнцу, температура +510 ° С, то есть выше той, при которой плавится свинец. На «ночной» половине планеты царит жестокий холод (-185 ° С).

Венера по размерам и массе близка к Земле, ее окружает плотная атмосфера из углекислого газа (97%) с примесью азота (2%), кислорода, водяного пара и других газов. Постоянные облака вполне прячут от земных наблюдений поверхность планеты. Предполагают, что облака Венеры состоят из кристаллов и капелек серной кислоты. Продолжительность суток на Венере близка 24 земным суткам. Вращается Венера вокруг своей оси в сторону, противоположную вращению других планет. На поверхности планеты температура около 500 ° С. У Венеры, как и у Меркурия, спутники (небесные тела, вращающиеся вокруг планет) не обнаружены.

Марс меньше Земли в поперечнике вдвое, а по массе почти в 10 раз. Продолжительность марсианских и земных суток почти одинакова. Поскольку подобно Земли наклонена и ось вращения Марса (65 °), то на этой планете также ярко выраженная смена времен года. Он имеет очень разреженную атмосферу, в которой содержится до 95% углекислого газа с примесями азота аргона, водяного пара, кислорода, других газов. Марс имеет два маленьких спутника — Фобос и Деймос.

Юпитер и Сатурн — самые крупные планеты Солнечной системы. Состоят они, судя по теоретическим расчетам, как Уран и Нептун, в основном (70% массы) из водорода и его соединений с углеродом (метана) и азота (аммиака).

В атмосферах планет-гигантов при господствующих там низких температурах метан и аммиак образуют огромные плотные облака, наблюдаемые в виде полос. Планета Сатурн окружена тонким кольцом. При толщине его около 15-20 км ширина кольца близка к 50000 км. Состоит оно из множества покрытых льдом твердых частиц. Темными промежутками оно разделено на много концентрических колец. Подобные кольца, но менее заметны имеют Юпитер и Уран.

У Юпитера известно 16 спутников, у Сатурна — 18 у Урана — 15 у Нептуна — 8.

Крупнейшие из спутников планет (Ганимед, Ио, Титан и другие) имеют вокруг себя разреженные атмосферы. Меньшие спутники (уровни или меньшие по размерам и массе от Луны) лишены воздушных оболочек.

Небесные тела, которые извне похожи на расплывчатую звезду, от которой отходит один или несколько светлых прозрачных «хвостов», издавна называют кометами. Слабых по яркости и небольших по размерам комет очень много. Подобно планетам, они вращаются вокруг Солнца. Однако в отличие от орбит планет, орбиты комет очень сильно вытянуты. В связи с этим расстояние комет от Солнца изменяется в очень широких пределах. Они то приближаются к поверхности Солнца, то выходят за пределы орбиты Нептуна.

Массы комет очень малы и составляют в среднем незначительную долю от массы Земли. Основная часть вещества комет сосредоточена в ее твердых ядрах, что, очевидно, представляют собой ледяные глыбы из замерзших газов, содержащих в виде примесей многочисленные твердые тугоплавкие частицы. При приближении к Солнцу внешняя часть тела кометы превращается в газообразное состояние. Газы образуют хвост, тянущийся на сотни миллионов километров.

В начале XIX в. астрономы открыли несколько малых небесных тел, вращающихся вокруг Солнца подобно планетам между орбитами Марса и Юпитера. Все они недоступны наблюдению невооруженным глазом, а при наблюдениях в телескоп выглядят неяркими звездочками, перемещающихся на фоне настоящих звезд. По этой причине они были названы астероидами, то есть звездообразные. На сегодня выявлено огромное количество астероидов размером более чем 1 км. Среди них так же есть астероиды диаметр более 100 км.

В 2006 астрономы решили выделить такой тип тел, который назвали малыми планетами. По размерам они больше от астероидов (более 1000 км), но меньше планет. 

Некоторые из астероидов, имеют сильно вытянутые орбиты, могут сталкиваться с Землей и падать на земную поверхность. Тогда их называют метеоритами. Врезавшись с огромной скоростью в земную атмосферу, метеорит испытывает сильного сопротивления воздуха. Перед ним образуется сгусток из раскаленного и ярко сияющего воздуха. Сам метеорит обплавлюеться, разрушается и только при значительной прочности не распадается на множество осколков. Полет метеорита в атмосфере сопровождается световыми и звуковыми явлениями, названными метеором. Очень яркий метеор называют болидом.

По составу метеориты делятся на три основные группы: железные, каменные и железно-каменные.

  • Форма и движение Земли >

30school.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о