Происхождение и состав Солнечной системы В 2006

Происхождение и состав Солнечной системы

В 2006 году на XXVI Ассамблее Международного астрономического союза (МАС) принято решение, согласно которому, планета — небесное тело, которое[1]: обращается вокруг звезды; не является звездой; обладает достаточной массой, чтобы иметь форму, близкую к сфере; вблизи орбит которого имеется «пространство, свободное от других тел» . Такое свободное пространство появляется в процессе формирования планет.

Солнечная система является частью Млечного Пути — спиральной галактики, имеющей диаметр около 30 тысяч парсек (или 100 тысяч световых лет) и состоящей из приблизительно 200 миллиардов звёзд Солнце вращается вокруг галактического центра по почти круговой орбите со скоростью около 220 км/c и совершает полный оборот за 226 миллионов лет. Этот промежуток времени называется галактическим годом.

Центральное тело нашей планетной системы – Солнце (желтый карлик) – сосредоточило в себе 99, 866 % всей массы Солнечной системы. Оставшиеся 0, 134 % вещества представлены девятью большими планетами (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон) и несколькими десятками спутников планет (в настоящее время их открыто более 60), малыми планетами – астероидами ( ~100 тысяч), кометами ( ~1011 объектов), огромным количеством мелких фрагментов – метеороидов, а также космической пылью. Механически эти объекты объединены в общую систему силой притяжения Солнца. Средняя плотность тел Солнечной системы изменяется в пределах от 0, 5 г/см 3 для ядер комет до 7, 7 г/см 3 для металлических астероидов и метеоритов.

План ета Экваториаль ный диаметр, земной диаметр Мерк урий 0, 382 Вене ра Масса, земная масса Орбитальны й радиус, а. е. Орбитальны й период, год Сутки, земные сутки 0, 06 0, 38 0, 241 58, 6 нет 0, 949 0, 82 0, 72 0, 615 243[3] нет Земл я[4] 1, 0 1, 0 1 Марс 0, 53 0, 11 1, 52 1, 88 1, 03 2 Юпи тер 11, 2 318 5, 20 11, 86 0, 414 63 Сату рн 9, 41 95 9, 54 29, 46 0, 426 60 Уран 3, 98 14, 6 19, 22 84, 01 0, 718[3] 27 Непт ун 3, 81 17, 2 30, 06 164, 79 0, 671 13 Спутники

Допускается, что Солнечная туманность была обособленным скоплением газов. Причина отделения от туманностей, распространявшихся на всю Вселенную до конца не ясен. Предполагается, что отрыв был вызван взрывом сверхновой. Дальнейшее развитие обособленной туманности может пойти тремя путями: 1. Угловой момент равен нулю. Под действием собственного притяжения вся газовая туманность сосредоточиться в центре и образуется объект, соответствующий нашему Солнцу. Планеты при этом не образуются. 2. Небольшой угловой момент. Большая часть массы концентрируется в середине газовой и образуется сферы «солнце» . Некоторая часть газа остается в виде туманности окружающей это «солнце» . 3. Большой угловой момент. Газовая сфера расщепляется на два «солнца» с приблизительно одинаковыми массами. Это соответствует образованию бинарных звезд.

Planetary Systems Now Forming in Orion

Солнце - газовый, точнее плазменный, шар. Масса Солнца в 333000 раз больше массы Земли. В Солнце сосредоточено 99, 866% массы Солнечной системы.

1 - протуберанец; 2 - видимая поверхность Солнца. Плотность меньше - 1/1000000 г/см куб, температура 6000 К, давление 1/6 атмосферы; 3 - Конвективная зона. По мере приближения к поверхности Солнца температура быстро уменьшается. В результате происходит конвекция - перемешивание вещества и перенос энергии к поверхности светила самим веществом; 4 - Зона переноса энергии излучением. Она представляет собой как бы стенки ядерного котла, через которые энергия медленно просачивается наружу; 5 - Ядро Солнца - естественный термоядерный реактор, где происходит выделение энергии за счет превращения водорода в гелий. В центре ядра: плотность - 160 г/см куб, температура - 15 млн К, давление - 340 млрд атмосфер, т. е. условия точно такие, какие нужны для работы ядерного реактора; 6 - Фотосфера - из нее исходит большая часть излучаемой Солнцем энергии в видимой области спектра; 7 - Хромосфера - плотность и давление с высотой убывают, а температура возрастает; 8 - Корона - самый верхний слой атмосферы Солнца - состоит из чрезвчайно разреженной плазмы. Она постоянно расширяется в окружающее пространство и переходит в солнечный ветер. Во внутренней короне 1 млн К и выше.

Почти вся энергия Солнца генерируется в центральной области с радиусом примерно 1/3 солнечного. В ядре, где температура достигает 15 млн кельвинов, происходит выделение энергии. Сразу вокруг ядра начинается зона лучистой передачи энергии, где она распространяется через поглощение и излучение веществом порции света - квантов В центре Солнца рождаются гамма-кванты. Их энергия в миллионы раз больше, чем энергия квантов видимого света, а длина волны очень мала. На своем пути через внутренние солнечные слои поток энергии встречает такую область, где непрозрачность газа сильно возрастает. Это конвективная зона Солнца. Здесь энергия передается уже не излучением, а конвекцией. Солнечная атмосфера также состоит из нескольких различных слоев. Самый глубокий и тонкий из них- фотосфера, непосредственно наблюдаемая в видимом непрерывном спектре. Толщина фотосферы всего около 300 км. Температура в фотосфере растет с глубиной и в среднем оценивается в 5800 К. Из фотосферы исходит основная часть оптического излучения Солнца. Здесь средняя плотность газа составляет менее 1/1000 плотности воздуха на Земле, а температура по мере приближения к внешнему краю фотосферы уменьшается до 4800 К. Водород при таких условиях сохраняется почти полностью в нейтральном состоянии.

Расположенный над фотосферой слой, называемый хромосферой, ее яркость во много раз меньше яркости фотосферы, поэтому хромосфера бывает видна только в короткие минуты полных солнечных затмений, как розовое кольцо вокруг темного диска Луны. Красноватый цвет хромосфере придает излучение водорода. У этого газа наиболее интенсивная спектральная линия находится в красной области спектра, а водорода в хромосфере особенного много. По спектрам, полученным во время солнечных затмений, видно, что красная линия водорода исчезает на высоте примерно 12 тыс. км над фотосферой, а линии ионизированного кальция перестают быть видимыми на высоте 14 тыс. км. Вот эта высота и рассматривается как верхняя граница хромосферы. По мере подъема растет температура, достигая в верхних слоях 50 000 К. С возрастанием температуры усиливается ионизация водорода, а затем и гелия. Повышение температуры в хромосфере объясняется уменьшением плотности солнечной атмосферы с глубиной, а разреженная среда излучает энергии меньше, чем плотная. Поэтому поступающая от Солнца энергия разогревает верхнюю хромосферу и лежащую над ней корону Самая внешняя и самая разреженная часть солнечной атмосферы- корона, прослеживающаяся от солнечного лимба до расстояний в десятки солнечных радиусов. Корону можно видеть только во время полного солнечного затмения либо с помощью коронографа. Солнечная корона представляет собой сильно разреженную плазму с температурой, близкой к 2 млн. К. Плотность коронального вещества в сотни миллиардов раз меньше плотности воздуха у поверхности Земли. В подобных условиях атомы химических элементов не могут находиться в нейтральном состоянии: их скорость настолько велика, что при взаимных столкновениях они теряют практически все свои электроны и многократно ионизируются. Вот поэтому солнечная корона состоит в основном из протонов, ядер гелия и электронов. Исключительно высокая температура короны приводит к тому, что ее вещество становиться мощным источником ультрафиолетового и рентгеновского излучения.

Диаметр 1 391 980 км Масса 1, 989*1030 кг Сидерический период вращения точки экватора 25, 380 суток Светимость 3, 88*1026 Вт Видимая звездная величина -26, 58 m Спектральный класс G 2 V - карлик Эффективная температура поверхности 16 000 К Температура в центре Солнца 5800 К Среднее расстояние от Земли до центра Солнца 149 597 870 км Ускорение свободного падения на уровне видимой поверхности 2, 74*104 см/с2

1 -Фотосфера; 2 -Хромосфера; 3 -Корона; 4 -Гелиевое ядро; 5 -Зона лучистого равновесия; 6 -Зона конвекции; 7 -Солнечные пятна; 8 -Протурберанец;

Mass (kg) 1. 989 e+30 Mass (Earth = 1) 332, 830 Equatorial radius (km) 695, 000 Equatorial radius (Earth = 1) 108. 97 Mean density (gm/cm^3) 1. 410 Rotational period (days) 25 -36* Mean surface temperature Age (billion years) Principal chemistry Hydrogen Helium Oxygen Carbon Nitrogen Neon Iron Silicon Magnesium Sulfur All others 6, 000°C 4. 5 92. 1% 7. 8% 0. 061% 0. 030% 0. 0084% 0. 0076% 0. 0037% 0. 0031% 0. 0024% 0. 0015%

Солнце в цифрах: Масса 1, 99. 1030 Диаметр 1 392 000 км Температура поверхности 5 800 К Длительность звёздных суток 25 сут (экватор)-35 сут (полюса) Удалённость от центра Галактики 25 000 световых лет Период обращения вокруг центра Галактики Примерно 200 млн. лет Скорость движения вокруг центра Галактики 230 км/с Абсолютная звёздная величина + 4, 8

Средняя плотность Меркурия почти равна плотности Земли. Меркурий имеет железное ядро, на долю которого приходится 70% массы и 75% общего диаметра планеты. Обнаружено и магнитное поле, по напряженности составляющее лишь около сотой части напряженности поля Земли, но его существование служит дополнительным доказательством существования металлического ядра. Меркурий в цифрах: Масса 0, 055 массы Земли (3, 3. 1023 кг) Диаметр 0, 38 диаметра Земли (4 878 км) Плотность 5, 43 г/см 3 Температура поверхности от -180°С до +430°С Длительность звёздных суток Среднее расстояние от Солнца Период обращения по орбите Наклон экватора к орбите Эксцентриситет * орбиты Наклонение орбиты к эклиптике Долгота Восходящего Узла Средняя скорость движения по орбите Расстояние от Земли 58, 65 земных суток 0, 387 а. е. (57, 9 млн. км) 87, 97 земных суток 2° 0, 206 7° 47, 53° 48, 89 км/сек от 82 до 217 млн. км

Венера - планета, ближе всех подходящая в движении своем к Земле. По своим размерам она схожа с Землей и так же обладает обширной атмосферой. Давление вблизи поверхности планеты составляет около 95 атмосфер. Состоит эта атмосфера, в основном, из углекислого газа с примесями азота и кислорода. Углекислый газ является причиной явления, которое называется парниковым эффектом. Сущность явления состоит в том, что углекислый газ, пропуская солнечные лучи позволяет нагреваться поверхности и воздуху в близи нее, но это тепло он не выпускает обратно в космос. Из -за этого поверхность Венеры сильно разогрета. На основании полученных данных предлагается несколько моделей внутреннего строения Венеры. Согласно одной из них, наиболее реалистичной, на Венере имеется три оболочки. Первая из них - кора - имеет толщину примерно 16 км. Далее - мантия, силикатная оболочка, простирающаяся на глубину порядка 3300 км до границы с железным ядром, масса которого составляет около четверти всей массы планеты

Венера в цифрах: Масса Диаметр Плотность Температура поверхности Длительность звёздных суток Среднее расстояние от Солнца Период обращения по орбите Наклон экватора к орбите 0, 815 массы Земли 0, 949 диаметра Земли (12 102 км) 5, 25 г/см 3 +480°С 243 земных суток 0, 723 а. е. ( 108, 2 млн. км) 224, 7 земных суток 177° 18' Эксцентриситет орбиты 0, 007 Наклонение орбиты к эклиптике 3° 24' Долгота восходящего узла Средняя скорость движения по орбите Расстояние от Земли 76° 42' 35, 03 км/сек от 40 до 259 млн. Км

Земля в цифрах: Масса 5, 98. 1024 кг Диаметр 12 756 км Плотность 5, 52 г/см 3 Температура поверхности Длительность звездных суток Среднее расстояние от Солнца Период обращения по орбите Наклон экватора к орбите Эксцентриситет орбиты Долгота восходящего узла Средняя скорость движения по орбите Число известных спутников от -89°С до +58°С 23, 56 часа 1 а. е. (149, 6 млн. км) 365, 25 земных суток 23° 27` 0, 017 102° 31` 29, 77 км/сек 1

Марс в цифрах: Масса 0, 107 массы Земли (6, 42. 1023 кг) Диаметр Плотность Температура поверхности Длительность звёздных суток 0, 532 диаметра Земли (6 786 км) 3, 95 г/см 3 от -125°С до +25°С 24, 62 часа Среднее расстояние от Солнца 1, 523 а. е. ( 227, 9 млн. км) Период обращения по орбите 687, 0 земных суток Наклон экватора к орбите 25° 12' Эксцентриситет орбиты 0, 093 Наклонение орбиты к эклиптике 1° 51' Долгота Восходящего узла 49° 38' Средняя скорость движения по орбите 24, 22 км/сек Расстояние от Земли от 56 до 400 млн. км Число известных спутников 2

Вследствие малой массы сила тяжести на Марсе почти в три раза ниже, чем на Земле Ядро может иметь радиус до половины радиуса планеты. По-видимому, оно состоит из чистого железа или из сплава Fe-Fe. S (железо-сульфид железа) и, возможно, растворенного в них водорода. По-видимому, ядро Марса частично или полностью пребывает в жидком состоянии. Марс должен иметь мощную кору толщиной 70 -100 км. Между ядром и корой находится силикатная мантия, обогащенная железом. Красные окислы железа, присутствующие в поверхностных породах, определяют цвет планеты. Сейчас Марс продолжает остывать. Сейсмическая активность планеты слабая. Химический состав Марса типичен для планет Земной группы, хотя, конечно, существуют и специфические отличия. Здесь также происходило раннее перераспределение вещества под воздействием гравитации, на что указывают сохранившиеся следы первичной магматической деятельности. . Формирование ядра, согласно современным теоретическим оценкам, продолжалось около миллиарда лет и совпало с периодом раннего вулканизма. Еще такой же по длительности период заняло частичное плавление мантийных силикатов, сопровождавшееся интенсивными вулканическими и тектоническими явлениями. Около 3 млрд. лет назад завершился и этот период, и хотя еще по крайней мере в течение миллиарда лет продолжались глобальные тектонические процессы (в частности, возникали огромные вулканы), уже началось постепенное охлаждение планеты, продолжающееся и поныне. Мантия Марса обогащена сернистым железом, заметные количества которого обнаружены и в исследованных поверхностных породах, тогда как содержание металлического железа заметно меньше, чем на других планетах Земной группы. Толщина литосферы Марса - несколько сотен км, включая примерно 100 км ее коры.

Юпитер Масса Диаметр Плотность Температура видимой поверхности Длительность звёздных суток Среднее расстояние от Солнца Период обращения по орбите Наклон экватора к орбите Эксцентриситет орбиты в цифрах: 317, 9 массы Земли (1, 9. 1027 кг) 11, 2 диаметра Земли (142 984 км) 1, 33 г/см 3 -160°С 9, 93 часа 5, 20 а. е. ( 778, 33 млн. км) 11, 86 земных лет +3° 05` 0, 048 Наклонение орбиты к эклиптике 1, 31° Долгота восходящего узла 100° 31` Средняя скорость движения по орбите 13, 06 км/сек Расстояние от Земли от 591 млн. до 965 млн. км Число спутников 17

Телескопические наблюдения выявили распространяющийся по орбите Ио газовый шлейф, в составе которого оказались сера, натрий, калий и кислород – продукты выбросов из недр спутника. Снимки, полученные с космического аппарата ВОЯДЖЕР 1, продемонстрировали существование на Ио около десятка действующих вулканов. Температура в центрах извержений (эруптивных центрах) достигала 700 К, выбросы со скоростью 1000 м/с поднимались на высоту до 300 км над поверхностью Действующие эруптивные центры выбрасывают около 100 000 тонн вещества. Этого количества достаточно для того, чтобы покрыть всю поверхность Ио слоем в несколько десятков метров за несколько миллионов лет. По-видимому, этим объясняется полное отсутствие ударных кратеров на изученной поверхности спутника: погребение ударных структур под слоем вулканического материала идет с большей скоростью, чем их появление в результате падения метеороидов или комет. Наиболее вероятным энергетическим источником вулканизма на Ио считают приливный разогрев недр спутника.

Масса Юпитера равна 0, 1% массы Солнца, а химический состав (по числу молекул) очень близок к составу Солнца: 90% водорода (находящегося на Юпитере в молекулярной форме) и 10% гелия. Вокруг своей оси он, в среднем, обращается за 10 часов. Причём, так как Юпитер не является твёрдым шаром, а состоит из газа и жидкости, то экваториальные его части быстрее вращаются, чем приполярные области, как это наблюдается у Солнца и других газовых планет. По той же причине Юпитер заметно сжат у полюсов. Ось вращения планеты почти перпендикулярна орбите. Среди следовых газов наиболее существенны водяной пар, метан и аммиак. Под слоем облаков нет никакой твёрдой поверхности. Вместо этого ниже внешних слоёв наблюдается (при увеличении давления с глубиной) постепенный переход от газа к жидкости. Затем следует резкий переход к металлической жидкости, в которой атомы лишены электронов. Полагают, что Юпитер имеет три слоя облаков в своей атмосфере. Наверху - облака из оледеневшего аммиака. Под ними - облака кристаллов сероводорода аммония, а в самом низком слое - собираются водяной лёд и, возможно, жидкая вода. В строении своем Юпитер имеет сходство с небольшой звездой Внутреннее давление в его недрах может достигать 100 миллионов атмосфер.

Шестая от Солнца большая планета Солнечной системы. Сатурн - один из четырёх "газообразных гигантов", уступающий в размере только Юпитеру. Его экваториальный диаметр в 9, 4 раза больше земного, а масса превышает земную в 95 раз. Однако средняя плотность вещества планеты составляет 0, 7 от плотности воды. Большая часть массы представлена водородом и гелием. У планеты имеется центральное ядро, образованное твёрдыми породами или смесью твёрдых пород и льда. Масса ядра в десять или пятнадцать раз превышает массу Земли. В окружающей это ядро области высокого давления водород находится в металлической форме. Внешняя половина планеты состоит из мощной атмосферы, а видимые детали представляют собой полосы облаков в верхних атмосферных слоях.

Сатурн Масса Диаметр Плотность Температура видимой поверхности Длительность звёздных суток Среднее расстояние от Солнца Период обращения по орбите Наклон экватора к орбите в цифрах: 95, 2 массы Земли (5, 7. 1026 кг) 9, 45 диаметра Земли (120 536 км) 0, 69 г/см 3 -190°С 10, 23 часа 9, 54 а. е. ( 1 426, 98 млн. км) 29, 46 земных лет +26° 44` Эксцентриситет орбиты 0, 056 Наклонение орбиты к эклиптике 2, 49° Долгота восходящего узла 113° 38` Средняя скорость движения по орбите 9, 65 км/сек Расстояние от Земли от 1 199 млн. до 1 653 млн. км Число спутников 18

Уран - один из четырёх "газовых гигантов" Солнечной системы. Его диаметр превосходит диаметр Земли в четыре раза, а масса превышает земную в пятнадцать раз. Предполагается, что в центре планеты имеется небольшое каменное ядро, которое окружено толстой ледяной мантией из замерзших масс воды, метана и аммиака. Внешний слой планеты - водородная и гелиевая атмосфера с небольшим количеством различных молекулярных соединений. Период обращения вокруг Солнца - 84 года. Средняя температура на Уране - около 60 -ти Кельвинов Уран сформировался из первоначальных твёрдых тел и различных льдов (подо льдами здесь надо понимать не только водяной лёд). Метан, ацетилен и другие углеводороды существуют в значительно больших количествах, чем на Юпитере и Сатурне

Уран в цифрах: Масса Диаметр Плотность Температура поверхности Длительность звёздных суток Среднее расстояние от Солнца Период обращения по орбите Наклон экватора к орбите 14, 53 массы Земли (8, 68. 10 25 кг) 4, 00 диаметра Земли (51 118 км) 1, 29 г/см 3 -220°С 15, 35 часа (обратное вращение) 19, 19 а. е. ( 2 871 млн. км) 84, 01 земных лет 97, 86° Эксцентриситет орбиты 0, 046 Наклонение орбиты к эклиптике 0, 77° Долгота восходящего 74° 13` узла Средняя скорость движения по орбите 6, 81 км/сек Расстояние от Земли от 2, 6 до 3, 2 млрд. км Число спутников 21

Нептун, один из четырёх "газовый гигантов", имеет небольшое каменное ядро, окруженное ледяной мантией из замёрзших воды, метана и аммиака. Диаметр планеты почти в четыре раза больше диаметра Земли. Внешняя атмосфера состоит главным образом из молекулярного водорода с добавлением гелия (15 -20% по массе) и небольшого количества метана. В верхней атмосфере Нептуна имеются два главных слоя облаков. Слой, состоящий из кристаллов метанового льда, лежит поверх непрозрачных облаков, которые, возможно, содержат замерзший аммиак или сероводород. Кроме того, в верхних слоях атмосферы имеется углеводородная дымка, возникшая в результате действия солнечного излучения на метан. Строение и набор составляющих Нептун элементов, вероятно также подобны Урану: различные "льды" или отвердевшие газы с содержанием около 15% водорода и небольшого количества гелия. Наиболее вероятно, у него есть небольшое твёрдое ядро (равное по массе Земле).

Нептун Масса Диаметр Плотность Температура поверхности Длительность звёздных суток Среднее расстояние от Солнца Период обращения по орбите Наклон экватора к орбите в цифрах: 17, 14 массы Земли (1, 02. 1026 кг) 3, 88 диаметра Земли (49 520 км) 1, 64 г/см 3 -231°С 19, 2 часа 30, 06 а. е. ( 4. 497 млн. км) 164, 79 земных лет +29° 34` Эксцентриситет орбиты 0, 008 Наклонение орбиты к эклиптике 1, 77° Долгота восходящего узла 131° 01` Средняя скорость движения по орбите 5, 43 км/сек Расстояние от Земли Число спутников от 4, 3 до 4, 6 млрд. км

Плутон Масса Диаметр Плотность Температура поверхности в цифрах: 0, 0022 массы (1, 29. 1022 кг) Земли 0, 18 диаметра Земли (2 324 км) 2 г/см 3 -233°С Длительность звездных суток 6, 39 земных суток (обратное вращение) Среднее расстояние от Солнца 39, 53 а. е. ( 2 871 млн. км) 29, 65 -49, 28 а. е. Период обращения по орбите Наклон экватора к орбите Эксцентриситет орбиты 248, 54 земных лет 122, 46° 0, 25 Наклонение орбиты к эклиптике 17, 14° Долгота восходящего узла 110° 18` Средняя скорость движения по орбите 4, 74 км/сек Расстояние от Земли от 4, 3 до 7, 5 млрд. км Число спутников 1 По сегодняшним данным, плотность Плутона приблизительно в два раза превышает плотность воды. Возможно, у него есть ядро из "пропитанных" водой (гидрированных) горных пород. Ядро покрывает толстый слой водяного льда. В 1976 году на Плутоне обнаружили метановый лед. В 1992 м - азот и углерод, тоже замерзшие. Поверхностная температура составляет около 40 K. В 1996 г. при наблюдениях с Космического телескопа "Хаббл" впервые удалось разрешить широкие светлые и темные детали на поверхности Плутона