Строение Солнечной системы Солнечная система Солнечная

Строение Солнечной системы

Солнечная система ► Солнечная система — планетная система, включающая в себя центральную звезду — Солнце — и все естественные космические объекты, обращающиеся вокруг Солнца.

► Солнечная система состоит из 8 планет, их спутников, астероидов, комет, кентавров, транснептуновых планет. Отдаленные области системы: Гелиосфера, Облако Оорта 1 – Меркурий 2 – Венера Планеты земной группы 3 – Земля 4 – Марс 5 – Юпитер 6 – Сатурн Планеты-гиганты 7 – Уран 8 – Нептун Между Марсом и Юпитером находится кольцо астероидов.

Пояс астероидов — область Солнечной системы, расположенная между орбитами Марса и Юпитера, являющаяся местом скопления множества объектов всевозможных размеров, преимущественно неправильной формы. ► Суммарная масса главного пояса равна примерно 4% массы Луны, больше половины её сосредоточено в четырёх крупнейших объектах: Церера, Паллада, Веста и Гигея. ► Их средний диаметр составляет более 400 км, а самый крупный из них, Церера, единственная в главном поясе карликовая планета, имеет диаметр более 950 км и вдвое превышает суммарную массу Паллады и Весты ►

Пояс астероидов. Остальные астероиды достаточно мелкие ( до нескольких метров в диаметре), что не могут повредить пролетающий космический корабль. ► Причина такого состава пояса астероидов в том, что он начал формироваться непосредственно вблизи Юпитера, чьё гравитационное поле постоянно вносило серьёзные возмущения в орбиты планетезималей. Получаемый от Юпитера избыток орбитальной энергии приводил к более жёстким столкновениям этих тел между собой, что препятствовало их слипанию в протопланету и её дальнейшему укрупнению. ►

Кометы. Коме та — небольшое небесное та тело, имеющее туманный вид, обращающееся вокруг Солнца обычно по вытянутым орбитам. ► Кометы состоят из ядра и окружающей его светлой туманной оболочки (комы), состоящей из газов и пыли. ► Хвосты комет не имеют резких очертаний и практически прозрачны — сквозь них хорошо видны звёзды, — так как образованы из чрезвычайно разрежённого вещества (его плотность гораздо меньше, чем плотность газа, выпущенного из зажигалки). ►

Кентавры. ► Кентавры — группа астероидов, находящихся между орбитами Юпитера и Нептуна, переходная по свойствам между астероидами главного пояса и объектами пояса Койпера. ► Объектам этой группы даются имена кентавров античной мифологии.

Транснептуновые объекты. Транснепту новый объе кт новый кт (ТНО) — небесное тело Солнечной системы, которое обращается по орбите вокруг Солнца, и у которого среднее расстояние до Солнца больше, чем у Нептуна. ► Транснептуновые объекты образуют пояс Койпера, рассеянный диск и облако Оорта. ► До 2006 года Нептун считался планетой. ►

Пояс Койпера. ► ► ► Пояс Ко йпера (иногда также называемый йпера пояс Э джворта — Койпера) — область джворта Солнечной системы от орбиты Нептуна (30 а. е. от Солнца) до расстояния около 55 а. е. от Солнца. Хотя пояс Койпера похож на пояс астероидов, он примерно в 20 раз шире и в 20— 200 раз массивнее последнего. Как и пояс астероидов, он состоит в основном из малых тел, то есть материала, оставшегося после формирования Солнечной системы. В отличие от объектов пояса астероидов, которые в основном состоят из горных пород и металлов, объекты пояса Койпера состоят главным образом из летучих веществ (называемых льдами), таких как метан, аммиак и вода. Кроме того, считается, что некоторые спутники планет Солнечной системы, такие как спутник Нептуна — Тритон и спутник Сатурна — Феба, также возникли в этой области.

Рассеянный диск — удалённый регион Солнечной системы, слабо заселённый малыми телами, в основном состоящими изо льда. ► Происхождение рассеянного диска остаётся до сих пор невыясненным, хотя среди астрономов преобладает мнение, что он сформировался, когда объекты пояса Койпера были «рассеяны» за счёт гравитационного взаимодействия с внешними планетами, главным образом Нептуном, приобретя большие эксцентриситеты и наклонения орбит. В то время как пояс Койпера — относительно круглый и плоский «бублик» , располагающийся на участке от 30 до 44 а. е. с принадлежащими ему объектами, находящимися на автономных круговых орбитах (кьюбивано) или слегка эллиптических резонансных орбитах (2: 3 — плутино, и 1: 2), рассеянный диск в сравнении с ним — гораздо более непостоянная среда. Объекты рассеянного диска часто могут, как в случае с Эридой, путешествовать «по вертикали» почти на такие же расстояния, как и «по горизонтали» . Моделирование показывает, что орбиты объектов рассеянного диска могут быть блуждающими и нестабильными и что дальнейшая судьба этих объектов — постоянно выбрасываться из середины Солнечной системы в облако Оорта или ещё дальше. ►

Гелиосфера — область околосолнечного пространства, в которой плазма солнечного ветра движется от Солнца с некоторой ненулевой скоростью. ► Первые 10 миллиардов километров скорость солнечного ветра составляет около миллиона километров в час. ► Гелиосферный токовый слой представляет собой «рябь» в гелиосфере, которая создаётся магнитным полем Солнца, вращающимся и меняющим свою полярность. Токовый слой выходит за пределы гелиосферы и является самой масштабной структурой в Солнечной системе. Своей формой он напоминает многослойную юбку балерины ►

Облако Оорта. ► Облако О орта — орта гипотетическая сферическая область Солнечной системы, служащая источником долгопериодических комет. Инструментально существование облака Оорта не подтверждено, однако многие косвенные факты указывают на его существование.

Возникновение Солнечной системы. ► Согласно современным представлениям, формирование Солнечной системы началось около 4, 6 млрд лет назад с гравитационного коллапса небольшой части гигантского межзвёздного молекулярного облака. Большая часть вещества оказалась в гравитационном центре коллапса с последующим образованием звезды — Солнца. Вещество, не попавшее в центр, сформировало вращающийся вокруг него протопланетный диск, из которого в дальнейшем сформировались планеты, их спутники, астероиды и другие малые тела Солнечной системы.

Небулярная гипотеза Небуля рная гипо теза — космогоническая гипотеза, рная теза описывающая процесс образования Солнечной системы и других небесных тел. Предполагает, что Солнце и планеты Солнечной системы образовались из разрежённой туманности. ► Гипотеза была высказана в 1734 году Эммануилом Сведенборгом. В 1755 году Иммануил Кант, который был хорошо знаком с работой Сведенборга, развил эту теорию. Он считал, что туманность медленно вращается, постепенно сжимается и, благодаря гравитации, сплющивается, а со временем из неё формируются звёзды и планеты. Похожая модель в 1796 году предлагалась Пьером-Симоном Лапласом. ► Изначально гипотеза применялась исключительно к Солнечной системе, но впоследствии её стали распространять на всю Вселенную. ►

Механизм образования ► ► ► Спусковым механизмом гравитационного коллапса стало небольшое (спонтанное) уплотнение вещества газопылевого облака (возможными причинами чего могли стать как естественная динамика облака, так и прохождение сквозь вещество облака ударной волны от взрыва сверхновой, и др. ), которое стало центром гравитационного притяжения для окружающего вещества — центром гравитационного коллапса. Облако уже содержало не только первичные водород и гелий, но и многочисленные тяжёлые элементы (Металличность), оставшиеся после звёзд предыдущих поколений. Кроме того, коллапсирующее облако обладало некоторым начальным угловым моментом. В процессе гравитационного сжатия размеры газопылевого облака уменьшались и, в силу закона сохранения углового момента, росла скорость вращения облака. Из-за вращения скорости сжатия облака параллельно и перпендикулярно оси вращения различались, что привело к уплощению облака и формированию характерного диска. Как следствие сжатия росла плотность и интенсивность столкновений друг с другом частиц вещества, в результате чего температура вещества непрерывно возрастала по мере сжатия. Наиболее сильно нагревались центральные области диска. При достижении температуры в несколько тысяч кельвинов, центральная область диска начала светиться — сформировалась протозвезда. Вещество облака продолжало падать на протозвезду, увеличивая давление и температуру в центре. Внешние же области диска оставались относительно холодными. За счёт гидродинамических неустойчивостей, в них стали развиваться отдельные уплотнения, ставшие локальными гравитационными центрами формирования планет из вещества протопланетного диска. Когда температура в центре протозвезды достигла миллионов кельвинов, в центральной области началась термоядерная реакция горения водорода. Протозвезда превратилась в обычную звезду главно последовательности. Во внешней области диска крупные сгущения образовали планеты, вращающиеся вокруг центрального светила примерно в одной плоскости и в одном направлении.

Планетная миграция. ► В соответствии с небулярной гипотезой две внешние планеты Солнечной системы находятся в «неправильном» месте. Уран и Нептун, «ледяные гиганты» Солнечной системы, располагаются в области, где пониженная плотность вещества туманности и длительные орбитальные периоды делали формирование таких планет весьма маловероятным событием. Считается, что эти две планеты изначально сформировались на орбитах вблизи Юпитера и Сатурна, где имелось гораздо больше строительного материала, и только спустя сотни миллионов лет мигрировали на свои современные позиции.

Тяжелое бомбордирование. Гравитационное разрушение древнего астероидного пояса, вероятно, положило начало периоду Тяжёлого Бомбардирования, происходившему около 4 миллиардов лет назад, через 500— 600 миллионов лет после формирования Солнечной системы. Этот период длился несколько сотен миллионов лет и его последствия видны до сих пор на поверхности геологически неактивных тел Солнечной системы, таких как Луна или Меркурий, в виде многочисленных кратеров ударного происхождения. А самое древнее свидетельство жизни на Земле датируется 3, 8 миллиардами лет назад — почти сразу после окончания периода Позднего Тяжёлого Бомбардирования. ► Гигантские столкновения являются нормальной (хоть и редкой в последнее время) частью эволюции Солнечной системы. Доказательствами этого служат столкновение кометы Шумейкера— Леви с Юпитером в 1994, падение на Юпитер небесного тела в 2009 и метеоритный кратер в Аризоне. Это говорит о том, что процесс аккреции в Солнечной системе ещё не закончен, и, следовательно, представляет опасность для жизни на Земле. ►

Будущее Солнечной системы ► По оценкам астрономов Солнечная система не будет претерпевать экстремальных изменений до тех пор, пока Солнце не израсходует запасы водородного топлива. Этот рубеж положит начало переходу Солнца с главной последовательности диаграммы Герцшпрунга — Рассела в фазу красного гиганта. Однако и в фазе главной последовательности звезды Солнечная система продолжает эволюционировать.

Диаграмма Герцшпрунга — Рассела ► ► Диаграмма Герцшпрунга — Рассела показывает зависимость между абсолютной звёздной величиной, светимостью, спектральным классом и температурой поверхности звезды. Неожиданным является тот факт, что звёзды на этой диаграмме располагаются не случайно, а образуют хорошо различимые участки. Была предложена в 1910 году независимо Эйнаром Герцшпрунгом (Дания) и Генри Расселом (США). Диаграмма используется для классификации звёзд и соответствует современным представлениям о звёздной эволюции. Диаграмма даёт возможность (хотя и не очень точно) найти абсолютную величину по спектральному классу. Особенно для спектральных классов O—F. Для поздних классов это осложняется необходимостью сделать выбор между гигантом и карликом. Однако определённые различия в интенсивности некоторых линий позволяют уверенно сделать этот выбор. Около 90 % звёзд находятся на главной последовательности. Их светимость обусловлена ядерными реакциями превращения водорода в гелий. Выделяется также несколько ветвей проэволюционировавших звёзд — гигантов, в которых происходит горение гелия и более тяжёлых элементов. В левой нижней части диаграммы находятся полностью проэволюционировавшие белые карлики.

Долговременная устойчивость ► ► ► Солнечная система является хаотичной системой, в которой орбиты планет непредсказуемы на очень длинном отрезке времени. Одним из примеров такой непредсказуемости является система Нептун-Плутон, находящаяся в орбитальном резонансе 3: 2. Несмотря на то, что сам по себе резонанс будет оставаться стабильным, невозможно предсказать хоть с каким-нибудь приближением положение Плутона на орбите более чем на 10 -20 миллионов лет (время Ляпунова). Другим примером может служить наклон оси вращения Земли, который по причине трения внутри Земной мантии, вызванного приливными взаимодействиями с Луной, невозможно высчитать начиная с некоторого момента между 1. 5 и 4. 5 миллиардами лет в будущем. Орбиты внешних планет хаотичны на больших временных масштабах: их время Ляпунова составляет 2 -230 миллионов лет. Это не только означает, что позицию планеты на орбите начиная с этого момента в будущем невозможно определить хоть с каким-нибудь приближением, но и орбиты сами по себе могут экстремально измениться. Наиболее сильно хаос системы может проявиться в изменении эксцентриситета орбиты, при котором орбиты планет становятся более или менее эллиптическими. Солнечная система является устойчивой в том смысле, что никакая из планет не может столкнуться с другой или быть выброшенной за пределы системы в ближайшие несколько миллиардов лет. Однако за этими временными рамками, например, в течение 5 миллиардов лет, эксцентриситет орбиты Марса может вырасти до значения 0, 2, что приведёт к пересечению орбит Марса и Земли, а значит, и к реальной угрозе столкновения. В этот же период времени эксцентриситет орбиты Меркурия может увеличиться ещё больше, и впоследствии близкое прохождение около Венеры может выбросить Меркурий за пределы Солнечной системы, или вывести на курс столкновения с самой Венерой или с Землёй.

Влияние планет друг на друга. ► Планеты взаимодействуют с Солнцем и друг с другом, иначе бы не было возмущений, т. е. отклонений планет от траекторий, рассчитанных по законам Кеплера. ► Планеты, в том числе и наша Земля, испытывают действие небесных тел из космоса. Результат — кратеры на поверхности Луны, Меркурия, Венеры, Марса и его спутников, спутников планет-гигантов. ► Планеты-гиганты, например, Юпитер, своим притяжением могут изменить траекторию кометы, повлиять на ее движение.

Газовые столбы туманности

Словарь ► ► ► ► Протопланета — крупный планетный зародыш в протопланетном диске, прошедший стадию внутреннего плавления, что дало возможность появления внутренней дифференциации. Планетозималь — небесное тело на орбите вокруг протозвезды, образующееся в результате постепенного приращения более мелких тел, состоящих из частиц пыли протопланетного диска. Кома— облако из пыли и газа, окружающее ядро кометы. Астрономическая единица (а. е. ) — исторически сложившаяся единица измерения расстояний в астрономии, в Системе постоянных IERS 2003 равная 149 597 870, 691 км. Гравитацио нный колла пс — катастрофически быстрое сжатие массивных тел под нный пс действием гравитационных сил Молекулярное облако, иногда называемое также звёздная колыбель (в случае, если в нём рождаются звёзды), — тип межзвёздного облака, чья плотность и размер позволяют в нём образовываться молекулам, обычно водорода. Моме нт и мпульса (кинетический момент, угловой момент, орбитальный момент, нт мпульса момент количества движения) характеризует количество вращательного движения. Величина, зависящая от того, сколько массы вращается, как она распределена относительно оси вращения и с какой скоростью происходит вращение. Орбитальный резонанс в небесной механике — это ситуация, при которой два (или более) небесных тела имеют периоды обращения, которые относятся как небольшие натуральные числа.