СОСТАВ, СТРОЕНИЕ, ПРОИСХОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ.

Солнечная система состоит из одной звезды - Солнца, девяти планет (рис. 8) и ряда других небесных тел, таких, как спутники планет, малые планеты (астероиды), кометы, а также метеорное вещество - межпланетный газ.

Солнце- обычная звезда средней величины и светимости, ее воз­раст около 5 млрд. лет. Диаметр этого огненного газового шара в 109 раз превосходит диаметр Земли. Внутри Солнца могло бы по­меститься более миллиона небесных тел размером с Землю. На по­верхности Солнца температура составляет примерно 5500 °С, но в его центре достигает 14 000 000 °С. В солнечном ядре происходит превращение водорода (70 %) в гелий (27 %); 3 % составляют осталь­ные химические элементы.

Желтый цвет Солнца приходит на Землю из слоя солнечной атмосферы, который имеет толщину 500 км и называется фотосфе­рой. Под этим слоем лежат внутренние области Солнца, где и про­исходит ядерная реакция (превращение водорода в гелий). Выше фотосферы - прозрачные части наружной атмосферы. Практиче­ски вся солнечная энергия, включая тепло и свет, приходящие на Землю, приходят из фотосферы, но первоначально производятся в глубине Солнца.

Солнце вращается вокруг своей оси. Скорость его вращения различна на раз­ных гелиографических широтах: на экваторе Солнце делает обо­рот за 25 суток, вблизи полюсов - за 30. Различные скорости вра­щения возможны только потому, что Солнце - газовый шар. Поверхность Солнца пузырчатая. Эти пузырьки, или пена, на­зываются еще и солнечной зернистостью, а увидеть ее можно толь­ко через солнечные телескопы. Солнце дает Земле тепло и свет, поддерживающие жизнь на нашей планете.

Рис. 8. Схема движения планет вокруг Солнца

В поверхностном слое Солнца, где его энергия вырывается в виде света, астрономы наблюдают большое разнообразие солнечной активности - относительно холодные участки фотосферы: солнеч­ные пятна, факелы, флоккулы, вспышки. Все они связаны с усиле­нием напряженности магнитных полей.

Солнечные пятна - наиболее холодные и менее светлые области солнечного диска по сравнению с общей яркостью фотосферы. Это те области, где мощные магнитные силы пробиваются изнутри Солнца сквозь поверхностные слои.

Пятна на Солнце - лишь один пример солнечной активности. Магнитные бури и взрывы, называемые вспышками, внезапно вздымаются над поверхностью Солнца. В некоторых от­ношениях они напоминают земные грозы, поскольку высво­бождают электрическую энергию. Однако на Солнце энергия ги­гантских электрических разрядов намного превосходит энергию земных молний.

Солнечные бури оказывают влияние на Землю, электрически заряженные частицы поступают в космос и, достигая Земли, воз­действуют на нашу атмосферу. Когда потоки заряженных частиц, порожденные солнечными вспышками, достигают Земли, они со­здают в полярных областях изумительные «занавеси» мерцающего света, которые называют полярным сиянием.

Планеты. В Солнечную систему входят девять планет, они де­лятся на две группы, четко различающиеся одна от другой по ве­личине, химическому составу, массе, плотности, периоду обраще­ния вокруг Солнца. К первой группе относятся планеты типа Зем­ли: Меркурий, Венера, Земля, Марс; ко второй - планеты типа Юпитера (планеты-гиганты): Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.

Все планеты движутся по эллиптическим орбитам вокруг Солн­ца. Солнце находится не в центре этого эллипса, а сдвинуто в сто­рону одного из фокусов (фокусов - 2).

Самая далекая от Солнца планета Плутон, открытая в 1930 г., мало изучена, поэтому ученые расходятся во мнении, к какой группе ее отнести.

Самая близкая к Солнцу планета - Меркурий. Она и самая ма­ленькая из всех планет (диаметр 4870 км), не считая Плутона. На Меркурии почти нет атмосферы. В прошлом, возможно, там и была какая-то атмосфера. Однако Меркурий все же захватывает некото­рое количество газовых струй водорода и гелия, которые вырыва­ются из Солнца. Кроме того, раскаленные, как печь, твердые по­роды выделяют атомы натрия. Поэтому очень тонкий атмосферный слой все же имеется. Температуры поверхности: максимум 430°С, минимум -180°С. Расстояние от Солнца (среднее) 58 млн. км. Весь путь по орбите вокруг Солнца Меркурий проходит за 88 су­ток. Один оборот вокруг своей оси он совершает за 59 земных су­ток.

О поверхности Меркурия первая информация была получена в результате фотографирования с космического аппарата «Маринер-10» (США) в 1974 и 1975 гг. На снимках видны кратеры (очень похожие на лунные) и трещины.

Венера - вторая от Солнца планета, имеющая почти круговую орбиту, которую она обходит за 225 земных суток на расстоянии 108 млн. км от Солнца.

Диаметр Венеры 12 100 км. Поворот вокруг оси Венера совер­шает за 243 земных суток - максимально среди всех планет. Вокруг оси Венера вращается в обратную сторону, т. е. в направлении, про­тивоположном движению по орбите. Венера имеет плотную атмос­феру, крайне жаркую и сухую. В 1970 г. первый космический ко­рабль, прибывший на Венеру, смог выдержать сильную жару лишь около одного часа - этого как раз хватило, чтобы послать на Зем­лю данные об условиях на поверхности планеты. Российские лета­тельные аппараты совершили посадку на Венеру в 1982 г., послали на Землю цветные фотографии с изображением острых скал. Бла­годаря парниковому эффекту на Венере стоит ужасная жара. Тем­пература у поверхности достигает своего максимума примерно у отметки 480°С. В атмосфере Венеры содержится большое количе­ство углекислого газа.

За Венерой на расстоянии от Солнца в среднем 149 млн. км на­ходится Земля. (Подробная ее характеристика будет дана дальше.) Земля - единственная планета внутренней Солнечной системы, имеющая большой спутник - Луну. Землю не без оснований назы­вают двойной планетой. Луна находится на расстоянии 380 000 км от Земли, это ближайшее к нам небесное тело.

Диаметр Луны 3476 км, что в 4 раза меньше диаметра Земли. Объем Луны в 50 раз меньше объема Земли. Луна движется вокруг Земли и делает полный круг на небе за 27 суток 7 ч 43 мин - это звездный месяц, называемый сидерическим. Наблюдая за Луной с Земли, мы видим, что она выглядит то серпом, то диском, то со­всем не видна. Эта смена фаз происходит потому, что Луна не све­тящееся тело, а лишь отражает солнечный свет. Когда Солнце и Луна находятся на противоположных сторонах от Земли, виден полностью освещенный диск Луны - это фаза полнолуния. Если Луна находится в той стороне от Земли, где Солнце, то сторона Луны, обращенная к Земле, не освещается - это фаза новолуния. В остальных случаях Луна имеет вид серпа (рис. 9).

Луна - единственный внеземной мир в космосе, который посе­тили люди. В 1959 г. российский космический корабль «Луна-3» совершил первый полет вокруг Луны и передал на Землю снимки ее обратной стороны.

Последняя четверть

Рис. 9. Фазы Луны

В январе 1966 г. Россия достигла огромного успеха - автоматиче­ский аппарат «Луна-9» совершил мягкую посадку на поверхность Луны. Его камеры передали на Землю панорамы лунного ландшафта.

Ровно 10 лет спустя после первого российского полета амери­канские ученые впервые произвели посадку корабля с человеком на поверхность Луны. Всего между 1969 и 1972 гг. на Луне побыва­ло 6 экипажей космических кораблей «Аполлон». Они поставили ряд экспериментов и привезли на Землю 385 кг лунных камней и пыли.

Условия на Луне необычны. Астронавт весит там, в 6 раз мень­ше, чем на Земле, хотя его масса остается той же. Лунное небо все­гда черное, даже когда Солнце находится над горизонтом. Темпе­ратуры там меняются от +130°С в полдень до -170°С ночью. На Луне нет воздуха и воды. Поверхность ее покрыта базальтовой лавой, характерная форма лунного рельефа - кольцевые горы, кра­теры, трещины и сдвиги. Кроме кратеров на Луне есть купола, ус­тупы, системы разломов.

Исследования образцов лунного грунта, привезенного экипажа­ми аппаратов, показали, что они состоят из тех же химических эле­ментов, что и другие тела Солнечной системы, но совершенно в других соотношениях, чем Земля (там почти нет минералов).

Марс - внешняя планета земной группы, похожа на Землю, но меньше по величине и холоднее. Диаметр Марса 6790 км, т. е. в 2 ра­за меньше диаметра Земли. Полный оборот вокруг Солнца Марс совершает за 678 земных суток. Расстояние между Землей и Мар­сом изменяется от 56 до 400 млн. км. Период осевого вращения Марса близок к земному и составляет 24 ч 37 мин. Марс имеет очень разреженную атмосферу, в которой содержит­ся много углекислого газа (95 %), немного азота и кислорода. Сходство состава атмосферы Марса и Земли дало некоторым ученым основание предполагать, что на Марсе могут существовать при­митивные формы жизни. В настоящее время на Марсе нет свободной воды. Однако появление белых полярных шапок «зимой», которые, ско­рее всего, состоят в основном из водяного льда с примесью твердой углекислоты (сухой лед), и сокращение их летом дают возможность предполагать наличие воды.

У Марса есть два маленьких спутника (две «луны») - Фобос и Деймос, открытые в 1877 г. Диаметр Фобоса 23 км, а Деймоса 16 км. На них имеется несколько кратеров. Изучение Марса было начато еще в XVII в. и продолжается до сих пор. Боль­шой вклад в изучение этой планеты внесли американские аппара­ты: «Маринер-6» и «Маринер-7» летом 1969 г. прошли вблизи Мар­са, а «Маринер-9» был выведен на орбиту вокруг Марса и сделал много фотографий.

Юпитер - самая большая планета Солнечной системы. Его диа­метр в 11 раз превосходит диаметр Земли, а масса в 318 раз больше массы Земли. Путь Юпитера по орбите вокруг Солнца занимает 12 лет, при этом среднее расстояние до Солнца равно 800 млн. км. Пояса облаков в атмосфере и Большое Красное пятно делают Юпитер очень живописной планетой. Юпитер представляет собой огромный газовый шар. По своему химическому составу он очень похож на Солнце. Атмосфера Юпи­тера на 85 % состоит из водорода и примерно на 14% из гелия. Юпитер вращается вокруг своей оси исключительно быстро. Он делает один оборот за 10 ч. Разные части атмосферы вращаются с разными скоростями, и именно это различие порождает пояса об­лаков. Большое Красное пятно представляет собой огромного размера бурю (ураган) в атмосфере Юпитера, которую наблюда­ют с Земли вот уже 300 лет. Температура верхних облаков около -130 °С. По орбитам вокруг Юпитера движется 16 спутников. Самая большая луна из семейства Юпитера - Ганимед, ее диаметр 5262 км.

Сатурн - шестая от Солнца планета. Масса Сатурна в 95 раз больше массы Земли. Диаметр экватора в 9,46 раза больше диа­метра Земли, т. е. 120 420 км. Период обращения вокруг оси 10,14 ч.

Среднее расстояние от Солнца до Сатурна 778 млн. км. Период об­ращения по орбите 29,5 земных лет. Сатурн, подобно Юпитеру, целиком состоит из водорода и ге­лия, имея также в своей атмосфере зоны облаков аммиака. Вокруг Сатурна вращаются три главных кольца и много более узких ко­лец, с большого расстояния они видны как одно кольцо. Плоскость колец наклонена к плоскости орбиты на 29°. Кольца в основном состоят из миллиардов мелких частиц, которые вращаются по ор­бите вокруг Сатурна как отдельные микроскопические луны. Есть спутник Титан, который имеет атмосферу и температуру -180 °С.

Уран имеет диаметр в 4 раза больше диаметра Земли, т. е. 51 300 км, массу в 14,5 раза больше массы Земли, период обраще­ния вокруг оси 17 ч 14 мин. Период обращения по орбите вокруг Солнца 84 года. Уран состоит в основном из водорода и гелия, но одну седьмую его атмосферы занимает метан. Температура этой планеты около -220 °С. В центре Урана находится большое ядро, состоящее из кам­ня и железа. Ось вращения Урана наклонена к плоскости орбиты на 90°. Из этого следует, что его северный полюс находится ниже плоскости орбиты, т. е. как бы опрокинут набок. Вокруг Урана об­наружены кольца, состоящие из больших и малых камней, а также тонкой пыли. Вокруг Урана вращаются пять больших и десять ма­леньких лун.

Нептун имеет диаметр в 3,9 раза больше диаметра Земли, т. е. 49 500 км, период обращения вокруг оси 17 ч 32 мин. Расстояние от Солнца 4,5 млрд. км, период обращения по орбите 165 лет. Нептун имеет грозовую атмосферу, а также тонкие перистые облака, неко­торые из которых состоят из замерзшего метана. Температура на Нептуне равна - 213 °С. У Нептуна есть спутник Тритон, превосхо­дящий по величине земную Луну.

Плутон - планета, находящаяся на краю Солнечной системы. Диаметр Плутона 2324 км. Эта планета меньше нашей Луны, со­стоит из камня и льда. Орбита Плутона сильно вытянута. Наибо­лее близкая к Земле точка на орбите Плутона находится на рассто­янии 7375 млн. км. На фотографиях, сделанных в 1978 г., Плутон выглядит вытянутым, в виде яйца. По-видимому, это указывает на наличие у Плутона «луны», которая вращается столь близко от него, что в телескоп невозможно получить их четкого раздельного изоб­ражения. «Луна» Харон отделена от Плутона менее чем на 20 000 км, и они похожи скорее на планеты-близнецы. Температура на Плутоне около -230 °С.

Астероиды - малые планеты.Между орбитами Марса и Юпите­ра имеется пространство, в котором обращается вокруг Солнца множество космических тел. Их называют астероидами, т. е. звездоподобными, но более детальное их изучение показало, что это не звезды, а планеты. Самая крупная планета была открыта в 1801 г. и названа Цере­рой. Ее диаметр 1003 км. Большинство астероидов - карлики. Счи­тается, что общее число малых планет, диаметры которых не пре­вышают 1 км, может достигать 1 млн. Происхождение астероидов пока не известно. Согласно одной гипотезе, они представляют со­бой осколки бывшей планеты, которая вращалась вокруг Солнца за орбитой Марса и в отдаленном прошлом потерпела какую-то катастрофу. Но в целом кажется более вероятным, что астероиды никогда не были частями одного тела, а образовались в процессе сгущения пылевой среды в результате взаимного притяжения со­ставляющих их частиц.

Кометы- это тоже тела Солнечной системы.Ученые предполага­ют, что кометы представляют собой остаточный материал, образо­вавшийся при зарождении этой системы. Комета состоит из различ­ных видов льда - замерзших воды, метана, аммиака и углекислого газа. В эту ледяную смесь заключены песчаная пыль, крупные камни и куски металла. Все эти материалы входят в межзвездное облако, из которого образовались Солнце и планеты. Кометам достались лишь «остатки», которые не вошли в «дело». Они состоят из слабо связанных между собой частей и легко распадаются.

Кометы движутся вокруг Солнца по орбитам, имеющим форму весьма вытянутого эллипсоида и даже парабол. Периоды их обра­щения могут достигать многих миллионов лет. Когда комета дви­жется по орбите, пыль и газ слетают с нее, образуя хвост. Радиация, идущая от Солнца, сталкивает хвост кометы в сторону, противопо­ложную Солнцу. Хотя ядро кометы (ледяной глыбы) может иметь диаметр всего в несколько километров, хвост ее вытягивается в дли­ну на 100 млн. км. В ночном небе комета становится видна невоору­женным глазом. Яркая комета может иметь изящный хвост, искря­щийся в ночном небе. Когда комета движется по орбите, от нее отделяются и более крупные сгустки пыли, куски камня и металла. Эти твердые тела образуют метеорные потоки. После того как ко­мета огибает Солнце и начинает удаляться от него, она понемногу остывает. Образование газа уменьшается, струи иссякают и хвост сокращается.

Появление в небе новой кометы непредсказуемо, но в среднем приблизительно один раз в 10 лет неожиданно вспыхивает и стано­вится видна в ночном небе яркая комета. Кроме таких неожидан­ных комет существуют кометы, которые возвращаются на небо снова и снова и видны невооруженным глазом. Самая известная и самая яркая из них названа именем ученого, вычислившего время ее движения по орбите, - Галлея (Эдмунд Галлей был другом Нью­тона, провел вычисления, позволявшие определять орбиты комет). Эта комета возвращается каждые 76 лет. Самое последнее ее появ­ление происходило в 1986 г. Следующее возвращение кометы Гал­лея во внутреннюю Солнечную систему ожидается в 2061 г.

Метеориты - каменные и металлические глыбы, падающие с неба. Большей частью они остались от эпохи образования Солнечной си­стемы. Эти тела врываются в атмосферу со скоростью 60 000 км/ч и более. В результате трения о воздух объекты раскаляются и вспыхи­вают огненно-красным цветом. Видимый след в небе, оставляемый вспыхнувшим объектом при его вхождении в атмосферу, называет­ся метеором. Эти следы называют также «падающими звездами».

Космонавтика в изучении Солнечной системы. Внастоящее вре­мя достигнуты большие успехи в изучении Солнечной системы с помощью ракет, искусственных спутников Земли и российской кос­мической станции «Мир».

Великим пионером теоретической космонавтики был русский ученый Константин Эдуардович Циолковский (1857-1935), но при жизни его работы не нашли поддержки.

Позже в России работы в области ракетной техники возглавил знаменитый конструктор и ученый Сергей Павлович Королев (1906-1966). К началу 50-х годов ракеты, несущие на борту науч­ную аппаратуру, доказали свою полезность для изучения верхней атмосферы.

Подлинное начало космической эры ознаменовалось запуском первого искусственного спутника, осуществленным в России 4 ок­тября 1957 г.

В 1961 г. стартовал первый пилотируемый космический корабль «Восток-1», на котором Юрий Алексеевич Гагарин (1934-1968) совершил оборот вокруг Земли.

Первым аппаратом, совершившим успешный полет к другим планетам, был «Маринер-2» (США), пролетевший в 1962 г. близ Венеры. В 1965 г. «Маринер-4» долетел до Марса.

В 1971 г. российский аппарат «Марс-3» и американский «Викинг-2» совершили успешные посадки на Марсе.

Высадка на Луне американцев и российского лунохода позво­лили уточнить данные о ближайшем космическом спутнике Земли.

Посланный к Юпитеру космический аппарат «Пионер-10» доле­тел до цели в 1973 г. В 1975 г. «Пионер-11» пролетел вблизи Сатурна.

Исследования планет Солнечной системы, Солнца и других кос­мических тел позволили сделать вывод о сходном химическом со­ставе небесных тел, о единстве материи во Вселенной.

ЛЕКЦИЯ