Солнечная система: общие сведения

Аннотация. Дается понятие Солнечной системы и приводится краткий обзор ее структуры. Обращается внимание на значительные различия в характеристиках планет земной группы и планет-гигантов, причина которого является одним из нерешенных вопросов для современной науки, одним из вопросов Космогонии.

Солнечная система - это система небесных тел, которая состоит из звезды Солнце и движущихся вокруг него больших планет с их спутниками, а также бесчисленного множества малых планет, комет и метеорных тел. В состав Солнечной системы входит также какое-то количество газа, имеющегося в межпланетном пространстве и за пределами планетной системы (облако Оорта и т.п.).Вокруг Солнца в одном направлении и примерно в одной плоскости вращаются девять больших планет - Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Эти планеты - самые значительные по массе тела Солнечной системы, кроме Солнца. Вещество, входящее в Солнечную систему (кроме Солнца), сосредоточена в больших планетах. Но их общая масса составляет только одну семьсотпятидесятую часть массы Солнца. Таким образом, основная доля вещества Солнечной системы принадлежит Солнцу. Теперь в составе Солнечной системы есть также искусственные объекты, которые вращаются вокруг Луны, Земли, других планет или непосредственно вокруг Солнца.

Солнечная система входит в состав огромной звёздной системы - Нашей Галактики, объединяющей несколько сотен миллиардов звёзд (все видимые простым глазом звёзды и Млечный Путь), и многие из них, как уже доказано, окружены планетами. Наша Солнечная система, таким образом, не одинока во Вселенной. В Галактике Солнце расположено в 68 световых годах от ее плоскости и в 25000 световых годах от ее центра, то есть Солнечная система находится почти в плоскости Галактики и на половине расстояния от центра. Солнечная система находится в спокойной области Галактики вдали от мест современного звездообразования. Солнце со своей системой движется вокруг центра Галактики со скоростью порядка 200 км в секунду. В настоящее время Солнце вместе с Солнечной системой движется в направлении созвездия Геркулес. От Солнца до ближайшей звезды Проксима Центавра 4,2 световых лет. Масса солнца в 330000 раз больше массы Земли, а плотность меньше чем у Земли. [4,5,6].

С древних времен было известно пять планет, видимых не вооруженным глазом: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн. То, что Земля является равноправным представителем планет, было доказано в начале XVII века. Земля стала шестой известной планетой. В 1781 году был открыт Уран, а в 1846 был теоретически предсказан и обнаружен на небе Нептун. Нептун – восьмая, последняя крупная планета Солнечной системы. В те же годы были открыты малые планеты – астероиды в пространстве между орбитами Марса и Юпитера. Небольшая планета Плутон была обнаружена за орбитой Нептуна только в 1930 году. До конца XX века считалось, что в Солнечной системе девять планет. Однако в конце ХХ начале XXIвеков было открыто множество объектов за орбитой Нептуна. Размеры части из них превосходят размеры Плутона. «Поэтому в 2006 г. астрономы уточнили классификацию: 8 крупнейших тел – от Меркурия до Нептуна – считаются классическими планетами, а Плутон стал прототипом нового класса объектов – карликовых планет. Ближайшие к Солнцу 4 планеты принято называть планетами земной группы, а следующие 4 массивных газовых тела называют планетами – гигантами. Карликовые планеты в основном населяют область за орбитой Нептуна – пояс Койпера, хотя некоторые крупные астероиды, «обитающие» вокруг орбиты Нептуна, возможно, будут также отнесены к этому семейству».[7, с.34].

Планеты Земной группы отличаются не только размерами: они расположены ближе к Солнцу (а значит, сильнее обогреваются, движутся по орбитам быстрее, быстрее облетают вокруг Солнца), обладают другим химическим составом (из-за малой массы и близости к Солнцу не смогли удержать так много лёгких элементов - водорода, гелия), более плотные (с твёрдой поверхностью в отличие от планет-гигантов). Крупнейшие из планет земной группы Земля и Венера в 10 раз меньше Юпитера и Сатурна, и в 4 раза меньше Урана и Нептуна. На планеты - гиганты приходится 99,5 % всей массы планетной системы. Например, масса Юпитера в 318 раз, а масса Сатурна в 95 раз больше массы Земли. Почти вся кинетическая энергия вращения и практически весь момент импульса Солнечной системы приходится на планеты – гиганты. В то же время средняя плотность вещества планет – гигантов очень низкая: 700 кг/м³ у Сатурна, и 1600 кг/м³ у Нептуна. Для сравнения: 5500 кг/м³ у Земли, 3500 кг/м³ у Марса.

У планет – гигантов нет твердой поверхности. Они состоят в основном из водорода и гелия. Их видимая поверхность – облачный покров мощной атмосферы, окружающей океан жидкого молекулярного водорода.

Все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении и примерно в одной плоскости. Их орбиты эллиптические. У большинства планет, кроме Меркурия и Плутона орбиты близки к круговым. Самый большой эксцентриситет имеет орбита Меркурия. Он равен 0,2. Самый малый эксцентриситет орбиты у Венеры – 0,01. Различаясь значительно по эксцентриситету орбит, Венера и Меркурий имеют общее – их суточное вращение, то есть вращение вокруг собственной оси самое медленное среди всех планет. У Венеры продолжительность суток оказывается даже больше чем продолжительность венерианского года. За один оборот вокруг Солнца Венера не успевает сделать один оборот вокруг собственной оси. Все планеты, кроме Венеры, вокруг оси вращаются в прямом направлении, то есть также как по орбите. Обратное вращение Венеры вокруг оси до настоящего времени остается ее загадкой. Интересно отметить, что Земля и Марс вращаются вокруг своей оси с почти одинаковым суточным периодом и оси их вращения наклонены почти на одинаковый угол. Именно этот наклон приводит к смене времен года на Земле и Марсе вследствие изменения ориентации северного и южного полушарий планет относительно Солнца.

Периоды обращения планет по орбитам закономерно увеличиваются с удалением от Солнца. Наибольшая средняя скорость вращения у Меркурия. Она равна 48 км/с. Меркурий совершает оборот вокруг Солнца за 0,24 земных года, то есть за время одного оборота земли Меркурий делает больше четырех оборотов вокруг Солнца. Средняя орбитальная скорость Венеры равна 35 км/с. Один оборот вокруг Солнца – 062 земных года. Следовательно, за один земной год Венера делает чуть меньше двух оборотов. Марс, орбита которого дальше земной, движется со средней скоростью 24 км/с, период обращения – 1,9 земных года. Таким образом, Марс делает один оборот вокруг Солнца за время, в течение которого Земля сделает почти два оборота. Средняя скорость вращения Земли вокруг Солнца около 30 км/с.Периоды обращения планет – гигантов вокруг Солнца велики: от 12 лет у Юпитера до 164 лет у Нептуна. Но вокруг своей оси они вращаются очень быстро, быстрее любой планеты земной группы. Например: средний период вращения видимой поверхности Юпитера и Сатурна составляет около десяти часов, а Урана и Нептуна – около 17 часов.

Из планет земной группы спутники есть у Земли (1) и у Марса (2). Все планеты – гиганты окружены системами колец и множеством спутников. Большая часть спутников обнаружена в последние десятилетия с помощью космических аппаратов. Наибольшее количество спутников у Юпитера (63, 2007 г.).

Чем дальше от Солнца, тем меньше Солнечной энергии получает планета. Но температура зависит не только от количества получаемой энергии, но и от наличия атмосферы и ее состава. Ближе всех к Солнцу находится Меркурий. Атмосферы у него практически нет. Максимальная температура поверхности почти 700 К. Но это не максимальная температура планет. Самая высокая температура на Венере, около 735 градусов. Это является следствием влияния мощной атмосферы из углекислого газа, которая удерживает тепло и сохраняет почти одинаковую температура днем и ночью. На Земле среднегодовая температура близка к 290 К., а на Марсе с его очень разреженной углекислой атмосферой – около 220 К.

Среди планет земной группы значительным магнитным полем обладает только Земля. Магнитное поле меркурия примерно в 100 раз слабее земного. А у Марса и Венеры оно еще меньше [7].

Токи в жидких недрах Юпитера генерируют его мощное магнитное поле. Размер его магнитосферы в сотни раз превышают размеры самой планеты. Электроны и протоны высоких энергий, захваченные магнитным полем, образуют радиационные пояса похожие на земные. Магнитным полем и радиационными поясами обладает и Сатурн.

Среди карликовых планет Плутон изучен лучше других.

Несколько слов о Плутоне. Плутон резко отличается ото всех. Во-первых, его размеры малы, а масса вместе со спутником Хароном составляет только одну четырёхсотую часть массы Земли, то есть в несколько раз меньше Луны! Плутон вращается по самой вытянутой орбите (эксцентриситет - 0,25, а у Земли - 0,017). Орбита Плутона имеет самый большой угол наклона к плоскости остальной Солнечной системы (17,1 градуса). Эта орбита пересекает орбиту другой планеты - Нептуна, то есть Плутон иногда находится ближе к Солнцу, чем Нептун. До недавнего времени Плутон считался по массе близким к Земле, но оказалось, что это не так. У Плутона есть крупный спутник – Харон, диаметр только в два раза меньше диаметра планеты. Пару Плутон – Харон нередко называют двойной планетой. Харон расположен всего на расстоянии менее 20000 тыс. км от Плутона. Вокруг системы Плутон – Харон замечены два небольших спутника. Для Плутона и других планет карликов в поясе Койпера, вероятно, характерно толстая ледяная кора различного состава. По своим параметрам, внутреннему строению и составу Плутон больше похож на ледяные спутники планет – гигантов, чем на планеты земной группы.

В современной науке принято в пределах Солнечной системы выделение нескольких поясов:

· пояс планет Земной группы;

· первый пояс малых планет - пояс астероидов;

· пояс планет-гигантов;

· второй пояс малых планет (пояс Койпера).

· облако Оорта с кометами (внутренняя и внешняя части).

Пояс планет Земной группы отделён от пояса планет-гигантов широкой "щелью", где смогли разместиться орбиты десятков тысяч малых планет - астероидов. Пояс Койпера, еще один пояс малых планет, находится за орбитой Плутона.

Наиболее удалено от Солнца облако Оорта, в котором рождаются кометы и откуда они иногда приходят в окрестности Солнца. [6,7].

До настоящего времени при анализе Солнечной системы остается вопрос о причинах, по которым планеты земной группы сильно отличаются от планет – гигантов. Естественно считать, что основная причина состоит в различии расстояния от Солнца. От этого расстояния зависит количество тепла и света получаемого планетой. Но это не единственная, и, может быть не основная причина. На начальном этапе эволюции планетной системы условия формирования планет вблизи Солнца и на большом расстоянии от него были различными. Существенно различались плотность и химический состав вещества из которого формировались планеты. Вопрос о том, почему существовали такие различия и как происходило образование планет, пытается решить один из разделов астрономии – космогония. Материалом для размышления космогонистов служат детальные данные о Солнечной системе и о других планетарных системах, как существующих, так и формирующихся. [7].