Солнечная система

Все мы живём на планете Земля, которая является неотъемлемой частью Солнечной системы. Это как бы наш район или округ в огромном галактическом пространстве. В центре  находится Солнце (жёлтая звезда или жёлтый карлик), вокруг которого дружно вращаются девять планет.

                                          Солнце - ближайшая к Земле звезда

Солнце является единственной звездой в Солнечной системе, вокруг нее совершают свое движение все планеты системы, а также их спутники и другие объекты, вплоть до космической пыли. Если сравнить массу Солнца с массой всей Солнечной системы, то она составит порядка 99,866 процентов.

Солнце является одной из 100 000 000 000 звезд нашей Галактики и по величине стоит среди них на четвертом месте. Ближайшая к Солнцу звезда Проксима Центавра располагается на расстоянии четырех световых лет от Земли.

От Солнца до планеты Земля 149,6 млн км, свет от звезды доходит за восемь минут. От центра Млечного пути звезда находится на расстоянии 26 тысяч световых лет, при этом она производит вращение вокруг него со скоростью 1 оборот в 200 миллионов лет.

Они известны каждому школьнику. Это самый близкий к светилу Меркурий, затем Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и самая далёкая маленькая  планета Плутон.

По земным меркам Солнечная система имеет не просто большие, а огромные и бескрайние пространства. Чтобы не пугать себя сумасшедшими цифрами в километрах, специалисты придумали такую единицу измерения необъятных и необозримых космических просторов как астрономическая единица. Одна такая а. е. равна 149,6 млн. км – это среднее расстояние Земли от Солнца.

Общее представление о размерах всей Солнечной системы даёт расстояние между Солнцем и планетой Плутон. Оно составляет ни много ни мало а тридцать девять астрономических единиц, и это при условия, что маленькая планета находится в ближайшей точке орбиты к Солнцу – перигелии. Если же Плутон, перемещаясь по своей орбите, попадает в афелию – самую дальнюю точку орбиты, то расстояние увеличивается до сорока девяти астрономических единиц.

Отсюда нетрудно подсчитать, что свет, который имеет скорость 299 792 км/с, достигает Земли за восемь минут. Это примерное время, которое тратит офисный работник на приятный разговор с коллегами за чашечкой кофе.

Взяли в руки кофейник – гамма-квантовая частица отделилась от Солнца и понёслась в сторону Земли. Поставили на стол пустую чашку, смахнули крошки от съеденного кондитерского изделия на пол – посланник жёлтой звезды ударился в столовый набор и, отразившись, слился со множеством других отражённых частиц. Величину яркости такого отражённого солнечного света называют альбедо.

Альбедо величина, характеризующая отражательную способность поверхности какого-либо тела; отношение (в %) отраженного потока солнечной радиации к потоку падающей радиации.

Для справки нужно отметить, что до Плутона свет добирается за шесть часов. Если же брать межгалактические пространства, то здесь совсем другие критерии измерений. Огромные расстояния, скажем до нашей уважаемой соседки Андромеды, измеряются уже в световых годах и парсеках.

Светово́й год (св. г., ly) — внесистемная единица длины, равная расстоянию, проходимому светом за один год.

Световой год равен:

·                    9 460 730 472 580 800 метрам (примерно 9,46 петаметрам)

·                    63 241,077 астрономической единицы (а. е.)

·                    0,306 601 парсека

Парсе́к (русское обозначение: пк; международное: pc) — распространённая в астрономии внесистемная единица измерения расстояний. Название образовано из сокращений слов «параллакс» и «секунда» — парсек равен расстоянию до объекта, годичный тригонометрический параллакс которого равен одной угловой секунде.

Парсек :Согласно эквивалентному определению, парсек — это расстояние, с которого отрезок длиной в одну астрономическую единицу (практически равный среднему радиусу земной орбиты), перпендикулярный лучу зрения, виден под углом в одну угловую секунду (1″).

1 пк =  а. е. ≈ 206 264,8 а. е. = 3,0856776·1016 м =30,8568 трлн км (петаметров) = 3,2616 светового года иными словами, это 30,8568 трлн км.

Также используются и кратные единицы: килопарсек (кпк, kpc), мегапарсек (Мпк, Mpc), гигапарсек (Гпк, Gpc). Дольные единицы, как правило, не используются, поскольку вместо них применяются астрономические единицы.

                                                    Какова яркость звёзд?

Яркость звёзд определяется по шкале, которая впервые была предложена древнегреческим астрономом Гиппархом в 150 г. до нашей эры.

Ярчайшей известной тогда звездой был Антарес в созвездии Скорпиона, которой Гиппарх присвоил первую степень яркости. Наименее яркой из известных ему звёзд он присвоил шестую степень яркости. Сегодня астрономы, используя телескопы и бинокли, могут видеть гораздо менее яркие звёзды, чем видел Гиппарх. Чем дальше находится звезда, тем более тусклой и маленькой она выглядит, независимо от её реальной яркости. Самую яркую звезду нашего неба, Сириус, в древности называли Пёсьей звездой, потому что принадлежала она созвездию Большого Пса. В древней Греции это созвездие ещё называли Псом Ориона, мифологического охотника.

Все девять планет прекрасно уживаются друг с другом. В этом может убедиться каждый любопытный пилигрим, попавший с оказией на Северный полюс, да к тому же прихвативший с собой телескоп. Поёживаясь от мороза и любуясь красотами звёздного неба, он без труда обнаружит, что планеты Солнечной системы движутся против часовой стрелки, да ещё и лежат примерно в одной плоскости. За основу всегда берётся плоскость орбиты планеты Земля, которая совпадает с сечением небесной сферы и называется плоскостью эклиптики.

Дальнейшие наблюдения порадуют глаз путешественника и внесут в его душу успокоение: все девять космических тел вращаются в строго отведённых пространствах по эллиптическим орбитам, поэтому врезаться друг в друга никак не могут. Правда нашему новоиспечённому астроному будет трудно заметить главное: планеты разделены на две группы, а между ними находится пояс астероидов.

К первой группе относятся четыре планеты, расположенные ближе всего к Солнцу. Это Меркурий, Венера, Земля и Марс. У них много общих признаков: примерно одна и та же плотность (в среднем 4,5 г/см³), небольшие размеры, медленное вращение вокруг своей оси, малое количество естественных спутников. Они есть только у Земли – Луна и у Марса – Фобос и Деймос. Эти четыре планеты называют планетами земной группы.

 планеты земной группы

Но за поясом астероидов картина совсем другая. Там правят бал другие четыре планеты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Они тоже схожи по плотности (в среднем 1,2 г/см³), имеют огромные размеры, быстро вращаются вокруг своей оси и окружены большим количеством спутников. К тому же они лишены твёрдой поверхности, а их атмосферы насыщены водородом и гелием. Эти четыре планеты называют газовыми гигантами.

 Газовые гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун

Особняком стоит маленький и аккуратненький Плутон, который по своим признакам схож с планетами первой группы. Правда совсем недавно его статус изменился. Теперь он называется карликовой планетой: так решил Международный астрономический союз. Честно говоря, единодушной поддержки среди учёных этот вердикт не получил, и многие по прежнему считают Плутон девятой планетой Солнечной системы. Плутон вместе со своими тремя спутниками Хароном, Гидрой и Никтой находится в так назваемом поясе Койпера, который начинается за орбитой Нептуна.

Это огромная область, по своим размерам в двадцать раз превосходящая пояс астероидов. Здесь, в полной темноте космической бездны существует множество неизвестных и таинственных объектов. Предполагается, что их не менее сорока тысяч. Совсем недавно, в этом далёком от Земли мире открыто несколько карликовых планет. Называются они Эрида, Церера, Хаумеа и Макемаке.

Кроме планет и собственно Солнца в Солнечной системе присутствуют и более мелкие космические образования. Это уже упомянутые астероиды, кометы и метеориты. Самые большие из них конечно астероиды.

Особо крупные экземпляры достигают тысячи километров в диаметре. Их ещё называют малыми планетами, которые обращаются вокруг Солнца между орбитами Марса и Юпитера.

Астероиды делятся на три класса: углеродистые, кремнистые и металлические. Основное их отличие для человеческого глаза – по цвету. Как уже ясно из названия, углеродистые астероиды содержат много углерода и поэтому имеют сравнительно тёмную поверхность. Их подавляющее большинство в Солнечной системе. Семьдесят пять процентов малых планет относятся именно к этому классу С-типа.

Другие астероиды (кремнистые) относятся к S–типу и представляют из себя смесь железоникелевой руды и силикатов. В противоположность своим невзрачным коллегам, они очень яркие. В количественном отношении их гораздо меньше – семнадцать процентов. Все остальные малые планеты – это металлические астероиды. Состоят они из железа и никеля и относятся к М-типу.

Самый первый обнаруженный в космосе астероид назвали Церера. Форма у него сферическая, а экваториальный диаметр равен 975 км. К крупнейшим астероидам можно также отнести Весту, Европу, Давида, Камиллу и многие другие.

Всего, в настоящее время, насчитывается около ста тысяч астероидов.

Теперь поговорим о метеоритах. Тут нужно коснуться терминологии. Для многих наверно будет неприятной неожиданностью узнать, что на нашу любимую голубую планету, из космоса, валится всё, что только может свалиться. Это, и потерявшиеся в пространстве астероиды, и старые кометы, и другие мелкие и твёрдые образования. Так вот – любое твёрдое тело космического происхождения, упавшее на Землю, называется метеоритом.

               
                                                                     Метеорит в атмосфере Земли

Метеориты падают на земные просторы непрерывным дождём. Специалисты подсчитали, что в сутки в атмосферу нашей планеты попадает 5-6 тонн космических твёрдых тел. В год набегает две тысячи тонн. К счастью не все они достигают поверхности земли и воды, так как законы физики надёжно защищают наши жизни от космического беспредела.

Здесь в первую очередь нужно сказать спасибо абляции. Это механизм уменьшения массы малых небесных тел при прохождении ими плотных слоёв атмосферы.

Когда метеорит входит в атмосферу планеты Земля, его скорость составляет примерно 25 км/с. Такая стремительность непрошенного гостя из космоса приводит к его разогреву и свечению. За счёт абляции масса внеземного тела резко уменьшается. Мелкие образования сгорают в верхних слоях атмосферы без остатка; до земли долетают жалкие крупинки. Так из сотен тон разнокалиберных каменистых и железных пород на поверхность голубой планеты падают только граммы этих космических веществ.

Но это касается мелочи. Многотонная же махина может причинить неисчислимые бедствия людям, если найдёт возможность рухнуть с небес на благодатные и родные для нас просторы матушки-земли. К счастью такое случается очень-очень редко.

Ну и наконец кометы. Это одни из самых таинственных и загадочных космических тел, бороздящих просторы Солнечной системы. Они рождаются и живут в далёком, покрытом непроницаемой тьмой, облаке Оорта, расположенным за поясом Койпера. Оттуда они и летят, пересекают орбиты планет, приближаются к Солнцу, огибают его, возвращаются по обратной траектории и пропадают в пустынном безмолвии бескрайнего Космоса.

Каждая комета появляется в пределах видимости земных телескопов через строго определённое время. Одни из этих таинственных тел могут возвращаться через 70 лет, другие через 150, а есть и такие, появление которых придётся ждать лет этак триста.

Поэтому, чтобы как-то систематизировать этот вопрос, кометы разделили на короткопериодические и долгопериодические. Короткопериодические – это те, период которых составляет менее 200 лет. А у долгопериодических наоборот – период длится более 200 лет, о чём косвенно и говорит их название. Первых в настоящее время обнаружено более двухсот, а последних семьсот с небольшим.

Само облако Оорта область чисто гипотетическая, то есть предположительная, основанная на гипотезе. Сама же гипотеза базируется на вероятностном росте планет-гигантов (Юпитер, Сатурн). При увеличении массы последних, гравитационные возмущения усиливаются. Это ведёт к тому, что из кольцевых зон (пыль, некрупные камни), расположенных вокруг этих планет, начинают выбрасываться мелкие первичные тела (планетезимали). Они и создают на окраине Солнечной системы сферическую область – облако Оорта, которая является колыбелью комет.

Собственно на далёкой периферии создаётся не вся комета, а только её ядро. Оно представляет из себя ледяную глыбу из застывшего газа и других летучих веществ, с вкрапленными в них твёрдыми частицами. Поначалу эта замёрзшая масса очень похожа на обычный астероид. Но вот ядро проходит большую часть пути – до Солнца остаётся каких-то одиннадцать астрономических единиц – и вот тут начинают происходить превращения.

Если смотреть на этот движущийся объект с Земли, то лжеастероид постепенно начинает приобретать вид туманного пятнышка. Это вокруг ядра образуется кома – туманная оболочка. Она является результатом испарения с поверхности ледяной глыбы замёрзшего газа и других летучих веществ, составляющих твёрдую основу кометы.

Постепенно кома начинает удлиняться. У неё появляется небольшой хвост, который становится вполне различимым на расстоянии 3-4 астрономических единиц от Солнца.

                                                                                         Комета

Но вот комета оказывается совсем недалеко от светила (не более 2 а. е.). Её хвост вытягивается и приобретает огромные размеры за счёт того, что солнечный свет выбивает из комы частицы газа и отбрасывает их далеко назад. Этот длинный дымчатый хвост может тянуться на сотни тысяч и даже миллион километров.

Многие кометы имеют два хвоста: газовый и пылевой. Газовый хвост представляет собой светящийся шлейф, так как ионизируется ультрафиолетовыми лучами и потоками частиц, которые бомбардируют его с солнечной поверхности. Пылевой же хвост рассеивает солнечный свет и выглядит как длинная дымка.

Орбиты комет, по которым они огибают светило, представляют из себя вытянутые эллипсы. Но чётко обозначить путь прохождения этих космических тел невозможно. Дело в том, что они пересекают орбиты планет, а те, воздействуя на кометы при помощи гравитации, нарушают их траекторию. Поэтому вычислить можно только примерную орбиту этих таинственных провинциалов с далёких окраин Солнечной системы.

С кометами напрямую связывают некоторые загадочные события, которые произошли на планете Земля много миллионов лет назад. Так существует теория, что появлению воды и других летучих соединений человечество напрямую обязано кометам.

Именно после их бомбардировки много миллиардов лет назад, сухая почва, тогда ещё далеко не голубой планеты, насытилась влагой. Появились атмосфера, моря, океаны, реки и озёра. На нашу землю были также занесены сложные органические соединения, и была заложена база для зарождения простейших организмов.

Кометам приписывают и мощнейший природный катаклизм 65 миллионов лет назад на рубеже мелового и третичного геологических периодов. Именно в это время исчезли динозавры и 70% других живых организмов, населявших Землю.

Как говорят сторонники этой теории, на нашу планету упало кометное ядро (его диаметр составлял 10 км) с большим содержанием иридия. Произошёл сильный взрыв с выбросом в окружающую атмосферу огромного количества пыли. Она закрыла землю от солнечных лучей. Средняя температура снизилась на 10-15 градусов. Целый год эта пыль висела в воздухе, спровоцировав резкое похолодание, которое и убило всё живое. Этому есть подтверждение: возраст слоя иридия в геологических отложениях как раз и соответствует тому далёкому временному периоду.

Существует огромное количество разных теорий и гипотез, которые охватывают не только кометы, но и все другие тела и образования, существующие в Солнечной системы. Особый интерес представляет вопрос о возникновении Солнца и планет.

Возникновение Солнечной системы

По общепринятой версии, вся эта прекрасно отлаженная и чётко работающая космическая система появилась на свет 4,6-5 миллиардов лет назад. Такая точность основана на расчётах количества гелия, который является вторым по величине составляющим компонентом Солнца. Наше светило состоит из водорода, а инертный газ гелий появляется в результате термоядерных реакций, которые беспрерывно идут в недрах жёлтой звезды.

Началось же всё с огромного облака межзвёздной пыли и газа. В результате, либо естественной динамики, либо ударной волны, произошедшей от взрыва сверхновой звезды, либо каких-то иных причин, уплотнилось вещество данного космического образования.

Это послужило толчком для гравитационного коллапса – катастрофически быстрого сжатия массивных тел под действием сил гравитации. Как следствие, возникло горячее ядро с очень высокой плотностью. По краям ядра оформилось газопылевое облако в виде диска. Этот диск увеличивался и достиг размеров современной Солнечной системы.

Горячее ядро постепенно съёживалось, уменьшалось в размерах, всё более и более увеличивая свою плотность и температуру, и, в конце концов, превратилось в протозвезду (звезда до момента загорания термоядерных реакций). Пыль же в свою очередь уплотнилась, распределилась в виде плоскости вокруг пылающего ядра. Результатом стало появление космического тела, которое по своей форме напоминало тарелку НЛО.

Протозвезда продолжала сжиматься, её температура росла. Наконец она достигла миллионов кельвинов в центре и спровоцировала начало термоядерных реакций горения водорода. Начал выделяться гелий, и протозвезда перешла в новое качество – стала обычной звездой (Солнцем). Все эти космические преобразования растянулись во времени более чем на один миллион лет.

Далее пошёл процесс образования планет. Пылевой слой характеризовался гидродинамической неустойчивостью, и его вскоре заменили пылевые уплотнения. Они сталкивались друг с другом, сжимались – на смену им пришли твёрдые тела малого размера. Эти новые образования объединялись в более крупные. Именно они и стали гравитационными центрами формирования планет из вещества протопланетного диска.

Система стремилась к устойчивости, и, в конце концов, во внешних областях диска гравитационные центры образовали девять планет, вращающихся в одной плоскости и в одном направлении. На это ушло порядка четырёх миллионов лет. Первоначальное формирование Солнечной системы на этом закончилось.

Её дальнейшая эволюция характеризуется изменением орбит и изменением порядка следования планет, возникновением спутников вокруг них. Этот процесс продолжается и сейчас, лишний раз доказывая, что в Космосе нет застывших форм, не подвластных гравитационным взаимодействиям. Именно они и являются первопричиной всех длительных изменений предшествующих состояний, как в самой Солнечной системе, так и в более крупных межзвёздных и межгалактических образованиях.

Из всего вышесказанного видно – человечество за последние столетия время зря не теряло и создало довольно стройную теорию, охватывающую все аспекты Солнечной системы. Но это только на первый взгляд. Истинное же положение вещей таково, что вопросов, неясностей и откровенных тайн на сегодняшний день накопилось огромное количество. Ответы на них очень разноречивы и неопределённы, а истина неясна и туманна.

Возраст Солнечной системы

Одна из главных загадок – возраст Солнечной системы. Уже упоминалась официальная версия, которая называет временной интервал в 4,6–5 миллиардов лет. Но она мало что объясняет, если её рассматривать с точки зрения методики расчёта количества гелия, который является результатом термоядерных реакций и в настоящее время присутствует на Солнце.

Дело в том, что оценка количества этого инертного газа не является величиной очевидной. Кто-то утверждает, что его содержится 34% от общей солнечной массы, а кто-то называет 27%. Разбег составляет семь процентов. Соответственно временной интервал можно варьировать от 5 до 6,5 миллиардов лет, да и то только с того момента, когда протозвезда превратилась в Солнце.

В настоящее время нет пока даже чёткого представления о термоядерных реакциях, которые идут в недрах жёлтого карлика. Существует два предполагаемых цикла превращения водорода в гелий – это протонный (водородный) и углеродный (цикл Бете).

Специалисты больше склоняются к первому циклу, который включает в себя три реакции: из ядра водорода образуется ядро дейтерия, затем из ядра дейтерия ядро изотопа гелия с атомной массой равной трём, а заканчивается процесс устойчивым изотопом гелия с атомной массой равной четырём.

Возраст планеты Земля

Что действительно более менее ясно и не подлежит критике – так это возраст планеты Земля и его спутника Луны. Здесь за основу взято такое понятие, как радиоактивность. Под ней понимается превращение атомных ядер в другие ядра, сопровождающиеся испусканием различных частиц и электромагнитных излучений.

В данном случае за основу берётся атом урана. Он неустойчив, испускает энергию и преобразуется со временем в атом свинца, который представляет из себя устойчивый элемент. При условии, что скорость ядерного распада является величиной абсолютно постоянной, можно легко рассчитать временной период за который один элемент заменяется другим.

Любая масса урана (изотоп) обладает определённым количеством атомов. Замена половины атомов урана на аналогичное количество атомов свинца происходит за 4,5 миллиарда лет – период полураспада. Полное превращение урана в свинец составляет соответственно 9 миллиардов лет.

Самый древний минерал на Земле нашли в Австралии, его возраст был определён в 4,2 миллиарда лет. Метеориты, которые падают на голубую планету, тоже далеко не юные – им, как правило, 4,5–4,6 миллиардов лет. Благодаря современным достижениям науки (американская экспедиция «Аполлон», советская автоматическая межпланетная станция « Луна-16 ») на Землю были доставлены образцы лунного грунта.

Он оказался не первой свежести. Его года колеблются в вилке от 4 до 4,5 миллиардов лет.

Многие тут же ухватились за эти цифры, категорически заявив, что и существование всей Солнечной системы тоже лежит в этом временном интервале. Никто не спорит – Земля и Луна живут по тем же законам, что и другие космические тела. Но кто даст стопроцентную гарантию, что в недалёком будущем не будет найден минерал в недрах нашей планеты, возраст которого составит, к примеру, 8 миллиардов лет, или с Луны доставят образец столь же почтенного возраста. Не известно также, что из себя представляет грунт других планет, коллег старушки Земли.

Одним словом, вопрос о зрелости Солнечной системы пока остаётся открытым. Скорее всего в ближайшем будущем чёткий и ясный ответ найден не будет. Но истина всегда на стороне упорных и любознательных. Пройдёт какое-то время, человечество овладеет запасом новых знаний, и само потом будет удивляться, как не могло раньше увидеть ответы, которые практически лежали на поверхности.

Статью написал ridar-shakin