Наука‎ > ‎Вселенная‎ > ‎

Солнечная система















4,567 млрд лет назад. Образовалась Солнечная система. Она располагается в золотом поясе галактики – на оптимальном расстоянии от центра (26 тыс. световых лет) и краёв.

Солнце находится на этапе активного нуклеосинтеза 5 млрд. лет. Процесс сжигания водорода продлится ещё примерно столько же.

Солнце – звезда средняя.
Pадиус протопланетного диска вокруг Солнца был не более 80 астрономических единиц (астрономическая единица — среднее расстояние от Земли до Солнца).

На начальных этапах своего развития все объекты Солнечной системы часто сталкивались между собой. Так например на Солнце обнаружен литий, который не образуется в звёздах, а находится в составе планет. Это подтверждает, то что он мог оказаться на Солнце, когда в него врезалась какая-то планета.


Движение протопланетарного диска задало движение планетам, которые из него образовались. Это вращение по своей орбите не даёт планетам приближаться к Солнцу. Почти все орбиты планет Солнечной системы круговые и правильные и располагаются в одной плоскости. Это позволяет поддерживать между ними относительное равновесие.


На само Солнце приходится более 98% массы всей Солнечной системы. А суммарная масса Солнца с Юпитером составляет 99% от общей массы Солнечной системы. Только 1% приходится на все остальные планеты, их спутники, кометы, астероиды и прочие объекты.



Фото сделано мной во время частичного солнечного затмения 1 августа 2008 года.

 

Солнце 

5 млрд. лет назад после гибели гигантской звезды произошёл взрыв сверхновой. Взрывная волна прошла к водородному облаку. Облако распалось, образуя кольца газа и пыли. В его центре зажглось ядерное пламя – новая  звезда – Солнце. А из частиц газа и пыли сформировались 9 планет.

Солнечное пространство – Гелиосфера – по форме похожа на пузырь, за пределами которого – межзвёздное пространство. Это пространство, в котором плазма солнечного ветра движется со сверхзвуковой скоростью относительно Солнца. Первые 10 млрд км это скорость примерно миллион км/час. Далее, сталкиваясь с межзвёздной средой, скорость плазмы уменьшается. Это происходит за Границей ударной волны. Граница за которой уравновешивается давление солнечного ветра и межзвёздной среды называется Гелиопаузой. За границей Головной ударной волны начинается межзвёздное пространство.

Вся энергия, получаемая на земле – это энергия Солнца.

Строение Солнца
Внутри Солнца при температуре 15 млн. градусов протекает термоядерная реакция превращения водорода в гелий. Каждую секунду Солнце теряет 4 млн. тонн своей массы, которая высвобождается в виде энергии. Носитель этой энергии – фотон. Это безмассовая элементарная частица – квант электромагнитного излучения. В вакууме его скорость равна скорости света. Из-за высокой плотности и активности солнечного вещества фотон от ядра к поверхности Солнца прорывается несколько тысяч лет, а с поверхности до Земли долетает за 8 минут.

Состав Солнца учёные узнали по анализу спектра солнечного света. Оно содержит 73% водорода, 24% гелия, остальное частицы других элементов.

Фотосфера – поверхность Солнца её температура 6 тыс. градусов. Она покрыта пузырями нагретого газа. Каждый пузырь размером с Техас. Так называемые пятна на солнце это участки с более низкой температурой. Размеры пятен больше размера Земли. Образуются пятна за 10 дней и исчезают за 2 недели. Чем больше магнитная активность Солнца, тем больше на нём пятен, так как в этих местах проходят силовые линии, которые создаются газами и находятся под поверхностью. Поверхность вращается с различной скоростью. На экваторе один оборот происходит за 26 дней, а на полюсах за 37. Это искажает магнитное поле и генерирует энергию. Солнечные вспышки высвобождают энергию 10 млн. водородных бомб.

Как поверхность, так и внутреннее вещество Солнца постоянно перемещаются, вызывая при этом «солнечные ветры» – вспышки электро-магнитых излучений.

 Каждые 11 лет магнитные полюса меняются. В середине этих циклов энергия Солнца максимальна.

Над  фотосферой – внутренняя атмосфера Солнца – хромосфера, которую образуют вспышки – газовые дуги вокруг магнитных силовых линий. Высота дуг – 50 тыс. км. Разрываясь, дуги образуют струи высотой 100 тыс. км (для сравнения средний диаметр Земли менее 13 тыс. км).

Внешняя атмосфера Солнца – корона – видна во время полного солнечного затмения. Когда Луна заслоняет Солнце. Температура короны достигает 2 млн. градусов. Корона отражает колебания на поверхности Солнца – вспышки короны – следствие выбросов изнутри. Осколки сильных выбросов – наэлектризованные частицы Солнца – отлетают в космическое пространство на миллионы километров. Их скорость 400 – 800 км/сек в зависимости от активности Солнца. Землю они достигают за 4 дня. Потоки таких частиц называют – солнечный ветер. Реакция их с внешней атмосферой Солнца видна на Земле как полярное сияние. Через атмосферу они не проходят, благодаря магнитному полю Земли – оно их отталкивает. И только на полюсах силовые линии проводят их к планете – загораются огни полярных сияний.

Солнце пульсирует и меняет форму.

У полюсов возникают торнадо величиной с Землю. Скорость их вращения 500 тыс. км/час.

Через 5 млрд. лет Солнцу будет не хватать водорода. Оно начнёт расширяться. Увеличившись в 200 раз, станет красным гигантом. Ближайшие планеты – Меркурий, Венера и Земля – погибнут. Затем, выдыхая из себя дым, Солнце будет колебаться. Останется только раскалённое ядро, которое сократится до размера Земли – Солнце превратится в белый карлик. Когда угаснет и ядро, Солнце станет чёрным карликом. Из планет Солнечной системы уцелеет только Марс.

Изображение с сайта znaniya-sila.narod.ru

Планеты

Вокруг Солнца вращаются планеты по круговым орбитам, находящимся почти в одной плоскости.


Четыре планеты внутренней земной группы – Меркурий, Венера, Земля, Марс состоят из селикатов и металлов.  Так как они находятся на небольшом удалении от своей зведы, высокие температуры при их образовании испаряли все легкоплавкие летучие вещества, поэтому в их составе преобладают тяжёлые химические элементы.

Четыре планеты внешней группы – газовые гиганты : Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Они намного массивнее, чем планеты земной группы.

Эти планеты зарождались на достаточном удалении от Солнца, так что более низкие температуры не препятствовали конденсации и кристаллизации относительно легких химических элементов, в результате чего у них сформировались сверхмассивные твердокристаллические ядра из скальных пород и льда. Обладая мощным гравитационным полем, они захватили из окрестных газопылевых скоплений значительные объемы легких и летучих веществ — гелия и водорода, образовавших их океаны и атмосферу.

Чем дальше планета удалена от Солнца, тем дольше период ее обращения вокруг него. Так год на Меркурии составляет 88 земных суток, на Юпитере 11 земных лет, а на самой дальней от Солнца планете Нептун – 165 лет.

Уран и Нептун со своими огромными размерами сформировались ближе к Солнцу скорее всего сразу за орбитой Марса. Но влияние ещё более крупных Юпитера и Сатурна их гравитационные вихри оттолкнули Уран и Нептун на более дальние орбиты. Гравитационная тяга планет продолжает нарушать орбиты своих соседей. В результате Солнечная система может рассыпаться.


На изображении с сайта  cybersecurity.ru : сегмент Солнца и планеты в порядке удалённости в едином масштабе для сравнения размеров.


Меркурий.

Сведения о Меркурии
Планета самая близкая к Солнцу появилась 4,5 млрд. лет назад. Конденсируя самые тяжёлые элементы, она превратилась в твёрдую скалу. Она похожа на Луну – скалистая, покрытая кратерами и трещинами, бесплодная.

Ядро Меркурия размером с Луну на 70% состоит из железа – это сама плотная планета Солнечной системы. Ядро мертво, планета инертна.

Расстояние до Солнца – 50 млн. км. Диаметр 5 тыс. км – самая маленькая планета. Атмосферы почти нет – она слишком разрежена. Сила магнитного поля равна 1% силы поля Земли.

В ясный вечер низко над горизонтом можно видеть яркую Венеру и справа от неё несколько ниже – Меркурий, его видно только в сумерках или на закате. Полный оборот вокруг Солнца он делает за 88 дней. За этот период он всего полтора раза оборачивается вокруг своей оси. Поэтому день на Меркурии длится 176 земных дней, что в 2 раза длиннее, чем его год.

Его орбита – эллиптическая. Подходя на более короткое расстояние к Солнцу, скорость движения увеличивается. За один день на Меркурии солнце восходит дважды.

В полдень на экваторе температура доходит до 400℃, а в полночь на тёмной стороне -270℃. Амплитуда изменения температур 600℃ - самая большая в Солнечной системе.

Предполагают, что на полюсах глубоко в постоянной тени кратеров есть лёд – он виден в телескопах, который возможно принесли кометы.

Изображение с сайта astronomy.net.ua

Венера.

180 млн. км от Солнца.

Диаметр Венеры – 12 тыс. км. – соизмерим с диаметром Земли.

Её атмосфера плотнее атмосферы Земли в 90 раз и состоит из углекислого газа, который не пропускает солнечное тепло. Температура всегда -480℃. Верхние облака состоят из серной кислоты. Плотная атмосфера защищает планету от ударов внешних объектов – они растворяются в такой плотности. Только самые большие куски смогли её преодолеть, и на Венере видны всего три кратера от космических объектов.

На ней много вулканов с радиационными потоками лавы. Поверхность покрыта кусками застывшей лавы. Вулканическая активность самая сильная в Солнечной системе, поэтому в атмосфере так много серы..

Один оборот вокруг своей оси планета делает за 243 дня, а облака её огибают за 4 дня. Направление её вращения противоположно вращению других планет. Вокруг Солнца она обходит за 225 дней.

На Венере 2 континента, поверхность их равнинная, возвышенностей мало.

На ночном небе она выглядит как самая яркая, особенно сразу после захода солнца.

Строение Венеры похоже на земное – кора, мантия, ядро. Но ядро не раскаленное, как на Земле, а твёрдое и состоит предположительно из никеля и железа. Магнитного поля почти нет, либо оно слишком слабое.

На изображении некоторые сведения о Венере на сайте vokrugsveta.ru

Земля.

Геологическое внутреннее строение Земли
Находится на расстоянии 150 млн. км от Солнца.

Третья от Солнца планета. Пятая по размеру среди всех планет Солнечной системы. Она является также крупнейшей по диаметрумассе и плотности среди планет земной группы.

Атмосфера насыщена водным паром. Растения насыщают ее кислородом, который составляет пятую её часть. Азота в атмосфере 4/5.

4,5 млрд.лет назад тяжёлые элементы скопились в центре – ядро состоит их железа и никеля. Вокруг него внешнее ядро, которое в свою очередь окружает мантия. Благодаря твёрдому внутреннему ядру, плавающему в раскалённом внешнем, Земля имеет магнитное поле.

Прорываясь сквозь мантию, раскаленная магма выходила через земную кору на поверхность и перекраивала поверхность. Это привело к формированию континентов.

Ось Земли наклонена, этим объясняется смена сезонов и сезонные колебания долготы дня. Зимой видно, что солнце заходит на юго-западе, а летом – на северо-западе.

 Луна.  Постепенно удаляясь от Земли, Луна замедляет её вращение. Много лет назад день длился 6 часов, а в будущем его длина увеличится в 50 раз. Луна в 4 раза меньше Земли, а масса её меньше в 80 раз. Расстояние до Луны в 10 раз больше диаметра Земли. Полный оборот вокруг Земли Луна делает за 27 дней.

Луна вызывает колебание земной оси, что приводит к смещению полюсов.

Днём температура на Луне 120℃, а ночью -60℃. Сила притяжения в 6 раз меньше, чем на Земле. Ядро Луны металлическое, а на полюсах под её поверхностью большие скопления льда.

Орбита Луны наклонена на 5 градусов от горизонта.

Луна в 400 раз меньше Солнца и в 400 раз ближе к Земле.

30 тысяч кратеров на Луне – следы ударов из космоса. На Земле их не меньше, но они не видны под океанами и растительностью.

На изображении с сайта meganauka.com : внутренне строение Земли.

Марс

Красная пыльная планета. В два раза меньше Земли, но, как и она, имеет атмосферу, времена года из-за того, что ось Марса, как и Земли, имеет наклон, одинаковую длину суток – 24 часа, т.е. период обращения вокруг своей оси. Но оборот вокруг Солнца – 687 дней.

Расстояние до Солнца 228 млн. км.

Марс в разрезе
На южном полюсе зима длиннее и холоднее, чем на северном, а лето короче, но теплее. Во время марсианской зимы на полюсах растут ледяные шапки. В самые тёплые дни температура едва достигает 0℃.

На юге более старый район кратеров, на севере более молодые равнины, образованные лавой.

Фобос и Деймос – спутники Марса. Возможно это древние астероиды, попавшие в поле его притяжения.

Пылевые бури могут продолжаться неделями, покрывая всю планету.

Под поверхностью есть лёд. Каналы на поверхности могут быть следствием существования воды в прошлом. Но следов жизни не обнаружено.

Марсианская долина Маринер – самый большой разлом в Солнечной системе. Его длина равна ширине Южной Америке в самой большой её части. Вулканический кратер Олимп поднимается над поверхностью на 27 км – в три раза выше Эвереста – тоже рекорд Солнечной системы.

Предполагается, что высокая вулканическая  активность когда-то растопила льды, вода вышла на поверхность, благодаря углекислому газу появилась атмосфера. Но активность вулканов прекратилась, и атмосфера перестала подпитываться углекислым газом, он уходил и неё в космос из-за слабого магнитного поля – планета слишком мала. Поэтому жизнь на Марсе не возникла. Сейчас атмосфера Марса в 150 раз тоньше земной.

На изображении: Марс в разрезе. С сайта abc-24.info

Юпитер

Это гигантский газовый шар. Он больше всех остальных планет Солнечной системы вместе взятых.  Его диаметр в 11 раз больше диаметра Земли. Объём больше в 1300 раз. Благодаря такому размеру, у Юпитера большая гравитация и большинство комет и других космических тел он притягивает к себе.

Юпитер. Строение планеты
Он быстро вращается, поэтому на нём самый короткий день – всего 10 часов.  Оборот вокруг Солнца – 12 лет.

Расстояние до Солнца – 780 млн. км. Сквозь пылевое облако Юпитера оно светит слабо и тепла даёт мало. Юпитер сам вырабатывает тепла больше, чем получает от Солнца. Температура ядра 30 000℃

Газ, из которого состоит Юпитер, вращается огромными поясами в противоположных направлениях, создавая вихри и штормы. Самая большая буря бушует сотни лет. Называется Красное пятно. Она больше Земли в три раза.

Атмосфера в 10 раз плотнее земной.

Юпитер в основном состоит из водорода – 90% и гелия. В центре у него твёрдое ядро, потом слой твёрдого водорода, слой жидкого, потом газообразные водород и гелий. Верхний слой атмосферы – туман, затем кристаллы аммиака, гидросульфит аммония, водный лёд и капли воды и аммиака. Жидкий металлический водород генерирует магнитное поле.

 Европа – один из 16 спутников Юпитера.

Немного меньше Луны. Европа покрыта водным льдом толщиной до десятков километров. Под ним может быть океан. Вода в нём может быть тёплой, так как нагревается вулканами. В тёплой воде могут быть живые организмы, питающиеся химической энергией.

На спутнике Ио самая активная в Солнечной системе вулканическая деятельность. Атмосфера его полна серы.

Ганимед – самый большой спутник Солнечной системы. Он больше Меркурия.

Самые большие спутники Юпитера повторяют Солнечную систему в миниатюре.

Изображение с сайта edinstvo.org

Сатурн

В 10 раз дальше от Солнца, чем Земля. Один оборот вокруг Солнца длится 30 лет. Вокруг своей оси обращается за 10 часов.

Больше Земли в 750 раз.

Наклон оси Сатурна 26°.

Состоит из газа – 94% водорода, остальное в основном гелий. Состав самой планеты и её атмосферы такой же, как и у Юпитера.

Кольца Сатурна похожие на паутину состоят и космической пыли, ледяных обломков. Диаметр внешнего кольца равен расстоянию от Земли до Луны. Толщина колец около километра. Обнаружено 7 главных колец, внутри каждого ещё сотни. Щель Кассини – самый большой из промежутков между кольцами, его ширина 4 тыс.км. В дальнейшем через несколько миллионов лет кольца могут рассеяться.

Температура внешних облаков достигает -180℃.

У Сатурна 18 спутников. При их столкновении с достаточно крупными космическими объектами они разрушаются и их обломки становятся кольцами.

Титан – самый большой спутник Сатурна. По размеру он больше Меркурия.

Температура на поверхности -200℃. В его облачной атмосфере много углеводородов. В виде снега падает метан и этан. Они вступают в реакцию с ультрафиолетовым светом Солнца и в ходе фотохимической реакции образуются органические молекулы – соединения углерода. Это первый шаг в зарождении жизни, но дальнейшему её развитию мешает слишком низкая температура.

Титан похож на замороженную Землю. В его атмосфере, как и в земной много азота, есть молекулы воды, принесённые кометами.

Через 5 млрд. лет Солнце превратится в красного гиганта, тогда на Титане станет достаточно тепло и может появиться жизнь.

Изображение с сайта skyandtelescope.com

Уран, кольца и спутники

Уран

Газовый гигант с 11-ю кольцами и 17-ю спутниками. Возможно, когда-то произошло столкновение с другой планетой размером с Землю. Это могло привести к образованию спутников и колец, а также к наклону оси Урана на 98°.

Он в 19 раз дальше от Солнца, чем Земля.

Диаметр 51 тыс.км.  – в 11 раз больше чем Земли, но в 3 раза меньше Юпитера. Атмосфера из трех туманных слоёв. В её составе водород, гелий и частицы метана. Верхний слой атмосферы – туман богатый гидрокарбонатами. Ниже водород и метан, ниже аммиак и сероводород.

День длится 19 часов. А год составляет 84 земных года.


На изображении с сайта sistemasolnca.ru Уран со своими спутниками и кольцами.


Нептун.

Последняя крупная планета – газовый гигант.

Нептун
Оборот вокруг Солнца – 165 лет. Расстояние до Солнца 4.5 млрд. км.

Диаметр около 50 тыс. км. Он несколько меньше соседнего Урана, но влияет на скорость его вращения. Когда Уран догоняет по внутренней орбите Нептун – его скорость увеличивается. А когда обгоняет – скорость уменьшается. Это результат межпланетной взаимной гравитации.

Скорости ветров достигают 2 тыс. км/час.

Сутки на Нептуне длятся 16часов.

Атмосфера состоит на 85% из водорода на 12 % из гелия, остальное в основном – метан. Верхний слой атмосферы – стратосферный туман из углеводорода. Ниже – водород и метан. Затем аммиак и гидросульфид, и переходная зона из газа и жидкости.

Сама газовая планета состоит из 3х слоёв: жидкий водород, ледяная мантия и скальное ядро.

Нептун впервые в истории астрономии в 1846 году был открыт в результате математических расчётов изменений орбиты Урана, которые происходили от водействия гравитации соседней планеты. 

Имеет два основных кольца и 8 спутников. Самый большой – Тритон – диаметр 2700 км. Температура на его поверхности -280℃. Из его глубин бьют гейзеры. Возможно это несостоявшаяся планета, как и Плутон.

Изображение с сайта наглядных пособий для детей 900igr.net

ПА

Пояс астероидов

Между внутренней и внешней группами планет, т.е. между Марсом и Юпитером находится пояс астероидов – малых космических тел сходных по составу с планетами земной группы. Это свалка осколков протопланет, оставшихся после их многочисленных столкновений.

Так же в Солнечной системе перемещается множество малых тел – кометы, метеориты, космическая пыль.



На изображении схема пояса астероидов (с сайта wikipedia.org)

 

Пояс Койпера 

За орбитой самой дальней планеты Нептуна  – пояс транснептуновых объектов. Это объекты пояса Койпера, рассеянного диска и облака Оорта. Всё это первичные элементы туманности, из которой сформировалась Солнечная система, но они слишком рассеяны, чтобы уплотниться в планеты. Они состоят из летучих веществ: воды, аммиака и метана.
Пояс Койпера

В 20 раз шире пояса астероидов. 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, обьекты пояса Койпера состоят главным образом из летучих веществ (называемых льдами), таких как метан, аммиак и вода

Кометы – смесь льда и камней – это кочевники в Солнечной системе. Некоторые летают по случайным орбитам, маневрируя между планетами. Чем больше планета, мимо которой пролетает комета, тем больше вероятность столкновения. Большое количество комет притягивает Юпитер, защищая тем самым Землю от столкновения. Некоторые кометы, пролетев мимо планет, затягиваются Солнцем.

Изображение с сайта sv-rasseniya.narod.ru

Самая знаменитая комета – Галлея. Каждые 76 лет её приближение видно с Земли. Некоторые считают, что именно её увидели волхвы как Вифлеемскую звезду. Её диаметр от 16 до 9 км. Из пояса Койпера её сместил рывок в гравитационной прослойке между солнцем и соседними звёздами. Ей удаётся отклоняться от Солнца и проходить мимо, несмотря на притяжение. Её орбита зажата между Солнцем и Нептуном. Последний раз она была видна с Земли в 1986 году.

Приближаясь к Солнцу, кометы теряют большое количество своей массы, которая выбрасывается в виде хвоста. Но в холоде у пределов Солнечной системы они восстанавливаются,  хвост исчезает, и они становятся инертными. 

Плутон
В этой области ближнего космоса находятся по меньшей мере пять карликовых планет: Церера, Эрида, Плутон, который раньше считали полноценной планетой.


Плутон - карликовая планета. Общая масса Плутона и одного из пяти его спутников Харона в 5 раз меньше массы Луны.

Это маленький пограничный мир из метана и замороженной воды. В 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. его орбита очень вытянута и имеет наклон в 17 градусов. Диаметр около 2300 км. Оборот вокруг Солнца Плутон делает за 248 земных лет.

Поверхность этой карликовой планеты не нагревается выше 210 градусов по Цельсию.

Изображение с сайта wikiznanie.ru

Область рассеянного диска

Внутренняя область рассеянного диска частично перекрывается с поясом Койпера. Если объекты пояса Койпера находятся на автономных круговых или эллиптических орбитах, то орбиты объектов рассеянного диска могут быть блуждающими и нестабильными и дальнейшая судьба этих объектов — постоянно выбрасываться из середины Солнечной системы в облако Оорта или ещё дальше. Объекты рассеянного диска часто могут путешествовать «по вертикали» почти на такие же расстояния, как и «по горизонтали».

 

Облако Оорта

Облако Оорта
На самой окраине Солнечной системы простирается облако Оорта – сферический рой замороженных обломков - комет, состоящих из водяных, аммиачных и метановых льдов. Оно в 1000 раз обширнее, чем пояс Койпера. В этой области возникают долгопериодические кометы с периодом обращения в тысячи лет. Будучи захваченной гравитацией планеты-гиганта, комета из облака Оорта может стать короткопериодической с периодом менее 200 лет и направиться в центральную часть Солнечной системы. На каждую такую комету, которая движется из облака Оорта во внутренние области Солнечной системы, приходится 600 комет, которые выбрасываются в межзвёздное пространство.

Внутреннее облако Оорта называют облаком Хиллса. Считается, что во внутреннем облаке в десятки или сотни раз больше кометных ядер, чем во внешнем; возможно это источник новых комет для пополнения относительно скудного внешнего облака, поскольку оно постепенно исчерпывается. Внешняя граница облака Оорта определяет гравитационную границу Солнечной системы равную 2,0 световым годам (1 световой год = 9,5 триллионов километров). До внутренней границы облака Оорта свет от Солнца доходит за 1 год.

Учитывая огромные размеры Солнечной системы и множество объектов в ней, невероятно трудно поверить в то что 99,9% её массы приходится на само Солнце. Но это так.

Изображение с сайта 3dnews.ru


Через 5 млрд. лет водородное топливо нашей звезды закончится. Она увеличится в 200 раз, превратится в красный гигант, уничтожит свои планеты. Примерно через 7,6 млрд лет Солнце догорит и превратится в звезду типа «белый карлик».

На сегодняшний день астрономы насчитывают 360 известных звёзд, которые имеют свои планетарные системы.

Comments