Возникновение Солнечной системы и ее описание

     Размеры орбит планет трудно представить  на одном рисунке: настолько различны расстояния и размеры. Поэтому обычно сравнивают средние размеры и  расстояния от Солнца планет земной группы, а потом – планет-гигантов. Совсем рядом с Солнцем обращаются четыре маленьких планеты земной группы, состоящие, в основном, из горных пород и металлов – Меркурий, Венера, Земля и Марс.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     СОЛНЦЕ. 

     Исследования  послевоенных лет привели к некоторому прояснению нашего происхождения. Спустя миллиард лет после "большого взрыва" из смеси водорода и гелия, заполнявших все пространство, началось образование галактик. Первые звезды, образовавшиеся в те времена, все еще видны в шаровых скоплениях и в центрах галактик. Вслед за ними образовались спиральные рукава.

     Наиболее  массивные звезды, сформировавшиеся в самом начале, прошли очень быструю  эволюцию, при которой водород  превращался в более тяжелые  элементы (в том числе углерод  и кислород), а вновь образованное вещество выбрасывалось в окружающее пространство. Такие превращения и сейчас происходят в термоядерных реакциях, поставляющих всю энергию, излучаемую звездами.

     Это вещество в свою очередь подвергалось локальному сжатию, приводящему к рождению новых звезд, и цикл повторялся. Солнце представляет собой звезду второго или третьего поколения.

     Согласно  Клейтону, сжатие, в результате которого образовалось Солнце, было вызвано  сверхновой, которая, взрываясь, сообщила движение межзвездному веществу и, как метла, толкала его впереди себя; так происходило до тех пор, пока за счет силы тяготения не сформировалось стабильное облако, продолжавшее сжиматься, превращая собственную энергию сжатия в тепло.

     Вся эта масса начала нагреваться, и  за очень короткое время (десяток миллионов лет) температура внутри облака достигла 10 - 15 млн. градусов. К этому времени термоядерные реакции шли полным ходом и процесс сжатия закончился. Принято считать, что именно в этот "момент", от 4-х до 6-ти миллиардов лет назад, родилось Солнце, и еще столько же времени будет излучать практически неизменный поток энергии вследствие протекающих в его недрах ядерных реакций

     Солнце  – это звезда, огромный газовый  шар, в центре которого идут ядерные  реакции. Основная доля массы Солнечной системы сосредоточена в нем – 99,8%. Именно поэтому Солнце удерживает гравитацией все объекты Солнечной системы, размеры которой не менее шестидесяти миллиардов километров.

     В соответствии с законами звездной эволюции, Солнце превратится в красный гигант, и его радиус значительно увеличится, станет больше орбиты Земли. После этого газовая оболочка рассеется, и на месте Солнца останется белый карлик. Этот остаток нашего бывшего светила будет высвечивать запасы тепловой энергии в течение миллиардов лет, постепенно превращаясь в невидимый холодный объект. При этом температура на Земле сначала увеличится до 10 000°C, а затем уменьшится практически до абсолютного нуля. 
 

     ПЛАНЕТЫ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ. 

     Меркурий ближе к Солнцу, чем Земля: среднее расстояние от Солнца составляет 0,387 а.е., а расстояние до Земли колеблется от 82 до 217 млн. км. Ось Меркурия почти перпендикулярна к плоскости его орбиты, а сама орбита очень вытянута.

     Средняя скорость движения Меркурия по орбите – 47,9 км/с. Из-за приливного воздействия Солнца Меркурий попал в резонансную ловушку. Измеренный в 1965 году период его обращения вокруг Солнца - 87,95 земных суток; период вращения вокруг оси - 58,65 земных суток. Три полных оборота вокруг оси Меркурий завершает за 176 суток. За тот же срок планета совершает два оборота вокруг Солнца.

     Спутников Меркурий не имеет. Если они и были, то в процессе формирования планеты  упали на протомеркурий. Планета имеет практически сферическую форму. Ускорение свободного падения на ее поверхности составляет g = 3,72 м/с2.

     Масса Меркурия почти в 20 раз меньше массы  Земли (3,3∙1023 кг), а средняя плотность почти такая же, как у Земли (5,43 г/см3). Радиус планеты составляет 2440 км. Меркурий меньше некоторых спутников Юпитера и Сатурна. У Меркурия есть слабое магнитное поле, которое было обнаружено космическим аппаратом «Маринер-10».

     Высокая плотность и наличие магнитного поля показывает, что у Меркурия должно быть плотное металлическое  ядро. По современным расчётам, плотность  в центре Меркурия должна достигать 9,8 г/см3, радиус ядра составляет 1800 км (75 % радиуса планеты). На долю ядра приходится 80 % массы Меркурия.

     День  и ночь на Меркурии продолжаются по 88 суток, т.е. равны году планеты. Солнце восходит на востоке, поднимается крайне медленно (в среднем на один градус за двенадцать часов), достигает верхней кульминации (на экваторе – зенита) и так же медленно заходит. Но так происходит не везде. В некоторых местах Солнце после восхода вдруг останавливается, поворачивается обратно и заходит почти в той же точке, где взошло. Спустя несколько земных суток Солнце восходит снова в той же точке и уже надолго. Около захода картина повторяется в обратном порядке. Это явление получило название эффекта Иисуса Навина по имени библейского героя, умевшего останавливать Солнце. В некоторых местах восходы и захода Солнца наблюдаются дважды за сутки. На меридианах 0° и 180° можно видеть три захода и три восхода Солнца за одни солнечные сутки, которые длятся 176 земных суток.

     Данные  об атмосфере Меркурия указывает  лишь на её сильную разрежённость. Давление у поверхности планеты в 500 миллиардов раз меньше, чем у поверхности  Земли. Ее состав: 39% гелия, 41% нартия, 12% водорода и до 5 % - другие газы. 

     Венера.

     Среднее расстояние до Солнца 0,723 а.е. Орбита практически круговая. Это самая близкая к Земле планета – расстояние до нее меняется от 40 до 259 миллионов километров.

     Средняя скорость движения по орбите – 35 км/с. Период обращения по орбите – 224,7 земных суток, а период вращения вокруг оси – 243,02 земных суток. При этом Венера вращается в сторону, противоположную своему движению по орбите (если смотреть с северного полюса Венеры, планета вращается по часовой стрелке, а не против неё, как Земля и остальные планеты, исключая Уран). Это приводит к тому, что сутки на Венере продолжаются 116,8 земных суток (половину венерианского года). Таким образом, день и ночь на Венере длятся по 58,4 земных суток.

     У планеты нет спутников. Ускорение свободного падения на поверхности составляет 8,87 м/с2. Венеру легко распознать, на небосводе, так как по блеску она намного превосходят самые яркие из звезд. Отличительным признаком планеты является её ровный белый цвет. Венера так же, как и Меркурий, не отходит на небе на большое расстояние от Солнца.

     Атмосфера планеты исключительно мощная: давление у поверхности оказалось равным 90 атмосфер. Высокая температура нижних слоёв атмосферы Венеры объясняется парниковым эффектом. Ее состав: 96 % углекислого газа, менее 4 % азота, менее 1% кислорода и менее 0,1% воды, кроме того, обнаружены примеси инертных газов (в первую очередь, аргона). Обнаружены следы кислорода, воды, хлорводорода и фторводорода.

     У Венеры жидкое железное ядро, но в нем не возбуждается магнитное поле, вероятно, из-за медленного вращения Венеры. С помощью радаров на Венере были найдены горные вершины, имеющих явные следы потоков лавы. В настоящее время общее число вулканов на планете оценивают в 1600. Извержения вулканов порождают мощные электрические разряды.

     Вулканизм на Венере свидетельствует об активности ее недр. Потоки жидкой мантии заперты  толстой базальтовой оболочкой. В состав пород входят окислы кремния, алюминия, магния, железа, кальция и других элементов. 

     Земля движется вокруг Солнца по близкой к круговой орбите, радиус которой – 149,6 млн. км – принят за 1 астрономическую единицу. Период обращения по орбите составляет 365,256 земных суток или 1 год. Средняя скорость движения по орбите – 29,8 км/с. Масса Земли равна 5,974∙10\24 кг, средняя плотность 5,515 г/см3. Экваториальный радиус планеты составляет R = 6 378 км. Земля имеет грушевидную форму, называемую геоидом. Ускорение свободного падения на поверхности составляет, в среднем, g = 9,78 м/с2: у полюсов больше, на экваторе меньше.

     Из  всей массы Земли кора составляет менее 1 %, мантия – около 65 %, ядро – 34 %. Вблизи поверхности Земли возрастание  температуры с глубиной составляет примерно 20° на каждый километр. Плотность  горных пород земной коры составляет около 3000 кг/м3. На глубине около 100 км температура примерно 1800 К.

     Основные  составляющие атмосферы Земли –  азот (78%) и кислород (21%). Остальные газы: водяной пар, углекислота, неон, метан, водород и другие – составляют около 1 %. Земная атмосфера не пропускает жесткое коротковолновое излучение. Одним из важнейших газов, поглощающих ультрафиолетовые лучи, является озон.

     Магнитное поле Земли похоже на поле однородной намагниченной сферы с магнитной  осью, наклоненной на 11,5° к оси  вращения Земли. Южный магнитный полюс Земли, к которому притягивается северный конец стрелки компаса, не совпадает с Северным географическим полюсом, северный магнитный полюс Земли расположен в Антарктиде.

     Большую часть поверхности Земли (более 2/3) занимает Мировой океан, оставшаяся треть приходится на сушу. Условия на поверхности Земли заметно отличаются от других планет: нигде, кроме как на Земле, нет воды в жидком состоянии, нет атмосферы, богатой кислородом.

     Луна  – единственный спутник Земли  и единственный внеземной мир, который посетили люди. Она вращается вокруг Земли по орбите, большая полуось которой равна 383 398 км 

     Марс обращается вокруг Солнца по орбите радиусом 1,524 а.е. за 687 земных суток. Орбита Марса вытянута, расстояние до Солнца меняется в течение года на 21 миллион километров, а энергия, которую получает Марс, изменяется в 1,45 раза. Расстояния от Земли меняется от 56 до 400 миллионов км. Период вращения вокруг оси равен 24,62 часа – всего на 41 минуту больше периода вращения Земли.

     Масса планеты составляет 6,4∙10\23 кг, плотность равна 3,94 г/см3, а радиус в два раза меньше, чем у Земли, – 3 397 км. Ускорение свободного падения на поверхности планеты составляет g = 3,72 м/с2.

     По  расчетам, ядро Марса имеет массу  до 9 % массы планеты. Оно состоит из железа и его сплавов и пребывает в жидком состоянии. Марс имеет мощную кору толщиной 100 км. Между ними находится силикатная мантия, обогащенная железом. На Марсе зарегистрировано слабое магнитное поле

     Основная  составляющая атмосферы – углекислый газ (95 %), зимой углекислота замерзает, превращаясь в сухой лед. Остальной объем приходится на азот (2,5%), аргон (до 2%), воду (до 0,1%) и угарный газ (0,06%).

     Для Марса характерен резкий перепад  температур. Поверхность имеет красноватый цвет из-за больших примесей окислов железа.

     В 1877 году Асаф Холл из Вашингтонской  обсерватории открыл два маленьких  спутника Марса – Фобос и Деймос. Спутники Марса намного меньше Луны. Они бесформенны и совсем невелики, рассмотреть их в небольшой телескоп трудно. Природа спутников Марса остается неясной, но по фотографиям «Маринера-9» можно предположить, что и Фобос, и Деймос – каменные тела. Некоторые ученые полагают, что эти спутники – захваченные Марсом астероиды, возможно даже образовавшиеся раньше, чем большие планеты. 

     Юпитер - самая большая планета. Период вращения вокруг оси – 9 часов 55 минут. Из-за действия центробежных сил Юпитер заметно сплющен. Так как Юпитер – не твердый шар, а состоит из газа и жидкости, то экваториальные его части вращаются быстрее, чем приполярные области. Ось вращения Юпитера почти перпендикулярна его орбите, следовательно, на планете нет смен времен года.

     Масса планеты равна 1,9∙10\27 кг, радиус R = 11,2 R = 71 492 км. Вместе с тем, Юпитер весьма разрежен: его плотность равна 1,33 г/см3, что в четыре раза меньше плотности Земли. Ускорение свободного падения на уровне облачной поверхности Юпитера составляет g = 2,53.

     Юпитер  обладает собственным источником тепла, связанным с радиоактивным распадом вещества и энергией, высвобождающейся в результате сжатия. Если бы он нагревался только Солнцем, температура верхних слоев была бы равной 100 К, измерения же дают 140 К.

     Атмосфера Юпитера состоит на 89 % из водорода и на 11 % гелия и напоминает по химическому составу Солнце. Оранжевый цвет атмосфере придают соединения фосфора или серы,  так же в атмосфере содержатся аммиак и ацетилен. Полагают, что Юпитер имеет три слоя облаков в своей атмосфере. Наверху – облака из оледеневшего аммиака; под ним – кристаллы сероводорода аммония и метана, а в самом низком слое – водяной лед и, возможно, жидкая вода. Атмосфера создает гигантское давление, увеличивающееся при приближении к центру планеты.

     Магнитное поле Юпитера огромно, даже в пропорции  с величиной самой планеты  – оно простирается на 650 миллионов  километров (за орбиту Сатурна!).

     Сейчас у Юпитера известно 28 спутников. Четыре из них отличаются большими размерами и массой. Они движутся почти по круговым орбитам в плоскости экватора планеты. Европа, Ио, Каллисто и Ганимед были открыты еще Галилеем.