Современные взгляды на солнечную систему

     Современная теория происхождения солнечной  системы

     Согласно  современным представлениям, планеты  солнечной системы образовались из холодного газопылевого облака, окружавшего Солнце миллиарды лет  назад. Такая точка зрения наиболее последовательно отражена в гипотезе российского ученого, академика О.Ю. Шмидта (1891—1956), который показал, что проблемы космологии можно решить согласованными усилиями астрономии и наук о Земле, прежде всего географии, геологии, геохимии. В основе гипотезы О.Ю. Шмидта лежит мысль об образовании планет путем объединения твердых тел и пылевых частиц. Возникшее около Солнца газопылевое облако сначала состояло на 98% из водорода и гелия. Остальные элементы конденсировались в пылевые частицы. Беспорядочное движение газа в облаке быстро прекратилось: оно сменилось спокойным движением облака вокруг Солнца.

     Пылевые частицы сконцентрировались в центральной  плоскости, образовав слой повышенной плотности. Когда плотность слоя достигла некоторого критического значения, его собственное тяготение стало «соперничать» с тяготением Солнца. Слой пыли оказался неустойчивым и распался на отдельные пылевые сгустки. Сталкиваясь друг с другом, они образовали множество сплошных плотных тел. Наиболее крупные из них приобретали почти круговые орбиты и в своем росте начали обгонять другие тела, став потенциальными зародышами будущих планет. Как более массивные тела, новообразования присоединяли к себе оставшееся вещество газопылевого облака. В конце концов сформировалось девять больших планет, движение которых по орбитам остается устойчивым на протяжение миллиардов лет.

     С учетом физических характеристик все  планеты делятся на две группы. Одна из них состоит из сравнительно небольших планет земной группы —  Меркурия, Венеры, Земли и Марса. Их вещество отличается относительно высокой плотностью: в среднем около 5,5 г/см3, что в 5,5 раза превосходит плотность воды. Другую группу составляют планеты - гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Эти планеты обладают огромными массами. Так, масса Урана равна 15 земным массам, а Юпитера— 318. Состоят планеты-гиганты главным образом из водорода и гелия, а средняя плотность их вещества близка к плотности воды. Судя по всему, у этих планет нет твердой поверхности, подобной поверхности планет земной группы. Особое место занимает девятая планета — Плутон, открытая в марте 1930 г. По своим размерам она ближе к планетам земной группы. Не так давно обнаружено, что Плутон — двойная планета: она состоит из центрального тела и очень большого спутника. Оба небесных тела обращаются вокруг общего центра масс.

       В процессе образования планет  их деление на две группы  обусловливается тем, что в  далеких от Солнца частях облака  температура была низкой и  все вещества, кроме водорода  и гелия, образовали твердые частицы. Среди них преобладал метан, аммиак и вода, определившие состав Урана и Нептуна. В составе самых массивных планет — Юпитера и Сатурна, кроме того, оказалось значительное количество газов. В области планет земной группы температура была значительно выше, и все летучие вещества (в том числе метан и аммиак) остались в газообразном состоянии, и, следовательно, в состав планет не вошли. Планеты этой группы сформировались в основном из силикатов и металлов

     Солнечная система - это система небесных тел, которая состоит из звезды Солнце и движущихся вокруг него девяти 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.). Теперь в составе Солнечной системы есть также искусственные объекты, которые вращаются вокруг Луны, Земли, других планет или непосредственно вокруг Солнца.

     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, хотя их общая масса составляет только одну семьсотпятидесятую часть массы Солнца.

     Все планеты движутся по эллиптическим  орбитам, но вытянутость этих орбит "на глаз" заметна только у двух крайних - у Меркурия и Плутона. У  остальных - орбиты близки к круговым.

     Последняя из этих планет, Плутон, резко отличается ото всех. Во-первых, она очень маленькая: её масса вместе со спутником Хароном составляет только одну четырёхсотую часть массы Земли, то есть в несколько раз меньше Луны! Во-вторых, она вращается по самой вытянутой орбите (эксцентриситет - 0,25, а у Земли - 0,017). В-третьих, орбита Плутона имеет самый большой угол наклона к плоскости остальной Солнечной системы (17,1 градуса). В-четвёртых, эта орбита пересекает орбиту другой планеты - Нептуна, то есть Плутон иногда находится ближе к Солнцу, чем Нептун. Видимо, Плутон - это не совсем полноценная планета, а оторвавшийся спутник Нептуна. До недавнего времени Плутон считался по массе близким к Земле, но оказалось, что это не так.

     Остальные планеты - "полноценные". Они изначально возникли как планеты, то есть вращались вокруг Солнца с самого рождения.

     Среди этих "полноценных" планет чётко  различаются две группы:

планеты Земной группы - Меркурий, Венера, Земля, Марс;

планеты-гиганты - Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.

     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).

     Пояс  планет Земной группы отделён от пояса  планет-гигантов широкой "щелью", где смогли разместиться орбиты десятков тысяч малых планет - астероидов.

     За  орбитой Плутона находится ещё один пояс малых планет, который открыт недавно (пояс Койпера).

     Ещё далее от Солнца расположено облако Оорта, где рождаются кометы и  откуда они иногда приходят в окрестности  Солнца.

     Итак, в пределах Солнечной системы  по мере удаления от Солнца различаются несколько 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).

     Тела  Солнечной системы рассматриваются, в основном, по мере их удалённости от Солнца. Но сначала речь идёт о космических аппаратах, созданных человеком, так как именно они дали человечеству большую часть новых сведений о планетах и их спутниках.

     Первые  искусственные небесные тела

     Первый  искусственный спутник Земли  был запущен в Советском Союзе 4 октября 1957 г. Батареи его питания  иссякли через 20 дней, но он просуществовал ещё около двух с половиной  месяцев, постепенно снижаясь в результате трения о воздух, и сгорел в нижних слоях атмосферы. Изучение торможения первого спутника позволило узнать плотность земной атмосферы на всех высотах до 947 км. В этом же году были запущены ещё 2 советских спутника. В результате полётов было совершено одно из важнейших открытий XX века - были открыты радиационные пояса Земли, представляющие опасность для космонавтов (см. главу о Земле).

     В 1958 г. запущен первый американский спутник  Земли.

     В январе 1959 г. советская ракета "Луна-1" прошла в 5 - 6 тысячах километров от Луны и стала первым искусственным спутником Солнца. Были существенно дополнены сведения о радиационных поясах Земли и космических лучах.

     В сентябре того же года "Луна-2" достигла поверхности Луны. Было установлено, что у Луны нет магнитного поля и поясов радиации, и это имело  огромное значение для будущих полётов человека к Луне.

     В октябре того же года "Луна-3" сфотографировала обратную сторону Луны и, вернувшись в околоземное пространство, передала эти фотографии по радио на Землю.

     Через какое-то время интересные фотографии Луны были получены американскими ракетами серии "Рейнджер". Первый аппарат этой серии без торможения мчался к Луне, непрерывно фотографируя её и передавая снимки на Землю. В последние мгновения получены снимки, на которых видны детали размером до 50 м. Позднее, в 1964 г., станцией из этой серии были получены 4 тысячи фотографий Луны.

     12 апреля 1961 г. Ю.А.Гагарин на корабле  "Восток" облетел Землю за 1 час 48 минут.

     В том же году Г.С.Титов на корабле "Восток-2" совершил 17 с половиной  витков вокруг Земли.

     В том же году американец Аллан Шеппард "запрыгнул" в Космос на 15 минут и приземлился вблизи места старта.

     12 февраля того же года к Венере  была направлена советская станция  "Венера", а вслед за ней  туда же - успешная американская  станция "Маринер-2". Выяснено, что Венера вращается вокруг оси очень медленно и в обратном направлении по сравнению с другими планетами. Оказалось, что атмосфера Венеры в несколько раз плотнее земной, и высота облаков составляет около 100 км. Состав атмосферы, а также температура и давление на поверхности планеты не были определены.

     В августе 1962 г. корабли "Восток-3" и "Восток-4", пилотируемые А.Г.Николаевым и П.Р.Поповичем, совершили соответственно 64 и 48 витков вокруг Земли.

     В том же году состоялись первые полёты американских космонавтов вокруг Земли. Джон Гленн совершил свой героический полёт, сделав 3 витка (отказали система автоматического управления и система терморегуляции) (20 февраля). В тяжёлых условиях прошёл и полёт Карпентера (24 мая). Полёт Уолтера Ширры был первым удачным полётом американцев, сделано 6 витков (3 октября).

     В том же году к Марсу направилась  советская станция "Марс-1". Отмечено было, что концентрация микрометеоров  вблизи Земли больше, чем в окрестностях Марса, но программа изучения Марса  не была выполнена.

     В 1963 г. состоялись совместные полёты В.Ф.Быковского и В.В.Терешковой на кораблях "Восток-5" и "Восток-6", а станция "Луна-4" прошла вблизи поверхности Луны.

     12 октября 1964 г. запущен первый  трёхместный космический корабль  "Восход" (Комаров, Феоктистов, Егоров), с которого начались полёты кораблей этой серии. Вскоре состоялся и первый выход человека в открытый Космос (Леонов).

     В этом же году в Советском Союзе  предпринята первая попытка изучения дальнего Космоса. 2 апреля с Земли  стартовала автоматическая станция "Зонд-1", но по-настоящему большие успехи в этой области были достигнуты значительно позднее и, в основном, американскими учёными.

     15 июля 1965 г. великолепные снимки  Марса переданы на Землю американской  станцией "Маринер-4", и с этого  времени первенство в изучении этой планеты перешло к США. Вместо каналов и следов жизни на фотографиях Марса виден "лунный" пейзаж с метеоритными кратерами. Атмосфера разреженная, и не защищает планету ни от метеоритов, ни от космических лучей, губительных для всего живого.

     В этом же году советский "Зонд-3" обогатил науку новыми снимками обратной стороны  Луны (25 снимков, сфотографированы участки, которые не были засняты ранее), а  станции "Луна-7" и "Луна-8" выполнили  отдельные операции мягкой посадки  на Луну.

     13 февраля 1966 г. советская станция "Луна-9" впервые совершила мягкую посадку на Луну и передала панораму лунной поверхности. В этом же году панораму поверхности передала с Луны станция "Луна-13".

     В этом же году американские космонавты Д.Скотт и Н.Армстронг совершили стыковку с ранее запущенной ракетой. Потом из-за возникших неисправностей полёт был прерван и космонавты вернулись на Землю. Стыковка рассматривалась как необходимый элемент для полёта на Луну

     В 1966-1968 годах на Луну пять раз садились американские аппараты серии "Сервейер".

     21 июля 1969 г. в 16 часов 17 минут  по нью-йоркскому времени лунный  отсек "Орёл" американского  корабля "Аполлон-11" с двумя  астронавтами на борту совершил  мягкую посадку на Луну в  Море Спокойствия. Нейл Армстронг  и Эдвин Олдрин вышли на лунную поверхность на 2 часа 40 минут и установили солнечно-ветровой коллектор, сейсмический детектор и лазерный рефлектор. По наводке с Земли космонавты чуть не сели на дно небольшого кратера, заваленное каменными глыбами, и в последние секунды перед посадкой Армстронг взял управление на себя, посадив корабль в четырёх милях от заранее намеченной цели. Горючего в тормозном двигателе оставалось только на 40 секунд. С Земли и окололунной орбиты, где на "Аполлоне" оставался Майкл Коллинз, лунный отсек какое-то время не могли найти. Лунная поверхность оказалась твёрдой и удобной для ходьбы. В 20 часов 54 минуты того же дня космонавты стартовали с Луны [Лосев, 1969] и через трое суток благополучно вернулись на Землю, доставив образцы лунного грунта. Все три космонавта перед этим уже совершали полёты на различных космических кораблях [Смирнов, 1969]. До 1972 г. американцы 5 раз повторили полёты к Луне, в результате чего Луну, в общей сложности, посетило 12 человек, а ещё 6 человек видели её с окололунной орбиты. Дальнейшие полёты к Луне были беспилотными.