сонячна система
Сонячна система являє собою систему «зірка - планети». У нашій Галактиці приблизно 200 млрд зірок, серед яких, як вважають фахівці, деякі зірки мають планети. У Сонячну систему входить центральне тіло, Сонце, і дев'ять планет зі своїми супутниками (відомо понад 60 супутників). Діаметр Сонячної системи - більш 11,7 млрд км.
Деякі астрономи називають цей об'єкт планетою Сонячної системи. Інші астрономи називають планетами тільки космічні об'єкти, що мають центральне ядро з відносно високою температурою. Наприклад, температура в центрі Юпітера, за розрахунками, досягає 20 000 К. Оскільки в даний час Седна знаходиться на відстані близько 13 млрд км від центру Сонячної системи, то інформація про цей об'єкт досить мізерна. У самій далекій точці орбіти відстань від Седни до Сонця досягає величезної величини - 130 млрд км.
В нашу зоряну систему входять два пояси малих планет (астероїдів). Перший знаходиться між Марсом і Юпітером (містить понад 1 млн астероїдів), другий - за орбітою планети Нептун. Деякі астероїди мають діаметр понад 1000 км. Зовнішні межі Сонячної системи оточені так званим хмарою Оорта, названо по імені нідерландського астронома, який висловив в минулому столітті гіпотезу про існування цієї хмари. Як вважають астрономи, найближча до Сонячній системі край цієї хмари складається з крижинок води і метану (ядер комет), які, подібно до найдрібніших планет, обертаються навколо Сонця під дією його сили тяжіння на відстані понад 12 млрд км. Кількість подібних мініатюрних планет обчислюється мільярдами.
У літературі часто зустрічається гіпотеза про зірку-супутнику Сонця Немезіда. (Немезида в грец. Міфології є богинею, яка карає за порушення моралі і законів). Деякі астрономи стверджують, що Немезида знаходиться на відстані 25 трлн км від Сонця в найвіддаленішій точці своєї орбіти навколо Сонця і 5 трлн км - в близькому точці її орбіти до Сонця. Як вважають ці астрономи, проходження Немезіди через хмару Оорта викликає катастрофи в Сонячній системі, оскільки небесні тіла з цієї хмари потрапляють в Сонячну систему. Астрономи з давніх часів цікавляться залишками тіл позаземного походження, метеоритами. Щодня, як стверджують дослідники, падає на Землю близько 500 позаземних тел. Більше 50% падаючих метеоритів - кам'яні метеорити, 4% - залізні і 5% - залізокам'яні. Серед кам'яних виділяють хондрити (від відповідного грец. Слова - кулька, зерно) і ахондрити. Інтерес до метеоритів пов'язаний з вивченням питання про походження Сонячної системи і походження життя на Землі.
Наша Сонячна система робить зі швидкістю 240 км / с повний оборот навколо центру Галактики за 230 млн років. Це називається галактичним роком. Крім цього, Сонячна система рухається разом з усіма об'єктами нашої Галактики зі швидкістю приблизно 600 км / с навколо деякого загального гравітаційного центру скупчення галактик. Це означає, що швидкість руху Землі відносно центру нашої галактики в кілька разів більше її швидкості щодо Сонця. Крім цього, Сонце обертається навколо своєї осі зі швидкістю 2 км / с. За своїм хімічним складом Сонце складається з водню (90%), гелію (7%) і важких хімічних елементів (2-3%). Тут вказуються приблизні цифри. За масою атом гелію майже в 4 рази більша за масу атома водню.
Сонце - зірка спектрального класу G, що розташовується на головній послідовності зірок діаграми Герцшпрунга - Ресселла. Маса Сонця (2 · 1030 кг) становить практично 98,97% всієї маси Сонячної системи, на всі інші освіти в цій системі (планети і т. Д.) Припадає всього лише 2% загальної маси Сонячної системи. У сумарній масі всіх планет основну частку становить маса двох планет-гігантів, Юпітера і Сатурна, близько 412,45 земних мас, на інші припадає лише 34 земних маси. Маса Землі-- 6 · 1024кг, 98% моменту кількості руху в Сонячній системі належить планет, а не Сонця. Сонце - це створений природою природний термоядерний плазмовий реактор, який має форму кулі з середньою щільністю 1,41 кг / м3. Це означає, що середня щільність на Сонце трохи більше щільності звичайної на нашій Землі води. Світність Сонця (L) дорівнює приблизно 3,86 * 1033ерг / с. Радіус Сонця складає округлено 700 тис. Км. Таким чином, два радіуса Сонця (діаметр) в 109 разів більше земного. Прискорення вільного падіння на Сонце - 274 м / с2, на Землі - 9,8 м / с2. Це означає, що друга космічна швидкість для подолання сили тяжіння Сонця дорівнює 700 км / с, для Землі - 11,2 км / с.
Плазма - це фізичний стан, коли ядра атомів окремо співіснують з електронами. В листкове газоплазмове освіті під дією сили гравітації відбуваються суттєві відхилення від середніх значень температури, тиску і т. Д. В кожному шарі Сонця.
Термоядерні реакції йдуть всередині Сонця в кульової області з радіусом 230 тис. Км. У центрі цієї області температура близько 20 млн К. Вона знижується до кордонів цієї зони до 10 млн К. Наступна кульова область з протяжністю 280 тис. Км має температуру 5 млн К. В цій області термоядерні реакції не йдуть, оскільки гранична для них температура в 10 млн К. Цю область називають областю перенесення променистої енергії, що йде зсередини попередньої області. За цією областю слід область конвекції (лат. Convectio - привіз, перенесення). В області конвекції температура досягає 2 млн К.
Конвекція - це фізичний процес перенесення енергії в формі тепла певної середовищем. Фізичні та хімічні властивості конвективного середовища можуть бути різними: рідина, газ і т. Д. Властивості цього середовища визначають швидкість процесу перенесення енергії в формі тепла в наступну область Сонця. Конвективная область або зона має на Сонце протяжність приблизно 150-200 тис. Км.
Швидкість руху в конвективної середовищі порівнянна зі швидкістю звуку (300 м / с). Величина цієї швидкості відіграє велику роль у відведенні тепла з надр Сонця в його наступні області (зони) і в космос.
Сонце не вибухає в силу того, що швидкість горіння ядерного пального всередині Сонця помітно менше швидкості відводу тепла в конвективної зоні, навіть при дуже різких виділеннях енергії-маси. Конвективная зона в силу фізичних властивостей випереджає можливість вибуху: конвективна зона розширюється на кілька хвилин раніше можливого вибуху і тим самим переносить надлишок енергії-маси в наступний шар, область Сонця. В ядрі до конвективних зон Сонця щільність маси досягається великою кількістю легких елементів (водню і гелію). У конвективного зоні відбувається процес рекомбінації (освіти) атомів, тим самим збільшується молекулярна маса газу в конвективної зоні. Рекомбінація (лат. Recombinare - з'єднувати) відбувається з остигаючого речовини плазми, що забезпечує термоядерні реакції всередині Сонця. Тиск в центрі Сонця дорівнює 100 г / см3.
На поверхні Сонця температура сягає приблизно 6000 К. Таким чином, температура від конвективного зони падає до 1 млн К і досягає 6000 К на рівні повного радіусу Сонця.
Світло - це електромагнітні хвилі різної довжини. Область Сонця, де виникає світло, називається фотосферою (грец. Фотос - світло). Область над фотосферою називається хромосферою (від грец. - колір). Фотосфера займає 200-300 км (0,001 радіуса Сонця). Щільність фотосфери 10-9-- 10-6 г / см3, температура фотосфери зменшується від її нижнього шару вгору до 4,5 тис. К. В фотосфері виникають сонячні плями і факели. Зниження температури у фотосфері, т. Е. В нижньому шарі атмосфери Сонця, досить типове явище. Наступний шар - це хромосфера, його протяжність дорівнює 7-8 тис.км. У цьому шарі температура починає зростати до 300 тис, К. Наступний атмосферне шар - сонячна корона - в ній температура вже сягає 1,5-2 млн К. Сонячна корона поширюється на кілька десятків радіусів Сонця і потім розсіюється в міжпланетному просторі. Ефект збільшення температури в сонячній короні Сонця пов'язують з таким явищем, як «сонячний вітер». Це - газ, який утворює сонячну корону, складається в основному з протонів і електронів, швидкість яких збільшується відповідно до однієї з точок зору, так званими хвилями світловий активності із зони конвекції, розігріваючими корону. Кожну секунду Сонце втрачає 1/100 частину своєї маси, т. Е. Приблизно 4 млн ф за секунду. «Розставання» Сонця зі своєю енергією-масою проявляється у формі тепла, електромагнітного випромінювання, сонячного вітру. Чим далі від Сонця, тим менше друга космічна швидкість, необхідна для виходу частинок, що утворюють «сонячний вітер», з поля тяжіння Сонця. На відстані Земної орбіти (150 млн км) швидкість часток сонячного вітру досягає 400 м / с. Серед безлічі проблем дослідження Сонця важливе місце займає проблема сонячної активності, з якою пов'язаний ряд таких явищ, як сонячні плями, активність магнітного поля Сонця і сонячна радіація. Сонячні плями утворюються в фотосфері. Середнє річне число сонячних плям вимірюється 11-річним періодом. По протяжності вони можуть досягати в діаметрі до 200 тис. Км. Температура сонячних плям нижче, ніж температура фотосфери, в якій вони утворюються, на 1--2 тис. К, т. Е. 4500 К і нижче. Тому вони виглядають темними. Поява сонячних плям пов'язують зі зміною магнітного поля Сонця. У сонячні плями напруженість магнітного поля значно вище, ніж в інших областях фотосфери.
Дві точки зору в поясненні магнітного поля Сонця:
1. Магнітне поле Сонця виникло в процесі утворення Сонця. Оскільки магнітне поле упорядковує процес викиду енергії-маси Сонця в навколишнє середовище, то згідно цієї позиції 11-річний цикл появи плям не є закономірністю. У 1890 р директор Грінвічській обсерваторії (заснована 1675 р в передмісті Лондона) Е. Маудер зауважив, що з 1645 по 1715 р немає згадок про 11-річних циклах. Грінвічський меридіан - це нульовий меридіан, від якого ведеться відлік довгот на Землі.
2. Друга точка зору являє Сонце як якусь динамо-машину, в якій електрично заряджені частинки, що входять в плазму, створюють потужне магнітне поле, різко зростаюча через 11-річні цикли. Існує гіпотеза про особливі космічних умовах, в яких знаходиться Сонце і Сонячна система. Йдеться про так званому коротаціонном колі (англ. Corotation - спільне обертання). У коротаціонном колі на певному його радіусі, згідно з деякими дослідженнями, відбувається синхронне обертання спіральних рукавів і самої Галактики, що створює особливі фізичні умови для руху структур, що входять в це коло, де знаходиться і Сонячна система.
Походження Сонячної системи. Походження Сонячної системи з газопилової хмари міжзоряного середовища (МЗС) є найбільш визнаною концепцією. Висловлюється думка, що маса вихідного для утворення Сонячної системи хмари дорівнювала 10 мас Сонця. У цій хмарі вирішальним був хімічний його склад (близько 70% становив водень, близько 30% - гелій і 1-2% - тяжкі хімічні елементи). Приблизно 5 млрд років тому з цієї хмари утворилося щільне згущення, назване протосонячній диском. Як вважають, вибух наднової зірки в нашій Галактиці надав цьому хмарі динамічний імпульс обертання і фрагментації: утворилися протозвезда і протопланетний диск. Відповідно до цієї концепції процес освіти протосолнца і протопланетного диска відбувався швидко, за 1 млн років, що призвело до зосередження всієї енергії-маси майбутньої зоряної системи в її центральному тілі, а момент кількості руху - в протопланетному диску, в майбутніх планетах. Вважається, що еволюція протопланетного диску відбувався за 1 млн років. Йшов злипання частинок в центральній площині цього диска, яке в подальшому призвело до утворення згущень частинок, спочатку невеликих, потім - більш великих тіл, які геологи називають планетеземалеямі. З них, як вважають, утворилися майбутні планети. Ця концепція ґрунтується на результатах комп'ютерних моделей. Є й інші концепції. Наприклад, в одній з них йдеться про те, що на народження Сонця-зірки знадобилося 100 млн років, коли в прото Сонце виникла реакція термоядерного синтезу. Відповідно до цієї концепції планети Сонячної системи, зокрема земної групи, виникли за ті ж 100 млн років, з маси, що залишилася після утворення Сонця. Частина цієї маси була утримана Сонцем, інша - розчинилася в міжзоряному просторі.
Існує кілька загадок у вивченні Сонячної системи.
1. Гармонія в русі планет. Всі планети Сонячної системи обертаються навколо Сонця по еліптичних орбітах. Рух усіх планет Сонячної системи відбувається в одній і тій же площині, центр якої розташований в центральній частині екваторіальній площині Сонця. Площина, утворена орбітами планет, називається площиною екліптики.
2. Всі планети і Сонце обертаються навколо власної осі. Осі обертання Сонця і планет, за винятком планети Уран, спрямовані, грубо кажучи, перпендикулярно площини екліптики. Ось Урана спрямована до площини екліптики майже паралельно, т. Е. Він обертається лежачи на боці. Ще його одна особливість - він обертається навколо своєї осі в іншому напрямку, як і Венера, на відміну від Сонця та інших планет. Всі інші планети і Сонце обертаються проти напрямку руху стрілки годинника. Уран має 15 супутників.
3. Між орбітами Марса і Юпітера існує пояс малих планет. Це так званий астероїдний пояс. Малі планети мають в діаметрі від 1 до 1000 км. Їх загальна маса менше 1/700 маси Землі.
4. Всі планети діляться на дві групи (земну і неземну). Перші - це планети з високою щільністю, в їхній хімічний склад головне місце займають важкі хімічні елементи. Вони невеликі за розмірами і повільно обертаються навколо своєї осі. До цієї групи належать Меркурій, Венера, Земля і Марс. В даний час висловлюються припущення про те, що Венера - це минуле Землі, а Марс - її майбутнє.
До другої групи належать: Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун і Плутон. Вони складаються з легких хімічних елементів, швидко обертаються навколо своєї осі, повільно обертаються навколо Сонця і отримують менше променевої енергії від Сонця. Нижче (в таблиці) наводяться дані про середню температуру поверхні планет за шкалою Цельсія, тривалості дня і ночі, тривалості року, діаметрі планет Сонячної системи і маси планети по відношенню до маси Землі (прийнятої за 1).
Відстань між орбітами планет приблизно подвоюється при переході від кожної з них до наступної. Це було відзначено ще в 1772 р астрономами І. Тіціуса і І. Боде, звідси з'явилася назва «Правило Тициуса - Боде», дотримуються в розташуванні планет. Якщо прийняти відстань Землі до Сонця (150 млн км) за одну астрономічну одиницю, то виходить наступне розташування планет від Сонця за цим правилом: