Планетна система

Сама по собі планетна система Сонця вивчена дуже добре. І не тільки методами спостережної астрономії, а й прямими дослідженнями за допомогою міжпланетних автоматичних станцій. Як вона влаштована, ми знаємо дуже добре. Але що стосується того, як вона виникла, єдиної думки немає до цих пір. Протягом останніх триста років, починаючи від Рене Декарта (1596 - 1650), було висловлено кілька десятків космогонічних гіпотез, в яких розглянуто найрізноманітніші варіанти ранньої історії Сонячної системи. Теорія, яка розглядає походження планетної системи, повинна пояснити наступне: 1) чому орбіти всіх планет лежать практично у площині сонячного екватора, 2) чому планети рухаються по орбітах, близьким до кругового, 3) чому напрямок обертання навколо Сонця однаково для всіх планет і збігаються з напрямком обертання Сонця і власним обертанням планет навколо своїх осей, 4) чому 99,8% маси Сонячної системи знаходяться на Сонці, і лише 0,2% на планети, тоді як планети володіють 98% моменту кількості руху всієї сонячної системи, 5) чому планети поділяються на дві групи, різко різняться між собою середньою густиною, 6) чому речовина планет володіє таким великим відносним кількістю хімічних елементів від заліза і більш важких, включаючи і уран, 7) чому до цих пір надійно не виявлені планетні системи у інших зірок?

Найчастіше наводяться три гіпотези:

1) планети утворюються з того ж газопилової хмари, що і Сонце (Кант),

2) це хмара було захоплено Сонцем при його зверненні навколо центру Галактики (О. Ю. Шмідт), і

3) воно відокремилося від Сонця в процесі його еволюції (Лаплас, Джинс та ін.)

Однак жодна з цих гіпотез на всі вищенаведені питання не відповідає. Тому спробуємо і ми винайти свою гіпотезу. Як відомо, близько 30% зірок входять в кратні системи, найчастіше подвійні. Ми можемо допустити, що 7 мільярдів років тому сформувалася подвійна зоряна система, де меншою зіркою було Сонце. Інша зірка була значно більше, тому вона швидко пройшла свій шлях еволюційного розвитку і вибухнула, спалахнувши наднової зіркою і залишивши замість себе нейтронну зірку. Потім ця нейтронна зірка чому те зруйнувалася. Єдиною причиною її руйнування було зіткнення з досить щільним об'єктом, яким навряд чи було інше тіло, окрім як білий карлик - залізна зірка.

Білий карлик проходив настільки близько повз системи Сонце - нейтронна зірка, що був захоплений їх гравітаційним полем. При цьому, в процесі їх взаємного обертання, нейтронна зірка і білий карлик настільки зблизилися, що або зіткнулися, або гравітаційне поле нейтронної зірки настільки деформувалося, що вона втратила стійкість. Послідував грандіозний вибух. Зруйнувалися і нейтронна зірка, і білий карлик. Можливо, при цьому і Сонцю дісталося. Частина його корони була зірвана. Безумовно, що продукти вибуху придбали такі швидкості, що 99% відсотків їх покинули околиці Сонця. І тільки близько одного відсотка центральної області вибуху залишилося в області гравітаційного впливу Сонця, утворивши диск уламків різної величини і газу.

Далі, під дією сонячного вітру газова складова була витіснено на периферію диска. Уламки спочатку рухалися за різними еліптичних орбітах. Але, стикаючись і об'єднуючись з іншими уламками, стали набувати орбіти все більш близьким до кругового. А, об'єднуючись, уламки стали формувати планети. Далі за гіпотезою Шмідта. У кінцевому рахунку, сформувалися планети. Причому, більш далекі утворилися конденсацією водню і його сполук (метану) і азоту на твердих невеликих периферійних планетах.

Така гіпотеза відповідає на всі питання, поставлені вище. У тому числі і на питання про аномально високий вміст важких елементів в речовині планет. Дійсно, білий карлик складається в основному із заліза. І ми маємо багато заліза в надрах планет. Нейтронна ж зірка, руйнуючись, породжувала весь спектр елементів таблиці Менделєєва, в тому числі і уран. Ця гіпотеза пояснює і походження метеоритів, а також комет. Відомо наприклад, що метеорити представлені двома основними видами - залізні метеорити (5,7%), кам'яні хондрити (85,7) і кам'яні ахондрити (7,1%). Причому залізні метеорити мають кристалічну структуру яка може сформуватися в надрах об'єкта радіусом 100-200 км. Тобто бути великими астероїдами. Такими ж розмірами володіли і об'єкти з яких утворилися і кам'яні хондрити. Тобто вони утворилися з тіл, які в свою чергу утворилися із залишків білого карлика і нейтронної зірки.

Така катастрофа, як описана вище, виключно рідкісне явище. Трохи пізніше ми підрахуємо ймовірність такої події. Принаймні, і зараз ми можемо зрозуміти чому планетні системи так рідко можуть зустрічатися, що, принаймні до цього часу, вони ще надійно не виявлені.

Зараз (не в масштабі) планетна система має приблизно такий вигляд (Рис.1): Уламки разрушившихся зірочок розташовувалися в області від Меркурія до Юпітера, де і сформувалися планети земного типу. Далі, на основі невеликих железокаменних планетах конденсувалася газова складова, витіснена на периферію системи сонячним вітром. Після вибуху, не всі звичайно залишки зірочок придбали орбіти в області екліптики. Але більша частина, стикаючись протягом майже мільярда років і утворивши планети, визначила орбіти планет лежать в середньому в площині екліптики. А невелика частина до цих пір обертається по самим різних орбітах, формуючи сферу комет. В області між Марсом і Юпітером, уламки до цих пір, в силу законів небесної механіки, не змогли сформувати планету, а утворили пояс астероїдів.

Те, як відбувалися зіткнення уламків вибухнули зірок, можна спостерігати і до цих пір. Адже до цих пір продовжується падіння на Землю метеоритів і пилу. Що ж творілосьземлепять мільярдів років тому, можна тільки уявити. У залежності від співвідношення швидкостей і мас уламків, вони не тільки об'єднувалися в планети, а й руйнувалися, породжуючи невеликі метеорити.

Зародками планет, по всій видимості, були найбільш великі уламки білого карлика, розміром від сотень до тисячі кілометрів. Навіть сформувавшись, планети рухалися по орбітах не зовсім круговим (та й зараз вони не дуже кругові, а швидше еліптичні). Тому вони могли підходити досить близько одне до одного. По всій видимості це стало причиною появи Місяця, але на цьому ми зупинимося трохи пізніше. Тепер зупинимося докладніше на тому, що населяє нашу планетну систему, і почнемо з великих планет.

Меркурій. За своїми розмірами ця найближча до Сонця планета лише трохи більше Місяця. Її радіус дорівнює 2437 км. Рухається вона навколо Сонця по витягнутій еліптичній орбіті.

Тому він то наближається до Сонця на відстань 45,9 млн. км, то віддаляється від нього до 69,7 млн. км, здійснюючи повний оборот за 87,97 доби. Доба на Меркурії рівні 58,64 земної доби, а вісь обертання перпендикулярна до площини її орбіти. Опівдні температура на екваторі досягає 420 ° С, вночі вона зменшується до -180 ° С. Середня щільність Меркурія дорівнює 5,45 г/см2. Атмосфери практично немає. Поверхня Меркурія щедро всіяна кратерами (Фото 1). Загалом, Меркурій дуже схожий на Місяць. Звичайно, немає ніяких підстав припускати, що на цій планеті можливе життя.

Венера. Це найближча до нас планета, щільно загорнувшись хмарами, довго була планетою загадок. Зараз ми про неї знаємо наступне:

Середній радіус - 6052 км. Маса в частках маси Землі - 0,815. Середня відстань від Сонця 108,21 млн. км, або 0, 723 астрономічної одиниці (астрономічна одиниця дорівнює середній відстані від Землі до Сонця - 149,6 млн. км). Період обертання 224,7 земних діб. Період обертання навколо осі - 243,16 доби, тобто добу на Венері дещо більше, ніж рік. Цікаво, що при її максимальному зближенні з Землею, Венера виявляється поверненою однієї і тієї ж стороною до Землі. Крім того, напрямок її обертання навколо осі назад напрямками обертання інших планет. Встановлено, що атмосфера планети складається на 97,3% з вуглекислого газу. Азоту тут менше 2%, кисню - менше 0,1%, водяної пари - менше 1%. Температура поблизу поверхні складає 468 ± 7 ° С, тиск - 93 ± 1,5 атм. Товщина хмарного покриву сягає 30 - 60 км. Магнітне поле у ​​Венери відсутня. Води на поверхні, природно немає. Але є гори і маса кратерів. Поверхня її ми можемо бачити завдяки знімкам зробленим за допомогою станції «Венера-9» (Фото 2).
Наявність кратерів говорить по-перше про те, що вони утворилися в ту епоху (на зорі формування планет), коли атмосфери ще не було. По-друге, що процеси ерозії поверхні планети виражені дуже слабко. Все це говорить про те, що життя на Венері немає і ніколи не було.

Далі. Про Землі ми будемо говорити окремо, а далі подивимося на Марс.

Марс. Планета Марс майже вдвічі менша за Землю за розмірами (екваторіальний радіус Марса дорівнює 3394 км) і в дев'ять раз-по массе.На середній відстані 228 млн. км від Сонця вона обертається навколо нього за 687 земних діб. Доба на Марсі майже такі ж як на Землі - 24 години 37 хвилин. Площина екватора нахилена до площини орбіти планети під кутом 25 °, завдяки чому тут відбувається регулярна зміна пір року, схожа на земну. Дві третини поверхні Марса займають світлі області, які отримали в минулому назву материків, близько однієї третини - темні ділянки, названі морями. Поблизу полюсів восени утворюються білі плями - полярні шапки, які зникають на початку літа. Температура на екваторі планети коливається від +30 ° С опівдні до -80 ° С опівночі. Поблизу полюсів вона досягає -143 ° С. Встановлено, що тиск у поверхні Марса в середньому в 160 разів менше, ніж тиск на рівні моря для землі. Атмосфера планети в основному складається з вуглекислого газу - 95%, а також 2,7% азоту і пр.

Основна складова грунту Марса - кремнезем, містить домішка (до 10%) гетит - гідратів оксидів заліза. Саме вони надають планеті червонуватий відтінок. Поверхня Марса в багатьох відношеннях нагадує місячний пейзаж (Фото 3). Його величезні території усіяні кратерами, як метеоритні, так і вулканічні. Вулканічна діяльність давно закінчилася. Коли вулканічна діяльність була активною, була щільніша атмосфера і утворювалася вода, від чого до цих пір залишилися руслоподобние освіти. Цей період був відносно коротким і недостатнім для утворення життя. Тому життя на Марсі не виявлено, в тому числі і за допомогою станцій «Вікінг». По всій видимості її там ніколи й не було.

Юпітер. Це найбільша планета Сонячної системи. Знаходиться вона в 5,2 рази далі від сонця, ніж Земля, і одержує від нього в 27 разів менше тепла. Маса Юпітера вдвічі більша за масу всіх інших планет разом узятих, в 317,84 рази більше маси землі і в 1047,6 рази менше Сонця. Екваторіальний радіус Юпітера дорівнює 71400 км. Оскільки добу на екваторі Юпітера тривають всього 9 годин 50 хвилин, дію величезної відцентрової сили призвів до того, що полярний радіус Юпітера майже на 2500 км менше екваторіального, і це стиснення планети при спостереженнях досить помітно.

Середня щільність Юпітера (як і інших планет гігантів) порядку 1г/см3. Звідси випливає, що в основному він складається з водню і гелію. В атмосфері Юпітера міститься 60% молекулярного водню, близько 36% гелію, 3% неону, близько 1% аміаку і стільки ж метану. Відношення концентрації гелію і водню відповідає складу сонячної атмосфери. Характерною особливістю Юпітера є велика Червона Пляма, розміри якого 13 000 '40 000 км. Яке вже спостерігається принаймні 200 років. Вважають, що це потужний атмосферний вихор. Вид Юпітера по знімках, зроблених автоматичної міжпланетної станцією «Вояджер-1» показаний на Фото 4.Температура поверхні Юпітера дорівнює -170 ° С. Мабуть, Юпітер складається з невеликого силікатного ядра, твердої воднево-гелієвої оболонки і потужної протяжної атмосфери, в нижній частині якої водень і гелій можуть бути в рідкому стані. У Юпітера 13 супутників, з яких чотири - Іо, Європа, Ганімед і Каллісто - були відкриті ще Галілеєм і за своїми розмірами та масою вони схожі на Місяць. Інші в 50 - 100 разів менше. Цілком категорично можна заявити, що життя на Юпітері немає.

Сатурн. Сатурн є другим за величиною гігантом серед планет Сонячної системи. Його екваторіальний радіус дорівнює 59 900 км, а маса в 95 разів більша за масу землі. Звідси випливає, що середня щільність Сатурна складає лише 0,7 г/см3. Це свідчить про те, що планета в основному складається з водню з домішкою гелію. Один оборот навколо осі Сатурн робить за 10,25 години. Тому він сплюснутий. Так як Сатурн знаходиться на відстані 9,58 астрономічних одиниць від Сонця, то потік сонячної енергії, що припадає на одиницю його поверхні, в 90 разів менше, ніж на Землі, і тому поверхня планети нагріта до температури всього -180 ° С. Сатурн має 10 супутників і систему кілець складаються з інею. Шостий за рахунком супутник Юпітера має діаметр 5830 км і є найбільшим супутником у планетної системи. Він оточений атмосферою з метану й аміаку. Життя ні на Сатурні, ні на його супутниках звичайно ні.

Уран. Уран обертається навколо Сонця як би лежачи: нахил осі його обертання до площини орбіти становить -8 °. Тому напрямок обертання і самої планети та її супутників є як би зворотнім. Температура планети не перевищує величини -200 °. Аміак при такій температурі знаходиться вже у твердому стані. Тому атмосфера планети складається з метану і водню. Відстань від Урана до Сонця - 19,14 астрономічної одиниці. Період обертання навколо Сонця - 84 земних року. Середній радіус 24 540 км, маса в частках маси Землі - 14,59. Життя на Урані, природно, немає.

Нептун. Радіус Нептуна дорівнює 25 270 км, маса в частках маси Землі - 17,25. Відстань від Сонця 30,2 астрономічної одиниці. Час обертання навколо Сонця - 164 роки. Атмосфера складається з водню і метану. Температура поверхні менше -200 ° С. Є супутник Тритон з радіусом близько 3000 км, звертається навколо урану в зворотному напрямку.

Плутон. Радіус Плутона 1280 км. Середня щільність - 1,25 г/см3. Відстань від Сонця - 40 астрономічних одиниць. Період обертання навколо Сонця -248 років. По суті це сніжний ком з аміаку, метану і водню. У нього є супутник, сніжний ком поменше. Про життя тут і говорити нема чого.

Звичайно, за наведеними цифровим даними важко уявити справжні масштаби сонячної системи. І навіть намалювати її в масштабі досить важко. Але щоб хоча б приблизно уявити як реально виглядає сонячна система, зробимо ось що. Уявімо, що Сонце має розмір футбольного м'яча. Тоді Меркурій буде завбільшки з макове зернятко на відстані 30 метрів від Сонця. Венера буде величиною з сірникову головку на відстані 50 метрів. Земля, також величиною з сірникову головку на відстані 75 метрів. Марс в половину сірникової голівки на відстані 100 метрів. Юпітер, завбільшки з вишню, на відстані 300 метрів. Сатурн, трохи менше вишні, на відстані 750 метрів. Уран, з вишневу кісточку, на відстані півтора кілометрів. Нептун, такий же як Уран, на відстані більше двох кілометрів. І, нарешті, Плутон, величиною знову ж з макове зернятко, на відстані трьох кілометрів. І це ще не все. Якщо в такому ж масштабі уявити куди залітають комети, то це буде кілометрів до тридцяти.

Тепер, ми уявляємо собі, що таке Сонячна система. У ній стільки різноманітності і різних особливостей, що абсолютно неможливо зрозуміти як з'явилися ці особливості, якщо виходити з того, що система планет виникла з газопилової туманності. Велика кількість комет, метеоритів, відмінності у напрямах і швидкостях обертання планет і т.д. просто кричить про те, що на початку формування планетної системи відбувалися процеси катастрофічного характеру.

«Як влаштована сонячна система?»

А ви ставили собі це питання?

Учениці 11 «А» класу

Середньої школи № 1918

Демидової Христини.

Список використаної літератури:

1.Е.П. Левітан «Твоя всесвіт» 1995р.

2.А.Гомілін «Небо Землі» 1974р.

3.Аванта + «Енциклопедія для дітей» 1999р.

4.Л.Голосніцкій «Життя на інших світах» 1975р.

Вступ

Сучасна наука і техніка озброїли астрономів потужними телескопами; чутливим термоелементом, за допомогою якого можна вимірювати температуру на поверхні інших планет і навіть далеких зірок; спектором, розповідають про хімічний склад Сонця, зірок і планетних атмосфер.

За допомогою телескопа, термоелемента, спектроскопа та інших чудових інструментів та приладів астрономи вивчають фізичні умови на планетах, спостерігають зміни, що відбуваються на їхній поверхні.