Строение Солнечной системы. Взаимовлияние космических тел

Солнечная система — система космических тел, включающая, помимо центрального светила — Солнца, девять больших планет, их спутники, множество малых планет, кометы, мелкие метеорные тела и космическую пыль, движущиеся в области преобладающего гравитационного действия Солнца. Тела Солнечной системы, вращающиеся вокруг центрального светила, образуют следующие структурные части Солнечной системы: 1 – малые планеты земной группы, движущиеся почти по круговым орбитам; 2 – пояс астероидов, отделяющий малые планеты от планет гигантов; 3 – гигантские планеты с мощными атмосферами; 4 – плутоноиды – тела из пояса Койпера, расположенного за орбитой Нептуна; некоторые из них имеют сильно вытянутые орбиты, но их орбиты лежат в плоскости эклиптики или близки к ней. (Плоскость эклиптики – это плоскость, в которой лежат орбиты остальных планет); 5 – облако Оорта, которое словно гигантская сфера из дискретных тел окутывает всю Солнечную систему и является ее границей. За этим облаком начинается галактическое пространство.

На сегодняшний момент считается, что Солнечная система состоит из 9 планет: Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна, Плутона. Правда, недавно Плутон из числа планет исключили и зачислили в разряд особых тел – плутоноидов. Все планеты движутся в одном направлении, в единой плоскости (за исключением Плутона), по почти круговым орбитам. От центра до окраины Солнечной системы (до Плутона) 5,5 световых часов. Расстояние от Солнца до Земли 149 млн. км, что составляет 107 диаметров Солнца. Планеты земной группы по химическому составу, по-видимому, близки к Земле. Эти планеты по-разному вращаются вокруг своей оси: один оборот длится от 24 часов для Земли и до 243 суток у Венеры. У планет есть атмосферы: довольно плотная у Венеры и почти незаметная у Меркурия. В атмосферах Земли, Венеры, Марса можно обнаружить углекислый газ, водяные пары, азот. Схож и химический состав планет первой четверки. Они в основном, состоят из соединений кремния и железа. Остальные элементы тоже присутствуют, но их относительно немного. Строение планет земной группы также схоже. В центре планет есть железные ядра разной массы. По-видимому, только Венера не имеет расплавленного железного ядра. У остальных планет часть ядра находится в жидком состоянии. Выше ядра планет располагается слой, который называют мантией. Мантия тоже может подразделяться на слои: внешний — твердый и внутренний — жидкий. Почти у всех планет имеются спутники, причем около 90 % их числа группируется вокруг внешних планет. Юпитер и Сатурн сами являются миниатюрными подобиями Солнечной системы. Некоторые из их спутников (Ганимед, Титан) по размерам превосходят планету Меркурий. Сатурн, помимо 17 больших спутников, обладает системой колец, состоящих из огромного числа небольших тел ледяной или силикатной природы; радиус внешнего наблюдаемого кольца составляет примерно 2,3 радиуса Сатурна.

Венера – это вторая от Солнца планета, самая близкая из планет к Земле. Она постоянно скрыта от наблюдателя толстым слоем облаков. Венера вокруг своей оси вращается в обратную (по отношению к ее движению по орбите) сторону, такое движение называют ретроградное. Поверхность планеты постоянно закрыта плотными облаками. Из-за относительной близости к Солнцу Венера испытывает значительные приливные воздействия, из-за чего над ее поверхностью возникает электрическое поле, напряженность которого может вдвое превышать напряженность поля, наблюдаемого над поверхностью Земли. Поэтому в атмосфере Венеры наблюдается очень высокая грозовая активность – там часто случаются грозы с мощными страшными молниями.

Земля – это третья от Солнца, крупнейшая по диаметру, массе и плотности среди землеподобных планет. Большую часть поверхности Земли занимает Мировой океан – 361 млн. кв. км, или 71%, суша занимает 149 млн.кв. км, или 29%. Форма Земли близка к шарообразной, но при более детальном изучении оказывается очень сложной, даже если ее обрисовывать по ровной поверхности океана и с условным продолжением этой поверхности под континентами. Оказывается, Земля слегка сплющена у полюсов: это следствие ее вращения вокруг своей оси, отчего возникают центробежные силы, и они больше на экваторе, чем на полярных широтах. Другой сорт отклонений от шарообразности поддерживается неравномерным распределением массы в недрах Земли. Суточное вращение Земного шара происходит практически с постоянной угловой скоростью с периодом 23 часа 56 минут 4,1 секунды. Ось суточного вращения Земли направлена своим северным концом приблизительно на звезду альфа Малой Медведицы, которая поэтому и называется Полярная звезда. Но так как ось вращения Земли раскачивается, то в разные исторические эпохи она направлена на разные точки небосвода – на разные созвездия и звезды. Это движение земной оси называется прецессией. Различают три наружных оболочки Земли: литосферу, гидросферу и атмосферу. Литосфера – верхний твердый покров планеты: ложе океана, острова и материки. Гидросфера – это моря и океаны, озера и реки, а также подземные воды. Средняя глубина Мирового океана 3900 м, но есть глубокие впадины до 11 000 м. Газовая оболочка земли (атмосфера) состоит из азота (78%), кислорода (21%), аргона (0,9%), водяного пара (0,3%), углекислого газа (0,03%), неона (0,2%), гелия (0,0005%), сернистого газа (00001%).Основные типы земной коры – материковый и океанический, в переходной зоне от материка к океану развита кора промежуточного строения. На движение Луны накладываются возмущения, обусловленные притяжением Солнца, планет и сплюснутостью Земли. Притяжение Луны Солнцем в 2,2 раза сильнее, чем притяжение ее Землей, строго говоря, следовало бы рассматривать движение Луны вокруг Солнца и возмущения этого движения Землей. Луна оказывает гравитационное воздействие на Землю, которое выражается в приливах и отливах. Один и тот же элемент массы в центре Земли притягивается Луной слабее, чем на стороне, обращенной к Луне, и сильнее, чем на противоположной стороне. В результате Земля, и в первую очередь водная оболочка Земли, слегка вытягивается в обе стороны вдоль линии, соединяющей ее с Луной. Приливная волна на Земле, вызванная гравитацией Луны, возникает не только в океане, но и в земной коре. У Луны практически нет атмосферы, поэтому ее поверхность нагревается днем до +110° С, а ночью остывает до –120° С, но такие колебания температуры проникают вглубь лишь на несколько дециметров из-за чрезвычайно низкой теплопроводности рыхлого лунного грунта. Солнечное корпускулярное излучение – солнечный ветер оказывает сильное влияние на Землю и другие планеты, особенно на верхние слои их атмосфер и магнитные поля планет, вызывая множество геофизических явлений. Магнитосфера Земли защищает поверхность планеты и все живое на ней от солнечного ветра. Магнитное поле Земли искривляет траекторию частиц солнечного ветра, и они огибают Землю, при этом значительная часть частиц солнечной плазмы отбрасывается в межпланетное пространство и на Землю не попадает. А те частицы плазмы, которые все же попадают на Землю, входят в атмосферу Земли на магнитных полюсах планеты, вызывая полярные сияния.

Марс – четвёртая по удалённости от Солнца и седьмая по размерам планета Солнечной системы. Все противостояния Земли и Марса, когда расстояние между двумя планетами меньше 60 млн. км, называются великими противостояниями, они повторяются каждые 15–17 лет. Диаметр Марса почти вдвое меньше диаметра Земли, а масса этой планеты составляет 10,7% массы Земли. Но его массы достаточно для того, чтобы удерживать тонкий слой атмосферы. Атмосфера Марса гораздо более разрежена, чем земная. Она прозрачна, поэтому с помощью телескопов можно хорошо разглядеть детали на поверхность планеты. Атмосфера Марса состоит на 95% из углекислого газа. Атмосфера планеты очень сухая, пары воды в ней присутствуют, но в ничтожных количествах, однако все же легкие белые облачка на Марсе бывают. Вода на Марсе есть, и ее много, но она находится в замерзшем виде – в форме ледников на полюсах и на дне кратеров в виде своеобразных наледей, образующихся за счет вытекания на поверхность подземных вод. Магнитное поле Марса крайне неустойчиво, в различных точках планеты его напряжённость может отличаться от 1,5 до 2 раз, а магнитные полюса не совпадают с физическими. У Марса есть два маленьких спутника астероида не шарообразной формы – Фобос и Деймос (Страх и Ужас). Они вращаются по очень низким орбитам, особенно Фобос, постепенно теряя высоту.

Пояс Астероидов – это область Солнечной системы, расположенная между орбитами Марса и Юпитера, это – место скопления множества объектов всевозможных размеров, преимущественно неправильной формы, называемых астероидами, среди них есть и карликовые планеты. Суммарная масса этого пояса довольно незначительна, больше половины её сосредоточено в четырёх самых крупных объектах: Церере, Палладе, Весте и Гигее. Прослеживается довольно чёткая зависимость между составом астероида и его расстоянием от Солнца. Как правило, каменные астероиды, состоящие из безводных силикатов, расположены ближе к Солнцу, чем углеродные глинистые астероиды, в которых часто обнаруживают следы воды (в основном в связанном состоянии, но возможно, и в виде обычного водяного льда). При этом близкие к Солнцу астероиды обладают значительно более высоким альбедо, чем астероиды в центре и на периферии. Температура на поверхности астероида зависит от расстояния до Солнца и величины его альбедо. Однако из-за вращения температура на дневной и ночной сторонах астероида могут существенно различаться. На тела в Поясе Астероидов большое гравитационное влияние оказывает планета гигант Юпитер.

Юпитер – самая большая по массе и по объему планета в Солнечной системе, он в 2 раза массивней, чем все планеты Солнечной системы вместе взятые. Юпитер классифицируется как газовый гигант. Эта планета находится далеко за поясом астероидов. Атмосфера Юпитера состоит на 89% из водорода и на 11% из гелия и напоминает по химическому составу атмосферу Солнца. Ее толщина около 6 тысяч километров. Атмосфера содержит еще аммиак и ацетилен. Большое красное пятно на Юпитере – это гигантский, долго живущий вихрь (круговорот) в атмосфере. На сегодняшний день известны 63 спутника Юпитера. Четыре из них (так называемые Галилеевы спутники) отличаются большими размерами и массой. Они движутся почти по круговым орбитам в плоскости экватора планеты, а 20 внешних спутников настолько малы и так далеки от планеты, что некоторые из них невидимы с поверхности ее атмосферы невооруженным глазом, а Юпитер в небе самого дальнего из них выглядит меньше Луны.

Сатурн – шестая планета от Солнца и вторая по размерам планета в Солнечной системе после Юпитера. Ее размеры лишь немного уступают размерам Юпитера. Сатурн состоит из водорода с примесью гелия, следами воды, метана, аммиака и «горных пород». Внешняя атмосфера планеты кажется спокойной, хотя иногда на ней появляются некоторые долгоживущие неоднородности (структуры). В телескоп хорошо заметно, что Сатурн сильно сплюснут – сильнее, чем Юпитер. Его сжатие с полюсов составляет порядка 10%. Сатурн получает всего одну сотую того количества солнечного тепла и света, которые получает Земля, поэтому это очень холодный мир. Из-за столь быстрого вращения эта планета под действием центробежных сил сплюснута у полюсов и раздута вдоль экватора. При столь громадных размерах Сатурн всего лишь в 95 раз массивнее Земли. Сатурн имеет очень низкую плотность. Сила тяжести на поверхности Сатурна всего в 2 раза больше, чем на поверхности Земли. Магнитное поле Сатурна симметрично. Ось магнитного диполя совпадает с осью вращения планеты – в отличие от Земли, Меркурия и Юпитера. Радиационные пояса имеют правильную форму, причем в них наблюдаются пустые полости, где заряженные частицы выметаются спутниками или кольцами. Вблизи колец концентрация частиц ничтожна. За спутниками Сатурна тянутся хвосты из нейтральных и ионизированных молекул и атомов газа, образующие гигантские торы на орбитах. Одним из источников такого тора является верхняя атмосфера Титана, самого большого спутника Сатурна. На сегодняшний день у Сатурна известно 62 естественных спутника, 53 из них имеют собственные названия, 12 из них – больше 100 км в диаметре. Большая часть спутников имеет небольшие размеры и состоит из горных пород и льда, что подтверждает их главную особенность: высокую способность к отражению солнечного света.

Уран – седьмая по удаленности от Солнца, третья по диаметру и четвёртая по массе планета Солнечной системы. Уран имеет небольшое твердое железно-каменное ядро, над которым сразу начинается плотная атмосфера. Метан, ацетилен и другие углеводороды в атмосфере планеты содержатся в значительно больших количествах, чем на Юпитере и Сатурне. Уран имеет почти такое же магнитное поле, как Земля. Масса планеты Урана определена по его гравитационным воздействием на свои спутники. Система его колец состоит из девяти плотных, узких и далеко отстоящих друг от друга темных колец. Ширина их небольшая: самое широкое внешнее кольцо имеет размер 96 км. У Урана имеется магнитосфера и много спутников.

Нептун – восьмая планета от Солнца – относится к планетам-гигантам. Ее орбита пересекается с орбитой Плутона в некоторых местах. Нептун имеет внутренний источник тепла – он излучает энергии более чем в два с половиной раза больше, чем получает от Солнца. Скорее всего, это гравитационная энергия, которая в ядре и атмосфере планеты превращается в тепловую. Нептун обладает магнитным полем, напряженность которого на полюсах примерно вдвое больше, чем на Земле. У него, как и у других планет гигантов, имеются кольца. В настоящее время у Нептуна известно 13 спутников. Но все они, кроме Тритона, имеют неправильную форму астероидов.

Плутон – второе по размеру космическое тело в поясе Койпера после Эриса. Эти тела сейчас называют карликовыми планетами Солнечной системы, или плутоноидами. Плутон занимает десятое по величине место среди небесных тел, обращающихся самостоятельно вокруг Солнца. До недавнего времени Плутон считали девятой планетой Солнечной системы. Сейчас же его считают одним из крупнейших объектов в поясе Койпера. Считается, что это ледяной мир, состоящий из замерзших газов. Температура на его поверхности –235° С. Об атмосфере Плутона пока мало что известно. При такой слабой собственной гравитации он не может удержать легкие газы, а тяжелые при такой температуре замерзают. У него известен довольно крупный спутник Харон, а в 2005 г. открыли еще два его спутника.

Астероиды - это твердые каменистые тела, которые, подобно планетам, движутся по околосолнечным эллиптическим орбитам. Но размеры этих тел намного меньше, чем у обычных планет, поэтому их еще называют малыми планетами. Гравитационное влияние Юпитера на астероиды пояса астероидов привело к тому, что в этом поясе имеется целый ряд "запретных" орбит или даже зон, на которых астероидов и малых планет практически нет, а если они туда и попадают, то не могут находиться там продолжительное время. Эти зоны называют люками Кирквуда. Такие орбиты являются резонансными, поскольку движущиеся по ним астероиды испытывают сильное гравитационное воздействие со стороны Юпитера. Если какой-либо астероид в результате столкновения с другим телом попадает на резонансную орбиту, то большая полуось и эксцентриситет его орбиты достаточно быстро меняются под влиянием юпитерианского гравитационного поля. Такой астероид либо уходит с резонансной орбиты и остается в поясе астероидов (или даже может покинуть главный пояс), либо оказывается обреченным на новые столкновения с соседними телами. Так пробел Кирквуда "очищается" от любых астероидов (в общем, для астероидов – это "гравитационно запретная" зона). Столкновения астероидов в облаке Оорта приводят к их дроблению на мелкие осколки, которые потом после столкновения так роем и движутся вокруг Солнца по близким орбитам. Именно поэтому на Земле случаются метеоритные дожди, когда рой таких обломков пересекает земную орбиту, а Земля в момент пересечения как раз находится в этой точке своей орбиты.