Характеристика основных элементов Солнечной системы

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Солнечная система -- планетная система, включающая в себя центральную звезду -- Солнце -- и все естественные космические объекты, вращающиеся вокруг неё.

Планетная система -- система звезды и различных незвёздообразных астрономических объектов: планет и их спутников, карликовых планет и их спутников, астероидов, метеороидов, комет и космической пыли, которые вращаются вокруг общего барицентра, то есть центра масс. Совместно одна или несколько звёзд и их планетные системы образуют звёздную систему.

Солнечная система входит в состав галактики Млечный Путь.

1. Структура солнечной системы

Звезда Солнце является центральным объектом Солнечной системы. Она составляет большую часть всей массы системы (около 99,866 %) и своим тяготением удерживает планеты и прочие тела, принадлежащие к Солнечной системе.

Большинство крупных объектов, обращающихся вокруг Солнца, движутся практически в одной плоскости, которая называется плоскость эклиптики. Все планеты и многие другие объекты обращаются вокруг Солнца в одном направлении с вращением Солнца. Большинство планет вращается вокруг своей оси в ту же сторону, что и обращается вокруг Солнца.

За небольшим исключением, для орбит объектов Солнечной системы действует правило: чем дальше планета или пояс от Солнца, тем больше расстояние между её орбитой и орбитой предыдущего объекта.

По закону Кеплера, описывающему орбиты объектов вокруг Солнца, каждый объект обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Чем ближе объект к Солнцу, тем больше угловая скорость вращения, следовательно, короче период обращения (год). На эллиптической орбите расстояние объекта от Солнца изменяется в течение его года. Ближайшая к Солнцу точка орбиты объекта называется перигелий, наиболее удалённая -- афелий. Каждый объект движется наиболее быстро в своём перигелии и наиболее медленно в афелии.

Большинство планет Солнечной системы обладают собственными подчинёнными системами. Многие окружены спутниками, которые находятся в синхронном вращении, с одной стороной, постоянно обращённой к планете, некоторые обладают кольцами, тонкими полосами крошечных частиц, обращающимися по очень близким орбитам.

Иногда Солнечную систему разделяют на области - внутреннюю, внешнюю и отдаленную. Внутренняя часть Солнечной системы включает в себя четыре планеты земной группы и пояс астероидов. Внешняя часть начинается за пределами пояса астероидов, в нее входят четыре газовых гиганта. После открытия пояса Койпера наиболее удалённой частью Солнечной системы считают регион, состоящий из объектов, расположенных дальше Нептуна.

Все объекты Солнечной системы, не считая Солнца, официально делят на три категории: планеты, карликовые планеты и малые тела. Планета -- любое тело на орбите вокруг Солнца, оказавшееся достаточно массивным, чтобы приобрести сферическую форму, но недостаточно массивным для начала термоядерного синтеза, и сумевшее очистить окрестности своей орбиты от планетезималей. Планетезималь -- небесное тело на орбите вокруг протозвезды, образующееся в результате постепенного приращения более мелких тел, состоящих из частиц пыли протопланетного диска.

Непрерывно притягивая к себе новый материал и накапливая массу, планетезимали формируют более крупное тело, пока под действием силы тяжести отдельные слагающие его фрагменты начинают уплотняться. Согласно этому определению в Солнечной системе имеется восемь известных планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Плутон не соответствует этому определению, поскольку не очистил свою орбиту от окружающих объектов пояса Койпера. Карликовая планета -- небесное тело, обращающееся по орбите вокруг Солнца; которое достаточно массивно, чтобы под действием собственных сил гравитации поддерживать близкую к округлой форму; но которое не очистило пространство своей орбиты от планетезималей и не является спутником планеты. По этому определению у Солнечной системы имеется пять признанных карликовых планет: Церера, Плутон, Хаумеа, Макемаке и Эрида. Карликовые планеты, чьи орбиты находятся в регионе транснептуновых объектов, называют плутоидами. Оставшиеся объекты, обращающиеся вокруг Солнца -- малые тела Солнечной системы.

2. Состав солнечной системы

Солнце.

Солнце -- звезда Солнечной системы и её главный компонент. Его масса достаточно велика для поддержания термоядерной реакции синтеза в его недрах, при которой высвобождается большое количество энергии, излучаемой в пространство в основном в виде электромагнитного излучения, максимум которого приходится на диапазон длин волн, соответствующий видимому свету.

По звёздной классификации Солнце --жёлтый карлик. Солнце расположено примерно в середине диаграммы Герцшпрунга -- Рассела, которая показывает зависимость между яркостью звёзд и температурой их поверхности. Это означает, что оно ещё не исчерпало свой запас водорода для ядерного синтеза и находится примерно в середине своей эволюции.

Межпланетная среда.

Кроме света Солнце излучает непрерывный поток заряженных частиц (плазмы), который называется ветром. Этот поток частиц наполняет околосолнечную область, создавая у Солнца некий аналог планетарной атмосферы (гелиосферу), которая имеется на расстоянии, по крайней мере, 100 а. е. от Солнца. Это и есть межпланетная среда.

Межпланетная среда - место формирования, по крайней мере, двух дископодобных областей космической пыли. Первая - зодиакальное пылевое облако - находится во внутренней части Солнечной системы и является причиной, по которой возникает зодиакальный свет. Вторая область простирается приблизительно от 10 до 40 а. е.

Внутренняя область Солнечной системы.

Внутренняя часть Солнечной системы включает планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля и Марс) и астероиды. Объекты внутренней области относительно близки к Солнцу, это самая малая часть системы.

Планеты земной группы.

Четыре внутренние планеты состоят, имеют малое количество (0--2) спутников, у них отсутствуют кольца. Они состоят преимущественно из тяжёлых элементов, в значительной степени из тугоплавких минералов, таких как силикаты, которые формируют их мантию и кору, и металлов, таких как железо и никель, которые формируют их ядро. У трёх внутренних планет -- Венеры, Земли и Марса -- имеется атмосфера; у всех имеются ударные кратеры и тектонические черты поверхности, такие как рифтовые впадины и вулканы.

Меркурий.

Меркурий - ближайшая планета к Солнцу и наименьшей планета системы. У Меркурия нет спутников. Его известными геологическими особенностями, помимо ударных кратеров, являются многочисленные зубчатые откосы, простирающиеся на сотни километров -- эскарпы. Меркурий имеет крайне разреженную атмосферу (из-за отсутствия магнитного поля у Меркурия солнечный ветер «сдувает» атмосферу с планеты).

Венера.

Венера, как и Земля, имеет толстую силикатную оболочку вокруг железного ядра и атмосферу. Имеются также свидетельства её внутренней геологической активности. Но воды на Венере гораздо меньше, чем на Земле, а её атмосфера в девяносто раз плотнее. У Венеры нет спутников. Это самая горячая планета, температура её поверхности превышает 400 °C.

Земля.

Земля является крупнейшей и самой плотной из внутренних планет. У Земли наблюдается тектоника плит. Среди планет земной группы Земля является уникальной, прежде всего наличием гидросферы. Атмосфера Земли радикально отличается от атмосфер других планет -- она содержит свободный кислород. У Земли есть один естественный спутник -- Луна.

Марс.

Марс обладает атмосферой, состоящей главным образом из углекислого газа. На его поверхности есть вулканы. Рифтовые впадины (долина Маринера) наряду с вулканами свидетельствуют о прошлой геологической активности, которая, по современным данным, окончилась около 2 млн. лет назад. Красный цвет поверхности Марса вызван большим количеством оксида железа в его грунте. У планеты есть два спутника -- Фобос и Деймос.

Пояс астероидов.

Астероид -- относительно небольшое небесное тело Солнечной системы, движущееся по орбите вокруг Солнца. Астероиды значительно уступают по массе и размерам планетам, имеют неправильную форму, и не имеют атмосферы, хотя при этом и у них могут быть спутники. Астероиды -- самые распространённые малые тела Солнечной системы.

Пояс астероидов занимает орбиту между Марсом и Юпитером.

Размеры астероидов варьируются от нескольких метров до сотен километров.

Пояс содержит десятки тысяч, возможно, миллионы объектов больше одного километра в диаметре. Небесные тела с диаметрами от 100 мкм до 10 м называют метеороидами.

Церера.

Церера -- крупнейшее тело пояса астероидов, классифицирована как карликовая планета, имеет диаметр менее 1000 км и массу, достаточно большую, чтобы под действием собственной гравитации поддерживать сферическую форму.

Внешняя область Солнечной системы.

Внешняя область Солнечной системы включает в себя газовых гигантов и их спутники. В этой области также проходят орбиты многих короткопериодических комет, включая кентавров. Твёрдые объекты этой части Солнечной системы из-за их большего расстояния от Солнца, а значит, гораздо более низкой температуры, содержат льды воды, аммиака и метана.

Планеты-гиганты.

Четыре планеты-гиганта, также называемые газовыми гигантами - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, все вместе содержат 99 % массы вещества, обращающегося на орбитах вокруг Солнца. У всех четырёх газовых гигантов имеются кольца, но только кольцевая система Сатурна легко наблюдается с Земли.

Юпитер.

Юпитер обладает самой большой массой по сравнению со всеми планетами системы. Он состоит главным образом из водорода и гелия. Высокая внутренняя температура Юпитера вызывает множество полупостоянных вихревых структур в его атмосфере, таких как полосы облаков и Большое красное пятно. У Юпитера имеется 65 спутников. Четыре крупнейших -- Ганимед, Каллисто, Ио и Европа -- схожи с планетами земной группы такими явлениями, как вулканическая активность и внутренний нагрев.

Сатурн.

Сатурн известен своей обширной системой колец. Он имеет несколько схожую с Юпитером структуру атмосферы и магнитосферы. Сатурн -- наименее плотная планета Солнечной системы. У Сатурна есть 62 подтверждённых спутника; Титан -- единственный спутник в Солнечной системе с существенной атмосферой.

Уран.

Уран является самой лёгкой из внешних планет. Среди других планет уникальным его делает то, что он вращается «лёжа на боку» (наклон оси его вращения к плоскости эклиптики примерно 98 градусов). Он имеет намного более холодное ядро, чем другие газовые гиганты, и излучает очень немного тепла в космос. У Урана 27 открытых спутников.

Нептун.

Нептун, немного меньше Урана, но более массивен и, поэтому, более плотный. Он излучает больше внутреннего тепла, но не так много, как Юпитер или Сатурн. У Нептуна имеется 13 известных спутников. Крупнейший из них -- Тритон, является геологически активным, с гейзерами жидкого азота. Тритон -- единственный крупный спутник, движущийся в обратном направлении. Также Нептун сопровождается астероидами, которые называют Нептунские троянцы.

Кометы.

Кометы -- малые тела Солнечной системы, обычно размером всего в несколько километров, состоящие главным образом из летучих веществ (льдов). Их орбиты имеют, как правило, перигелий в пределах орбит внутренних планет и афелий далеко за Плутоном. Когда комета входит во внутреннюю область Солнечной системы и приближается к Солнцу, её ледяная поверхность начинает испаряться и ионизироваться, создавая кому: длинное облако из газа и пыли, часто видимое с Земли невооружённым глазом.

Короткопериодические кометы имеют период меньше 200 лет. Период долгопериодических комет может достигать тысячи лет. Старые кометы, у которых большая часть их летучих веществ уже испарилась, часто классифицируют как астероиды.

Кентавры.

Кентавры -- ледяные кометоподобные объекты с большой полуосью. Первый обнаруженный кентавр, Хирон, также классифицирован как комета, из-за того, что по мере приближения к Солнцу у него возникает кома, как и у комет.

Транснептуновые объекты.

Пространство за Нептуном («регион транснептуновых объектов») мало исследовано. Предположительно, оно содержит только малые тела, состоящие главным образом из камней и льда. Чаще всего этот термин используют для обозначения пространства за поясом астероидов и до орбиты Нептуна.

Пояс Койпера.

Пояс Койпера -- область реликтов времён образования Солнечной системы, являющейся большим поясом осколков, подобным поясу астероидов, но состоящий в основном изо льда. Состоит главным образом из малых тел Солнечной системы. Многие объекты пояса обладают несколькими спутниками. У большинства объектов орбиты располагаются вне плоскости эклиптики.

Плутон.

Плутон -- карликовая планета, крупнейший известный объект пояса Койпера. После обнаружения в 1930 году считался девятой планетой, но с 2006 года с принятием формального определения планеты его переквалифицировали в карликовую планету.

Неясна ситуация с крупнейшим спутником Плутона -- Хароном: продолжит ли он классифицироваться как спутник Плутона или будет переклассифицирован в карликовую планету. Поскольку центр масс системы Плутон -- Харон находится вне их поверхностей, они могут рассматриваться в качестве двойной планетной системы. Три меньших спутника -- Никта, Гидра и S/2011 (134340) 1, обращаются вокруг Плутона и Харона.

Хаумеа.

Хаумеа -- карликовая планета, крупнейший из известных объектов пояса Койпера. Хаумеа имеет сильно вытянутую форму и период вращения вокруг своей оси около 4 часов. Два спутника и ещё по крайней мере восемь транснептуновых объектов являются частью семейства Хаумеа.

Макемаке.

Макемаке -- в 2008 году получил имя и был объявлен карликовой планетой. В настоящее время является вторым по видимой яркости в поясе Койпера после Плутона. У Макемаке пока не обнаружено спутников.

Рассеянный диск.

Рассеянный диск -- удалённый регион Солнечной системы, слабозаселённый малыми телами, в основном состоящими изо льда. Рассеянный диск частично перекрещивается с поясом Койпера, но простирается гораздо дальше за его пределы. Орбиты объектов Рассеянного диска сильно наклонены к поясу эклиптики и часто почти перпендикулярны ему.

Эрида.

Эрида -- крупнейший известный объект рассеянного диска. Она является одной из крупнейших известных карликовых планет. У Эриды имеется один спутник -- Дисномия. Как и у Плутона, её орбита является чрезвычайно вытянутой, и орбита сильно наклонена к плоскости эклиптики.

Отдалённые области.

Точный ответ на вопрос о том, где заканчивается Солнечная система и начинается межзвёздное пространство, еще не дан. В определении этого ключевыми являются два фактора: солнечный ветер и солнечное тяготение. Внешняя граница солнечного ветра -- гелиопауза, за ней солнечный ветер и межзвёздное вещество смешиваются, взаимно растворяясь. Гелиопауза находится примерно в четыре раза дальше Плутона и считается началом межзвёздной среды. Однако предполагают, что область, в которой гравитация Солнца преобладает над галактической -- сфера Хилла, простирается в тысячу раз дальше.

Гелиосфера.

Межзвёздная среда в окрестностях Солнечной системы неоднородна. Наблюдения показывают, что Солнце движется со скоростью около 25 км/с сквозь Местное межзвёздное облако и может покинуть его в течение следующих 10 тысяч лет. Большую роль во взаимодействии Солнечной системы с межзвёздным веществом играет солнечный ветер.

Наша планетная система существует в крайне разреженной «атмосфере» солнечного ветра -- потока заряженных частиц (в основном водородной и гелиевой плазмы), с огромной скоростью истекающих из солнечной короны. Средняя скорость солнечного ветра, наблюдаемая на Земле, составляет 450 км/с. Эта скорость превышает скорость распространения магнитогидродинамических волн, поэтому при взаимодействии с препятствиями плазма солнечного ветра ведёт себя аналогично сверхзвуковому потоку газа. По мере удаления от Солнца, плотность солнечного ветра ослабевает, и наступает момент, когда он оказывается более не в состоянии сдерживать давление межзвёздного вещества. В процессе столкновения образуется несколько переходных областей.

Сначала солнечный ветер тормозится, становится более плотным, тёплым и турбулентным. Момент этого перехода называется границей ударной волны и находится на расстоянии около 85--95 а. е. от Солнца (по данным, полученным с космических станций «Вояджер-1» и «Вояджер-2»).

Ещё приблизительно через 40 а. е. солнечный ветер сталкивается с межзвёздным веществом и окончательно останавливается. Эта граница, отделяющая межзвёздную среду от вещества Солнечной системы, называется гелиопаузой. По форме она похожа на пузырь, вытянутый в противоположную движению Солнца сторону. Область пространства, ограниченная гелиопаузой, называется гелиосферой. Согласно данным аппаратов «Вояджер», ударная волна с южной стороны оказалась ближе, чем с северной (73 и 85 астрономических единиц соответственно). Точные причины этого пока неизвестны.

По другую сторону гелиопаузы, на расстоянии порядка 230 а. е. от Солнца, вдоль головной ударной волны происходит торможение с космических скоростей налетающего на Солнечную систему межзвёздного вещества.

Ни один космический корабль ещё не вышел из гелиопаузы, таким образом, невозможно знать наверняка условия в местном межзвёздном облаке. Недостаточно ясно, насколько хорошо гелиосфера защищает Солнечную систему от космических лучей.

В июне 2011 года было объявлено, что благодаря исследованиям «Вояджеров» стало известно, что магнитное поле на границе Солнечной системы имеет структуру, похожую на пену. Это происходит из-за того, что намагниченные материя и мелкие космические объекты образуют местные магнитные поля, которые можно сравнить с пузырями.

Облако Оорта.

Гипотетическое облако Оорта -- сферическое облако ледяных объектов, служащее источником долгопериодических комет. Предполагаемое расстояние до внешних границ облака Оорта от Солнца составляет 1 светового года до 1,87 световых лет. Объекты облака Оорта перемещаются очень медленно и могут испытывать взаимодействия, нехарактерные для внутренних объектов системы: редкие столкновения друг с другом, гравитационное воздействие проходящей рядом звезды, действие галактических приливных сил.

Седна.

Седна -- большой, подобный Плутону, красноватый объект с гигантской, чрезвычайно эллиптической орбитой, с периодом в 12 050 лет. Майкл Браун, открывший Седну в 2003 году, утверждает, что она не может быть частью рассеянного диска или пояса Койпера. Он и другие астрономы полагают, что этот объект является первым обнаруженным в полностью новой популяции. Браун называет эту популяцию «внутренним облаком Оорта», поскольку она, вероятно, сформировалась посредством процесса, подобного процессу формирования облака Оорта, хотя и намного ближе к Солнцу. Седна, весьма вероятно, могла бы быть признана карликовой планетой, если бы достоверно была определена её форма.

Пограничные области.

Большая часть нашей Солнечной системы всё ещё не изведана. По оценкам, гравитационное поле Солнца преобладает над гравитационными силами окружающих звёзд на расстоянии приблизительно двух световых лет. Несмотря на открытия таких объектов как Седна, область между поясом Койпера и облаком Оорта всё ещё практически не исследована. Также продолжается изучение области между Меркурием и Солнцем.

Заключение

Солнечная система -- планетная система, включающая в себя центральную звезду -- Солнце -- и все естественные космические объекты, вращающиеся вокруг неё.

Большая часть массы объектов, связанных с Солнцем гравитацией, содержится в восьми относительно уединённых планетах, имеющих почти круговые орбиты и располагающихся в пределах почти плоского диска -- плоскости эклиптики. Четыре меньшие внутренние планеты: Меркурий, Венера, Земля и Марс, также называемые планетами земной группы, состоят в основном из силикатов и металлов. Четыре внешние планеты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, также называемые газовыми гигантами, в значительной степени состоят из водорода и гелия и намного массивнее, чем планеты земной группы.

В Солнечной системе имеются две области, заполненные малыми телами. Пояс астероидов, находящийся между Марсом и Юпитером, сходен по составу с планетами земной группы, поскольку состоит из силикатов и металлов. Крупнейшими объектами пояса астероидов являются Церера, Паллада и Веста. За орбитой Нептуна располагаются транснептуновые объекты, состоящие из замёрзшей воды, аммиака и метана, крупнейшими из которых являются Плутон, Седна, Хаумеа, Макемаке и Эрида. Дополнительно к тысячам малых тел в этих двух областях другие разнообразные популяции малых тел, таких как кометы, метеороиды и космическая пыль, перемещаются по Солнечной системе.

Шесть планет из восьми и три карликовые планеты окружены естественными спутниками. Каждая из внешних планет окружена кольцами пыли и других частиц.

Солнечный ветер (поток плазмы от Солнца) создаёт пузырь в межзвёздной среде, называемый гелиосферой, который простирается до края рассеянного диска. Гипотетическое облако Оорта, служащее источником долгопериодических комет, может простираться на расстояние примерно в тысячу раз больше по сравнению с гелиосферой.

Литература

галактика солнечный протозвезда комета

1. Гонтарук Т.И. Я познаю мир. Космос. -- М.: АСТ, 2008. -- 398с.

2. С.И. Ипатов. Миграция небесных тел в Солнечной системе. -- М.: URSS (Красанд), 2000. - 320с.

3. Томилин А.Н. Небо Земли. Очерки по истории астрономии. -- Л.: Детская литература, 1974. -- 334с.

Размещено на Allbest.ru