Солнечная система

Центральное тело нашей системы, это Солнце – звезда, принадлежащая к классу желтых карликов. Солнце является самым массивным объектом нашей планетной системы.

Первая планета Солнечной системы – Меркурий – самая маленькая планета земной группы (в нее кроме Земли и Меркурия входят Венера и Марс). После Меркурия идет Венера – сестра Земли, скрытая вечными облаками. Третья планета Солнечной системы – Земля – колыбель человечества. У нашей планеты есть спутник – Луна, который в 81 раз легче Земли, но все равно нашу планету можно считать двойной. Четвертая планета – красный Марс – пустынная планета с двумя спутниками, которая приковывала взоры всех людей в недалеком прошлом и... второе небесное тело, на которое планируется пилотируемый полет (первым была Луна).

Следующая большая группа планет – планеты-гиганты. Самым большим и массивным из гигантов является Юпитер, который представляет из себя Солнечную систему в миниатюре. Из его более чем 40 спутников мы остановимся на самых больших – Ио, Европе, Ганимеде и Каллисто. Эти спутники носят название галилеевских – в честь их первооткрывателя – Галилео Галилея. Следующая планета-гигант – Сатурн, известная всем своими великолепными кольцами. Из 22 спутников Сатурна мы посетим всего семь – Титан, Энцелад, Япет, Рею, Диону, Тефию и Мимас. Следующая планета-гигант – Уран – необычна тем, что она как-бы “лежит на боку” – ось наклона Урана с плоскостью эклиптики составляет 98° – благодаря чему на Уране происходит очень резкая смена времен года. Из его 21 спутника мы посетим Миранду, Ариэль, Умбриэль, Титанию и Оберон. Еще одна отличительная особенность Урана – вращение в обратную сторону. Последней планетой-гигантом является Нептун (Самый большой спутник Нептуна – Тритон). Все планеты-гиганты отличает наличие большого числа спутников, системы колец и протяженные газовые атмосферы.

Самая последняя планета Солнечной системы – Плутон – является самой маленькой планетой. У Плутона имеется единственный спутник – Харон, который немногим меньше самой планеты. Благодаря этому система Плутон-Харон является действительно двойной планетой. После открытия в поясе Койпера трансплутонного объекта Квавар с диаметром более половины диаметра Плутона всерьез начали рассматривать вопрос о том, что считать планетой и выделять ли Плутон и транплутонные объекты в группу планет-карликов или понизить статус Плутона до астероида.

Солнце

Ближайшая к Земле звезда. Карлик главной последовательности диаграммы Герцшпрунга-Рессела. Среднее расстояние от Земли (астрономическая единица или а.е.) 149.6 млн. км. Принадлежит к спектральному классу G2V. Центральное тело нашей планетной системы. Возникло около 4.7 млрд. лет тому назад вместе с другими планетами. Масса 1.99 1030 кг., радиус 696 тыс. км, средняя плотность 1.41 кг/м3
, светимость 3.85*1026 Вт, эффективная температура 5779К. Период вращения (синодический) изменяется от 27 сут. на экваторе до 32 сут. у полюсов. Ускорение свободного падения в фотосфере 274 м/с2
.

Общая структура: энерговыделяющее ядро (от центра до расстояния в четверть радиуса), область лучистой теплопроводности (от 1/4 до 2/3 радиуса) и конвективная зона (последняя треть радиуса). Физические условия в этих внутренних слоях Солнца определяются теоретическими расчетами и проверяются методами гелиосейсмологии и нейтринной астрономии. Выше конвективной зоны начинаются непосредственно наблюдаемые внешние слои солнечной атмосферы, состоящие (по числу атомов) в основном из водорода, 10% гелия, 1/1000 углерода, азота и кислорода и 1/10 000 металлов вместе со всеми остальными химическими элементами. Атмосфера Солнца условно разделяется на три оболочки:

· почти нейтрального водорода и однократно ионизованных металлов (фотосфера, толщина 200-300 км),

· неоднородного слоя, в котором по мере продвижения вверх последовательно ионизуются водород, гелий и др. химические элементы (хромосфера, протяженность 10-20 тыс. км) и

· разреженной изотермической короны, в которой все атомы ионизованы вплоть до самых глубоких электронных оболочек. Солнечная корона постепенно переходит в динамическое образование постоянно расширяющегося потока ионизованных атомов (в основном протонов, альфа-частиц и свободных электронов), образующих солнечный ветер, простирающийся за орбиты Земли и Марса. Меркурий

Ближайшая к Солнцу планета, по размерам похожая на Луну (радиус 2439 км), а по средней плотности (5.42 г/см3
) на Землю. Ускорение свободного падения на поверхности 372 см/с2
, в 2.6 раза меньше земного. Период обращения вокруг Солнца составляет около 88 земных суток. Максимальный видимый угловой размер около 7″. Вращение прямое с периодом 58.6±0.5 суток. Это близко к 2/3 периода обращения планеты вокруг Солнца. Ось вращения почти перпендикулярна к плоскости эклиптики. Cоизмеримость периодов вращения и обращения объясняется приливными явлениями. Поверхность очень напоминает лунную: множество кратеров самых различных размеров. Имеются также очень высокие (в несколько километров) уступы длиною в тысячи километров. Температура поверхности в полдень на экваторе достигает 700 К, а на ночной стороне падает до 100 К. Поверхностный слой грунта – мелко раздробленная порода с низкой плотностью. Атмосфера Меркурия имеет чрезвычайно малую плотность: концентрация не более 106см–3 у поверхности (как в земной атмосфере на высоте 700 км). Состав атмосферы известен плохо, возможен гелий (концентрация около 104см–3) и натрий (около 105см–3). Меркурий имеет собственное магнитное поле в 300 раз слабее земного (около 0.002 Э), что говорит о возможном существовании жидкого ядра. Спутников нет.

Немного фактов о Меркурии

· Меркурий – одна из пяти "странствующих звезд", которые были известны еще в античности.

· Меркурий можно увидеть либо вечером как "звезду", расположенную не далеко от места захода Солнца, либо утром как "звезду" около места восхода Солнца.

· Древние греки называли Меркурий двумя именами: вечернюю звезду – Гермес, а утреннюю звезду – Аполлон, полагая, что это разные объекты.

· Планета названа в честь быстроногого Меркурия, одного из римских богов.

· Планета была названа тевтонцами в честь их бога Водена (Woden). Среда (англо-саксонское: wodnesdaeg) названа в честь него.

Венера

Вторая планета Солнечной системы, удаленная от Солнца, на среднее расстояние 0,723 а.е. (108 млн. км); радиус твердой поверхности 6052 км (0,95 земного), самая яркая на земном небе утренняя или вечерняя "звезда". Видимый угловой диаметр меняется от 20″ до 1′. Во время наилучшей видимости видимая звездная величина достигает -4m. Масса 4,87*1024
кг (0,82 масс Земли), средняя плотность 5250 кг/м3, вращение с периодом 243 сут обратное и синхронное относительно Земли (в нижнем соединении всегда обращена к Земле одной и той же стороной). Сидерический период обращения 224,7 суток и за один оборот вокруг Солнца на Венере происходят два восхода и два захода Солнца, а продолжительность суток составляет 117 земных суток. Синодический период обращения 583,9 сут. Наклонение экватора к плоскости орбиты мало (около 3°), так что сезонные вариации температуры почти отсутствуют. Наличие мощной атмосферы установлено в 1761 г. М.В. Ломоносовым. На высотах 50-70 км Венеру окутывает трехъярусный плотный слой облаков с температурой около 230 К, в которых имеются капельки серной кислоты. Облака образуют мощный сплошной слой, полностью скрывающий каменистую и гористую поверхность планеты, которая покрыта кратерами и имеет температуру 730-740 К за счет парникового эффекта от атмосферы; самые высокие горы Максвелла, 11 км. В. отличается высоким уровнем геологической активности и множеством вулканических базальтов и тектонических образований, специфичных только для Венеры (венцы, куполообразные холмы, паутинные сети лавовых потоков и тектонических трещин, а также около 1000 ударных кратеров; предполагается, что и по внутреннему строению Венера похожа на Землю. У поверхности плотность атмосферы составляет около 1/15 плотности воды, а давление 90 атм. В ней преобладают углекислый газ СО2 (96-97%) и азот N2 (3-4 %.) с незначительной примесью некоторых других газов (водяной пар Н2О, угарный газ СО, двуокись серы SO2, пары соляной кислоты НСl, пары фтористоводородной кислоты НР). Содержание Н2О в глубоких слоях атмосферы составляет всего около 0,002 %, что очень мало по сравнению с количеством воды на Земле. Поэтому на Венере нет океанов. Нижние конвективные слои атмосферы (тропосфера) на Венере толще земных. На высотах 50-70 км постоянно дуют ветры, имеющие среднюю скорость около 100 км/с. Как и Земля Венера обладает ионосферой. Максимум концентрации электронов и ионов находится на высоте около 150 км. Здесь днем электронная концентрация около 3*105 электронов/см–3, а ночью – на порядок меньше. Собственное магнитное поле Венеры практически отсутствует.

Земля

Третья от Солнца планета Солнечной системы, удаленная от него на среднее расстояние 1 а.е., с периодом обращения в 1 год. Масса 5.98*1024
кг, полярный радиус 6356.9 км, экваториальный 6378.17 км, (сжатие около 1/300); средняя плотность 5.5 г/см3
; период осевого вращения относительно звезд 23 часа 56 минуты 04.1 секунды; Земля отличается от всех других планет Солнечной системы наличием гидросферы и биосферы, а такие большой динамической активностью коры и атмосферы. Структура твердой части: кора – самая внешняя и тонкая (10-100 км) твердая оболочка с плотностью 2,8 г/см3
; мантия, которая делится на верхнюю (толщина 850-900 км) и нижнюю, в которой температура близка к точке плавления ее вещества (до глубины около 3000 км); ядро, которое подразделяется на внешнее (жидкое) и внутреннее (твердое ядро – плотность в центре 12.5 г/см3, температура 4000-5000К); атмосфера Земли состоит в основном из азота и кислорода с малыми примесями других газов; средняя температура у основания 288К; тепловой баланс поддерживает температуру Земли в средних и экваториальных широтах на уровне, оптимальном для существования теплокровных организмов. Толщина тропосферы порядка 10 км. На высоте около 50 км имеется широкийтемпературный максимум (мезосфера). Увеличение температуры начинается с высот 20-25 км. Из-за фотохимической реакции разложения озона. Озон поглощает ультрафиолетовое излучение в области от 200 до 300 нм, что разогревает атмосферу. Озон, находящийся в верхней атмосфере, служит своеобразным щитом, охраняющим биосферу от действия ультрафиолетового излучения Солнца. Над мезосферой расположен температурный минимум – мезопауза. Выше температура вновь начинает расти за счет энергии поглощаемого ультрафиолетового излучения Солнца на высотах 150-300 км, обусловленное ионизацией атомарного кислорода: Над мезопаузой температура растет непрерывно до высоты около 400 км, где она достигает днем в эпоху максимума солнечной активности 1800 К, а в эпоху минимума она может быть меньше 1000 К. Выше 400 км атмосфера изотермична (термосфера). Ионизованные слои атмосферы, начиная с высот 100-120 км образуют ионосферу, в которой концентрация ионов и электронов одинакова и плазма в целом нейтральна; на высоте 300 км днем она составляет около 106 ионов в см3. Плазма такой плотности отражает радиоволны длиной более 20 м и пропускает более короткие; магнитное поле у поверхности Земли около 0.5 Э. Магнитные полюса эквивалентного диполя не совпадают с географическими; южный магнитный полюс имеет координаты φ = 79 с.ш., λ = 70 з.д. (Северная Гренландия). Магнитное поле Земли через интервалы времени от 500 тыс. до 50 млн. лет меняет направление на обратное. На больших расстояниях от Земли форма ее магнитного поля искажается под действием солнечного ветра. В магнитном поле Земли удерживается огромное количество заряженных частиц, которые образуют радиационные пояса Земли. Земля имеет один спутник – Луну

Луна

Естественный спутник Земли с массой в 81.3 меньше земной (7.35*1022
кг) и радиусом 1738 км, находящийся на среднем расстоянии от Земли 384404 км. Сидерический период обращения вокруг Земли 27.32 сут., синодический – 29.53 сут. Возраст близок к возрасту Земли и Солнечной системы (не менее 4.5 млрд. лет). Поверхность испещрена кратерами самых различных размеров и покрыта слоем пыли. Шесть раз посещалась космонавтами США.

Марс

Четвертая планета Солнечной системы, удаленная от Солнца на среднее расстояние 228 млн. км, примерно вдвое меньшая Земли (экваториальный радиус 3394 км) и в девять раз меньше по массе (6.421*1023
кг). Ускорение свободного падения на поверхности 3.76 м/с2
. Наибольший видимый угловой диаметр 25″, наименьший 14″. Период вращения 24 часа 37 минут 22.6 секунд. Экватор наклонен к плоскости орбиты на 24° 56′, (почти как у Земли). Поэтому на Марсе имеется смена времен года, похожая на земную. Марсианский год длится 687 земных суток. На поверхности наблюдается множество устойчивых деталей: яркие области оранжево-красноватого цвета (материки, площадью около 2/3 диска); полярные шапки – белые пятна, образующиеся вокруг полюсов осенью и исчезающие в начале лета; темные области ("моря"), занимающие 1/3 диска; бассейны и кратеры – следы метеоритной бомбардировки; множество гор вулканического происхождения (высотой до 25-28 км); множество проявлений эрозии, области с хаотическим рельефом, каналы и т.д. Грунт раздроблен и усыпан множеством каменных блоков. По составу породы похожи на земные, но с преобладанием окислов железа. Магнитное поле в тысячу раз слабее земного. Средняя температура поверхности Марса около 200 К, днем на экваторе она достигает 290 К, а ночью падает до 170 К и до 145 К в полярных шапках; атмосфера состоит из СО2 и N2
. Имеются малые примеси Н2
О, СО и др.

Эквивалентная толщина слоя атмосферной осажденной воды не более 10-20 мкм (на Земле – около 1 см). Остальная вода скована в недрах вечной мерзлотой; атмосферное давление у поверхности около 6 мб. Скорость ветра в атмосфере обычно не превышает нескольких м/с, но иногда возрастает до 40-50 м/с, вызывая глобальные пылевые бури – специфически марсианское явления, продолжающиеся порой несколько месяцев. Имеется ионосфера с главным максимумом на высоте около 150 км и электронной концентрацией 105-104 частиц в см3
. Имеется два близкие к планете слабы (+11.5m и +12.5m), спутника (Фобос и Деймос), открытые в 1877 г.; расстояние Фобоса от центра планеты 2.77 ее радиуса, а период обращения 7 часов 39 минут 14 секунд, что меньше периода вращения Марса и Фобос восходит на западе. Деймос обращается на среднем расстоянии в 6.96 радиуса планеты с периодом 30 часов 17 минут 5 секунд. Оба спутника имеют неправильную форму. Размеры Фобоса 22-25 км, Деймоса – около 13 км.

Юпитер

Самая крупная, пятая от Солнца, большая планета Солнечной системы; масса 1,9*1027
кг (в 318 раз больше земной и около 1/1050 солнечной). Экваториальный радиус 71400 км (в 11.2 раза больше земного). Полярный радиус заметно меньше экваториального (66900 км), сжатие большое (1/16); средняя плотность 1.3 г/см3; видимый угловой диаметр около 40″; видимая "поверхность" представляет собой сплошной облачный покров с множеством непостоянных деталей; исключение – Большое красное пятно наблюдавшееся еще в XVII в. При помощи космических аппаратов найдено еще несколько устойчивых красных пятен меньшего размера; наиболее заметны темные и светлые красноватые полосы, параллельные экватору – следствие зонального ветра. Период осевого вращения увеличивается с широтой: от 9 часов 50 минут 30 секунд у экваториальных областей до 9 часов 55 минут 40 секунд на средних широтах. Основные компоненты атмосферы – молекулярный водород Н2
и Не с малыми примесями метана, аммиака и др. элементов. В целом химический состав атмосферы и всей планеты существенно не отличается от солнечного. Полное давление у верхней границы облачного слоя составляет около 0.5 атм. Облачный слой имеет сложную структуру. Верхний ярус состоит из кристалликов аммиака NH3, ниже должны быть расположены облака из кристаллов льда и капелек воды. На уровне 0.15 атм. имеется глубокий минимум, выше температура растет; температура, измеренная по закону Стефана-Больцмана (эффективная), составляет 130 K, что говорит о большом потоке внутреннего тепла и некотором сходстве Юпитера со звездами (коричневыми карликами). Водородно-гелиевая атмосфера на глубине около 1000 км плавно переходит в более плотную газожидкую оболочку (оба газа находятся в сверхкритическом состоянии), а еще глужбе расположена зона металлического водорода. Токи в жидких недрах Юпитера генерируют мощное магнитное поле – около 10Э вблизи видимой поверхности планеты. Имеется магнитосфера с размерами в несколько сотен раз превышающими размеры самой планеты. Электроны и протоны высоких энергий, захваченные в магнитном поле Юпитера, образуют радиационные пояса, похожие на земные, но сильно превышающие их по размеру. В 1995 г. на орбиту был выведен искусственный спутник Юпитера "Галилео"; и спущен в атмосферу зонд для прямых измерений температуры, давления, химического состава и других характеристик. Юпитер обладает самым большим числом спутников – на сегодняшний день известно 48 спутников, из них самые известные – галилеевские спутники. Четыре самых крупных спутника (Ио, Европа, Ганимед и Каллисто), открытые Галилеем в 1610 г. и названные С. Мариусом. Собственное вращение этих спутников синхронно с их обращением вокруг Юпитера из-за приливных явлений, как в случае системы Земля-Луна.

Ио

В 1610 году Галилео Галилей направил телескоп на небо и открыл четыре ярких спутника Юпитера. Самый внутренний из галилеевых спутников, Ио, принадлежит к числу наиболее экзотических объектов Солнечной системы. Ио больше Луны, спутника Земли. Ио покрыт вулканами, многие из которых действующие. Вещество, выброшенное при вулканических извержениях, содержит соединения серы, имеющие различные цвета. Возможно, поэтому поверхность Ио покрыта разноцветными пятнами и напоминает пиццу.

Европа