Фізика і астрономія. Рівень стандарту. 11 клас. Засєкіна

§ 46. Сонячна система

Об’єкти Сонячної системи. На сьогодні в Сонячній системі виділяють вісім великих планет (Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун), п’ять карликових планет, понад 100 їх супутників, пояс астероїдів і пояс Койпера, комети, метеороїди та космічний пил (див. задній форзац).

До 2006 р. астероїди ще називали «малими планетами». Після введення поняття карликової планети термін «малі планети» практично не вживається. Що взято за ознаки поділу на ці категорії? Це розміри, форма, домінуюча роль на орбіті.

Планета — будь-яке тіло на орбіті навколо Сонця, яке є достатньо масивним, щоб набути сферичної форми, але недостатньо масивне для початку термоядерного синтезу, і яке змогло очистити околиці своєї орбіти від планетозималей (допланетних тіл).

Планети поділяють на дві групи, що відрізняються масою, хімічним складом (це виявляється значною різницею їхньої густини), швидкістю обертання та кількістю супутників (табл. 9).

Таблиця 9

Планети земної групи — це чотири найближчі до Сонця планети (Меркурій, Венера, Земля, Марс). Вони порівняно невеликі, складаються здебільшого із кам’янистої речовини великої густини та металів. Надра планет і деяких великих супутників (наприклад, Місяця) перебувають у розплавленому стані. Венера, Земля й Марс мають атмосфери, що складаються з газів, які виділилися з їхніх надр.

Планети-гіганти (Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун), на відміну від планет земної групи, не мають твердої поверхні, бо за хімічним складом (99 % Гідрогену та Гелію) і густиною

вони нагадують зорі (температура в їхніх надрах сягає 10 000 °С). Конвекція в їхніх надрах спричинює помітний потік тепла з надр, що може навіть перевищувати потік, одержуваний ними від Сонця.

Планети-гіганти обертаються навколо осі набагато швидше, ніж планети земної групи. При цьому кожна з них має помітно менший період обертання екваторіальних зон у порівнянні з приполюсними. Такий закон обертання, типовий для всіх газоподібних тіл, спостерігається і в Сонця.

Юпітер і Сатурн та Уран і Нептун також досить чітко поділяються між собою на дві пари. Юпітер і Сатурн мають більші розміри, менші густини та менші періоди обертання, ніж Уран і Нептун. Чіткий поділ планет-гігантів на дві групи — це дуже важливий експериментальний факт, який вимагає обов’язкового пояснення сучасною теорією походження й еволюції Сонячної системи.

Карликова планета — небесне тіло, що обертається по орбіті навколо Сонця; яке є достатньо масивним, щоб під дією власних сил гравітації підтримувати близьку до кулястої форму; але яке не очистило простір своєї орбіти від планетозималей і не є супутником планети.

За цим визначенням у Сонячній системі є п’ять визнаних карликових планет: Церера, Плутон, Гаумеа, Макемаке та Ерида.

Шість із восьми планет і три карликові планети мають природні супутники. Усі чотири планети-гіганти, окрім великих супутників, мають безліч дрібних й оточені кільцями пилу та інших частинок.

Малі тіла Сонячної системи — інші об’єкти, що обертаються навколо Сонця.

У Сонячній системі є дві ділянки, заповнені малими тілами. Пояс астероїдів, що розташований між Марсом і Юпітером, за складом подібний до планет земної групи, оскільки складається переважно із силікатів і металів. Найбільшими об’єктами поясу астероїдів є: карликова планета Церера та астероїди Паллада і Веста.

За орбітою Нептуна розташований пояс Койпера, який перебуває на відстані близько 50 а. о.1 від Сонця. Хоча пояс Койпера схожий на пояс астероїдів, він приблизно у 20 разів ширший і в 20-200 разів масивніший за нього. Як і пояс астероїдів, він складається в основному з малих тіл, тобто матеріалу, що залишився після формування Сонячної системи. На відміну від об’єктів поясу астероїдів, об’єкти поясу Койпера складаються головним чином із замерзлої води, аміаку та метану. Найбільшими об’єктами поясу Койпера є карликові планети: Плутон, Гаумеа та Макемаке.

1 1 а. о. (астрономічна одиниця) — це відстань між центрами Землі та Сонця.

Існує припущення, що джерелом комет з довгим періодом обертання є гіпотетична область Сонячної системи — хмара Оорта. Очікувана відстань від Сонця до зовнішньої межі хмари Оорта становить 50 000-100 000 а. о. Проте безпосередніми спостереженнями існування хмари Оорта поки що не підтверджено.

Об’єктами Сонячної системи ще є метеороїди та космічний пил, що обертаються навколо Сонця. А від самого Сонця поширюється потік плазми (сонячний вітер), який утворює геліосферу.

Характерні особливості будови Сонячної системи. Головна роль у Сонячній системі належить Сонцю. Його маса приблизно в 750 разів перевищує масу всіх інших тіл, що входять до системи. Гравітаційне тяжіння Сонця є визначальною силою для руху всіх тіл Сонячної системи.

Усі планети обертаються навколо Сонця в одному напрямку (у напрямку осьового обертання самого Сонця), майже круговими орбітами, площини яких мають невеликий нахил одна до одної. Площину земної орбіти (екліптику) вважають основною площиною для відліку нахилу орбіт планет та інших тіл, що обертаються навколо Сонця.

Завдяки майже круговій формі планетних орбіт і великим відстаням між ними виключена можливість зближень між планетами, під час яких вони могли б істотно змінювати свій рух унаслідок взаємного тяжіння. Це забезпечує тривале та стійке існування Сонячної системи.

Планети обертаються також навколо своїх осей, причому в усіх планет, окрім Венерн й Урана, обертання відбувається в прямому напрямку, тобто в тому самому напрямку, що і їх обертання навколо Сонця. Надзвичайно повільне обертання Венери відбувається у зворотному напрямку, а Уран обертається, ніби лежачи на боці (мал. 191).

Мал. 191. Напрямки обертання планет навколо своїх осей

Ці закономірності руху планет у поєднанні з поділом їх на дві групи за фізичними властивостями вказують на те, що Сонячна система не є випадковим скупченням космічних тіл, а утворилася в єдиному процесі. Тому вивчення кожного з тіл Сонячної системи робить внесок у висвітлення походження всієї Сонячної системи, а разом з тим — і в дослідження походження, еволюції та сучасної будови нашої Землі.

Гіпотези утворення Сонячної системи. Починаючи з XVIII ст., було сформульовано кілька різних гіпотез щодо походження нашої планетної системи (табл. 10).

Таблиця 10

Гіпотези утворення Сонячної системи

Автор, час

Суть гіпотези

Жорж Бюффон, XVIII ст.

Унаслідок удару комети об Сонце з нього було викинуто масу речовини, з якої утворилися всі інші тіла Сонячної системи.

Іммануїл Кант, XVIII ст.

Сонячна система (і Сонце також) утворилася з газопилової хмари, що оберталася. Тіла планетної системи сформувалися завдяки конденсації речовини хмари.

П’єр Лаплас, XVIII ст.

Сонце і планети утворилися зі сплющеної розжареної газопилової туманності шляхом її охолодження, стискання і фрагментації на окремі кільця. У її центральній частині виникло Сонце.

Джеймс Джинс, XX ст.

Масивна зоря, проходячи повз Сонце, вирвала з нього довгий сигароподібний струмінь розжареної речовини. Він розділився на три частини: перша, найближча до Сонця, повернулася на його поверхню; з другої утворилися планети й супутники, а третя — розсіялася в просторі.

Томас Чемберлін і Форест Мультон, XX ст.

Повз Сонце на відносно близькій відстані пройшла зоря, спричинивши викид сонячної речовини, яка швидко охолола й затверділа, утворивши окремі згустки — планетезималі. З них завдяки акреції речовини утворилися планети та їхні супутники.

Отто Шмідт, XX ст.

Сонце захопило в Галактиці холодну газопилову хмару. Далі в процесі швидкого обертання відбулася її фрагментація на окремі частини та конденсація речовини в тіла Сонячної системи.

А. Гофмейстер і Р. Крісс, XXI ст.

Утворення Сонця і планет з об’ємної (а не дископодібної) газопилової хмари завдяки акреції речовини. Формування Сонця і планет відбувається практично одночасно. Гіпотеза пояснює кілька особливостей будови Сонячної системи, які не пояснюють інші гіпотези.

ЗНАЮ, ВМІЮ, РОЗУМІЮ

1. Назвіть об’єкти, що входять до складу Сонячної системи. 2. За якою ознакою поділяють космічні об’єкти на планети, карликові планети? 3. Що належть до малих тіл Сонячної системи? 4. На які групи поділено планети Сонячної системи? 5. Назвіть 2-3 характерні особливості будови Сонячної системи.