Сонячна система та її характеристика

Сонячна система – це система космічних тіл, включаючи, крім центрального світила (Сонця), дев'ять великих планет, їх супутники, безліч малих планет, комети, дрібні метеорні тіла і космічний пил, рухомі у області переважаючої гравітаційної дії Сонця. Утворилася Сонячна система близько 4,6 млрд. років тому з холодної газопилової хмари. В даний час за допомогою сучасних телескопів (зокрема космічного телескопа ім. Хаббла) астрономи знайшли декілька зірок з подібними протопланетними туманностями, що підтверджує цю космогонічну гіпотезу.
Загальна структура Сонячної системи була розкрита у середині VI ст.. Н.Коперніком, який обґрунтував уявлення про рух планет навколо Сонця. Така модель Сонячної системи одержала назву геліоцентричної (геліоцентричний – це такий, центр якого співпадає з Сонцем). У VII ст.. І.Кеплер відкрив закони руху планет, а І.Ньютон сформулював закон всесвітнього тяжіння. Вивчення фізичних характеристик космічних тіл, що входять до складу Сонячної системи, стало можливим тільки після винаходу Г.Галілеєм в 1609р. телескопа. Так, спостерігаючи сонячні плями, Галілей вперше знайшов обертання Сонця навколо своєї осі.

Розміри і будова Сонячної системи
Спостережувані розміри Сонячної системи визначаються відстанню від Сонця до найдальшої від нього планети – Плутона (близько 40 а. е.; 1 а. е. = 1,49598Ч1011 м).
Проте сфера, в межах якої можливий стійкий рух небесних тіл навколо Сонця, займає набагато обширнішу область простору, що тягнеться на відстань близько 230 000 а. о. і що стуляється з сферами впливу найближчих до Сонця зірок.
Великі планети, рухомі навколо Сонця, утворюють плоску підсистему і розділяються на дві групи, що помітно розрізняються. У одну з них, внутрішню (або земну), входять Меркурій, Венера, Земля і Марс. До зовнішньої групи, яку складають планети-гіганти, відносяться Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун. Дев'яту планету, Плутон, звичайно розглядають відособлено, оскільки по своїх фізичних характеристиках вона помітно відрізняється від планет зовнішньої групи.
У загальній масі системи, на Сонце припадає 99,866% всієї маси Сонячної системи, якщо не враховувати космічний пил в її межах, що порівнюється з масою Сонця. Сонце на 76% складається з водню; гелію приблизно в 3,4 рази менше, а на інші елементів припадає близько 0,75% всієї маси Сонця. Схожий хімічний склад мають і планети-гіганти. Планети земної групи по хімічному складу близькі до Землі.

Рух тіл Сонячної системи
Всі планети Сонячної системи, крім того, що вони, підкоряючись тяжінню Сонця, обертаються навколо нього, мають і власне обертання. Обертається навколо своєї осі і Сонце, хоча і не як єдине жорстке ціле. Як показують засновані на ефекті Допплера вимірювання, швидкості обертання різних ділянок сонячної поверхні декілька розрізняються. На широті 16° періодів повного обігу складає 25,38 земних діб. Напрям обертання Сонця співпадає з напрямом обертання навколо нього планет і їх супутників і з напрямом власного обертання планет навколо своїх осей (за винятком Венери, Урану і ряду супутників). Маса Сонця в 330 000 разів перевершує масу Землі.

Астероїди, комети і інші малі тіла
Між орбітами Землі і Юпітера рухається декілька тисяч малих планет, або астероїдів. Це наймасивніші з малих тіл Сонячної системи, що є глибами неправильної форми з поперечниками від 0,5 км (Церера) до 768 км. Орбіти деяких з астероїдів відрізняються від орбіт великих планет: нахили до площини екліптики досягають 52°, а ексцентриситети 0,83, тоді як зі всіх великих планет нахил орбіти порівняно великий тільки у Меркурія (7° 0' 15 ), Венери (3° 23' 40") і особливо у Плутона (17° 10").
Серед малих планет Сонячної системи особливий інтерес представляє Ікар, відкритий в 1949р., який має діаметр близько 1 км. Його орбіта майже перетинається з орбітою Землі, і при найбільшому зближенні цих тіл відстань між ними зменшується до 7 млн. км. Таке зближення Ікара із Землею відбувається раз в 19 років (останнє спостерігалося в 1987р.).
Своєрідну групу малих тіл утворюють комети. За розмірами, формою і видом траєкторій вони значно відрізняються від великих планет і їх супутників. Ці тіла малі тільки по масі. «Хвіст» великої комети за об'ємом перевершує Сонце, тоді як маса може складати лише декілька тисяч тонн. Практично вся маса комети зосереджена в її ядрі, що має, ймовірно, розміри невеликого астероїда. Ядро комети складається переважно із замерзлих газів — метану, аміаку, водяної пари і вуглекислого газу — з вкрапленнями метеорних частинок. Продукти сублімації (сублімація – це перехід речовини при нагріванні з твердого стану в газоподібний, минувши рідкий стан) ядра під дією сонячного випромінювання покидають ядро і утворюють кометний хвіст, що різко збільшується при проходженні ядра через перигелій (перигелій – це точка орбіти планети, комети або штучного супутника Сонця, яка знаходиться найближче до Сонця).
В результаті розпаду кометних ядер виникають метеорні рої, при зустрічі з якими в земній атмосфері спостерігаються «дощі падаючих зірок».
Періоди обігу комет можуть досягати мільйонів років. Деколи комети віддаляються від Сонця на такі величезні відстані, що починають випробовувати гравітаційні обурення від найближчих зірок. Лише орбіти небагатьох комет обурюються настільки, що стають короткоперіодичними. Однією з найяскравіших з них є комета Галлея; період її обігу близький до 76 років. Загальне число комет Сонячної системи оцінюється сотнями мільярдів.
Метеорні тіла, як і космічний пил, заповнюють весь простір Сонячної системи. При зустрічі із Землею їх швидкості досягають 70 км/с. На їхній рух і, особливо, на рух космічного пилу впливають гравітаційне і (у меншій мірі) магнітні поля, а також потоки радіації і частинок. Усередині орбіти Землі густина космічного пилу зростає, і вона утворює хмару, що оточує Сонце, видиме із Землі як зодіакальне світло.
Сонячна система бере участь в обертанні Галактики, рухаючись по приблизно круговій орбіті із швидкістю близько 250 км/с. Період обігу навколо центру Галактики приблизно 200 млн. років.
По відношенню до найближчих зірок вся Сонячна система в середньому рухається із швидкістю 19,4 км/с.
Чорні діри
У 1783 англійський геолог і астроном Джон Мітчелл (1724-1793р.) першим припустив, що в природі можуть існувати такі масивні зірки, що навіть промінь світла не здатний покинути їх поверхню. Цю ж ідею виказав в своїй книзі «Система світу» (1796р.) французький математик і астроном Пьер Симон Лаплас. Простий розрахунок дозволив записати йому наступні знаменитий слова: «Зірка з густиною, рівної густини Землі, і діаметром більшим за діаметр Сонця в 250 разів не дає жодному світловому променю досягти нас через своє тяжіння; тому можливо, що найяскравіші небесні тіла у Всесвіті опиняються з цієї причини невидимими». Проте маса такої зірки повинна була б в десятки мільйонів раз перевершувати сонячну масу. А оскільки астрономічні вимірювання показали, що маси реальних зірок не дуже сильно відрізняються від сонячної, ідея Мітчелла і Лапласа про чорні діри виявилася забута.
Удруге учені «зіткнулися» з чорними дірами в 1916р., коли німецький астроном Карл Шварцшильд одержав перше точне рішення рівнянь, тільки-що створеної Ейнштейном теорії гравітації. Виявилося, що порожній простір навколо масивної крапки володіє особливістю на відстані rg від неї (величину rg часто називають «шварцшильдовським радіусом», а відповідну поверхню (горизонт подій) – шварцшильдовською поверхнею). У наступні півстоліття зусиллями теоретиків були з'ясовані багато дивовижних особливостей рішення Шварцшильда, але як реальний об'єкт дослідження чорні діри ще не розглядалися.
Правда, в 1930-і роки, після створення квантової механіки і відкриття нейтрона, фізики досліджували можливість формування компактних об'єктів — білих карликів і нейтронних зірок — як продуктів еволюції нормальних зірок. Виявилося, що такі об'єкти дійсно можуть народжуватися і бути стійкими, але лише при помірній початковій масі зірки. У 1939р. американські фізики Роберт Оппенгеймер і Хартланд Снайдер обґрунтували висновок, що ядро масивної зірки повинне безупинно коллапсирувати (переходити) в гранично малий об'єкт, властивості простору навколо якого (якщо він не обертається) описуються рішенням Шварцшильда. Але оскільки такий, як говорили тоді, «коллапсар» (коллапсар – це космічні тіла (інакше звані чорні діри) щодо невеликих розмірів (до 20 км в перерізі), з дуже високою густиною речовини.) або «застигла зірка» не випромінює електромагнітних хвиль. 
Табл. Фiзичнi характеристики планет Сонячної системи
Планети | Зоряний перiод обертання, роки | Середня вiдстань вiд Сонця | Нахил орбiти до еклiптики
° ґ | Маса в одиницях маси Землi | Густина г/cм3
а.о. | млн. км
Меркурiй | 0,24 | 0,39 | 57,89 | 7 00 | 0,06 | 5,43
Венера | 0,62 | 0,72 | 108,16 | 3 23 | 0,08 | 5,24
Земля | 1,0 | 1,00 | 149,60 | --- | 1,00 | 5,52
Марс | 1,88 | 1,52 | 227,99 | 1 51 | 0,11 | 3,94
Юпiтер | 11,86 | 5,20 | 778,36 | 1 18 | 317,83 | 1,33
Сатурн | 29,42 | 9,55 | 1427,01 | 2 29 | 95,16 | 0,69
Уран | 83,75 | 19,22 | 2875,27 | 0 46 | 14,50 | 1,27
Нептун | 163,72 | 30,11 | 4504,39 | 1 46 | 17,24 | 1,65
Плутон | 248,02 | 39,44 | 5900,14 | 14 08 | 0,003 | 1,9
Сонце - одна iз нескiнченних зiр, якi iснують у Всесвiтi. Сонце мае форму кулi. Видима поверхня Сонця називаеться фотосферою, радiус якоi вважаеться радiусом Сонця. На середнiй вiдстанi Землi вiд Сонця 1496 000 км (1 астрономiчна одиниця), кутовий дiаметр фотосфери складае 31ґ 59.26" . Лiнiйний радiус Сонця = 6.960x1010 см = 109,12 радiусiв Землi. Маса Сонця = 1, 991x1033 г i становить 333 000 маси Землi. Вiк Сонця приблизно 4,5x109 року. Температура в центрi Сонця = 1,5x107 K. Синодичний перiод обертання 27 дiб. Середня тривалiсть циклу активностi сонячних плям = 11.07 року. Тривалiсть вiкового циклу сонячноi активностi 80-90 рокiв. Нахил екватора до еклiптики = 7° 15ґ . Ефективна температура поверхнi Сонця =5780 К. Перiод обертання Сонця навколо центра Галактики = 200 млн.рокiв. Сонце е звичайною зiркою, яка складаеться в основному з водню i кисню.
Меркурiй - найближча до Сонця планета, трохи бiльша за Мiсяць. Перiод обертання навколо осi вiдносно зiр (сидеричний перiод) 58,65 земних дiб. Сонячна доба на цiй планетi (промiжок часу мiж послiдовними полуднями) становить близько 176 земних дiб. Меркурiй не мае атмосфери, тому його денна пiвкуля дуже нагрiваеться. У пiдсонячнiй точцi Меркурiя температура понад +300° С. Поверхня Меркурiя густо вкрита кратерами (див.рис. ), i нагадуе поверхню Мiсяця. Середня вiдстань вiд Сонця 58 млн. км або 0,387 а.о. Нахил орбiти до еклiптики 7° 0ґ . Маса = 3.3х1023кг.
Венера - друга планета Сонячноi системи вiддалена вiд Сонця на середню вiдстань 0,723 а.о. (108 млн. км), радiус твердоi поверхнi 6052 км (0,95 земного), найбiльш яскрава ранкова або вечiрня зоря. Видимий кутовий радiус змiнюеться вiд 20" до 1ґ. В час найкращоi видимостi ii зоряна величина досягае -4m. Маса 4,87 1024 кг (0,82 мас Землi), середня щiльнiсть 5250 кг/м3, обертання з перiодом 243 дiб обернене i синхронне вiдносно Землi (в нижчiй позицii завжди обернена до Землi одним боком). Сидеричний перiод обертання 224,7 дiб, синодичний перiод -583,9 дiб, перiод обертання навколо своеi осi 117 земних дiб. Нахил екватора до площини орбiти бiля 3° . Венера мае дуже щiльну атмосферу. Планета вiдрiзняеться вiд iнших планет сонячноi системи високим рiвнем геологiчноi активностi, мае бiля 1000 ударних кратерiв, найбiльш високi гори сягають 11 км - гори Максвела.
Земля - третя вiд Сонця планета Сонячноi системи, вiддалена вiд нього, на середню вiдстань 1.а.о., з перiодом обертання 1 рiк. Маса 5,98 1024 кг, середнiй радiус 6378, км. Мае единого природного супутника, який називаеться Мiсяцем. Перiод обертання вiдносно зiр 23 год 56 хв 04.1 с. Вiдрiзняеться вiд iнших планет Сонячноi системи iснуючою гiдросферою i бiосферою, а також, великою динамiчною активнiстю кори i атмосфери. Структура твердоi частини - кора; зовнiшня i тонка (10-100 км) з щiльнiстю 2,8 г/см3; мантiя дiлиться на верхню (товщина 850-900 км) i нижню, в якiй температура близька до точки плавлення ii речовини (до глибини бiля 3000 км); ядро, яке розподiлене на зовнiшне(рiдке) i внутрiшне (тверде ядро - щiльнiсть в центрi 12.5 г/см3, температура (4000-5000К). Атмосфера Землi складаеться iз азоту i кисню з малими домiшками iнших газiв. Товщина тропосфери 10 км. Магнiтне поле Землi через iнтервали вiд 500 тис. рокiв до 50 млн. змiнюе свiй напрям на протилежний. На великих вiдстанях вiд Землi форма ii магнiтного поля спотворюеться пiд дiею сонячного вiтру. В магнiтному полi Землi iснуе велика кiлькiсть зарряджених частинок , якi створюють радiацiйнi пояси Землi. Середнiй нахил еклiптики до екватора e=23° 26ґ 19.34" для епохи 2004.5. Середнiй радiус Землi =6378.032 км. Довжина 1° географiчноi довготи Ll i широти Lj залежать вiд широти. Для Киева (j =50° 25ґ ) L= 71.0 км i L= 111.25 км.
Мiсяць. Мiсяць единий природний супутник Землi.Мiсяць перемiщуеться по небу в тому самому напрямi, що i Сонце, тобто iз заходу на схiд. Видима кутова швидкiсть руху по небу =13.2° за добу. Середня швидкiсть руху по орбiтi = 1.023 км/с. Синодичний мiсяць змiнюеться внаслiдок елiптичностi мiсячноi орбiти вiд =29.25 дiб до 29.83 доби. Видимий кутовий дiаметр = 31ґ 05.16" на середнiй вiдстанi вiд Землi (384 400 км). Середнiй лiнiйний радiус = 1738 км. Маса 1/81.3 маси Землi. Середнiй нахил мiсячноi орбiти до еклiптики = 5° 08ґ 43" . Температура поверхнi Мiсяця в пiдсонячнiй точцi ~130° C, на його нiчному боцi ~170° C. Вiк Мiсяця складае 4,3-4,6 млрд рокiв.
Марс - четверта планета Сонячноi системи, вiддалена вiд Сонця на середню вiдстань 228 млн.км. Планета Марс в приблизно в два рази менше Землi i в дев"я ть раз менша по масi. Найбiльший видимий кутовий дiаметр 25" , найменший 14" . Перiод обертання 24 год 37 хв 22.6 с. Нахил екватора до площини орбiти 24° 56ґ ( у Землi 23° 26ґ ) через те, Марс мае пори року, якi схожi на земнi. Марсiанський рiк тривае 687 земних дiб. На поверхнi планети спостерiгаеться багато рiзнокольорових деталей, яскравi областi рожево-червоного кольору (це материки). Полярнi шапки - бiлi плми, якi утворюються навколо полюсiв восени i зникають на початку лiта. Темнi областi - моря займають 1/3 диска. Басейни i кратери виникли в результатi метеорних ударiв. Багато гiр вулканiчного походження (iх висота сягае 25-28 км), багато проявiв ерозii - хаотичний рельеф, канали i т.п. Поверхня вкрита великою кiлькiстю каменних блокiв. По складу породи схожi з земними, але переважають окиси залiза. Середня температура поверхнi Марса бiля 200 К, в день на екваторi вона складе 290 К, а в ночi падае до 170 К i 145 К в полярних шапках. Марс мае атмосферу, яка складаеться iз СО2 i N2. У сiчнi 2004р. американським космiчним апаратом Оппортьюнiтi за допомогою спектрального аналiзу було доведено iснування води в минулому Велика кiлькiсть води знаходиться в вiчнiй мерзлотi. Швидкiсть вiтру в атмосферi при пильових бурях складае 40-50 м/c, яка продовжуеться декiлька мiсяцiв. Марс мае два супутника: (Фобос i Деймос)вiдкритi в 1877р. Розмiри Фобоса 22-25 км, Деймоса - бiля 13 км вони мають неправильну форму.
Фотографiя Марса виконана марсоходом "Спiрит" в березнi 2004 р. Кратер Бонневiль
Юпiтер. Найбiльша планета Сонячноi системи, п"ята вiд Сонця. Маса Юпiтера в 318 раз бiльше земноi i 1/1050 сонячноi. Екваторiальний радiус 71400 км. Полярний радiус 66900 км, видимий кутовий дiаметр 40" . ( Видима "поверхня" являе собою хмарнi покрови з багатьма рухомими детелями, крiм Великоi Червоноi Плями. Космiчнi апарати знайшли меншi нерухомi червонi плями.Найбiльш помiтнi темнi i свiтлi червонуватi полоси, якi паралельнi екватору-внаслiдок зонального вiтру. Перiод обертання Юпiтера близько 9 год 50 хв. Юпiтер не мае твердоi поверхнi. Воднево-гелiева атмосфера на глибинi 1000 км плавно переходить в бiльш щiльну газову оболонку, а ще далi розташована зона металiчного водню. Юпiтер мае 16 супутникiв, чотири Галлiлеевих добре вiдомi (Iо, Ганiмед, Европа, Каллiсто).
Сатурн - шоста велика планета Сонячноi системи. Розмiщена приблизно вдвiчi далi вiд Сонця,нiж Юпiтер, i обертаеться навколо нього за 29.5 рокiв. Екваторiальний радiус 60330 км, маса 95 земних, прискорення вiльного падiння на екваторе 1100 см/с2, "сжатие" 1/10, середня щiльнiсть 0.7 г/см3. Перiод обертання на экваторi 10h14m i збiльшуеться до полюсiв. На диску можно розрiзнити полоси, зони i iншi бiльш тонкi структури. По внутрiшнiй будовi Сатурн схожий на Юпiтер. Ефективна температура Сатурну близько 95 К. Планета мае дуже красиву систему кiлець, яку досить добре видно в середнiй телескоп,а також 17 супутникiв.
Уран - Сьома велика планета Сонячноi системи. Першi шiсть планет видимi на небi неозброеним оком i е найбiльш яскравими об"ектами. Уран можна бачити тiльки в телескоп (його зоряна величина 5,8 m) вiн виглядае маленьким зеленуватим диском дiаметром бiля 4". Велика пiввiсь орбiти планети дорiвнюе ~ 19,2 а.о., перiод обертання навколо Сонця 84 роки. Перiод обертання 10 год 49 хв. Нахил площини екватора до площини еклiптики - 98° , направлення обертання обернене. Уран мае 15 супутникiв i систему кiлець. Найбiльший супутник Титанiя.
Нептун - восьма планета Сонячноi систем, вiддалена вiд Сонця на середню вiдстань в 30.1 а.о.; ii видима зоряна величина 7,6 m, кутовий радiус 2,4" , лiнiйний радiус 25050 км, маса 17,2 мас Землi. Перiод обертання навколо Сонця близько 165 рокiв. Перiод обертання навколо осi ~ 15,8 год. У Нептуна вiсiм супутникiв i система кiлець. Супутник Нептуна Тритон е одним iз найбiльших в Сонячнiй системi (його радiус 2000 км), вiн мае обернене обертання навколо планети. Другим за розмiром супутником Нептуна е Протей, вiн вiдкритий у 1982р. американським космiчним апаратом "Вояжер-2".
Плутон - вважаеться дев"ятою планетою Сонячноi системи. Плутон i його супутник Харон утворюють подвiйну систему. Плутон обертаеться навколо Сонця на середнiй вiдстанi 39.4 а.о. по орбiтi з великим ексцентриситетом(е=0,249). Через великий ексцентриситет, Плутон iнодi, розташовуеться ближче до Сонця нiж Нептун. Нахил орбiти до еклiптики 17° . Маса 0,002 маси Землi, радiус 1145 км. Це е найменша планета з великих планет Сонячноi системи. Зоряна величина Плутона 15m, а його супутника Харона близько 17m. Перiод обертання Харона навколо Плутона 6,4 дiб. Середня температура поверхнi Плутона 37К. Поверхня Плутона покрита льодом iз метана i азоту з домiшками вуглецю. Плутон мае розрiджену атмосферу.
Реферат
на тему:
«Сонячна система та її характеристика»