Солнечная система. 
Строение и происхождение

Общие сведения

Наша Солнечная система представляет собой группу гравитационно связанных небесных объектов (планет и их спутников, карликовых планет, астероидов и комет), обладающих разной массой, составом, структурой и формой и вращающихся по круговым или эллиптическим орбитам вокруг барицентра — общего центра масс. В центре системы расположено самое массивное из имеющихся поблизости тел — звезда по имени Солнце (подробнее см. далее в гл. 4). На рис. 3.1 приведен правильный порядок, однако реальный масштаб расположения планет и Солнца по отношению друг к другу не соблюден. В действительности объекты Солнечной системы находятся много дальше друг от друга (рис. 3.2), и соблюдение масштаба затруднит нам рассмотреть каждую планету детально.

Рис. 3.1. Схематичное представление Солнечной системы.

Рис. 3.2. Реальное расстояние между планетами Солнечной системы.

Планетная система типа Солнечной является скорее правилом, нежели исключением в окружающей нас Вселенной. На сегодняшний день известно, что многие звезды, наши «соседи» по Галактике, обладают своими собственными планетными системами (см. глоссарий, экзопланеты). По состоянию на 1 июня 2018 г. достоверно подтверждено существование 3786 экзопланет в 2834 планетных системах^[1]. Наблюдая за тем, как формируются, развиваются и разрушаются планетные системы вблизи других звезд, мы можем предсказать примерную последовательность эволюции Солнечной системы (рис. 3.3). Сегодня ученые исследуют протопланетные диски с помощью мощного наземного радиоинтерферометра ALMA в Чили (подробнее о радиотелескопах см. в гл. 2).

Рис. 3.3. Протопланетный диск в Туманности Ориона.

Интересный факт

Массы небесных объектов слишком велики, чтобы измерять их традиционно — в килограммах, тоннах или фунтах. Поэтому в астрономии в качестве единицы изменения массы часто используются масса Солнца (М (c)). Масса Солнца взята за образец как наиболее изученная, близкая и знакомая нам.

Основная часть массы Солнечной системы приходится на Солнце (m = 1 М₀), причем масса звезды настолько велика, что под ее воздействием происходит искривление пространства-времени (рис. 3.4). Остальная часть (т = 0,0014 М_о) содержится в планетах, располагающихся в пределах почти плоского диска — плоскости эклиптики. Доля малых тел, входящих в состав Солнечной системы, ничтожно мала по сравнению с тем вкладом в массу, который вносят Солнце и планеты (подробнее о малых телах см. в гл. 7). Таким образом, масса всей Солнечной системы составляет 1,0014 М₀, 99,9% которой приходится на Солнце, а 0,01% — на планеты (рис. 3.5).

Рис. 3.4. Искривление простанства-времени под действием солнечной.

гравитации.

Рис. 3.5. Соотношение размеров Солнца и планет Солнечной системы:

Земля — третья слева Слово «планета» в переводе с греческого переводится как «блуждающая», поскольку наши предки, наблюдая за небесными телами, заметили, что в отличие от других звезд, снова и снова возвращавшихся на свои места по ночам, несколько светил перемещались относительно небесной сферы, «блуждали».

бб На сегодняшний день планетой считается объект, движущийся в гравитационном поле звезды, излучающий отраженный свет и сумевший очистить окрестности своей орбиты от посторонних объектов. При этом массы (и давления) планеты оказалось достаточно для того, чтобы обрести форму шара, но недостаточно, чтобы в его ядре запустились термоядерные реакции.

С 2006 г. считается, что в состав Солнечной системы входит восемь планет (рис. 3.6). Ближе к Солнцу расположены четыре планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля и Марс (подробнее о планетах земной группы см. в гл. 5). Затем идут планеты-гиганты, быстро набравшие массу за счет газа (подробнее о планетах-гигантах см. в гл. 6). Планеты-гиганты в связи с преобладанием в их составе тех или иных веществ, в свою очередь, подразделяются еще на две подгруппы: к газовым гигантам относят Юпитер и Сатурн, а к ледяным гигантам — Уран и Нептун.

Рис. 3.6. Планеты Солнечной системы (с 2006 г.).

До 2006 г. девятой планетой Солнечной системы считался Плутон, пока в научном астрономическом сообществе не был принят новый термин — карликовая планета, куда впоследствии и был включен Плутон (наряду с еще четырьмя такими объектами, как Церера, Хаумеа, Макемаке и Эрида). Плутон был переклассифицирован в связи с тем, что его массы оказалось недостаточно для того, чтобы очистить свою орбиту от других объектов. Подробнее о карликовых планетах и других малых телах Солнечной системы см. в гл. 7.

По мнению астрономов из США Майка Брауна и Константина Батыгина, на задворках Солнечной системы все-таки имеется девятая планета. Ее удалось «обнаружить» путем математического анализа возмущений, которые испытывают множество ледяных тел из так называемого Пояса Койпера (подробнее см. гл. 7). Согласно расчетам масса девятой планеты в 10 раз превышает массу Земли. Расстояние до Солнца составляет 20 орбит Нептуна, вследствие чего планета не видна и делает полный оборот вокруг нашей звезды за 10—20 тыс. лет. Официально в мировом астрономическом научном сообществе факт существования девятой планеты пока не признан.

Под действием гравитации тяжелые элементы в составе планет опускаются к центру, а более легкие остаются на поверхности. Вот почему у планет земного типа образуются железные ядра, а у ледяных гигантов — внешние оболочки из водорода и гелия, окружающие мантию жидких (!) ледяных океанов.

Планеты земной группы окружены Главным поясом астероидов (насчитывается около 300 тыс. тел), а планеты-гиганты, в свою очередь, — Поясом Койпера, расположенным в 50 раз дальше от Солнца, чем Земля, и населенным астероидами и планетами-карликами. Последний очень похож на Главный пояс астероидов, но значительно превосходит его по размеру и массе (подробнее см. в гл. 7).

Бытует мнение, что внешнюю границу Солнечной системы обрамляет так называемое Облако Оорта (рис. 3.7) — гипотетическая сферическая область, населенная по большей части кометами (подробнее о кометах и других малых телах Солнечной системы см. в гл. 7). Считается, что объекты Облака Оорта первоначально были образованы в плоскости протопланетного диска на расстоянии около 40—50 а. е., но в процессе формирования Солнечной системы они были отброшены более массивными телами на задворки области, находящейся под гравитационным контролем Солнца. Масса объектов Облака Оорта составляет от 1 до 10 масс Земли.

Рис. 3.7. Солнечная система, окруженная Облаком Оорта.

Официально зарегистрировано более 700 тыс. объектов^[2], принадлежащих Солнечной системе, но в действительности их намного больше. ¹

Солнце вращается вокруг центра Галактики, а также вокруг своей оси против часовой стрелки. Планеты и другие тела Солнечной системы вращаются по орбитам вокруг Солнца в том же направлении, в то же время в зависимости от удаленности каждая планета имеет свою скорость вращения. В свою очередь, планеты вращаются вокруг своей оси под различным углом к плоскости эклиптики, причем Венера и Уран совершают суточный оборот в противоположную от других планет сторону (рис. 3.8). Некоторые планеты обладают системой спутников.

В астрономических наблюдениях выделяют такое явление, как парад планет, при котором ряд планет системы оказывается по одну сторону от звезды (в Солнечной системе, соответственно, от Солнца) в небольшом секторе.

Рис. 3.8. Наклоны осей вращения планет Солнечной системы к плоскости.

эклиптики¹

Интересный факт

Одна ювелирная компания недавно разработала эксклюзивные наручные часы The Midnight Planetarium, показывающие не только время в часах и минутах, к которому все мы привыкли, но и взаимное расположение и движение шести планет Солнечной системы (рис. 3.9). Каждая планета представлена драгоценным камнем определенного цвета. Уран и Нептун на циферблат часов не попали в связи со своим медленным и незаметным по сравнению с продолжительностью жизни человека движением по орбите.^[2]

Рис. 3.9. Наручные часы, отображающие движение планет Солнечной системы.

(?) Знаете ли вы, что такое теллурий? Как вы думаете, для чего он нужен и как устроен? Попробуйте соорудить теллурий в паре или самостоятельно.

• [1] The Extrasolar Planet Encyclopaedia — Catalog Listing. URL: http://exoplanet.eu/catalog.
• [2] По состоянию на 2018 г.
• [3] По состоянию на 2018 г.