Солнечная система. 
Открытия в естествознании в XIX в. Теория Ч. Дарвина. 
Планеты и их спутники

Солнечная система — это система небесных тел (Солнце, планеты, спутники планет, кометы, метеоритные тела, космическая пыль), двигающихся в области преобладающего гравитационного влияния Солнца. Наблюдаемые размеры Солнечной системы определяются орбитой Плутона — около 40 а.е. (1 астрономическая единица = среднему расстоянию от Земли до Солнца = 149, 6 млн. км.) (рис. 9.1). Однако сфера, в пределах которой возможно устойчивое движение небесных тел вокруг Солнца, простирается почти до ближайших звезд (230 000 а.е.).

Солнечная система входит в состав одного из двух рукавов Галактики, примерно на расстоянии 2/3 ее радиуса от центра.

Солнце — центральное тело Солнечной системы, представляет собой раскаленный плазменный шар. Солнце — ближайшая к Земле звезда Вселенной, относящаяся к разряду желтых карликов. Его звездная величина 4, 83, т. е. это ничем не примечательная звезда, каких в Галактике много.

Масса Солнца, определенная на основе Закона всемирного тяготения, -1, 99−10³⁰г, в 332.958 раз больше массы Земли. В Солнце сосредоточено 99, 866% массы Солнечной системы, а во всех планетах, кометах, астероидах и космической пыли только 0, 134%.

Средний угловой диаметр Солнца составляет 1919″, 26 (0, 53 град), чему соответствует линейный диаметр Солнца 1, 41 млн. км. (в 109 раз больше диаметра Земли). Средняя плотность Солнца — 1.43−10³ кг/м³, что в 1, 41 раза больше плотности воды (средняя плотность Земли — 5, 52−10³ кг/м³). В центре Солнца плотность составляет около 1, 5−10⁵ кг/м³, т. е. в 150 раз больше плотности воды, давление -3, 4.10¹⁶Н/м², или 3-Ю³ атм.

Температура поверхности Солнца -5770 °К., в глубине температура составляет 10−15 млн. град. К.

Вторая космическая скорость на поверхности Солнца — 618 км/с (у Земли — 11, 18 км/с). Ускорение силы тяжести на поверхности -273, 98 м/с, что в 27, 5 раза больше, чем ускорение силы тяжести на поверхности Земли. Но на глубине, при радиусе в 0, 217 солнечного, ускорение силы тяжести только в 6, 5 раза больше.

Ежесекундная энергия, излучаемая Солнцем (его светимость), составляет 3, 83.10²⁶Вт, плотность потока излучения, приходящаяся на единицу площади поверхности (яркость), — 6, 29−10⁷ Вт/м², у Земли она составляет 1, 36−10³ Вт/м².

Считается, что источником энергии, пополняющим потери на излучение и поддерживающим высокую температуру Солнца, являются ядерные реакции, происходящие в недрах Солнца, при которых водород превращается в гелий, однако эти расчеты минимум на два порядка не соответствуют реальной картине, т.к. при имеющейся энергии излучения Солнце давно должно было израсходовать весь водород.

Полное излучение Солнца определяется по освещенности, создаваемой им на поверхности Земли, — около 100 тыс. лк., когда Солнце находится в зените. Вне атмосферы на среднем расстоянии Земли от Солнца освещенность равна 127 тыс. лк.

Сила света Солнца составляет 2, 84 10²⁷св., а мощность общего излучения Солнца — 3, 83 10²⁶ Вт, из которых на Землю попадает 210″ Вт.

Солнечное вещество содержит по массе свыше 70% водорода, 27% гелия и около 2, 5% других элементов, среди которых больше всего кислорода, азота и углерода.

Внутреннее строение Солнца определено в предположении, что оно является сферически симметричным телом и находится в равновесии. Это не точно, т.к. Солнце, как и всякое вращающееся тело, должно быть несколько сжато по полюсам (у Земли такое сжатие составляет 0, 33%).

По своему строению Солнце дифференцировано на ряд концентрических сфер или областей, каждая из которых обладает специфическими особенностями (рис. 8.8). В центре находится ядро, затем область лучистого переноса энергии, далее — конвективная зона и, наконец, атмосфера. Она состоит из трех частей — фотосферы, хромосферы и короны.

Почти все излучение Солнца исходит из нижней части его атмосферы, называемой фотосферой. Толщина фотосферы около 300 км, средняя плотность 3−10″ ⁴ кг/м³, т. е. 0, 03% от плотности атмосферы Земли на уровне океана. Среднее значение температуры фотосферы около 4200°К.

Структура атмосферы — грануляционная, т. е. зернистая, что проявляется в неравномерной яркости ее участков. Размер гранул — 150−1000 км, время жизни -5−10 мин. Иногда гранулы образуют скопления по 30 000 км в диаметре.

Выше фотосферы расположен слой хромосферы, которая видна только во время солнечных затмений как розовое кольцо вокруг Солнца. На краю диска хромосфера представляется как неровная полоска, из которой выступают отдельные зубчики — спикулы. Диаметр спикул — 200−2000 км, высота — 10 000 км, скорость подъема плазмы в них 30 км/с. Одновременно на поверхности Солнца существует до 250 тыс. спикул. Спикулы образуют узлы сетки — мелкие диаметром 1000 км и крупные диаметром 2000;8000 км. Сами ячейки сетки имеют размер 30−40 тыс. км.

На Солнце видны пятна, имеющие характерную вихревую структуру. В хромосфере имеет место хаотическое турбулентное движение. На фоне неба видны яркие волокна, факелы и протуберанцы — выбросы из хромосферы. Все протуберанцы делятся на три группы — электромагнитные, в которых движение происходит по линиям магнитного поля, хаотические, в которых преобладают турбулентные движения со скоростью порядка 10−30 км/с, и эруптивные, в которых вещество первоначально спокойного протуберанца внезапно выбрасывается с возрастающей до 700 км/с скоростью. В активных областях хромосферы наблюдаются внезапные и сравнительно кратковременные увеличения яркости, длящиеся от нескольких минут, до нескольких часов. При вспышках выделяется большое количество энергии. Некоторые из них сопровождаются сильным излучением космических лучей, представляющими опасность для космонавтов.

Солнечная корона — самая внешняя и наиболее разреженная часть атмосферы. Общая форма короны меняется с фазой цикла солнечной активности, в годы минимума корона сильно вытянута вдоль экватора, в годы максимума она почти сферична.

В активности Солнца четко прослеживается 11-летний цикл, связанный, по всей видимости, с обращением Юпитера вокруг Солнца, а также подциклы, связанные с движением вокруг Солнца тяжелых планет. Сама же активность Солнца существенным образом влияет на процессы, происходящие на Земле — в атмосфере, магнитосфере и биосфере. Кроме того следует помнить, что вся энергия на Земле (кроме атомной) имеет в своей основе энергию Солнца либо текущую (энергия ветра, падающей воды и т. п.), либо запасенную (энергия, выделяющаяся при сгорании всех видов горючего).

Солнце и планеты образовались в едином процессе в результате сжатия облака межзвездного газа, сдержавшего 1−2% твердых веществ.

При сжатии газопылевого облака сначала образовалось более плотное горячее ядро. Затем вследствие неустойчивости на краю ядра, в его экваториальной плоскости, отделилось небольшое количество вещества, из которого сформировалось уплощенное газопылевое облако — диск.

Вещество, продолжавшее падать на диск, способствовало разрастанию диска до размеров, близких к размерам современной планетной системы.

Ядро, от которого передавался вращательный момент, сжавшись, превратилось в Солнце. Согласно расчетам, проведенным учеными разных стран, эта стадия протекала в течение одного миллиона лет.

В возникшем допланетном диске пылевые частицы опускались сквозь газ к центральной плоскости, образовав обогащенный пылью слой. Было показано, что такой слой гравитационно неустойчив и должен распасться на множество пылевых сгущений.

Объединяясь при столкновениях, сгущения сжимались и превращались в сплошные твердые тела поперечником порядка 10 километров в зоне планет земной группы. Продолжительность этой стадии была не более ста тысяч лет.

Далее последовала более длительная эволюция роя допланетных тел. Относительные скорости тел определялись их гравитационными возмущениями при сближениях и первоначально были малы. Тела при столкновениях преимущественно объединялись.

При этом скорости тел, согласно расчетам, росли пропорционально радиусу крупнейших тел. Когда последние достигали размеров Луны, скорости увеличивались почти до одного километра в секунду и тела стали дробиться при соударениях.

Большие тела своим тяготением удерживали осколки и продолжали расти, присоединяя к себе другие. Так возник широкий спектр размеров — от характерных для крупных тел до свойственных малым частицам.

Эти результаты теоретических исследований подтверждаются данными о распределении тел в поясе астероидов и статистикой кратеров на Луне, Меркурии, у отдельных спутников Юпитера, поверхность которых еще сохраняет память о заключительных этапах аккумуляции.

Самые крупные тела росли относительно быстрее других и стали зародышами будущих планет. Они эффективно поглощали вещество, оказавшееся на их пути. При этом расширялись их зоны питания и гравитвционного влияния, им становилось тесно, и меньшие из них превращались из поглощающих в поглощаемые. К концу этого процесса осталось всего лишь 9 больших планет, отстоящих одна от другой на таких расстояниях, что их движение оставалось устойчивым на протяжении миллиардов лет.

В зоне Земли процесс аккумуляции тел в планету длился около 100 миллионов лет. Под действием корпускулярного «ветра» и коротковолнового излучения молодого Солнца газ из зоны Земли был удален за время около 10 миллионов лет, поэтому заключительная стадия ее роста протекала, по-видимому, в отсутствие газа.

Солнечная система состоит из Солнца и системы планет. Планетная система состоит из всех тел, вращающихся вокруг Солнца, это планеты, карликовые планеты, спутники планет, стероиды, метеороиды, кометы и космическая пыль.

Солнечная система возникла пять млрд. лет назад в результате сжатия газопылевого облака.

Планеты и их спутники:

• 1. Меркурий,
• 2. Венера,
• 3. Земля (спутник Луна),
• 4. Марс (спутники Фобос и Деймос),
• 5. Юпитер (63 спутника),
• 6. Сатурн (49 спутника и кольца),
• 7. Уран (27 спутника),
• 8. Нептун (13 спутников).

Малые тела Солнечной системы:

• · Астероиды,
• · Объекты пояса Койпера (Квавар и Иксион),
• · Карликовые планеты (Церера, Плутон, Эрида),
• · Объекты облака Орта (Седна, Оркус),
• · Кометы (комета Галлея),
• · Метеорные тела.

АСТЕРОИД, или малая планета, сравнительно небольшое каменистое небесное тело, множество которых обращается вокруг Солнца в основном между орбитами Марса и Юпитера; иногда они заходят и внутрь орбиты Земли. Астероиды и кометы — это остатки того вещества, из которого 4, 5 млрд. лет назад сформировались большие планеты.

Первый астероид, Церера, был обнаружен в 1801; с тех пор их постоянно ищут и регулярно открывают новые; в конце 20 в. число астероидов с известными орбитами приблизилось к 10 000.

Сегодня мы знаем, что такое кометы, однако многое о них остается неясным. Когда мы впервые замечаем комету, мы наблюдаем только небольшой светлый объект, хотя сама комета может достигать нескольких тысяч километров в диаметре.

Источником света является «голова», или ядро кометы. Ученые считают, что она, возможно, состоит из сгустка твердых частиц и газов. Для нас остается загадкой, откуда они взялись.

С приближением к Солнцу у кометы появляется хвост. Он состоит из очень разреженного газа и мельчайших частиц, которые срываются с ядра кометы под воздействием Солнца. Ядро кометы окружает ее третья часть, называемая «оболочкой». Это светящееся облако твердого вещества, которое может достигать в диаметре 250 000 км и более.

Хвосты комет различны по форме и размеру. Одни — короткие и широкие, другие — длинные и тонкие. Обычно их длина достигает порядка 10 млн км, а иногда — 180 млн км. А у некоторых комет вообще нет хвоста.

По мере того, как растет хвост, возрастает скорость движения кометы, так как она приближается к Солнцу. В это время комета движется головой вперед. А затем происходит нечто странное. Комета, удаляясь от Солнца, движется хвостом вперед. Это происходит оттого, что лучи Солнца срывают с ядра кометы мельчайшие частицы материи, образуя хвост кометы, в направлении, обратном Солнцу.