88. Эволюция звезд. Термоядерный синтез. Солнце и его строение.
Звёздная эволюция в астрономии — последовательность изменений, которым звезда подвергается в течение её жизни, то есть на протяжении сотен тысяч, миллионов или миллиардов лет, пока она излучает свет и тепло. В течение таких колоссальных промежутков времени изменения оказываются весьма значительными.
Звезда начинает свою жизнь как холодное разряжённое облако межзвёздного газа, сжимающееся под действием собственного тяготения и постепенно принимающее форму шара. При сжатии энергия гравитации переходит в тепло, и температура объекта возрастает. Когда температура в центре достигает 15—20 миллионов К, начинаются термоядерные реакции и сжатие прекращается. Объект становится полноценной звездой. Первая стадия жизни звезды подобна солнечной — в ней доминируют реакции водородного цикла[1]. В таком состоянии она пребывает бо́льшую часть своей жизни, находясь на главной последовательности диаграммы Герцшпрунга — Расселла, пока не закончатся запасы топлива в её ядре. Когда в центре звезды весь водород превращается в гелий, образуется гелиевое ядро, а термоядерное горение водорода продолжается на периферии ядра.
Эволюция звезды класса G на примере Солнца
В этот период структура звезды начинает меняться. Её светимость растёт, внешние слои расширяются, а температура поверхности снижается — звезда становитсякрасным гигантом, которые образуют ветвь на диаграмме Герцшпрунга-Рассела. На этой ветви звезда проводит значительно меньше времени, чем на главной последовательности. Когда накопленная масса гелиевого ядра становится значительной, оно не выдерживает собственного веса и начинает сжиматься; если звезда достаточно массивна, возрастающая при этом температура может вызвать дальнейшее термоядерное превращение гелия в более тяжёлые элементы (гелий — вуглерод, углерод — в кислород, кислород — в кремний, и наконец — кремний в железо).
Изучение звёздной эволюции невозможно наблюдением лишь за одной звездой — многие изменения в звёздах протекают слишком медленно, чтобы быть замеченными даже по прошествии многих веков. Поэтому учёные изучают множество звёзд, каждая из которых находится на определённой стадии жизненного цикла. За последние несколько десятилетий широкое распространение в астрофизике получило моделирование структуры звёзд с использованием вычислительной техники.
Содержание
[убрать]
1 Термоядерный синтез в недрах звёзд
2 Рождение звёзд
3 Молодые звёзды
3.1 Молодые звёзды малой массы
3.2 Молодые звёзды промежуточной массы
3.3 Молодые звёзды с массой больше 8 солнечных масс
4 Середина жизненного цикла звезды
5 Зрелость
6 Поздние годы и гибель звёзд
6.1 Старые звёзды с малой массой
6.2 Звёзды среднего размера
6.3 Сверхмассивные звёзды
6.3.1 Нейтронные звёзды
6.3.2 Чёрные дыры
7 Примечания
8 См. также
9 Ссылки
Термоядерный синтез в недрах звёзд[править | править вики-текст]
К 1939 году было установлено, что источником звёздной энергии является происходящий в недрах звёзд термоядерный синтез[2]. Большинство звёзд испускают излучение потому, что в их недрах четыре протона соединяются через ряд промежуточных этапов в одну альфа-частицу. Это превращение может идти двумя основными путями, называемыми протон-протонным, или p-p-циклом, и углеродно-азотным, или CN-циклом. В маломассивных звёздах энерговыделение в основном обеспечивается первым циклом, в тяжёлых — вторым. Запас ядерного топлива в звезде ограничен и постоянно тратится на излучение. Процесс термоядерного синтеза, выделяющий энергию и изменяющий состав вещества звезды, в сочетании с гравитацией, стремящейся сжать звезду и тоже высвобождающей энергию, а также с излучением с поверхности, уносящим выделяемую энергию, являются основными движущими силами звёздной эволюции.
Со́лнце (астр. ☉) — единственная звезда Солнечной системы. Вокруг Солнца обращаются другие объекты этой системы:планеты и их спутники, карликовые планеты и их спутники, астероиды, метеориты, кометы и космическая пыль. Масса Солнца составляет 99,866 % от суммарной массы всей Солнечной системы[7]. Солнечное излучение поддерживает жизнь на Земле[8](свет необходим для начальных стадий фотосинтеза), определяет климат. Солнце состоит из водорода (≈73 % от массы и ≈92 % от объёма), гелия (≈25 % от массы и ≈7 % от объёма[9]) и других элементов с меньшей концентрацией: железа, никеля,кислорода, азота, кремния, серы, магния, углерода, неона, кальция и хрома[10]. На 1 млн атомов водорода приходится 98 000 атомов гелия, 851 атом кислорода, 398 атомов углерода, 123 атома неона, 100 атомов азота, 47 атомов железа, 38 атомов магния, 35 атомов кремния, 16 атомов серы, 4 атома аргона, 3 атома алюминия, по 2 атома никеля, натрия и кальция, а также малое количество прочих элементов. Средняя плотность Солнца составляет 1,4 г/см³. По спектральной классификацииСолнце относится к типу G2V («жёлтый карлик»). Температура поверхности Солнца достигает 6000 К. Поэтому Солнце светит почти белым светом, но прямой свет Солнца у поверхности нашей планеты приобретает некоторый жёлтый оттенок из-за более сильного рассеяния и поглощения коротковолновой части спектра атмосферой Земли (при ясном небе, вместе с голубым рассеянным светом от неба, солнечный свет вновь даёт белое освещение).
Солнечный спектр содержит линии ионизированных и нейтральных металлов, а также водорода и гелия. В нашей галактикеМлечный Путь насчитывается свыше 100 миллиардов звёзд[11]. При этом 85 % звёзд нашей галактики — это звёзды, менее яркие, чем Солнце (в большинстве своём красные карлики). Как и все звёзды главной последовательности, Солнце вырабатывает энергию путём термоядерного синтеза. В случае Солнца подавляющая часть энергии вырабатывается при синтезе гелия из водорода.
Удалённость Солнца от Земли, 149 миллионов 600 тысяч километров, приблизительно равна астрономической единице, авидимый угловой диаметр при наблюдении с Земли, как и у Луны, — чуть больше полградуса (31—32 минуты). Солнце находится на расстоянии около 26 000 световых лет от центра Млечного Пути и вращается вокруг него, делая один оборот более чем за 200 миллионов лет[12]. Орбитальная скорость Солнца равна 217 км/с — таким образом, оно проходит один световой год за 1400 земных лет, а одну астрономическую единицу — за 8 земных суток[13]. В настоящее время Солнце находится во внутреннем крае рукава Ориона нашей Галактики, между рукавом Персея и рукавом Стрельца, в так называемом «Местном межзвёздном облаке» — области повышенной плотности, расположенной, в свою очередь, в имеющем меньшую плотность «Местном пузыре» — зоне рассеянного высокотемпературного межзвёздного газа. Из звёзд, принадлежащих 50 самым близким звёздным системам в пределах 17 световых лет, известным в настоящее время, Солнце является четвёртой по яркости звездой (его абсолютная звёздная величина +4,83m).
Содержание
[убрать]
1 Общие сведения
2 Жизненный цикл
3 Структура
3.1 Внутреннее строение Солнца
3.1.1 Солнечное ядро
3.1.2 Зона лучистого переноса
3.1.3 Конвективная зона Солнца
3.2 Атмосфера Солнца
3.2.1 Фотосфера
3.2.2 Хромосфера
3.2.3 Корона
3.2.4 Солнечный ветер
4 Магнитные поля Солнца
4.1 Происхождение и виды солнечных магнитных полей
4.2 Солнечная активность и солнечный цикл
4.3 Солнце как переменная звезда
5 Теоретические проблемы
5.1 Проблема солнечных нейтрино
5.2 Проблема нагрева короны
6 Исследования Солнца
6.1 Ранние наблюдения Солнца
6.2 Развитие современного научного понимания
6.3 Космические исследования Солнца
6.4 Наблюдения Солнца и опасность для зрения
7 Солнечные затмения
8 Солнце и Земля
9 Солнце в мировой культуре
10 Двойники Солнца
11 Примечания
12 Ссылки
Общие сведения[править | править вики-текст]
Солнце принадлежит к первому типу звёздного населения. Одна из распространённых теорий возникновения Солнечной системы предполагает, что её формирование было вызвано взрывами одной или нескольких сверхновых звёзд[14]. Это предположение основано, в частности, на том, что в веществе Солнечной системы содержится аномально большая долязолота и урана, которые могли бы быть результатом эндотермических реакций, вызванных этим взрывом, или ядерного превращения элементов путём поглощения нейтронов веществом массивной звезды второго поколения.
Земля и Солнце (фотомонтаж с сохранением соотношения размеров)
Излучение Солнца — основной источник энергии на Земле. Его мощность характеризуется солнечной постоянной — количеством энергии, проходящей через площадку единичной площади, перпендикулярную солнечным лучам. На расстоянии в одну астрономическую единицу (то есть на орбите Земли) эта постоянная равна приблизительно 1,37 кВт/м².
Проходя сквозь атмосферу Земли, солнечное излучение теряет в энергии примерно 370 Вт/м², и до земной поверхности доходит только 1000 Вт/м²(при ясной погоде и когда Солнце находится в зените). Эта энергия может использоваться в различных естественных и искусственных процессах. Так, растения, используя её посредством фотосинтеза, синтезируют органические соединения с выделением кислорода. Прямое нагревание солнечными лучами или преобразование энергии с помощью фотоэлементов может быть использовано для производства электроэнергии(солнечными электростанциями) или выполнения другой полезной работы. Путём фотосинтеза была в далёком прошлом получена и энергия, запасённая в нефти и других видах ископаемого топлива.
Сравнительные размеры Солнца при наблюдении из окрестностей хорошо известных тел Солнечной системы
Ультрафиолетовое излучение Солнца имеет антисептические свойства, позволяющие использовать его для дезинфекции воды и различных предметов. Оно также вызывает загар и имеет другие биологическиеэффекты — например, стимулирует производство в организме витамина D. Воздействие ультрафиолетовой части солнечного спектра сильно ослабляется озоновым слоем в земной атмосфере, поэтому интенсивность ультрафиолетового излучения на поверхности Земли сильно меняется сширотой. Угол, под которым Солнце стоит над горизонтом в полдень, влияет на многие типы биологической адаптации — например, от него зависит цвет кожи человека в различных регионах земного шара[15].
Наблюдаемый с Земли путь Солнца по небесной сфере изменяется в течение года. Путь, описываемый в течение года той точкой, которую занимает Солнце на небе в определённое заданное время, называется аналеммой и имеет форму цифры 8, вытянутой вдоль оси север — юг. Самая заметная вариация в видимом положении Солнца на небе — его колебание вдоль направления север — юг с амплитудой 47° (вызванное наклоном плоскости эклиптики к плоскости небесного экватора, равным 23,5°). Существует также другая компонента этой вариации, направленная вдоль оси восток — запад и вызванная увеличением скорости орбитального движения Земли при её приближении к перигелию и уменьшением — при приближении к афелию. Первое из этих движений (север — юг) является причиной смены времён года.
Земля проходит через точку афелия в начале июля и удаляется от Солнца на расстояние 152 млн км, а через точку перигелия — в начале января и приближается к Солнцу на расстояние 147 млн км[16]. Видимый диаметр Солнца между этими двумя датами меняется на 3 %[17]. Поскольку разница в расстоянии составляет примерно 5 млн км, то в афелии Земля получает примерно на 7 % меньше тепла. Таким образом, зимы в северном полушарии немного теплее, чем в южном, а лето немного прохладнее.
Солнце — магнитоактивная звезда. Она обладает сильным магнитным полем, напряжённость которого меняется со временем и которое меняет направление приблизительно каждые 11 лет, во время солнечного максимума. Вариации магнитного поля Солнца вызывают разнообразные эффекты, совокупность которых называется солнечной активностью и включает в себя такие явления, как солнечные пятна, солнечные вспышки, вариации солнечного ветра и т. д., а на Земле вызывает полярные сияния в высоких и средних широтах и геомагнитные бури, которые негативно сказываются на работе средств связи, средств передачиэлектроэнергии, а также негативно воздействует на живые организмы (вызывают головную боль и плохое самочувствие у людей, чувствительных к магнитным бурям)[18][19]. Предполагается, что солнечная активность играла большую роль в формировании и развитии Солнечной системы. Она также оказывает влияние на структуру земной атмосферы.
Жизненный цикл[править | править вики-текст]
Основные статьи: Формирование и эволюция Солнечной системы, Звёздная эволюция
Солнце является молодой звездой третьего поколения (популяции I) с высоким содержанием металлов, то есть оно образовалось из останков звёзд первого и второго поколений (соответственно популяций III и II).
Текущий возраст Солнца (точнее — время его существования на главной последовательности), оценённый с помощью компьютерных моделей звёздной эволюции, равен приблизительно 4,57 млрд лет[20].
Считается[20], что Солнце сформировалось примерно 4,59 млрд лет назад, когда быстрое сжатие под действием сил гравитации облака молекулярного водородапривело к образованию в нашей области Галактики звезды первого типа звёздного населения типа T Тельца.
Звезда такой массы, как Солнце, должна существовать на главной последовательности в общей сложности примерно 10 млрд лет. Таким образом, сейчас Солнце находится примерно в середине своего жизненного цикла[21]. На современном этапе в солнечном ядре идут термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Каждую секунду в ядре Солнца около 4 млн тонн вещества превращается в лучистую энергию, в результате чего генерируется солнечное излучение и поток солнечныхнейтрино.
По мере того, как Солнце постепенно расходует запасы своего водородного горючего, оно становится всё горячее, а его светимость медленно, но неуклонно увеличивается. К возрасту 5,6 млрд лет, через 1,1 млрд лет от настоящего времени, наше дневное светило будет ярче на 11 %, чем сейчас[22]. Увеличение светимости Солнца в этот период таково, что поверхность Земли вследствие парникового эффекта, индуцированного парами воды, будет слишком горяча для того, чтобы на ней могла существовать жизнь в её современном понимании. Несмотря на это, жизнь может остаться в океанах[23] и полярных областях. По мнению профессораПенсильванского университета Дж. Кастинга[24], исчезновение жизни из-за повышения температуры, вызванным увеличением яркости Солнца[25], возможно ещё до стадии красного гиганта, через 1 миллиард лет[26][27]. К этому моменту Солнце достигнет максимальной поверхностной температуры (5800 К) за всё своё время эволюции в прошлом и будущем вплоть до фазы белого карлика; на следующих стадиях температура фотосферы будет меньше.
К возрасту 8 млрд лет (через 3,5 млрд лет от настоящего времени) яркость Солнца возрастёт на 40 %[22]. К тому времени условия на Земле будут подобны условиям наВенере сегодня[23]: вода с поверхности планеты исчезнет полностью и улетучится в космос[23]. Эта катастрофа приведёт к окончательному уничтожению всех форм жизни на Земле. По мере того, как водородное топливо в солнечном ядре будет выгорать, его внешняя оболочка будет расширяться, а ядро — сжиматься и нагреваться.
Когда Солнце достигнет возраста 10,9 млрд лет (6,4 млрд лет от настоящего времени), водород в ядре кончится, а образовавшийся из него гелий, ещё неспособный в этих условиях к термоядерному горению, станет сжиматься и уплотняться ввиду прекращения ранее поддерживавшего его «на весу» потока энергии из центра. Горение водорода будет продолжаться в тонком внешнем слое ядра. На этой стадии радиус Солнца достигнет 1,59 R☉, а светимость будет в 2,21 раза больше современной. В течение следующих 0,7 млрд лет Солнце будет относительно быстро расширяться (до 2,3 R☉), сохраняя почти постоянную светимость, а его температура упадёт с 5500 K до 4900 K[23]. В конце этой фазы, достигнув возраста 11,6 млрд лет (через 7 млрд лет от настоящего времени) Солнце станетсубгигантом[23].
Приблизительно через 7,6-7,8[28][23] миллиардов лет, к возрасту 12,2 млрд лет ядро Солнца разогреется настолько, что запустит процесс горения водорода в окружающей его оболочке[28]. Это повлечёт за собой бурное расширение внешних оболочек светила, и таким образом Солнце покинет главную последовательность, на которой оно находилось почти с момента своего рождения, и станет красным гигантом, перейдя на вершину ветви красных гигантов диаграммы Герцшпрунга — Рассела[28]. В этой фазе радиус Солнца увеличится в 256 раз по сравнению с современным[28]. Расширение звезды приведёт к сильному увеличению её светимости (в 2700 раз) и охлаждению поверхности до 2650 К[28]. По-видимому, расширяющиеся внешние слои Солнца в это время достигнут современной орбиты Земли. При этом исследования показывают, что ещё до этого момента потеря Солнцем более 28 %[23] его массы приведёт к тому, что Земля перейдёт на более далёкую от Солнца орбиту и, таким образом, избежит поглощения внешними слоями солнечной плазмы[29][26]. Хотя исследования 2008 года показывают, что Земля скорее всего всё-таки будет поглощена Солнцем вследствие приливных взаимодействий с его внешней оболочкой[28]. Даже если наша планета избежит поглощения Солнцем, вся вода на ней перейдёт в газообразное состояние, а её атмосфера будет сорвана сильнейшим солнечным ветром[30].
Данная фаза существования Солнца продлится лишь около десяти миллионов лет. Когда температура в ядре достигнет 100 млн К, произойдёт гелиевая вспышка, и начнётся термоядерная реакция синтеза углерода и кислорода из гелия[23]. Солнце, получившее новый источник энергии, уменьшится в размере до 9,5 R☉[23]. Спустя 100—110 млн лет, когда запасы гелия иссякнут, повторится бурное расширение внешних оболочек звезды, и она снова станет красным гигантом[23]. Этот период существования Солнца будет сопровождаться мощными вспышками, временами его светимость будет превышать современный уровень в 5200 раз[23][31]. Это будет происходить от того, что в термоядерную реакцию будут вступать ранее не затронутые остатки гелия[31]. В таком состоянии Солнце просуществует около 20 млн лет[23].
Масса Солнца недостаточна для того, чтобы его эволюция завершилась взрывом сверхновой. После того как Солнце пройдёт фазу красного гиганта, термические пульсации приведут к тому, что его внешняя оболочка будет сорвана, и из неё образуется планетарная туманность. В центре этой туманности останется сформированный из ядра Солнца белый карлик, очень горячий и плотный объект, но размером только с Землю[23]. Изначально этот белый карлик будет иметь температуру поверхности 120 000 К[23] и светимость 3500[23] солнечных, но в течение многих миллионов и миллиардов лет будет остывать и угасать. Данный жизненный цикл считается типичным для звёзд малой и средней массы.
Структура[править | править вики-текст]
Внутреннее строение Солнца[править | править вики-текст]
Строение Солнца. В центре Солнца находится солнечное ядро. Фотосфера — это видимая поверхность Солнца, которая и является основным источником излучения. Солнце окружает солнечная корона, которая имеет очень высокую температуру, однако она крайне разрежена, поэтому видима невооружённым глазом только во время полного солнечного затмения.
Солнечное ядро[править | править вики-текст]
Основная статья: Солнечное ядро
Центральная часть Солнца с радиусом примерно 150—175 тыс. км (то есть 20—25 % от радиуса Солнца), в которой идут термоядерные реакции, называется солнечным ядром[32]. Плотность вещества в ядре составляет примерно 150 000 кг/м³[33] (в 150 раз выше плотности воды и в
6,6 раз выше плотности самого плотного металла на Земле — осмия), а температура в центре ядра — более 14 млн К. Анализ данных, проведённый миссией SOHO, показал, что в ядре скорость вращения Солнца вокруг своей оси значительно выше, чем на поверхности[32][20]. В ядре осуществляется протон-протонная термоядерная реакция, в результате которой из четырёх протонов образуется гелий-4[34]. При этом каждую секунду в излучение превращаются 4,26 млн тонн вещества, однако эта величина ничтожна по сравнению с массой Солнца — 2·1027 тонн. Мощность, выделяемая различными зонами ядра, зависит от их расстояния до центра Солнца. В самом центре она достигает, согласно теоретическим оценкам, 276,5 Вт/м³[35]. Таким образом, на объём человека (0,05 м³) приходится выделение тепла 285 Ккал/день (1192 кДж/день), что на порядок меньше удельного тепловыделения живого бодрствующего человека. Удельное же тепловыделение всего объёма Солнца ещё на два порядка меньше. Благодаря столь скромному удельному энерговыделению запасов «топлива» (водорода) хватает на несколько миллиардов лет поддержания термоядерной реакции.
Ядро — единственное место на Солнце, в котором энергия и тепло получается от термоядерной реакции, остальная часть звезды нагрета этой энергией. Вся энергия ядра последовательно проходит сквозь слои, вплоть до фотосферы, с которой излучается в виде солнечного света и кинетической энергии[36][37].
89. Характеристики солнечной системы. Тела солнечной системы.
Со́лнечная систе́ма — планетная система, включающая в себя центральную звезду — Солнце — и все естественныекосмические объекты, обращающиеся вокруг Солнца. Она сформировалась путём гравитационного сжатиягазопылевого облака примерно 4,57 млрд лет назад[2].
Бо́льшая часть массы объектов Солнечной системы приходится на Солнце; остальная часть содержится в восьми относительно уединённых планетах, имеющих почти круговые орбиты и располагающихся в пределах почти плоского диска — плоскости эклиптики. Общая масса системы составляет около 1,0014 M☉.
Четыре меньшие внутренние планеты — Меркурий, Венера, Земля[19] и Марс (также называемые планетами земной группы) — состоят в основном из силикатов и металлов. Четыре внешние планеты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун(также называемые газовыми гигантами) — намного более массивны, чем планеты земной группы. Крупнейшие планеты Солнечной системы, Юпитер и Сатурн, состоят главным образом из водорода и гелия; внешние, меньшие Уран и Нептун, помимо водорода и гелия, содержат в составе своих атмосфер метан и угарный газ[20]. Такие планеты выделяются в отдельный класс «ледяных гигантов»[21]. Шесть планет из восьми и три карликовые планеты имеют естественные спутники. Каждая из внешних планет окружена кольцами пыли и других частиц.
В Солнечной системе существуют две области, заполненные малыми телами. Пояс астероидов, находящийся между Марсом и Юпитером, сходен по составу с планетами земной группы, поскольку состоит из силикатов и металлов. Крупнейшими объектами пояса астероидов являются карликовая планета Церера и астероиды Паллада, Веста иГигея. За орбитой Нептуна располагаются транснептуновые объекты, состоящие из замёрзшей воды, аммиака иметана, крупнейшими из которых являются Плутон, Седна, Хаумеа, Макемаке, Квавар, Орк и Эрида. В Солнечной системе существуют и другие популяции малых тел, такие как планетные квазиспутники и троянцы, околоземные астероиды, кентавры, дамоклоиды, а также перемещающиеся по системе кометы, метеороиды и космическая пыль.
Солнечный ветер (поток плазмы от Солнца) создаёт пузырь в межзвёздной среде, называемый гелиосферой, который простирается до края рассеянного диска. Гипотетическое облако Оорта, служащее источником долгопериодических комет, может простираться на расстояние примерно в тысячу раз дальше гелиосферы.
Солнечная система входит в состав галактики Млечный Путь.
Содержание
[убрать]
1 Структура
2 Состав
2.1 Солнце
2.2 Внутренняя область Солнечной системы
2.2.1 Планеты земной группы
2.2.1.1 Меркурий
2.2.1.2 Венера
2.2.1.3 Земля
2.2.1.4 Марс
2.2.2 Пояс астероидов
2.2.2.1 Группы астероидов
2.2.2.2 Церера
2.3 Внешняя область Солнечной системы
2.3.1 Планеты-гиганты
2.3.1.1 Юпитер
2.3.1.2 Сатурн
2.3.1.3 Уран
2.3.1.4 Нептун
2.3.2 Кометы
2.3.3 Кентавры
2.3.4 Транснептуновые объекты
2.3.4.1 Пояс Койпера
2.3.4.1.1 Плутон
2.3.4.1.2 Хаумеа
2.3.4.1.3 Макемаке
2.3.4.2 Рассеянный диск
2.4 Отдалённые области
2.4.1 Гелиосфера
2.4.2 Облако Оорта
2.5 Пограничные области
3 Сравнительная таблица основных параметров планет и карликовых планет
4 Формирование и эволюция Солнечной системы
4.1 Устойчивость Солнечной системы
5 «Открытие» и исследование Солнечной системы
5.1 Наблюдения
5.2 Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы
5.3 Исследования Солнечной системы
6 Колонизация Солнечной системы
7 Галактическая орбита
8 См. также
9 Примечания
10 Литература
11 Ссылки
Структура[править | править вики-текст]
Орбиты объектов Солнечной системы, в масштабе (по часовой стрелке, начиная с верхней левой части)
Центральным объектом Солнечной системы является Солнце — звезда главной последовательности спектрального класса G2V, жёлтый карлик. В Солнце сосредоточена подавляющая часть всей массы системы (около 99,866 %), оно удерживает своим тяготением планеты и прочие тела, принадлежащие к Солнечной системе[22]. Четыре крупнейших объекта — газовые гиганты — составляют 99 % оставшейся массы (при этом большая часть приходится на Юпитер и Сатурн — около 90 %).
Большинство крупных объектов, обращающихся вокруг Солнца, движутся практически в одной плоскости, называемойплоскостью эклиптики. В то же время кометы и объекты пояса Койпера часто обладают большими углами наклона к этой плоскости[23][24].
Все планеты и большинство других объектов обращаются вокруг Солнца в одном направлении с вращением Солнца (против часовой стрелки, если смотреть со стороны северного полюса Солнца). Есть исключения, такие как комета Галлея. Самой большой угловой скоростью обладает Меркурий — он успевает совершить полный оборот вокруг Солнца всего за 88 земных суток. А для самой удалённой планеты — Нептуна — период обращения составляет 165 земных лет.
Бо́льшая часть планет вращается вокруг своей оси в ту же сторону, что и обращается вокруг Солнца. Исключения составляют Венера и Уран, причём Уран вращается практически «лёжа на боку» (наклон оси около 90°). Для наглядной демонстрации вращения используется специальный прибор — теллурий.
Многие модели Солнечной системы условно показывают орбиты планет через равные промежутки, однако в действительности, за малым исключением, чем дальше планета или пояс от Солнца, тем больше расстояние между её орбитой и орбитой предыдущего объекта. Например, Венера приблизительно на 0,33 а. е. дальше от Солнца, чем Меркурий, в то время как Сатурн на 4,3 а. е. дальше Юпитера, а Нептун на 10,5 а. е. дальше Урана. Были попытки вывести корреляции между орбитальными расстояниями (например, правило Тициуса — Боде)[25], но ни одна из теорий не стала общепринятой.
Орбиты объектов вокруг Солнца описываются законами Кеплера. Согласно им, каждый объект обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. У более близких к Солнцу объектов (с меньшей большой полуосью) больше угловая скорость вращения, поэтому короче период обращения (год). На эллиптической орбите расстояние объекта от Солнца изменяется в течение его года. Ближайшая к Солнцу точка орбиты объекта называется перигелий, наиболее удалённая —афелий. Каждый объект движется быстрее всего в своём перигелии и медленнее всего в афелии. Орбиты планет близки к кругу, но многие кометы, астероиды и объекты пояса Койпера имеют сильно вытянутые эллиптические орбиты.
Большинство планет Солнечной системы обладают собственными подчинёнными системами. Многие окружены спутниками, некоторые из спутников по размеру превосходят Меркурий. Большинство крупных спутников находятся в синхронном вращении, одна их сторона постоянно обращена к планете. Четыре крупнейшие планеты — газовые гиганты — обладают также кольцами, тонкими полосами крошечных частиц, обращающимися по очень близким орбитам практически в унисон.
Терминология[править | править вики-текст]
Иногда Солнечную систему разделяют на регионы. Внутренняя часть Солнечной системы включает четыре планеты земной группы и пояс астероидов. Внешняя часть начинается за пределами пояса астероидов и включает четыре газовых гиганта[26]. После открытия пояса Койпера наиболее удалённой частью Солнечной системы считают регион, состоящий из объектов, расположенных дальше Нептуна[27].
Все объекты Солнечной системы, обращающиеся вокруг Солнца, официально делят на три категории: планеты, карликовые планеты и малые тела Солнечной системы. Планета — любое тело на орбите вокруг Солнца, оказавшееся достаточно массивным, чтобы приобрести сферическую форму, но недостаточно массивным для начала термоядерного синтеза, и сумевшее очистить окрестности своей орбиты от планетезималей. Согласно этому определению в Солнечной системе имеется восемь известных планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Плутон не соответствует этому определению, поскольку не очистил свою орбиту от окружающих объектов пояса Койпера[28]. Карликовая планета — небесное тело, обращающееся по орбите вокруг Солнца; которое достаточно массивно, чтобы под действием собственных сил гравитации поддерживать близкую к округлой форму; но которое не очистило пространство своей орбиты от планетезималей и не является спутником планеты[28]. По этому определению у Солнечной системы имеется пять признанных карликовых планет: Церера, Плутон, Хаумеа, Макемаке иЭрида[29]. В будущем другие объекты могут быть классифицированы как карликовые планеты, например, Седна, Орк и Квавар[30]. Карликовые планеты, чьи орбиты находятся в регионе транснептуновых объектов, называют плутоидами[31]. Оставшиеся объекты, обращающиеся вокруг Солнца, — малые тела Солнечной системы[28].
Термины газ, лёд и камень используют, чтобы описать различные классы веществ, встречающихся повсюду в Солнечной системе. Камень используется, чтобы описать соединения с высокими температурами конденсации или плавления, которые оставались в протопланетной туманности в твёрдом состоянии при почти всех условиях[32]. Каменные соединения обычно включают силикаты и металлы, такие как железо и никель[33]. Они преобладают во внутренней части Солнечной системы, формируя большинство планет земной группы и астероидов. Газы — вещества с чрезвычайно низкими температурами плавления и высоким давлением насыщенного пара, такие как молекулярный водород, гелий и неон, которые в туманности всегда были в газообразном состоянии[32]. Они доминируют в средней части Солнечной системы, составляя большую часть Юпитера и Сатурна. Льды таких веществ, как вода, метан, аммиак, сероводород и углекислый газ[33] имеют температуры плавления до нескольких сотен кельвинов, в то время как их термодинамическая фаза зависит от окружающего давления и температуры[32]. Они могут встречаться как льды, жидкости или газы в различных регионах Солнечной системы, в туманности же они были в твёрдой или газовой фазе[32]. Большинство спутников планет-гигантов содержат ледяные субстанции, также они составляют большую часть Урана и Нептуна (так называемых «ледяных гигантов») и многочисленных малых объектов, расположенных за орбитой Нептуна[33][34]. Газы и льды вместе классифицируют как летучие вещества[35].
Состав[править | править вики-текст]
Планеты Солнечной системы
Солнце
Внутренняя область Солнечной системы
Планеты земной группы
1. Меркурий
2. Венера
3. Земля
4. Марс
Пояс астероидов
Внешняя область Солнечной системы
Планеты-гиганты
5. Юпитер
спутники Юпитера
кольца Юпитера
6. Сатурн
спутники Сатурна
кольца Сатурна
7. Уран
спутники Урана
кольца Урана
8. Нептун
спутники Нептуна
кольца Нептуна
Кометы
Кентавры
Транснептуновые объекты
Пояс Койпера
Плутон[36]
Хаумеа[37]
Макемаке
Рассеянный диск
Отдалённые области
Для облегчения запоминания названий и порядка следования 8 планет могут применяться различные мнемонические приёмы.
Солнечная система в представлении художника. Масштабы расстояний от Солнца не соблюдены.
|
Общие характеристики
|
Возраст
|
|
4,5682±0,0006 млрд лет[1][2]
|
Расположение
|
|
Местное межзвёздное облако,Местный пузырь, рукав Ориона,Млечный Путь, Местная группа галактик
|
Масса
|
|
1,0014 M☉
|
Ближайшая звезда
|
|
Проксима Центавра (4,21—4,24св. лет)[3]
Система Альфа Центавра (4,37 св. лет)[4]
|
Ближайшая экзопланета
|
|
Альфа Центавра B b (4,37 св. лет)[5]
|
Планетная система
|
Самая отдалённая планета от Солнца
|
|
Нептун (4,503 млрд км, 30,1 а. е.)[6]
|
Расстояние допояса Койпера
|
|
30—50 а. е.[7]
|
Количество звёзд
|
|
1 (Солнце)
|
Количество планет
|
|
8
|
Числокарликовых планет
|
|
5[8]
|
Числоспутников
|
|
415 (172 у планет и 243 у малых тел Солнечной системы)[9][10]
|
Число малых тел
|
|
666 417 (на 25 ноября 2014 года)[9]
|
Число комет
|
|
3310 (на 25 ноября 2014 года)[9]
|
Обращение вокруг галактического центра
|
Наклонение к плоскости Млечного Пути
|
60,19°
|
Расстояние догалактического центра
|
27 170 ± 1140 св. лет
(8330 ± 350 пк)[11]
|
Период обращения
|
225—250 млн лет[12]
|
Орбитальная скорость
|
220—240 км/с[13]
|
Свойства, связанные со звездой
|
Спектральный класс
|
G2 V[14][15]
|
Снеговая линия
|
5 а. е.[16][17]
|
Границагелиосферы
|
113—120 а. е.[18]
|
Радиус сферы Хилла
|
1—2 св. лет
|
Внутренняя область Солнечной системы[править | править вики-текст]
Внутренняя часть включает планеты земной группы и астероиды. Состоящие главным образом из силикатов и металлов, объекты внутренней области относительно близки к Солнцу, это самая малая часть системы — её радиус меньше, чем расстояние между орбитами Юпитера и Сатурна.
Планеты земной группы[править | править вики-текст]
Основная статья: Планеты земной группы
Планеты земной группы. Слева направо:Меркурий, Венера, Земля и Марс (размеры в масштабе, межпланетные расстояния — нет)
Четыре внутренние планеты состоят преимущественно из тяжёлых элементов, имеют малое количество (0—2)спутников, у них отсутствуют кольца. В значительной степени они состоят из тугоплавких минералов, таких как силикаты, которые формируют их мантию и кору, и металлов, таких как железо и никель, которые формируют их ядро. У трёх внутренних планет — Венеры, Земли и Марса — имеется атмосфера; у всех есть ударные кратеры итектонические детали рельефа, такие как рифтовые впадины и вулканы[57][58][59][60][61][62].
Меркурий[править | править вики-текст]
Основная статья: Меркурий
Меркурий (0,4 а. е. от Солнца) является ближайшей планетой к Солнцу и наименьшей планетой системы (0,055 массы Земли). У Меркурия нет спутников. Характерными деталями рельефа его поверхности, помимо ударных кратеров, являются многочисленные лопастевидные уступы, простирающиеся на сотни километров. Считается, что они возникли в результате приливных деформаций на раннем этапе истории планеты во время, когда периоды обращения Меркурия вокруг оси и вокруг Солнца не вошли в резонанс[63]. Меркурий имеет крайне разреженную атмосферу, она состоит из атомов, «выбитых» с поверхности планеты солнечным ветром[64]. Относительно большое железное ядро Меркурия и его тонкая кора ещё не получили удовлетворительного объяснения. Имеется гипотеза, предполагающая, что внешние слои планеты, состоящие из лёгких элементов, были сорваны в результате гигантского столкновения, которое уменьшило размеры планеты[65]. Альтернативно излучение молодого Солнца могло помешать полной аккреции вещества[66].
Венера[править | править вики-текст]
Основная статья: Венера
Венера близка по размеру к Земле (0,815 земной массы) и, как и Земля, имеет толстую силикатную оболочку вокруг железного ядра и атмосферу. Имеются также свидетельства её внутренней геологической активности. Однако количество воды на Венере гораздо меньше земного, а её атмосфера в девяносто раз плотнее. У Венеры нет спутников. Это самая горячая планета нашей системы, температура её поверхности превышает 400 °C. Наиболее вероятной причиной столь высокой температуры является парниковый эффект, возникающий из-за плотной атмосферы, богатой углекислым газом[67]. Явных признаков современной геологической активности на Венере не обнаружено, но, так как у неё нет магнитного поля, которое предотвратило бы истощение её плотной атмосферы, это позволяет допустить, что её атмосфера регулярно пополняется вулканическими извержениями[68].
Земля[править | править вики-текст]
Основная статья: Земля
Земля является крупнейшей и самой плотной из внутренних планет. У Земли наблюдается тектоника плит. Вопрос о наличии жизни где-либо, кроме Земли, остаётся открытым[69]. Среди планет земной группы Земля является уникальной (прежде всего, за счет гидросферы). Атмосфера Земли радикально отличается от атмосфер других планет — она содержит свободный кислород[70]. У Земли есть один естественный спутник — Луна, единственный большой спутник планет земной группы Солнечной системы.
Марс[править | править вики-текст]
Основная статья: Марс
Марс меньше Земли и Венеры (0,107 массы Земли). Он обладает атмосферой, состоящей главным образом из углекислого газа, с поверхностным давлением 6,1 мбар(0,6 % от земного)[71]. На его поверхности есть вулканы, самый большой из которых, Олимп, превышает размерами все земные вулканы, достигая высоты 21,2 км[72]. Рифтовые впадины (долины Маринер) наряду с вулканами свидетельствуют о былой геологической активности, которая, по некоторым данным, продолжалась даже в течение последних 2 млн лет[73]. Красный цвет поверхности Марса вызван большим количеством оксида железа в его грунте[74]. У планеты есть два спутника — Фобос иДеймос. Предполагается, что они являются захваченными астероидами[75].
Пояс астероидов[править | править вики-текст]
Основная статья: Пояс астероидов
Пояс астероидов (белый цвет) и троянские астероиды (зелёный цвет)
Астероиды — самые распространённые малые тела Солнечной системы.
Пояс астероидов занимает орбиту между Марсом и Юпитером, между 2,3 и 3,3 а. е. от Солнца. Полагают, что это остатки формирования Солнечной системы, которые были не в состоянии объединиться в крупное тело из-за гравитационных возмущений Юпитера[76].
Размеры астероидов варьируются от нескольких метров до сотен километров. Все астероиды классифицированы какмалые тела Солнечной системы, но некоторые тела, в настоящее время классифицированные как астероиды, например, Веста и Гигея, могут быть переклассифицированы как карликовые планеты, если будет показано, что они поддерживают гидростатическое равновесие[77].
Пояс содержит десятки тысяч, возможно, миллионы объектов больше одного километра в диаметре[78]. Несмотря на это, общая масса астероидов пояса вряд ли больше одной тысячной массы Земли[79]. Небесные тела с диаметрами от 100 мкм до 10 м называют метеороидами[80]. Частицы ещё меньше считаются космической пылью.
Группы астероидов[править | править вики-текст]
Астероиды объединяют в группы и семейства на основе характеристик их орбит. Спутники астероидов — астероиды, обращающиеся по орбите вокруг других астероидов. Они не так ясно определяются как спутники планет, будучи иногда почти столь же большими, как их компаньон. Пояс астероидов также содержит кометы основного пояса астероидов, которые, возможно, были источником воды на Земле[81].
Троянские астероиды расположены в точках Лагранжа L4 и L5 Юпитера (гравитационно устойчивые регионы влияния планеты, перемещающиеся совместно с ней по её орбите); термин «троянцы» также используется для астероидов, находящихся в точках Лагранжа любых других планет или спутников (кроме троянцев Юпитера, известны троянцы Нептуна, Земли, Урана и Марса). Астероиды семейства Хильды находятся в резонансе с Юпитером 2:3, то есть делают три оборота вокруг Солнца за время двух полных оборотов Юпитера[82].
Также во внутренней Солнечной системе имеются группы астероидов с орбитами, расположенными от Меркурия до Марса. Орбиты многих из них пересекают орбиты внутренних планет[83].
Церера[править | править вики-текст]
Основная статья: Церера
Церера (2,77 а. е.) — крупнейшее тело пояса астероидов, классифицирована как карликовая планета, имеет диаметр немногим менее 1000 км и массу, достаточно большую, чтобы под действием собственной гравитации поддерживать сферическую форму. После открытия Цереру классифицировали как планету, однако поскольку дальнейшие наблюдения привели к обнаружению поблизости от Цереры ряда астероидов, в 1850-х её отнесли к астероидам[84]. Повторно она была классифицирована как карликовая планета в 2006 году.
Внешняя область Солнечной системы[править | править вики-текст]
Внешняя область Солнечной системы является местом нахождения газовых гигантов и их спутников. Орбиты многих короткопериодических комет, включая кентавров, также проходят в этой области. Твёрдые объекты этой области из-за их большего расстояния от Солнца, а значит, гораздо более низкой температуры, содержат льдыводы, аммиака и метана.
Планеты-гиганты[править | править вики-текст]
Основная статья: Планеты-гиганты
Планеты-гиганты. Слева направо: Юпитер,Сатурн, Уран и Нептун (размеры в масштабе, межпланетные расстояния — нет)
Четыре планеты-гиганта, также называемые газовыми гигантами, все вместе содержат 99 % массы вещества, обращающегося на орбитах вокруг Солнца. Юпитер и Сатурн преимущественно состоят из водорода и гелия; Уран и Нептун обладают бо́льшим содержанием льда в их составе. Некоторые астрономы из-за этого классифицируют их в собственной категории — «ледяные гиганты»[85]. У всех четырёх газовых гигантов имеются кольца, хотя только кольцевая система Сатурна легко наблюдается с Земли.
Юпитер[править | править вики-текст]
Основная статья: Юпитер
Юпитер обладает массой в 318 раз больше земной, и в 2,5 раза массивнее всех остальных планет, вместе взятых. Он состоит главным образом из водорода и гелия. Высокая внутренняя температура Юпитера вызывает множество полупостоянных вихревых структур в его атмосфере, таких как полосы облаков и Большое красное пятно.
У Юпитера имеется 67 спутников. Четыре крупнейших — Ганимед, Каллисто, Ио и Европа — схожи с планетами земной группы такими явлениями, как вулканическая активность и внутренний нагрев[86]. Ганимед, крупнейший спутник в Солнечной системе, превосходит по размеру Меркурий.
Сатурн[править | править вики-текст]
Основная статья: Сатурн
Сатурн, известный своей обширной системой колец, имеет несколько схожие с Юпитером структуру атмосферы и магнитосферы. Хотя объём Сатурна составляет 60 % юпитерианского, масса (95 масс Земли) — меньше трети юпитерианской; таким образом, Сатурн — наименее плотная планета Солнечной системы (его средняя плотность меньше плотности воды).
У Сатурна имеется 62 подтверждённых спутника; два из них — Титан и Энцелад — проявляют признаки геологической активности. Активность эта, однако, не схожа с земной, поскольку в значительной степени обусловлена активностью льда[87]. Титан, превосходящий размерами Меркурий, — единственный спутник в Солнечной системе с существенной атмосферой.
Уран[править | править вики-текст]
Основная статья: Уран
Уран с массой в 14 раз больше, чем у Земли, является самой лёгкой из внешних планет. Уникальным среди других планет его делает то, что он вращается «лёжа на боку»: наклон оси его вращения к плоскости эклиптики равен примерно 98°[88]. Если другие планеты можно сравнить с вращающимися волчками, то Уран больше похож на катящийся шар. Он имеет намного более холодное ядро, чем другие газовые гиганты, и излучает в космос очень мало тепла[89].
У Урана открыты 27 спутников; крупнейшие — Титания, Оберон, Умбриэль, Ариэль и Миранда.
Нептун[править | править вики-текст]
Основная статья: Нептун
Нептун, хотя и немного меньше Урана, более массивен (17 масс Земли) и поэтому более плотный. Он излучает больше внутреннего тепла, но не так много, как Юпитер или Сатурн[6].
У Нептуна имеется 14 известных спутников. Крупнейший — Тритон, является геологически активным, с гейзерами жидкого азота[90]. Тритон — единственный крупный спутник, движущийся в обратном направлении. Также Нептун сопровождается астероидами, называемыми троянцы Нептуна, которые находятся с ним в резонансе1:1.
Кометы[править | править вики-текст]
Основная статья: Комета
Комета Хейла — Боппа
Кометы — малые тела Солнечной системы, обычно размером всего в несколько километров, состоящие главным образом из летучих веществ (льдов). Их орбиты имеют большой эксцентриситет |
Скачать 5.42 Mb.