Природа тіл Сонячної системи
Всі тіла, що рухаються навколо Сонця, утворюють в сукупності планетну систему, яка називається Сонячною. Сонячна система – це розмаїта і густонаселена сім’я. У вивченні Сонячної системи за останні роки досягнуто значних успіхів. Але й сформульовано нові питання, відповідей на які все ще немає.
Сонячна система складається із Сонця, восьми планет, супутників планет, великої кількості малих тіл (комет, астероїдів) та міжпланетного середовища.
Класифікація цих об’єктів викликає багато суперечок. Традиційно Сонячну систему ділять на планети (великі тіла, що облітають по орбітам Сонце), їх супутники (так звані місяці – різні за розмірами об’єкти, що облітають по орбіті планети), астероїди (малі тіла, що облітають по орбітам Сонце) і комети (малі льодові об’єкти з високо ексцентричними орбітами). На жаль, Сонячна система виявилась більш складною, ніж це можна було уявити.
· Є декілька супутників, які за розмірами перебільшують Плутон, два супутники крупніші за Меркурій;
· Є декілька малих супутників, які, імовірно, являються захопленими астероїдами;
· Комети інколи виснажуються і стають схожі на астероїди;
· Об’єкти поясу Kuiper та інші, подібні Хірону, не зовсім добре вписуються в цю схему;
· Системи Земля – Місяць та Плутон – Харон іноді розглядають як «подвійні планети».
Інші класифікації, наприклад, на основі хімічного складу, як правило, включають в себе дуже багато класів та допускають багато винятків. До того ж багато з тіл являються унікальними. Сучасних знань просто недостатньо для того, щоб установити точні і чіткі категорії. Використаємо стандартну класифікацію. Вісім планет часто класифікуються кількома способами:
За складом:
· Земні або кам’янисті планети: Меркурій, Венера, Земля, Марс: планети Земної групи складаються перш за все з гірської породи (каміння) та металу і мають порівняно високі густини, сповільнене обертання, тверду поверхню, декілька супутників та ніяких кілець.
· Газові планети: Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун: ці планети складаються перш за все з водню та гелію і мають низькі густини, швидке обертання, глибоку атмосферу, кільця і велику кількість супутників.
За розмірами:
· Малі планети: Меркурій, Венера, Земля, Марс. Їх діаметр ― не більше 13000 км.
· Гігантські планети: Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Діаметр гігантських планет ― більше 48000 км.
За розташуванням відносно Сонця:
· Внутрішні планети: Меркурій, Венера, Земля, Марс.
· Зовнішні планети: Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун.
Пояс астероїдів між Марсом і Юпітером утворюють межу між внутрішньою та зовнішньою Сонячною системою.
За розташуванням відносно Землі:
· Нижні планети: Меркурій і Венера. Вони розташовані ближче до Сонця ніж Земля. У цих планет можна спостерігати фази подібно місячним.
· Верхні планети: від Марса до Нептуна. Вони розташовані далі від Сонця, ніж Земля. Їх видно повністю.
Як в давнину представляли Землю
Земля настільки велика, що її поверхня здається плоскою, якщо спостерігач знаходиться на її поверхні. Так як в давнину люди по-іншому і не думали, їх завжди цікавило, що ж знаходиться з іншого боку цієї площини і яку відстань до сфери, на яку приклеєні зірки.
Земля є найчарівнішою планетою Сонячної системи, що рухається по своїй орбіті навколо Сонця із середньою швидкістю – близько 30 км/с.
Хімічний склад атмосфери є неоднорідним. Найбільшою складовою атмосфери біля поверхні Землі (за об’ємом 78%) є азот N3, який відіграє важливу роль у житті рослин. Кисень О2 необхідним елементом для дихання всіх живих істот і складає 21% об’єму атмосфери. Водяна пара Н2О в атмосфері затримує інфрачервоне випромінювання Землі та створює парниковий ефект.
Магнітне поле Землі створює навколо планети на висоті понад 500 км пояси радіації. Елементарні частинки, які рухаються у міжпланетному просторі з величезною швидкістю і мають електричний заряд, взаємодіють із магнітним полем Землі й тому не долітають до атмосфери. Таким чином, магнітне поле захищає життя на Землі від смертельних потоків космічних частинок.
Місяць є природним супутником Землі, на якому атмосфера відсутня. Сила тяжіння на Місяці менша від земної у 6 разів, тому він не може втримати біля поверхні окремі молекули газів.
Одиниці поверхні на Землі й Місяці отримують від Сонця майже однакову кількість енергії, але фізичні умови на їхніх поверхнях суттєво відрізняються. Головна причина такої відміни клімату – відсутність атмосфери на Місяці. Повітря на Землі створює захисну ковдру, яка підвищує температуру на нашій планеті та оберігає життя від смертельного космічного випромінювання. Місяць – це мертвий світ, у якому відсутнє життя. У майбутньому наукові бази можна створити під поверхнею Місяця.
Планети земної групи мають гаряче металеве ядро, яке оточене мантією із силікатних порід. Верхній шар планет – кора, формується під дією як внутрішнього тепла, так і зовнішніх (космічних) факторів. Але температура на поверхні планет земної групи суттєво відрізняється, бо вони отримують від Сонця різну кількість енергії. До того ж в атмосферах Меркурія, Венери і Марса майже немає кисню, а тиск суттєво відрізняється від атмосферного тиску на Землі. Якщо на поверхні Землі є умови для існування життя, то на поверхні інших планет поки що не виявлено навіть примітивних бактерій.
Планети-гіганти за хімічним складом нагадують зорі, вони не мають твердої поверхні, тому на них ніколи не зроблять посадку пілотовані космічні кораблі. Під холодними хмарами гіганти мають гарячі надра, температура яких сягає десятків тисяч градусів. Однією з таємниць залишається джерело внутрішньої енергії планет-гігантів, бо всі вони, за винятком Урана, випромінюють у космос більше енергії, ніж отримують від Сонця. За хімічним складом (99% Гідрогену і Гелію) і густиною («1 г/см3) вони нагадують зорі, а їхня велика маса спричиняє нагрівання ядер до температури понад +10000°С. Крім того, планети-гіганти досить швидко обертаються навколо осі та мають велику кількість супутників.
Супутники планет Сонячної системи мають різноманітні фізичні характеристики. Поверхня більшості супутників покрита снігом і льодом, а на супутниках Юпітера Європі, Ганімеді й Каллісто, можливо, існують океани рідкої води. Найбільший супутник Сатурна Титан оточений густою атмосферою, і на його поверхні можуть бути океани метану. У метанових морях при низьких температурах органічні сполуки могли б утворити форми життя, які не схожі на земні, – там замість води розчинником міг би служити рідкий метан. Супутники планет у майбутньому можуть стати космічними базами для освоєння Сонячної системи.
Малі тіла Сонячної системи (планети-карлики, астероїди, комети, метеорні тіла) є залишками тої величезної хмари космічної речовини, з якої утворилися Сонце і великі планети. Основний пояс астероїдів розташовується між Марсом та Юпітером, але за орбітою Нептуна існують ще мільйони планетоподібних тіл (пояс Койпера) та мільйони кометних ядер (хмара Оорта). Астероїди, можливо, стануть базами для дослідження космосу, а металеві астероїди можна використати як джерело для добування корисних копалин. Існує небезпека зустрічі Землі з тими астероїдами, орбіти яких наближуються до Землі або перетинають її орбіту.
Проблема астероїдної небезпеки. Ймоврність падіння космічного тіла на поверхню Землі хоч і мала, але існує. У зв’язку з цим нині розвивають системи спостереження за потенційно небезпечними космічними об’ єктами. Найвідоміші з них, наприклад, автоматизовані – LINEAR, Space Watch, LONEOS. Кілька обсерваторій з телескопами діаметром від одного до чотирьох метрів повсякчас сканують зоряне небо. Телескопи обладнано чутливими цифровими ПЗЗ-матрицями. З допомогою комп’ютера отримані знімки відразу порівнюють зі зробленими раніше, і якщо в тій чи іншій ділянці з’являється нова зірочка, що зміщується відносно інших зір, то, ймовірно, це і є астероїд або інше невелике небесне тіло.
Останнім часом науковці різних країн стали розробляти методи захисту Землі від загрози можливого астероїдного бомбардування. Ці методи переважно зводяться до різних вибухових впливів на небесне тіло з тим, щоб зруйнувати його або змінити орбіту.
Основним джерелом енергії для нашої цивілізації є Сонце, яке дає нам не тільки тепло, але й суттєво впливає на всі процеси, що відбуваються на Землі. Ми визначили розміри, масу, температуру і світність Сонця; знаємо, що джерелом сонячної енергії є термоядерні реакції у його надрах, і розгадали причину зниження температури в сонячних плямах. Але залишаються нерозгаданими причини сонячної активності й чому існує 11-річний цикл появи плям. У майбутньому сонячне світло стане основним джерелом електричної енергії як на Землі, так і в космічних поселеннях при освоєнні інших планет.
Космогонія Сонячної системи
Нині більшість науковців, які досліджують це питання, дотримуються теорії, створеної в 1950-х роках О.Ю.Шмідтом і модифікованої його послідовниками.
Згідно із сучасними уявленнями, вісім планет та майже всі інші тіла утворилися навколо молодого Сонця внаслідок фрагментації газопилової хмари (з її центральної частини 5 млрд років тому утворилося саме Сонце), що мала форму диска. Фрагментація диска відбувалася поступово. При цьому в центральних частинах диска внаслідок високої температури та видування летких елементів збереглися важкі тугоплавкі частинки, з яких сформувалися планети земної групи, а у віддаленіших зонах, де залишалось багато газів і води, утворилися планети-гіганти та їхні супутники.
Загальний вік нашої планетної сім’ї, визначений за метеоритами та зразками місячного ґрунту, становить близько 4,6 млрд років.
Якщо за часів Шмідта існування газопилового диска було тільки припущенням, то в останні десятиріччя XX ст. такі диски відкрито біля багатьох молодих зір, а тепер відкрито і планети біля інших зір.
Астероїди внутрішнього поясу та об’єкти поясу Койпера також утворені з первинної речовини газопилової хмари, що через різні обставини не була увібрана великими планетами під час їх формування. Причому тверді кам’янисті тіла поясу астероїдів, що формувалися за орбітою Марса, густинами ближчі до планет земної групи. А об’єкти поясу Койпера з великим вмістом різних льодів формувались у віддаленій зоні Сонячної системи і споріднені з карликовою планетою Плутон.