Тема Общая характеристика планет. Строение Солнечной системы

Тема 4.1 Общая характеристика планет. Строение Солнечной системы.

1. Солнечная система и ее строение

2. Основные физические характеристики больших планет

3. Основные этапы происхождения и ранней эволюции Солнечной системы

1. Солнечная система и ее строение

Под Солнечной системой понимается все космическое пространство и вся материя, находящаяся в сфере притяжения Солнца.

Солнечная система включает в себя:

• звезду Солнце, расположенную в центре системы;

• планеты со спутниками;

• карликовые планеты;

• малые тела (астероиды, кометы, метеоритные и метеорные тела);

• межпланетную пыль, плазму и физические поля в указанных границах.

В Солнечной системе находится 8 больших планет. По мере удаления от Солнца они расположены в следующем порядке: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.

Планетой называют небесное тело, движущееся вокруг звезды в ее гравитационном поле, имеющее форму, близкую к сферической, светящееся отраженным от звезды светом и расчистившее область своей орбиты от других мелких объектов.

По физическим характеристикам планеты Солнечной системы делятся на две группы:

1. земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс). Их размеры относительно небольшие, но их средняя плотность почти в 5 раз больше плотности воды. Объясняется это тем, что большая часть массы планет земной группы приходится на долю твёрдых веществ — оксидов и других соединений тяжёлых химических элементов.

2. планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Они намного массивнее планет земной группы и очень сильно превосходят их по объёму. Однако их средняя плотность невелика. А, например, Сатурн, если конечно найти бассейн огромных размеров, мог бы даже плавать в воде.

По гелиоцентрическим орбитам движутся карликовые планеты, астероиды и метеоритные тела. Кроме того, по сильно вытянутым орбитам движутся ледяные тела — кометы.

Планеты и другие тела Солнечной системы при движении по орбитам сталкиваются с метеорными телами, межпланетной пылью, взаимодействуют с электромагнитным излучением Солнца и плазмой, исходящей от Солнца.

2. Особенности строения Солнечной системы

Характерные черты строения Солнечной системы, известные по астрономическим наблюдениям и космическим исследованиям, заключаются в следующем.

1. Основная масса вещества Солнечной системы сосредоточена в Солнце, которое представляет собой рядовую звезду. На массу всех других составляющих системы приходится 1/750 часть массы Солнца. Таким образом, доминирующим в Солнечной системе является гравитационное поле Солнца.

2. Орбиты планет и большинства астероидов лежат почти в одной плоскости, незначительно наклоненной к плоскости солнечного экватора. Наклон эклиптики к плоскости солнечного экватора составляет 7°15′. Орбиты планет почти круговые, т. е. их эксцентриситеты мало отличаются от нуля.

3. Все планеты и астероиды обращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении. Вращение Солнца вокруг своей оси происходит в ту же сторону, что и движение планет вокруг Солнца. Планеты вращаются вокруг своих осей в направлении, совпадающем с направлением их обращения вокруг Солнца. Исключение составляют Венера и Уран, которые вращаются в противоположную сторону. Причем ось вращения Урана почти лежит в плоскости орбиты планеты. Наклон оси вращения других планет не превышает 60° к плоскостям их орбит.

4. Планеты разделяются на две различающиеся группы: планеты земной группы и планеты-гиганты. Планеты земной группы — твердые тела, сравнительно небольшие, маломассивные, но с большой средней плотностью, более медленным вращением и малым числом спутников (или без них). Они расположены вблизи Солнца. Планеты-гиганты — массивнее планет земной группы, большие по размерам и с меньшей средней плотностью, большой скоростью вращения и многочисленными спутниками. Планеты-гиганты обладают мощными атмосферами, состоящими в основном из водорода и гелия.

5. Момент количества движения (m • v • r) между Солнцем и планетами распределяется неравномерно. На долю Солнца, в котором сосредоточена почти вся масса Солнечной системы, приходится только 2 % ее полного количества движения.

6. Орбиты большинства спутников планет близки к круговым. Движение большинства спутников по орбитам происходит в том же направлении, в каком планеты движутся вокруг Солнца. Орбиты крупных спутников в основном имеют малый наклон к плоскостям экваторов своих планет.

Перечисленные особенности необходимо учитывать при построении модели (теории) формирования всего комплекса тел Солнечной системы.

3. Основные этапы происхождения и ранней эволюции Солнечной системы

Для построения теории происхождения Солнечной системы необходимо знать возраст небесных тел. Согласно современным представлениям, возраст древнейших пород Земли достигает 4,64 млрд лет. Анализ пород, доставленных с Луны, соответствует возрасту от 2 до 4,5 млрд лет. Возраст железных и каменных метеоритов оценивается от 0,5 до 5 млрд лет. Возраст Солнца и других отдельных звезд определяется на основе теории строения и эволюции звезд. Для Солнца это приблизительно 5 млрд лет, что совпадает с возрастом других тел системы. Последнее позволяет заключить, что Солнце и планеты сформировались из единого облака газа и пыли.

Впервые идея об образовании Солнца и планет из вещества единой газовой туманности была сформулирована И. Кантом в 1755 г. и доработана П. Лапласом в 1796 г.

Согласно этой гипотезе, Солнечная система образовалась из вращающегося горячего газового облака, которое сжималось под воздействием гравитации и распадалось на фрагменты.

Однако эта гипотеза оказалась несостоятельной из-за множества противоречий. Джеймс Джинс в 1919 г. выдвинул гипотезу, согласно которой планетное вещество было «вырвано» из Солнца под воздействием близко проходящей звезды. Вырванное солнечное вещество распалось на отдельные части, образуя планеты.

Данные физико-химических исследований метеоритов и земных пород подсказывали, что эти тела образовались не из газовых сгустков, а из твердого вещества.

В 1944 г. систематической разработкой теории образования планет из твердых частиц околосолнечного допланетного облака занялся О. Ю. Шмидт.

Согласно этой теории, сначала произошло образование холодного газопылевого облака, которое в последствии было сжато под действием гравитационных сил. Далее происходит образование горячего ядра – будущее Солнце. Остатки облака вращаясь вокруг Солнца подверглись перераспределению веществ и вследствие этого возникли планетезимали (небесное тело на орбите вокруг протозвезды, образующееся в результате постепенного приращения более мелких тел, состоящих из частиц пыли протопланетного диска). Непрерывно притягивая к себе новый материал и накапливая массу, планетезимали формируют более крупное тело. Происходит формирование планет.

В ходе формирования планет и позднее на протяжении миллиардов лет в их недрах и на поверхности происходили процессы плавления, кристаллизации, окисления и другие физико-химические процессы. Это привело к существенному изменению первоначального состава и строения вещества, из которого образованы все ныне существующие тела Солнечной системы

Эта теория развивается и в настоящее время.

Можно выделить следующие основные этапы происхождения и ранней эволюции Солнечной системы:

• Взрыв сверхновой звезды. Под действием ударной волны облако пыли начало сгущаться.

• Пылинки из облака стали объединяться, создавая еще большие комки, которые и стали зародышами будущих планет, а затем и самими планетами.

• Последующее гравитационное сжатие поднимало температуру в недрах планет, после чего более тяжелые компоненты планет уходили к центру, а более легкие образовывали кору.

• Постепенно водные пары образовывали моря и океаны, а газы — атмосферу.

Спутники планет, движущиеся в направлении вращения планет, образовались в результате тех же процессов, что и сами планеты. Спутники, обладающие обратным движением, были захвачены планетой.