Физическая природа планет и малых тел Солнечной системы

Мы уже с вами говорили о том, что движение звёзд на небе привлекало людей с древних времён. Ещё древние греки — как и многие другие народы до и после них, — проводили различие между Землёй, которую они считали центром Вселенной, и планетами. А планетами они называли маленькие светящиеся точки в небе, которые вращались вокруг Земли.

Сегодня мы точно знаем, что Земля — это не только не центр Вселенной, но даже не центр Солнечной системы. Но что же такое Солнечная система? В современном понимании, под Солнечной системой понимается всё космическое пространство и вся материя, находящаяся в сфере притяжения Солнца. То есть Солнце — это самый главный и самый массивный объект Солнечной системы, который занимает в ней центральное положение. Вокруг Солнца вращается огромное количество небесных тел. Но самыми значительными из них являются большие планеты. Они представляют собой тела, имеющие форму, близкую к сферической, движущееся вокруг звезды в её гравитационном поле светящееся отражённым от звезды светом и расчистившее область своей орбиты от других мелких объектов.

С 2006 года в Солнечной системе выделяют восемь больших планет, удалённых от Солнца в следующем порядке: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Все они обращаются вокруг Солнца почти по круговым орбитам в одну и ту же сторону — с запада на восток. Такое направление движения в астрономии принято называть прямым движением.

Солнце вращается вокруг своей оси в ту же сторону, в какую движутся планеты вокруг Солнца. Вращение планет вокруг своих осей также совпадает с направлением их обращения вокруг Солнца. Исключение составляют Венера и Уран, которые вращаются в противоположную сторону. Причём ось вращения Урана почти лежит в плоскости орбиты планеты.

Восемь больших планет принято делить на две группы: планеты земной группы, расположенные во внутренней области Солнечной системы (это Меркурий, Венера, Земля и Марс), и планеты-гиганты, расположенные во внешней области (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун).

Размеры планет земной группы относительно небольшие, но их средняя плотность почти в 5 раз больше плотности воды. Объясняется это тем, что бо́льшая часть массы этих планет приходится на долю твёрдых веществ — оксидов и других соединений тяжёлых химических элементов.

Планеты-гиганты намного массивнее планет земной группы и очень сильно превосходят их по объёму. Однако их средняя плотность невелика. Это обусловлено в первую очередь тем, что в их составе преобладают водород и гелий, которые находятся в жидком и газообразном состояниях.

Отличия между планетами двух групп проявляются и в том, что планеты-гиганты быстрее вращаются вокруг оси. Например, Юпитер совершает один оборот вокруг своей оси за 9,925 земных часов, в то время как Венере на это требуется 243,02 земных суток. Вследствие этого планеты-гиганты заметно сплюснуты у полюсов, а в их атмосферах дуют сильнейшие ветры.

Вокруг планет, кроме Меркурия и Венеры, обращаются спутники, которых на конец 2019 года насчитывалось 205. Причём на долю планет земной группы приходится лишь три спутника.

До недавнего времени рекордсменом по спутникам был Юпитер, у которого их насчитывалось 79. Однако 7 октября 2019 года эта пальма первенства перешла к Сатурну, у которого было обнаружено 20 новых спутников. Теперь их у нового рекордсмена 82.

Также у всех планет-гигантов есть система плоских концентрических образований из пыли и льда — кольца, которые отсутствуют у планет земной группы. Наиболее привлекателен в этом плане Сатурн, кольца которого являются одним из главных украшений нашей Солнечной системы.

Но Солнечная система — это не только Солнце и 8 больших планет. Конечно же большие планеты — самые важные представители семьи Солнца. Но у нашей звезды есть ещё очень много и других «родственников».

Например, Иоганн Кеплер (тот, который открыл законы движения планет) первым обратил внимание на то, что между орбитами Марса и Юпитера наблюдается пустая зона, тянущаяся на 550 миллионов километров. Это при том, что между орбитами других, известных на то время планет, это расстояние не превышало 80 миллионов километров. Это натолкнуло учёного на мысль о существовании в этом промежутке какой-то планеты. Спустя почти двести лет (а именно 1 января 1801 года) итальянский астроном Джузеппе Пиацци обнаружил в этом самом месте малую планета, которую назвали в честь древнеримской богини урожая и плодородия Церерой.

В настоящее время Церера классифицируется как карликовая планета, наряду с Плутоном, Эридой, Макемаке и Хаумеай.

Вскоре выяснилось, что у Цереры есть множество «сестёр», большинство из которых как раз движутся между орбитами Марса и Юпитера. Их начали называть малыми планетами или астероидами. А область, где они располагаются, назвали главным поясом астероидов, подчёркивая тем самым её отличие от других подобных областей скопления малых планет, таких как пояс Койпера за орбитой Нептуна, а также скопления объектов облака Оорта.

Суммарная масса тел главного пояса астероидов примерно равна 4 % массы Луны. При этом более половины этой массы приходится на 4 крупнейших объекта пояса: Цереру, Весту, Палладу и Гигею.

Первые фотографии поверхностей астероидов были получены космическим аппаратам «Галилео» в 1991 году при его пролёте около астероида Гаспра, и в 1993 году — около Иды.

А 12 февраля 2001 года космическим аппаратом «NEAR Shoemaker» была совершена первая в истории мягкая посадка на поверхность астероида Эрос.

В настоящее время в главном поясе астероидов насчитывается несколько миллионов объектов. Но, несмотря на такое количество, их плотность крайне мала. Первым космическим аппаратом, пролетевшим через пояс астероидов, стал «Пионер-10». В то время ещё была обеспокоенность по поводу возможности столкновения аппарата с одним из небольших астероидов, однако с тех пор на пути к внешним планетам через пояс астероидов без всяких инцидентов пролетело уже 9 космических аппаратов.

Но бывает и такое, что астероиды могут столкнуться друг с другом. И тогда их обломки разлетаются по всей Солнечной системе. Эти тела астрономы назвали метеоритными телами. Некоторые из них могут достигнуть планет, в том числе и Земли. Когда такое тело вторгается в атмосферу нашей планеты, то в результате трения о воздух оно нагревается и превращается в огненный шар — болид. Чаще всего болиды полностью сгорают в атмосфере Земли. Но иногда наиболее крупные из них могут упасть на поверхность нашей планеты. Такие тела называются метеоритами.

Очень редко на поверхность Земли падают очень большие метеоритные тела, имеющие изначальную массу в несколько десятков и сотен тонн. При их столкновении с планетой происходит мощный взрыв, а на месте падения образуется метеоритный кратер. Наверное, самым известным и хорошо сохранившимся из них является аризонский метеоритный кратер в США, возникший около 50 000 лет назад.

По химическому составу все метеориты принято делить на три группы: каменные, железные и железо-каменные.

Каменные метеориты — это наиболее распространённый тип, так как они составляют до 90 % всех падающих на Землю метеоритов. Очень часто в таких метеоритах находятся вкрапления мелких круглых частиц — хондр.

Железные метеориты примерно на 90 % состоят из железа и на 9 % из никеля. Подобное соотношение в земных минералах не встречается, поэтому их достаточно легко отличить от пород земного происхождения.

Железо-каменные метеориты составляю промежуточную группу. Они почти на 50 % состоят из железа и ещё на 50 % — из камня.

Иногда на небе бывают видны хвостатые «звезды» — кометы, которые приходят к нам издалека и, как правило, появляются внезапно. Кометы — это непрочные тела, представляющие собой сгустки замёрзшего газа, камня и пыли, которые вращаются вокруг Солнца по сильно вытянутым эллиптическим орбитам.

В комете принято выделять три основные части: ядро, кому и хвост.

Ядро — это самая твёрдая часть кометы, в которой сосредоточена почти вся её масса. Долгое время считалось, что ядро кометы состоит из смеси льда и пыли. Причём слои замороженных газов чередуются с пылевыми слоями.

Окружающая ядро светлая туманная оболочка чашеобразной формы, состоящая из газов и пыли, называется ко́мой. Обычно она тянется от ста (100) тысяч до одного миллиона четырёхсот тысяч (1,4 млн) километров от ядра. Кома вместе с ядром составляет го́лову кометы.

Хвост кометы представляет собой вытянутый шлейф из пыли и газа кометного вещества, образующийся при приближении кометы к Солнцу.

Несмотря на внушительные размеры хвоста, длина которого может превышать миллионы километров, и головы, которая может превышать диаметр Солнца, почти вся масса кометы сосредоточена в её небольшом ядре. Поэтому кометы справедливо называют «видимое ничто».

Долгое время изучение комет велось лишь посредством телескопов. Лишь 2 марта 2004 года был запущен космический аппарат «Розетта», целью которого было изучение кометы Чурюмова — Герасименко. Летом 2014 года «Розетта» достигла цели, став первым космическим аппаратом, который вышел на орбиту кометы. А 12 ноября того же года на поверхность планеты был спущен исследовательский аппарат «Филы» для изучения её строения и состава.

При каждом возвращении кометы к Солнцу её ядро, как правило, теряет около 0,1 % своей массы. Поэтому со временем комета погибает. Не исключены и столкновения комет с поверхностями планет или метеоритными телами. Распадаясь, они образуют шлейфы пыли, которые иногда пересекают земную орбиту. Попадая в атмосферу нашей планеты, эти частицы пыли сгорают, образуя светящийся след. Данное явление называется метеором, а сама частица — метеорным телом или метеороидом.

Часто метеоры группируются в метеорные потоки. Это постоянные массы метеоров, появляющиеся в определённое время года, в определённой стороне неба.

При их наблюдении с Земли кажется, что все метеоры вылетают из одной точки звёздного неба, называемой радиантом. Такие метеорные потоки получают название по имени созвездия, в котором находится их радиант.

Наиболее известными потоками являются:

·                    Персеиды (радиант расположен в созвездии Персея);

·                    Квадрантиды (радиант находится в созвездии Волопаса);

·                    и Леониды (радиант расположен в созвездии Льва).

·