каков размер солнечной системы и чем он ограничен
Размеры Солнечной системы
Солнечная системе > Размеры Солнечной системы
Земляне застряли на своей планете, поэтому чаще всего мы можем наблюдать лишь за появлением Солнца и Луны на небе. Но мы даже не представляем реальные размеры Солнечной системы, в которой живем. Насколько она огромна и на какие расстояния простирается в пространстве?
Начнем с того, что дистанции слишком велики. Поэтому ученые используют не километры, а систему астрономических единиц, где 1 а.е. = 150 млн. км (расстояние между Землей и Солнцем).
В таком случае Плутон отдален на 39.2 а.е., а Меркурий – 0.39 а.е. Если бы вы отправились в путешествие с автомобильной скоростью, то от Солнца к Плутону добрались за 6000 лет.
Но интереснее всего то, что на карликовой планете система не заканчивается. Этот участок представлен поясом Койпера, отдаленным на 30-50 а.е. и ограничивается Эридой. Но и это не предел.
Художественное видение гелиосферы. Она наполнена магнитными пузырями (красный), расположенными перед гелиопаузой
Далее на 80-200 а.е. следует ударная волна. Это момент, где перемещающийся солнечный ветер (400 км/с) сталкивается с межзвездной средой. Но истинный размер Солнечной системы определяется ее гравитацией.
Наиболее отдаленный участок представлен территорией Облака Оорта. Это область с ледяным объектами, расположенная в 100000 а.е. Мы не можем пока его разглядеть, но именно оттуда прибывают долгопериодические кометы.
Гравитация Солнца распространяется на 2 световых года, а значит любой объект в этом поле зависит от нашей звезды.
Тогда, как долго ехать к самому краю системы? Если вы движетесь все с той же автомобильной скоростью, то 19 млн. лет. Даже у скоростного аппарата Новые Горизонты ушло бы 37000 лет. Так что, Солнечная система – масштабное местечко, чьи приблизительные размеры теперь вам известны.
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА
Планета Земля — одна из девяти планет Солнечной системы. Наша планета расположена достаточно близко к Солнцу, но не является ближайшей планетой. Среднее расстояние от Солнца до самой далекой планеты, Плутона, в 40 раз превышает расстояние до Земли. Условные размеры Солнечной системы составляют примерно 50—100 астрономических единиц (Астрономическая единица — среднее расстояние от солнца до Земли, равное 149600 тыс. км). В масштабах нашей планеты это огромная величина, примерно в миллион раз больше, чем диаметр Земли.
Наглядно представить относительные масштабы Солнечной системы можно следующим образом. Допустим Солнце изображается бильярдным шаром, диаметр которого 7 см.. Тогда Меркурий, ближайшая к Солнцу планета, находится а этом масштабе на расстоянии 280 см от него. Земля — на расстоянии 760 см, планета-гигант Юпитер расположена на расстоянии около 40 м, а самая удаленная планета — на расстоянии примерно 300 м. В таком масштабе размеры земного шара немногим больше 0,5 мм, диаметр Луны — немногим больше 0,1 мм, а диаметр орбиты Луны составляет около 3 см.
рис. Сравнительные размеры Солнечной системы
Даже самая близкая к Солнцу звезда — Проксима Центавра удалена от него на такое огромное расстояние, что по сравнению с ним расстояния между планетами в пределах Солнечной системы кажутся ничтожными. Обычно в литературе, для оценки межгалактических и межзвездных расстояний применяют такую единицу измерения, как «световой год».
В большие телескопы наблюдается огромное количество галактик. Если галактик ярче видимой 12-й величины насчитывается около 250, то ярче 16-й — уже около 50 тыс. Самые слабые объекты, которые на пределе может сфотографировать телескоп-рефлектор с диаметром зеркала 5 м, имеют 24, 5-ю величину. Оказывается, что среди миллиардов таких слабейших объектов большинство составляют галактики. Многие из них удалены от нас на расстояния, которые свет проходит за миллиарды лет. Это означает, что свет, вызвавший почернение пластинки, был излучен такой удаленной галактикой еще задолго до архейского периода геологической истории Земли!
Иногда среди галактик попадаются удивительные объекты, например «радиогалактики». Это такие звездные системы, которые излучают огромное количество энергии в радиодиапазоне. У некоторых радиогалактик поток радиоизлучения в несколько раз превышает поток оптического излучения, хотя в оптическом диапазоне их светимость очень велика — в несколько раз превосходит полную светимость нашей Галактики. Классический пример такой радиогалактики — знаменитый объект Лебедь А. В оптическом диапазоне это два ничтожных световых пятнышка 17-й звездной величины. На самом деле их светимость очень велика, примерно в 10 раз больше, чем у нашей Галактики. Слабой эта система кажется потому, что она удалена от нас на огромное расстояние — 600 млн. световых лет. Однако поток радиоизлучения от Лебедя А на метровых волнах настолько велик, что превышает даже поток радиоизлучения от Солнца (в периоды, когда на Солнце нет пятен). Но ведь Солнце очень близко — расстояние до него «всего лишь» 8 световых минут; 600 млн. лет — и 8 мин! А ведь потоки излучения, как известно, обратно пропорциональны квадратам расстояний!
Внимательное изучение спектров галактик много лет назад позволило сделать одно открытие фундаментальной важности. Дело в том, что по характеру смещения длины волны какой-либо спектральной линии по отношению к лабораторному стандарту можно определить скорость движения излучающего источника по лучу зрения. Иными словами, можно установить, с какой скоростью источник приближается или удаляется.
Если источник света приближается, спектральные линии смещаются в сторону более коротких волн, если удаляется — в сторону более длинных. Это явление называется «эффектом Доплера». Оказалось, что у галактик спектральные линии всегда смещены в длинноволновую часть спектра («красное смещение» линий), причем величина этого смещения тем больше, чем более удалена от нас галактика.
Это означает, что все галактики удаляются от нас, причем скорость «разлета» по мере удаления галактик растет. Она достигает огромных значений. Так, например, найденная по красному смещению скорость удаления радиогалактики Лебедь А близка к 17 тыс. км/с. Рекорд принадлежит очень слабой (в оптических лучах 20-й величины) радиогалактике 3С 295. Оказалось, что известная ультрафиолетовая спектральная линия, принадлежащая ионизованному кислороду, смещена в оранжевую область спектра! Отсюда легко найти, что скорость удаления этой удивительной звездной системы составляет 138 тыс. км/с, или почти половину скорости света! Радиогалактика 3С 295 удалена от нас на расстояние, которое свет проходит за 5 млрд. лет. Таким образом, астрономы исследовали свет, который был излучен тогда, когда образовывались Солнце и планеты, а может быть, даже «немного» раньше. С тех пор открыты еще более удаленные объекты.
Как же выглядит Метагалактика в нашей модели, где земная орбита уменьшена до размеров первой орбиты атома Бора? В этом масштабе расстояние до туманности Андромеды будет несколько больше 6 м, расстояние до центральной части скопления галактик в Деве, куда входит и наша местная система галактик, будет порядка 120 м, причем такого же порядка будет размер самого скопления. Радиогалактика Лебедь А будет теперь удалена уже на вполне «приличное» расстояние — 2,5 км, а расстояние до радиогалактики 3С 295 достигнет 25 км.
Мы познакомились в самом общем виде с основными структурными особенностями и с масштабами Вселенной. Это как бы застывший кадр ее развития. Не всегда она была такой, какой мы теперь ее наблюдаем. Все во Вселенной меняется: появляются, развиваются и «умирают» звезды и туманности, развивается закономерным образом Галактика, меняются сама структура и масштабы Метагалактики (хотя бы по причине красного смещения). Поэтому нарисованную статическую картину Вселенной необходимо дополнить динамической картиной эволюции отдельных космических объектов, из которых она образована, и всей Вселенной как целого.
Открытие в 1965 г. «реликтового» излучения со всей наглядностью показало, что на самых ранних этапах эволюции Вселенная качественно отличалась от своего современного состояния. Главное — это то, что тогда не было ни звезд, ни галактик, ни тяжелых элементов. И, конечно, не было жизни. Мы наблюдаем грандиозный процесс эволюции Вселенной от простого к сложному.
Состав и масштабы Солнечной системы
Солнечная система — типичная планетная система, которая включает в себя центральную звезду — Солнце — и все естественные космические объекты, вращающиеся вокруг Солнца. Она сформировалась путём гравитационного сжатия газопылевого облака примерно 4,57 млрд лет назад.
Солнечная система – часть галактики Млечный Путь, строение которого напоминает диск диаметром 100000-120000 световых лет и толщиной 1000 световых лет. Здесь расположено порядка 400 млрд. звезд. Солнечная система возникла предположительно 13 млрд. лет назад, и в процессе эволюции приобрела структуру, свойственную только ей, не повторяющуюся на просторах Вселенной.
Место Солнечной системы в Галактике
Она расположилась во внутреннем рукаве созвездия Ориона. Система вместе с входящими в нее космическими телами, вращается вокруг ядра Галактики со скоростью 250 км/сек. На полный оборот уходит 1 галактический год длительностью 225 млн. лет.
Почти вся масса Солнечной системы (99,87%) сосредоточена в Солнце. Размером Солнце также значительно превосходит любую планету ее системы: даже Юпитер, который в 11 раз больше Земли, имеет радиус в 10 раз меньше солнечного. Солнце – обычная звезда, которая светит самостоятельно за счет высокой температуры поверхности. Планеты же светят отраженным солнечным светом (альбедо), поскольку сами довольно холодны.
Размеры планет Солнечной системы
Они расположены в следующем порядке от Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и карликовая планета Плутон.
Большинство крупных объектов, обращающихся вокруг Солнца, движутся практически в одной плоскости, называемой плоскостью эклиптики. В то же время кометы и объекты пояса Койпера часто обладают большими углами наклона к этой плоскости.
Планеты Солнечной системы ученые также разделяют на два типа:
Строение Солнечной системы оказывает значительное влияние не только на планеты, но и на их спутники, астероиды, кометы и бессчетное количество метеорных элементов, также входящих в ее состав.
Состав Солнечной системы
Солнце
Это звезда, без которой не могло бы существовать жизни на Земле. Она дает нам энергию и тепло. Согласно классификации звезд, Солнце – желтый карлик. Возраст около 5 млрд. лет. Имеет диаметр на экваторе равный 1 392 000 км, в 109 раз больше земного. Со скоростью 250 км/сек наша звезда мчится в космосе вокруг центра галактики, до которого «всего» 26 000 световых лет. И на один оборот уходит около 180 миллионов лет.
Звезда по химическому составу состоит в основном из водорода и гелия. По сути, это гигантский термоядерный реактор. Положение Солнца на главной последовательности показывает, что оно ещё не исчерпало свой запас водорода для ядерного синтеза и находится примерно в середине своей эволюции.
Сейчас Солнце постепенно становится более ярким, на более ранних стадиях развития его яркость составляла лишь 70 % от сегодняшней.
Теперь по порядку разберемся сколько планет вокруг солнца вращается, в солнечной системе и характеристики планет.
Межпланетное пространство
Помимо яркого света, желтая звезда излучает непрерывный поток заряженных частиц. Он называется «солнечный ветер», распространяется со скоростью 1,5 млн. км/час, образуя околосолнечную область – гелиосферу. Потоки частиц способны срывать атмосферу космических тел, не защищенных магнитными полями, что произошло с Венерой и Марсом.
Космические лучи происходят извне Солнечной системы.
Как плотность космических лучей в межзвёздной среде, так и сила магнитного поля Солнца изменяются с течением времени, таким образом, уровень космического излучения в Солнечной системе непостоянен, хотя величина отклонений достоверно неизвестна.
Межпланетная среда является местом формирования, по крайней мере, двух дископодобных областей космической пыли.
Планеты и их спутники
Земная группа
Меркурий
Ближайшая к Солнцу, но и самая малая из планет (0,055 массы Земли). Она очень медленно обращается вокруг себя, за полный оборот вокруг светила делая лишь полтора оборота вокруг своей оси. Планета не имеет ни атмосферы, ни спутников, днём раскаляясь до +430 °С, а ночью охлаждаясь до – 180 °С.
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.
Венера
Самая романтичная и ближайшая к Земле планета тоже для жилья не пригодна. Она плотно укутана толстым одеялом облаков из углекислого газа, и при температуре до + 475 °С имеет давление у поверхности, испещрённой кратерами, свыше 90 атмосфер. Венера очень близка Земле размерами и массой.
Она также имеет толстую силикатную оболочку вокруг железного ядра и атмосферу (из-за этого Венеру нередко называют «сестрой» Земли). Имеются также свидетельства её внутренней геологической активности. Однако количество воды на Венере гораздо меньше земного, а её атмосфера плотнее.
Земля
Марс меньше Земли и Венеры (0,107 массы Земли). Похож на нашу планету по своей структуре. Радиус его в два раза меньше земного, а масса меньше на порядок. Он обладает атмосферой, состоящей главным образом из углекислого газа, с поверхностным давлением 6,1 мбар (0,6 % от земного).
На его поверхности есть вулканы, самый большой из которых, Олимп, превышает размерами все земные вулканы, достигая высоты 21,2 км. Рифтовые впадины (долины Маринер) наряду с вулканами свидетельствуют о былой геологической активности, которая, по некоторым данным, продолжалась даже в течение последних 2 млн лет. Красный цвет поверхности Марса вызван большим количеством оксида железа в его грунте.
Марсианский год в два раза длиннее земного, зато сутки практически той же продолжительности. Марс богаче первых двух планет, имея два спутника: Фобос и Деймос, переводимые с греческого как «страх» и «ужас». Это небольшие каменные глыбы, очень похожие на астероиды.
На сегодняшний день (после Земли) Марс — самая подробно изученная планета Солнечной системы
Планеты-гиганты
Юпитер
Самая крупная газовая планета-гигант. Будь его масса в несколько десятков раз больше, он реально смог бы стать звездой.
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.
Сутки на планете длятся около 10 часов, а год протекает за 12 земных. Юпитер, как Сатурн и Уран, имеет систему колец. Их у него четыре, но они не очень ярко выражены, из далека можно и не заметить.
Ганимед, крупнейший спутник в Солнечной системе, превосходит по размеру Меркурий.
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 82 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.
Титан, превосходящий размерами Меркурий, — единственный спутник в Солнечной системе с существенной атмосферой.
Уран с массой в 14 раз больше, чем у Земли, является самой лёгкой из планет-гигантов. Особенность этой планеты, предстающей наблюдателю в тонах сине-зелёных, в его вращении. Ось вращения планеты практически параллельна плоскости эклиптики. Говоря обыденным языком, Уран лежит на боку. Если другие планеты можно сравнить с вращающимися волчками, то Уран больше похож на катящийся шар.
Но это не помешало ему обзавестись 13 кольцами и 27 спутниками, самые известные из которых Оберон, Титания, Ариэль, Умбриэль.
Нептун
Внешне Нептун похож на Уран; в его спектре также доминируют полосы метана и водорода. Поток тепла от Нептуна заметно превышает мощность падающего на него солнечного тепла, что указывает на существование внутреннего источника энергии. Возможно, значительная часть внутреннего тепла выделяется в результате приливов, вызванных массивным спутником Тритоном, который обращается в обратном направлении на расстоянии 14,5 радиуса планеты. «Вояджер-2», пролетев в 1989 на расстоянии 5000 км от облачного слоя, обнаружил у Нептуна еще 6 спутников и 5 колец.
В атмосфере были открыты Большое Темное Пятно и сложная система вихревых потоков. На розоватой поверхности Тритона обнаружились удивительные геологические детали, включая мощные гейзеры. Открытый «Вояджером» спутник Протей оказался больше Нереиды, обнаруженной с Земли еще в 1949г.
Девятая планета
Карликовые планеты
К карликовым планетам относят те, которые в своем диаметре имеют около 1000 км. Это Плутон, получивший данный статус в 2006 году, самый яркий представитель главного астероидного кольца – Церера и далекий – Эрида.
Малые объекты
Пояс Койпера
Пояс Койпера — область реликтов времён образования Солнечной системы, является большим поясом осколков, подобным поясу астероидов, но состоит в основном изо льда. Простирается между 30 и 55 а. е. от Солнца. Составлен главным образом малыми телами Солнечной системы, но многие из крупнейших объектов пояса Койпера, такие как Квавар, Варуна и Орк, могут быть переклассифицированы в карликовые планеты после уточнения их параметров. Здесь сосредоточена масса малых тел, льдов.
Они состоят из метана, аммиака и воды, но есть объекты, включающие в себя горные породы и металлы.
Астероиды
Астероиды — самые распространённые малые тела Солнечной системы.
Метеоры и метеориты
Космические объекты малых размеров, периодически врывающиеся в атмосферный слой Земли, до момента падения называются метеоритами. В момент попадания в земную атмосферу их переквалифицируют в метеоры. Они сгорают в воздухе до падения, небольшая часть падает на поверхность.
Кометы
Если перевести это слово с греческого, получится «длинноволосый». И это так. Когда ледяная странница приближается к Солнцу, она распускает длинный хвост из испаряющихся газов на сотни миллионов километров.
Комета имеет и голову, состоящую из ядра и комы. Ядро – ледяная глыба из застывших газов с добавками силикатов и частиц металлов. Возможно, что присутствует и некая органика. Кома – это газопылевое окружение кометы.
Отдалённые области
Вопрос о том, где именно заканчивается Солнечная система и начинается межзвёздное пространство, неоднозначен.
Ключевыми в их определении принимают два фактора: солнечный ветер и солнечное тяготение. Внешняя граница солнечного ветра — гелиопауза, за ней солнечный ветер и межзвёздное вещество смешиваются, взаимно растворяясь.
Однако предполагают, что область, в которой гравитация Солнца преобладает над галактической — сфера Хилла, простирается в тысячу раз дальше.
Большая часть нашей Солнечной системы всё ещё неизвестна. По оценкам, гравитационное поле Солнца преобладает над гравитационными силами окружающих звёзд на расстоянии приблизительно двух световых лет (125 000 а. е.).
Облако Оорта
Гипотетическое облако Оорта — сферическое облако ледяных объектов (вплоть до триллиона), служащее источником долгопериодических комет. Предполагаемое расстояние до внешних границ облака Оорта от Солнца составляет от 50 000 а. е. (приблизительно 1 световой год) до 100 000 а. е. (1,87 св. лет).
Полагают, что составляющие облако объекты сформировались около Солнца и были рассеяны далеко в космос гравитационными эффектами планет-гигантов на раннем этапе развития Солнечной системы.
Место Земли в Солнечной системе
Более удачного положения, чем то, что занимает Земля, придумать невозможно. Участок нашей Галактики довольно спокойный. Солнце обеспечивает постоянное, равномерное свечение. Оно выделяет ровно столько тепла, излучения и энергии, сколько требуется для зарождения и развития жизни.
Саму же Землю словно продумали заранее:
Присутствие Луны, именно такой массы и на таком расстоянии, как это требуется. Есть ещё очень много совпадений, имеющих решающее значение для благоприятной жизни на планете. И нарушение практически любого из них сделало бы маловероятным возникновение и существование жизни.
Стабильность системы
Обращение планет вокруг Солнца происходит в одном (прямом) направлении. Орбиты планет практически круговые, а их плоскости близки к плоскости Лапласа. Это основная плоскость Солнечной системы. Законам механики подчиняется наша жизнь, и Солнечная система не исключение.
Планеты связаны друг с другом законом всемирного тяготения. Исходя из отсутствия трения в межзвёздном пространстве, можно уверенно предположить, что движение планет относительно друг друга не изменится. Во всяком случае, в ближайшие миллионолетия. Многие учёные пытались рассчитать будущее планет нашей системы.
Но у всех – и даже у Эйнштейна – получалось одно: планеты солнечной системы будут стабильны всегда.
Химический состав
В Солнечной системе наблюдается сильный градиент (различие) химического состава: близкие к Солнцу планеты и спутники состоят из тугоплавких материалов, а в составе далеких тел много летучих элементов. Это означает, что в эпоху формирования Солнечной системы существовал большой градиент температуры. Современные астрофизические модели химической конденсации предполагают, что исходный состав протопланетного облака был близок к составу межзвездной среды и Солнца: по массе до 75% водорода, до 25% гелия и менее 1% всех прочих элементов.
Эти модели успешно объясняют наблюдаемые вариации химического состава в Солнечной системе.
О химическом составе далеких объектов можно судить на основании значения их средней плотности, а также по спектрам их поверхности и атмосферы. Значительно точнее это удалось бы сделать путем анализа образцов планетного вещества, но пока у нас есть только образцы с Луны и метеориты.
Исследуя метеориты, мы начинаем понимать химические процессы в первичной туманности. Однако процесс агломерации крупных планет из мелких частиц пока остается неясным.
Жизнь в Солнечной системе
Высказывались предположения, что жизнь в Солнечной системе когда-то существовала за пределом Земли, а может быть, существует и сейчас. Появление космической техники позволило приступить к прямой проверке этой гипотезы. Меркурий оказался слишком горяч и лишенным атмосферы и воды. На Венере тоже очень жарко – на ее поверхности плавится свинец. Возможность жизни в верхнем слое облаков Венеры, где условия гораздо мягче, пока не более чем фантазия. Луна и астероиды выглядят совершенно стерильными.
Большие надежды возлагались на Марс. Замеченные в телескоп 100 лет назад системы тонких прямых линий – «каналов» – дали тогда повод говорить об искусственных ирригационных сооружениях на поверхности Марса. Но теперь мы знаем, что условия на Марсе неблагоприятны для жизни: холодно, сухо, очень разреженный воздух и, как следствие, сильное ультрафиолетовое излучение Солнца, стерилизующее поверхность планеты.
Приборы посадочных блоков «Викингов» не обнаружили органического вещества в грунте Марса.
Правда, есть признаки того, что климат Марса существенно менялся и, возможно, когда-то был более благоприятным для жизни. Известно, что в далеком прошлом на поверхности Марса была вода, поскольку на детальных изображениях планеты видны следы водной эрозии, напоминающие овраги и сухие русла рек.
Иллюстрация на тему «Есть ли жизнь на Марсе?»
Хотя в атмосферах планет-гигантов много органических молекул, трудно поверить, что при отсутствии твердой поверхности там может существовать жизнь. В этом смысле значительно интереснее спутник Сатурна Титан, у которого есть не только атмосфера с органическими компонентами, но и твердая поверхность, где могут скапливаться продукты синтеза. Правда, температура этой поверхности (90 К) скорее подходит для сжижения кислорода. Поэтому внимание биологов больше привлекает спутник Юпитера Европа, хотя и лишенная атмосферы, но, по-видимому, имеющая под своей ледяной поверхностью океан жидкой воды.
Следует отметить, что межпланетные зонды способны обнаружить признаки активной жизни на поверхности планет. Но если жизнь скрыта под ледяным панцирем Европы, то пролетающий мимо аппарат вряд ли ее обнаружит.
Некоторые кометы почти наверняка содержат сложные органические молекулы, образовавшиеся еще в эпоху формирования Солнечной системы. Но трудно вообразить себе жизнь на комете. Итак, пока у нас нет доказательств, что жизнь в Солнечной системе существует где-либо за пределом Земли.
Интересные факты о Солнечной системе
