Строение Солнечной системы.

ЛЕКЦИЯ 1.2. ЗЕМЛЯ В КОСМИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Земля в составе солнечной системы

 

Строение Солнечной системы.

Земля – одна из планет в составе Солнечной системы. Что представляет из себя эта система в целом? Её составляют Солнце, а также большое число разнообразных космических тел, удерживаемых полем её тяготения. Солнце, в свою очередь, представляет собой одну из громадного множества звёзд, существующих во Вселенной. Звёзды группируются в обширные скопления – галактики. К настоящему времени астрономы насчитывают во Вселенной порядка 10 миллиардов галактик. К одному из таких звёздных скоплений – Галактики Млечного Пути – и принадлежит Солнце. Наша галактика представляет собой уплощённое спиралевидное скопление звёзд диаметром около 100 тысяч световых лет (световой год – это расстояние, которое проходит свет за 1 год, основная единица измерения расстояний в астрономии). Расположено Солнце на периферии галактики, на удалении около 2/3 радиуса от её центра. Здесь, в отличие от центральной части галактики, звёзды располагаются на большом удалении друг от друга. Вся галактика обращается вокруг своего центра, и Солнце участвует в этом движении вместе со всеми остальными объектами, составляющими Солнечную систему: планетами, их спутниками, астероидами, кометами и метеорами.

Основной компонент Солнечной системы – Солнце. Во-первых, на долю Солнца приходится 99,87% общей массы Солнечной системы. Поэтому, в соответствии с законом всемирного тяготения, именно Солнце занимает центральное место в системе, а меньшие тела (планеты, астероиды и кометы) движутся по околосолнечным орбитам. Во-вторых, процессы, протекающие на Солнце, являются основным источником энергии для всей системы в целом.

Планеты – второй по значимости компонент в Солнечной системе. Это космические тела сравнительно крупных размеров, имеющие сфероидальную форму и обращающиеся вокруг Солнца по слабо вытянутым эллиптическим орбитам. Планеты отличаются от Солнца, прежде всего малыми размерами, из чего вытекают и другие отличия. Масса планетных тел недостаточна для того, чтобы на них могли протекать реакции термоядерного синтеза, являющиеся источником энергии звёзд. Поэтому температура на планетах значительно ниже, и слагающее их вещество находится в ином состоянии. Если звёзды сложены горячим ионизированным газом (плазмой), то планеты слагаются (в разных соотношениях) более холодным твёрдым, жидким и газообразным веществом. В настоящее время известно 9 основных (так называемых «больших») планет. Это, в порядке удаления от Солнца, Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон.

Астероидами называют планетные тела небольших размеров. Основная их часть обращается вокруг Солнца по близким друг к другу орбитам, расположенным между орбитами Марса и Юпитера, где формируют так называемый пояс астероидов. Но некоторые из них вращаются по эксцентричным орбитам то, сильно приближаясь к Солнцу, то, удаляясь от него. Такие орбиты пересекают орбиты других планет, и есть немало геологических свидетельств неоднократных столкновений астероидов с большими планетами и их спутниками. Астероиды относительно крупных размеров, аналогично планетам, сфероидальны. Но мелкие астероиды имеют, как установлено, неправильную форму. По-видимому, многочисленные малые тела в поясе астероидов неоднократно сталкивались между собой и раскалывались от соударений, образуя обломки неправильной формы. Результатом таких соударений должно было становиться и изменение орбит части образовавшихся осколков – так появлялись астероиды с эксцентричными орбитами.

Спутники планет отличаются и от самих планет, и от астероидов тем, что обращаются не непосредственно вокруг Солнца, а вокруг планет. В целом космические тела этого типа имеют, в сравнении с планетами, меньшие размеры. Но эта разница не является абсолютной: самые крупные из спутников по размеру превосходят самые маленькие планеты. Но каждый спутник всегда по размеру меньше той планеты, вокруг которой он обращается (опять же в соответствии с законом всемирного тяготения). При этом порядок размеров материнской планеты и её спутника сопоставим лишь в одном случае: в паре Земля – Луна. Это позволяет многим специалистам рассматривать данную пару в особом ранге – как двойную планету.

Кометы – самые загадочные образования в составе Солнечной системы. Это тела очень небольших размеров, вращающиеся вокруг Солнца по крайне эксцентричным орбитам. Некоторые кометы приближаются к Солнцу даже ближе Меркурия, после чего возвращаются далеко за орбиту Плутона. Степень эксцентричности орбиты у каждой кометы совершенно индивидуальна, как и период обращения. Те кометы, которые были исследованы, представляют собой скопления замёрзших газов, в которые включены частицы пыли. Это – крайне неустойчивые образования. При их приближении к Солнцу газы начинают испаряться (это выражается в появлении у кометы характерного «хвоста»), и потому с каждым оборотом комета часть своей массы теряет. Расчёты показывают, что время «жизни» кометы на типичной для нее эксцентричной орбите может составлять до нескольких миллионов, максимум – первых десятков миллионов лет, что несопоставимо с возрастом Солнечной системы. Следовательно, они в ней должны откуда-то появляться (иначе уже давно ни одной кометы бы не осталось). Откуда же? Согласно одной из гипотез, выдвинутой голландским астрономом Я. Ортом, источник комет – целый пояс таких мелких газово-пылевых глыб, расположенный на дальней периферии Солнечной системы. В результате гравитационных воздействий (например, влияния ближайших к Солнцу других звёзд) отдельные глыбы могут сходить со своих стабильных орбит и переходить на нестабильные, на которых мы их и наблюдаем. Другое возможное объяснение в том, что кометы – это глыбы, захватываемые Солнцем из межзвёздного пространства в процессе его движения вокруг центра галактики. Не исключено, что могут существовать кометы различного происхождения. В частности, расчёты показывают, что при взрывных вулканических извержениях большой мощности на малых космических телах (например, спутниках планет-гигантов, где действительно обнаружены проявления активной вулканической деятельности) часть продуктов извержения может быть выброшена за пределы поля тяготения материнского тела и выйти на резко эксцентричную околосолнечную орбиту (гипотеза «эруптивных» комет, от английского eruption – взрыв). Пока в современной Солнечной системе такие кометы не обнаружены. Но есть геологические признаки того, что одна из крупных космогенных катастроф в истории Земли, произошедшая около 10000 лет назад, была вызвана столкновением с ней кометы такого типа.

Поскольку Земля принадлежит к числу планет, рассмотрим эту группу тел в составе Солнечной системы несколько подробнее. Сравнительная характеристика размеров планет приведена в таблице 1:

Таблица 1

 

Планета	Диаметр в км	Диаметр относительно диаметра Земли
Меркурий		0,38
Венера		0,95
Земля		1,00
Марс		0,53
Юпитер		11,21
Сатурн		9,45
Уран		4,01
Нептун		3,88
Плутон		0,18

 

Для сравнения: Солнце имеет диаметр 1391980 км (109,12 диаметра Земли). Его объём многократно превосходит суммарный объём всех других тел Солнечной системы. Крупнейший астероид – Церера – имеет размер 960 км (0,07 диаметра Земли).

Плутон, по данным новейших исследований, оказался достаточно мелким телом (ещё 30 лет назад предполагали, что его размеры близки к размерам Земли, диаметр около 6000 км). Фактически по размерам он занимает промежуточное положение между астероидами и большими планетам. Высказывалось предположение, что Плутон – это, строго говоря, не самостоятельная планета, а «потерянный» спутник Нептуна. Есть также гипотеза о существовании за орбитой Нептуна целого пояса малых планетных тел, аналогичного поясу астероидов. Плутон, в таком случае – лишь одно из множества таких тел. В последние годы появляются сведения об обнаружении за орбитой Нептуна других планетных тел, подобных Плутону. Но эти данные ещё требуют подтверждения.

Сведения о массах планетных тел также удобно рассмотреть в их сравнении с таковыми для Земли:

Солнце – 330 000 масс Земли

Меркурий – 0,06

Венера – 0,81

Марс – 0,11

Юпитер – 318

Сатурн – 95

Уран – 14,5

Нептун – 17

Плутон – 0,002

Церера – 0,0002

Астероиды суммарно – 0,0015

Все спутники планет – 0,125

На Солнце, как уже было сказано, приходится 99,87% общей массы Солнечной системы. Из остатка в 0,13% основная часть приходится на самую крупную планету – Юпитер (0,1%). Но, как можно видеть, даже эта самая большая из планет по массе с Солнцем совершенно не сопоставима.

Распределение плотностей для больших планет:

Меркурий – 5,42 г/см³

Венера – 5,25

Земля – 5,52

Луна – 3,34

Марс – 3,94

Юпитер – 1,31

Сатурн – 0,69

Уран – 1,19

Нептун – 1,66

(точных данных по Плутону пока нет)

В целом наблюдается определённая тенденция уменьшения плотностей планет в направлении от внутренних (близких к Солнцу) к внешним. Из ближних к Солнцу планет явно «выбивается» из этого ряда Земля. Но если усреднить её плотность с плотностью Луны (их, напомним, можно рассматривать вместе как двойную планету), закономерность будет выдерживаться. Самая низкая плотность – у Сатурна (по образному выражению одного из астрономов, эту планету невозможно было бы утопить даже в керосине). А далее (у Урана и в ещё большей мере у Нептуна) она снова повышается.

Сравнение основных параметров – размеров, массы и плотностей – даёт основания разделять большие планеты на две группы. Первую образуют относительно близкие к Солнцу планеты: Меркурий, Венера, Земля с Луной и Марс. Они характеризуются сравнительно малыми размерами и относительно высокой плотностью. Их называют планетами земной группы. Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун получили название планет-гигантов. Их отличают большие размеры и очень низкая плотность. Большую часть объёма этих планет составляют газы – на Уране и Нептуне они преимущественно замёрзшие. С последним фактом, видимо, связана и обратная тенденция к повышению плотностей у планет, наиболее удалённых от Солнца.