Астероїди, комети, метеорити

Зміст

Будова сонячної системи 4

Закони руху планет 5

Сонце 6

Сонячна атмосфера 7

Сонячне випромінювання 8

Планети сонячної системи 10

Астероїди, комети, метеорити 14

Будова Сонячної системи

Сонячна система – одна з множини різноманітних за розмірами і складністю зоряних систем Нашої Гала­ктики. До неї входять вісім великих планет разом з супу­тниками, десятки тисяч ма­лих планет - астероїдів, мі­льйони комет, метеоритна речовина, космічний пил і газ, та єдина зоря - Сонце, навколо якого обертаються всі тіла системи. Загальний план її будови такий, як і нашої Галактики, тобто, всі планети обертаються навколо Сонця по еліптичних орбітах проти годинникової стрілки приблизно в одній площині (мал. 2). У тому самому напрямі вони обертаються навколо своєї осі, за винятком Венери та Урана, обертання яких зворотне. Се­редня віддаль між планетами закономірно зростає приблизно в два рази.

Однією з перших гіпотез про будову світу була гіпотеза Клавдія Птолемея, відома як геоцентрична система Світу. За цією гіпотезою Земля - нерухома планета, що знаходиться в центрі світу, а всі інші небесні світила рухаються навколо неї. Це помилкове вчення існувало майже 15 століть, оскільки К. Птолемей користувався неперевершеним авторитетом, проти якого ніхто не наважувався заперечувати.

Вперше правильну схему будови світу дав М. Коперник. При­йшовши до висновку, що Сонце знаходиться в центрі системи, а Зем­ля та інші планети рухаються навколо нього і обертаються навколо своєї осі, він визначив відносну віддаль від планет до Сонця, вичис­лив періоди їх обертання по орбіті. Так виникла геліоцентрична сис­тема Світу.

Вчення М. Коперника про два рухи Землі - орбітальний і обер­тальний - докорінно змінило попередні погляди про будову світу, змусило переглянути постулати інших наук, зокрема фізики, і звіль­нитися від застарілих схоластичних традицій, що гальмували розви­ток наук.

Закони руху планет

Ідею М. Коперника поширювали його по­слідовники. Серед них найвидатнішими були Джордано Бруно і Галілео Галілей, які зазнали жорстоких тортур збоку церкви.

Рухом небесних тіл Сонячної системи керує Сонце. Своїм притяганням воно надає тілам деякого прискорення, але й самі тіла, притягуючи його, та­кож надають йому певного при­скорення. Якби тіла Сонячної системи притягалися лише Сон­цем, то вони рухалися б навколо нього на правильних орбітах відповідно до законів Й. Кеплера. Проте, взаємодіючи між собою, космічні тіла також притягаються, тому вони не рухаються точно по еліпсу, параболі чи колу. Відхилення в русі планет від законів Кеплера називають збуреннями. Вони тим більші, чим більша різниця мас взаємодіючих тіл і чим менша віддаль між ними. Комети й астероїди значних збурень у русі планет не викликають, однак планети на рух цих тіл впливають сильно.

Сонце

Сонце – центральне тіло Сонячної системи, найближча до нас типова зоря середньої величини, властивості якої значно краще вивчені, ніж будь-якої іншої зорі. Це розжарена плазмова куля, радіус якої 6,96•10⁵ км (у 109 разів більший за радіус Землі), об'єм - 1,41•10³³ см³, маса - 1,99•10³⁰ кг (99,866 % маси всієї Сонячної системи), серед­ня густина - 1410 кг/ м³, прискорення сили тяжіння біля поверхні 274 м/с². На Сонці виявлено водень, гелій, азот, вуглець, кисень, магній, натрій, залізо та інші елементи, однак переважаючим є водень, який становить близько 90 % усієї маси Сонця, а другий за кількістю ато­мів - гелій (10 %). Обертається навколо власної осі з різною кутовою швидкістю на широтах. На екваторі повний оберт робить за 24 земних доби і 6 год, а біля полюсів - за 35 діб. Сонце злегка пульсує з серед­нім періодом 160 хв і амплітудою близько 20 км.

Сонце - джерело життя на Землі. Джерело це - в його світловій і тепловій енергії. Температура плазми в центрі Сонця - 15 млн °С, тиск - 100 млрд атм. Навіть на повер­хні гази розігріті до 5700-6000 °С. Такі високі температури і тиск підтриму­ються постійними термоядерними реакціями, за яких водень перетворюється в гелій, і при цьому виділяється вели­чезна кількість енергії. Тому Сонце перебуває в газо-вогняному стані і випромінює в світовий простір велику кількість тепла. Земля, рухаючись навколо Сонця, перехоплює лише одну двомільярдну частку цього тепла. Проте його достатньо, щоб відбувалися всі процеси і явища в природі та іс­нувало життя на Землі.

Вивільнена в ядрі величезна кількість енергії досягає поверхні Сонця лише через 10 млн років. В процесі переміщення від центра до периферії один вид енергії поглинається і перетворюється в інший. Замість поглинутого гама проміння, випромінюється рентгенівське, замість рентгенівського - ультрафіолетове і, нарешті, видиме та довгохвильове. Частина Сонця, де відбувається передача енергії шляхом поглинання та перевипромінювання, називається зоною променевої рівноваги (мал. 4). Вона займає оболонку в межах 0,3-0,7 радіуса Сонця. Вище цієї зони тепло передається шляхом конвективного перемішування.

Сонячна атмосфера

Зовнішній шар Сонця, з якого йде випромінювання в навколишній простір, називають сонячною атмосферою. Вона складається з фотосфери, хромосфери й корони.

Фотосфера - нижня частина атмосфери, тонкий шар газу заввишки 200-300 км, що має температуру 5-6 тис °С і тиск близько 10,13 кПа (0,1 атм.). Випромінює стільки тепла, скільки його одержує з внутрішніх шарів Сонця. Потужність випромінювання становить 3,8•10²⁶Ват, що відповідає втраті маси Сонця величиною в 4 млн тон.

Хромосфера – шар газів над фотосферою, що простягається на висоту 15-20 тис км. її видно під час повних сонячних затемнень у вигляді рожевого кільця навколо темного диска Місяця, в якому виді­ляються яскраві факели і флокули. Вони виникають над сонячними плямами. Факели (нім. Fackel - смолоскип) - яскраві ділянки фото­сфери на краю сонячного диска, температура яких вища за температуру навколишнього середовища.

Корона - зовнішня частина атмосфери Сонця. Це розріджена плазма, шо складається з позитивно заряджених протонів і вільних електронів, які рухаються в просторі з швидкістю 300-750 км/с і створюють сонячний вітер. Сонячний вітер це не просте рівномірне витікання плазми, а складний вихороподібний потік. Під час соняч­них спалахів швидкість елементарних часток сягає 2000 км/с і це си­льно впливає на фізичні властивості земної атмосфери та його магніт­не поле.

Сонячне випромінювання

Кількість енергії, яку виробляє Сонце, важко уявити. За одну секунду воно випромінює більше енергії, ніж її спожило людство з початку своєї цивілізації. Лише за три доби від нього приходить до нас стільки тепла, скільки можна одержати, спаливши всі земні запаси вугілля, нафти й ліси. Свою енергію Сонце випромінює нерівномірно. Іноді на його поверхні виникають сильні вибухи, які супроводжуються виділенням величезної кількості енергії. 12 листопада 1960 р. такий вибух викинув у простір хмару сонячного водню, поперечник якої був понад 16 млн км, а довжина - 75 млн км.

Сонце випромінює корпускулярну і хвильову енергію. Корпускулярна енергія — це потік електронів і протонів, що створюють соня­чний вітер. Хвильове випромінювання, на відміну від корпускулярно­го, характеризується великою стійкістю у видимому спектрі і значними коливаннями в ультрафіолетовому та інфрачервоному спектрах. Ці коливання, як і коливання корпускулярного випромінювання, залежать від сонячної активності, під якою розуміють сукупність явищ на Сонці, які зумовлюються процесами в його надрах і проявляються у вигляді сонячних плям, факелів, флокулів, волокон, протуберанців.

Сонячні плями - це відносно холодні (1500 °С) темні ділянки, що існують упродовж кількох годин або днів і мають розміри 7-15 тис. км. Плями завжди оточенні фотосферними факелами, що існують тривалий час.

Сонячні спалахи - раптові й різкі посилення яскравості окремих ділянок атмосфери Сонця поблизу сонячних плям, що розвиваються. Тривають від кількох хвилин до кількох годин. При цьому підсилю­ється рентгенівське, ультрафіолетове та корпускулярне випромінювання, а також зароджуються космічні промені. Площі, охоплені ни­ми, досягають кількох млрд км².

Сукупність усіх нестаціонарних явищ на Сонці (утворення сонячних плям, спалахів, факелів тощо) називають сонячною активністю. Період, протягом якого сонячна активність виявляється найбіль­ше, називають максимумом, а протягом якого її нема або прояв­ляється зовсім мало, називають мінімумом.

Сонячна активність проявляється через певну кількість років, які складають її цикл. В XIX ст. було виявлено циклічність - істотну зміну числа плям на Сонці протягом 7,5-16 років при середній трива­лості циклу 11,1 року. Проте є ще 22-річний (магнітний) та 80-90-річний (віковий) цикли. Вважають, що існує більш тривалий цикл — тисячолітній. Причини циклічності очевидно зв'язані з процесами, які відбуваються в підфотосферних шарах Сонця.

Циклічність сонячної активності викликає циклічність явищ у географічній оболонці. В період максимуму в земній атмосфері вини­кають полярні сяйва, магнітні бурі та інші явища.

Планети Сонячної системи

Планети — небесні тіла, які рухаються навколо Сонця і світяться відбитим промінням. Вони різні за розмірами й властивостями і мають власний видимий рух на небі. За фізичними властивостями об'єднуються у дві групи, які розділені в просторі кільцем астероїдів. Планети всередині цього кільця (Мерку­рій, Венера, Земля і Марс), називають внутрішніми, або планетами Земної групи. Вони невеликі за розмірами й масами, мають тверду поверхню, велику густину, повільно обертаються навколо своєї осі і швидко рухаються на орбітах. Мають атмосферу і високу температури поверхні.

Планети; які рухаються за кільцем астероїдів, називаються зовнішніми, або планетами - гігантами (Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун). Вони великі за розміром і масою, мають малу густину, швидко обертаються навколо своєї осі, не мають твердої поверхні але мають потужну атмосферу, яка містить водень, гелій та домішки метану й аміаку. Температури на поверхні -100 °С.

 

Меркурій - найближча до Сонця планета Сонячної системи, що рухається на середній віддалі 57,9 млн км. Менша за Землю в 3 рази, а сонячного тепла одержує в 6,7 раз більше. Сонячна доба становить 176 земних діб, період обертання навколо Сонця - 88 діб. Температура на освітленій частині +420 °С, на затіненій -240 °С. Атмосфера дуже розріджена.

Венера – друга планета, що рухається по коловій орбіті на віддалі 103,2 млн км від Сонця за 225 діб, а навколо своєї осі за 243 доби. Напрям руху зворотний рухові планет навколо Сонця. Вісь обертання перпендикулярна до орбіти, тому пори року не виражені. Середній радіус Венери 6050 км, маса - 0,9528 маси Землі. Має потужну атмосферу з вуглекислого газу. Температура на поверхні +450-470 °С, атмосферний тиск — 100 кг/см². Венеру спостерігають або увечері після заходу Сонця ("Вечірня зоря") або вранці перед сходом Сонця ("Ранішня зоря").

За Венерою на середній віддалі 149,6 млн. км від Сонця розташована планета Земля. Тут ми не будемо давати їй характеристику, оскільки їй присвячується вся книга.

Марс - зовнішня планета земної групи. Середня віддаль від Со­нця близько 227,9 млн. км. Марсіанський рік становить 678 земних діб, а доба - 24 годин 27 хв. За розмірами в два рази менший за Землю. Має два природні супутники - Фобос і Деймос. Атмосфера розрі­джена, переважає вуглекислий газ. Є азот і кисень. її тиск біля поверхні -- 0,5—8 мб. Нахилення осі обертання до площини орбіти під кутом 65° зумовлює нерівномірність дня й ночі на різних широтах та зміну пір року. Температура на поверхні коливається від +13-43 °С до -120 °С. На фотографіях, одержаних з близької віддалі, добре видно багато кратерів, гірських пасом і ущелин типу каньйон, окремі гори заввишки 27 км. На Марсі відмічаються періоди глобальних пилових бурь.

Юпітер – п'ята і найбільша планета Сонячної система. Середня віддаль від Сонця близько 778,3 млн км. Період обертання навколо Сонця 11,9 тропічного року, навколо осі - 9 год 50 хв. Екваторіальний радіус 71398 км, маса 1,901•10²⁷ кг (удвічі більша за масу всіх інших планет разом узятих). Має 16 природних супутників. Навколо Юпіте­ра виявлено кільце. Поверхня Юпітера закрита суцільним шаром хмар з темних смуг і світлих зон, розташованих паралельно екваторові. В атмосфері є водень, гелій, неон, метан і аміак. її тиск такий як і на Зе­млі. Гігантський атмосферний вихор (Велика Червона Пляма) утричі перевищує, розміри Землі. Температура на поверхні Юпітера від -100 °С до-40 °С.

Сатурн – шоста за віддаленням від Сонця планета. Середня віддаль від Сонця близько 1,427 млрд. км. Період обертання навколо Сонця 29,5 тропічного року, навколо осі – 10 год. 14 хв. Екваторіаль­ний радіус 60100 км, маса 5,68•10²⁶ кг. Має 10 великих і 12 малих супутників. У площині екватора його оточує світло-сіре кільце складної структури. Упродовж 29,5 років його двічі видно в максимальному розкритті і двічі не видно зовсім. Температура на поверхні Сатурна від -190 °С до -150 °С. Як і на Юпітері, в атмосфері Сатурна виявлено вихор - Червону Пляму.

Уран – сьома за віддаленням від Сонця планета Сонячної сис­теми. Середня віддаль від Сонця близько 2,870 млрд км. Період обер­тання навколо Сонця 84,013 тропічного року, а навколо осі — 17 год 18 хв. Екваторіальний радіус 26200 км, маса 8,69•10²⁵ кг. Вісь обер­тання майже збігається з площиною його орбіти. Температура повер­хні близько -220 °С. Має 5 природних супутників. У 1977 році навко­ло Урану відкрили систему кілець. Атмосфера складається з молеку­лярного водню і метану.

Нептун – восьма планет Сонячної системи. Середня віддаль від Сонця 4, 499 млрд. км, період обертання навколо Сонця 164,8 тропіч­ного року, навколо осі — 18 год 12 хв. Екваторіальний радіус 25230 км, маса становить 17,25 мас Землі. Атмосфера складається з молеку­лярного водню з невеликими домішками метану. Температура зовні­шніх шарів -200 °С. Неозброєним оком Нептун не спостерігається. Має 2 природні супутники.

Плутон – найдальша карликова планета Сонячної системи, тому слабо ви­вчена. Середня віддаль від Сонця 5,9089 млрд. км, період обертання навколо Сонця 247,7 років, а навколо осі – 6 діб 9 год. 17 хв. Радіус Плутона 1500 км, маса 1,2•10²⁵ кг. За розмірами і масою близький до планет земної групи, за іншими фізичними характеристики – до планет-гігантів. Має 1 природний супутник

Астероїди, комети, метеорити

Крім планет та їх супутників до Сонячної системи входить значна кількість малих планет - астерої­дів. Це невеликі холодні тіла, що мають неправильну форму, оберта­ються навколо своєї осі і навколо Сонця по еліптичних орбітах. Най­більші астероїди (Церера, Ерос, Паллада, Юнона та інші) мають діа­метр від 300 до 1003 км, а найменші з відомих - до 1 км. Орбіти бі­льшості астероїдів лежать між орбітами Марса і Юпітера. Розрахунки показують, що в цьому місці повинна існувати ще одна планета, але вона чомусь не сформувалася або вибухнула. Можливо тут існувала планета Фаетон з діаметром близько 6000 км - дещо більшим, як у Меркурія і меншим, ніж у Марса. Внаслідок якоїсь космічної катаст­рофи вона розлетілися на шматки, сформувавши кільце астероїдів. Орбіти цих астероїдів дуже витягнуті і можуть перетинатися з орбітами планет. Серед малих планет є планети з назвами Україна, Київ та ін.

Комети – це нестійкі тіла Сонячної системи, що мають вигляд світлих рухомих об'єктів з туманними обрисами і перебувають під впливом гравітаційного поля Сонця. Мають ядро і хвіст. Ядро - це монолітна брила льоду, з вмерзлими в нього твердими частинками. Розміри ядра від сотень метрів до кількох кілометрів. З наближенням до Сонця лід випаровується, а вмерзлі в нього тверді частинки й гази розпорошуються, утворюючи навколо ядра голову – газову оболонку з аміаку, метану та вуглекислого газу. Під дією сонячного вітру газ і пил витягуються за кометою на сотні мільйонів кілометрів у вигляді хвоста. Голови деяких комет за розмірами перевищують розміри Со­нця, а хвости витягуються на сотні мільярдів кілометрів. Однак маси комет незначні. Більшість комет мають дуже витягнуті еліптичні ор­біти. Є комети, що рухаються по параболічних та гіперболічних орбі­тах. Обігнувши Сонце, деякі з них назавжди покидають Сонячну сис­тему.

З кожним наближенням до Сонця комети втрачають частину ре­човини і з часом розпадаються, утворюючи метеоритні потоки. Яск­равою є комета Галлея, яка рухається навколо Сонця з періодом бли­зько 76 років. Останній раз спостерігалася у 1986 р.

Метеорити – різні за розмірами тверді тіла, що падають на по­верхню Землі чи інші планети з міжпланетного простору. Потрапляю­чи в атмосферу Землі, метеоритні тіла вже на висоті 110-70 км вна­слідок зіткнення з повітрям нагріваються до тисяч градусів і почина­ють світитися, залишаючи на небі яскраві сліди. Великі метеори у вигляді вогняних куль, що супроводжуються гуркотом, свистом, сюр­чанням називають болідами. Розрізняють метеорити залізні, залізокам'яні і кам'яні. Щороку на Землю випадає більше 2000 метеоритів. На місці падіння великих метеоритів утворюються кратери. Арізонський метеоритний кратер має діаметр 1200 і глибину 200 м.