Солнечная система: строение и характеристика

Орбиты планет Солнечной системы лежат в одной плоскости проходящей через солнце. Почему все планеты вращаются в одной плоскости?

Если вы взглянете на карту Солнечной системы, то сразу же заметите, что все планеты вращаются в одной плоскости вокруг находящейся в центре звезды. И мы не можем обвинять в этом издателя карты, который решил сэкономить на бумаге. Нет, небесные тела здесь действительно выстроены в своеобразную шеренгу.

Орбиты планет Солнечной системы

Люди заметили это ещё до изобретения телескопов, банально фиксируя положение Солнца и планет на небосклоне. Чтобы понять, почему они оказались в одной плоскости, нужно вернуться ко времени формирования Солнечной системы. Когда-то здесь располагалось огромное сферическое облако газа и пыли, которое медленно вращалось. Затем по какой-то причине оно начало коллапсировать. Говоря более простым языком, сжиматься. Учёные не могут с уверенностью назвать причину, инициировавшую такое развитие событий, но, вероятнее всего, это был не очень далёкий взрыв сверхновой.

Как бы то ни было, гравитация заставила газопылевое облако сгущаться – всё сильнее и сильнее. По мере того как эта сфера уменьшалась в размерах, она вращалась быстрее. Это один из основных физических законов, относящихся к вращающимся системам. Он называется “сохранение момента импульса”. Количество этого момента у того или иного объекта зависит от двух факторов – распределения массы и скорости вращения. Если один меняется, второй должен быть компенсирован – общий момент импульса остаётся неизменным, он сохраняется.

Очередность и траектории планет солнечной системы

Это значит, что по мере того как гигантское газопылевое облако ужималось в размерах, оно быстрее вращалось. В конце концов это вращение создало силу, достаточную, чтобы расплющить облако в диск. Наглядно представьте себе это так – у вас есть круглый комок теста, вы начинаете быстро вращать его вокруг собственной оси, и он превращается в лепёшку для пиццы. Это, кстати, не чисто теоретическая модель. Мы визуально наблюдаем формирование этих дисков вокруг молодых звезд, в том числе и в нашей галактике.

Вернёмся, однако, на миллиарды лет назад к своему родному светилу. Внутри образовавшегося диска частички пыли и газа постоянно сталкивались между собой и слипались, в результате чего формировались всё более объёмные небесные тела. Подавляющее их большинство не выросло крупнее картофелеобразных астероидов, однако нашлись и такие, которые превратились в Землю и семь других планет Солнечной системы. В той связи, что все они образовались внутри одного вращающегося диска материи, который может быть только плоским, объекты эти оказались внутри одной плоскости. Более того, они и вращаются в одном и том же направлении вокруг Солнца.

Планеты Солнечной системы

Имеется множество объектов меньшего размера, движущихся вокруг Солнца по наклонным орбитам – это и Плутон, и кометы, и некоторые астероиды. Все они, вероятно, изначально располагались в описываемой плоскости, но были вытолкнуты из неё Юпитером или Нептуном в тот период, когда эти планеты добирались до нынешних мест своей дислокации. Но им ещё повезло – эти гиганты, как считается, выкинули множество небольших небесных тел вообще за пределы Солнечной системы.

Кому-то это покажется странным, но тот факт, что все планеты вращаются в одной плоскости – это обычное явление, оно наблюдается и в других известных нам звёздных системах. Расстраиваться из-за этой ординарности, конечно же, не стоит. Вспомните, что у нас есть нечто такое, чего мы не смогли пока обнаружить нигде во Вселенной. Разумная жизнь. Люди. В этом плане мы пока весьма уникальны.

Объекты

Все объекты Солнечной системы, обращающиеся вокруг Солнца, официально делят на три категории: планеты, карликовые планеты и малые тела Солнечной системы. Планета — любое тело на орбите вокруг Солнца, оказавшееся достаточно массивным, чтобы приобрести сферическую форму, но недостаточно массивным для начала термоядерного синтеза, и сумевшее очистить окрестности своей орбиты.

Согласно этому определению в Солнечной системе имеется восемь известных планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Плутон (до 2006 года считавшийся планетой) не соответствует этому определению, поскольку не очистил свою орбиту от окружающих объектов пояса Койпера.

Примечания и ссылки

Заметки

1. научной литературе также выделяются внутренние планеты (Меркурий, Венера, Земля и Марс) от внешних планет (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун). Эти два семейства расположены по обе стороны от пояса астероидов .
2. Верхний предел великанши — область исследований, все еще обсуждаемая — достигает 10-20 юпитерианских масс. Кроме того, объект считается коричневым карликом и больше не принадлежит к семейству гигантов.
3. Дело в том , что гиганты расположены между Койпера пояса и пояса астероидов значительно увеличивает шансы захвата. Предполагаемая миграция планет (см. Параграф «Падение на внутренние планеты») также является потенциальным фактором обогащения лунной процессии газовых планет.

Рекомендации

1. .
2. Андре Брахик, Планеты- гиганты в Le Ciel à découvert , ss la dir. Жан Аудуз, Эд: CNRS Éditions, стр.  55 .
3. (in) «  Сатурн превзойдет Юпитер после открытия 20 новых лун  » , Science Daily ,7 октября 2019 г.,
4. Фанни Коэн Моро, «  Два новых спутника открыты вокруг Урана  », Le Figaro ,28 октября 2016 г.
5. Пьер Бартелеми, «  Гиппокамп, новая луна Нептуна  », Le Monde ,20 февраля 2019 г.,
6. Так называемая   « теория Сафранова ». См. Даниэль Бенест, Планеты , Издание : Le Seuil, Coll: Points Sciences, 1996, стр.  76 .
7. Тереза ​​Энкреназ. Планетарные атмосферы. Истоки и эволюция , Под ред .: Белин — Издания CNRS, 2000, с.  52 .
8. См. Статью Терезы Энкреназ. Повсюду ли во Вселенной вода? из журнала L’Astronomie , Vol. 124, п о  29, июль-август 2010, с.  19 . При температуре ниже 200  К простые молекулы, связанные с водородом, конденсируются.
9. См. Ален Дорессундирам и Эммануэль Леллуш , На краю Солнечной системы , Эд: Белин — Pour la Science, 2008, с.  120-122 .

Химический состав атмосферы планет гигантов

Две самые большие планеты, Юпитер и Сатурн, имеют почти тот же химический состав, что и Солнце. Они состоят в основном из двух элементов — водорода и гелия, причем 75% их массы составляют водород и 25% гелий. На Земле водород и гелий являются газами, поэтому Юпитер и Сатурн иногда называют газовыми планетами. Обе планеты настолько велики, что газ внутри них сжимается до жидкого состояния. Основная масса гигантов состоит из сжиженного водорода, поэтому их называют жидкими планетами. Под действием силы тяжести более тяжелые элементы опускаются к внутренним частям жидкой или газообразной планеты.
Уран и Нептун намного меньше своих собратьев, но у каждого из них есть ядро из камня, металла и льда. Эти планеты имеют гораздо меньшую атмосферу пропорциональную своим ядрам.

По типу и составу

Планеты гиганты классифицируются по своим характеристикам и составу. Существуют два основных типа гигантовых планет: газовые гиганты и ледяные гиганты.

Газовые гиганты имеют оболочку газов, состоящую главным образом из водорода и гелия. Эта оболочка окружает твёрдое ядро, состоящее из пород и металлов. Газовые гиганты обладают большой массой и диаметром, их объём может быть сотни раз больше Земли. Известны такие газовые гиганты, как Юпитер и Сатурн в Солнечной системе.

Ледяные гиганты состоят в основном из воды, аммиака и метана со сплавами металлов. Подобно газовым гигантам, они имеют твёрдое ядро, но его размер и масса относительно небольшие. Ледяные гиганты, такие как Уран и Нептун, находятся дальше от Солнца и имеют более вытянутую орбиту.

Гигантские планеты обладают мощными атмосферами, состоящими из различных газов. Наиболее распространенные газы в их атмосферах – это водород и гелий, однако они также могут содержать следы металлов, водяного пара, аммиака, метана и других соединений.

Важной характеристикой гигантских планет является их внутренняя структура. Глубина планеты может быть разделена на несколько слоев – внешний атмосферный слой, внутренний слой с металлическими жидкостями и твёрдое ядро в самом центре

Пошаговый ответ

23.02.2021, проверен экспертом

Суслопарова Людмила Юрьевна

s Студент Учитель русского языка и литературы КОГОАУ «Гимназия г. Уржума» высшей квалификационной категории
5 586

9 310
ответов

4.7
рейтинг

Ход работы:
2)Ученые полагают, что различия между двумя группами планет начали формироваться еще до их образования. Наиболее вероятным объяснением различия в
составе каменистых планет и газовых гигантов является то, что оно возникло из внутренней структуры протопланетного диска из газа и пыли. Астрономы часто обнаруживают протопланетные диски вокруг молодых звезд и именно по этой причине предполагают, что, если бы у нашего солнца был сформирован один из них, в результате он мог бы создать Великое Разделение. Дело в том, что протопланетный диск служил барьером, который тянул строительные материалы в разные части ранней Солнечной системы, при этом продолжая формировать планеты. Однако некоторые из материалов оказались вне барьера — и именно им мы обязаны появлением жизни на Земле, так как они являются материалами, богатыми углеродом, благодаря чему появилась вода и органическая жизнь.
3)Планета земной группы: Меркурий, Венера, Марс — Диапазон значений плотности планет группы: От 3940 до 5520; Диапазон значений радиусов: От 0.3825 до 1; Диапазон значений масс: От 0.05271 до 1.
Планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун — Диапазон значений плотности планет группы: От 3940 до 5520; Диапазон значений радиусов: От 3.8799
до 11.209; Диапазон значений масс: От 14.535 до 317.94.
-По каким критериям планеты двух групп имеют наиболее значимые отличия?
Наиболее значимые отличия в радиус и массе групп планет.
-Плотности планет какой группы больше? Чем можно объяснить различия в плотности физических тел?
Планеты каждой из групп по плотности мало различаются между собой, но средняя плотность планет земной группы примерно в 5 раз больше средней плотности планет-гигантов. Различие плотности тел в окружающей нас природе может объясняться как различием их химического состава, так и различием агрегатного состояния
— В чем состоит сходство химического состава планет двух групп?
Химический состав планет-гигантов не имеет ничего общего с составом планет земной группы, так как имеют в составе разные и отличные друг от друга химические элементы. Однако и газовые гиганты, и планеты земной группы содержат в составе атмосферы газы, последние, конечно, в меньшем количестве и в другом составе, чем первые.
— В чем состоит различие химического состава планет двух групп?
Планеты земной группы состоят в основном из силикатов и металлического железа, расположены относительно близко к Солнцу, обладают высокой плотностью. Слабовыраженное магнитное поле (исключение – Земля). Планеты-гиганты размещаются относительно далеко от Солнца, обладают низкой
плотностью, состоят из газов (в основном, водорода), плотной атмосферой. Сильно выраженное магнитное поле.
— На каком этапе формирования тел Солнечной системы, согласно рассмотренной ранее гипотезе, возникло различие в химическом составе
планет двух групп?
В результате исследования удалось установить, что отношение изотопов в изученных образцах коррелирует с размером тел Солнечной системы, на которых эти образцы образовались. Из этого ученые сделают вывод, что чем меньше размер космического тела в Солнечной системе, тем раньше завершился активный период его формирования.
По мнению ученых, планеты Солнечной системы росли с приблизительно одинаковой скоростью, но некоторые из них остановили рост раньше других. Однако химический состав газопылевого диска постепенно менялся, и потому формирование более крупных планет завершалось уже с использованием вещества иного состава. Это объясняет разницу в составе тел Солнечной системы, включая планеты земной группы.
— Проанализируйте указанные значения, ответив на вопрос: «По каким критериям планеты двух групп имеют наиболее значимые отличия?»
Наиболее значимые отличия по продолжительности года и суток.
— Сформулируйте вывод об особенностях групп планет Солнечной системы, физических основах их различий и сходств.
Планеты земной группы состоят в основном из силикатов и металлического железа, расположены относительно близко к Солнцу, имеют относительно небольшие размеры, обладают высокой плотностью. Планеты-гиганты размещаются относительно далеко от Солнца, обладают низкой плотностью, состоят из газов (в основном, водорода), плотной атмосферой, имеют кольца, имеют большое число спутников. Общие свойства-наличие атмосферы, шарообразная форма, способность расчистить своей гравитацией свою орбиту от посторонних небесных тел.

Ответ тебе помог?

Кольца и сателлиты

Кольца Нептуна, сфотографированные космическим зондом «Вояджер-2» в 1989 году.

С открытием зондом » Вояджер-2 » колец Юпитера и Нептуна выяснилось, что все газовые планеты в Солнечной системе имеют планетарные кольца . Однако разнообразие колец, почти не обнаруживаемых для Юпитера и очень обширных для Сатурна, не позволяет рассматривать их как общую характеристику газовых планет. Их образование связано с приливными эффектами планет-гигантов. Их большая масса не позволяет спутникам оставаться на расстоянии меньше установленного предела (известном как предел Роша ) без разрушения. Кроме того, ниже предела Роша пыль и лед не могут породить спутник путем аккреции , они обязательно рассеиваются по концентрическим кольцам, расположенным в экваториальной плоскости планеты.

Большая масса газообразных планет также позволяет учитывать большое количество и разнообразие их спутников . Некоторые из них являются астероидами или транснептуновыми объектами, захваченными гравитационным полем планет |

Основные кольца и известные спутники газовых гигантов

Число	Юпитер	Сатурн	Уран	Нептун
Кольца	3	7	13	5
Спутники	79	82	29	14

Внешние планеты Солнечной системы

Между тем за пределами «линии замерзания» разыгрывался совершенно иной сценарий. Поскольку там было так много нетронутого материала, планетезимали росли быстрее и до большего размера по сравнению с планетами земной группы. Благодаря своим огромным массам эти тела смогли захватывать имевшиеся поблизости в большом количестве водород и гелий. Это газовые гиганты — крупнейшие планеты Солнечной системы.

Последующая эволюция внешних планет несколько сложнее, чем у планет земного типа. Газовые гиганты Юпитер и Сатурн образовались быстро, как описано выше, а вот расположенные за ними Уран и Нептун, по-видимому, сформировались позже и гораздо ближе к Солнцу, чем они находятся сейчас. К тому же они образовались, когда Солнце испускало в космос интенсивные потоки частиц, которые выдули большую часть первичного водорода и гелия из Солнечной системы. В результате эти две планеты оказались меньше по размеру. Более того, по своему химическому составу они отличаются от Юпитера и Сатурна. Их часто называют ледяными, а не газовыми гигантами, чтобы подчеркнуть эту разницу.

Четыре планеты-гиганта, а также все оставшиеся планетезимали вместе с прочими объектами продолжали двигаться по своим орбитам, гравитационно взаимодействуя друг с другом. Согласно модельным расчетам, Юпитер сформировался на внешнем крае того образования, которое принято сейчас называть поясом астероидов. Последовательность сложных гравитационных взаимодействий Юпитера, Сатурна и оставшегося вещества в протопланетном диске запускает цепь событий, которые астрономы называют Большим галсом (по названию маневра парусного судна при движении против ветра).

На этой иллюстрации изображен бурный процесс формирования Земли в самом начале существования Солнечной системы, когда внутренние планеты подвергались бомбардировке бесчисленными планетезималями и в результате нагревались.

Большой галс начался с того, что Юпитер сместился к Солнцу и расположился между нынешними орбитами Марса и Земли. В ходе этого дрейфа зарождающаяся планета рассеивала вещество протопланетного диска, частично вышибая его за пределы Солнечной системы, а частично закидывая на Солнце. В этот момент гравитационное взаимодействие Юпитера и Сатурна (чья орбита также сместилась внутрь) привело к изменению направления дрейфа планет-гигантов на противоположное и перемещению их наружу, на современные орбиты.

Другим результатом этих маневров было то, что орбита Нептуна оказалась вытеснена наружу, так что она влетела в остатки протопланетного диска, словно шар для боулинга в кегли. К этому времени диск расширился примерно до размеров нынешней орбиты Урана, а ко времени окончания планетных миграций система уже вышла далеко за пределы нынешней орбиты Плутона.

Большой галс позволяет объяснить ряд особенностей внутренней Солнечной системы. Например, потеря столь большого количества вещества протопланетного диска объясняет, почему Марс намного меньше Земли и Венеры, — предназначенный для него запас строительных материалов был попросту выброшен из Солнечной системы. Это же соображение позволяет объяснить, почему в поясе астероидов осталось так мало вещества.

Результатом всех этих дрейфов стал период длительностью несколько сотен миллионов лет, который отличался высокой интенсивностью столкновений, затронувших все тела во внутренней Солнечной системе. Этот период получил название Поздней тяжелой бомбардировки. Оставленные им шрамы видны в кратерах, которые дожили до наших дней на поверхности безвоздушных тел, таких как Меркурий и Луна.

За последние несколько десятилетий астрономы поняли, что ранняя эволюция Солнечной системы была весьма непохожа на спокойный, упорядоченный коллапс, который представлял Лаплас в XVIII веке. Но после окончания первоначальных фейерверков Солнечная система стала гораздо более упорядоченным и предсказуемым местом — как раз то, что нужно для начала путешествия по первой из наших вселенных.

Кликните по картинке, она откроется в новом окне и ее можно будет увеличить

Структура и состав Млечного Пути

Даже по приближенным расчетам, в нашей галактике не менее 200 миллиардов звезд. Преимущественное большинство их локализовано в зоне с формой сплющенного диска.

Ядро

В центральной части Галактики есть утолщенная зона – балдж. Его диаметр – 8 тысяч парсек, он представляет собой звездное скопление эллипсоидной формы. Середина ядра расположена в созвездии Стрельца. Солнце удалено от него примерно на 8500 парсек, или 27,7 тыс. св. лет, или же на 262 квадриллиона километров.

По-видимому, в рассматриваемой зоне находится огромная черная дыра. Ее масса в 4 млн раз больше массы Солнца. Вокруг нее обращается еще один подобный массивный объект, тяжелее солнца в 1000 – 10000 раз, а также несколько тысяч черных дыр помельче, с периодом вращения около сотни лет. Воздействие гравитации от этого центра заставляет близко расположенные от центра звезды вращаться по особым орбитам. Астрономы допускают, что практически все звездные скопления  во Вселенной обращаются вокруг черных дыр.

Ядро Млечного Пути. Это самая богатая туманностями, звездными скоплениями, пылью и газом область нашей галактики.

В рассматриваемых участках Млечного Пути сконцентрировано много звезд. Например, только в одном кубическом парсеке этой области их находится несколько тысяч. Масса галактики распределяется так, что скорость обращения на орбите светил не зависит от того, насколько они удалены от центра. Обычная скорость обращения космических объектов здесь доходит до 240 км/с.

Исследования структуры Млечного пути продолжаются, и, по-видимому, ученые удивят нас новыми открытиями.

Перемычка

Длина этой части Галактики примерно 27 тыс. св. лет. Этот объект проходит сквозь ее  центр под углом 44° относительно границе между Солнцем и центром. Здесь наблюдаются в основном «красные» звезды. Их возраст значительно больше солнечного. Вокруг перемычки находится «Кольцо в пять килопарсек». В нем преобладает молекулярный водород, который является источником образования звезд.

В конце ХХ в. ученые предположили, что Млечный путь – это спиралеподобная галактика, имеющая перемычку. В 2005 г. с использованием мощного телескопа эта гипотеза подтвердилась. Более того, было установлено, что перемычка имеет значительно больший диаметр, нежели это считалось раньше.

Диск

Диаметр диска Галактики – примерно 100 тыс. св. лет. Он вращается намного быстрее, чем гало, и, причем, на разных скоростях. Вблизи черной дыры она приближается к нулю, а вот на удалении примерно 2 тыс. световых лет возрастает до 240 км/с. Затем скорость немного уменьшается, а затем увеличивается до указанного уровня и остается неизменной. Масса галактического диска в 150 миллиардов раз больше массы Солнца.

Вблизи диска находятся молодые звезды (возраст таких объектов не более нескольких миллиардов лет). Молодые космические тела образуют плоскую составляющую, среди них много объектов с высокой температурой. Вблизи плоскости диска находится основное количество газа в виде газовых облаков. Небольшие облака имеют диаметр около одного парсека. Гигантские газовые объекты располагаются во вселенском пространстве на протяжении тысяч световых лет.

Спиральные рукава

Поскольку Млечный Путь относится к спиралевидным звездным скоплениям, у нее есть рукава. Они располагаются в плоскости диска. Сам же диск находится в короне. Существуют такие рукава:

• Лебедя;
• Персея;
• Ориона;
• Стрельца;
• Центавра.

С внутренней стороны рукава Ориона размещено Солнце. Оно вращается вокруг ядра со скоростью – примерно 230 км/с. Один оборот вокруг центра галактики Солнце делает примерно за 240 миллионов лет.

Спиральные рукава галактики Млечный Путь

Гало

Эта часть имеет форму шара и выходит за его границы примерно на 5 – 10 световых лет. Температура гало – 500 тысяч градусов Кельвина. В его составе – старые, малые, малояркие звезды, а также шаровые скопления. Подавляющее большинство таких скоплений расположены ближе 100 тысяч от центра Млечного Пути, но некоторые шаровые скопления находятся на расстоянии более 200 тысяч световых лет от галактического центра. Центр симметрии гало полностью совпадает с центром диска Галактики.

Звезды в этой области могут встречаться как одиночные, так и в составе скоплений, по несколько миллионов каждое. Их возраст обычно превышает 12 млрд. лет. Здесь процессы звездообразования завершились и в основном встречается темная материя.

Галактическое гало

Объекты, входящие в гало, движутся по весьма вытянутым орбитам. В целом эта область вращается медленно. Отдельные звезды имеют и вовсе хаотичное движение.