Солнечная система

Солнечная система, система небесных тел (Солнце, планеты, спутники планет, кометы, астероиды, метеорные тела, космическая пыль), двигающихся в области преобладающего гравитационного влияния Солнца. Наблюдаемые размеры Солнечной системы определяются орбитой Плутона (около 40 а. е.). Однако сфера, в пределах которой возможно устойчивое движение небесных тел вокруг Солнца, простирается почти до ближайших звёзд (230000 а. е.). Информацию о далёкой внешней области Солнечной системы получают при наблюдениях приближающихся к Солнцу долгопериодических комет и при изучении космической пыли, заполняющей всю Солнечную систему. Общая структура Солнечной системы была раскрыта Н. Коперником (середина 16 века), который обосновал представление о движении Земли и других планет вокруг Солнца. Гелиоцентрическая система Коперника впервые дала возможность определить относительные расстояния планет от Солнца, а следовательно, и от Земли. И. Кеплер открыл (начало 17 века) законы движения планет, а И. Ньютон сформулировал (конец 17 века) закон всемирного тяготения. Эти законы легли в основу небесной механики, исследующей движение тел Солнечной системы. Изучение физических характеристик космических тел, входящих в Солнечную систему, стало возможным только после изобретения Г. Галилеем телескопа: в 1609 году Галилей впервые направил изготовленный им маленький телескоп на Луну, Венеру, Юпитер и Сатурн и сделал ряд поразительных для его эпохи открытий (см. Астрономия). Наблюдая солнечные пятна, Галилей обнаружил вращение Солнца вокруг своей оси.

Наша Солнечная система является звёздной системой одной из многих звёздных систем в нашей галактике и вселенной. Солнечная система своё название получила по названию своей звезды. По своей структуре наша Солнечная система состоит из одной звезды «Солнца» в центре системы и вращающихся вокруг Солнца по своим орбитам космических объектов разной величины. Самые крупные из них называются планетами. В свою очередь почти все планеты нашей системы кроме Меркурия и Венеры имеют свои собственные спутники, которые также являются планетами, но гораздо меньших размеров, а планеты-гиганты – ещё и кольца (см. Кольца планет). За всю историю изучения Солнечной системы было открыто 9 планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Все планеты были поделены на две группы. Первая группа имеет несколько названий: группа внутренних планет, малые планеты и планеты земной группы. К этой группе относятся планеты наиболее близко расположенные к Солнцу. Вторая группа называется внешние или планеты-гиганты. Ко второй группе относятся наиболее удалённые от Солнца планеты, расположенные за орбитой Марса.

Солнечная система (схематический план).

Сравнительные размеры Солнца и планет.

Планеты Земной группы.

Планеты-гиганты.

По физическим характеристикам большие планеты разделяются на внутренние планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) по своим характеристикам схожих и напоминающих Земля, и внешние планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) имеющих сложное строение, определяемое фазовыми переходами веществ (при этом Уран и Нептун выделяют в подгруппу ледяных гигантов). Физические характеристики Плутона качественно отличны от характеристик планет-гигантов, и потому он не может быть отнесён к их числу.

До 2006 года Плутон считался 9-й планетой Солнечной системы. В 2006 году Международный астрономический союз установил новые критерии для понятия «планета», в связи с чем Плутон был переведён в категорию карликовых планет и отнесён к малым телам Солнечной системы. Таким образом на сегодняшний день наша Солнечная система состоит из 8 планет.

За единицу расстояний в Солнечной системе принята астрономическая единица (средняя удалённость Земли от Солнца). Это расстояние свет проходит за 8 мин 19 сек (Нептуна солнечный свет достигает за 4 ч 10 мин). Планеты обращаются по орбитам, плоскости которых близки к плоскости орбиты Земли. Периоды обращения планет по орбитам вокруг Солнца у всех разные и лежат в пределах от 0,24 года у Меркурия до 165 лет у Нептуна. Так же сильно разнятся и периоды собственного вращения планет вокруг своей оси – от 0,413 суток у Юпитера до 243 суток у Венеры.

Обширная программа наблюдений, выполненная в 1963 году американским астрономом К. Томбо для поиска планет, находящихся за пределами орбиты Плутона, не дала положительных результатов. В табл. приведены оскулирующие элементы орбит (см. Орбиты небесных тел) больших планет (по Остервинтеру и Когену, США, 1972). Орбиты больших планет мало наклонены друг к другу и к фундаментальной плоскости Солнечной системы (т. н. Лапласа неизменяемой плоскости).

Около 90% естественных спутников планет группируется вокруг внешних планет, причём Юпитер и Сатурн сами представляют системы, подобные Солнечной системе в миниатюре. Некоторые спутники имеют весьма большие размеры; так, спутник Юпитера Ганимед по размерам превосходит планету Меркурий. Сатурн, кроме десяти спутников, обладает системой колец, состоящих из большого количества мелких тел, движение которых соответствует законам Кеплера; по сути дела эти тела представляют собой также спутники Сатурна. Радиус внешнего кольца составляет 2,3 радиуса Сатурна, то есть кольца расположены внутри Роша предела.

К 1976 году вычислены точные орбиты свыше 2 тыс. малых планет; их орбиты расположены главным образом между орбитами Марса и Юпитера. Орбиты малых планет по форме и положению могут существенно отличаться от орбит больших планет; в частности, их наклоны к плоскости эклиптики достигают 52°, а эксцентриситеты 0,83. Вследствие больших эксцентриситетов некоторые планеты приближаются к Солнцу ближе Меркурия и удаляются от него на расстояние орбиты Сатурна. Общее число малых планет, доступных современным телескопам, оценивается в 40 000.

Движение (и вращение вокруг осей) планет и их спутников, рассматриваемое с Северного полюса мира, происходит против часовой стрелки (прямое движение). Исключение представляют вращение Венеры и Урана и обратное движение некоторых спутников вокруг планет. Расстояния между орбитами больших планет описываются эмпирическим Тициуса — Боде правилом.

Астероиды включают сотни тысяч тел размерами от десятков метров до нескольких сотен километров. Значительная часть их орбит проходит между орбитами Марса и Юпитера (т. н. Главный пояс астероидов). За орбитой Нептуна расположен другой, в 20 раз более широкий пояс малых тел – Койпера пояс, содержащий не менее 70 тыс. транснептуновых объектов (ТНО) с размерами более 100 км. Наиболее крупные ТНО (Плутон, Эрида) имеют диаметры около 2300 км. ТНО возникли на стадии формирования планет. Благодаря низкой орбитальной скорости они практически не сталкивались и сохранились как реликтовые тела Солнечной системы. Из пояса Койпера и перекрывающегося с ним рассеянного диска к Солнцу приходят короткопериодические кометы, орбиты которых мало наклонены к плоскости эклиптики. На большем удалении от Солнца находится Оорта облако – группа наиболее удалённых (до 12·104 а. е. от Солнца) объектов Солнечной системы, откуда приходят долгопериодические кометы, орбиты которых ориентированы случайным образом. Продукты разрушения астероидов и комет образуют метеороиды, которые могут выпадать на планеты как метеориты. Межпланетная среда чрезвычайно разрежена (единицы частиц в 1 см³ на уровне орбиты Земли).

Кометы по внешнему виду, размерам и характеристикам своих орбит резко отличаются от других тел Солнечной системы. Периоды обращения комет могут достигать нескольких млн. лет, причём в афелии такие кометы приближаются к границам Солнечной системы, испытывая гравитационные возмущения от ближайших звёзд. Орбиты комет имеют любые наклоны от 0° до 180°. Общее количество комет оценивается сотнями млрд.

Метеорные тела (см. Метеоры) и космическая пыль заполняют всё пространство Солнечной системы. На движение космической пыли влияет не только притяжение Солнца и планет, но и солнечная радиация, а на движение электрически заряженных частиц — также и магнитные поля Солнца и планет. Внутри орбиты Земли плотность космической пыли возрастает, и она образует облако, окружающее Солнце, видимое с Земли как зодиакальный свет.

Вопрос об устойчивости Солнечной системы тесно связан с наличием вековых членов (см. Возмущения небесных тел) в больших полуосях, эксцентриситетах и наклонах планетных орбит. Однако классические методы небесной механики не учитывают малые диссипативные факторы (например, непрерывную потерю Солнцем его массы), которые могут играть существенную роль в эволюции Солнечной системы в больших интервалах времени. Солнечная система участвует во вращении Галактики, двигаясь по приблизительно круговой орбите со скоростью около 250 км\сек. Период обращения Солнечной системы вокруг центра Галактики определяется в около 200 млн. лет. Вопрос о происхождении Солнечной системы является одним из важнейших вопросов современного естествознания (см. Космогония). Решение этого вопроса осложняется тем, что Солнечная система известна нам в единственном экземпляре. Предположения о существовании тёмных спутников планетных размеров у ближайших звёзд весьма вероятны, но пока не получили окончательного подтверждения. Возраст Солнечной системы оценивается в 5 млрд. лет.

Космическая эра открыла перед астрономией совершенно новые перспективы в изучении Солнечной системы. Советские и американские космические зонды интенсивно исследуют внутренние планеты Солнечной системы Советские космические зонды совершили мягкую посадку на Луну, Венеру, Марс. Первые космонавты (США) высадились на поверхность Луны (1969), американские космические зонды «Пионер-10» и «Пионер-11» (1972—74) преодолели пояс малых планет и прошли в непосредственной близости от Юпитера. Планируются полёты к периодическим кометам и мягкая посадка космического аппарата на малую планету, приближающуюся к Земле на близкое расстояние. Человечество начинает практически осваивать внутреннюю область Солнечной системы.

Дополнительную литературу смотрите при статьях: Небесная механика, Планеты, Космогония.