Загадки Вселенной: планеты Cолнечной системы и их расположение

Успешное изучение и покорение космоса является настоящим торжеством человеческого разума над природой. Активные исследования и разработки в этой области начались всего несколько десятков лет назад, однако человечество во все времена интересовали космические пространства, и первые научные открытия были совершены в самые древние времена. В настоящее время уже многое известно о планетах Солнечной системы и их расположении, но многое остается и загадкой.

Исследования космоса

Изучение космоса человеком началось очень давно, когда впервые было замечено, что звезды на небе образуют созвездия. Чуть позже люди научились ориентироваться по ним, определять части света. Этот период является зарождением астрономии как науки. В XVI—XVII веках астрономия начала активно развиваться благодаря изобретению инструмента исследования — телескопа. В этот период был открыт Млечный путь и другие туманности.

Следующий прорыв в развитии астрономии связан с изобретением спектроскопа. Этот прибор способен преломлять через призму свет. Благодаря ему ученые смогли изучить свойства некоторых объектов, например температуру, вес, химический состав.

Конец XIX—начало XX века стал грандиозным скачком для науки. В этот период произошло огромное количество различных открытий и достижений, причем эти достижения были настолько серьезными, что еще несколько лет до их свершения они казались просто мечтой: путешествие человека в открытый космос, высадка на луне, космические миссии к планетам, возникновение космического туризма.

Дальнейшее развитие науки в этом направлении и изобретение сверхмощных компьютерных систем дает надежду, что в скором времени мир ожидают и другие удивительные открытия.

Сколько планет в солнечной системе

Исследования космоса активно продолжаются по сей день — некоторые постулаты астрономии пересматриваются современными деятелями науки. К примеру, до 2009 года общепринятым фактом являлось количество планет — девять.

В систему входили планеты:

• Меркурий,
• Венера,
• Земля,
• Марс.

Планеты газовой группы:

• Юпитер,
• Сатурн,
• Уран,
• Нептун,
• Плутон.

Однако американский ученый Майкл Браун предложил внести в данную теорию изменения. Ученый пересмотрел сам термин планета, и по новым критериям Плутон перестал соответствовать определению ввиду недостаточной своей массы, потому что планета должна доминировать на своей орбите. Масса же самой маленькой планеты составляет всего 0,07 массы, сосредоточенной на ее орбите. Согласно вышеупомянутой теории, Плутон является всего лишь транснептуновым объектом.

Движения планет

О том, что планеты находятся в непрерывном движении, люди догадались достаточно давно. Однако осознание этого факта сопровождалось различными вопросами: какова схема движения планет, как происходит вращение и как быстро они движутся.

Первый закон Кеплера

Немецкий ученый Иоганн Кеплер доказал, что планеты движутся по орбитам, напоминающим форму эллипса, а Солнце при этом находится в одном из фокусов данного эллипса.

Этот постулат и стал первым законом Кеплера.

Второй закон Кеплера

Если провести радиус-вектор от Солнца, располагающегося в одном из фокусов орбиты планеты, к самой планете, то получается, что за равный промежуток времени данный вектор проходит равные расстояния.

Третий закон Кеплера

Каждая планетная орбита имеет точку, наиболее близко расположенную к Солнцу — перигелий. Наиболее удаленная от Солнца орбитальная точка называется афелием. Большая ось орбиты — отрезок, соединяющий эти точки.

Третий закон Кеплера звучит следующим образом и записывается в виде отношения:

Законы Кеплера оказались удивительно точны для своего времени и имели огромное значение для астрономии. Чуть позже Исаак Ньютон, открыв закон всемирного тяготения, подтвердил вышеописанные законы, подкрепив их теоретическим обоснованием.

Характеристика планет

Наша планета относится к Солнечной системе. Помимо Земли, в этой системе находится еще семь планет, расположенные по порядку от звезды — Солнца.

Земная группа

Ближе всего к Солнцу находятся планеты земной группы (иногда их называют внутренними планетами).

Данную группу образуют четыре планеты:

• Земля,
• Меркурий,
• Венера,
• Марс.

Планеты этой группы обладают рядом свойств, характерных только для этого типа земных тел:

• полное отсутствие либо небольшое количество спутников,
• слабое магнитное поле,
• орбита расположена близко по отношению к другой планете этой группы,
• отсутствует система колец.

Помимо вышеуказанного сходства, все планеты этой группы имеют схожее строение: они состоят из горных пород и тяжелых металлов, а также имеют ядро (чаще всего из железа), которое окружено мантией из силикатных пород. Для планет характерен разнообразный ландшафт: каньоны, вулканы, скалы.

Земля

Земля является самой крупной планетой земной группы, третьей по удаленности от солнца и обладает самой высокой плотностью. Интересно, что все остальные соседи нашей планеты по системе получили свои названия в честь богов, название же голубой планеты в переводе с латинского означает почва.

Земля обладает всеми характеристиками и свойствами планет своей группы, описанными выше, однако при этом она является уникальной. Разумеется, самой главной особенностью Земли является наличие атмосферы и жидкой воды, благодаря которой есть возможность существования на ней живых существ.

Основные характеристики:

1. Планета имеет единственный спутник — луну.
2. Расстояние от Солнца до Земли — 149 600 000 км.
3. Окружность небесного тела составляет 6378 километров, примерная масса 5,9726·10 24.
4. Период вращения Земли — 23 h 56 m 4,100 s дней.
5. Первая космическая скорость — 7,91 км/сек.

На сегодняшний день общепризнанным мнением об образовании планеты является следующее: Земля образовалась 4,5 миллиарда лет назад из солнечной туманности.

Биосфера Земли внесла значительные изменения в атмосферу: благодаря ей был сформирован озоновый слой, который защищает живые существа, населяющие планету, от солнечной радиации. Кора планеты состоит из литосферных плит, совершающих непрерывное движение с очень низкой скоростью — примерно один сантиметр в год, хотя и существуют участки, где это движение происходит быстрее.

Значительную часть планеты составляет вода (70 %). Участки суши представлены континентами и островами. Строение Земли типично для планет данной группы.

Меркурий

Меркурий — самая малая планета земной группы, при этом скорость движения его по небесной сфере самая высокая. Меркурий очень сложно увидеть, причиной этого является его близость к Солнцу: расстояние от планеты до звезды составляет примерно 58 млн километров. Свое название Меркурий получил в честь древнеримского бога торговли, славившегося активностью и быстротой.

Характеристики:

1. Радиус составляет 2440 километров.
2. Примерная масса 3.3022 х 10 23 .
3. Период вращения — 58,46 дней.
4. Первая космическая скорость составляет 3,1 км/сек.
5. Спутники отсутствуют.

Меркурий занимает второе почетное место по плотности, планета представлена по большей части горными породами и тяжелыми металлами. Характерной чертой данной планеты является наличие у нее относительно крупного ядра, занимающего около 70 % всего объема небесного тела.

Меркурий — самая кратерная планета, его рельеф представлен огромным количеством возвышенностей, скал и вулканов. Планета является одной из самых малоизученных на сегодняшний день, первый снимок и карта ее поверхности были получены учеными только в 2009 году.

Венера

Венера является самой горячей планетой — температура на ее поверхности может достигать 462 градусов по Цельсию, находится она на втором месте по удаленности от Солнца. Эта планета была замечена людьми в самые древние времена, когда астрономия как наука еще не была признана. Причиной является ее яркость, близкое расположение к Земле — на звездном небе она видна невооруженным глазом. Свое название планета получила в честь древнеримской богини любви, плодородия и процветания.

Характеристики:

1. Радиус Венеры составляет 6051 километров.
2. Примерная масса 4,86·10 24 .
3. Период вращения — 243,02 дней.
4. Первая космическая скорость составляет 7,328 км/сек.
5. Спутников нет.

Венера имеет множество сходств с Землей, например по характеру поверхности, однако сверхвысокое атмосферное давление оказало на нее определенное влияние. Рельеф Венеры гораздо спокойнее, в несколько раз меньше количество кратеров.

Интересным фактом является то, что небесное тело иногда начинает вращаться в обратную сторону. Причиной тому, вероятно, является столкновение в прошлом Венеры с крупным астероидом.

Марс

Марс — четвертая планета от Солнца, название получила в честь древнеримского бога войны благодаря своему красному цвету. Периодически, раз в несколько лет, Марс подходит близко к Земле, настолько, что его можно увидеть невооруженным глазом. Данное явление, а также угрожающе-красный цвет Марса заставлял трепетать древних людей перед ним. На самом деле никакой угрозы это небольшая планета не несет, а красный цвет вызван преобладанием на ней оксида железа.

Характеристики:

1. Радиус составляет 2439 километров.
2. Примерная масса 3,33·10 23 .
3. Период вращения — 58,46 дней.
4. Первая космическая скорость — 3,1 км/сек.
5. Марс имеет два спутника — Фобос и Деймос.

Марс много лет интересовал ученых-астрономов, многие даже считали, что здесь была, есть или в принципе возможна жизнь. Причиной этого является наличие на кратерах и скалах планеты темных пятен, предположительно являющимися следами воды, а также наличием у планеты тонкого атмосферного слоя, который, однако, состоит по большей части из углекислого газа (98 %).

Пояс астероидов

Поясом астероидов принято называть область, расположенную между Марсом и Юпитером. Этот участок заполнен множеством объектов неправильной формы, называемых астероидами, и стал заметен астрономам еще в начале XIX века. В настоящее время он довольно хорошо изучен.

В поясе астероидов, который иногда называют главным поясом, присутствуют четыре крупнейших астероида:

• Церера,
• Веста,
• Паллада,
• Гелея.

Церера является самым крупным объектом в главном поясе, специалисты относят ее к карликовым планетам: ее диаметр составляет около 950 километров, диаметр остальных астероидов из группы крупнейших не превышает 600 километров.

Размеры остальных частиц пояса астероидов очень отличаются, а некоторые из них ничтожно малы и являются космической пылью, однако общее их количество более миллиона. При этом даже столь огромное количество объектов не делает пояс заполненным.

Космические аппараты пролетают здесь, никогда не сталкиваясь с астероидами, однако контакт небесных тел между собой происходит здесь довольно часто (учитывая астрономические временные масштабы).

Результат этого столкновения может отличаться в зависимости от скорости астероидов: если скорость высока, может образоваться семейство астероидов из фрагментов столкнувшихся, а при низкой скорости объектов может произойти слияние двух астероидов в один.

Классификация астероидов

Астероиды главного пояса принято классифицировать в зависимости от их химического состава.

Углеродные

Темные астероиды, увидеть на небе их возможно только с помощью телескопа. Из названия понятно, что в их составе преобладает углерод, кроме того, они состоят из минералов и горных пород. Углеродные астероиды преобладают в главном поясе: их доля составляет около 75 % всех объектов. Больше всего их на внешнем крае пояса, по мере удаленности от Солнца их количество значительно снижается.

Силикатные астероиды

Состав этих объектов аналогичен каменным метеоритам, в нем преобладает кремний. Их доля в поясе астероидов составляет около 17 %, наибольшая их концентрация наблюдается в 2 астрономических единицах от Солнца, по мере удаления от звезды их количество снижается. Астероиды обладают умеренной яркостью, среди них есть довольно крупный объект — Эвномия, ее ширина составляет примерно 330 километров.

Железные астероиды

Самая многочисленная группа пояса астероидов. В составе преобладает железо и никель. Обладают умеренной яркостью. Существует предположение, что данные объекты являются остатками металлических ядер астероидов, фрагментированных после удара.

Планеты-гиганты

К планетам-гигантам относятся объекты, обладающие крупным размером, которые расположены за поясом астероидов.

В эту группу входят четыре планеты:

• Юпитер,
• Сатурн,
• Уран,
• Нептун.

Размер этих объектов превышает только Солнце. Существует мнение, что гиганты защищают своих менее крупных соседей по системе из Земной группы от столкновения с метеоритами и астероидами. Очевидно, что жизнь на Земле была бы под вопросом, если бы планета подвергалась постоянной бомбардировке из космоса.

Юпитер

Юпитер является самой крупной планетой. Единственный объект в системе, превышающий его по размерам — Солнце. Планета постоянно увеличивает свою массу за счет поглощения мелких частиц, поэтому ученые предполагают, что Юпитер может переродиться в звезду или коричневого карлика (субзвезду). На небе Юпитер можно увидеть невооруженным глазом, несмотря на то, что по яркости он уступает Солнцу, Луне и Венере. Благодаря этому его свойству, Юпитер был обнаружен людьми еще 400 лет назад.

Характеристики:

1. Радиус Юпитера составляет 1.8981 x 10 27 километров.
2. Примерная масса — 1,89·10 27 .
3. Период вращения — 9,925 часа .
4. Вторая космическая скорость составляет 59,5 км/с .

Состав гиганта представлен газовым и жидким веществом, он имеет атмосферный слой, состоящий из водорода (90 %) и гелия, и внутреннее пространство. Планета имеет ядро.

У Юпитера 67 спутников, 4 из них именуются галилейскими в честь своего первооткрывателя Галилео Галилея: Ио, Европа, Ганимед, Каллисто.

Погодные условия планеты очень интересны: здесь часто возникает чрезвычайно сильный ветер скоростью 100 м/с, иногда он разгоняется до 320 м/с. На полюсах иногда наблюдаются явления, подобные северному сиянию на Земле. Здесь они вызваны влиянием Ио, на котором часто происходят выбросы вулканов.

Сатурн

Сатурн — шестая по удаленности планета и настоящая достопримечательность космоса. Несмотря на удаленность планеты, увидеть ее можно без специальных инструментов, поэтому о ее существовании людям стало известно довольно давно. Сатурн прекрасен благодаря наличию колец, состоящих из льда и углеродной пыли. Кольца простираются на 120 тысяч километров.

Характеристики:

1. Радиус планеты составляет 60 268 ± 4 километров.
2. Примерная масса — 5,68·10 26 кг.
3. Период обращения 10ч 34мин 13с ± 2 часа .
4. Вторая космическая скорость составляет 35,5 км/с .

Сатурн представлен преимущественно водородом (85 %) и другими газами. Удивительным фактом является его очень низкая плотность — 0.687 г/см 3.

Теоретически, если Сатурн попадет в гигантский водоем, то он останется на поверхности.

Сатурн обладает скалистым ядром, который в десятки раз мощнее ядра Земли.

Планета имеет 18 спутников, из которых наиболее крупными являются Титан, Япет, Диона, Мимас, Тефия.

Уран

Уран занимает третье место по размерам и является седьмой планетой по удаленности от Солнца на макете Солнечной системы. Состав Урана схож с составом других гигантов — преобладает водород. Но планета имеет ледяное ядро, над которым находится слой ледяной мантии. Строение урана обуславливает преобладание на нем сверхнизких температур до -220 градусов.

Характеристики:

• Радиус планеты составляет 25 559 километров.
• Примерная масса — 8,6832·10 25.
• Период вращения — 0,71 дней.
• Вторая космическая скорость составляет 21,3 км/с .

Уран имеет 28 спутников, все они названы именами героев Уильяма Шекспира и Александра Поупа.

Крупнейшими спутниками Урана являются:

• Миранда,
• Ариэль,
• Умбриэль,
• Оберон,
• Корделия,
• Офелия.

Нептун

Нептун самая далекая от Солнца планета, замыкающая Солнечную систему. Обнаружить Нептун без специального оборудования невозможно, поэтому людям относительно недавно стало известно о его существовании. Радиус Нептуна меньше радиуса его соседа — Урана, однако он превосходит его по массе. Атмосфера планеты предоставлена водородом, гелием и метановыми газами. Именно метан вызывает синий цвет Нептуна, так как он впитывает красный. Ядро планеты скалистое.

Характеристики:

1. Радиус планеты составляет 24 764 километров.
2. Примерная масса — 1024 * 1026 кг..
3. Период вращения — 0,6653 дня 15 ч 57 мин 59 с.
4. Вторая космическая скорость составляет 23 км/с.

Нептун имеет 14 спутников, самым известным является Тритон — морозное небесное тело, которое выпускает из под своей поверхности частички азота.

Влияние планет на жизнь на Земле

Земля является единственной населенной планетой. При этом голубая планета — звено космической цепочки, и многие природные явления на Земле зависят от планет-соседей и Солнца.

Пояса освещенности Земли

Одним из следствия того, что Земля вращается вокруг солнца, является формирование поясов освещенности Земли. Помимо движения вокруг звезды, на формирование этих участков планеты влияет наклон земной оси относительно плоскости орбиты. Пояса освещенности отличаются высотой полуденного солнца, длиной светового дня, климатическими условиями.

Существует несколько поясов освещенности:

1. Тропический пояс. Он находится между северным и южным тропиком. Здесь на всех широтах раз в год можно наблюдать так называемое солнце в зените. Это явление выглядит как маятник, который движется между тропиками шесть месяцев в одну сторону и шесть месяцев в другую. Для тропического пояса характерна высокая температура круглый год, день и ночь имеют примерно одинаковую продолжительность.
2. Северный и южный умеренный пояс. Находятся между тропиками и полярным кругом. Ярко выражены четыре сезона: весна, лето, осень и зима. Для летнего периода характерна большая высота Солнца над горизонтом, зимой, наоборот, Солнце расположено низко, как следствие — земная поверхность в разное время года получает разное количество солнечного света.
3. Полярные пояса. Расположены у полюсов Земли и ограничены полярными кругами. Характерна низкая температура весь год, а также такие явления, как полярная ночь и полярный день. Полярной ночью Солнце не поднимается над горизонтом. Продолжительность полярного дня и полярной ночи увеличивается по направлению от полярного круга к полюсам.

Формирование и эволюция

В настоящее время общепринятой является небулярная теория происхождения Солнечной системы. Согласно этой точке зрения, ее формирование началось около 4,6 млн лет назад. Некое гигантское молекулярное облако подверглось гравитационному коллапсу. Основная часть облака осталась в гравитационном центре коллапса, оставшаяся часть превратилась в диск, из которого в дальнейшем формировались планеты и астероиды.

Причиной возникновения коллапса, вероятно, стало спонтанное уплотнение облака, которое к тому моменту уже содержало остатки водорода, гелия и металлов. В результате воздействия взрывного удара облако стало центром гравитационного коллапса. Далее размеры облака сжимались под воздействием гравитации, а скорость его вращения увеличивалась. Из-за вращения скорости облака перпендикулярно и параллельно оси отличались, что привело к формированию объекта в форме диска.

Вследствие сжатия увеличилось количество столкновений частиц диска, как следствие — увеличивалась его температура. Когда температура диска достигла нескольких тысяч кельвинов, внутренняя часть диска начала светиться — сформировалась протозвезда. Продолжалось дальнейшее увеличение температуры диска, и когда она достигла миллиона кельвинов, произошла термоядерная реакция гелия и водорода, в результате которой диск превратился в обычную звезду, а плотные участки внешних областей диска преобразовались в планеты, вращающиеся вокруг звезды.

Космическое пространство было заполнено пропланетами, количество которых составляло около 100-150 штук. В результате постоянного столкновения и слияния объектов между собой их количество постоянно изменялось.

Вероятность колонизации

Человечество давно задумывается о том, куда можно было бы переселиться с Земли. Чаще всего, когда речь идет о космической колонизации, первым на ум приходит Марс, ведь красная планета имеет несколько признаков, указывающих на то, что здесь возможна жизнь. Однако существуют и другие объекты, на которых теоретически может поселиться человек.

Спутник Юпитера Европа

Многие ученые уверены, что на Европе имеются следы существования живых организмов и человек там сможет жить тоже. Спутник покрыт слоем льда, под которым, вероятно, находится жидкая вода.

Титан

Еще одним кандидатом для колонизации является спутник Сатурна Титан. Атмосфера его не пригодна для дыхания, но эта проблема решается с помощью специального оборудования. Зато давление на Титане вполне привычно. Еще одним препятствием для колонизации может стать низкая температура на спутнике — -128 градусов, поэтому очевидно, что потребуется носить специальную одежду. Одним из решающих факторов, который может сыграть в пользу Титана — уровень гравитации, близкий к лунному, а значит ходить здесь будет довольно легко.

Миранда

Самый маленький спутник Урана вполне может стать новым домом для землян. Поверхность Миранды имеет множество глубоких каньонов, которые могли бы стать надежным укрытием от опасностей. Кроме этого, в пользу Миранды говорит наличие на ней льда и вероятное наличие здесь воды. Спутник имеет очень низкую гравитацию, что позволит людям беспрепятственно передвигаться по нему.

Энцелад

По мнению ученых, вероятность существования жизни на Энцеладе, спутнике Сатурна, очень высока. Все дело в том, что здесь, помимо того, что обнаружен лед, зафиксирована и активность гейзеров. Образцы, взятые с помощью космического оборудования, показали наличие в субстанции, которую выбрасывает гейзер, частицы воды, азота и органического углерода. Однако есть и серьезные препятствия для колонизации Энцелад — слишком разряженная атмосфера и низкая гравитация.

Теория параллельных вселенных

Теория параллельных вселенных, или теория параллельных миров, несколько фантастична, однако она является научной и имеет множество сторонников. Автором этой невероятной идеи является американской ученый Хью Эверетт. Свою идею он выдвинул в качестве возможного объяснения квантовой загадки, которая много лет занимала умы физиков. Загадка заключается в следующем: существует так называемая суперпозиция квантового объекта. Электрон в качестве квантового объекта может находиться в двух местах одновременно. Причем если попытаться переместить электрон в другой пункт, он неожиданно перепрыгнет.

По мнению Эверетта, отгадка заключается в самом наблюдателе, который находится в двух местах одновременно и наблюдает за электроном из разных пунктов. Иными словами, существует две параллельные реальности, и наблюдатель, сам превращаясь в квантовый объект, может оказаться в той или другой. При этом количество возможных реальностей не ограничено двумя, оно зависит от возможных исходов какого-либо события, а сами они существуют независимо друг от друга. Позже Эверетт внес поправку в свою теорию: Вселенная существует одна, но она многослойна, и объекты могут находиться в любом из этих слоев.

Необходимо отметить, что теория параллельных вселенных на сегодняшний день не имеет ни единого доказательства равно как и опровержения. Существование ее в научном мире обусловлено тем, что она является одним из возможных объяснений квантовой загадки.

Видео

К просмотру предлагается интересное видео о Солнечной системе.