Чем определяются границы солнечной системы и где сосредоточена большая часть ее массы
Где границы Солнечной системы
Космос
Относительно недавно та область Солнечной системы, которая находится за орбитальной частью Нептуна, стала вызывать среди учёных неподдельный интерес. По-научному она называется «поясом Койпера». Дело в том, что в ней были обнаружены объекты, которые не изменялись в течение всего времени существования Солнца, то есть на протяжении 4,5 миллиардов лет. В связи с этим возникает логичный вопрос, есть ли границы Солнечной системы, и где они проводятся.
С появлением прогрессивных методик наблюдений появилась возможность обнаружения довольно крупных небесных тел. Поэтому в настоящее время среди учёных ведётся речь о том, чтобы наделить их «планетарным» статусом. Силами трёх астрономов (Майкла Брауна, Чадвика Тружилло, Дэвида Рабиновитца) несколько лет назад была открыта 10-я планета.
Впоследствии появилась информация о наблюдении ещё за двумя объектами, расположенными далеко от орбиты Плутона. Три объекта поначалу получили наименования «Ксена», «Санта», «Рождественский кролик». До сегодняшнего дня они считаются самыми крупными объектами среди тех, которые были обнаружены в поясе Койпера. Браун, давший интервью одному из изданий, сообщил, что предполагаемые расстояния от них до Плутона следующие:
В недалёком будущем международное сообщество астрономов утвердит эти наименования документально. Возможно, это неокончательные границы Солнечной системы.
Солнечное влияние
В процессе столкновения с телами, наделёнными магнитными полями, солнечный ветер меняет траекторию своего движения и направляется непосредственно к магнитным полюсам. Там начинается его взаимодействие с молекулярными элементами верхних атмосферных слоёв. Такое явление провоцирует невероятно красивое явление, именуемое полярным сиянием.
При отсутствии у планеты или тела, которое её сопровождает, магнитного поля, ветровые потоки проходят как бы мимо и в то же время захватывают с собой газовую часть атмосферного слоя. Если он является чрезмерно тонким, частицы ветра занимаются его бомбардировкой. Иногда они прибегают к изменению химического состава и присвоению свойств радиоактивности. То есть наше Солнце может определять край Солнечной системы.
Так, где же граница
Существует две теории. Первая версия, что край нашей системы находится на расстоянии двух световых лет. Но, согласно второй теории, влияние нашей звезды заканчиваешься уже через несколько световых часов от нашей планеты.
Таким образом, несмотря на относительную изученность, границы Солнечной системы до сих пор точно не установлены и продолжают исследоваться астрономами во всём мире.
Состав и масштабы Солнечной системы
Солнечная система — типичная планетная система, которая включает в себя центральную звезду — Солнце — и все естественные космические объекты, вращающиеся вокруг Солнца. Она сформировалась путём гравитационного сжатия газопылевого облака примерно 4,57 млрд лет назад.
Солнечная система – часть галактики Млечный Путь, строение которого напоминает диск диаметром 100000-120000 световых лет и толщиной 1000 световых лет. Здесь расположено порядка 400 млрд. звезд. Солнечная система возникла предположительно 13 млрд. лет назад, и в процессе эволюции приобрела структуру, свойственную только ей, не повторяющуюся на просторах Вселенной.
Место Солнечной системы в Галактике
Она расположилась во внутреннем рукаве созвездия Ориона. Система вместе с входящими в нее космическими телами, вращается вокруг ядра Галактики со скоростью 250 км/сек. На полный оборот уходит 1 галактический год длительностью 225 млн. лет.
Почти вся масса Солнечной системы (99,87%) сосредоточена в Солнце. Размером Солнце также значительно превосходит любую планету ее системы: даже Юпитер, который в 11 раз больше Земли, имеет радиус в 10 раз меньше солнечного. Солнце – обычная звезда, которая светит самостоятельно за счет высокой температуры поверхности. Планеты же светят отраженным солнечным светом (альбедо), поскольку сами довольно холодны.
Размеры планет Солнечной системы
Они расположены в следующем порядке от Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и карликовая планета Плутон.
Большинство крупных объектов, обращающихся вокруг Солнца, движутся практически в одной плоскости, называемой плоскостью эклиптики. В то же время кометы и объекты пояса Койпера часто обладают большими углами наклона к этой плоскости.
Планеты Солнечной системы ученые также разделяют на два типа:
Строение Солнечной системы оказывает значительное влияние не только на планеты, но и на их спутники, астероиды, кометы и бессчетное количество метеорных элементов, также входящих в ее состав.
Состав Солнечной системы
Солнце
Это звезда, без которой не могло бы существовать жизни на Земле. Она дает нам энергию и тепло. Согласно классификации звезд, Солнце – желтый карлик. Возраст около 5 млрд. лет. Имеет диаметр на экваторе равный 1 392 000 км, в 109 раз больше земного. Со скоростью 250 км/сек наша звезда мчится в космосе вокруг центра галактики, до которого «всего» 26 000 световых лет. И на один оборот уходит около 180 миллионов лет.
Звезда по химическому составу состоит в основном из водорода и гелия. По сути, это гигантский термоядерный реактор. Положение Солнца на главной последовательности показывает, что оно ещё не исчерпало свой запас водорода для ядерного синтеза и находится примерно в середине своей эволюции.
Сейчас Солнце постепенно становится более ярким, на более ранних стадиях развития его яркость составляла лишь 70 % от сегодняшней.
Теперь по порядку разберемся сколько планет вокруг солнца вращается, в солнечной системе и характеристики планет.
Межпланетное пространство
Помимо яркого света, желтая звезда излучает непрерывный поток заряженных частиц. Он называется «солнечный ветер», распространяется со скоростью 1,5 млн. км/час, образуя околосолнечную область – гелиосферу. Потоки частиц способны срывать атмосферу космических тел, не защищенных магнитными полями, что произошло с Венерой и Марсом.
Космические лучи происходят извне Солнечной системы.
Как плотность космических лучей в межзвёздной среде, так и сила магнитного поля Солнца изменяются с течением времени, таким образом, уровень космического излучения в Солнечной системе непостоянен, хотя величина отклонений достоверно неизвестна.
Межпланетная среда является местом формирования, по крайней мере, двух дископодобных областей космической пыли.
Планеты и их спутники
Земная группа
Меркурий
Ближайшая к Солнцу, но и самая малая из планет (0,055 массы Земли). Она очень медленно обращается вокруг себя, за полный оборот вокруг светила делая лишь полтора оборота вокруг своей оси. Планета не имеет ни атмосферы, ни спутников, днём раскаляясь до +430 °С, а ночью охлаждаясь до – 180 °С.
Характерными деталями рельефа его поверхности, помимо ударных кратеров, являются многочисленные лопастевидные уступы, простирающиеся на сотни километров. Считается, что они возникли в результате приливных деформаций на раннем этапе истории планеты.
Венера
Самая романтичная и ближайшая к Земле планета тоже для жилья не пригодна. Она плотно укутана толстым одеялом облаков из углекислого газа, и при температуре до + 475 °С имеет давление у поверхности, испещрённой кратерами, свыше 90 атмосфер. Венера очень близка Земле размерами и массой.
Она также имеет толстую силикатную оболочку вокруг железного ядра и атмосферу (из-за этого Венеру нередко называют «сестрой» Земли). Имеются также свидетельства её внутренней геологической активности. Однако количество воды на Венере гораздо меньше земного, а её атмосфера плотнее.
Земля
Марс меньше Земли и Венеры (0,107 массы Земли). Похож на нашу планету по своей структуре. Радиус его в два раза меньше земного, а масса меньше на порядок. Он обладает атмосферой, состоящей главным образом из углекислого газа, с поверхностным давлением 6,1 мбар (0,6 % от земного).
На его поверхности есть вулканы, самый большой из которых, Олимп, превышает размерами все земные вулканы, достигая высоты 21,2 км. Рифтовые впадины (долины Маринер) наряду с вулканами свидетельствуют о былой геологической активности, которая, по некоторым данным, продолжалась даже в течение последних 2 млн лет. Красный цвет поверхности Марса вызван большим количеством оксида железа в его грунте.
Марсианский год в два раза длиннее земного, зато сутки практически той же продолжительности. Марс богаче первых двух планет, имея два спутника: Фобос и Деймос, переводимые с греческого как «страх» и «ужас». Это небольшие каменные глыбы, очень похожие на астероиды.
На сегодняшний день (после Земли) Марс — самая подробно изученная планета Солнечной системы
Планеты-гиганты
Юпитер
Самая крупная газовая планета-гигант. Будь его масса в несколько десятков раз больше, он реально смог бы стать звездой.
Юпитер обладает массой в 318 раз больше земной, и в 2,5 раза массивнее всех остальных планет, вместе взятых.
Он состоит главным образом из водорода и гелия. Высокая внутренняя температура Юпитера вызывает множество полупостоянных вихревых структур в его атмосфере, таких как полосы облаков и Большое красное пятно.
Сутки на планете длятся около 10 часов, а год протекает за 12 земных. Юпитер, как Сатурн и Уран, имеет систему колец. Их у него четыре, но они не очень ярко выражены, из далека можно и не заметить.
Ганимед, крупнейший спутник в Солнечной системе, превосходит по размеру Меркурий.
Сатурн
Сатурн, известный своей обширной системой колец, имеет несколько схожие с Юпитером структуру атмосферы и магнитосферы. Хотя объём Сатурна составляет 60 % юпитерианского, масса (95 масс Земли) — меньше трети юпитерианской; таким образом, Сатурн — наименее плотная планета Солнечной системы (его средняя плотность меньше плотности воды).
У Сатурна имеется 82 подтверждённых спутника; два из них — Титан и Энцелад — проявляют признаки геологической активности. Активность эта, однако, не схожа с земной, поскольку в значительной степени обусловлена активностью льда.
Титан, превосходящий размерами Меркурий, — единственный спутник в Солнечной системе с существенной атмосферой.
Уран с массой в 14 раз больше, чем у Земли, является самой лёгкой из планет-гигантов. Особенность этой планеты, предстающей наблюдателю в тонах сине-зелёных, в его вращении. Ось вращения планеты практически параллельна плоскости эклиптики. Говоря обыденным языком, Уран лежит на боку. Если другие планеты можно сравнить с вращающимися волчками, то Уран больше похож на катящийся шар.
Но это не помешало ему обзавестись 13 кольцами и 27 спутниками, самые известные из которых Оберон, Титания, Ариэль, Умбриэль.
Нептун
Внешне Нептун похож на Уран; в его спектре также доминируют полосы метана и водорода. Поток тепла от Нептуна заметно превышает мощность падающего на него солнечного тепла, что указывает на существование внутреннего источника энергии. Возможно, значительная часть внутреннего тепла выделяется в результате приливов, вызванных массивным спутником Тритоном, который обращается в обратном направлении на расстоянии 14,5 радиуса планеты. «Вояджер-2», пролетев в 1989 на расстоянии 5000 км от облачного слоя, обнаружил у Нептуна еще 6 спутников и 5 колец.
В атмосфере были открыты Большое Темное Пятно и сложная система вихревых потоков. На розоватой поверхности Тритона обнаружились удивительные геологические детали, включая мощные гейзеры. Открытый «Вояджером» спутник Протей оказался больше Нереиды, обнаруженной с Земли еще в 1949г.
Девятая планета
Карликовые планеты
К карликовым планетам относят те, которые в своем диаметре имеют около 1000 км. Это Плутон, получивший данный статус в 2006 году, самый яркий представитель главного астероидного кольца – Церера и далекий – Эрида.
Малые объекты
Пояс Койпера
Пояс Койпера — область реликтов времён образования Солнечной системы, является большим поясом осколков, подобным поясу астероидов, но состоит в основном изо льда. Простирается между 30 и 55 а. е. от Солнца. Составлен главным образом малыми телами Солнечной системы, но многие из крупнейших объектов пояса Койпера, такие как Квавар, Варуна и Орк, могут быть переклассифицированы в карликовые планеты после уточнения их параметров. Здесь сосредоточена масса малых тел, льдов.
Они состоят из метана, аммиака и воды, но есть объекты, включающие в себя горные породы и металлы.
Астероиды
Астероиды — самые распространённые малые тела Солнечной системы.
Метеоры и метеориты
Космические объекты малых размеров, периодически врывающиеся в атмосферный слой Земли, до момента падения называются метеоритами. В момент попадания в земную атмосферу их переквалифицируют в метеоры. Они сгорают в воздухе до падения, небольшая часть падает на поверхность.
Кометы
Если перевести это слово с греческого, получится «длинноволосый». И это так. Когда ледяная странница приближается к Солнцу, она распускает длинный хвост из испаряющихся газов на сотни миллионов километров.
Комета имеет и голову, состоящую из ядра и комы. Ядро – ледяная глыба из застывших газов с добавками силикатов и частиц металлов. Возможно, что присутствует и некая органика. Кома – это газопылевое окружение кометы.
Отдалённые области
Вопрос о том, где именно заканчивается Солнечная система и начинается межзвёздное пространство, неоднозначен.
Ключевыми в их определении принимают два фактора: солнечный ветер и солнечное тяготение. Внешняя граница солнечного ветра — гелиопауза, за ней солнечный ветер и межзвёздное вещество смешиваются, взаимно растворяясь.
Однако предполагают, что область, в которой гравитация Солнца преобладает над галактической — сфера Хилла, простирается в тысячу раз дальше.
Большая часть нашей Солнечной системы всё ещё неизвестна. По оценкам, гравитационное поле Солнца преобладает над гравитационными силами окружающих звёзд на расстоянии приблизительно двух световых лет (125 000 а. е.).
Облако Оорта
Гипотетическое облако Оорта — сферическое облако ледяных объектов (вплоть до триллиона), служащее источником долгопериодических комет. Предполагаемое расстояние до внешних границ облака Оорта от Солнца составляет от 50 000 а. е. (приблизительно 1 световой год) до 100 000 а. е. (1,87 св. лет).
Полагают, что составляющие облако объекты сформировались около Солнца и были рассеяны далеко в космос гравитационными эффектами планет-гигантов на раннем этапе развития Солнечной системы.
Место Земли в Солнечной системе
Более удачного положения, чем то, что занимает Земля, придумать невозможно. Участок нашей Галактики довольно спокойный. Солнце обеспечивает постоянное, равномерное свечение. Оно выделяет ровно столько тепла, излучения и энергии, сколько требуется для зарождения и развития жизни.
Саму же Землю словно продумали заранее:
Присутствие Луны, именно такой массы и на таком расстоянии, как это требуется. Есть ещё очень много совпадений, имеющих решающее значение для благоприятной жизни на планете. И нарушение практически любого из них сделало бы маловероятным возникновение и существование жизни.
Стабильность системы
Обращение планет вокруг Солнца происходит в одном (прямом) направлении. Орбиты планет практически круговые, а их плоскости близки к плоскости Лапласа. Это основная плоскость Солнечной системы. Законам механики подчиняется наша жизнь, и Солнечная система не исключение.
Планеты связаны друг с другом законом всемирного тяготения. Исходя из отсутствия трения в межзвёздном пространстве, можно уверенно предположить, что движение планет относительно друг друга не изменится. Во всяком случае, в ближайшие миллионолетия. Многие учёные пытались рассчитать будущее планет нашей системы.
Но у всех – и даже у Эйнштейна – получалось одно: планеты солнечной системы будут стабильны всегда.
Химический состав
В Солнечной системе наблюдается сильный градиент (различие) химического состава: близкие к Солнцу планеты и спутники состоят из тугоплавких материалов, а в составе далеких тел много летучих элементов. Это означает, что в эпоху формирования Солнечной системы существовал большой градиент температуры. Современные астрофизические модели химической конденсации предполагают, что исходный состав протопланетного облака был близок к составу межзвездной среды и Солнца: по массе до 75% водорода, до 25% гелия и менее 1% всех прочих элементов.
Эти модели успешно объясняют наблюдаемые вариации химического состава в Солнечной системе.
О химическом составе далеких объектов можно судить на основании значения их средней плотности, а также по спектрам их поверхности и атмосферы. Значительно точнее это удалось бы сделать путем анализа образцов планетного вещества, но пока у нас есть только образцы с Луны и метеориты.
Исследуя метеориты, мы начинаем понимать химические процессы в первичной туманности. Однако процесс агломерации крупных планет из мелких частиц пока остается неясным.
Жизнь в Солнечной системе
Высказывались предположения, что жизнь в Солнечной системе когда-то существовала за пределом Земли, а может быть, существует и сейчас. Появление космической техники позволило приступить к прямой проверке этой гипотезы. Меркурий оказался слишком горяч и лишенным атмосферы и воды. На Венере тоже очень жарко – на ее поверхности плавится свинец. Возможность жизни в верхнем слое облаков Венеры, где условия гораздо мягче, пока не более чем фантазия. Луна и астероиды выглядят совершенно стерильными.
Большие надежды возлагались на Марс. Замеченные в телескоп 100 лет назад системы тонких прямых линий – «каналов» – дали тогда повод говорить об искусственных ирригационных сооружениях на поверхности Марса. Но теперь мы знаем, что условия на Марсе неблагоприятны для жизни: холодно, сухо, очень разреженный воздух и, как следствие, сильное ультрафиолетовое излучение Солнца, стерилизующее поверхность планеты.
Приборы посадочных блоков «Викингов» не обнаружили органического вещества в грунте Марса.
Правда, есть признаки того, что климат Марса существенно менялся и, возможно, когда-то был более благоприятным для жизни. Известно, что в далеком прошлом на поверхности Марса была вода, поскольку на детальных изображениях планеты видны следы водной эрозии, напоминающие овраги и сухие русла рек.
Иллюстрация на тему «Есть ли жизнь на Марсе?»
Хотя в атмосферах планет-гигантов много органических молекул, трудно поверить, что при отсутствии твердой поверхности там может существовать жизнь. В этом смысле значительно интереснее спутник Сатурна Титан, у которого есть не только атмосфера с органическими компонентами, но и твердая поверхность, где могут скапливаться продукты синтеза. Правда, температура этой поверхности (90 К) скорее подходит для сжижения кислорода. Поэтому внимание биологов больше привлекает спутник Юпитера Европа, хотя и лишенная атмосферы, но, по-видимому, имеющая под своей ледяной поверхностью океан жидкой воды.
Следует отметить, что межпланетные зонды способны обнаружить признаки активной жизни на поверхности планет. Но если жизнь скрыта под ледяным панцирем Европы, то пролетающий мимо аппарат вряд ли ее обнаружит.
Некоторые кометы почти наверняка содержат сложные органические молекулы, образовавшиеся еще в эпоху формирования Солнечной системы. Но трудно вообразить себе жизнь на комете. Итак, пока у нас нет доказательств, что жизнь в Солнечной системе существует где-либо за пределом Земли.
Интересные факты о Солнечной системе
Где заканчивается Солнечная система
Где находится линия, за пределами которой начинается новый мир и заканчивается привычная Солнечная система? Обычно мы ограничиваемся всего лишь Землей и ближайшими планетами. Но давайте прогуляемся по родной системе, удалимся от звезды как можно дальше и увидим, где расположен край.
Планеты Солнечной системы
Компьютерная иллюстрация НАСА демонстрирует планеты нашей системы. Масштаб не передает истинные орбиты
Границы в привычном понимании определяются сферой влияния. В нашем случае речь идет о гравитации звезды, которой подчиняются все остальные небесные тела, вращаясь вокруг Солнца. Таким образом, в Солнечной системы можно визуально сделать несколько секторов, где сила тяжести уменьшается с увеличением дистанции от звезды.
Многие не заглядывают дальше планет системы, полагая, что на этом все заканчивается. Официально вокруг звезды вращаются 8 миров (Плутон стал карликовой планетой в 2006 году), поэтому замыкает цепочку Нептун.
Этот сектор делится на внутреннюю и внешнюю системы. В первую категорию входят четыре ближайшие к Солнцу планеты земной группы, также главный пояс астероидов и замыкает карликовая планета Церера.
Во внешней группе проживают планеты-гиганты (газовые и ледяные), включая гипотетическую Девятую планету (планета Х), кометы и кентавры. Нептун удален от Солнца в среднем на 4.55 млрд. км.
Двигаемся к поясу Койпера
Сравнение масштабов внутренней Солнечной системы, Пояса Койпера и облака Оорта
Пролетаем мимо Нептуна, и оказывается в кругу транснептуновых объектов. Об этом участке пока мало информации, но полагают, что наполнен небольшими небесными телами, представленными льдом и камнями.
Далее на удаленности 30 а.е. от Солнца начинается пояс Койпера, простирающийся до 55 а.е. По сути, это своеобразный астероидный пояс, который мы встречали между внешней и внутренней Солнечной системой, но он в 20 раз шире и может быть в 200 раз массивнее.
В поясе Койпера проживают небольшие объекты изо льдов, а также как минимум четыре карликовых планеты, среды которых Плутон, Хаумеа, Макемаке и Эрида. Здесь же находится и рассеянный диск. Полагают, что из этой территории к нам прибывает большее количество короткопериодических комет, чей орбитальный период составляет меньше 200 лет.
Выходим в гелиопаузу
После пояса Койпера все становится туманнее, потому что сложно понять, когда именно начинается межзвездное пространство. Мы потихоньку перемещаемся в участок околосолнечного пространства – гелиосферу. Здесь плазма солнечного ветра перемещается по отношению к нашей звезде на сверхзвуковой скорости.
На удаленности в 85-95 а.е. от звезды солнечный ветер начинает притормаживать и возникает черта ударной волны. Именно этот порог в 2004 и 2007 годах прошли космические аппараты Вояджер-1 и Вояджер-2.
Преодолеем еще 40 а.е. и заметим столкновение солнечного ветра и межзвездного вещества. Друзья, мы оказались в гелиопаузе, которая по форме напоминает слегка растянутый от Солнца пузырь. Эти расстояния кажутся невероятными, но в 2018 году Вояджер-2 сумел преодолеть гелиопазу и выбраться в межзвездное пространство, а зонд Вояджер-1 выполнил это в 2012 году.
Загадочное облако Оорта
Строение облака Оорта
Это все еще гипотетическая территория, способная быть приютом для долгопериодических комет. Полагают, что она начинается на дистанции в 50000 а.е. от Солнца и простирается до 100 000 а.е. Это сферическое облако, способное разместить триллион ледяных небесных тел. Некоторые считают, что здесь могут скрываться крупные планеты и даже Планета Х, но вероятность крайне низкая.
Последние рубежи
Ни один космический аппарат не сумел преодолеть межзвездное пространство, облако Оорта и выбраться дальше. Поэтому ученым остается только догадываться. Есть теория о существовании пограничной черты, где проживает звездный спутник Солнца Немезида, но доказательств пока нет. Пока считают, что солнечная гравитация простирается на 125 000 а.е. и это можно считать пределами Солнечной системы.
Постскриптум
Вояджер доберется к облаку Оорта не раньше, чем через 300 лет, так что нашему поколению не суждено отметить это удивительное событие. Указанные масштабы шокируют, а ведь это всего лишь пределы нашей системы. Вспомним о целой галактике Млечный Путь, которая находится в скоплении, группе, после чего следуют еще более крупные структуры.