Солнечная система

Солнечная система. 

Солнечная система  представляет собой систему, состоящую  из Солнца и вращающихся вокруг него объектов, таких как планеты, их спутники, астероиды, кометы, а также космической  пыли. Вокруг Солнца по эллиптическим  орбитам обращаются девять известных больших планет, которые подразделяются на внутренние – Меркурий, Венера, Земля, Марс и внешние планеты-гиганты – Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и отдельно Плутон. Между Марсом и Юпитером находится пояс астероидов – малых планет. В пространстве Солнечной системы имеется большое количество различной космической пыли, общая масса которой может достигать массы Земли. Все планеты движутся вокруг Солнца под действием его гравитационного поля приблизительно в одной плоскости против часовой стрелки относительно Северного полюса мира, а также вокруг собственной оси также против часовой стрелки, исключение составляют Венера и Уран, и некоторые спутники планет. В основном, параметры движения тел в Солнечной системе определяются гравитационным полем Солнца, однако важное значение имеет также взаимное гравитационное взаимодействие планет и особенно влияние на другие объекты планет-гигантов. 

Параметры объектов. 

Описание параметров Солнечной системы сводится в  основном к описанию параметров орбит  ее объектов. Важным понятием здесь является термин эклиптика. Эклиптика - плоскость, в которой Земля вращается вокруг Солнца., а также путь, движение Солнца по небу. Для планет основными параметрами являются: среднее расстояние от Солнца, эксцентриситет, угол наклона орбиты к эклиптике, периоды обращения.

Среднее расстояние от Солнца обычно выражается в астрономических  единицах. 1 а.е. – это среднее  расстояние от Земли до Солнца, оно  равняется 149 597 870 км. Обычно указывается  значение большой полуоси – максимальный радиус эллипса орбиты. Эксцентриситет орбиты показывает насколько форма орбиты близка к окружности. Для эллиптической орбиты эксцентриситет находится в пределах от 0 (для окружности) до 1 (для параболы). Непосредственно для объектов используются такие параметры как: сжатие - отличие формы от идеальной сферы, альбедо - степень отражающей способности поверхности (1-полностью отражающее тело, 0-абсолютно чёрное тело), ускорение свободного падения (сила тяжести), угол наклона оси вращения. Синодический периодпоказывает за какое время тело совершает полный оборот вокруг какого-либо тела, например Солнца, относительно наблюдателя, например с Земли, сидерический – тот же оборот только относительно звёзд. Перигелий - ближайшая к Солнцу точка орбиты, афелий - точка орбиты наиболее удалённая от Солнца.

Для взаимного положения  Земли с другими планетами  используются такие понятия как  элонгация, соединение, противостояние, квадратура. Элонгация – угловое расстояние между Солнцем и объектом относительно наблюдателя с Земли. При соединении Земля, Солнце и объект расположены на одной линии. Для Меркурия и Венеры, у которых элонгация ограничена, существует нижнее соединение, когда они находятся между Землёй и Солнцем, и верхнее соединение, когда объект позади Солнца. Для остальных планет существует только нижнее соединение при элонгации 0°.Противостояние - положение, когда Солнце, Земля и внешняя планета находятся на одной линии, элонгация 180°. Квадратура - положение при элонгации 90°. Для внутренних планет при максимальной элонгации различают восточное и западное положения, которым соответствует наилучшее время для их наблюдения при закате и восходе Солнца соответственно. 

История изучения. 

Одним из самых первых известных в истории письменных упоминаний об описании строения Солнечной системы является "Альмагест" Клавдия Птолемея (Claudius Ptolemaeus) (87-150(160)). Этот трактат был написан греческим ученым и астрономом во 2-м веке н. э. Среди описания его научных достижений в области геометрии, оптики и географии он содержит и описание геоцентрической модели построения Солнечной системы, в которой Земля является центром, вокруг которого движутся Солнце и планеты. На основе наблюдений произведённых великим астрономом Гиппархом (Hipparchos) (190(180)-125 до н.э.) Птолемеем были созданы таблицы движения планет и Луны, благодаря которым можно было определить их месторасположение в определённый период времени. Помимо этого "Альмагест" содержал каталог 850 звёзд, описанных Гиппархом, который был использован в основе создания более современных. Историческое, научное и практическое значение этого труда для того времени трудно переоценить. Теория птолемеевой системы была признана основополагающей в западном и арабском мире. Таблицы положения звёзд и планет широко использовались в путешествиях и бурно начинающем развиваться мореплавании на протяжении полутора тысяч лет.

Несмотря на то, что  таблицы Птолемея были довольно точными, они не были теоретически безукоризнены. Для поправок пришлось ввести так  называемые эпициклы. Выражалось это в том, что планеты вращаются вокруг определённой точки, которая в свою очередь вращается по своей собственной орбите - деференту. Причем за равные промежутки времени эти точки - эпициклы покрывают равные угловые расстояния вокруг точки – экванта, на противоположной стороне которой относительно центра деферента находится центр Земли. Такая теория движения планет позволяла определять их месторасположение с точностью до одного градуса. Для более точного определения потребовался пересмотр основополагающих принципов астрономии. Так польский учёный Николай Коперник (N. Copernicus) (1473-1543) впервые в Европе предложил свою теорию гелиоцентрической модели Солнечной системы в труде “De Revolutionibus” (опубликован в 1543 году), где Солнце являлось центром обращения всех планет в том числе и Земли. Этот труд был поистине революционным, однако точность таблиц движения планет у Коперника не сильно отличалась от Птолемея. К тому же в модели орбиты планет считались круговыми и опять же пришлось прибегнуть к помощи эпициклов. Учение Коперника не было популярно среди его современников в первую очередь из-за религиозных соображений, а его книга о новом взгляде на устройство мира вообще была в чёрных списках церкви с 1616 вплоть до 1828 года.

Продолжателем дела Коперника  стал немец Иоганн Кеплер (J. Kepler) (1571-1630). Благодаря своему университетскому преподавателю профессору М. Местлину, который однако сам преподавал теорию Птолемея, Кеплер стал приверженцем гелиоцентрической теории. Благодаря многолетним наблюдениям и точным данным движения планет (в основном Марса) Т. Браге (T. Brahe) (1546-1601), он сформулировал три фундаментальных закона движения планет: " 1. Орбита каждой планеты представляет собой эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце. 2. Каждая планета вращается вокруг Солнца так, что радиус-вектор, соединяющий эту планету с Солнцем, покрывает за равное время одинаковые площади. 3. Квадраты времён обращения любых двух планет пропорциональны кубам их средних расстояний от Солнца ". Эти законы стали следствием практической работы и не показывали физической картины явлений. И лишь гораздо позже эти процессы получили теоретическое объяснение с открытием закона всемирного тяготения Исааком Ньютоном (I. Newton) (1642-1727). 

Формирование  Солнечной системы. 

Возраст Солнечной  системы оценивается приблизительно в 5 млрд. лет. Она начала формироваться в тоже время что и Солнце и из той же среды. Когда сформировалось протосолнце, газопылевое облако вокруг него приобрело форму диска, в котором вращаясь и сталкиваясь между собой начали образовываться сгустки вещества – планетеземали. В результате многочисленных столкновений и гравитационного взаимодействия образовались планеты. Планеты-гиганты – Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун благодаря своим значительным массам смогли притянуть к себе большое количество вещества, в результате чего у них появились спутники и кольца, а также очень толстый слой атмосферы со сравнительно небольшим ядром. Системы планет-гигантов с их спутниками подобны уменьшенным копиям Солнечной системы, причем даже химический состав планет-гигантов и его процентные соотношения близки к солнечному. Ближайшие к Солнцу планеты земной группы на ранних стадиях формирования были значительно горячее из-за близости Солнца и большого числа столкновений, что определило в конечном итоге их большую плотность. В настоящее время столновения планет с крупными объектами в Солнечной системе хотя и имеет место, это явление довольно редкое. Часть остатков планетообразования были выброшены гравитацией за орбиту Плутона, часть скопилась между Марсом и Юпитером в поясе астероидов, а часть мы можем наблюдать в виде комет. 

Границы Солнечной  системы. 

Наблюдаемая граница  Солнечной системы ограничивается орбитой Плутона, примерно 40 а.е. Однако Солнце может оказывать свое гравитационное воздействие на гораздо большем  расстоянии, вплоть до ближайших звёзд. Единственными наблюдаемыми объектами, удаленными на столь значительные расстояния, являются долгопериодические кометы, которые по некоторым предположениям могли бы происходить из так называемого облака Оорта-Эпика, окружающем Солнечную систему в радиусе до 1 св. года. Совсем недавно было обнаружено несколько небесных тел, близких по размерам к астероидам и удаленных на расстояния порядка 50 а.е. Возможно, они входят в состав некоего пояса, состоящего из подобных объектов, простирающегося на 150 а.е., описанного Г. Койпером, а также К. Эджвортом. Однако, непосредственных доказательств существования ни облака Оорта-Эпика, ни пояса Койпера-Эджворта не имеется. Стоит признать, что вероятность их существования, особенно последнего, постепенно увеличивается по мере обнаружения малых объектов с орбитами подобными орбите Плутона, около 400 которых уже обнаружено. Среди них объекты 2001 KX76 и 2002 LM60, диаметры которых, по разным оценкам их альбедо, могут достигать более 1200 км, что больше чем у крупнейшего астероида Цереры. Но размеры большинства тел входящих в такие структуры, вероятно так малы, что подтвердить реальное наличие, в частности пояса Койпера, можно будет только с помощью более продвинутых средств наблюдения в будущем. 

Сравнительные характеристики.