Строение и эволюция звезд и планет

     Открытие Урана явилось сюрпризом. Весной 1781 г. Вильям Гершель на своем 7-футовом (2.1 м) телескопе проводил наблюдения по программе определения параллаксов звезд. 13 марта 1781 г. он сделал запись об обнаружении туманной звезды или кометы. Спор о природе открытого объекта продолжался до 1787 г., когда Гершель открыл два спутника Урана: Оберон и Титанию.

     Открытие Нептуна стало триумфом теории тяготения Ньютона. Анализируя неравенства в движении Урана, Бессель в Кенигсберге в 1840 г., Адамс в Кембридже в 1841 г. и Леверье во Франции в 1845 г. независимо друг от друга рассчитали орбиту планеты, ответственной за эти возмущения. 23 сентября 1846 г. Галле и д’Аррест из Берлинской обсерватории по эфемеридам Леверье открыли Нептун.

     Открытие Плутона можно назвать запрограммированным. В 1896 г. Персиваль Ловелл обнаружил остаточные невязки в движении Урана после учета возмущений от Нептуна и высказал гипотезу, что эти возмущения производятся неизвестной занептунной планетой. В середине 90-х годов XIX века в Аризоне Ловелл построил обсерваторию, которая стала центром поиска новой планеты. В течение почти 30 лет было проведено несколько компаний по поиску Плутона. Но безрезультатно. В 1916 г. умер Ловелл. В 1929 г. Клод Томбо на 13-дюймовом (0.33 м) рефракторе начал новую атаку на Плутон. Открытие пришло 18 февраля 1930 г., когда Томбо сравнивал фотопластинки, полученные 23 и 29 января 1930 г. Директор Ловелловской обсерватории сообщил об открытии 13 марта 1930 г. в 149-ю годовщину открытия Урана Гершелем и 75-ю годовщину со дня рождения Персиваля Ловелла. За время поиска Плутона было проведено сравнение около 90 млн. изображений звезд в течение 7000 часов на блинк-компараторе.

     Существуют  ли большие планеты за орбитой  Плутона? Анализ траекторий движения тел  Солнечной системы и космических  аппаратов Пионер–10, Пионер–11, Вояджер–1, Воджер–2 позволяют утверждать, что объектов, сравнимых с Плутоном, и более крупных во внешней области Солнечной системы не существует.

     Не  до конца решен вопрос о происхождении  двойных планет Земля–Луна и Плутон–Харон.

     Малые тела Солнечной системы — пробный камень и золотая жила небесной механики, кладезь новых открытий. Самые известные малые тела — кометы. Упоминания о кометах можно найти в легендах и летописях практически всех народов Земли. По динамическим признакам кометы разделяются на долгопериодические и короткопериодические.

     Долгопериодические  кометы движутся по орбитам, большие  полуоси которых достигают десятков тысяч астрономических единиц, а  периоды обращения — десятков миллионов лет. Орбиты сильно вытянуты, их эксцентриситеты близки к единице. Ориентация орбит и их наклоны к плоскости эклиптики распределены случайным образом. В настоящее время имеются сведения более, чем о 700 таких комет.

     Короткопериодические  кометы имеют периоды менее 200 лет, умеренные эксцентриситеты, для большинства из них наклон орбит к плоскости эклиптики не превышает 35° . Короткопериодические кометы делятся на семейства по признаку планеты-гиганта, определяющей динамику кометы. В настоящее время известно около 180 короткопериодических комет. Большинство из них принадлежит семейству Юпитера.

     Самая многочисленная популяцию малых  тел Солнечной системы — астероиды. Первый астероид — Церера — был открыт в первый день XIX века сицилийским астрономом Пиацци. Хотя открытие и носило случайный характер, оно послужило толчком к разработке Гауссом классического метода определения орбит по трем наблюдениям и метода наименьших квадратов, благодаря которым удалось вычислить орбиту и переоткрыть Цереру спустя почти год после первых наблюдений. В настоящее время известно несколько десятков тысяч астероидов. И это число стремительно растет.

     Популяция астероидов неоднородна. Большинство  астероидов движутся по орбитам близким к круговым в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

III Планеты Земной группы. 
 
 

     Среди многочисленных небесных светил, изучаемых  современной астрономией, особое место  занимают планеты. Ведь все мы хорошо знаем, что Земля, на которой мы живем, является планетой, так что планеты-тела, в основном подобные нашей Земле.

     Но  в мире планет мы не встретим даже двух, совершенно похожих друг на друга. Разнообразие физических условий на планетах очень  велико. Расстояние планеты от Солнца (а значит, и количество солнечного тепла, и температура поверхности), её размеры, напряжение силы тяжести на поверхности, ориентировка оси вращения, определяющая смену времён года, наличие и состав атмосферы, внутреннее строение и многие другие свойства различны у всех девяти планет Солнечной системы.

     Говоря  о разнообразии условий на планетах, мы можем глубже познать законы их развития и выяснить их взаимосвязь  между теми или иными свойствами планет. Так, например, от размеров, массы  и температуры планеты зависит её способность удерживать атмосферу того или иного состава, а наличие атмосферы в свою очередь влияет на тепловой режим планеты.

     Как показывает изучение условий, при которых  возможно зарождение и дальнейшее развитие живой материи, только на планетах мы можем искать признаки существования органической жизни. Вот почему изучение планет, помимо общего интереса, имеет большое значение с точки зрения космической биологии.

     Изучение  планет имеет большое значение, кроме  астрономии, и для других областей науки, в первую очередь наук о Земле-геологии и геофизики, а также для космогонии-науки о происхождении и развитии небесных тел, в том числе и нашей Земли.  

     Современные представления о планетах сложились  не сразу. Для этого понадобилось много веков накопления и развития знаний и упорной борьбы новых, прогрессивных знаний  с взглядами старыми, отживающими.

     В древних представлениях о Вселенной  Земля считалась плоской, а планеты  рассматривались лишь как светящиеся точки на небесном своде, отличавшиеся от звёзд только тем, что они перемещались между ними, переходя из созвездия в созвездие. За это планеты и получили название, означающее  «блуждающие». Наблюдателям древности было известно пять планет: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн.

     Даже  после того как была установлена шарообразная форма Земли, и были впервые определены её размеры (Эратосфеном в III в. до н. э.), после того как стала очевидна ограниченность Земли в пространстве, о природе планет ни чего не было известно. И всё же во взглядах выдающихся мыслителей древности: Анаксагора, Демокрита, Эпикура, Лукреция мы встретим идеи о материальности и бесконечности Вселенной, заполненной бесчисленным количеством миров, подобных нашему, причём многие из них могут быть населены живыми существами. Эти мыслители высказывали весьма интересные идеи и о природе небесных тел.

     Начиная с IV в. до н. э. господствующим в науке  стало мировоззрение Аристотеля, согласно которому Земля находится  неподвижно в центре мира, а Солнце, Луна, планеты и звёзды обращаются вокруг неё. Такое представление получило название «геоцентрическое». Геоцентрическая система мира просуществовала в науке почти 2000 лет.

     Как известно, любая из планет перемещается по небу среди звёзд вдоль эклиптики - большого круга небесной сферы, который  описывает центр солнечного диска в течение года. Большую часть времени планеты движутся в ту же сторону, что и Солнце (прямым движением). Но время от времени планеты изменяют прямое движение на иное, направленное в сторону, противоположную видимому годичному движению Солнца. Попятное продолжается от трёх недель (для Меркурия) до 4.5 месяцев (для Сатурна) и затем снова сменяется прямым движением, так что планета как бы описывает на небе петлю.

     Лишь  в середине 16 в. великий польский учёный Николай Коперник высказал замечательную идею о том, что Земля вовсе не является центром мира, а обращается вокруг Солнца так же, как и другие планеты. Гениальная книга Коперника «Об обращении небесных сфер», вышедшая в 1543 г., в корне изменила представления об устройстве Солнечной системы и о движении планет и Земли.

     Рассматривая  Землю как небесное тело, которое  наряду с другими планетами обращается вокруг Солнца, Коперник своими трудами  подготовил логический вывод о том, что не только характер движения, но и сама природа планет и Земли должна быть одинакова. Этот вывод был сделан выдающимся последователем Коперника итальянским мыслителем Джордано Бруно и подтверждён в результате телескопических открытий Галилея.

     Так постепенно складывалось правильное представление  о природе планет. Теперь мы знаем, что планеты, в том числе и Земля, представляет собой тёмные, несамосветящиеся тела, освещаемые Солнцем и отражающие его лучи. Такое определение небесных тел распространить не только на планеты нашей Солнечной системы, но и на системы других звёзд, ибо каждая звезда тоже представляет собой Солнце, и около неё также могут обращаться планеты.

     Отличить  на небе планету от звезды можно  по целому ряду признаков. Прежде всего, планеты перемещаются между звёздами, однако их перемещение можно заметить лишь проводя наблюдения в течение нескольких вечеров. Такие планеты, как Венера и Юпитер, легко распознать, так как по блеску они намного превосходят самые яркие из звезд. Отличительным признаком каждой планеты является её цвет: у Венеры он белый, у Марса – красноватый, у Юпитера – желтовато-белый, у Сатурна – жёлтый.

     Отличить  планету от звезды можно ещё благодаря  тому, что все звёзды мерцают, а  планеты обычно светят ровным, почти  немигающим блеском. Как известно мерцание звёзд вызывается колебаниями воздуха, сквозь который проходят лучи на пути к глазу наблюдателя. Но звёзды даже в самые сильные телескопы представляются точками, а планеты имеют заметные видимые размеры, так как они гораздо ближе к нам, чем звёзды. Каждая точка диска планеты тоже как бы мерцает т.е. изменяет свой блеск, но при этом усиление блеска в одной токе сопровождается ослаблением его в другой. В результате эти «мерцания» отдельных точек планетного диска, складываясь, создают постоянную во времени яркость каждого участка диска, и свет от диска  в целом тоже получается неизменным.

      Но чтобы  не только уметь отличать планеты  от звёзд, но и различать их друг от друга и находить на небе, надо хорошо знать звёздное небо – основные созвездия и яркие звёзды, особенно так называемые зодиакальные созвездия, по которым передвигается Солнце, Луна и планеты. Таких созвездий двенадцать.

     Все планеты делятся на нижние и верхние. К нижним планетам относятся Меркурий и Венера, которые в своём видимом  движению по небу никогда не отходят  далеко от Солнца. Угол наибольшего видимого удаления (элонгация) нижней планеты от Солнца зависит от соотношения радиусов орбит планеты и Земли. Эпохи наибольших элонгаций – лучшее время для наблюдения Меркурия и Венеры.                              

     Верхние планеты (Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон) могут наблюдаться на любом расстоянии от Солнца – до 180° включительно.

     Деление планет на нижние и верхние было сделано сначала на основе различия их видимого движения по небу. Но уже  Коперник объяснил это различие тем, что нижние планеты расположены ближе к Солнцу, чем Земля, а верхние планеты - дальше.

     Эклиптикальная  система координат представляет собой одну из систем небесных координат, определяющих положение светила  на небесной сфере. В этой системе  основной плоскостью является плоскость эклиптики, т.е. видимого годичного пути центра диска Солнца, направленная плоскости Земной орбиты. Положение светил на небесной сфере в этой системе измеряется долготой и шириной. Долгота светил измеряется дугой эклиптики от точки весеннего равноденствия (пересечения эклиптики с экватором) до точки пересечения эклиптики с большим кругом, проходящем через полюс эклиптики и светило. Направление отсчёта долготы противоположно направлению суточного вращения неба. Широта отсчитывается по кругу широты от эклиптики в обе стороны (от 0° до 90°). Эклиптикальная система координат наиболее удобна для изучения видимых движений планет и Луны, так как они обычно недалеко отходят от эклиптики.

     Соединения  бывают нижние, когда планета находится  между Землёй и Солнцем, и верхние, когда планета находится за Солнцем. Ясно, что в нижнем соединении могут быть только нижние планеты, тогда как в верхнем - все планеты.