Сравнительная характеристика планет земной группы и планет-гигантов

РЕФЕРАТ ПО АСТРОНОМИИ

НА ТЕМУ:

“СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПЛАНЕТ ЗЕМНОЙ ГРУППЫ И ПЛАНЕТ-ГИГАНТОВ”.

Ученика 11 класса, второй группы,

экстерната № 41

БАЛАСАНЯН АРСЕНА.

Москва 1999 г.

ПЛАН:

Строение Солнечной системы.
Методы изучения физической природы тел Солнечной системы.
Отличительные особенности планет земной группы от планет-гигантов.
Физические условия на Луне и её рельеф.
Планеты земной группы (Венера).
Планеты-гиганты (Сатурн).
Малые тела Солнечной системы.
Современные представления о происхождении Солнесной системы.
Список использованной литературы.

Строение Солнечной системы.

Солнечная система – система небесных тел, состоящая из Солнца, 9 больших планет и их спутников, десятков тысяч малых планет и их спутников, десятков тысяч малых планет (астероидов), множества комет, мелких метеорных тел и межпланетного газа и пыли. Всё в солнечной системе определяется Солнцем, которое является самым массивным телом и единственным, обладающим собственным свечением. Солнце – обычная звезда главной последовательности с абсолютной звёздной величиной +5. Его объём в миллион раз превышает объём Земли, однако по сравнению со звёздами-гигантами Солнце очень мало. Остальные члены Солнечной системы светят отражённым солнечным светом и выглядят такими яркими на небе, что не трудно и забыть, что для вселенной в целом они даже отдалённо не являются столь важными объектами, какими представляются нам. Девять планет обращаются вокруг Солнца по эллипсам (мало отличающимся от окружностей) почти в одной плоскости в порядке удаления от Солнца: Меркурий, Венера, Земля (с Луной), Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон.

Планеты делятся на две отчётливо различающиеся группы. В первую входят относительно небольшие планеты: Меркурий, Венера, Земля и Марс, с диаметрами от 12756 км (Земля) до 4880 км (Меркурий). Эти планеты имеют некоторые общие характеристики. Все они, например, имеют твёрдую поверхность и, по-видимому, состоят из сходного по составу вещества, хотя Земля и Меркурий более плотные чем Марс и Венера. Их орбиты в общем не отличаются от круговых, только орбиты Меркурия и Марса более вытянуты чем у Земли и Венеры. Меркурий и Венеру называют внутренними планетами, поскольку их орбиты лежат внутри земной; они, как и Луна, бывают в разных фазах – от новой до полной – и остаются в той же части неба, что и Солнце. У Меркурия и Венеры нет спутников, Земля имеет один спутник (известную нам Луну), у Марса два спутника – Фобос и Деймос, оба очень маленькие и явно отличаются по своей природе от Луны.

За Марсом находится широкий провал, в котором движутся тысячи небольших тел, называемых астероидами, планетоидами или малыми планетами. Диаметр даже самого большого из них – Цереры – составляет лишь около 1000 – 1200 км.

Далеко за основной зоной астероидов находятся четыре планеты-гиганта: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Эти планеты совершенно отличны от планет земной Группы: они скорее газовые и жидкие чем твёрдые, с очень плотными атмосферами. Их масса настолько велика, что они были способны удержать большую часть первоначального водорода. Так, скорость убегания для Юпитера составляет 60 км/с, тогда как для Земли она равна 11,2 км/с. Их среднее расстояния от Солнца составляют от 778 млн. км (Юпитер) до 4497 млн. км (Нептун). Планеты-гиганты имеют много общего, но сильно отличаются в деталях. Их плотности относительно низки, а плотность Сатурна даже меньше плотности воды. Хотя Юпитер виден исключительно благодаря отражённому от него солнечному свету, планета имеет также собственные источники тепла. Однако, несмотря на то, что температура его ядра должна быть высокой, она далеко недостаточна, чтобы там начались ядерные реакции, поэтому Юпитер нельзя сравнивать со звездой вроде Солнца.

Пять планет – Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн – известны с древних времён, поскольку все они хорошо видны невооружённым глазом. Уран, который находится на пределе видимости невооружённым глазом, был случайно открыт в 1781г. Все гиганты сопровождаются свитами спутников: Юпитер имеет 14 спутников, Сатурн – 15, Уран – 5 и Нептун – 2. Некоторый из спутников имеют размеры планет с диаметрами, по крайней мере равными диаметру Меркурия. Самая удалённая из известных планет – Плутон – была открыта в 1930 г. Это отнюдь не гигант, по размерам он меньше Земли, и его обычно относят к планетам земной группы, хотя известно о нём очень мало.

Чем ближе планета к Солнцу, тем больше её линейная и угловая скорости и короче период обращения вокруг Солнца. В то время как плоскости орбит большинства планет близки к плоскости земной орбиты (разница составляет 7 градусов для Меркурия и много меньше для других планет), орбита Плутона наклонена к ней относительно сильно – на 17 градусов и настолько вытянута, что при наибольшем сближении с Солнцем Плутон подходит к нему ближе чем Нептун. По всей вероятности, Плутон образует свой собственный класс планет; возможно даже, что некогда он был спутником Нептуна и лишь позднее обрёл независимость.

Кометы также являются членами Солнечной системы. Это большие образования из разреженного газа и пылевых частиц с очень малым твёрдым ядром, они также обращаются вокруг Солнца. Большинство из них имеет эллиптические орбиты, выходящие за орбиту Плутона, так что диаметр последней лишь условно принимается за диаметр Солнечной системы. Кроме того, вокруг Солнца обращаются по эллипсам бесчисленные метеорные тела (их можно рассматривать как своеобразный мусор в Солнечной системе, некоторые метеорные тела определённо связаны с кометами) размером от песчинки до мелкого астероида. Вместе с астероидами и кометами они относятся к малым телам Солнечной системы. Пространство между планетами заполнено крайне разреженным газом и космической пылью. Его пронизывают электромагнитные излучения; оно носитель магнитных и гравитационных полей.

Солнце в 109 раз больше Земли по диаметру и примерно в 333000 раз массивнее Земли. Масса всех планет составляет всего лишь около 0,1% от массы Солнца, поэтому оно силой своего притяжения управляет движением всех членов Солнечной системы.

Законы Кеплера. Первый закон Кеплера: орбита каждой планеты есть эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце. Второй закон Кеплера (закон площадей): радиус-вектор планеты в равные промежутки времени описывает равные площади. Третий закон Кеплера: квадраты сидерических периодов обращения двух планет относятся как кубы больших полуосей их орбит.

Методы изучения физической природы тел Солнечной системы.

Применение спектрального анализа. Важнейшим источником информации о большинстве небесных объектов является их изучение. Наиболее ценные и разнообразные сведения о телах позволяет получить спектральный анализ их изучения. Он позволяет установить из анализа излучения качественный и количественный химический состав светила, его температуру, наличие магнитного поля, скорость движения по лучу зрения и многое другое.

Спектральный анализ основан на разложении белого света на составные части. Если узкий пучок света пустить на боковую грань трёхгранной призмы, то, преломляясь в стекле по-разному, составляющие белый свет лучи дадут на экране радужную полоску, называемую спектром. В спектре все цвета расположены всегда в определённом порядке. Под спектральными наблюдениями понимают обычно наблюдения в интервале от инфракрасных до ультрафиолетовых лучей. Для изучения спектров применяют приборы, называемые спектроскопом и спектрографом. В спектроскоп спектр рассматривают, а спектрографом его фотографируют, фотография спектра называется спектрограммой.

Существуют следующие виды спектров.

Сплошной или непрерывный спектр в виде радужной полоски дают твёрдые и жидкие раскалённые тела (уголь, нить электролампы) и достаточно плотные массы газа.

Линейчатый спектр излучения дают разреженные газы и пары при сильном нагревании или под действием электрического разряда. Каждый газ излучает свет строго определённых длин волн и даёт характерный для данного химического элемента линейчатый спектр. Сильные изменения состояния газа или условий его свечения, например нагревание или ионизация, вызывают определённые изменения в спектре данного газа.

Линейчатый спектр поглощения дают газы и пары, когда за ними находится яркий источник, дающий непрерывный спектр. Спектр поглощения представляет собой непрерывный спектр, перерезанный тёмными линиями, которые находятся в тех самых местах, где должны быть расположены яркие линии, присущие данному газу.

Изучение спектров позволяет проводить анализ химического состава газов, излучающих или поглощающих свет. Количество атомов или молекул, излучающих или поглощающих энергию, определяются по интенсивности линий. Чем больше атомов, тем ярче линия в спектре излучения или тем она темнее в спектре поглощения. Когда тело раскалено до красна, в его сплошном спектре ярче всего красная часть. При дальнейшем нагревании наибольшая яркость в спектре переходит в жёлтую, потом в зелёную часть и так далее. Теория излучения света, проверенная на опыте, показывает, что распределение яркости вдоль сплошного спектра зависит от температуры тела. Зная эту зависимость, можно установить температуру Солнца и звёзд.

Надо помнить, что спектральный анализ позволяет определять химический состав только самосветящихся или поглощающих излучение газов. Химический состав твёрдого тела при помощи спектрального анализа определить нельзя.

Оптические и радионаблюдения. Для изучения небесных объектов применяют и другие методы, например фотографирование светил при помощи астрографов (телескоп, предназначенный специально для фотографирования участков неба). С помощью астрономических фотографий можно измерить медленные перемещения сравнительно близких звёзд на фоне более далёких, увидеть изображение очень слабых объектов на негативе, измерить величину потоков излучения, приходящего от звёзд, планет и других космических объектов.

Наши представления о небесных телах и их системах чрезвычайно обогатились после того, как стало возможным изучать их радиоизлучение. Для этого созданы радиотелескопы различных систем. Антенны некоторых радиотелескопов похожи на обычные рефлекторы, они собирают радиоволны в фокусе металлического вогнутого зеркала. Это зеркало можно сделать решётчатым и огромных размеров – диаметром в десятки и сотни метров. Такой способ позволяет узнать структуру радиоисточника и измерить его угловой размер, даже если он во много раз меньше угловой секунды.

3.Обсерватории. Астрономические исследования проводятся в научных институтах, университетах и обсерваториях. Но не каждая обсерватория ведёт все виды астрономических работ, но на многих есть специальное оборудование, предназначенное для решения определённого класса астрономических задач, например для определения точного положения звёзд на небе, а также быстродействующие счётные машины.

4. Исследования с помощью космической техники занимают особое место в методах изучения небесных тел и космической среды. К настоящему времени космонавтика сделала возможным: 1) создание внеатмосферных искусственных спутников Земли; 2) создание искусственных спутников Луны и планет; 3) доставку приборов, управляемых с Земли, на Луну и планеты; 4) создание автоматов, доставляющих с Луны пробы грунта; 5) полёты в космос лабораторий с людьми и высадку космонавтов на Луну. Внеатмосферные наблюдения позволяют принимать излучения, которые сильно поглощаются земной атмосферой: далёкие ультрафиолетовые, рентгеновские и инфракрасные лучи, радиоизлучения некоторых длин волн, а также корпускулярные излучения Солнца и других тел. Внеатмосферные наблюдения Луны и планет, звёзд и туманностей, межпланетной и межзвёздной среды очень обогатили наши знания о природе и физических свойствах этих объектов.

Отличительные особенности планет земной группы от планет-гигантов.

Сравнительная таблица основных показателей планет земной группы и планет-гигантов:

Показатель.

Группа планет.

Планеты земной группы.

Планеты-гиганты.

Масса.

От 3,3 10²³ кг (Меркурий) до 5,976 10²⁴ кг (Земля).

От 8,7 10²⁵ кг (Уран) до 1,9 10²⁷ кг (Юпитер).

Размер (экваториальный диаметр).

От 4880 км (Меркурий) до 12756 км (Земля).

От 49500 км (Нептун) до 143 000 км (Юпитер).

Плотность.

Плотность планет земной группы близка к земной: 12,5 10³ кг/м³(в 5,5 раз больше плотности воды).

У планет-гигантов очень маленькая плотность (плотность Сатурна меньше плотности воды).

Химический состав.

На примере Земли: Fe (34,6%), O2 (29,5%), Si (15,2%), Mg (12,7%).

В основном они состоят из газов:

H2 (,большая часть), CH4, NH3.

Наличие атмосферы.

У планет земной группы есть атмосфера (более разряженная, чем у планет-гигантов).

У всех планет-гигантов обширная атмосфера.

Наличие твёрдой поверхности.

Все планеты земной группы обладают твёрдой поверхностью.

Не имеют твёрдой поверхности.

Количество спутников.

У планет земной группы мало спутников или их вообще нет: Земля – 1, Марс – 2, Меркурий – нет, Венера – нет.

У планет-гигантов большое кол-во спутников: Юпитер – 14, Сатурн – 15, Уран – 5, Нептун – 2.

Наличие колец.

Кольца отсутствуют.

У планет-гигантов есть кольца.

Скорость обращения вокруг собственной оси.

Вращение вокруг своей оси медленное (по сравнению с планетами-гигантами).

Вращение вокруг своей оси быстрое (по сравнению с планетами земной группы).

Меркурий, Венера, Земля и Марс отличаются от планет-гигантов меньшими размерами, меньшей массой, большей плотностью, более медленным вращением, гораздо более разрежёнными атмосферами (на Меркурии атмосфера практически отсутствует, поэтому его дневное полушарие сильно накаляется; все планеты-гиганты окружены мощными протяжёнными атмосферами), малым числом спутников или отсутствием их.

Поскольку планеты-гиганты находятся далеко от Солнца, их температура (по крайней мере, над их облаками) очень низка: на Юпитере – 145 С, на Сатурне – 180 С, на Уране и Нептуне ещё ниже. А температура у планет земной группы значительно выше (на Венере до плюс 500 С). Малая средняя плотность планет-гигантов может объяснятся тем, что она получается делением массы на видимый объём, а объём мы оцениваем по непрозрачному слою обширной атмосферы. Малая плотность и обилие водорода отличают планеты-гиганты от остальных планет.

Физические условия на Луне и её рельеф.

Луна – самое близкое к Земле естественное небесное тело. Её среднее расстояние от Земли составляет 384400 км, что почти в 10 раз превышает длину земного экватора. Это – небольшое небесное тело диаметром 3476 км и массой, составляющей 1/81 массы Земли, поэтому и скорость убегания для неё равна 2,4 км/c, что слишком мало, чтобы удержать заметную атмосферу. Средняя её плотность меньше чем у Земли, вероятно, у Луны нет такого плотного ядра, какое есть у Земли. Советские космические станции установили отсутствие у Луны магнитного поля и поясов радиации и наличие на ней радиоактивных элементов.

Ускорение силы тяжести на поверхности Луны в 6 раз больше, чем на Земле, составляет 162.3 см. сек² и уменьшается на 0.187 см. сек² при подъеме на 1 километр. Луна вращается относительно Солнца с периодом, равным синодическому месяцу, поэтому день на Луне длится почти 1.5 суток и столько же продолжается ночь. Не будучи защищённой атмосферой, поверхность Луны нагревается днем до + 110^о С, а ночью остывает до -120° С, однако, как показали радионаблюдения, эти огромные колебания температуры проникают вглубь лишь на несколько дециметров вследствие чрезвычайно слабой теплопроводности поверхностных слоев. По той же причине и во время полных лунных затмений нагретая поверхность быстро охлаждается, хотя некоторые места дольше сохраняют тепло, вероятно, вследствие большой теплоемкости (так называемые “горячие пятна”).

Рельеф лунной поверхности был в основном выяснен в результате многолетних телескопических наблюдений. “Лунные моря”, занимающие около 40 % видимой поверхности Луны, представляют собой равнинные низменности, пересеченные трещинами и невысокими извилистыми валами; крупных кратеров на морях сравнительно мало. Многие моря окружены концентрическими кольцевыми хребтами. Остальная, более светлая поверхность покрыта многочисленными кратерами, кольцевидными хребтами, бороздами и так далее. Кратеры менее 15-20 километров имеют простую чашевидную форму, более крупные кратеры (до 200 километров) состоят из округлого вала с крутыми внутренними склонами, имеют сравнительно плоское дно, более углубленное, чем окружающая местность, часто с центральной горкой. Высоты гор над окружающей местностью определяются по длине теней на лунной поверхности или фотометрическим способом. Гораздо подробнее и точнее изучен рельеф краевой зоны Луны, которая, в зависимости от фазы либрации, ограничивает диск Луны.

Кратеры на лунной поверхности имеют различный относительный возраст: от древних, едва различимых, сильно переработанных образований до очень четких в очертаниях молодых кратеров, иногда окруженных светлыми “лучами”. При этом молодые кратеры перекрывают более древние. В одних случаях кратеры врезаны в поверхность лунных морей, а в других - горные породы морей перекрывают кратеры. Тектонические разрывы то рассекают кратеры и моря, то сами перекрываются более молодыми образованьями. Эти и другие соотношения позволяют установить последовательность возникновения различных структур на лунной поверхности; в 1949 советский ученый А. В. Хабаков разделил лунные образования на несколько последовательных возрастных комплексов.

В образовании форм лунного рельефа принимали участие, как внутренние силы, так и внешние воздействия. Расчеты термической истории Луны показывают, что вскоре после её образования недра были разогреты радиоактивным теплом и в значительной мере расплавлены, что привело к интенсивному вулканизму на поверхности. В результате образовались гигантские лавовые поля и некоторое количество вулканических кратеров, а также многочисленные трещины, уступы и другое. Вместе с этим на поверхность Луны на ранних этапах выпадало огромное количество метеоритов и астероидов - остатков протопланетного облака, при взрывах которых возникали кратеры - от микроскопических лунок до кольцевых структур поперечником во много десятков, а возможно и до нескольких сотен километров. Из-за отсутствия атмосферы и гидросферы значительная часть этих кратеров сохранилась до наших дней. Сейчас метеориты выпадают на Луну гораздо реже; вулканизм также в основном прекратился, поскольку Луна израсходовала много тепловой энергии, а радиоактивные элементы были вынесены во внешние слои Луны. Об остаточном вулканизме свидетельствуют истечения углеродосодержащих газов в лунных кратерах, спектрограммы которых были впервые получены советским астрономом Н. А. Козыревым.

Планеты земной группы (Венера).

Венера, вторая по близости к Солнцу планета, почти такого же размера, как Земля, а её масса более 80 % земной массы. Расположенная ближе к Солнцу, чем наша планета, Венера получает от него в два с лишним раза больше света и тепла, чем Земля. Тем не менее, с теневой стороны на Венере господствует мороз более 20 градусов ниже нуля, так как сюда не попадают солнечные лучи в течение очень долгого времени. Она имеет очень плотную, глубокую и очень облачную атмосферу, не позволяющую нам увидеть поверхность планеты. Атмосферу - газовую оболочку , на Венере , открыл М.В. Ломоносов , в 1761 году , что так же показало сходство Венеры с Землёй .

Среднее расстояние от Венеры до Солнца 108,2 млн. км; оно практически постоянно, поскольку орбита Венеры ближе к окружности, чем у любой другой планеты. Временами Венера подходит к Земле на расстояние, меньшее 40 миллионов км.

В 1930 году было установлено, что атмосфера Венеры состоит, в основном, из углекислого газа, который способен действовать как своего рода покрывало, задерживая солнечное тепло. Были популярны две картины планеты. Одна рисовала поверхность Венеры почти полностью покрытой водой , в которой могли развиваться примитивные формы жизни , - как это было на Земле миллиарды лет назад . Другая представляла Венеру как раскалённую , сухую и пыльную пустыню .

В1962 году американский аппарат “ Маринер - 2 “ прошёл вблизи Венеры и передал информацию, которая подтвердила, что её поверхность очень горяча. Было установлено также, что период вращения Венеры вокруг оси - длительный, около 243 земных суток, - больше, чем период обращения вокруг Солнца (224, 7 суток), поэтому на Венере “ сутки “ длиннее года и календарь совершенно необычен.

Теперь известно, что Венера вращается в обратном направлении - с востока на запад, а не с запада на восток, как Земля и большинство других планет. Для наблюдателя на поверхности Венеры Солнце восходит на западе, а заходит на востоке, хотя в действительности облачная атмосфера полностью закрывает небо. В феврале 1974 года снимки верхнего слоя облаков показали полосатую структуру облаков. Они также подтвердили, что период вращения верхнего слоя облаков всего лишь 4 суток, так что строение атмосферы Венеры не похоже на земное.

На поверхности Венеры имеются кратеры, происхождение которых неизвестно, но, поскольку в такой плотной атмосфере должна быть сильная эрозия, по “ геологическим “ стандартам они вряд ли могут быть очень старыми. Причиной возникновения кратеров может быть вулканизм, поэтому гипотезу о том, что на Венере происходят вулканические процессы, пока нельзя исключить. Также на Венере найдено несколько горных областей. Самый большой горный район - Иштар - по площади вдвое превышает Тибет . В центре его на высоту 11 км поднимается гигантский вулканический конус . Было обнаружено , что в облаках содержится большое количество серной кислоты.

Поверхность Венеры усыпана гладкими скальными обломками, по составу похожими на земные базальты, многие из которых имели около 1 м в поперечнике. Крайне высокая температура в нижних слоях атмосферы Венеры и на её поверхности в большей мере обусловлена так называемым “парниковым эффектом”. Солнечные световые лучи поглощаются в нижних слоях и, излучаясь обратно в виде инфракрасных лучей, задерживаются её облачным слоем, как в парниках. С высотой над поверхностью температура понижается, и в стратосфере Венеры царит мороз. Температура на поверхности Венеры 485С, а давление в 90 раз превышает давление у поверхности Земли. Было обнаружено , кроме того , что слой облаков кончается на высоте около 30 км . Ниже находится область горячего едкого тумана . На высотах 50 - 70 км располагаются мощные облачные слои и дуют ураганные ветры. У поверхности Венеры атмосфера очень плотная (всего лишь в 10 раз меньше плотности воды).

Планеты-гиганты (Сатурн).

Сатурн, самая дальняя из планет, известных с древности хорошо видный невооружённым глазом объект, хотя в дотелескопические времена не было возможности обнаружить его кольца. Среднее расстояние Сатурна от Солнца 1427 млн. км, а период обращения – 24,46 года. Он бывает в противостоянии примерно раз в 378 дней, так что его можно наблюдать ежегодно в течение нескольких месяцев.

Сатурн – вторая из крупнейших планет. Его экваториальный диаметр составляет 120000 км, а полярный значительно меньше, поскольку планета сильно сплюснута. Это объясняется, во-первых, его низкой плотностью (она меньше плотности воды, что отличает Сатурн от других главных планет) и, во-вторых, его быстрым вращением вокруг оси. Период вращения на экваторе равен 10 ч 14 мин, а на полюсах – примерно на 26 мин длиннее.

Сатурн – газовый гигант, состоящий в основном из водорода. По сравнению с Юпитером в его составе обнаруживается несколько больше метана и меньше аммиака, так как низкие температуры приводят к вымораживанию большей части аммиака из атмосферы планеты. Хотя масса Сатурна в 95 раз превышает массу Земли, сила тяжести на его поверхности лишь немногим больше, чем на Земле. Вблизи ядра Сатурна температура высокая, давление значительное, и поэтому водород, возможно, находится в металлическом состоянии. До сих пор не обнаружено признаков существования у Сатурна магнитного поля. Поскольку Сатурн, как и все планеты-гиганты, находится далеко от Солнца его температура (по крайней мере, над облаками) очень низка: – 180 С.

Если смотреть в телескоп средней, Сатурн выглядит желтоватым диском, пересечённым облачными полосами, которые в общем похожи на юпитерианские, но значительно более “спокойные”. Пятна в полосах Сатурна относительно редки, но всё же иногда появляются. На Сатурне нет пятен, сравнимым со знаменитым Большим Красным Пятном Юпитера. Не считая самих полос, все остальные образования поверхности Сатурна живут сравнительно недолго и быстро изменяются.

Теоретически построены модели массивных планет, вроде Сатурна и Юпитера, состоящих из водорода и гелия. В центре планеты температура может достигать нескольких тысяч градусов. Плотность газовой атмосферы у основания около 100 кг/м3 . Малая средняя плотность планет-гигантов может объяснятся тем, что она получается делением массы на видимый объём, а объём мы оцениваем по непрозрачному слою обширной атмосферы. Малая плотность и обилие водорода отличают планеты-гиганты от остальных планет.

Исключительным образованием в Солнечной системе казалось яркое кольцо толщиной не более чем в несколько километров, окружающее Сатурн. Оно расположено в плоскости Экватора Сатурна, которая наклонена к плоскости его орбиты на 27 градусов. Поэтому в течение 30-летнего оборота Сатурна вокруг Солнца кольцо видно нам то довольно раскрытым, то точно с ребра, когда его можно разглядеть в виде тонкой линии лишь в большие телескопы. Ширина этого кольца такова, что по нему, будь оно сплошное, мог бы катиться земной шар.

Русский учёный А.А. Белопольский, изучив спектр кольца, подтвердил теоретический вывод о том, что кольцо у Сатурна должно быть не сплошным, а состоять из множества мелких частиц. По спектру, используя принцип Доплера – Физо, он установил, что внутренние части кольца вращаются быстрее, чем наружные, в соответствие с третьим законом Кеплера.

Фотографии, переданные автоматическими станциями, запущенными к Сатурну, показали, что его кольцо состоит из многих сотен отдельных узких “колечек”, разделённых тёмными промежутками. Предполагается, что такая структура колец связана с гравитационным влиянием многочисленных спутников планеты на движение частиц вещества, образующего кольца.

Система колец Сатурна либо возникла при разрушении некогда существовавшего спутника планеты (например, при его столкновении с другим спутником или астероидом), либо же представляет остаток того вещества, из которого в далёком прошлом образовались спутники Сатурна и которое из-за приливного воздействия планеты не смогло “собраться” в отдельные спутники.

Малые тела Солнечной системы.

1. Астероиды. Малые планеты, или астероиды, в основном обращаются между орбитами Марса и Юпитера и невооружённым глазом невидимы. В настоящее время известно более 3000 астероидов. Возможно, астероиды возникли потому, что веществу по какой-то причине не удалось собраться в одно большое тело – планету. На протяжении миллиардов лет астероиды сталкиваются друг с другом. На эту мысль наводит то, что ряд астероидов имеет не шарообразную, а неправильную форму. Суммарная масса астероидов оценивается всего лишь в 0,1 массы Земли.

Самый яркий астероид – Веста не бывает ярче 6-й звёздной величины. Самый крупный астероид – Церера, его диаметр около 800 км, и за орбитой Марса даже в сильнейшие телескопы на столь малом диске ничего нельзя рассмотреть. Самые мелкие из известных астероидов имеют диаметры лишь около километра. Конечно, у астероидов нет атмосферы. Для астероидов характерно петлеобразное перемещение на фоне звёздного неба, орбиты некоторых астероидов имеют необычайно большие эксцентриситеты, вследствие чего в перигелии они подходят к Солнцу ближе, чем Марс и даже Земля

2. Болиды и метеориты. Болидом называется довольно редкое явление – летящий по небу огненный шар. Это явление вызывается вторжением в плотные слои атмосферы крупных метеорных тел, окружённых обширной оболочкой раскалённых газов и частиц, образующихся при нагревании вследствие торможения в атмосфере. Болиды часто имеют заметный угловой диаметр в 1/10 – ½ видимого диаметра Луны и бывают видны даже днём. От сильного сопротивления воздуха метеорное тело нередко раскалывается и с грохотом выпадает на Землю в виде осколков. Упавшее на Землю тело называется метеоритом.

Метеорит, имеющий небольшие размеры, иногда целиком испаряется в атмосфере Земли. В большинстве случаев масса метеорита за время полёта сильно уменьшается. До Земли долетают лишь остатки метеорита, обычно успевающие остыть, когда космическая скорость его уже погашена сопротивлением воздуха. Бывает три вида метеоритов: каменные, железные и железокаменные, особенно много находят железных метеоритов. По содержанию радиоактивных элементов определяют возраст метеоритов. Он различен, но самые старые метеориты имеют возраст 4,5 млрд. лет.

Структура некоторых метеоритов свидетельствует о том, что они подвергались высоким температурам и давлениям и, следовательно, могли существовать в недрах разрушившейся планеты или крупного астероида

3. Кометы и метеоры. Метеорное тело, порождающее метеор, - это, как правило, крошечная частичка, обычно меньше песчинки, движущаяся вокруг Солнца. Она так мала, что становится видимой, только когда попадает в верхнюю атмосферу Земли (его скорость при этом около 42 км/с). Метеоры бывают двух основных типов: метеорные потоки и спорадические (случайные) метеоры. Последние могут появляться с любой стороны и в любое время. В отличие от них метеорные потоки связаны с кометами. Например, хорошо известный поток Леонид, наблюдающийся каждый год в ноябре, связывают со слабой периодической кометой Темпеля, причём метеорные частицы движутся по той же самой орбите, что и сама комета. Принято считать, что метеоры – это просто “обломки” комет. Может быть это некоторое упрощение, но совершенно определённо известно, что одна из периодических комет – комета Биэлы – распалась и вместо неё возник метеорный поток. Нет сомнения, что, когда комета движется по орбите, она буквально “рассыпает” следом за собой метеорное вещество.

Большая комета состоит из трёх основных частей: ядра (содержащего большую часть массы), головы кометы, или “комы” и хвоста. Голова и хвост кометы видны только тогда, когда комета приближается к Солнцу и пол действием солнечного излучения лёд в ядре начинает испаряться. Когда комета удаляется, хвост исчезает. Небольшие кометы, однако, часто лишены хвостов и в небе выглядят скорее как небольшие клочки слабо подсвеченной пряжи.

Хвосты комет бывают двух основных типов: газовые и пылевые. В целом газовые хвосты относительно прямые, тогда как пылевые искривлены, поскольку они отстают от летящей по орбите кометы. Хвосту комет формируются в результате испарения льдов их ядер, поэтому вещество ядер постоянно расходуется, и, по космическим понятиям, кометы – короткоживущие образования.

Кометы – члены Солнечной системы, но их орбиты в большинстве случаев отличаются от орбит планет тем, что они гораздо более эксцентричные. Кометы практически не испускают собственного излучения, а отражают солнечный свет; последний к тому же заставляет вещество комет светиться (флуоресцировать). Таким образом, большую часть комет нельзя проследить на протяжении всей орбиты, и они видны, только когда подходят относительно близко к Земле и Солнцу.

Кометы бывают короткопериодические и долгопериодические. Все короткопериодические кометы – слабые, и многие из них трудно наблюдать в телескоп. Некоторые кометы имеют сравнительно круговые орбиты, и за ними можно проследить на всём их пути вокруг Солнца. Другие яркие кометы имеют намного большие периоды, которые мы даже не можем определить точно. Появление комет такого типа нельзя предсказать, и они всегда являются сюрпризом для астрономов.

Современные представления о происхождении Солнечной системы.

Для развития материалистического мировоззрения огромную роль играли первые научные предположения о происхождении Солнечной системы. В 1796 г. французский учёный Лаплас подробно описал гипотезу образования Солнца и планет из уже вращающейся газовой туманности. Лаплас учёл основные характерные черты Солнечной системы, которые должна объяснить любая гипотеза о её происхождении: основная масса системы сосредоточена в Солнце; орбиты планет и спутников почти круговые и лежат почти в одной плоскости; расстояния между ними возрастают по определённому закону; почти все планеты не только обращаются вокруг Солнца, но и вращаются вокруг своих осей в одном направлении.

Итак, согласно современным представлениям Солнечная система началась с бесформенной массы газа. Тогда ещё не было настоящего Солнца, в котором происходили бы ядерные реакции. Основную долю газа составлял водород. По прошествии некоторого времени это облако – Солнечная туманность – начало принимать регулярную форму. При этом несколько увеличилась температура, хотя Солнце ещё не сформировалось. Газовое облако продолжало сжиматься под действием гравитационных сил так, что самая плотная часть его находилась в центре. Так возникло Солнце, которое начало излучать, то есть стало звездой. По мере увеличения светимости Солнца газовое облако становилось всё менее однородным. В нём появились сгущения, способные притягивать окружающее вещество; так образовались протопланеты. С ростом размеров и массы протопланет их гравитационное притяжение становилось всё сильнее, и они собирали всё больше материала из окружающих областей туманности. По мере сжатия солнечной туманности всё больше вещества собиралось в протопланетах, одновременно возрастала мощность излучения Солнца. Основные протопланеты продолжали расти и набирать вещество благодаря своему гравитационному притяжению, поэтому число протопланет становилось всё меньше. По мере роста протопланет их форма становилась сферической и Солнечная система начала принимать знакомый нам вид. Солнце уже излучало энергию благодаря термоядерным реакциям. В течение длительного периода формирования протопланет Солнце вступило в устойчивый период существования как звезда главной последовательности. Примерно 5 млрд. лет назад Солнечная система сформировалась в том виде, в каком мы знаем её теперь, - с устойчивым Солнцем, окружённым планетами.

По гипотезе О. Ю. Шмидта, планеты возникли из вещества огромного холодного газопылевого облака, вращавшегося вокруг Солнца. На примере Земли можно рассмотреть, как образовывались планеты Солнечной системы. Расчёты показывают, что Земля выросла до её современной массы за несколько сот миллионов лет. Земля, холодная на поверхности, стала разогреваться за счёт распада радиоактивных элементов. Это привело к расплавлению земных недр. Тяжёлые элементы продиффундировали вниз, образовав ядро, а лёгкие образовали кору. В рое частиц, окружавшем зародыши планет, повторялся процесс слипания частиц, и возникли спутники планет. В частях газопылевого диска, удалённых от Солнца, царила низкая температура, и водород при формировании больших планет не улетучился. Сильный нагрев облака вблизи Солнца ускорял рассеяние водорода, и в планетах земной группы его почти не сохранилось. Шмидту удалось также впервые теоретически вывести наблюдаемый закон планетных расстояний от Солнца.

Большую трудность представляет объяснение того, как первоначальное газопылевое облако, окружавшее молодое Солнце, сохранило свои большие размеры и получило быстрое вращение.

Теоретические расчёты, учитывающие наличие магнитного поля и ряд других факторов, позволяют объяснить происхождение планетной системы, но отдельные моменты этой теории всё ещё нуждаются в проверке и уточнении.