12. Современные представления о Солнечной системе

Определения и обозначения

Планета — небесное тело, которое обращается вокруг Солнца, имеет почти шарообразную форму и преобладает на своей орбите. Шарообразность возникает потому, что собственная гравитация крупного тела стягивает вещество к центру. Последний критерий означает, что планета стала главным телом в своей орбитальной области и не делит её с множеством сопоставимых объектов. Эти признаки позволяют отличать планеты от спутников, астероидов и карликовых планет.

Карликовая планета обращается вокруг Солнца и, как планета, обладает почти шарообразной формой, но не очистила окрестность своей орбиты. В этой области остаются другие тела, на которые карликовая планета не оказалась способна заметно повлиять. Поэтому одного сходства по форме недостаточно для отнесения объекта к планетам. Определение объясняет, почему Плутон выделен в отдельную группу.

Астероид — небольшое преимущественно каменное тело Солнечной системы. Астероиды намного меньше планет и обычно имеют неправильную форму, поскольку их гравитации недостаточно, чтобы стать шарообразными. Большинство известных астероидов сосредоточено в поясе между орбитами Марса и Юпитера. По этому признаку астероиды можно отличать от удалённых ледяных тел.

Комета — небольшое ледяное тело, обращающееся вокруг Солнца. Когда комета приближается к Солнцу, лёд нагревается и выделяются газ и пыль, образующие вокруг ядра кому — облако вещества — и хвост. Хвост направлен от Солнца под действием солнечного излучения и потока частиц, а не обязательно назад по пути кометы. Это помогает распознать комету и понять, почему её вид меняется при сближении со звездой.

Как это устроено

Солнечная система — не только Солнце и восемь планет, но и спутники планет, карликовые планеты, астероиды, кометы, другие малые тела и межпланетное вещество. Солнце содержит основную часть массы системы, поэтому его гравитация удерживает планеты и множество меньших объектов на орбитах. Однако при изучении системы важно учитывать и эти объекты: они помогают восстановить её происхождение и показывают, что вещество распределено по разным областям. Поэтому число планет не описывает всего разнообразия системы.

Четыре ближайшие к Солнцу планеты — Меркурий, Венера, Земля и Марс — называют планетами земной группы. Они сравнительно небольшие, плотные и состоят преимущественно из каменных пород и металлов; у них есть твёрдая поверхность. Дальше расположены планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, намного превосходящие земную группу по размеру. Их состав в основном газовый или ледяной, поэтому у них нет такой твёрдой поверхности, как у Земли; различие связано с условиями, в которых вещество собиралось в разных частях системы.

Между орбитами Марса и Юпитера находится пояс астероидов, а за орбитой Нептуна — пояс Койпера. Эти области не являются сплошными кольцами: в них обращаются отдельные малые тела, разделённые большими расстояниями. В главном поясе распространены преимущественно каменные астероиды, а за Нептуном — ледяные тела, среди которых есть карликовые планеты. Такое расположение связывает малые тела с общей архитектурой системы и помогает не смешивать две группы.

Планеты обращаются вокруг Солнца примерно в одной плоскости и в одном общем направлении. Это не случайное совпадение: система возникла из облака газа и пыли, которое уже вращалось. При сжатии облака его вращение привело к формированию диска, а вещество в диске двигалось преимущественно в одной плоскости. Планеты собрались из этого вещества и унаследовали общий порядок движения, хотя их орбиты не совпадают идеально.

Согласно современной модели, Солнечная система образовалась из газопылевого облака. Под действием гравитации облако сжималось, а большая часть вещества собралась в центре и образовала Солнце. Оставшийся материал сформировал вращающийся диск: частицы в нём сталкивались и соединялись, постепенно создавая более крупные тела — будущие планеты и малые объекты. Эта модель объясняет и устройство системы, и сходное направление движения планет, не сводя их происхождение к появлению готовых тел.

Основные группы тел Солнечной системы

Сначала определите группу по её признакам и составу, затем сопоставьте их с расположением и примерами. Строки показывают, что близость к Солнцу не единственный способ классификации: важно учитывать также форму и состав тела. Обратите внимание на отличие планеты от карликовой планеты — не только на размер, но и на состояние орбитальной окрестности.

Разбор задач

Задача 1. Распределите Меркурий, Землю, Юпитер и Нептун на планеты земной группы и планеты-гиганты. Важно опираться на физические характеристики, а не просто перечислять планеты по удалённости от Солнца. Сравним состав и размеры каждого объекта с признаками двух групп. Затем запишем результат так, чтобы в каждой группе оказались планеты с общими свойствами.

1. Вспомним, что планеты земной группы — сравнительно небольшие каменные тела с твёрдой поверхностью.
2. Меркурий и Земля соответствуют этим признакам, поэтому отнесём их к земной группе.
3. Юпитер и Нептун — крупные планеты внешней части системы с преимущественно газовым или ледяным составом, значит, это гиганты.

Ответ: Меркурий и Земля — планеты земной группы; Юпитер и Нептун — планеты-гиганты. Такое распределение основано на свойствах планет, а не только на их положении.

Задача 2. Поясните, почему Плутон относят к карликовым планетам, а не к планетам. Проверим определение планеты по каждому критерию, чтобы не делать вывод только по одному признаку. Затем выясним, какое условие не выполнено. Такой порядок рассуждения помогает применять классификацию к любому небесному телу.

1. Плутон обращается вокруг Солнца — первое условие выполнено.
2. Он почти шарообразен — условие о форме тоже выполнено.
3. Окрестность его орбиты не очищена от других объектов, поэтому критерий господства на орбите не выполнен.

Ответ: Плутон не считается планетой, потому что не очистил окрестность своей орбиты. При этом он отвечает признакам карликовой планеты: обращается вокруг Солнца и имеет почти шарообразную форму.

Задача 3. Сопоставьте пояс астероидов и пояс Койпера: укажите их положение и объясните, чем различаются типичные тела этих областей. Для решения отделим географический признак — положение относительно планет — от физического признака, то есть состава тел. Не следует считать, что название области автоматически описывает все объекты в ней. Сравнение по двум критериям даст полный ответ.

1. Пояс астероидов расположен между орбитами Марса и Юпитера; большинство его типичных тел — каменные астероиды.
2. Пояс Койпера находится за орбитой Нептуна; в нём распространены ледяные малые тела.
3. Сопоставим: области различаются и положением, и преобладающим составом, но обе населены малыми телами.

Ответ: пояс астероидов лежит между Марсом и Юпитером и в основном содержит каменные тела; пояс Койпера расположен за Нептуном и богат ледяными телами. Кометы и астероиды не следует отождествлять: это разные типы малых тел.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что планет в Солнечной системе больше или меньше восьми, включая в их число карликовые планеты или малые тела. Так ошибаются, потому что в повседневной речи словом «планета» иногда называют любое крупное тело, обращающееся вокруг Солнца. Проверьте себя по определению: планета должна не только обращаться вокруг Солнца и быть почти шарообразной, но и очистить окрестность орбиты. Карликовые планеты и малые тела в число восьми планет не входят.

Ошибка — называть Плутон планетой только потому, что он почти шарообразен. Это условие действительно выполняется, поэтому легко забыть о третьем критерии, связанном с его орбитальной областью. Самопроверка проста: перечислите все признаки планеты и проверьте каждый по отдельности. Плутон не очистил окрестность орбиты, поэтому относится к карликовым планетам.

Ошибка — смешивать пояс астероидов и пояс Койпера, считая их одной областью или помещая не туда. Путаница возникает из-за того, что оба пояса содержат малые тела и часто упоминаются рядом. Запомните опорные положения: пояс астероидов находится между Марсом и Юпитером, пояс Койпера — за Нептуном. Сверка с орбитами планет сразу показывает, какую область вы описываете.

Ошибка — считать, что хвост кометы всегда направлен назад по ходу её движения. Такое представление возникает, если воспринимать хвост как след, который остаётся за движущимся телом. На самом деле на газ и пыль действуют солнечное излучение и поток частиц, поэтому хвост направлен от Солнца. Проверяя ответ, сравните направление хвоста с положением Солнца, а не с траекторией кометы.

Связь с другими темами

Для понимания устройства системы нужно знать, что такое орбита, обращение небесного тела и гравитационное взаимодействие: именно гравитация удерживает тела на орбитах и влияет на их движение. Тема связана с законами движения планет, а также со строением Солнца, планет и их спутников. Модель газопылевого облака понадобится при изучении эволюции звёзд и формирования планетных систем у других звёзд. Сравнивая такие системы с нашей, астрономы проверяют, насколько общими могут быть процессы образования планет.

Что запомнить

• Солнечная система включает Солнце, планеты, их спутники и множество малых тел.
• Планет в Солнечной системе восемь.
• Планеты земной группы расположены ближе к Солнцу, чем планеты-гиганты.
• Карликовая планета не очистила окрестность своей орбиты.
• Основная часть астероидов сосредоточена в поясе между Марсом и Юпитером.
• Пояс Койпера расположен за орбитой Нептуна.
• Современная модель происхождения связывает образование Солнечной системы с газопылевым облаком.