§ 78. Солнечная система

Определения и обозначения

Солнечная система — Солнце и связанные с ним гравитацией небесные тела. В неё входят восемь планет, их спутники, карликовые планеты, астероиды, кометы, пыль и газ между телами. Это определение показывает, что система не ограничивается Солнцем и планетами. Оно помогает рассматривать все объекты как части единой гравитационной системы.

Планета — небесное тело, которое обращается вокруг Солнца, достаточно массивно, чтобы стать почти шарообразным, и расчистило окрестность своей орбиты. Расчистить орбиту означает стать главным телом в своей области: влияние планеты заметно превосходит влияние других сопоставимых тел рядом. Поэтому одной округлой формы для статуса планеты недостаточно. Это уточнение позволяет отличить планеты от карликовых планет.

Карликовая планета обращается вокруг Солнца, имеет почти шарообразную форму, но не расчистила окрестность своей орбиты и не является спутником. Например, Плутон относится к карликовым планетам. Его пример показывает, почему классификация зависит не только от размера или формы тела. При определении статуса нужно проверять все признаки.

Астрономическая единица (а. е.) — среднее расстояние от Земли до Солнца, около 150 млн км. Это единица расстояния, а не радиус Солнечной системы и не размер самого Солнца. Например, 3 а. е. означают расстояние, втрое большее среднего расстояния Земля — Солнце. Такая мера удобна, потому что расстояния между планетами можно сравнивать без длинных чисел в километрах.

Как это устроено

Солнце сосредоточивает почти всю массу Солнечной системы. Поэтому его гравитационное притяжение сильнее влияния отдельных планет и задаёт движение большинства тел. Планета при этом не падает на Солнце: её собственная скорость направлена так, что тело всё время «промахивается» мимо него и движется по орбите. Так возникает обращение вокруг центрального тела под действием тяготения.

Планеты движутся вокруг Солнца на разных расстояниях, и их порядок изнутри наружу таков: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Если среднее расстояние Земли принять за 1 а. е., орбита Меркурия находится примерно на 0,39 а. е., а Нептуна — примерно на 30 а. е. Значит, внешние планеты удалены от Солнца гораздо сильнее внутренних. Астрономические единицы позволяют выразить это сравнение компактно, не меняя самих расстояний.

По составу и размерам планеты делятся на две группы. Меркурий, Венера, Земля и Марс — планеты земной группы: они сравнительно небольшие и плотные, имеют каменистое строение и твёрдую поверхность. Юпитер и Сатурн — газовые гиганты, а Уран и Нептун — ледяные гиганты; все они намного крупнее и находятся дальше от Солнца. Различия связаны с условиями формирования: близко к молодому Солнцу было жарко, поэтому сохранились главным образом твёрдые вещества, а в холодных внешних областях могли накапливаться газы и льды.

Спутник обращается вокруг планеты, а не непосредственно вокруг Солнца, хотя вместе с планетой движется по орбите вокруг Солнца. Карликовые планеты, в отличие от спутников, обращаются вокруг Солнца самостоятельно, но не расчистили область своей орбиты. Астероиды — небольшие преимущественно каменистые тела, многие из которых находятся в поясе между Марсом и Юпитером; кометы состоят из льдов и пыли и при сближении с Солнцем могут образовать кому и хвост. Различия в положении, размерах и движении помогают не смешивать эти группы.

Помимо крупных объектов вокруг Солнца движутся и малые тела; пространство между ними не является абсолютно пустым. В нём есть разреженный газ, пыль и частицы, а некоторые объекты перемещаются по вытянутым орбитам, пересекающим области планет. Они могут сталкиваться с планетами или спутниками, поэтому изучение малых тел важно для понимания истории системы и оценки космических угроз. Солнечная система — это вся совокупность таких объектов, а не только набор планет.

Объекты Солнечной системы и их особенности

Таблица помогает сравнить объекты по группе, примерам и характерным признакам, а не только по размеру. Чтобы определить тип незнакомого тела, сначала выясните, вокруг чего оно обращается, затем проверьте форму и состояние окрестности орбиты. Такое сравнение особенно полезно для различения планеты и карликовой планеты.

Разбор задач

Задача 1

Расстояние от Земли до Солнца примите равным 1 а. е. Выразите в астрономических единицах расстояние, равное трём таким расстояниям. Нужно определить, во сколько раз данное расстояние превышает единичное расстояние Земля — Солнце. Значение в километрах находить не требуется.

1. По определению 1 а. е. соответствует одному среднему расстоянию от Земли до Солнца.
2. Три таких расстояния составляют 3 × 1 а. е.
3. Получаем 3 а. е.; перевод отношения расстояний не меняет числа три.

Ответ: 3 а. е. Проверка: результат больше единицы ровно в три раза, как и требует условие. Записывать 3 км было бы неверно, поскольку в задаче используется астрономическая единица.

Задача 2

Распределите Меркурий, Землю, Юпитер и Нептун на планеты земной группы и планеты-гиганты. Не стоит решать задачу только по порядку от Солнца: важны также размеры и состав. Вспомните, какие планеты имеют каменистую поверхность, а какие относятся к крупным внешним планетам.

1. Меркурий и Земля входят в число первых четырёх планет; они сравнительно малы и каменисты.
2. Юпитер и Нептун находятся во внешней части системы и относятся к планетам-гигантам.
3. Записываем планеты в две группы, не смешивая положение с названием класса.

Ответ: планеты земной группы — Меркурий и Земля; планеты-гиганты — Юпитер и Нептун. Проверка по порядку не заменяет проверку свойств: например, Марс тоже земной группы, хотя он дальше от Солнца, чем Земля. Нептун — ледяной гигант, а не каменистая планета земной группы.

Задача 3

Тело обращается вокруг Солнца и имеет почти шарообразную форму, но не расчистило окрестность своей орбиты. Можно ли считать его планетой? Чтобы ответить, нужно проверить все признаки определения, а не останавливаться на двух подходящих. Предполагается также, что тело не является спутником.

1. Обращение вокруг Солнца соответствует одному критерию планеты.
2. Почти шарообразная форма соответствует второму критерию.
3. Однако условие о расчистке окрестности орбиты не выполнено, поэтому критерии планеты не соблюдены полностью.
4. Если тело не является спутником, оно соответствует определению карликовой планеты.

Ответ: планетой его считать нельзя; по указанным признакам это карликовая планета. Проверка состоит в сопоставлении тела со всеми условиями определения. Даже большая масса и округлая форма не отменяют требование о расчистке орбиты.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что вокруг Солнца обращаются только планеты. Так думают, потому что планеты крупнее и заметнее многих других объектов, но система включает также спутники, карликовые планеты, астероиды, кометы и межпланетное вещество. Проверяйте себя вопросом: перечислены ли не только главные планеты, но и малые тела? Если нет, описание состава неполно.

Ошибка — определять планету только по почти шарообразной форме. Её допускают, когда запоминают один наглядный признак и упускают критерий орбиты. Проверьте, обращается ли тело вокруг Солнца, имеет ли нужную форму и расчистило ли окрестность орбиты; для карликовой планеты также важно, что это не спутник. Ответ должен учитывать весь набор условий.

Ошибка — считать астрономическую единицу радиусом Солнечной системы. Такое смешение возникает потому, что единицу используют при описании размеров системы и расстояний до планет. Но а. е. — лишь мера расстояния, равная среднему расстоянию Земля — Солнце, а не граница системы. Проверка проста: если величина задана в а. е., она показывает расстояние в выбранной единице.

Ошибка — делить планеты на группы только по порядку от Солнца. Это неверно, поскольку положение не заменяет сведения о составе, размерах и строении: важны свойства самих планет. Например, первые четыре являются земной группой, тогда как Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — гиганты. Проверяйте классификацию по признакам группы, а не по одному месту в списке.

Связь с другими темами

Для понимания движения планет нужен закон всемирного тяготения: он объясняет, почему Солнце влияет на орбиты тел. Представление об орбите помогает описывать повторяющееся движение небесного тела, а не просто его положение в данный момент. Эти понятия связывают строение системы с законами механики.

При сравнении расстояний пригодятся понятия массы и единиц измерения. Астрономическую единицу можно перевести в километры, используя приближённое равенство 1 а. е. ≈ 150 млн км. Умение переводить единицы помогает не перепутать расстояние, выраженное в километрах, с числом астрономических единиц.

Знание строения Солнечной системы нужно для изучения движения планет и космических исследований. Оно также помогает обсуждать происхождение небесных тел: их состав и орбиты хранят сведения об условиях формирования системы. Поэтому классификация объектов служит основой для дальнейших тем астрономии и физики.

Что запомнить

• Солнце — центральное тело Солнечной системы и источник основного гравитационного притяжения.
• Планеты обращаются вокруг Солнца по орбитам.
• Астрономическая единица соответствует среднему расстоянию от Земли до Солнца.
• Планеты подразделяют на планеты земной группы и планеты-гиганты.
• Карликовая планета не расчистила окрестность своей орбиты.
• В Солнечную систему входят не только планеты, но и малые тела.