§ 26. Солнечная система

Определения и обозначения

Солнечная система — Солнце и все небесные тела, связанные с ним гравитацией. В неё входят восемь планет, карликовые планеты, спутники планет, астероиды, кометы, метеороидные тела и межпланетное вещество. Это понятие помогает рассматривать не отдельные объекты, а единую систему, в которой тела взаимодействуют и движутся.

Планета — крупное небесное тело, обращающееся вокруг Солнца и не являющееся его спутником. В отличие от звезды, планета не излучает собственного света, а отражает свет звезды; в отличие от малых тел, она достаточно велика, чтобы иметь почти шарообразную форму. Понимание этих различий позволяет не путать планеты с Солнцем, астероидами и кометами.

Астрономическая единица (а. е.) — среднее расстояние от Земли до Солнца, приблизительно 149,6 млн км. Это не постоянное расстояние между Землёй и Солнцем в каждый момент, а удобная единица масштаба. С её помощью расстояния в системе можно записывать коротко: например, 5 а. е. вместо сотен миллионов километров.

Малые тела Солнечной системы — объекты, которые значительно меньше планет; к ним относятся, в частности, астероиды, кометы и метеороидные тела. Астероиды преимущественно каменные или металлические, а кометы содержат много льда и пыли. Это определение помогает выделить объекты, которые не следует считать разновидностями планет.

Как это устроено

Солнце находится в центре планетной системы не потому, что оно неподвижно во всей Вселенной, а потому, что его притяжение определяет движение планет. На Солнце приходится подавляющая часть массы Солнечной системы, а значит, его гравитационное воздействие значительно сильнее воздействия отдельной планеты. Планеты обращаются вокруг Солнца, а не вокруг Земли. При этом Солнце и планеты также движутся вокруг общего центра масс системы, который обычно находится внутри Солнца или рядом с ним.

Планеты располагаются в определённом порядке: Меркурий, Венера, Земля, Марс, затем Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Первые четыре составляют планеты земной группы, а следующие четыре — планеты-гиганты. Такое деление связано не просто с местом на орбите: внутренние планеты образованы главным образом каменными веществами и имеют твёрдую поверхность, тогда как внешние намного массивнее и богаты газами, летучими веществами и льдами. Граница между группами связана с условиями формирования планет в разных областях протопланетного диска.

Земная группа включает сравнительно небольшие и плотные планеты с твёрдой поверхностью. У Меркурия и Венеры нет естественных спутников, у Земли один, у Марса два; крупных колец у этих планет нет. Планеты-гиганты намного крупнее и в целом имеют меньшую среднюю плотность, чем каменные планеты, хотя их внутреннее строение сложно и включает плотные области. У всех четырёх гигантов есть кольца и спутники; Юпитер и Сатурн преимущественно газовые, а Уран и Нептун часто называют ледяными гигантами из-за состава их недр.

Планета движется вокруг Солнца по орбите, а спутник — вокруг планеты, потому что на каждый объект действует гравитационное притяжение. Одного притяжения недостаточно, чтобы описать траекторию: важна и скорость тела, направленная вдоль орбиты. Благодаря сочетанию притяжения и движения планета не летит прямо в космос и не падает непосредственно на Солнце. Так же спутник не падает на свою планету, пока его скорость и притяжение поддерживают орбитальное движение.

К малым телам относятся астероиды, кометы и метеороидные тела. Астероиды в основном каменные или металлические; множество их орбит находится в поясе между Марсом и Юпитером, хотя астероиды встречаются и в других областях. Кометы состоят из льда, пыли и каменистого вещества и часто движутся по вытянутым орбитам, поэтому могут далеко уходить от Солнца и затем возвращаться. При приближении к Солнцу лёд испаряется, а выброшенные газ и пыль образуют вокруг кометы оболочку и хвост; астероиды обычно не имеют таких хвостов.

Планеты Солнечной системы и их основные особенности

Чтобы определить порядок планет, считайте их от Солнца: Меркурий — первая, Нептун — восьмая. По столбцу «Группа» видно, что земная группа включает четыре ближайшие планеты, а гиганты — четыре внешние. Сравнивая особенности, учитывайте не один признак, а одновременно размер, состав, плотность, спутники и кольца.

Разбор задач

Задача 1. Расположите планеты по удалённости от Солнца и укажите, какие относятся к земной группе. Здесь нужно выполнить два действия: восстановить порядок и затем применить классификацию. Первые четыре планеты в этом порядке образуют земную группу, а следующие четыре — группу гигантов.

1. Записываем планеты от Солнца наружу: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.
2. Отмечаем первые четыре: это Меркурий, Венера, Земля и Марс.
3. Сверяем деление с физическими признаками: у этих планет каменистое строение и твёрдая поверхность.

Ответ: порядок — Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун; к земной группе относятся Меркурий, Венера, Земля и Марс.

Задача 2. Объект находится на расстоянии 2,4 а. е. от Земли. Выразите расстояние в километрах, приняв 1 а. е. ≈ 149,6 млн км. Сначала выбираем соотношение единиц: число астрономических единиц нужно умножить на число километров в одной а. е. Полученный результат разумно округлить, так как исходное значение а. е. приблизительное.

1. Записываем перевод: 2,4 а. е. × 149,6 млн км/а. е.
2. Вычисляем: 2,4 × 149,6 = 359,04.
3. Учитываем, что миллион километров умножается на 359,04: получаем 359,04 млн км.
4. Переводим в стандартную запись: 359,04 млн км = 359 040 000 км ≈ 3,59 × 10⁸ км.

Ответ: приблизительно 359 млн км, или 3,59 × 10⁸ км. При переводе важно сохранить множитель «миллион»: 359,04 — это число миллионов километров, а не число километров.

Задача 3. Планета A расположена в 0,7 а. е. от Солнца, имеет небольшой каменистый шар и не имеет спутников. Планета B находится в 5,2 а. е. от Солнца, намного крупнее, состоит преимущественно из газов и имеет спутники. Определите группы планет. Расстояние помогает установить положение, но вывод надёжнее делать по совокупности физических признаков.

1. Для планеты A отмечаем небольшой размер и каменистый состав — характерные признаки земной группы.
2. Отсутствие спутников согласуется с этим выводом, хотя само по себе не было бы достаточным доказательством.
3. Для планеты B отмечаем большой размер, газовый состав и наличие спутников — признаки планеты-гиганта.
4. Расстояния от Солнца также согласуются с классификацией: A ближе, B находится во внешней области.

Ответ: планета A относится к земной группе, планета B — к планетам-гигантам. Нельзя классифицировать их только по расстоянию: решающими являются также размер, состав и другие физические свойства.

Типичные ошибки

Ошибка: называть Солнце планетой. Солнце — звезда, которая излучает собственный свет, а планеты в основном отражают солнечный свет. Путаница возникает потому, что и звёзды, и планеты видны на небе как яркие точки. Проверьте себя вопросом: тело само производит энергию и свет за счёт процессов внутри него или лишь отражает свет звезды?

Ошибка: считать, что планеты движутся вокруг Земли. В принятой модели планеты обращаются вокруг Солнца, а вокруг планет могут обращаться спутники. Такое заблуждение может возникнуть из-за того, что движение небесных тел наблюдают с Земли. Чтобы проверить себя, различайте тело, вокруг которого обращается объект, и место, откуда ведётся наблюдение.

Ошибка: делить планеты только по расстоянию от Солнца. Расположение помогает увидеть порядок и группы, но классификация учитывает также состав, размеры, плотность и особенности строения. Ошибку допускают, принимая удобную схему расположения за единственную причину деления. Сверьте признаки планеты: каменистые внутренние тела относятся к земной группе, а крупные внешние — к гигантам.

Ошибка: считать кометы и астероиды разновидностями планет. Это малые тела, которые отличаются от планет размерами, составом и нередко характером орбит. Путаница связана с тем, что все они движутся вокруг Солнца. Проверьте вывод по физическим признакам: ледяная комета при сближении с Солнцем может образовать хвост, а астероид обычно остаётся небольшим каменистым или металлическим телом.

Связь с другими темами

Для понимания устройства Солнечной системы нужны знания о гравитационном взаимодействии: именно притяжение влияет на движение планет и спутников. Пригодятся представления об орбитальном движении, периоде обращения и законах Кеплера, описывающих движение тел вокруг Солнца. Эти идеи затем применяют при изучении искусственных спутников и расчёте космических полётов. Они также помогают сравнивать Солнечную систему с другими звёздными системами.

Что запомнить

• Солнечная система включает Солнце и связанные с ним гравитацией небесные тела.
• Вокруг Солнца обращаются восемь планет.
• Планеты делятся на планеты земной группы и планеты-гиганты.
• Планеты земной группы расположены ближе к Солнцу и имеют твёрдую поверхность.
• Планеты-гиганты крупнее и имеют преимущественно газовый состав.
• Астрономическую единицу используют для удобного выражения расстояний в Солнечной системе.
• Астероиды и кометы относятся к малым телам Солнечной системы.