70. Строение Солнечной системы

Определения и обозначения

Солнечная система — Солнце и все небесные тела, движущиеся вокруг него под действием его тяготения. К ним относятся планеты и их спутники, астероиды, кометы и другие объекты. Это определение помогает рассматривать систему как единое целое, связанное притяжением.

Планета — крупное небесное тело, которое обращается вокруг Солнца, имеет почти шарообразную форму и очистило окрестность своей орбиты. Последнее означает, что вблизи её пути нет других сопоставимых по размеру тел. Все три признака нужны, чтобы отличать планеты от иных объектов.

Карликовая планета обращается вокруг Солнца и почти шарообразна, но не очистила окрестность своей орбиты. Например, в той области, где движется Плутон, есть и другие тела. Это понятие позволяет классифицировать объекты, похожие на планеты не по всем признакам.

Астрономическая единица (а.е.) — среднее расстояние от Земли до Солнца, используемое для измерения расстояний внутри Солнечной системы. Его принимают приблизительно равным 1,5·10⁸ км. В а.е. удобно сравнивать расстояния, которые в километрах были бы очень большими числами.

Как это устроено

Солнце находится в центре системы не потому, что планеты закреплены вокруг него, а потому, что его масса намного превышает массу каждого из них. Поэтому именно солнечное тяготение сильнее всего влияет на движение планет. Планеты также притягивают друг друга, но это влияние значительно меньше. Солнце является звездой и излучает собственную энергию, а не планетой.

Планеты идут от Солнца в таком порядке: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Меркурий, Венеру, Землю и Марс называют внутренними планетами, а Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — внешними. Граница между этими группами связана с главным поясом астероидов, расположенным между Марсом и Юпитером. Названия «внутренние» и «внешние» указывают на положение относительно этого пояса.

Планеты земной группы меньше и плотнее гигантов, потому что состоят главным образом из каменных пород и металлов и имеют твёрдую поверхность. Планеты-гиганты крупнее, а их состав в основном связан с газами и летучими веществами; у них протяжённые атмосферы. У всех четырёх гигантов есть кольца и спутники, причём спутников у них много. У Меркурия и Венеры спутников нет, а Земля и Марс имеют по меньшей мере один.

Между Марсом и Юпитером находится главный пояс астероидов — множество небольших тел, обращающихся вокруг Солнца. За орбитой Нептуна располагаются транснептуновые объекты, в том числе карликовые планеты. Кометы состоят из льда, пыли и каменистого вещества; при приближении к Солнцу их лёд испаряется и образует кому и хвост. Метеороиды — небольшие твёрдые тела, движущиеся в межпланетном пространстве.

Солнечное тяготение искривляет путь планеты, направляя её к Солнцу, но планета обладает и скоростью, направленной поперёк этого притяжения. Поэтому она не летит прямо к Солнцу, а движется по орбите, постоянно меняя направление. Если бы поперечной скорости не было, тело падало бы к Солнцу; если бы не было притяжения, оно двигалось бы почти прямолинейно. Орбиты планет близки к круговым, однако в общем случае являются эллиптическими.

Основные объекты и области Солнечной системы

Сравнивайте объекты по столбцам: положение показывает, где они находятся, а состав помогает понять, к какой группе относятся планеты. В последнем столбце собраны признаки, которые отличают объекты друг от друга. Указание «нет» или «не характерны» относится к спутникам и кольцам, а не к способности тела обращаться вокруг Солнца.

Разбор задач

Порядок планет и их группы

Задача. Расположите планеты Солнечной системы в порядке удаления от Солнца и укажите, какие из них относятся к планетам земной группы. Чтобы не перепутать порядок, начнём с ближайшей к Солнцу планеты и будем двигаться наружу. Затем выделим каменистые планеты земной группы.

1. Записываем последовательность от Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.
2. Первые четыре планеты имеют каменистое строение и относятся к земной группе.
3. Оставшиеся четыре планеты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — являются планетами-гигантами.

Ответ: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун; к планетам земной группы относятся Меркурий, Венера, Земля и Марс.

Расстояния в астрономических единицах

Задача. 1 а.е. равна 1,5·10⁸ км. Найдите это расстояние в километрах и сравните расстояние от Солнца до Марса (1,52 а.е.) с расстоянием от Солнца до Земли. Здесь требуется перевести единицу и затем понять, во сколько раз одно расстояние больше другого. Поскольку земное расстояние принято за одну а.е., сравнение можно выполнить непосредственно.

1. Подставляем заданное значение: 1 а.е. = 1,5·10⁸ км = 150 000 000 км.
2. Для Марса расстояние задано как 1,52 а.е., а для Земли — 1 а.е.
3. Делим расстояние до Марса на расстояние до Земли: 1,52 а.е. ÷ 1 а.е. = 1,52.

Ответ: 1 а.е. — примерно 150 000 000 км; расстояние от Солнца до Марса примерно в 1,52 раза больше расстояния до Земли.

Классификация небесного тела

Задача. Тело обращается вокруг Солнца и имеет почти шарообразную форму, но в его орбитальной области остаются другие крупные тела. Определите его класс и объясните отличие от планеты. Начнём с признаков, которые уже выполнены: тело обращается вокруг Солнца и близко к шару. Затем проверим условие об окрестности орбиты.

1. Планета должна не только обращаться вокруг Солнца и быть почти шарообразной, но и очистить окрестность своей орбиты.
2. В условии сказано, что в этой области остаются другие крупные тела, поэтому последний признак планеты не выполняется.
3. Тело соответствует определению карликовой планеты: оно почти шарообразно, обращается вокруг Солнца, но не очистило орбитальную область.

Ответ: это карликовая планета. От планеты она отличается тем, что не очистила окрестность своей орбиты.

Типичные ошибки

Считать Солнце планетой — ошибка: оно действительно главное тело системы, но это не делает его планетой. Такое заблуждение возникает, если ориентироваться на положение, а не на природу объекта. Солнце — звезда, которая излучает собственную энергию; проверьте, не смешиваете ли вы роль тела в системе с его классом.

Называть Луну планетой неверно, потому что она обращается вокруг Земли, а не самостоятельно вокруг Солнца как планета. Путаница возникает из-за того, что Луна — крупное и заметное небесное тело. Чтобы проверить себя, спросите, вокруг какого тела оно обращается: Луна — естественный спутник Земли.

Путать планеты земной группы с гигантами по их расстоянию от Солнца значит использовать не тот критерий. Их различают прежде всего по составу и строению: первые каменистые и плотные, вторые гораздо крупнее и имеют мощные атмосферы. Проверка проста: сопоставьте размер, плотность и состав, а не только место планеты в последовательности.

Считать все орбиты строго круговыми — неточно: круг может служить удобным приближением, но орбиты планет в общем случае эллиптические. Ошибку допускают, когда схематичный рисунок принимают за точное изображение движения. Проверяйте формулировку: орбиты близки к круговым, но не обязаны быть окружностями.

Связь с другими темами

Чтобы понять строение Солнечной системы, нужно знать закон всемирного тяготения, понятия массы, силы и орбиты. Связь движения планет с их притяжением становится яснее после изучения движения по окружности и эллиптического движения: эти знания помогают объяснить, почему траектории не прямые. Позже сведения о планетах и их орбитах понадобятся при изучении гравитации и космических скоростей. Они также пригодятся при знакомстве с происхождением планет и методами исследования Вселенной.

Что запомнить

• Солнечная система состоит из Солнца и связанных с ним тяготением небесных тел.
• Солнце содержит почти всю массу Солнечной системы.
• В Солнечной системе восемь планет.
• Меркурий, Венера, Земля и Марс — планеты земной группы.
• Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — планеты-гиганты.
• Между орбитами Марса и Юпитера находится главный пояс астероидов.
• Астрономическая единица равна примерно 1,5·10⁸ км.