§ 73. Солнечная система

Определения и обозначения

Солнечная система — Солнце, планеты, их спутники и малые тела, связанные преимущественно гравитацией. Иначе говоря, это единая система объектов, движение которых в основном определяется взаимным притяжением. Такое определение помогает рассматривать не только планеты, но и астероиды, кометы и другие тела.

Планета — небесное тело, обращающееся вокруг Солнца, имеющее почти шарообразную форму и доминирующее на своей орбите. Доминирование означает, что тело очистило окрестность орбиты от других объектов сопоставимого размера. Этот признак позволяет отличить планету от карликовой планеты.

Карликовая планета — почти шарообразное тело, обращающееся вокруг Солнца, которое не очистило окрестность своей орбиты от других тел. Такие объекты могут быть достаточно крупными, но по классификации не относятся к планетам. Определение нужно, например, чтобы правильно классифицировать Плутон.

Астрономическая единица — среднее расстояние от Земли до Солнца, применяемое для измерения расстояний внутри Солнечной системы. Её обозначают а. е.; 1 а. е. составляет примерно 150 млн км. Такая единица удобнее километров, когда сравнивают размеры орбит планет.

Как это устроено

Солнце является центральным телом прежде всего потому, что содержит почти всю массу системы. Чем больше масса тела, тем сильнее его гравитационное воздействие, поэтому именно притяжение Солнца определяет движение планет. Планеты не падают на него напрямую: их движение по орбитам возникает из сочетания притяжения и скорости. Спутники, в свою очередь, движутся вокруг планет под действием их тяготения.

Порядок планет зависит от расстояния их орбит от Солнца. Сначала идут Меркурий, Венера, Земля и Марс — планеты земной группы, затем пояс астероидов, а дальше планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Такое разделение связано не только с расстоянием, но и с различиями в размерах и составе тел. Чем дальше орбита, тем, как правило, больше период обращения планеты вокруг Солнца.

Орбиты большинства планет лежат почти в одной плоскости, а направление их движения вокруг Солнца совпадает. Это объясняется происхождением системы: Солнце и планеты сформировались из вращающегося облака газа и пыли. При вращении облако сплющивалось в диск, и вещество в основном двигалось в его плоскости. Планеты образовались из этого вещества, поэтому сохранили близкое расположение орбит и общее направление движения.

Планеты земной группы сравнительно невелики, имеют твёрдую каменистую поверхность и более высокую среднюю плотность. Их атмосферы различаются: например, у Земли она плотная, у Меркурия почти отсутствует. Планеты-гиганты гораздо крупнее и состоят преимущественно из водорода, гелия и веществ, которые в холодных областях могут существовать в виде льдов. У гигантов обычно больше спутников, а у всех четырёх есть кольца, хотя заметнее всего кольца Сатурна.

К малым телам относят астероиды, кометы и метеороиды. Большинство астероидов находится в поясе между Марсом и Юпитером, но отдельные тела движутся по орбитам в других областях системы. Кометы состоят из льда, пыли и каменистого вещества; при приближении к Солнцу их лёд испаряется, а газ и пыль формируют кому и хвост, направленный в основном от Солнца. Метеороиды — небольшие тела в межпланетном пространстве: при входе в атмосферу наблюдается метеор, а долетевший до поверхности остаток называют метеоритом.

Основные группы тел Солнечной системы

Сначала по таблице можно определить группу тела по его размеру, составу и положению, а затем сравнить спутники и кольца. Признаки в строках описывают общие свойства группы, поэтому отдельные объекты могут иметь особенности. Например, число спутников у планет со временем уточняется наблюдениями.

Разбор задач

Задача 1. Расположите Меркурий, Землю, Марс и Юпитер по возрастанию расстояния от Солнца и выразите расстояния в астрономических единицах. Используем большие полуоси орбит: примерно 0,39 а. е. у Меркурия, 1,00 а. е. у Земли, 1,52 а. е. у Марса и 5,20 а. е. у Юпитера. Большая полуось для почти круговой орбиты показывает её средний размер.

1. Сравниваем числа, выражающие расстояния в одинаковых единицах: 0,39 < 1,00 < 1,52 < 5,20.
2. Записываем планеты в том же порядке, от меньшего расстояния к большему.

Ответ: Меркурий — Земля — Марс — Юпитер; расстояния составляют примерно 0,39; 1,00; 1,52 и 5,20 а. е. соответственно.

Задача 2. Определите группы Земли, Юпитера и Плутона, сравните их состав, размеры и положение. Для классификации недостаточно просто сравнить величину тел: нужно учитывать также, очистило ли тело окрестность орбиты. Сопоставим известные признаки каждого объекта с определениями планет земной группы, гигантов и карликовых планет.

1. Земля — планета земной группы: она сравнительно мала, камениста и имеет твёрдую поверхность; её орбита находится во внутренней области системы.
2. Юпитер — планета-гигант: он значительно крупнее Земли, состоит преимущественно из водорода и гелия и движется за поясом астероидов.
3. Плутон — карликовая планета: это небольшое ледяное тело внешней области, которое не очистило окрестность орбиты.

Ответ: Земля относится к планетам земной группы, Юпитер — к гигантам, Плутон — к карликовым планетам. Их положение и состав соответствуют разным условиям формирования в различных областях Солнечной системы.

Задача 3. Большая полуось орбиты Юпитера равна примерно 5,2 а. е.; оцените период обращения. Для планет, если a измеряется в а. е., а T — в годах, третий закон Кеплера записывается как T² = a³. Здесь требуется найти период, поэтому сначала извлекаем квадратный корень из куба большой полуоси.

1. Подставляем значение: T = √(5,2³).
2. Вычисляем куб: 5,2³ = 140,608.
3. Находим корень: T = √140,608 ≈ 11,9 года.

Ответ: Юпитер обращается вокруг Солнца примерно за 11,9 года. Оценка согласуется с тем, что планета находится значительно дальше от Солнца, чем Земля, и движется по более протяжённой орбите.

Типичные ошибки

Солнце иногда называют планетой, потому что оно находится в центре схемы системы. Но Солнце — звезда, а планеты обращаются вокруг него и не излучают собственный свет так, как звёзды. Проверка простая: центральное положение не является признаком планеты, а физическая природа Солнца — звёздная.

Астероид, метеороид и метеорит — не взаимозаменяемые названия. Их путают, потому что все они связаны с небольшими твёрдыми телами и наблюдением в космосе или атмосфере. Метеороид находится в космосе, метеор — световое явление при прохождении тела через атмосферу, метеорит — остаток, достигший поверхности Земли.

Плутон иногда называют обычной планетой, опираясь на старую классификацию или на его почти шарообразную форму. Однако форма — не единственный критерий: Плутон не очистил окрестность своей орбиты от других тел. Чтобы проверить классификацию, нужно учитывать все признаки планеты, а не только размер или округлость.

Неверно считать, что все планеты одинаковы по составу, размерам и числу спутников. Такое впечатление может возникнуть, если помнить лишь, что они обращаются вокруг Солнца. Сравните каменистые планеты земной группы с крупными гигантами: их состав, плотность, атмосферы и системы спутников различаются.

Связь с другими темами

Для понимания движения планет нужны закон всемирного тяготения, движение по окружности, понятия массы, орбиты и периода обращения. Далее эти знания применяются при изучении законов Кеплера и движения искусственных спутников, а также в космонавтике. Связь с географией и астрономией проявляется при объяснении смены времён года, фаз планет и затмений. Наблюдения объектов Солнечной системы помогают изучать происхождение небесных тел.

Что запомнить

• Солнце — центральное и наиболее массивное тело Солнечной системы.
• Планеты движутся вокруг Солнца под действием его тяготения.
• Планеты земной группы расположены ближе к Солнцу и имеют твёрдую поверхность.
• Планеты-гиганты значительно больше и состоят преимущественно из водорода, гелия и льдов.
• Между Марсом и Юпитером находится пояс астероидов.
• Карликовые планеты не очистили окрестность своей орбиты.
• Период обращения планеты возрастает с увеличением её расстояния от Солнца.