§ 41. Солнечная система

Определения и обозначения

Солнечная система — Солнце, планеты, их спутники и малые тела в области, где движение определяется главным образом притяжением Солнца. Это понятие нужно, чтобы рассматривать небесные тела не по отдельности, а как единую гравитационную систему.

Планета — крупное небесное тело, обращающееся вокруг Солнца по орбите. Орбита — это траектория движения тела в космосе; по её форме и положению можно сравнивать планеты и определять их место в системе.

Спутник планеты — небесное тело, обращающееся вокруг планеты под действием её притяжения. Такое определение помогает отличать, например, Луну от астероида: Луна связана с Землёй, а астероид движется вокруг Солнца.

Малые тела Солнечной системы — астероиды, кометы, метеорные тела и другие сравнительно небольшие объекты, обращающиеся вокруг Солнца. Их размеры и масса намного меньше планет, но они важны для изучения состава и происхождения системы.

Как это устроено

Солнце является центральным телом, потому что его масса примерно в сотни раз больше массы любой планеты и составляет почти всю массу системы. Поэтому его сила тяготения значительно сильнее влияния отдельных планет на удалённые тела. Именно Солнце задаёт основные размеры и форму планетных орбит, хотя планеты тоже немного воздействуют друг на друга.

Планета не падает на Солнце по прямой, потому что движется ещё и поперёк направления притяжения. Сила тяготения постоянно поворачивает её скорость к Солнцу, а инерция сохраняет стремление двигаться прямо. В результате тело всё время как бы падает мимо Солнца и обращается по орбите; у спутника происходит то же самое относительно планеты.

Орбиты большинства планет расположены примерно в одной плоскости и имеют одно направление движения, потому что система возникла из вращающегося газопылевого диска. При сжатии диска частицы чаще сталкивались, а их движения постепенно выравнивались. Поэтому планеты унаследовали общее вращение диска, хотя их орбиты не совпадают идеально.

Планеты земной группы — Меркурий, Венера, Земля и Марс — сравнительно малы, плотны и состоят главным образом из каменных пород и металлов. Планеты-гиганты намного крупнее, имеют мощные газовые оболочки, меньшую среднюю плотность и обычно много спутников. У гигантов также есть кольца, состоящие из частиц льда и камня; у планет земной группы заметных колец нет.

Астероиды — преимущественно каменные или металлические тела, а кометы содержат много льда, пыли и замёрзших газов. Метеорные тела — небольшие фрагменты вещества, движущиеся в космосе; при входе в атмосферу они могут вызвать метеорное явление. У кометы возле Солнца лёд испаряется, образуются газовая оболочка и пылевой хвост, который солнечный ветер и излучение направляют от Солнца.

Основные группы тел Солнечной системы

В таблице сопоставлены не только названия объектов, но и их состав, размеры, спутники и движение. При сравнении сначала определите, вокруг какого тела объект обращается, затем рассмотрите его строение и отличительные признаки.

Разбор задач

Задача 1. Расположите Меркурий, Землю, Юпитер и Нептун в порядке удаления от Солнца и укажите, к какой группе относится каждая планета. Нужно использовать последовательность планет и признаки двух основных групп.

1. Записываем порядок от Солнца: Меркурий, затем Земля, Юпитер и Нептун.
2. Сравниваем строение: Меркурий и Земля относятся к каменным плотным планетам земной группы.
3. Юпитер и Нептун имеют большие размеры и газово-ледяное строение, поэтому относятся к планетам-гигантам.

Ответ: Меркурий, Земля, Юпитер, Нептун; Меркурий и Земля — планеты земной группы, Юпитер и Нептун — планеты-гиганты.

Задача 2. Спутник обращается вокруг планеты по почти круговой орбите. Какая сила удерживает его и что произойдёт при её исчезновении? Рассуждение связывает движение по окружности с тяготением и инерцией.

1. На спутник действует сила тяготения планеты, направленная к её центру.
2. Эта сила изменяет направление скорости и играет роль центростремительной силы, сохраняя орбиту.
3. Если притяжение исчезнет, спутник по инерции полетит по прямой, касательной к прежней орбите.

Ответ: спутник удерживает на орбите сила тяготения планеты; без неё он удалился бы по прямолинейной траектории.

Задача 3. Комета движется по вытянутой орбите и при приближении к Солнцу становится ярче. Почему меняется её вид и куда направлен хвост? Сначала учитываем состав кометы, затем действие солнечного излучения и ветра.

1. Кометное ядро содержит лёд, который при нагревании солнечными лучами испаряется.
2. Вокруг ядра появляется светящаяся оболочка, а пыль и газ образуют хвост, поэтому комета выглядит ярче.
3. Солнечный ветер и излучение отталкивают частицы, значит, хвост направляется от Солнца.

Ответ: яркость возрастает из-за испарения льда и образования оболочки с хвостом; хвост направлен от Солнца.

Типичные ошибки

Считать, что Солнце обращается вокруг Земли, — ошибка, возникающая из-за видимого суточного движения Солнца по небу. В модели Солнечной системы планеты обращаются вокруг Солнца. Проверка: спросите, какое тело имеет почти всю массу системы и определяет основные орбиты.

Называть спутниками все тела, обращающиеся вокруг Солнца, неправильно: спутник обращается вокруг планеты. Астероид и комета движутся вокруг Солнца и относятся к малым телам. Проверить себя можно вопросом: вокруг какого тела проходит орбита объекта?

Орбиты планет не являются строго круговыми и не лежат точно в одной плоскости. Они близки к круговым, имеют форму эллипсов и немного наклонены друг к другу. Поэтому слова «примерно» и «близки» здесь точнее, чем «абсолютно».

Астероид, метеорное тело и метеорит — не одно и то же. Астероид — крупное малое тело на орбите, метеор — световое явление при входе тела в атмосферу, а метеорит — часть тела, достигшая поверхности. Проверяйте термин по месту действия: космос, атмосфера или поверхность Земли.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны закон всемирного тяготения, инерция, движение по окружности и понятие орбиты. Они объясняют, почему тело не летит по прямой и не падает непосредственно на притягивающий центр.

Знания о планетных орбитах применяются при изучении искусственных спутников, космических полётов и законов Кеплера. Те же идеи позволяют рассчитывать траектории аппаратов и сравнивать периоды обращения.

Состав и движение небесных тел подготавливают к изучению звёзд, галактик и происхождения Вселенной. Солнечная система служит ближайшим примером того, как гравитация организует космические объекты.

Что запомнить

• Солнечная система состоит из Солнца, планет, их спутников и малых тел.
• Солнце — центральное тело системы и главный источник её гравитационного поля.
• Планеты движутся вокруг Солнца, а спутники — вокруг планет.
• Планеты делятся на планеты земной группы и планеты-гиганты.
• Большинство планет движется вокруг Солнца в одном направлении и примерно в одной плоскости.
• Астероиды — преимущественно каменные тела, а кометы содержат лёд и пылевые примеси.
• Хвост кометы направлен от Солнца и появляется при её приближении к нему.