§ 63 Состав, строение и происхождение Солнечной системы

Определения и обозначения

Солнечная система — Солнце и все небесные тела, движущиеся вокруг него под действием тяготения. Это понятие включает не только планеты, но и спутники, астероиды, кометы, метеорные тела и вещество между планетами. Оно нужно, чтобы рассматривать близкое космическое пространство как единую систему.

Планета — крупное небесное тело, обращающееся вокруг Солнца и не излучающее собственного света. Планеты видны потому, что отражают солнечный свет, хотя могут испускать слабое тепловое излучение. Определение помогает отличать планеты от звёзд и от небольших тел.

Астероид — небольшое каменное или металлическое тело Солнечной системы, главным образом движущееся между орбитами Марса и Юпитера. Такие тела имеют неправильную форму и намного меньше планет. Термин нужен для обозначения одного из основных видов малых тел.

Комета — небольшое ледяное тело, при приближении к Солнцу образующее кому и хвост. Кома — это газово-пылевая оболочка вокруг ядра, возникающая при нагревании льда. По коме и хвосту комету отличают от большинства астероидов.

Как это устроено

Солнце является центральным телом системы, потому что в нём сосредоточена почти вся её масса. Чем больше масса тела, тем сильнее его притяжение, поэтому солнечная сила тяготения удерживает планеты на орбитах. Она также управляет движением комет, астероидов и других тел, хотя на них влияют и планеты.

Кроме Солнца и планет, в систему входят естественные спутники, астероиды, кометы, метеорные тела и межпланетное вещество. Спутники обращаются вокруг планет, а малые тела могут двигаться по очень разным орбитам. Метеорное тело находится в космосе, а пыль и разреженный газ заполняют пространство между крупными объектами.

Планеты земной группы — Меркурий, Венера, Земля и Марс — сравнительно малы, имеют твёрдую каменную поверхность и большую среднюю плотность. У них мало спутников или их нет, а крупных колец нет. Планеты-гиганты намного больше, состоят в основном из водорода, гелия, льдов и других лёгких веществ, поэтому их средняя плотность обычно ниже; у них много спутников и заметные кольца.

Орбиты планет расположены почти в одной плоскости, а сами планеты обращаются вокруг Солнца преимущественно в одном направлении. Такое сходство трудно объяснить случайностью: оно показывает, что планеты возникли из общего вращавшегося вещества. Небольшие наклоны орбит появились из-за взаимного притяжения и столкновений тел во время формирования системы.

Гипотеза происхождения Солнечной системы связывает её начало с огромным холодным газопылевым облаком. Под действием тяготения облако сжималось и вращалось быстрее, а в центре сформировалось Солнце; вокруг него возник плоский диск. В диске частицы сталкивались и соединялись, образуя планетезимали, затем зародыши планет. Ближе к Солнцу было слишком жарко для сохранения лёгких газов, поэтому сформировались каменные планеты, а дальше смогли возникнуть крупные ледяные и газовые гиганты.

Основные тела Солнечной системы и их особенности

Таблица помогает сравнивать тела сразу по нескольким признакам: составу, движению и месту в системе. Сначала определите группу, затем сопоставьте её с примерами и характерными свойствами. Формулировки «в основном» показывают общую закономерность, а не отсутствие исключений.

Разбор задач

Задача 1. Распределите Меркурий, Землю, Юпитер и Нептун по двум группам планет и назовите признак классификации.

Нужно определить не расстояние от Солнца, а тип строения каждой планеты. Для этого сравним размеры, состав и плотность тел, а также наличие спутников и колец.

1. Меркурий и Земля имеют твёрдую каменную поверхность, сравнительно небольшие размеры и большую среднюю плотность. Значит, они относятся к планетам земной группы.
2. Юпитер и Нептун значительно крупнее, обладают мощными оболочками из лёгких веществ и относятся к внешним планетам. Их связывают с группой планет-гигантов.
3. Проверяем признак: у гигантов обычно много спутников и есть кольца, а у планет земной группы спутников мало и крупных колец нет. Это подтверждает выбранное распределение.

Ответ: Меркурий и Земля — планеты земной группы; Юпитер и Нептун — планеты-гиганты. Признак классификации — размеры, состав, средняя плотность и особенности спутниковой и кольцевой систем.

Задача 2. Объясните, почему у планет земной группы обычно меньше спутников и нет крупных колец, чем у планет-гигантов.

Требуется связать наблюдаемое различие не просто с размером планет, а с условиями их образования. Большое тело обладает более сильным тяготением и может удерживать больше вещества вокруг себя.

1. Планеты-гиганты формировались во внешней холодной части диска, где сохранилось много льда и лёгких веществ. Они быстро набрали большую массу.
2. Сильное тяготение гигантов помогло им захватить множество обломков и небольших тел, ставших спутниками. Часть оставшегося вещества образовала кольца.
3. Планеты земной группы возникли близко к Солнцу, где было жарко и мало льда, а их масса оказалась меньше. Поэтому им труднее удерживать большое число спутников и обширные кольцевые системы.

Ответ: Различия вызваны условиями образования, массой и силой тяготения планет. Гиганты накопили больше вещества и захватили больше спутников и обломков, а небольшие каменные планеты сформировали более скромные системы.

Задача 3. Используя гипотезу образования Солнечной системы, объясните, почему планеты движутся почти в одной плоскости и в одном направлении вокруг Солнца.

Нужно восстановить события образования системы. Главная подсказка — все планеты возникли из одного вращавшегося облака, а не независимо друг от друга.

1. Газопылевое облако имело собственное вращение и при сжатии стало плоским диском из-за сохранения направления вращения вещества.
2. В центре диска сформировалось Солнце, а в его плоскости частицы сталкивались, слипались и создавали зародыши планет.
3. Каждый зародыш сохранял общее направление движения исходного диска. Поэтому орбиты планет оказались близкими к одной плоскости, а обращение — направленным одинаково.

Ответ: Общая плоскость и направление движения — следствие образования планет из единого вращающегося газопылевого диска. Небольшие отклонения возникли позднее из-за столкновений и взаимного тяготения тел.

Типичные ошибки

Планеты излучают собственный свет. Так думают из-за их яркого вида на небе, но планеты главным образом отражают свет Солнца. Проверьте себя: звезда светит за счёт собственных процессов, а планета становится ярче при освещении.

Астероид, метеорное тело, метеор и метеорит — одно и то же. Ошибка возникает потому, что все слова связаны с небольшими космическими объектами. Метеорное тело находится в космосе, метеор — световое явление при входе в атмосферу, а метеорит — остаток, достигший поверхности Земли.

Все малые тела называют астероидами. Кометы отличаются ледяным составом и при приближении к Солнцу образуют кому и хвост. Если объект активен около Солнца и даёт газово-пылевую оболочку, это признак кометы, а не обычного астероида.

Гипотеза происхождения системы — доказанный факт. Её принимают не на основании прямого наблюдения рождения нашей системы, а потому, что она согласуется с движением и составом планет и наблюдениями других звёздных систем. Называйте её научной моделью, которая может уточняться по мере появления новых данных.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны закон всемирного тяготения, представление об орбитальном движении и основные характеристики планет. Наблюдения объясняют смену видимых положений планет, фазы, затмения и движение комет. Позже эти знания пригодятся при изучении космических исследований, малых тел, происхождения Земли и условий существования жизни.

Что запомнить

• Солнце содержит почти всю массу Солнечной системы и определяет движение её тел.
• В систему входят Солнце, планеты, спутники, малые тела и межпланетное вещество.
• Планеты земной группы небольшие, плотные и преимущественно каменные.
• Планеты-гиганты намного больше, состоят главным образом из лёгких веществ и имеют много спутников.
• Астероиды в основном сосредоточены в поясе между Марсом и Юпитером.
• Кометы состоят из льда и пыли, а их хвост появляется при приближении к Солнцу.
• Современное строение Солнечной системы объясняют образованием планет из вращающегося газопылевого облака.