1. Планеты

Определения и обозначения

Планета — небесное тело, обращающееся вокруг звезды, имеющее почти шарообразную форму и доминирующее на своей орбите. Это определение отделяет планеты от небольших тел, которые находятся рядом с ними. Оно помогает понять, почему Плутон относят к карликовым планетам.

Орбита — траектория движения планеты вокруг Солнца под действием его гравитации, то есть силы притяжения. На схеме орбитой называют линию, по которой перемещается тело. Знание формы и размера орбиты нужно для определения скорости и периода обращения.

Планеты земной группы — Меркурий, Венера, Земля и Марс; это небольшие плотные планеты с твёрдой поверхностью. Их недра в основном состоят из горных пород и металлов. Такое объединение позволяет сравнивать близкие по строению планеты.

Планеты-гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун; это крупные планеты с мощными газовыми оболочками и системами колец. Твёрдой поверхности, подобной земной, у них нет. Общее строение объясняет их большие размеры и многочисленные спутники.

Солнечная система — Солнце и все небесные тела, движущиеся вокруг него: планеты, их спутники и малые тела. Солнце содержит почти всю массу системы и поэтому сильнее всего влияет на движение остальных объектов. Термин нужен, чтобы рассматривать планеты как части единой гравитационной системы.

Как это устроено

Планета движется вокруг Солнца из-за сочетания двух причин: солнечного притяжения и начальной скорости. Тяготение всё время направлено к Солнцу и искривляет прямолинейное движение. Но боковая скорость уводит планету вперёд, поэтому она не падает на Солнце, а всё время «промахивается» мимо него.

Орбита планеты обычно близка к окружности, потому что её скорость и сила притяжения подобраны так, что расстояние меняется незначительно. В общем случае орбита является эллипсом, то есть слегка вытянутой замкнутой линией. При приближении к Солнцу планета движется быстрее, а при удалении — медленнее, сохраняя общий закон движения по эллипсу.

Планеты разделяют на земную группу и гиганты из-за разных условий формирования Солнечной системы. Вблизи молодого Солнца было слишком тепло для сохранения лёгких газов, поэтому там остались главным образом камни и металлы. Дальше от Солнца холод позволил накопиться льдам и газам, из которых выросли массивные планеты-гиганты.

При удалении от Солнца период обращения планеты увеличивается. На дальней орбите планета проходит более длинный путь, а солнечное притяжение там слабее и сообщает ей меньшую скорость. Поэтому Нептун обращается вокруг Солнца почти 165 земных лет, тогда как Меркурий — примерно за 88 суток.

Планета, спутник и астероид различаются прежде всего характером движения и размерами. Спутник обращается вокруг планеты, хотя вместе с ней движется вокруг Солнца, а астероид обычно представляет собой небольшое каменное или металлическое тело неправильной формы. Карликовая планета похожа на планету формой и движением вокруг Солнца, но не доминирует на своей орбите.

Основные характеристики планет Солнечной системы

В таблице расстояния указаны приблизительно в миллионах километров, а периоды — в земных сутках или годах. Сравнивая строки, можно увидеть рост периода при удалении от Солнца и различия между двумя группами. В последнем столбце приведены общие сведения, поскольку число спутников может уточняться новыми наблюдениями.

Разбор задач

1. К каким группам относятся планеты?

Условие: распределить Меркурий, Землю, Юпитер и Нептун по группам и назвать главный признак. Нужно использовать не только расстояние от Солнца, но и строение планет. Главным признаком будет состав и наличие твёрдой поверхности.

1. Меркурий и Земля относятся к планетам земной группы: они сравнительно небольшие, плотные и каменные.
2. Юпитер и Нептун относятся к планетам-гигантам: они значительно крупнее и имеют мощные газовые оболочки.
3. Следовательно, распределение связано прежде всего со строением, а расположение относительно Солнца объясняет, где сформировались эти группы.

Ответ: Меркурий и Земля — планеты земной группы, Юпитер и Нептун — планеты-гиганты. Основной признак — различия в составе, размерах и строении.

2. Средняя скорость Земли

Условие: радиус орбиты Земли R = 1,5·10⁸ км, период T = 365 суток. Орбиту считаем окружностью, поэтому длина пути за один оборот равна 2πR. Скорость найдём по формуле v = 2πR/T.

1. Переведём величины в СИ: R = 1,5·10¹¹ м, T = 365·24·3600 ≈ 3,15·10⁷ с.
2. Подставим значения: v = 2·3,14·1,5·10¹¹/(3,15·10⁷) м/с.
3. Получим v ≈ 3,0·10⁴ м/с, или примерно 30 км/с.

Ответ: средняя скорость движения Земли по орбите составляет около 30 км/с. Скорость названа средней, потому что настоящая орбита не является идеальной окружностью.

3. Период обращения Марса

Условие: среднее расстояние Марса в 1,52 раза больше земного, а земной период равен одному году. Используем третий закон Кеплера: Tₘ²/Tₑ² = aₘ³/aₑ³. Из него нужно выразить период Марса.

1. Разделим равенство на удобный масштаб: Tₘ/Tₑ = (aₘ/aₑ)³ᐟ².
2. Подставим данные: Tₘ = 1·1,52³ᐟ² года = 1,52·√1,52 года.
3. Так как √1,52 ≈ 1,23, получаем Tₘ ≈ 1,87 года, или около 687 суток.

Ответ: Марс обращается вокруг Солнца примерно за 1,87 земного года. Его период больше земного, потому что он находится дальше от Солнца.

Типичные ошибки

Считать орбиты абсолютно круговыми. Так делают для упрощения расчётов, но в действительности орбиты являются эллипсами. Проверка: в точном описании нужно говорить «близкие к окружностям», а не «окружности».

Путать вращение и обращение. Вращение происходит вокруг собственной оси, а обращение — вокруг Солнца. Проверить себя можно вопросом: какой путь описывает тело — вокруг себя или вокруг другого объекта?

Относить все крупные планеты к земной группе. Размер сам по себе не определяет группу: гиганты отличаются газовыми оболочками и меньшей средней плотностью. Сначала выясните состав и наличие твёрдой поверхности.

Считать дальнюю планету более быстрой. На дальней орбите тяготение Солнца слабее, поэтому орбитальная скорость обычно меньше. Сверяйте вывод с формулой v = 2πR/T: при большем расстоянии растёт и период.

Связь с другими темами

Для понимания движения планет нужны закон всемирного тяготения, движение по окружности и связь скорости с периодом обращения. Эти знания позволяют объяснить, почему тела удерживаются на орбитах.

Тема продолжает изучение Солнечной системы и подводит к третьему закону Кеплера. С его помощью можно сравнивать орбиты планет и спутников.

Полученные представления пригодятся при изучении космических полётов, искусственных спутников, орбит и строения других звёздных систем.

Что запомнить

• В Солнечной системе восемь планет.
• Движение планет вокруг Солнца поддерживается силой всемирного тяготения.
• Орбиты планет близки к окружностям, но в общем случае являются эллипсами.
• Планеты делятся на планеты земной группы и планеты-гиганты.
• Чем дальше планета от Солнца, тем больше обычно её период обращения.
• Планеты земной группы имеют твёрдую поверхность и большую среднюю плотность.
• Планеты-гиганты значительно крупнее планет земной группы и имеют протяжённые газовые оболочки.