§ 28. Планеты, астероиды и кометы

Определения и обозначения

Планета — небесное тело, обращающееся вокруг звезды, имеющее почти шарообразную форму и не излучающее собственного видимого света. Планеты видны потому, что отражают свет своей звезды. В Солнечной системе их делят на планеты земной группы и планеты-гиганты, поэтому определение помогает сразу выделить главный класс крупных тел.

Астероид — небольшое каменное или металлическое тело Солнечной системы, обращающееся вокруг Солнца. В отличие от планеты, он обычно слишком мал, чтобы под действием собственного тяготения принять шарообразную форму. Это определение нужно, чтобы отличать многочисленные малые тела от планет и комет.

Комета — небольшое ледяное тело Солнечной системы, при приближении к Солнцу образующее кому и хвост. Кома — облако газа и пыли вокруг ядра кометы, а хвост — вытянутая светящаяся область, направленная от Солнца. По этим признакам комету можно узнать даже при наблюдении издалека.

Как это устроено

Планеты движутся вокруг Солнца не по прямым линиям, потому что Солнце притягивает их своей гравитацией. Скорость планеты направлена по касательной к её орбите, а притяжение постоянно изменяет это направление. Поэтому планета всё время как бы «падает» к Солнцу, но из-за большой боковой скорости не падает на него. Так возникает орбитальное движение, обычно близкое к движению по эллипсу.

Планеты земной группы — Меркурий, Венера, Земля и Марс — сравнительно небольшие и плотные. Они состоят главным образом из каменных пород и металлов, имеют твёрдую поверхность и небольшое число спутников; колец у них нет. Планеты-гиганты намного крупнее, содержат много водорода, гелия, льдов и других лёгких веществ, поэтому их средняя плотность обычно меньше. У гигантов есть кольца и многочисленные спутники, хотя кольца могут быть очень разреженными и не всегда заметны.

Астероиды имеют неправильную форму, потому что их собственное тяготение недостаточно велико для перераспределения вещества. Многие из них образовались из остатков вещества, которые не смогли объединиться в планету, а столкновения дополнительно дробили их. Больше всего астероидов наблюдается в главном поясе между орбитами Марса и Юпитера. На их движение влияет не только Солнце, но и притяжение планет, особенно массивного Юпитера.

Ядро кометы состоит из льда, замёрзших газов, пыли и каменных частиц. При приближении к Солнцу лёд начинает испаряться, а выделившийся газ уносит с поверхности пыль и образует кому. Солнечное излучение и солнечный ветер отталкивают газ и пылевые частицы от Солнца, поэтому хвост не обязан находиться позади кометы. Чем ближе комета к Солнцу, тем сильнее нагрев и обычно тем длиннее и заметнее её хвост; после удаления он уменьшается.

Сравнение планет, астероидов и комет

Сначала сравнивайте тела по составу и форме, затем — по движению и внешним проявлениям. Если объект ледяной и около Солнца у него появляется кома, это комета; небольшое каменное тело неправильной формы — астероид. Таблица помогает быстро найти различие, но не заменяет объяснение причин этих признаков.

Разбор задач

Задача 1. Определение типа небесного тела

Даны описания трёх тел: крупное шарообразное тело, обращающееся вокруг Солнца; небольшое каменное тело неправильной формы; ледяное тело с хвостом при приближении к Солнцу. Определите, какое описание соответствует планете, астероиду и комете. Нужно сопоставить не отдельные второстепенные признаки, а главные признаки каждого объекта.

1. Крупное тело почти шарообразной формы, которое обращается вокруг Солнца, относим к планетам.
2. Небольшое каменное тело неправильной формы сопоставляем с астероидом: его массы недостаточно для формирования шара.
3. Ледяное тело с хвостом при приближении к Солнцу называем кометой, потому что хвост возникает из-за испарения льда и действия солнечного ветра.

Ответ: первое описание соответствует планете, второе — астероиду, третье — комете. Такой способ решения удобен, если в условии даны качественные признаки без чисел.

Задача 2. Направление хвоста кометы

Объясните, почему хвост кометы направлен от Солнца, даже если комета движется в другую сторону. Направление движения тела и направление хвоста — разные характеристики, поэтому их нельзя связывать только с траекторией кометы.

1. При нагревании солнечным излучением лёд на ядре кометы испаряется, и вокруг ядра появляется газ с пылью.
2. Солнечный ветер уносит заряженные частицы от Солнца, а излучение оказывает давление на газ и пыль.
3. Следовательно, хвост ориентируется от Солнца, а не обязательно назад по пути движения кометы.

Ответ: хвост направлен от Солнца из-за солнечного ветра и давления солнечного излучения. Его видимое положение относительно кометы меняется, когда меняется направление движения кометы по орбите.

Задача 3. Период обращения астероида

Астероид движется по орбите со средней дистанцией от Солнца 4 астрономические единицы. Оцените его период обращения, если выполняется зависимость T² = a³, где T выражен в годах. Здесь a = 4, поэтому нужно найти период, а не подставлять расстояние в качестве готового ответа.

1. Возводим большую полуось орбиты в куб: a³ = 4³ = 64.
2. Используем закон Кеплера: T² = 64, значит T = √64 = 8 лет.
3. Положительное значение выбираем потому, что период — это промежуток времени и он не бывает отрицательным.

Ответ: период обращения астероида примерно равен 8 годам. Чем дальше тело в среднем находится от Солнца, тем больше его орбита и тем дольше длится полный оборот.

Типичные ошибки

Считать, что планеты излучают собственный видимый свет, ошибочно: яркость на небе возникает главным образом из-за отражения солнечного света. Такая ошибка появляется потому, что планеты выглядят как самостоятельные светила. Проверка проста: сравните их с Солнцем и звёздами, которые действительно излучают свет.

Называть любой небольшой объект астероидом тоже неправильно. Комета отличается ледяным составом и появлением комы с хвостом при нагревании. Проверяйте сначала состав и поведение объекта около Солнца, а не только его размер.

Орбиты нельзя представлять строго круговыми: в общем случае они близки к эллиптическим. Круговая модель удобна для приблизительных рассуждений, но расстояние до Солнца может меняться. Если тело то приближается к Солнцу, то удаляется, это указывает на вытянутую орбиту.

Хвост кометы не всегда остаётся позади неё. Его направление задают солнечный ветер и излучение, поэтому при движении по орбите хвост может быть направлен в сторону, отличную от направления скорости. Чтобы проверить себя, мысленно проведите направление от Солнца к комете: хвост будет ориентирован примерно по продолжению этой линии от Солнца.

Связь с другими темами

Для понимания движения планет нужны закон всемирного тяготения, представление о движении по окружности и понятие орбиты. Законы Кеплера позволяют связывать размеры орбит с периодами обращения и оценивать движение астероидов и планет. Эти знания продолжаются в темах о строении Солнечной системы, космических полётах и наблюдениях за небесными телами.

Что запомнить

• Планеты обращаются вокруг Солнца и светят отражённым солнечным светом.
• Планеты земной группы меньше и плотнее планет-гигантов.
• Астероиды — небольшие преимущественно каменные тела неправильной формы.
• Главный пояс астероидов расположен между орбитами Марса и Юпитера.
• Кометы состоят главным образом из льда, пыли и каменных частиц.
• При приближении к Солнцу у кометы образуются кома и хвост.
• Хвост кометы направлен от Солнца.