Теории происхождения Солнечной системы

Вполне вероятно, что период гигантских столкновений в истории  внутренней Солнечной системы сыграл важную роль в получении Землёй её запасов воды (~6×1021 кг). Дело в том, что вода — слишком летучее  вещество, чтобы возникнуть естественным образом во время формирования Земли. Скорее всего она была занесена на Землю из внешних, более холодных областей Солнечной системы. Возможно именно протопланеты и планетозимали, выброшенные Юпитером за пределы  астероидного пояса, занесли воду на Землю. Другими кандидатами на роль главных доставщиков воды являются также кометы главного пояса астероидов, обнаруженные в 2006 году, в то время  как кометы из пояса Койпера и  из других отдалённых областей предположительно занесли на Землю не более 6 % воды.

Миграция  планет

В соответствии с небулярной гипотезой две внешние планеты  Солнечной системы находятся  в «неправильном» месте. Уран и Нептун, «ледяные гиганты» Солнечной системы, располагаются в области, где  пониженная плотность вещества туманности и длительные орбитальные периоды  делали формирование таких планет весьма маловероятным событием. Считается, что эти две планеты изначально сформировались на орбитах вблизи Юпитера  и Сатурна, где имелось гораздо  больше строительного материала, и  только спустя сотни миллионов лет  мигрировали на свои современные  позиции.

Планетная миграция в состоянии  объяснить существование и свойства внешних регионов Солнечной системы. За Нептуном Солнечная система содержит пояс Койпера, рассеянный диск и облако Оорта, представляющие собой рассеянные скопления маленьких ледяных  тел и дающие начало большинству наблюдаемых в Солнечной системе комет. Сейчас пояс Койпера располагается на расстоянии 30-55 а.е. от Солнца, рассеянный диск начинается в 100 а.е. от Солнца, а облако Оорта — в 50000 а.е. от центрального светила. Однако в прошлом пояс Койпера был гораздо плотнее и ближе к Солнцу. Его внешний край находился примерно в 30 а.е. от Солнца, в то время как его внутренний край располагался непосредственно за орбитами Урана и Нептуна, которые в свою очередь были также ближе к Солнцу (приблизительно 15-20 а.е) и, кроме того, располагались в противоположном порядке: Уран был дальше от Солнца чем Нептун.

После формирования Солнечной  системы орбиты всех планет-гигантов продолжали медленно изменяться под  влиянием взаимодействий с большим  количеством оставшихся планетозималей. Спустя 500—600 миллионов лет (4 миллиарда  лет назад) Юпитер и Сатурн вошли  в орбитальный резонанс 2:1; Сатурн совершал один оборот вокруг Солнца в  точности за то время, за которое Юпитер совершал 2 оборота. Этот резонанс создал гравитационное давление на внешние  планеты, вследствие чего Нептун вырвался за пределы орбиты Урана и врезался в древний пояс Койпера. По этой же причине планеты стали отбрасывать  окружающие их ледяные планетозимали  вовнутрь Солнечной системы, в то время как сами стали отдаляться вовне. Этот процесс продолжался  аналогичным образом: под действием  резонанса планетозимали выбрасывались  вовнутрь системы каждой последующей  планетой, которую они встречали  на своем пути, а орбиты самих  планет отдалялись все дальше. Этот процесс продолжался до тех пор, пока планетозимали не вошли в  зону непосредственного влияния  Юпитера, после чего огромная гравитация этой планеты отправила их на высокоэллиптические  орбиты или даже выбросила их за пределы Солнечной системы. Эта  работа в свою очередь слегка сдвинула орбиту Юпитера вовнутрь[~ 1]. Объекты, выброшенные Юпитером на высокоэллиптические  орбиты, сформировали облако Оорта, а  тела, выброшенные мигрирующим Нептуном, сформировали современный пояс Койпера и рассеянный диск. Данный сценарий объясняет, почему рассеянный диск и пояс Койпера имеют малую массу. Некоторые из катапультированных объектов, включая Плутон, со временем вошли в гравитационный резонанс с орбитой Нептуна. Постепенно трение с рассеянным диском сделало орбиты Нептуна и Урана вновь гладкими.

Считается, что в отличие  от внешних планет внутренние тела системы не претерпевали значительных миграций, поскольку после периода  гигантских столкновений их орбиты оставались стабильными.

Формирование  спутников

Естественные спутники образовались у большинства планет Солнечной  системы, а также у многих других тел. Различают три основных механизма  их формирования :

• формирование из около-планетного диска (в случае газовых гигантов)
• фомирование из осколков столкновения (в случае достаточно крупного столкновения под малым углом)
• захват пролетающего объекта

Юпитер и Сатурн имеют  много спутников, таких как Ио, Европа, Ганимед и Титан, которые, вероятно, сформировались из дисков вокруг этих планет-гигантов по тому же принципу, как и сами эти планеты сформировались из диска вокруг молодого Солнца. На это указывают их большие размеры  и близость к планете. Эти свойства невозможны для спутников, приобретённых  путём захвата, а газообразная структура  планет делает невозможной и гипотезу формирования лун путем столкновения планеты с другим телом.

4.Структура Солнечной системы

Центральным объектом Солнечной  системы является Солнце — звезда главной последовательности спектрального  класса G2V, жёлтый карлик. В Солнце сосредоточена  подавляющая часть всей массы  системы (около 99,866 %), оно удерживает своим тяготением планеты и прочие тела, принадлежащие к Солнечной  системе. Четыре крупнейших объекта  — газовые гиганты, составляют 99 % оставшейся массы (притом, что большая  часть приходится на Юпитер и Сатурн — около 90 %).

Большинство крупных объектов, обращающихся вокруг Солнца, движутся практически в одной плоскости, называемой плоскостью эклиптики. Однако в то же время кометы и объекты  пояса Койпера часто обладают большими углами наклона к этой плоскости.

Все планеты и большинство  других объектов обращаются вокруг Солнца в одном направлении с вращением  Солнца (против часовой стрелки, если смотреть со стороны северного полюса Солнца). Есть исключения, такие как  комета Галлея. Самой большой угловой  скоростью обладает Меркурий — он успевает совершить полный оборот вокруг Солнца всего за 88 земных суток. А  для самой удалённой планеты  — Нептуна — период обращения  составляет 165 земных лет.

Большая часть планет вращается  вокруг своей оси в ту же сторону, что и обращается вокруг Солнца. Исключения составляют Венера и Уран, причём Уран вращается практически  «лёжа на боку» (наклон оси около 90°). Для наглядной демонстрации вращения используется специальный  прибор — теллурий.

Многие модели Солнечной  системы условно показывают орбиты планет через равные промежутки, однако в действительности, за малым исключением, чем дальше планета или пояс от Солнца, тем больше расстояние между  её орбитой и орбитой предыдущего  объекта. Например, Венера приблизительно на 0,33 а. е. дальше от Солнца, чем Меркурий, в то время как Сатурн на 4,3 а. е. дальше Юпитера, а Нептун на 10,5 а. е. дальше Урана. Были попытки вывести корреляции между орбитальными расстояниями (например, правило Тициуса — Боде), но ни одна из теорий не стала общепринятой.

Орбиты объектов вокруг Солнца описываются законами Кеплера. Согласно им, каждый объект обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится  Солнце. У более близких к Солнцу объектов (с меньшей большой полуосью) больше угловая скорость вращения, поэтому короче период обращения (год). На эллиптической орбите расстояние объекта от Солнца изменяется в течение  его года. Ближайшая к Солнцу точка  орбиты объекта называется перигелий, наиболее удалённая — афелий. Каждый объект движется наиболее быстро в  своём перигелии и наиболее медленно в афелии. Орбиты планет близки к  кругу, но многие кометы, астероиды  и объекты пояса Койпера имеют  сильно вытянутые эллиптические  орбиты.

Большинство планет Солнечной  системы обладают собственными подчинёнными системами. Многие окружены спутниками, некоторые из которых больше Меркурия. Большинство крупных спутников  находятся в синхронном вращении, с одной стороной, постоянно обращённой к планете. Четыре крупнейших планеты  — газовые гиганты, также обладают кольцами, тонкими полосами крошечных  частиц, обращающимися по очень близким  орбитам практически в унисон.

5.Состав Солнечной системы

Солнце

Солнце — звезда Солнечной системы и её главный компонент. Его масса (332 900 масс Земли) достаточно велика для поддержания термоядерной реакции синтеза в его недрах, при которой высвобождается большое количество энергии, излучаемой в пространство в основном в виде электромагнитного излучения, максимум которого приходится на диапазон длин волн 400—700 нм, соответствующий видимому свету.

По звёздной классификации Солнце — типичный жёлтый карлик класса G2. Это название может ввести в заблуждение, так как по сравнению с большинством звёзд в нашей Галактике Солнце — довольно большая и яркая  звезда. Класс звезды определяется её положением на диаграмме Герцшпрунга  — Рассела, которая показывает зависимость  между яркостью звёзд и температурой их поверхности. Обычно более горячие  звёзды являются более яркими. Бо́льшая часть звёзд находится на так  называемой главной последовательности этой диаграммы, Солнце расположено  примерно в середине этой последовательности. Более яркие и горячие, чем  Солнце, звёзды сравнительно редки, а  более тусклые и холодные звёзды (красные карлики) встречаются часто, составляя 85 % звёзд в Галактике.

Положение Солнца на главной последовательности показывает, что оно ещё не исчерпало  свой запас водорода для ядерного синтеза и находится примерно в середине своей эволюции. Сейчас Солнце постепенно становится более  ярким, на более ранних стадиях развития его яркость составляла лишь 70 процентов  от сегодняшней.

Солнце — звезда I типа звёздного  населения, оно образовалось на сравнительно поздней ступени развития Вселенной  и поэтому характеризуется бо́льшим содержанием элементов тяжелее  водорода и гелия (в астрономии принято  называть такие элементы «металлами»), чем более старые звёзды II типа. Элементы более тяжёлые, чем водород и  гелий, формируются в ядрах первых звёзд, поэтому, прежде чем Вселенная  могла быть обогащена этими элементами, должно было пройти первое поколение  звёзд. Самые старые звёзды содержат мало металлов, а более молодые  звёзды содержат их больше. Предполагается, что высокая металличность была крайне важна для образования  у Солнца планетной системы, потому что планеты формируются аккрецией  «металлов».

Межпланетная  среда

Наряду со светом, Солнце излучает непрерывный поток заряженных частиц (плазмы), известный как солнечный  ветер. Этот поток частиц распространяется со скоростью примерно 1,5 млн км в  час, наполняя околосолнечную область  и создавая у Солнца некий аналог планетарной атмосферы (гелиосферу), которая имеется на расстоянии по крайней мере 100 а. е. от Солнца. Она  известна как межпланетная среда. Проявления активности на поверхности Солнца, такие как солнечные вспышки  и корональные выбросы массы, возмущают гелиосферу, порождая космическую  погоду. Крупнейшая структура в пределах гелиосферы — гелиосферный токовый  слой; спиральная поверхность, созданная  воздействием вращающегося магнитного поля Солнца на межпланетную среду.

Магнитное поле Земли мешает солнечному ветру сорвать атмосферу Земли. Венера и Марс не имеют магнитного поля, и в результате солнечный  ветер постепенно сдувает их атмосферы  в космос. Корональные выбросы  массы и подобные явления изменяют магнитное поле и выносят огромное количество вещества с поверхности  Солнца — порядка 109—1010 тонн в час. Взаимодействуя с магнитным полем  Земли это вещество попадает преимущественно  в верхние приполярные слои атмосферы  Земли, где от такого взаимодействия возникают полярные сияния, наиболее часто наблюдаемые около магнитных  полюсов.

Космические лучи происходят извне  Солнечной системы. Гелиосфера и, в  меньшей степени, планетарные магнитные  поля частично защищают Солнечную систему  от внешних воздействий. Как плотность  космических лучей в межзвёздной  среде, так и сила магнитного поля Солнца изменяются с течением времени, таким образом, уровень космического излучения в Солнечной системе  непостоянен, хотя величина отклонений достоверно неизвестна.

Межпланетная среда является местом формирования, по крайней мере, двух дископодобных областей космической  пыли. Первая, зодиакальное пылевое  облако, находится во внутренней части  Солнечной системы и является причиной, по которой возникает зодиакальный свет. Вероятно, она возникла из-за столкновений в пределах пояса астероидов, вызванных  взаимодействиями с планетами. Вторая область простирается приблизительно от 10 до 40 а. е. и, вероятно, возникла после  подобных столкновений между объектами  в пределах пояса Койпера.

Внутренняя область  Солнечной системы

Внутренняя часть включает планеты  земной группы и астероиды. Состоящие  главным образом из силикатов  и металлов, объекты внутренней области  относительно близки к Солнцу, это  самая малая часть системы  — её радиус меньше, чем расстояние между орбитами Юпитера и Сатурна.

Планеты земной группы

Четыре внутренние планеты состоят  преимущественно из тяжёлых элементов, имеют малое количество (0—2) спутников, у них отсутствуют кольца. В  значительной степени они состоят  из тугоплавких минералов, таких  как силикаты, которые формируют  их мантию и кору; и металлов, таких  как железо и никель, которые формируют  их ядро. У трёх внутренних планет —  Венеры, Земли и Марса — имеется  атмосфера; у всех имеются ударные  кратеры и тектонические черты  поверхности, такие как рифтовые впадины и вулканы.

Меркурий

Мерку́рий — самая близкая к  Солнцу планета Солнечной системы, обращающаяся вокруг Солнца за 88 земных суток. Названа в честь бога римского пантеона Меркурия, аналога греческого Гермеса и Вавилонского Набу. Меркурий относится к внутренним планетам, так как его орбита проходит ближе  к Солнцу, чем пояс астероидов. После  лишения Плутона в 2006 году статуса  планеты Меркурию перешло звание самой маленькой планеты Солнечной системы. Видимая звёздная величина Меркурия колеблется от −1,9 до 5,5, но его нелегко заметить по причине очень маленького углового расстояния от Солнца (максимум 28,3°). В высоких широтах планету никогда нельзя увидеть на тёмном ночном небе: Меркурий виден в течение очень небольшого промежутка времени после наступления сумерек. Оптимальным временем для наблюдений планеты являются утренние или вечерние сумерки в периоды его элонгаций (периодов максимального удаления Меркурия от Солнца на небе, наступающих несколько раз в год).

Наблюдать Меркурий удобно в низких широтах и вблизи экватора: это  связано с тем, что продолжительность  сумерек там наименьшая. В средних  широтах найти Меркурий гораздо  труднее и только в период наилучших  элонгаций, а в высоких широтах  невозможно вообще.