Астрономия. Лекция №3. Солнечная система. Строение и происхождение.

 

Лекция №3

Солнечная система. Строение и происхождение.

План:

1.     Солнечная система

2.     Солнце, как объект звездной природы

 

Солнечная система

Наша солнечная система представляет собой группу гравитационно связанных небесных объектов (планет и их спутников, карликовых планет, астероидов и комет), обладающих разной массой, составом, структурой и формой и вращающихся по круговым или эллиптическим орбитам вокруг барицентра -  общего центра масс. В центре системы расположено самое массивное из имеющихся поблизости тел – звезда Солнце.

Экзопланета- планеты, вращающиеся вокруг любой другой звезды, за исключением Солнца. На сегодняшний день достоверно подтверждено существование 3786 экзопланет в 2834 планетарных системах.

В астрономии в качестве единицы измерения массы часто используется масса Солнца M_ʘ (≈2*10³⁰ кг). Основная часть массы солнечной системы приходиться на Солнце. Таким образом, масса всей Солнечной системы составляет 1.0014 M_ʘ, 99.9% которой приходиться на Солнце, а 0,01% - на планеты.

         Эклиптика - воображаемая плоскость, по которой движутся планеты Солнечной системы. Планетой считается объект, движущийся в гравитационном поле звезды, излучающий отраженный свет и сумевший очистить окрестности своей планеты от посторонних объектов.

С 2006 г. считается что в состав Солнечной системы входит восемь планет. Ближе к солнцу расположены четыре планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля, Марс. Затем идут планеты-гиганты, быстро набравшие массу за счет газа. Планеты-гиганты в связи с преобладанием в их составе тех или иных веществ, в свою очередь подразделяются на две подгруппы: к газовым гигантам относят Юпитер и Сатурн, к ледяным гигантам – Уран и Нептун.

До 2006 г девятой планетой солнечной системы считался Плутон, пока в научном астрономическом сообществе не был принят новый термин- карликовая планета, куда в последствии и был включен Плутон (Церера, Макемаке, Эрида и др.)

Планеты Земной группы окружены Главным поясом астероидов (насчитывается около 300 тыс. тел), а планеты гиганты в свою очередь – Поясом Койпера, расположенном в 50 раз дальше от Солнца, чем Земля. Внешнюю границу Солнечной системы обрамляет так называемое Облако Оорта – гипотетическая, сферическая область, населенная по большей части кометами.

         Млечный путь – галактика, в которой находиться Солнечная система и все отдельные звезды, видимые невооруженным глазом. Наша галактика относиться к спиральным галактикам. Солнце вращается вокруг центра Галактики, а также вокруг своей оси по часовой стрелке. В свою очередь, планеты вращаются вокруг своей оси под различным углом к плоскости эклиптики, причем Венера и Уран совершают суточный оборот в противоположную сторону.

В астрономических наблюдениях выделяют такое явление как, парад планет, при котором ряд планет системы оказывается в одну сторону от Солнца в небольшом секторе.

 

История формирования и исследование границ Солнечной системы

Считается, что Солнечная система образовалась около 4.6 млрд лет назад. Первоначально в межзвездной среде образовалось плотное и холодное молекулярное облако, которое под действием собственной массы стало коллапсировать (сжиматься), в результате чего в центре молекулярного облака зажглась протозвезда (прото- «до», «перед»).  Считается, что в среднем коллапс образующейся звезды длится около 100 тыс. лет.

Новорожденная звезда начала вращаться и закручивать вокруг себя оставшуюся часть газопылевого облака, что привело к сплющиванию окружающего газа и последующего образования протопланетного диска.

Что касается спутников планет, то в научном сообществе рассматривают два варианта их образования. Те спутники, которые были образованы вместе с планетами, из одного материала и приблизительно в одно и тоже время, называются регулярными. При захвате или столкновении стороннего тела – спутники называются иррегулярными.

         Расстояние в пределах Солнечной системы принято измерять в астрономических единицах (а.е.). Одна астрономическая единица равна одному среднему расстоянию от Земли до Солнца, т.е. около 150 млн км. Солнечный свет достигает поверхности нашей планеты за 8 мин. Границей солнечной системы считают солнечный ветер образующий некий пузырь – гелиосферу. Покинуть приделы солнечной системы пока не удалось ни одному искусственно созданному космическому аппарату, но пересечь границу гелиосферы в 2014 г удалось американскому зонду «Вояджер-2». 

 

 

Солнце как объект звездной природы

Солнце – звезда третьего поколения. Химический состав Солнца более чем на 98 % характеризуется наличием водорода и гелия. 

Наше солнце относиться к спектральному классу G2V, в ненаучных кругах известно, как желтый карлик – маломассивная, а, следовательно, долгоживущая звезда. Каждую минуту в ядре Солнца в гелий превращаются 600 млн. тонн водорода.

Предполагается что возраст Солнца составляет немногим более 4.5 млрд. лет из 10 млрд лет отмеренных ему. Наша звезда находится в середине своего пути и через 5 млрд лет перейдет с главной последовательности в класс красных гигантов, увеличившись в размерах и перешагнув орбиту Венеры. После того как в ядре перегорит весь гелий Солнце сбросит с себя внешние слои и превратиться в компактный объект -  медленно остывающий белый карлик.

Радиус солнца составляет порядка 700 тыс. км, а его масса равна 2*10³⁰ кг.

Температура Солнца колеблется от 6 тыс до 10 млн К по мере удаленности от ядра. Солнце совершает вращения вокруг собственной оси. Однако поскольку Солнце и другие звезды не обладают твердой поверхностью, скорость вращения масс неодинакова. В экваториальных областях скорость выше (один оборот – 25 дней), в полярных ниже (до 40 дней).

Недра Солнца состоят из трех основных уровней:

1.     Ядро, имеет плотность 150 тыс.кг/м³  (20-25 % радиуса)

2.     Зона лучистого переноса (зона радиации) – зона где гамма- и рентгеновские лучи рассеиваются, 75% процентов солнечного радиуса

3.     Конвективная зона – область звезды, где происходит активное перемешивание вещества за счет разности температур: более горячее вещество поднимается, более холодное опускается. Занимает внешние 15 % солнечного радиуса

Солнце так же обладает многослойной атмосферой, в которой выделяются следующие слои:

1.     Фотосфера – видимая поверхность Солнца, самая глубокая и холодная часть с температурой 4500- 6000 К. Здесь можно увидеть «звездные пятна» - холодные области прорыва магнитного поля (на самом деле тоже горячие и светлые, но на контрасте выглядят темными)

2.     Хромосфера- промежуточный тонкий слой красного цвета, где температура резко возрастает в 10 раз, удобно наблюдать при солнечных затмениях

3.     Корона- внешние слои атмосферы из раскалённой плазмы (температура несколько миллионов градусов Кельвина). Хорошо видна при затмениях.

Солнечная активность на поверхности берет начало в конвективной зоне в результате процессов магнитной природы. Солнечна активность так же проявляется по средствам корональных выбросов массы – корональные дыры, корональные конденсации, петли, протуберанцы, пятна, гранулы.

В период повышенной солнечной активности может происходить до трех солнечных вспышек в день, в период сниженной активности – одна вспышка в пять дней.

Мощные вспышки на Солнце могут привести к ухудшению состояния метеозависимых людей