Тема. Будова Сонячної системи

1. Історія вивчення Сонячної системи.

2. Склад і будова Сонячної системи.

3. Можливість існування невідомих планет в Сонячній системі.

Історія вивчення

З давніх-давен небо вражало уяву людей своєю загадковістю, але багато століть воно залишалось для них недосяжним, а томусвященним. Фантазія людей населила небо могутніми істотами —богами, які керують світом і навіть вирішують долю кожної людини. Вночі примарне сяйво зір зачаровувало людей, тому вигадкапрадавніх астрономів об’єднала окремі зорі у фігури людей і тварин — так з’явились назви сузір’їв. Потім були помічені світила,що рухаються серед зір,— їх назвали планетами (з грец.— блукаюча; рис. 1).

Перші спроби пояснити таємничі небесні явища були зроблені в Давньому Єгипті понад 4000 років тому та у Давній Греції ще до початку нашої ери. Єгипетські жерці склали перші карти зоряного неба, дали назви планетам.

Давньогрецький філософ Клавдій Птолемей у ІІ ст. н. е. створив геоцентричну систему світу, у якій Земля розміщується у центрі. Землю у просторі оточують 8 сфер, на яких розташовані Місяць, Сонце та 5 відомих у ті часи планет: Меркурій, Венера, Марс, Юпітер і Сатурн (рис. 2). На 8-й сфері розміщуються зорі, які з’єднані між собою і обертаються навколо Землі як єдине ціле.

Геоцентрична система світу:

у центрі Земля, а всі інші небесні тіла обертаються навколо неї.

Геліоцентрична система світу:

у центрі розташоване Сонце. Земля разом із планетамиобертається навколо нього.

У XVI ст. польський астроном Миколай Коперник запропонував геліоцентричну систему світу, у якій у центрі розташоване Сонце, а планета Земля та інші планети обертаються навколо нього по колових орбітах (рис. 3). За цією системою Земля та інші

планети Сонячної системи оберталися навколо Сонця в такому порядку: Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн. Геніальність відкриття Коперником геліоцентричної системи світу полягала в тому, що він, зруйнувавши межу між небом і Землею, висунув гіпотезу, що у Всесвіті діють одні й ті самі закони, справедливі якна Землі, так і в космосі.

У 1609 р. італійський фізик Галілео Галілей уперше використав телескоп для спостереження за небесними світилами, відкрив супутники Юпітера (рис. 4) та побачив зорі в Молочному Шляху (рис. 5).

Вільям Гершель у 1781році відкрив планету Уран. Пізніше він створив найбільший, свого часу, телескоп з діаметром дзеркала122 м і майже відразу відкрив супутники Сатурна Мімас і Енце-лад, а згодом супутники Урана Титанію та Оберон.

У ХІХ ст. почався новий етап у вивченні космосу, коли у 1814 р. німецький фізик Йозеф Фраунгофер відкрив лінії поглинання у спектрі Сонця — фраунгоферові лінії (рис. 6), потімлінії поглинання були виявлені у спектрах інших зір. За допомогою спектрів астрономи визначають хімічний склад, температуруі навіть швидкість руху космічних тіл.

У 1851 році Ґалле і д’Аррест на основі розрахунків Левер’є, відкрили Нептун.

Пояс Койпера (рис. 7), який розташований за орбітою Нептуна і містить близько 70-100 тис. об’єктів діаметром понад 100 км, виявлено у 1992-2000 рр. завдальшки 30-50 а.о. від Сонця. До ньогоналежить, зокрема, Плутон, який 26 Генеральна асамблея Міжнародного астрономічного союзу 2006 р. перекласифікувала з планети на карликову планету.

Створення у ХХ ст. видатним німецьким фізиком Альбертом Айнштайном загальної теорії відносності допомогло астрономамзбагнути дивне червоне зміщення ліній поглинання у спектрахдалеких галактик, що було відкрите американським астрономомЕдвіном Габблом у 1929 р. Габбл довів, що галактики розлітаються, і пізніше вчені створили теорію еволюції Всесвіту від його зародження до сьогодення (рис. 8). Це дало поштовх до створеннянової науки — космології.

4 жовтня 1957 р. почалась ера космонавтики. Цього дня було запущено в космос перший у світі штучний супутник Землі(рис. 9), у створенні якого брали участь також українські вчені,інженери та робітники.

1969 — Нейл Армстронг став першою людиною, що в рамках місії «Аполло-11» здійснила вихід на поверхню позаземного об’єкта — Місяця (рис. 10, 11).

Сьогодні в космосі літають сотні автоматичних станцій, які досліджують не тільки навколоземний простір, але й вивчають інші планети Сонячної системи (рис. 12).

Основні етапи ери космонавтики

Дата	Подія
1957	Запуск штучних супутників Землі, початок космічної ери. З’явилася можливість створення космічних лабораторій
1958	Відкриття радіаційних поясів Ван-Аллена. Микола Козирєв відзначає в місячному кратері Альфонс ознаки вулканічної діяльності
1959	Радіолокація Сонця (США). Станція Луна-2 не виявляє у Місяця магнітного поля. Отримано перші фотографії зворотного боку Місяця
1961	Перший політ людини в космос
1961 1964	Радіолокація Меркурія, Венери, Марса, Юпітера (СРСР і США). Уточнені величина а.о. і період обертання Венери навколо Сонця, визначені період осьового обертанняВенери (виявився зворотним), температура і фізичні характеристики поверхні планет
1965	Відкриття реліктового випромінювання. Перші фотографії поверхні Марса (Марінер-4)

Дата	Подія
1967	Дослідження атмосфери Венери з апарату, що спускається Венера-4
1969	Висадка Аполлона-11 на Місяці. Перший вихід людини на поверхню Місяця
1971	Перша м’яка посадка на Марс (Марс-3)
1974	Сенсаційний висновок Стівена Хокінга про можливість «випаровування» чорних дір
1975	Перша фотопанорама поверхні Венери (Венера-9, 10)
1975	Фотографії Фобоса, Деймоса і поверхні Марса (Вікінг-1, Вікінг-2)
1977	Відкриття кілець Урана. Запуск Вояджера-2, який передав неоціненну інформацію про зовнішні планетах: Юпітер, Сатурн (1981), Уран, Нептун (1989)
1978	Відкриття Харона, супутника Плутона (Дж. У. Крісті, США)
1979	Виявлено кільця у Юпітера
1986	Дослідження комети Галлея АМС «Вега» і «Джотто». У Урана виявлені 10 нових супутників
1990	Запуск Космічного телескопа «Габбл»
1995	Автоматичний космічний апарат «Галілео» досяг Юпітера і вперше взяв проби атмосфери
1998	Початок функціонування першої багатонаціональної космічної станції. Найбільший на сьогоднішній день штучний об'єкт, побудований в космосі
2001	Перша посадка на астероїд. Астероїд Ерос,космічний апарат NEAR Shoemaker.
2004	Автоматичний космічний апарат «Кассіні» досяг орбіти Сатурна
2005	Перша м’яка посадка на Титан. Космічний апарат «Кассіні»
2009	Запуск місії Kepler. Перший космічний телескоп, призначений для пошуку екзопла-нет, подібних до Землі
2014	Перший штучний зонд для планової і м’якої посадки на комету. Зонд Розетта, комета Чурюмова-Герасименко
2014	Міжпланетний космічний зонд «Нові горизонти» досяг орбіти Плутона
2015	Вперше у космосі було вирощено їжу (салат)
2019	Перша м'яка посадка на зворотній стороні Місяця

Висновки. Протягом останнього тисячоліття уявлення людей про Всесвіт суттєво змінились. Основні етапи розвитку: геоцентрична системи світу Птолемея; геліоцентрична система Коперника; ера космонавтики, для якоїхарактерне активне дослідження сонячної системи за допомогою космічних аппаратів та спо-сетреження далеких галактик через найпотужніші телескопи.

Контрольні запитання

1. Яка різниця між геоцентричною та геліоцентричною системами світу?

2. Скільки планет Сонячної системи було відомо за часів Пто-лемея?

3. Коли і ким були відкриті Уран та Нептун?

4. З якої події почалася ера космонавтики?

Карликова планета — це

досить велике тіло Сонячної системи. Настільки велике, щовласна гравітація надала йомурівноважної форми, яка близькадо кулястої. Але на відміну відпланет, його маса менша, томуйому не вдалося «розчистити»околиці своєї орбіти від іншихподібних тіл.

Склад і будова Сонячної системи

Ми живемо на Землі — одній із планет, що належать до Сонячної систем (рис. 13). Ці планети рухаються по своїх орбітах навколо Сонця. Більшість планет (окрім Венери і Меркурія) мають супутники, які обертаються навколо своєї планети. До Сонячної системи крім Сонця, восьми планет і понад 100 їх супутників,входять також пояс астероїдів та пояс Койпера (рис. 14), комети,метеороїди та космічний пил.

Щодо Сонця планети розташовуються у такій послідовності: найближча — Меркурій, за ним — Венера, Земля, Марс, Юпітер,Сатурн, Уран і Нептун.

У Сонячній системі є дві ділянки, заповнені малими тілами. Пояс астероїдів, що розташований між Марсом і Юпітером, за складом подібний до планет земної групи, оскільки складається переважно з силікатів і металів. Найбільшими об’єктами поясуастероїдів є Церера (рис. 15), Паллада і Веста. За орбітою Нептунарозташовано транснептунові об’єкти, що містять багато замерзлоїводи, аміаку та метану. Найбільшими з них є Плутон, Седна, Хау-меа, Макемаке та Ерида. Додатково до тисяч малих тіл у цих двохділянках є інші популяції різноманітних дрібних тіл, таких як комети, метеороїди та космічний пил, що рухаються навколо Сонця.

Сонячний вітер (потік плазми від Сонця) (рис. 20) утворює в міжзоряному середовищі «міхур», який називається геліосфе-рою і простягається до краю розсіяного диска. Гіпотетична хмараОорта, що служить джерелом довгоперіодичних комет, може сягати приблизно в тисячу разів більшої відстані.

Головна роль у Сонячній системі належить Сонцю (рис. 21). Його маса приблизно в 750 разів перевищує масу всіх інших тіл,що входять до Сонячної системи.

Гравітаційне тяжіння Сонця є визначальною силою для руху всіх тіл Сонячної системи. Середня відстань від Сонця до найдальшої від нього планети Нептун становить 30 а.о., тобто 4,5 млрд км,що дуже мало в порівнянні з відстанями до найближчих зір. Тільки деякі комети віддаляються від Сонця на 1015 а.о. і можуть відчувати істотний вплив тяжіння інших зір.

Відстані в космічному просторі такі великі, що вимірювати їх у звичайних для нас метрах чи кілометрах незручно, тому астрономи вибрали одиницями вимірювання астрономічну одиницю тасвітловий рік.

За межами Сонячної системи, на відстані більше ніж 100 000 а.о., починається зона тяжіння інших зір. Неозброєнимоком на небі можна побачити близько 6000 зір, які утворюють нанебі 88 сузір’їв. Насправді зір набагато більше, але від далеких світил надходить так мало світла, що їх можна спостерігати тількив телескоп. Великі скупчення зір, що утримуються силою тяжіння, називають галактиками.

У Всесвіті перебувають мільярди галактик, серед яких є і наша Галактика, яку називають Молочний, або Чумацький Шлях, до якої входить наша Сонячна система. На нічномунебі ми бачимо її як сріблясту смугу (рис. 22). Наша Галактика

(з грец.— Молочний Шлях) — це величезна система, у якій обертаються навколо центра 400 млрд зір.

Якщо в майбутньому земляни захочуть обмінюватися інформацією з іншими світами, то нашу космічну адресу можна записати так: Україна, планета Земля, Сонячна система, Галактика, Всесвіт (рис. 22а).

Планети Сонячної системи за розмірами і будовою діляться на дві групи — планети земної групи — Меркурій, Венера, Земля,Марс (рис. 23) та планети-гіганти — Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун (рис. 24). Суттєва різниця між цими групами планет полягаєв таких факторах:

• планети земної групи мають тверду поверхню, бо складаються переважно з важких хімічних елементів;

• планети-гіганти утворилися здебільше з Гідрогену та Гелію,тому їхня середня густина невелика, а між атмосферою і поверхнею немає чіткої межі.

Відстані між планетами Сонячної системи і Сонцем (середнірадіуси орбіт) приблизно описуєправило Тіциуса — Боді.

Вже на стадії формування Сонячної системи в результатігравітаційних збурень,викликаних протопланетамиі їх резонансом з Сонцем (прицьому виникають припливнісили і енергія обертаннявитрачається на припливнеприскорення або швидшеуповільнення) сформуваласярегулярна структура з областей,що чергуються, в яких моглиабо не могли існувати стабільніорбіти згідно з правиламиорбітальних резонансів, тобтовідношення радіусів орбітсусідніх планет рівних 1/2, 3/2,5/2, 3/7 тощо (рис. 25).

Резонансним орбітам зараз в основному відповідають планети або групи, не розташовані на стабільних орбітах (як Нептун) і не розташовані в площині екліптики (як Плутон). Напевно в найближчому (відносно сотень мільйонів років) минулому мали місцеінциденти, орбіти (зіткнення, близький проліт масивного зовнішнього тіла), що порушували їх. З часом (швидше до центру системи і повільніше на околицях системи) вони неминуче займуть стабільні орбіти, якщо їм не завадять нові інциденти.

Можливість існування невідомих планет в Сонячній системі. Чимало астрономів вважає, що на зовнішні області Сонячної системи відчутно гравітаційно впливає велика невидима планета. Такігіпотетичні об’єкти часто називають «Планетами Ікс» (рис. 26).

Одну з таких теорій висунули астрономи з Калтеху Костянтин Батигін і Майкл Браун. Можливо, це гіпотетична п’ята планета-гі-гант, з масою порядку 10 земних, розташована поза Нептуном. Спро-гнозована на основі аналізу руху низки транснептунових об’єктів.

Станом на початок 2016 року офіційної назви не має; дослідники між собою користуються назвою «Дев’ята планета» або «Фатті».

Імовірний період обертання девятої планети — 10-20 тисяч років. У перигелії вона має наближатися до Сонця приблизно до200 а.о. (30 млрд км), а в афелії — віддалятися до 600-1200 а.о.(90-180 млрд км). Орбіта планети, згідно з прогнозами, лежитьу площині, біля якої групуються збурювані нею орбіти транснептунових об’єктів, однак витягнута в протилежний бік: її перигелій розташований у напрямку їх афеліїв.

Положення дев’ятої планети на орбіті невідоме. Найбільш імовірно виявити її поблизу афелію, де тіла рухаються найповільніше і, відповідно, проводять більшу частину часу. Телескопи, здатні зареєструвати такий об’єкт на таких відстанях, здебільшого маютьдуже мале поле зору і погано підходять для пошуку. Якщо планета має потужну атмосферу з водню та гелію й ефективне перенесення енергії, то в її світності переважатиме випромінювання зарахунок внутрішніх джерел (гравітаційного стиснення), що робитиме її самосвітною.

У грудні 2018 року під час пошуку дев’ятої планети астрономи з Інституту науки Карнегі, а також Гавайського і Каліфорнійського університетів знайшли найбільш віддалений з усіх відомих науці об’єктів Сонячної системи — астероїд 2018 VG18, який вонизгодом назвали «Farout» (англ. — далеко). Дослідження про відношення Farout до дев’ятої планети тривають. Науковці не відкидають варіанта, що це просто велика купа різних об’єктів, об’єднаних спільним гравітаційним полем.

Висновки. До Сонячної системи входить Сонце, вісім планет і понад 100 їх супутників, а також пояс астероїдів та пояс Кой-пера, комети, метеороїди та космічний пил. Існування іншихпланет можливе, але не доведене. Планети Сонячної системи зарозмірами і будовою діляться на дві групи — планети земної групи (Меркурій, Венера, Земля, Марс) та планети-гіганти (Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун). Сонячна ситема входить до складугалактики Молочний шлях, яка є однією з багатьох інших галактик Всесвіту і теж, свою чергу, обертаються навколо центру.

Контрольні запитання

1. До якої групи планет належать Венера та Уран?

2. Що є визначальною силою для руху всіх тіл Сонячної системи?

3. До якої галактики належить наша сонячна система?

4. Планети якої групи мають тверду поверхню?

5. Чи існують невідомі планети в Сонячній системи?

 

Це матеріал з підручника Астрономія 11 клас Пришляк (профільний рівень) під керівництвом Яцківа Я. С.