НАУЧНЫЕ СТАТЬИ
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Научные Статьи
Астрономические Исследования
Образование Солнечной системы

    Все планеты, астероиды, кометы вращаются вокруг Солнца в одном направлении (против хода часовой стрелки, если смотреть с северного полюса мира). Орбиты планет практически круговые, их плоскости мало наклонены к плоскости орбиты Земли. Только две планеты – Меркурий и Плутон – имеют орбиты с большим наклоном к эклиптике. Орбиты же комет вытянутые, имеют большой эксцентриситет. Большинство объектов Солнечной системы вращаются вокруг своей оси в одном направлении, которое называется прямым. Однако Венера вращается в обратном направлении, а Уран вращается, как говорят, «лежа на боку». Почти все спутники обращаются вокруг планеты в том же направлении, что и планеты вокруг Солнца. Исключение составляют спутники Юпитера, чьи названия заканчиваются на «е» – Карме, Синопе, Ананке, Пасифе, и спутник Нептуна Тритон. По-видимому, все они образовывались не вместе со своими планетами, а были захвачены ими позже. Дни и годы на каждой из планет различны по своей продолжительности. Все планеты вращаются вокруг Солнца с разными скоростями. Самая большая скорость у Меркурия, медленнее всего - Плутон.

Образование планет у Солнца

    От угла наклона экватора планеты к плоскости орбиты и от вытянутости орбиты планеты зависит смена времен года на планете. Наклон оси вращения планеты – это угол между осью вращения планеты и перпендикуляром к плоскости ее орбиты, или, другими словами, угол между плоскостью экватора планеты и плоскостью орбиты. Ось вращения Земли отклонена от перпендикуляра к плоскости ее орбиты на угол, равный примерно 23,5°. Если бы не было этого наклона, смены времен года на Земле не существовало бы. Регулярная смена времен года – следствие движения Земли вокруг Солнца и наклона оси вращения Земли к плоскости орбиты. Аналогичная смена времен года происходит на Марсе. Самые длинные сутки на Венере, они продолжаются 243 земных суток. Планеты-гиганты вращаются вокруг своей оси очень быстро. Продолжительность суток на Юпитере всего 9,92 часа. Одним из важнейших факторов, влияющих на климат планет, является солнечное излучение, падающее на планету. Солнечное излучение, падающее на планету, частично отражается в космическое пространство, частично поглощается. Поглощенная энергия нагревает поверхность планеты. Исключительно важным фактором, влияющим на климат планет, является наличие или отсутствие атмосферы. Атмосфера планеты влияет на тепловой режим планеты. Плотная атмосфера планеты влияет на климат несколькими путями:

Солнечная система
Солнечная система погружена в Галактику, насчитывающую сотни миллиардов звезд самой разной светимости и цвета. Свойства разных типов звезд Галактики астрономам достаточно хорошо известны. Нашими соседями являются не просто типичные звезды и другие небесные объекты, а скорее представители многочисленных "племен" Галактики.
Строение Солнечной системы: планеты, астероиды

    а) парниковый эффект увеличивает температуру поверхности; б) атмосфера сглаживает суточные колебания температуры; в) движение воздушных масс (циркуляция атмосферы) сглаживает разность температур между экватором и полюсом. В 1766 году Иоганном Тициусом, а в 1772 году независимо от него Иоганном Боде, была подмечена закономерность в ряде чисел, выражающих средние расстояния планет от Солнца, так называемое правило Тициуса – Боде.
    Согласно компьютерным расчетам, первоначальная масса газопылевого облака, в котором образовалась Солнечная система, была более 104 М. Первоначальный размер облака существенно превышал размеры Солнечной системы, а его состав был аналогичен тому, что наблюдается в плотных холодных межзвездных туманностях, то есть 99 % межзвездного газа и 1 % межзвездной пыли. У нескольких десятков звезд в настоящее время обнаружены планетные системы. Телескопом им. Кека на Гавайских островах была исследована молодая звезда HR 4796. На полученных изображениях в инфракрасном диапазоне вокруг нее виден диск радиусом примерно 200 а.е. Центральная часть диска свободна от пыли. Считают, что в центральной области из пыли уже сформировались крупные планетные тела, а во внешней части продолжают формироваться кометы. В настоящее время общепризнанной является теория формирования планетной системы в четыре этапа.
    Планетная система формируется из того же протозвездного пылевого вещества, что и звезда, и в те же сроки. Первоначальное сжатие протозвездного пылевого облака происходит при потере им устойчивости. Центральная часть сжимается самостоятельно и превращается в протозвезду. Другая часть облака с массой, примерно в десять раз меньше центральной части, продолжает медленно вращаться вокруг центрального утолщения, а на периферии каждый фрагмент сжимается самостоятельно. При этом стихает первоначальная турбулентность, хаотичное движение частиц. Газ конденсируется в твердое вещество, минуя жидкую фазу. Образуются более крупные твердые пылевые крупинки – частицы. Чем крупнее образовавшиеся крупинки, тем быстрее они падают на центральную часть пылевого облака.
    Часть вещества, обладающая избыточным моментом вращения, образует тонкий газопылевой слой – газопылевой диск. Вокруг протозвезды формируется протопланетное облако – пылевой субдиск. Протопланетное облако становится все более плоским, сильно уплотняется. Из-за гравитационной неустойчивости в пылевом субдиске образуются отдельные мелкие холодные сгустки, которые, сталкиваясь друг с другом, образуют все более массивные тела – планетезимали. В процессе формирования планетной системы часть планетезималей разрушилась в результате столкновений, а часть объединилась. Образуется рой допланетных тел размером около 1 км, количество таких тел очень велико – миллиарды. Затем допланетные тела объединяются в планеты. Аккумуляция планет продолжается миллионы лет, что очень незначительно по сравнению со временем жизни звезды. Протосолнце становится горячим. Его излучение нагревает внутреннюю область протопланетного облака до 400 К, образовав зону испарения. Под действием солнечного ветра и давления света легкие химические элементы (водород и гелий) оттесняются из окрестностей молодой звезды. В далекой области, на расстоянии свыше 5 а.е., образуется зона намерзания с температурой примерно 50 К. Это приводит к различиям в химическом составе будущих планет.
    Как только масса пропланеты достигает 1–2 масс Земли, она способна захватывать атмосферу. Протоюпитер буквально за сотню лет увеличил свою массу за счет захвата газов в десятки раз. Затем скорость аккреции падает, т.к. весь газ непосредственно на пути планеты уже вобран, а снаружи он поступает достаточно медленно (за счет диффузии). В нашей Солнечной системе на периферии образовались планеты-гиганты, способные удержать возле себя газовые оболочки. Сначала сформировались ядра планет-гигантов, а затем планеты «нарастили» себе оболочку из водорода и гелия. Двухступенчатая модель образования гигантов подтверждается фактами. Массы ядер планет-гигантов примерно одинаковы и равны 15–20 М. Количество водорода уменьшается с увеличением расстояния. Чем больше масса планеты, тем быстрее идет аккреция газа на нее. По современным расчетам, рост Юпитера продолжался десятки миллионов лет, а рост Сатурна – сотни миллионов. У планет-гигантов возникли собственные минидиски из газа и пыли, из которых затем сформировались кольца и многочисленные спутники.
    При формировании Юпитера именно в районе его орбиты проходила граница конденсации водяных паров. По современным расчетам, на более близких расстояниях, в поясе астероидов, летучие вещества находились в газообразном состоянии. Это привело к тому, что рост допланетных тел в районе будущего Юпитера ускорился, а в районе пояса астероидов замедлился. Именно поэтому массивный Юпитер обогнал по скорости роста протопланету, более близкую к Солнцу. Но после своего «рождения» Юпитер стал тормозить образование этой планеты в поясе астероидов. Разогнанные тяготением планет-гигантов сгустки вещества выбрасывались на окраину Солнечной системы, где становились кометами. Гравитационные возмущения со стороны Юпитера и сейчас сильно воздействуют на астероиды.

Происхождение Тритона - большая загадка XXI вв.
Крэйгу Агнору (Craig Agnor) из Центра происхождения, динамики и эволюции планет Калифорнийского университета в Санта-Крузе и Дугласу Гамильтону из Университета штата Мэриленд, возможно, удалось раскрыть одну из величайших тайн нашей Солнечной системы.
Тритон

    Уран и Нептун росли еще медленнее. К тому времени газа в Солнечной системе из-за действия солнечного ветра осталось еще меньше, поэтому Уран и Нептун содержат меньше водорода в процентном содержании, чем Юпитер. Основными составляющими этих планет-гигантов являются вода, метан и аммиак. В центре Солнечной системы сформировались менее массивные планеты. Здесь солнечный ветер выдул мелкие частицы и газ. А вот более тяжелые частицы, наоборот, стремились к центру. Рост Земли продолжался сотни миллионов лет. Ее недра прогрелись до 1000–2000 К благодаря гравитационному сжатию и участвовавшим в аккумуляции крупным телам (до сотен километров в поперечнике). Падение таких тел сопровождалось образованием кратеров с очагами повышенной температуры под ними. Другой и основной источник тепла Земли – распад радиоактивных элементов, в основном, урана, тория и калия. В настоящее время температура в центре Земли достигает 5000 К, что гораздо выше, чем в конце аккумуляции.
    Солнечные приливы затормозили вращение близких к Солнцу планет – Меркурия и Венеры. С появлением радиологических методов был точно определен возраст Земли, Луны и Солнечной системы – около 4,6 млрд. лет. Компьютерные эксперименты продемонстрировали замечательное свойство нашей планетной системы: пролет звезды с массой порядка 0,1 массы Солнца через ее внешние области мало изменит орбиты планет земной группы. Этого нельзя сказать об удаленных объектах, расположенных в облаке Оорта, для которых расстояние от Солнца в сотни раз больше, чем радиус орбиты Земли. Гравитационное поле Галактики возмущает орбиты малых тел на окраине Солнечной системы и даже вызывает их появление внутри орбиты Земли.
    Что касается Солнца, центрального тела Солнечной системы, то это – типичная звезда главной последовательности, равновесие которой обусловлено равенством сил газового давления и гравитации. Солнце существует 5 миллиардов лет и еще столько же будет излучать практически неизменный поток энергии вследствие протекающих в его недрах ядерных реакций. Затем, в соответствии с законами звездной эволюции, Солнце превратится в красный гигант, и его радиус значительно увеличится, станет больше орбиты Земли. После этого газовая оболочка рассеется, и на месте Солнца останется белый карлик. Этот остаток нашего бывшего светила будет высвечивать запасы тепловой энергии в течение миллиардов лет, постепенно превращаясь в невидимый холодный объект. При этом температура на Земле сначала увеличится до 10 000°C, а затем уменьшится практически до абсолютного нуля.
    Современная планетная космогония встречается со многими вопросами, которые требуют строгого решения. Один из таких вопросов – парадокс вращательного момента. Протопланетные диски имеют небольшую массу, в 10–100 раз меньшую центральной звезды. Так, например, в Солнечной системе 99,8 % массы заключается в Солнце. Тем не менее, основной вращательный момент приходится именно на планеты. Поэтому вопрос о перераспределении вращательного момента из центральной части конденсирующегося газопылевого облака к периферии очень актуален и до сих пор не решен.


Захват Тритона Нептуном: одна из Проблем

    Крэйгу Агнору (Craig Agnor) из Центра происхождения, динамики и эволюции планет Калифорнийского университета (University of California - Earth Sciences at UCSC) в Санта-Крузе и Дугласу Гамильтону (Douglas Hamilton) из Университета штата Мэриленд (University of Maryland), возможно, удалось раскрыть одну из величайших тайн нашей Солнечной системы - они нашли самое вероятное объяснение странностям, связанным с аномально крупным спутником Нептуна Тритоном. Эти американские ученые-планетологи считают, что на заре формирования Солнечной системы Тритон не был связан с Нептуном, но зато входил в состав двойной планетной системы вместе с компаньоном сопоставимых размеров (эта пара планетоидов или, планетезималей обитала во внешней части Солнечной системы, среди других транснептуновых объектов будущего пояса Койпера). При катастрофическом сближении с Нептуном гравитация гигантской планеты высвободила Тритон из "братских объятий" его партнера, отбросив последнего в глубокий космос, ну а Тритон остался "при хозяине".
    Как известно, Тритон (масса которого (2,15x1022 кг) примерно на 40 процентов превышает массу "девятой планеты" - Плутона, а диаметр равен приблизительно 2 700 километрам) имеет наклонную орбиту и движется в направлении, противоположном вращению самого Нептуна (то есть характеризуется так называемым "нерегулярным" орбитальным движением). Это верный признак того, что такой спутник был когда-то захвачен, а не родился подле гиганта, но астрономам долго не удавалось понять механизм этого захвата. Проблема состояла в том, что Тритон, чтобы перейти на свою нынешнюю практически идеально круговую орбиту, должен был каким-то образом потерять энергию. Соударение с какой-либо древнейшей нептуновой луной могло бы в принципе замедлить движение Тритона, однако подобная гипотеза имеет свои сложности: если бы луна-мишень была маленькой, то захват Тритона попросту не удалось бы осуществить, в то время как удар о спутник достаточно крупных размеров почти неизбежно должен был бы разрушить сам Тритон.
    По мнению Агнора и Гамильтона, избыточную энергию мог унести с собой гипотетический компаньон Тритона. Их вычисления показывают, что при близком подходе Тритона и его партнера к Нептуну гравитация гигантской планеты могла разорвать связь между этой парой и привести к обмену импульсами, в результате которого собрат Тритона был либо выброшен вон из Солнечной системы, либо врезался в Нептун или еще какую-нибудь гигантскую планету - в общем, участь его была незавидной (для него "намечен" самый вероятный маршрут - от Нептуна - в окрестности Урана, затем к Юпитеру, вышвырнувшему беднягу во внешнюю часть планетной системы). За прошедшее десятилетие в поясе Койпера было обнаружено много двойных планетоидов, и это служит косвенным подтверждением новой теории. Недавние обзоры указывают на то, что приблизительно 11 процентов объектов KBOs (Kuiper belt objects) - это двойные астероиды (или более, чем двойные). Примером может служить и Плутон со своим спутником Хароном (и еще двумя совсем мелкими спутниками), ведь размеры последнего лишь вдвое уступают "хозяину", а масса Харона - это одна восьмая массы Плутона.
    Двойные астероиды встречаются также в Главном (основном) поясе астероидов, расположенном между орбитами Марса и Юпитера, а также среди популяций так называемых "троянцев" на орбите Юпитера (скоплений астероидов в точках Лагранжа). Ну а другие имеющиеся теории (например, Тритон мог бы еще "затормозиться", проходя через более обширную, чем ныне, систему колец Нептуна или испытать эффект аэродинамического торможения от его первородного газового диска) вынуждены иметь дело с менее вероятными процессами (приходится "подбирать" какой-нибудь "особо удачный" момент в истории развития Солнечной системы, когда диск у Нептуна после торможения Тритона сразу бы и рассеивался, а не тормозил его до того, что спутник просто врезался бы в планету). Алессандро Морбидели (Alessandro Morbidelli) из французской Обсерватории Лазурного берега (Observatoire de la Cote d'Azur) считает, что Нептун вообще никогда не имел более обширной, чем ныне, атмосферы, так как развивался достаточно медленно. Существовали ранее и догадки о связи судьбы Тритона с Плутоном, орбита которого, как известно, пересекает орбиту Нептуна, однако неясно, проверялась ли такая связь с помощью сколько-нибудь серьезного моделирования.
    Орбита Тритона располагается между группой сравнительно небольших внутренних лун с "правильными", регулярными орбитами и внешней группой опять же маленьких спутников с нерегулярными (ретроградными) орбитами. Из-за "неправильного" движения по орбите приливное взаимодействие между Нептуном и Тритоном забирает энергию от Тритона, что приводит к понижению его орбиты. В далеком будущем спутник либо разрушится (возможно, превратившись в кольцо), либо упадет на Нептун. Есть в Солнечной системе и другие "неправильные" луны, включая маленькие внешние спутники Юпитера и Сатурна, однако они все очень даже невелики по сравнению с Тритоном (по массе не превышают нескольких тысячных тритоновой массы) и обладают гораздо более широкими и более вытянутыми (эксцентричными) орбитами. Обратное движение характерно для спутников Юпитера Ананке, Карме, Пасифае, Синопе и др. ("е" на конце как правило и служит для обозначения "левачества") и спутника Сатурна Фебы. Все они также считаются захваченными планетами астероидами.
    Помимо необычной орбиты и своих больших габаритов, Тритон (а открыт он был Уильямом Ласселлем в 1846 году, всего через 17 дней после открытия самого Нептуна) известен и многими другими "чудачествами". На его поверхности извергаются огромные фонтаны, состоящие из охлажденного метана и жидкого азота, - так называемые "ледяные гейзеры" (их смог рассмотреть пролетавший мимо 25 августа 1989 года "Вояджер-2" (Voyager 2)). И хотя на Тритоне царят чрезвычайно низкие температуры (-235°C), некоторое астробиологи осмеливаются говорить о возможности существования на этом спутнике жизни, потому что замороженная вода занимает четвертую часть его объема (остальное - горные породы), и к тому же у него есть разреженная атмосфера (около 0,01 миллибар, в основном это азот с небольшим добавлением метана; из всех спутников атмосферой обладает еще только Титан). Орбита Тритона наклонена на 157 градусов к оси вращения Нептуна, которая в свою очередь имеет наклон в 30 градусов к орбитальной плоскости самой планеты. Исследователи теперь пытаются понять, нельзя ли новоразработанный механизм применить и к другим эксцентричным лунам Солнечной системы.

Наши работы брендирование витрины.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru