Сонячна система включає Сонце, 9 великих планет, які сукупно мають 54 супутники (понад 20 з них відкриті у 80-ті роки XX ст.), близько 2300 малих планет (астероїдів), безліч комет і метеоритів. Сонце - єдина зірка системи, являє собою величезну кулю розжа реної плазми, що обертається, і знаходиться у центрі Сонячної си стеми (рис. 3.2). На долю Сонця припадає 99,9 % загальної маси Сонячної системи, тому вона є центром тяжіння для небесних тіл. Навколо Сонця обертаються всі тіла системи. Всі вони утримують ся разом завдяки силі його гравітаційного поля. Сонце віддалене від Землі у середньому на відстань 149,6 млн км. Ця величина прийнята на Міжнародному астрономічному з’їзді у 1964 р. за одиницю вимірювань між космічними об’єктами і нази вається астрономічною одиницею довжини (а. о. д.). Вік Сонця не перевищує 5 млрд років. У складі сонячної плазми виявлено близько 70 хімічних елементів. Біля 70 %маси Сонця скла дають ядра Гідрогену - протони, які вступають між собою в реак цію. При цьому утворюються більш великі ядра Гелію (до 29 % маси Сонця) і виділяється величезна термоядерна енергія. Серед великих планет і їх супутників немає тіл з однаковим хімічним складом. Нема жодної планети, за складом тотожної Сон цю. У той же час існує залежність: чим масивніша планета, тим її склад ближчий до складу Сонця (Юпітер, Сатурн, Уран). Усі великі планети Сонячної системи за своїми розмірами, гус тиною і деякими іншими характеристиками поділяються на дві різко відмінні групи: планети земноїгрупи, або т. зв. внутрішні планети
(Меркурій, Венера, Земля, Марс; до них можна приєднати також Місяць) і планети-гіганти, або зовнішні пла нети (Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун). Перша група планет має порівняно малі розміри, але велику густину; для них характерне більш повільне обер тання і мала кількість супутників, або ж їх може не бути зовсім (табл. 3.1). Зовнішні планети більші за розміра ми, з меншою густиною і великою швидкістю обертання. Виняток за ба гатьма параметрами становить дев’я та планета - Плутон, найвіддаленіша від Сонця, яка має найбільший нахил своєї осі до площини орбіти та най меншу масу. Відповідно до сучасних уявлень, всі тіла Сонячної системи утворились в єдиному процесі з газово-пилуватої хмари. Відмінність складу двох груп планет пов’язана зі зменшенням тем ператури в початковій хмарі у міру віддалення від Сонця. Це призвело до того, що більш віддалені планети Рис. 3.2. Будова Сонячної систе ми (показані відносні розміри Сон увібрали в себе багато летких речо ця, планет і їхніх найбільших су вин і стали масивнішими. путників) Радіус Сонця І1о=6,96-10|0см, тобто в 109 разів більший від екваторіального радіуса Землі, маса Сонця Мо=1,99,1030кг, тобто у 333000 разів більша, ніж маса Землі. Середня густина сонячної речовини дорівнює 1,41-Ю3кг/м3, що ста новить 0,256 середньої густини Землі. Прискорення вільного падін ня на рівні видимої поверхні Сонця g=2,74•102 м/с2, тобто у 28 разів більше, ніж на поверхні Землі. Наша планета обертається навколо Сонця по слабо витягнутому еліпсу з швидкістю 29,78 км/с. Сила притягання Сонця, яка утримує Землю на орбіті, становить при близно 3,6-Ю2 кг. Вона могла би розірвати сталевий трос діамет 1 ром 3000 км.
Таблиця 3.1. Фізичні і динамічні характеристики планет Сонячної системи Еквато ріаль Маса Планета ний планети, радіус, 10й кг 10і м Меркурій Венера Земля Марс Юпітер Сатурн Уран Нептун Плутон 2439 6051 6378 3393 71398 60330 26200 25230 1150 Середня Швид густіша кість речови звіль ни пла нення 3 нети, поверхні, 10“ кг/м3 10“ м/с 5,43 4,25 0,3303 10,4 4,870 5,25 11,2 5,976 5,518 5,02 3,45 0,6421 59,6 1900 1,33 0,69 35,5 568,8 86,87 1,15 21,3 23,3 102,0 1,55 0,013 2,1±0,5 1,5 Середня віддаль від Сонця, млн км 57,90 108,16 149,60 227,99 778,37 1427,03 2869,63 4496,68 5900,22 Екс цент риситет орбіти 0,206 0,007 0.017 0,093 0,048 0,056 0,047 0,009 0,247 Нахил орбіти до цент ральної площини системи, градуси
КілПеріод сть обертання навколо осі супут ників 58,65 доби 243,01 доби 23,9345 год 24,63 год 9,925 год 10,233 год 17,3 год 15,8 год 6,387 доби 0 0 1 2 16 17 15 2 1
6,3 2,2 1,6 1.7 0,3 0,9 1,0 0,8 15.7
Під дією гравітації Сонце, як і будь-яка зірка, намагаєт ься стис нутись. Цьому стисненню протидіють сили, що виникають унаслі док високої температури і густини внутрішніх шарів Сонця. При густині 150-103 кг/м3температура в надрах Сонця повинна бути не нижча приблизно 14 млн градусів з тим, щоб власний тиск газів, які містяться там, ефективно перешкоджав швидкому стисненню. Температура зовнішніх шарів Сонця (хромосфера) становить близь ко 6000 К, иоблизу центра Сонця температура близька до 20 млн К. Така висока температура у центральних областях Сонця може під тримуватись довго тільки термохімічними реакціями перетворен ня Гідрогену в Гелій, які є основним джерелом енергії Сонця (Адаменко, 2000; Федорищак, 1995). Колосальна енергія, яку виділяє Сонце, розсіюється у космічно му просторі. Від Сонця до Землі скеровується потужний потік елек тромагнітної енергії в широкому діапазоні довжин хвиль, що зага лом складають сонячний спектр. Умовно весь спектр поділяють на три зони: 1) ультрафіолетове (УФ) випромінювання, що має дов жину хвиль до 0,4 мкм; 2) видимі (В) промені в інтервалі приблизно 0,4...0,76 мкм; 3) інфрачервоне (14) випромінювання з довжиною хвиль понад 0,76 мкм. Сонячне випромінювання без будь-яких змін досягає зовнішньої межі атмосфери. Якби не земна атмосфера, то повний сонячний спектр надходив би до земної поверхні. Втім ат мосфера слугує потужним фільтром, що вибірково вилучає зі спек тра деякі його зони. Вилучене випромінювання перетворюється на тепло й зумовлює нагрівання (зростання внутрішньої енергії) час тинок повітря. Наслідком цього є утворення в шарах атмосфери вертикальних зон високої енергії: термосфери (іоносфери) та стра-
тосфери. Найсуттєвіше поглинання у-випромінювання й жорсткої УФ-радіації (А,<0,1 мкм) відбувається на висоті понад 100... 200 км над земною поверхнею (в термосфері). У шарі максимальної концентрації озону (озоносфері, що в стра тосфері) на висоті 20...25 км втрачається ще деяка частина корот кохвильової (ультрафіолетової) радіації. Отже, у верхніх та середніх шарах атмосфери затримується найзагрозливіша для живих організмів зона спектра. Незначна частка сонячної енергії досягає поверхні Землі у вигляді видимого світла, рентгенівського, ульт рафіолетового, теплового випромінювань і радіохвиль. За величи ною енергія Сонця залишається практично незмінною уже майже 5 млрд років. Згідно з підрахунками учених, Сонце перебуває в головній фазі свого розвитку, яка буде тривати ще приблизно 7 млрд р. Активність Сонця повторюється у середньому через кожні 11,3 роки. Цей період називається сонячним циклом. Підвищення активності триває 4,2 року, спад - 7 років. Рентгенівське випромі нювання досягає Землі через 8...30 хв після спалаху, а потік заря джених протонів і електронів - приблизно через добу. Повна кількість випромінюваної Сонцем енергії визначається за значенням сонячної сталої, тобто за кількістю енергії, що при носиться сонячними променями за 1 хв на площину 1 см2, розташо вану на середній відстані 65 км від Землі, перпендикулярно падаю чим променям. Сонячна стала приблизно дорівнює 2 кал/см2-хв; з точністю до часток відсотка вона залишається сталою протягом 11,3-річного циклу сонячної активності. Помноживши цю величи ну на площу сфери з радіусом в 1 а. о. д. можна визначити по тужність випромінювання Сонця - його світність Ц,-3,83-103 ерг/с 3 (3,83-Ю2 Вт). 6 Основними закономірностями Сонячної системи, що мають, на певно, космічне значення, прийнято вважати наступні. 1. Всі планети обертаються навколо Сонця майже в одній і тій же площині, яка приблизно співпадає з площиною сонячного еква тора, і рухаються в однаковому (“прямому”) напрямі, який співпа дає з напрямом осьового обертання Сонця (проти годинникової стрілки, якщо дивитись на Сонячну систему з Північного полюса світу). 2. Осьові обертання майже всіх планет (за винятком Венери і Урану) також є “прямими”. 3. Радіуси планетарних орбіт приблизно підпорядковуються знайденому з спостережень закону Боде-Тициуса К„=(0,3-2П 2+0,4) а. о. д., (3.1) де п - номер планети.
Ця формула справедлива і для планет-гігантів (якщо вважати Юпітер не п’ятою, а шостою планетою), в свій час стимулювала пошуки п’ятої планети. На її місці було відкрито кілька астероїдів (при п = 5,11=2,8 а. о. д.). 4. Має місце значна диспропорція у розподілі маси і моменту кількості руху між Сонцем і планетами: на долю планет припадає 0,15 % маси і 98 % моменту кількості руху всієї Сонячної системи. Тобто, питомий (на одиницю маси) момент кількості руху в планет більший, ніж у Сонця, в середньому в 35 тис. разів. Ця обставина виявилась непоборною перешкодою для багатьох космічних гіпо тез. В новітніх гіпотезах приймається, що за перенесення моменту кількості руху у Сонячній системі відповідає магнітне поле Сонця. Основною силою, яка скеровує рух планет і пов’язує воєдино Сонячну систему, є сонячна гравітація, що описується законом все світнього тяжіння. Невід’ємною властивістю будь-якого тіла є не лише здатність притягувати, але й відштовхувати інші тіла. Відштов хувальна (репульсивна) дія кожного тіла зумовлена його електро магнітним (саме світловим) випромінюванням. Сумарна (за всіма довжинами хвиль) випромінювальна здатність е нагрітих тіл при близно (а для чорних тіл точно) визначається законом випроміню вання Стефана-Больцмана: е = стТ4, (3.2) де: а - стала; Т - абсолютна температура випромінюваного тіла. Випромінювані довільним тілом (зазвичай Т*0) кванти елект ромагнітного поля поширюються у всіх напрямах зі швидкістю світла с і при поглинанні або відображенні зустрічними тілами відштовхують їх, передаючи їм при цьому свою кількість руху. Існування Сонячної системи зумовлене дією сонячної гравітації, тому природно визначити межі Сонячної системи, де переважає притягання Сонця. Радіус цієї області, розрахований без враху вання світлової репульсії, дорівнює 2-Ю5а. о., а повна маса розмі щеної в ній дифузійної матерії дорівнює масі Сонця (Адаменко, 2000). Для того, щоб тіло було сталим членом Сонячної системи, воно повинне не лише знаходитись в межах переважаючого притягання Сонця, але й мати відносно нього від’ємну повну енергію. У зв’яз ку з цим можна припустити, що переважна більшість космічних пи линок, які знаходяться в радіусі переважаючого гравітаційного впливу Сонця, в дійсності належать до Сонячної системи. Справді, межею Сонячної системи може вважатися сфера переважаючої гра вітації Сонця тільки для великих тіл, яка практично не підлягає дії світлової репульсії.
Безперечно, що вже для частинок з діаметром 103см межа Со нячної системи значно скоротилась би, а при подальшому змен шенні розмірів частинок радіус переважаючого притягання Сонця наближався б до нуля. Жодна частинка діаметром 105см, яку б початкову умову руху вона не мала, не може бути членом Соняч ної системи. Аналогічні частинки виштовхуються з її меж випро мінюванням Сонця і стають блудниками міжзіркового простору. Тільки темна зірка в змозі здійснити захоплення таких космічних пилинок. Периферія Сонячної системи поки що досліджена мало. Не виключено, що крім комет і газопилуватих хмар, на віддалених окраїнах Сонячної системи існують ще не відкриті планети. Сонячні тепло і світло живлять енергією різні природні проце си. Тепло впливає на клімат, приводить в дію кругообіг води, відіграє велику роль при вивітрюванні і ерозії, створює на Землі умови, сприятливі для біоти. Без цього джерела енергії не було б унікального в Сонячній системі, а можливо й у Всесвіті, рослинно го і тваринного світу, а також і самої людини.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Сонячна система» з дисципліни «Геофізична екологія»
