Солнечная система как образец

Меркурий (0,4 а. е. от Солнца) является ближайшей планетой к Солнцу и наименьшей планетой системы (0,055 массы Земли). У Меркурия нет спутников, а его единственными известными геологическими особенностями, помимо ударных кратеров, являются многочисленные зубчатые откосы, простирающихся на сотни километров — эскарпы, возникшие, вероятно, во время приливных деформаций на раннем этапе истории планеты во время, когда его периоды обращения вокруг оси и вокруг Солнца не вошли в резонанс. Меркурий имеет крайне разреженную атмосферу, она состоит из атомов, «выбитых» с поверхности планеты солнечным ветром. Относительно большое железное ядро Меркурия и его тонкая кора ещё не получили удовлетворительного объяснения. Имеется гипотеза, предполагающая, что внешние слои планеты, состоящие из лёгких элементов, были сорваны в результате гигантского столкновения, которое уменьшило размеры планеты, а также предотвратило полное поглощение Меркурия молодым Солнцем

Венера близка по размеру к Земле (0,815 земной массы) и, как и Земля, имеет толстую силикатную оболочку вокруг железного ядра и атмосферу. Имеются также свидетельства её внутренней геологической активности. Однако количество воды на Венере гораздо меньше земного, а её атмосфера в девяносто раз плотнее. У Венеры нет спутников. Это самая горячая планета, температура её поверхности превышает 400 °C. Наиболее вероятной причиной столь высокой температуры является парниковый эффект, возникающий из-за плотной атмосферы, богатой углекислым газом. Не было обнаружено никаких однозначных свидетельств геологической деятельности на Венере, но, так как у неё нет магнитного поля, которое предотвратило бы истощение её существенной атмосферы, это позволяет допустить, что её атмосфера регулярно пополняется вулканическими извержениями.

Земля является наибольшей и самой плотной из внутренних планет, она единственная проявляет геологическую активность, и у неё наблюдается тектоника плит. Насколько известно в настоящее время, Земля является единственным местом во Вселенной, где существует жизнь; во многом это обусловлено её гидросферой — уникальным явлением среди планет земной группы. Атмосфера Земли радикально отличается от атмосфер других планет — изменённая присутствием жизни, она содержит свободный кислород. У Земли есть один естественный спутник — Луна, единственный большой спутник планет земной группы Солнечной системы.

Марс меньше Земли и Венеры (0,107 массы Земли). Он обладает атмосферой, состоящей главным образом из углекислого газа, с поверхностным давлением 6,1 мбар (0,6 % от земного). На его поверхности есть вулканы, самый большой из которых, Олимп, превышает размерами все земные вулканы. Рифтовые впадины (Долина Маринера), наряду с вулканами свидетельствуют о прошлой геологической активности, которая, по современным данным окончилась около 2 млн лет назад. Красный цвет поверхности Марса вызван большим количеством оксида железа в его грунте. У Планеты есть два спутника Марса (Деймос и Фобос) — предполагается, что они являются захваченными астероидами.

Юпитер обладает массой в 318 масс Земли, что в 2,5 раза массивнее всех остальных планет, вместе взятых. Он состоит главным образом из водорода и гелия. Высокая внутренняя температура Юпитера вызывает множество полупостоянных вихревых структур в его атмосфере, таких как полосы облаков и Большое красное пятно.
У Юпитера имеется 63 спутника. Четыре крупнейших — Ганимед, Каллисто, Ио и Европа — схожи с планетами земной группы такими явлениями, как вулканическая активность и внутренний нагрев. Ганимед, крупнейший спутник в Солнечной системе, больше Меркурия.

Сатурн известный своей обширной системой колец, имеет несколько схожие с Юпитером структуру атмосферы и магнитосферы. Хотя размер Сатурна составляет 60 % Юпитерианского, масса (95 масс Земли) меньше трети юпитерианской; таким образом, Сатурн — наименее плотная планета Солнечной системы (его средняя плотность сравнима с плотностью воды).
У Сатурна имеется 61 подтверждённый спутник; два из них — Титан и Энцелад, проявляют признаки геологической активности. Активность эта, однако, не схожа с земной, поскольку в значительной степени обусловлена активностью льда. Титан, превосходящий размерами Меркурий, — единственный спутник в Солнечной системе с существенной атмосферой.

Уран с массой в 14 масс Земли является самой лёгкой из внешних планет. Уникальным среди других планет его делает то, что он вращается «лёжа на боку»; наклон оси его вращения к плоскости эклиптики больше девяноста градусов. Если другие планеты можно сравнить с вращающимися волчками, то Уран больше похож на катящийся шар. Он имеет намного более холодное ядро, чем другие газовые гиганты, и излучает очень немного тепла в космос.
У Урана открыты 27 спутников; наибольшие — Титания, Оберон, Умбриэль, Ариэль и Миранда.

Нептун хотя и немного меньше Урана, более массивен (17 масс Земли) и поэтому более плотный. Он излучает больше внутреннего тепла, но не столько, как Юпитер или Сатурн.
У Нептуна имеется 13 известных спутников. Крупнейший — Тритон, является геологически активным, с гейзерами жидкого азота. Тритон — единственный крупный спутник, движущийся в обратном направлении. Также Нептун сопровождается астероидами, называемыми Нептунские троянцы, которые находятся с ним в резонансе 1:1.

Плутон — карликовая планета, крупнейший известный объект пояса Койпера. После обнаружения в 1930 году считался девятой планетой; положение изменилось в 2006 году с принятием формального определения планеты. У Плутона умеренный эксцентриситет орбиты с наклонением в 17 градусов к плоскости эклиптики, и он то приближается к Солнцу на расстояние 29,6 а. е., оказываясь к нему ближе Нептуна, то удаляется на 49,3 а. е.
Неясна ситуация с наибольшим спутником Плутона — Хароном: продолжит ли он классифицироваться как спутник Плутона или будет переклассифицирован в карликовую планету. Поскольку центр масс системы Плутон—Харон находится вне их поверхностей, они должны рассматриваться в качестве двойной планетной системы. Два меньших спутника — Никта и Гидра, обращаются вокруг Плутона и Харона.
Плутон находится с Нептуном в орбитальном резонансе 3:2 — на каждые три оборота Нептуна вокруг Солнца приходится два оборота Плутона, весь цикл занимает 500 лет. Объекты пояса Койпера, чьи орбиты обладают таким же резонансом, называют плутино.

Хаумеа — карликовая планета, хотя и меньше Плутона, крупнейший из известных классических объектов пояса Койпера (не находящихся в подтверждённом резонансе с Нептуном). Хаумеа имеет сильно вытянутую форму и период вращения вокруг своей оси около 4 часов. Два спутника и ещё по крайней мере восемь транснептуновых объектов являются частью семейства Хаумеа, которое сформировалась миллиарды лет назад из ледяных осколков после того, как большое столкновение разрушило ледяную мантию Хаумеа. Орбита планеты обладает большим наклонением — 28°.

Макемаке — первоначально обозначался как 2005 FY9, в 2008 году получил имя и объявлен карликовой планетой. В настоящее время объект является вторым по видимой яркости в поясе Койпера после Плутона. У Макемаке пока не обнаружено спутников. Имеет диаметр от 50 % до 75 % диаметра Плутона, орбита наклонена на 29° и имеет эксцентриситет около 0,16.

Движение Солнечной системы в межзвёздном пространстве

Межзвёздная среда в окрестностях Солнечной системы неоднородна. Наблюдения показывают, что Солнце движется со скоростью около 25 км/с сквозь Местное межзвёздное облако и может покинуть его в течение следующих 10 тысяч лет. Большую роль во взаимодействии Солнечной системы с межзвёздным веществом играет солнечный ветер.
Наша планетная система существует в крайне разреженной «атмосфере» солнечного ветра — потока заряженных частиц (в основном водородной и гелиевой плазмы), с огромной скоростью истекающих из солнечной короны. Средняя скорость солнечного ветра, наблюдаемая на Земле, составляет 450 км/с. Эта скорость превышает скорость распространения магнитогидродинамических волн, поэтому при взаимодействии с препятствиями плазма солнечного ветра ведёт себя аналогично сверхзвуковому потоку газа. По мере удаления от Солнца, плотность солнечного ветра ослабевает, и наступает момент, когда он оказывается более не в состоянии сдерживать давление межзвёздного вещества. В процессе столкновения образуется несколько переходных областей.
Сначала солнечный ветер тормозится, становится более плотным, тёплым и турбулентным. Момент этого перехода называется границей ударной волны (англ. termination shock) и находится на расстоянии около 85—95 а. е. от Солнца. (По данным, полученным с космических станций «Вояджер-1» и «Вояджер-2», которые пересекли эту границу в декабре 2004 года и августе 2007.)
Ещё приблизительно через 40 а. е. солнечный ветер сталкивается с межзвёздным веществом и окончательно останавливается. Эта граница, отделяющая межзвёздную среду от вещества Солнечной системы, называется гелиопаузой. По форме она похожа на пузырь, вытянутый в противоположную движению Солнца сторону. Область пространства, ограниченная гелиопаузой, называется гелиосферой.
Согласно данным аппаратов «Вояджер», ударная волна с южной стороны оказалась ближе, чем с северной (73 и 85 астрономических единиц соответственно). Точные причины этого пока неизвестны; согласно первым предположениям, асимметричность гелиопаузы может быть вызвана действием сверхслабых магнитных полей в межзвёздном пространстве Галактики.
По другую сторону гелиопаузы, на расстоянии порядка 230 а. е. от Солнца, вдоль головной ударной волны (bow shock) происходит торможение с космических скоростей налетающего на Солнечную систему межзвёздного вещества.
Ни один космический корабль ещё не вышел из гелиопаузы, таким образом, невозможно знать наверняка условия в местном межзвёздном облаке. Ожидается, что «Вояджеры» пройдут гелиопаузу и передадут ценные данные относительно уровней излучения и солнечного ветра. Недостаточно ясно, насколько хорошо гелиосфера защищает Солнечную систему от космических лучей. Команда, финансируемая НАСА, разработала концепцию миссии «Vision Mission» — посылки зонда к границе гелиосферы

Самой большой планетой Солнечной системы и наиболее массивной из них является Юпитер. Его экваториальный диаметр равен 143884 км, что в 11,209 раз превышает диаметр Земли и составляет 0,103 диаметра Солнца. Форма Юпитера не совсем сферическая, поскольку планета состоит из газа и жидкости и быстро вращается. Полярный диаметр Юпитера равен 133708 км. По объему Юпитер эквивалентен 1319 объемам Земли. Масса Юпитера в 318 раз превышает массу Земли и в 2,5 раза больше массы всех остальных планет, вместе взятых. Для того, чтобы образовалась масса, равная массе Солнца, потребуется 1047 таких планет, как Юпитер.

Экваториальный диаметр следующей самой большой планеты, Сатурна, составляет 0,84 диаметра Юпитера, а его масса равна 0,30 массы самой большой планеты. Как Юпитер, так и Сатурн смогли достичь столь больших размеров потому, что они формировались в ранний период развития Солнечной системы в таком месте, где можно было собрать большое количества газа солнечной туманности.

Самый маленький объект со статусом большой планеты в Солнечной системе - Плутон. Его диаметр равен всего 2324 км, - почти таков же размер континентальой части Соединенных Штатов Америки с севера на юг. Однако это больше чем в четыре раза превышает размер самого большого астероида Церера(1). Начиная с 1992 г., было открыто более 50 тел меньше Плутона, также вращающихся вокруг Солнца за орбитой Нептуна, в области, известной как пояс Койпера. Из всех ледяных планетоподобных тел, оставшихся от ранней стадии образования планетарной системы Солнца, Плутон, как кажется, представляет собой самое большое тело. Плутон не был выброшен в удаленное от Солнца облако Оорта, потому что попал в резонанс с Нептуном: за каждые три оборота Нептуна вокруг Солнца Плутон совершает ровно два. Это означает, что Плутон никогда не приблизится к Нептуну настолько близко, чтобы уступить гравитационному тяготению своего намного более массивного соседа.

Планета, которая при наблюдении с Земли кажется самой яркой, - Венера. Ее максимальная звездная величина равна -4,4. Венера ближе всех подходит к Земле и, кроме того, наиболее эффективно отражает солнечный свет, поскольку поверхность планеты закрыта облаками. Верхние слои облаков Венеры отражают 76% падающего на них солнечного света. Когда Венера выглядит наиболее яркой, она находится в фазе серпа. Орбита Венеры лежит ближе к Солнцу, чем орбита Земли, поэтому диск Венеры полностью освещен только тогда, когда она находится на противоположной от Солнца стороне. В это время расстояние до Венеры самое большое, а ее видимый диаметр - самый маленький. Когда Венера находится на той же стороне от Солнца, что и Земля, мы можем видеть только серп ее освещенной стороны, но этот полумесяц занимает на небе намного большую область, чем диск "полной" Венеры, находящейся на значительном удалении. На Венере поверхностная температура составляет от 460° до 480° C, благодая чему ее можно считать самой горячей планетой в Солнечной системе. Высокая температура венерианской поверхности связана с наличием у нее плотной атмосферы, состоящей из углекислого газа. Атмосфера выполняет роль теплоизолирующего одеяла: средняя температура поверхности на 500 градусов выше той, которая была бы при отсутствии атмосферы. Солнечное излучение проникает через облака Венеры, а из-за наличия в атмосфере углекислоты возникает явление, известное как парниковый эффект. В ранней истории Солнечной системы, когда Солнце было не столь ярким, как сейчас, Венера была холоднее, и на ней были океаны жидкой воды. Вода постепенно испарялась, способствуя возникновению парникового эффекта, но примерно за миллион лет вся она рассеялась в космическом пространстве. По мере повышения температуры из скальных пород на поверхности планеты освобождалось все больше углекислоты, что привело к "безудержному" развитию парникового эффекта и к наблюдаемому ныне перегреву Венеры.

Самая низкая температура, когда-либо зарегистрированная на поверхности тел в Солнечной системе, - поверхностная температура одной из лун Нептуна, Тритона. По измерениям, сделанным "Вояджером-2", эта температура оказалась равной -235°C, что всего на 38° выше абсолютного нуля. Температура поверхности Плутона почти наверняка близка к этим значениям, но пока мы имеем только ее оценки, сделанные с поверхности Земли. По этим оценкам яркие области Плутона имеют температуру около -233°C, а более темные примерно на 20° теплее. Плутон и Тритон кажутся очень похожими друг на друга: степень их подобия намного больше, чем у любой другой пары тел в Солнечной системе. Поверхностная температура планет или лун зависит от нескольких факторов (насколько велико расстояние от Солнца, имеется ли внутренний источник тепла, каково влияние атмосферы). Как Тритон, так и Плутон получают от Солнца очень мало тепла, не имеют внутреннего источника тепла и сильно охлаждаются за счет испарения льда с их поверхности.

Восемнадцать официально зарегистрированных лун, у каждой из которых есть свое название, имеет Сатурн. Это больше, чем у любой другой планеты. Имеются достаточные основания для того, чтобы утверждать наличие и девятнадцатой луны, хотя для получения ею официального статуса данных пока недостаточно. Открытие двух новых лун у Урана в 1997 г. довело их общее количество до 17, а третьим в этом списке стоит Юпитер со своими 16 спутниками. Вполне вероятно, что у всех трех планет есть до сих пор не открытые небольшие луны. Происхождение планетарных лун не вполне ясно, но кажется вероятным, что большие луны Сатурна и других гигантских планет (как и их небольшие внутренние луны) сформировались вместе и одновременно с родительскими планетами, а небольшие внешние луны являются астероидами, захваченными позднее.

Самая большая в Солнечной системе луна - спутник Юпитера Ганимед, диаметр которого равен 5262 км. Самая большая луна Сатурна -Титан - является по размеру второй (ее диаметр составляет 5150 км), и одно время считалось даже, что Титан больше Ганимеда. На третьем месте идет соседний с Ганимедом спутник Юпитера Каллисто. Как Ганимед, так и Каллисто больше, чем планета Меркурий (диаметр которой равен 4878 км). Ганимед своим статусом "самой большой луны" обязан толстой мантии льда, которая покрывает его внутренние слои из скальных пород. Твердые ядра Ганимеда и Каллисто, вероятно, близки по своим размерам к двум небольшим внутренним галилеевым лунам Юпитера - Ио (3630 км) и Европе (3138 км). Однако из-за близости к Юпитеру они получают больше тепла, так что Ио совсем не имеет ледяной мантии, а у Европы имеется только тонкая корка льда, возможно, со слоем подтаявшей подо льдом воды. В отличие от них, Ганимед наполовину состоит из льда (вторая половина - твердые породы).

Самая маленькая луна, размеры которой точно известны - спутник Марса Деймос. Деймос, грубо говоря, имеет форму эллипсоида с размерами 15x12x11 км. Его возможный соперник - луна Юпитера Леда, диаметр которой оценивается примерно в 10 км. Размеры других небольших лун, вращающихся вокруг своих планет, точно определить трудно, поскольку их можно наблюдать только как точечные объекты. Оценки их размеров зависят от того, какое значение принять для отражательной способности их поверхности. Считается, что Деймос, как и другой спутник Марса Фобос, представляет собой астероид, захваченный планетой. Они оба имеют очень темную поверхность, отражая всего несколько процентов падающего на них света. Эти спутники подобны астероидам, которые обычно находят во внешней части пояса астероидов и в группе троянцев - астероидов, связанных с Юпитером. Возможно, что и Леда представляет собой астероид, захваченный Юпитером и оказавшийся на орбите вокруг него.

Самая большая структура на Луне, официально внесенная в список кратеров, - Герцшпрунг, диаметром 591 км, который расположен на обратной стороне Луны и поэтому не виден с Земли. Этот кратер представляет собой многокольцевую ударную деталь. Подобные ударные структуры на видимой стороне Луны позже были заполнены лавой, которая, отвердев, превратилась в темную твердую породу. Эти детали теперь обычно называют морями, а не кратерами. Однако на обратной стороне Луны таких вулканических извержений не происходило. В результате на обратной стороне по сравнению с видимой имеется гораздо больше крупных ударных структур, которые зарегистрированы как "кратеры". В их число входят Аполлон (537 км), Биркхоф (345 км), Королев (437 км), Менделеев (313 км), Планк (314 км) и Шредингер (312 км). Самый большой кратер на видимой стороне Луны - Байи (Bailly) диаметром 287 км (не следует путать с другим кратером Бейли, носящим в английском варианте сходное название Baily). Самой большой ударной впадиной, зарегистрированной на Луне, является бассейн Южный полюс-Эйткен, который имеет в поперечнике 2500 км и простирается почти на четверть окружности Луны.

Самые высокие вулканы в Солнечной системе - щитовые вулканы на Марсе, а наибольшую высоту имеет гора Олимп. Ее вершина поднимается на 26 км выше уровня окружающего плато, причем поперечник составляет почти 500 км. Для сравнения можно указать, что Гавайские острова на Земле возвышаются над морским дном всего на 9 км. Щитовые вулканы растут в высоту постепенно, в результате повторных извержений из одного и того же жерла. На Марсе щитовые вулканы намного больше, чем на Земле. Этому есть несколько причин. Хотя в настоящее время эти вулканы, по-видимому, уже не являются действующими, они, вероятно, образовались раньше и были активными намного дольше, чем любые вулканы на Земле. При этом горячие вулканические точки на Земле с течением времени изменяли свое местоположение из-за постепенного движения континентальных плит, так что для "построения" очень высокого вулкана в каждом отдельном случае времени не хватало. Кроме того, низкое тяготение позволяет изверженному веществу образовывать на Марсе намного более высокие структуры, которые не обрушиваются под собственной тяжестью.