Układ Słoneczny
advertisement
Układ Słoneczny Planety, planetoidy i inne zagadnienia . . . Struktura i pochodzenie Układu Słonecznego • • Układ Słoneczny jest układem ciał astronomicznych znajdujących się pod dominującym wpływem pola grawitacyjnego Słońca, związanych wspólnym pochodzeniem. Składa się ze Słońca, dziewięciu planet, naturalnych satelitów (księżyców) planet, planetoid, komet, ciał meteorowych oraz pyłu i gazu międzyplanetarnego. Słońce zawiera w sobie 99,866% masy zawartej w ciałach Układu Słonecznego (bez gazu i pyłu międzygwiezdnego). Układ planetarny uformował się przed około piecioma miliardami lat, najprawdopodobniej z tego samego obłoku gazowo -pyłowego, z którego powstało Słońce, w procesie tzw. akrecji. Polegał on na tym, że pośrodku obłoku gaz kurczył się szybciej niż w jego zewnętrznych warstwach, dzięki czemu doszło do utworzenia się ciała centralnego (proto-Słońca), otoczonego gazowo -pyłowym dyskiem. Kurczenie się praobłoku nastąpiło prawdopodobnie na skutek wybuchu w bezpośrednim sąsiedztwie gwiazdy Supernowej. Stopniowo w dysku gazowo pyłowym tworzyły się tzw. agregaty, wychwytujące i przyłączające do siebie coraz więcej cząstek, aż wreszcie doszło do fragmentacji zewnętrznej części obłoku oraz kondensacji materii wokół tzw.planetozymali, wskutek czego wykształciły się oddzielne planety. Różne warunki powstawania sprawiły, że obecnie mamy dwie wyraźnie różne grupy planet: zewnętrzne - typu jowiszowego i wewnętrzne - typu ziemskiego. Struktura i pochodzenie Układu Słonecznego c.d. • • Promień Układu Słonecznego, łącznie z tzw. obłokiem Oorta (hipotetyczną otoczką Układu zawierającą setki miliardów lodowo -kamiennych obiektów) wynosi ok. 200 000 jednostek astronomicznych(średnich odległości Ziemi do Słońca), to jest około 29.92 biliona kilometrów. Dostępna dotychczasowym obserwacjom część Układu (tj. do orbity Plutona) ma promień około 40 j.a. Orbity planet są praktycznie współpłaszczyznowe (najsilniej, o 17°08' względem płaszczyzny orbity Ziemi, nachylona jest orbita Plutona, pozostałe nachylenia wynoszą od 0°46' dla Urana do nieco ponad 7° dla Merkurego) i tylko nieznacznie odbiegają od orbit kolistych (najsilniej ekscentryczne są orbity Merkurego i Plutona). Orbity planetoid, a szczególnie komet, są bardziej zróżnicowane. Planetoidy poruszają się po orbitach eliptycznych wokół Słońca, głównie w pasie leżącym pomiędzy orbitami Marsa i Jowisza. Komety, których źródłem jest prawdopodobnie wspomniany obłok Oorta, poruszają się po wydłużonych elipsach, czasem nieodróżnialnych od parabol. Słońce • • Słońce jest ogromną, w porównaniu z rozmiarami planet, kulą zjonizowanych gazów o średnicy 1 392 000 km, a więc jest ono ponad 109 razy większe od Ziemi. Powierzchnia Słońca wynosi 6 087 miliardów km2, a objętość - 1 412 000 bilionów km3. Masa Słońca jest równa 1.989x1030kg, czyli 332 952 razy więcej od masy Ziemi. Słońce powoli wiruje wokół własnej osi wykonując jeden obrót w ciągu 25.38 dnia (dla punktu znajdującego się na równiku słonecznym). Jest ono normalną gwiazdą tzw. Ciągu Głównego. Jako kula gazowa nie ma właściwie wyraźnie zarysowanej zewnętrznej granicy. Z Ziemi widzimy właściwie jedynie atmosferę słoneczną, której najgłębiej położona warstwa - fotosfera - ma grubość rzędu kilkuset kilometrów. Poniżej fotosfery gęstość gazów stopniowo wzrasta, powyżej fotosfery natomiast rozciąga się do wysokości około 12 000 km chromosfera - warstwa bardzo rozrzedzonego gazu, który możemy obserwować tylko podczas całkowitych zaćmień jako czerwoną obwódkę o nieregularnym kształcie. Dalej rozpościera się tzw. korona słoneczna, którą tworzy niezwykle rozrzedzony gaz o temperaturze około 2 000 000 K. Kształt korony jest nieregularny i bardzo zmienny. Słońce c.d. • W 1919 roku Jean-Baptiste Perrin stwierdził, że źródłem energii słonecznej są reakcje termojądrowe, prowadzące do przemiany wodoru w hel. Słońce składa się w 70% z wodoru, w około 28% z helu, zaś na pozostałe 2% składają się m.in. takie cząstki, jak CN, C2, CH, NH, NO2, i inne. Synteza helu z wodoru we wnętrzu Słońca sprawia, że helu tam przybywa, a wodoru ubywa. W miarę powstawania wewnątrz Słońca jądra helowego będzie ono wykazywało tendencję do kurczenia się. Po wyczerpaniu zasobów wodoru jądro helowe będzie się kurczyło nadal, bardzo silnie się rozgrzewając, przez co naruszona zostanie równowaga promienista. Na skutek tego otoczka jądra rozszerzy się, a jej temperatura spadnie i Słońce stanie się czerwonym olbrzymem. Kiedy w jądrze helowym temperatura przekroczy 100 000 000 K, zostanie zainicjowana przemiana helu w węgiel. Następnie prawdopodobnie dojdzie do tzw. rozbłysku helowego w otoczce jądra, po czym Słońce ponownie stanie się czerwonym olbrzymem, o rozmiarach sięgającym poza orbitę Ziemi. Jego otoczka rozproszy się w przestrzeni, a jądro stanie się kulą zdegenerowanego gazu czyli tzw. białym karłem, który będzie stygł powoli, póki całkiem nie zgaśnie. Merkury • Merkury jest planetą krążącą najbliżej Słońca. Ze względu na znaczny mimośród (spłaszczenie) orbity, w peryhelium znajduje się półtorakrotnie bliżej Słońca niż w aphelium. Średnia gęstość Merkurego jest w przybliżeniu równa gęstości Ziemi, przy czym około 80% jego masy przypada na żelazne jądro. Powierzchnię pokrywają kratery i strome skarpy skalne, które utworzyły się w przeszłości, gdy jądro planety ochładzało się i kurczyło, powodując naprężenia skorupy. Ze względu na słabą grawitację Merkury pozbawiony jest prawie całkowicie atmosfery. Krążąc tak blisko Słońca i nie posiadając atmosfery, która zachowałaby ciepło w nocy, Merkury odznacza się dużymi wahaniami temperatury na powierzchni: od -180 do +430 °C. Wenus • Wenus, krążąca po niemal kołowej orbicie druga planeta od Słońca, jest otulonym gęstymi chmurami skalnym globem. Chmury te odbijają większość światła słonecznego, przez co Wenus jest najjaśniejszym po Słońcu i Księżycu ciałem na naszym niebie. Temperatury powierzchniowe dochodzą do 480°C, a ciśnienie atmosferyczne 90 razy przewyższa ciśnienie ziemskie. 97% objętości atmosfery wenusjańskiej to dwutlenek węgla, zaś na resztę składają się m.in. azot, chlorowodór i tlen. Żółtawy kolor chmur pochodzi od kwasu siarkowego. Jego zawartość ulega jednak znacznym zmianom, co nasuwa podejrzenia, że na Wenus występują czynne wulkany Ziemia- nasza planeta • Ziemia jest trzecią planetą od Słońca, największą z 4 planet wewnętrznych. Pod względem budowy przypomina inne planety tej grupy. Metaliczne, stałe jądro otoczone jest przez jądro zewnętrzne z metalu płynnego, po którym następują warstwy płynnych, półpłynnych i stałych skał. Natomiast pod względem warunków panujących na powierzchni Ziemia różni się od tych planet diametralnie: tylko na Ziemi występuje woda w stanie płynnym, bogata w tlen atmosfera oraz inne warunki sprzyjające życiu. Trwająca od 4,5 miliarda lat ewolucja Ziemi zachodzi nadal, zarówno w sposób naturalny, jak i w wyniku działań człowieka. Do najbliższego otoczenia Ziemi należy jej jedyny naturalny satelita - Księżyc. Mars • Mars, czwarta planeta od Słońca, pod wieloma względami przypomina Ziemię. Doba marsjańska jest tylko nieznacznie dłuższa od ziemskiej. Podobnie zmieniają się pory roku, jakkolwiek rok jest dwa razy dłuższy. Występują tu chmury, wulkany, wąwozy, góry, pustynie i wykazujące sezonową zmienność, białe czapy polarne. Powierzchnię Marsa pokrywają odłamki skał oraz czerwonawy pył (stąd określenie: Czerwona Planeta). Atmosfera marsjańska składa się głównie z dwutlenku węgla, który stanowi blisko 95% jej składu. Temperatura latem w Słońcu wynosi do +30°C, zaś zimą przed świtem spada nawet do -100°C. Mars ma dwa małe księżyce - Phobosa i Deimosa. Jowisz • Jowisz, piąta planeta od Słońca, jest pierwszą z czterech gazowych planetolbrzymów. Ma największe rozmiary i masę wśród planet Układu Słonecznego: jego objętość jest 1300 razy większa od objętości Ziemi, a masa przewyższa dwuipółkrotnie łączną masę pozostałych planet. Chmury Jowisza składają się głównie z wodoru i helu. Wnętrze planety zaczyna się na głębokości 1000 km, gdzie wodór przechodzi w stan ciekły. Jeszcze głębiej tworzy się wodór metaliczny. W centrum Jowisza znajduje się jądro o temperaturze około 35000 oC. Najbardziej znany obiekt na tarczy Jowisza, Wielka Czerwona Plama, okazała się ostatecznie olbrzymim wirem w atmosferze planety, wznoszącym się kilka kilometrów ponad najwyższą warstwę chmur. Jowisz posiada co najmniej 16 księżyców. Saturn • Saturn jest szóstą planetą od Słońca, drugą z czterech gazowych planet-olbrzymów. Posiada co najmniej 18 księżyców i imponujący układ pierścieni. Pierścienie znajdują się wewnątrz tzw. granicy Roche'a. W obszarze tym nie mogą się znajdować żadne ciała o znacznych rozmiarach, ponieważ zostałyby rozerwane siłami przypływowymi planety. Największe fragmenty pierścieni mają rozmiary najwyżej 10 m, zaś grubość pierścieni nie przekracza 10 km. Bardzo szybka, podobnie jak u innych planet tej grupy, rotacja Saturna powoduje wybrzuszenie obszarów równikowych oraz ułożenie rozmytych żółtawych chmur w poziome, równolegle do równika pasma. Saturn to jedyna planeta o średniej gęstości mniejszej od gęstości wody. Z tego powodu jego masa nie przekracza jednej trzeciej masy Jowisza, mimo iż średnice obu planet niewiele się różnią. Uran • Uran, siódma planeta od Słońca, jest trzecią z czterech gazowych planet-olbrzymów. Jej kamienne jądro otacza płaszcz gazowolodowy. Wokół płaszcza rozciąga się atmosfera zawierająca metan, który nadaje Uranowi niebiesko-zieloną barwę. Ze względu na usytuowanie planety w zewnętrznych rejonach Układu Słonecznego, temperatura górnej powierzchni chmur wynosi zaledwie -210 oC. Uran posiada 15 księżyców i układ pierścieni, ale na samej planecie nie dostrzeżono nic godnego uwagi. Sonda Voyager 2, przelatując obok Urana w 1986 roku, sfotografowała tylko kilka chmur metanowych. Najdziwniejszy jest natomiast charakter ruch wirowego planety. Ponieważ kąt nachylenia równika Urana do płaszczyzny orbity wynosi 98o, więc glob ten jak gdyby "toczy" się po swojej orbicie. Wiąże się z tym także szczególny sposób zmiany pór roku. Neptun • Neptun jest ósmą planetą od Słońca, czwartą z gazowych planetolbrzymów. Wielkością i budową przypomina swego sąsiada - Urana. Masa Neptuna jest 17,25 razy większa od masy Ziemi. Jaskrawo błękitny kolor jego atmosfery pochodzi od metanu. Na Neptunie wieją najszybsze wichry Układu Słonecznego - ich prędkość dochodzi do 2200 km/godz. W warstwie chmur występuje kilka formacji, z których najwyraźniejsza jest Wielka Ciemna Plama, olbrzymi huragan wielkości Ziemi. Pod pokrywą chmur znajduje się płaszcz lodowo-gazowy oraz niewielkie skalne jądro. Neptun ma 8 znanych księżyców, z których 7 to ciała bardzo drobne. Pluton- najmniejsza i najzimniejsza planeta • Pluton - dziewiąta planeta od Słońca, jest zimnym, ciemnym globem, dla którego Słońce stanowi jedynie jasną gwiazdę na niebie. Pluton jest mniejszy od Księżyca. Ma rzadką atmosferę, która tworzy się, gdy planeta zbliży się do Słońca, i zamarza, gdy planeta się od niego oddala. Pluton krąży po mocno wydłużonej orbicie; jej kąt nachylenia do ekliptyki jest większy niż w przypadku innych planet. Jedno okrążenie Słońca trwa 248,5 roku i w ciągu 20 lat z tego okresu Pluton znajduje się bliżej Słońca niż Neptun. Te cechy zdają się sugerować, że Pluton może być w rzeczywistości dużą planetoidą. Dokoła Plutona krąży księżyc, o rozmiarach znacznych w porównaniu z rozmiarami planety. Planetoidy • • • • W XVIII wieku zauważono, że odległości planet od Słońca wzrastają w sposób dość regularny i tylko między orbitą Marsa i Jowisza daje się zaobserwować raptowne zwiększenie odległości. W latach 1766 -1772 dwaj astronomowie niemieccy, Johann D. Titius i Johann E. Bode, znaleźli empiryczny wzór opisujący odległości planet od Słońca. Zgodnie z nim odległość planety od Słońca, wyrażona w jednostkach astronomicznych jest równa An=0.4+0.3*2n gdzie n=0,1,2,... . W 1801 roku włoski astronom z Palermo, G.Piazzi, odkrył małę planetkę, mającą wygląd gwiazdy 7-8 wielkości, której nadano nazwę Ceres. • • Dość dobrze spełniała ona regułę Titiusa -Bodego. Kolejne lata przyniosły odkrycia następnych planetoid, w większości krążących w odległości od 2.17 do 3.64 jednostek asronomicznych od Słońca, tworząc tzw. pas asteroid. Niegdyś sądzono, że planetoidy powstały z rozpadu planety krążącej w odległości około 2.8 j.a. od Słońca. Obecnie jednak uważa się, że ze względu na olbrzymie zakłócenia ze strony Jowisza powstanie w tym miejscu planety nie było możliwe i planetoidy stanowią najdrobniejszy, pierwotny materiał, podobny do tego, z którego niegdyś uformowały się planety Układu Słonecznego. Pod względem składu, 93% planetoid to twory kamienne, prawie 6% składa się z żelaza i niklu, zaś reszta - z mieszaniny tych trzech składników. Komety • • Niezwykły wygląd komet już od najdawniejszych czasów wywoływał u ludzi zabobonny strach, widziano w nich zapowiedź zbliżających się klęsk i wojen. Obecnie wiemy, że komety są nieregularnymi bryłami materii, składającymi się ze skalnego rdzenia oraz zestalonych cieczy i gazów, takich jak woda, amoniak, metan, cyjan i innych, tworzących tzw. jądro komety. Rozmiary jądra wynoszą od kilku do kilkudziesięciu kilometrów. Jednak widowiskowość komet związana jest z istnieniem takich jej elementów jak coma, głowa oraz warkocz. Coma jest okrągłą lub owalną mgiełką unoszącą się wokół jądra, powstałą wskutek ulatniania się gazów, a następnie cieczy z jądra komety przy zbliżaniu się do Słońca. Coma w przypadku jasnych komet rozrasta się w głowę, mającą średnicę od 50 000 do ponad 250 000 km. W przypadku komety z roku 1811 średnica głowy wynosiła około półtora miliona kilometrów, a więc była większa od średnicy Słońca. Przy zbliżeniu się komety na odległość około 1.5 - 2 j.a. od Słońca pojawia się warkocz, skierowany zawsze od Słońca, rozciągający się na odległość od 10 do 100 milionów km. Komety c.d. • W przypadku niektórych komet długość ta osiągała nawet ponad 300 milionów km. • Przeważająca liczba komet biegnie po orbitach zbliżonych do parabol, przy czym przeważnie są to elipsy o mimośrodzie bardzo zbliżonym do jedności. Ich orbity mają wszelkie możliwe nachylenia do ekliptyki od 0o do 180o, co świadczy, że mogą one przebiegać przez układ planetarny we wszystkich możliwych kierunkach. Istnieje wiele teorii tłumaczących powstawanie komet. Najnowsze badania, a zwłaszcza modelowanie ewolucji Układu Słonecznego przy pomocy komputerów przemawiają za słusznością hipotezy holenderskiego astronoma, J.H. Oorta. Wyraził on przypuszczenie, że komety są ściśle związane ze Słońcem, tworząc dokoła niego chmurę o promieniu około 150 000 j.a., wędrującą wraz ze Słońcem w przestrzeni międzygwiazdowej. Koniec Ilona Stafa Klasa 2 GB Nr. 20
