CC BY
56
УДК 523.2; 523.4; 523.6
СТЕНД «СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА» В ЭКСПОЗИЦИИ «ЗЕМЛЯ ВО ВСЕЛЕННОЙ»
О.П. Иванов, М.А. Винник, А.А. Коснырева1
На новом стенде экспозиции Музея землеведения МГУ «Земля во Вселенной» демонстрируется специфика строения и особенности динамики Солнечной системы. Рассмотрены особенности планет и их спутников, а также малых тел и поясов Солнечной системы.
Ключевые слова: планеты, Солнечная система, метеориты, астероиды, кометы, планетарные пояса.
THE STAND «THE SOLAR SYSTEM» IN THE EXHIBITION «THE EARTH IN THE UNIVERSE»
O.P. Ivanov1, PhD, M.A. Vinnik1, Dr. Sci (Pedagogic), A.A. Kosnyreva2 1 Lomonosov Moscow State University (Earth Science Museum) 2 Moscow State Pedagogical University
The new stand of exhibition «Earth in the Universe» in the Earth Science Museum demonstrates the specificity of the structure and features of the dynamics of the Solar system. Describes the features of the planets and their moons, and small bodies and belts of the Solar system.
Keywords: planets, solar system, meteorites, asteroids, comets, planetary belt.
Введение. Стенд «Солнечная система» предназначен для иллюстративной демонстрации основных сведений по строению и динамике Солнечной системы в экспозиции «Земля во Вселенной». Он состоит из ряда тематических информационных блоков (рис. 1).
Сценарий формирования Солнечной системы. Вверху стенда располагается тематический блок о формировании Солнечной системы (рис. 2).
Согласно современным представлениям учёных, формирование Солнечной системы началось около 4,6 млрд лет назад с гравитационного сжатия гигантского межзвёздного газопылевого облака (рис. 2, центральная часть). В процессе сжатия размеры газопылевого облака уменьшались. В центре, где собралась большая часть массы, температура становилась более высокой, чем в окружающем диске. Вращение облака привело к его уплощению и формированию характерного протопланетного диска диаметром примерно 200 а. е. с горячей, плотной протозвездой в центре (рис. 2, верхний левый рис.). Предполагается, что на этой стадии эволюции Солнце было звездой типа T Тельца. Изучение звёзд этого типа показывает, что они часто окружены про-топланетными дисками, с подавляющим процентом массы туманности, сосредоточенным непосредственно в звезде (рис. 2, справа верхний правый рис.) [1].
Сжатие звёздного вещества за счёт гравитационных сил привело к повышению температуры в центре звезды, что создало условия для начала ядерной реакции горения водорода. С этого момента Солнце становится полноценной звездой главной последовательности. Солнце окружал диск из оставшегося вещества, содержащий в основном водород и гелий, которых было достаточно для образования планет. С уда-
1 Иванов Олег Петрович - к.г.-м.н., в.н.с. Музея землеведения МГУ, [email protected]; Винник Михаил Анатольевич - д.пед.н., в.н.с. Музея землеведения МГУ, [email protected]; Коснырева Анастасия Александровна - аспирант Московского педагогического государственного университета (МГПУ).
Жизнь Земли 39(1) 2017 47-53 47
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА — это планетарная система, которая включает в себя центральную звезду -Солнце, планеты с их спутниками, кометы, астероиды, метеоры и межпланетную среду, удерживаемые гравитационным притяжением Солнца и вращающиеся вокруг него.
МАЛЫЕ ТЕЛА
^Орбита Марса 0(Л1та з^щ, \Р^\1988 ) «га Сатурна \)983
Г*
Орбита Нелт> \5"
ПЛАНЕТЫ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ И ИХ СПУТНИКИ
ПОЯСА СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
• '1
к
ШХ к'&тШУ
Рис. 1. Вид стенда Солнечная система в экспозиции «Земля во Вселенной».
Рис. 2. Сценарий формирования Солнечной системы.
лением от Солнца температура газа падает, проходя через «линию льда», за которой вода замерзает. В Солнечной системе эта граница отделяет внутренние твердые планеты от внешних газовых гигантов (рис. 2, справа верхний левый рис.).
В горячих внутренних областях протопланетного диска происходило испарение частиц пыли, а в холодных и разреженных внешних слоях частицы пыли сохранялись и росли по мере конденсации на них пара. С течением времени частицы слипались в более крупные тела - планетезимали (рис. 2, слева нижний левый рис.).
Вначале тела росли благодаря случайным столкновениям. С увеличением размеров любой планетезимали увеличивалась её гравитация, из-за чего она более интенсивно начинала поглощать своих маломассивных соседей. Так возникли протопла-неты - зародыши планет со сравнимыми массами, конкурирующие друг с другом за оставшиеся планетезимали.
В конце эпохи формирования планет внутренняя Солнечная система была населена протопланетами с размерами, варьирующимися от лунного до марсианского. Дальнейший рост размеров небесных тел был обусловлен столкновениями и слияниями этих протопланет между собой. Приблизительно в это время сформировался первый газовый гигант, который стимулировал формирование других гигантов и планет земного типа. К этому времени газа в протопланетном диске почти не осталось [2].
Планеты Солнечной системы и их спутники. Ниже расположен блок, посвящён-ный планетам Солнечной системы и их спутникам. Здесь даётся краткая характеристика планет земной группы и газовых гигантов (рис. 3).
Четыре внутренние планеты характеризуются малым количеством (0-2) спутников и отсутствием колец. В состав планет входят тугоплавкие минералы, такие как силикаты, формирующие их мантию и кору, и металлы, такие как железо и никель, формирующие их ядро. Три внутренние планеты - Венера, Земля и Марс - обладают атмосферой; у всех есть ударные кратеры, рифтовые впадины и вулканы.
Меркурий - ближайшая планета к Солнцу и самая маленькая планета земной группы (0,055 массы Земли). Он не имеет спутников. На поверхности планеты, кроме ударных кратеров, находятся многочисленные лопастевидные уступы, которые простираются на сотни километров. У Меркурия крайне разреженная атмосфера, состоящая из атомов, «выбитых» с его поверхности солнечным ветром.
ПЛАНЕТЫ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ И ИХ СПУТНИКИ
МЕРКУРИИ
.2439 км 023 кг 58 млн. км
' 0,1°
ВЕНЕРА
6051 км 4,9*1024 кг 108 млн. км 177°
ЗЕМЛЯ
6371 км 6*1024 кг 149,6 млн. км
МАРС
3389 км 6,4т1023.кг 228 млн. кпд 25°
ЮПИТЕР
„71359 "км •1,9.3 0" кг . 778,3 млн. км 3°
58232 км 5,7*10" кг 1429 млн. км
УРАН
25700 км 8,7*1025 кг 2853 млн. км
•НЕПТУН
25270 км 1,92*1026 кг 4500' млн. км 30°
СПУТНИКИ:
ЕВРОПА; ГАНИМЕД, " КАЛЛИСТО, ■ АМАЛЬТЕЯ,
•Ио
И др.
ДИОНА, ■ . . РЕЯ,. ( ТИТАН,
.ЯПЕТ
ПЛУТОН - малая гГланета илй планетоид
1195 км ая^
1195 км 1,3*1022 кг 5900 млн.км "120°
Рис. 3. Планеты Солнечной системы и их спутники.
Венера - вторая от Солнца планета; по размерам близка к Земле (0,815 земной массы). Железное ядро Венеры окружено толстой силикатной оболочкой. Спутников не имеет. Из-за парникового эффекта, возникшего благодаря плотной атмосфере, богатой углекислым газом, Венера - самая горячая планета в Солнечной системе. Явных признаков современной геологической активности на Венере не обнаружено, но, т. к. у неё отсутствует магнитное поле, которое предотвращало бы истощение плотной атмосферы, можно предполагать, что вулканические извержения регулярно пополняют её атмосферу.
Земля - крупнейшая и самая плотная из планет земной группы, среди которых она уникальна (прежде всего, за счёт гидросферы). Главное отличие атмосферы Земли от атмосфер других планет - наличие свободного кислорода. Луна - естественный спутник Земли - самый большой спутник планет земной группы.
Марс - третья по величине планета земной группы (0,107 массы Земли). Его атмосфера состоит преимущественно из углекислого газа. На поверхности есть вулканы, самый большой из которых, Олимп, достигает в высоту 21,2 км. Наличие рифтовых впадин (долины Маринер) и вулканов свидетельствует о былой геологической активности. Благодаря оксиду железа в грунте, Марс имеет красноватый оттенок поверхности. Планета обладает двумя маленькими спутниками, названными Фобосом и Деймосом. Предполагается, что эти спутники - захваченные Марсом астероиды.
Четыре планеты-гиганта, которые называют также газовыми гигантами, в сумме содержат 99 % массы вещества, обращающегося на орбитах вокруг Солнца. Все четыре газовых гиганта имеют кольцевую систему, хотя только кольца Сатурна легко наблюдаются с Земли.
Юпитер - самая большая планета Солнечной системы. Его масса в 2,5 раза больше остальных планет, вместе взятых. В состав
планеты входят, главным образом, водород и гелий. Высокая внутренняя температура Юпитера приводит к образованию многочисленных полупостоянных вихревых структур в атмосфере, таких как полосы облаков и Большое красное пятно. Юпитер обладает 67 естественными спутниками, крупнейшие из которых Ганимед, Каллисто, Ио и Европа (их также называют галилеевыми спутниками). Вулканическая активность и внутренний нагрев делают их схожими с планетами земной группы. Ганимед - самый крупный спутник в Солнечной системе, превосходящий по размеру Меркурий.
Сатурн, который известен своей обширной кольцевой системой, по структуре атмосферы и магнитосферы схож с Юпитером. Это планета с наименьшей плотностью в Солнечной системе, его средняя плотность меньше плотности воды. У Сатурна открыто 62 спутника, два из которых, Титан и Энцелад, проявляют признаки геологической активности. В отличие от земной, эта активность в большей степени обусловлена активностью льда. Титан - единственный спутник в Солнечной системе с существенной атмосферой.
Уран, превышающий массу Земли в 14 раз, является самой лёгкой газовой планетой. Уникальность планеты заключается в том, что она вращается «лёжа на боку»: наклон оси вращения к плоскости эклиптики равен примерно 98°. Ядро Урана намного холоднее, чем у других газовых гигантов, и излучает в космос очень мало тепла. У планеты открыты 27 спутников, самые крупные из которых - Титания, Оберон, Умбриэль, Ариэль и Миранда.
Нептун, хотя и уступает размерами Урану, более массивный (17 масс Земли) и поэтому более плотный. Планету сопровождают 14 спутников, самый крупный из них, Тритон, геологически активен, с гейзерами жидкого азота. Тритон вращается вокруг Нептуна в обратном направлении - по часовой стрелке. Планету также сопровождают астероиды, называемые «троянцы Нептуна».
Понятие «карликовая планета» было принято в 2006 г. в рамках классификации обращающихся вокруг Солнца объектов. Объекты с массой, достаточной для того, чтобы расчистить пространство в полосе своей орбиты, определены как планеты, а объекты с массой, недостаточной для достижения даже гидростатического равновесия - как малые тела Солнечной системы, или астероиды. Карликовые планеты занимают промежуточное положение между этими двумя категориями. Международный астрономический союз официально признал 5 карликовых планет: крупнейший астероид Церера и транснептуновые объекты - Плутон, Эрида, Макемаке, Хаумеа; предполагается, что ещё, как минимум, 40 из известных объектов в Солнечной системе принадлежат к этой категории.
Малые тела. С левой стороны стенда располагается блок, посвящённый малым телам Солнечной системы (рис. 4). Здесь даётся информация о таких объектах, как кометы, астероиды, метеориты.
Кометы - малые тела Солнечной системы размером всего несколько километров, состоящие главным образом из смеси нелетучих компонентов и замёрзших газов. Они, как правило, имеют очень вытянутые орбиты, с перигелием в пределах орбит внутренних планет и афелием далеко за Плутоном (рис. 4, верхний рис.). При вхождении кометы во внутреннюю область Солнечной системы и приближении её к Солнцу, образуются кома (диффузная газовая оболочка) и иногда хвост из газа и пыли.
Период короткопериодических комет составляет меньше 200 лет. Долгоперио-дические кометы имеют период в тысячи лет. Предполагается, что короткопериоди-ческие кометы, такие как комета Хартли-2 (рис. 4, второй рис. сверху) рождаются в поясе Койпера, в то время как долгопериодические кометы, такие как комета Хей-
ла-Боппа, - в облаке Оорта. Вымершие кометы, которые уже потеряли большую часть своих летучих веществ, часто классифицируют как астероиды.
Астероиды - небольшие планетоподобные небесные тела Солнечной системы диаметром более 50 м, движущиеся по орбите вокруг Солнца. Их также называют малыми планетами. Согласно современным воззрениям, астероиды -это остатки формирования Солнечной системы (планетезималей), не сумевшие объединиться в крупные тела из-за гравитационных возмущений Юпитера. Первым открытым околоземным астероидом стал Эрос, диаметром 17 км (рис. 4, третий рис. сверху). Обломки, возникающие при столкновении астероидов, могут разлетаться по всей Солнечной системе, некоторые из них иногда встречаются с Землёй и падают на её поверхность в виде метеоритов. Практически все найденные на поверхности Земли метеориты в своё время появились в поясе астероидов. Крупнейший из них - метеорит Гоба. Он сохраняется на месте падения в юго-западной Африке, в Намибии (рис. 4, четвёртый рис. сверху).
Пояса Солнечной системы. Правый тематический блок посвящён поясам Солнечной системы (рис. 5). Главный пояс астероидов занимает орбиту между Марсом и Юпитером. В поясе содержатся десятки тысяч объектов диаметром более 1 км. Общая масса всех объектов пояса составляет приблизительно 4 % массы Луны, большая часть которой сосредоточена в четырёх крупнейших объектах: Церера, Паллада, Веста и Гигея. Их средний диаметр составляет более 400 км, а самый крупный из них, Церера - единственная в главном поясе карликовая планета - имеет диаметр более 950 км [3]. Формирование пояса началось вблизи от Юпитера, чьё гравитационное поле постоянно вносило серьёзные возмущения в орбиты планетезималей, из-за чего астероиды сильно рассеяны в данной области космического пространства.
Получаемый от Юпитера избыток орбитальной энергии приводил к более жёстким столкновениям этих тел между собой, что препятствовало их слипанию в протопланету и её дальнейшему укрупнению. В результате большинство плане-тезималей раздробилось на множество мелких фрагментов, большая часть из которых была выброшена за пределы Солнечной системы, чем объясняется низкая плотность пояса астероидов. 52
Рис. 4. Малые тела.
Главный пояс -' "Хильды"
ш
.«с .Мсв«У»5
ПОЯСА СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
Пояс Койпера - дисковидная область реликтов времён образования Солнечной системы, находящаяся за орбитой Нептуна -представляет собой большой пояс осколков, подобный поясу астероидов, но состоящий в основном изо льда. В его состав входят, преимущественно, малые тела Солнечной системы, но многие из крупнейших объектов, такие как Ква-вар, Варуна и Орк, могут быть классифицированы как карликовые планеты после уточнения их параметров. По оценкам исследователей, в поясе Койпера свыше 100 000 объектов диаметром более 50 км, однако их суммарная масса достаточно мала. У многих объектов есть спутники, и у большинства орбиты располагаются вне плоскости эклиптики.
Гипотетическое облако Оорта - сферическое облако ледяных объектов (вплоть до триллиона), предположительно являющееся источником долгопериодических комет. Современные исследования учёных позволяют заявлять, что облако простирается от Солнца на расстояние от 50 000 а. е. до 100 000 а. е. Полагают, что объекты, населяющие облако, были сформированы вблизи Солнца и выметены далеко в космос гравитационными эффектами планет-гигантов на раннем этапе развития Солнечной системы. Объекты облака Оорта перемещаются очень медленно и могут испытывать взаимодействия, нехарактерные для внутренних объектов системы: редкие столкновения друг с другом, гравитационное воздействие проходящей рядом звезды, действие галактических приливных сил [4].
ЛИТЕРАТУРА
1. Солнечная система (http://ru.wikipedia.org/? oldid=77403509).
2. Формирование и эволюция Солнечной системы (http://ru.wikipedia.org/?oldid=77437699). Рис. 5. Пояса Солнечной системы.
3. Пояс астероидов (http://ru.wikipedia.org/?oldid= 77477360).
4. Облако Оорта (http://ru.wikipedia.org/?oldid= 75301966).
REFERENCES
1. Solar system (http://ru.wikipedia.org/?oldid=77403509).
2. Formation and evolution of the Solar system (http://ru.wikipedia.org/?oldid=77437699).
3. Asteroid Belt (http://ru.wikipedia.org/?oldid=77477360).
4. The Oort Cloud (http://ru.wikipedia.org/?oldid=75301966).
