Сонячна система виникла приблизно 4,6 мільярда років тому, каталізатором якої стала поява зірки в щільній хмарі пилу та газу. Ця новонароджена зірка незабаром стала ядром, навколо якого об’єдналися різні небесні тіла. Наша планетна система поділена на дві основні області: внутрішню та зовнішню зони. Внутрішня зона складається з чотирьох планет земної групи та поясу астероїдів, тоді як зовнішня зона містить чотири газові гіганти та додаткові небесні істоти.
Формування та еволюція Сонячної системи
Вік нашої Сонячної системи оцінюється приблизно в 4,6 мільярда років. Народження Сонця в космічному просторі було спровоковано значним стисненням туманності, що складається з уламків астероїда, пилу, дрібних частинок і газу. Ця початкова туманність охоплювала кілька світлових років і була прародителькою багатьох зірок.
Гравітаційні сили змусили хмару стискатися та обертатися швидше. Це обертання викликало температурний градієнт із збільшенням тепла в ядрі та охолодженням на периферії. Постійний осьовий рух у поєднанні з температурними коливаннями та гравітаційним стисненням змінив швидкість і траєкторію частинок, що призвело до утворення щільнішого газу. У результаті утворився протопланетний диск діаметром приблизно 200 астрономічних одиниць із гарячою протозіркою в центрі.
Під час цієї фази еволюції Сонце, ймовірно, нагадувало зірку Т Тельця. Спостереження показують, що такі зірки часто оточені утвореннями, які згодом можуть породити планети.
Приблизно за 60 мільйонів років щільність водню в ядрі зірки збільшилася, ініціювавши термоядерні процеси. Це призвело до стабілізації температури, гравітаційного тиску та щільності ядра, встановлення гідростатичної рівноваги та завершення формування зірки.
У міру того, як Сонце поступово виснажує свої запаси водню, енергія, що підтримує його ядро, зменшується, в результаті чого зірка стискається, а її яскравість збільшується приблизно на 10% кожні 1,1 мільярда років.
Вчені прогнозують, що приблизно через 6,5-7 мільярдів років водень у ядрі Сонця повністю перетвориться на гелій, перетворивши Сонце на субгігант. Через 500 мільйонів років зовнішні шари розширяться, знаменуючи перехід Сонця в червоного гіганта.
Зрештою, коли зовнішні шари Сонця розширяться, воно поглине найближчі об’єкти, включаючи Меркурій і Венеру. Земля може уникнути знищення, але все одно стане безплідною, млявою планетою.
У далекому майбутньому нестабільні теплові реакції призведуть до того, що зовнішні шари Сонця розійдуться в космосі, утворюючи нову планетарну туманність. Ядро, що залишилося, стане білим карликом і, зрештою, чорним карликом.
Склад Сонячної системи
До складу Сонячної системи входять різні космічні об’єкти:
- Планети та їх супутники
- Блукаючі комети
- Пояси астероїдів
- Метеори
- Кентаври
- Туманності
- Карликові планети
Питання про те, скільки планет існує в Сонячній системі, часто викликає плутанину через повторну класифікацію Плутона як карликової планети в 2006 році. Зараз існує вісім визнаних планет, що обертаються навколо нашої самотньої зірки, Сонця.
Планети Сонячної системи по порядку
- Меркурій
- Венера
- Земля
- Марс
- Юпітер
- Сатурн
- Уран
- Нептун
Існують припущення про дев’яту планету на околицях нашої Сонячної системи, але вони залишаються непідтвердженими та не мають офіційної класифікації.
Сонце
Сонце класифікується як жовтий карлик G2. Спочатку його яскравість становила близько 60% від поточного діапазону. На діаграмі Герцшпрунга-Рассела Сонце розташоване в центрі, але поступово стає яскравішим і зміщується від свого центрального положення.
Вплив Сонця поширюється на всю Сонячну систему, і його енергія має вирішальне значення для життя на Землі. Близькість до Сонця корелює з вищими температурами на поверхні планет, тому Нептун і Уран є крижаними гігантами, тоді як Меркурій і Венера мають надзвичайно високі температури.
Міжпланетний простір
Планети Сонячної системи не обертаються у вакуумі. Міжпланетний простір насичений різними небесними тілами, космічним пилом, кометами і метеорами.
Ці об’єкти рухаються по певних орбітах, і відхилення можуть призвести до зіткнень і фрагментації. Отримані уламки продовжують обертатися по орбіті, потенційно притягуючись до більших небесних об’єктів.
Крім того, міжпланетний простір заповнений сонячним вітром, потоком іонізованих частинок, що рухаються зі швидкостями від 300 до 1200 км/с. Сонячний вітер є важливою складовою міжпланетного простору, що сприяє таким явищам, як магнітні бурі та полярні сяйва на Землі.
Внутрішня Сонячна система
Внутрішня Сонячна система містить планети земної групи та пояси астероїдів. Ці небесні тіла знаходяться найближче до Сонця.
Планети земної групи Сонячної системи
Внутрішні планети в основному складаються з металів, мають сильні магнітні поля та не мають багатьох супутників. Незважаючи на відсутність кілець, три з чотирьох внутрішніх планет мають атмосферу.
Меркурій
Меркурій, найближча до Сонця планета, поступається лише Венері за температурою поверхні. Він робить повний оберт навколо Сонця за 88 днів, але обертається навколо своєї осі лише 1,5 рази за цей час. Отже, колись вчені вважали, що Меркурій залишався нерухомим, обертаючись навколо Сонця. З радіусом приблизно 2440 км Меркурій зазнає екстремальних коливань температури, коливається від +350°C на освітленій сонцем стороні до -180°C на темній стороні через його нестабільну орбіту.
Екзосфера Меркурія, хоч і розріджена, багата на такі елементи, як натрій, кисень, водень, аргон і гелій. Атмосфера низької щільності залишає поверхню планети шрамами від ударів метеоритів.
Неперевірена теорія припускає, що Меркурій колись був супутником Венери, перш ніж відокремитися, щоб самостійно обертатися навколо Сонця.
Венера
Венера, друге від Сонця небесне тіло, з давніх часів відома як Ранкова зірка через її тривалу видимість. Його густа атмосфера на 96% складається з вуглекислого газу зі слідами азоту та кисню. Планета має радіус 6052 км і не має супутників. Доба на Венері триває 243 земних дні.
Висока концентрація вуглекислого газу створює інтенсивний парниковий ефект, підтримуючи температуру поверхні Венери на рівні близько 475°C. Це служить застережливим прикладом потенційного майбутнього Землі, якщо рівень вуглекислого газу перевищить допустимі пороги.
Земля
Земля, третя планета в нашій Сонячній системі, унікальна тим, що 75% її поверхні вкрито водою, необхідною для життя. Незважаючи на наявність льоду, атмосфери та сезонних змін на інших планетах, унікальне поєднання цих факторів на Землі сприяло виникненню життя.
Земля має радіус 6371 км, обертається за 24 години, обертається навколо Сонця за 365 днів. Має один супутник — Місяць.
Марс
Марс, четверта планета, є загадковою з радіусом 3390 км і орбітальним періодом 687 днів. Має два супутники Фобос і Деймос.
Починаючи з 1960-х років, Марс активно вивчався, виявивши наявність води та гіпотези про можливі примітивні форми життя. Деякі вчені припускають, що колись на Марсі могло бути життя, яке загинуло внаслідок катастрофічної події.
Примітною особливістю є гора Олімп, найвищий вулкан у Сонячній системі, що височіє приблизно на 26 кілометрів. Спостереження вказують на те, що полярні крижані шапки та темні плями на поверхні спочатку були помилково прийняті за рослинність, пізніше розвінчані космічним кораблем «Марінер-4» у 1965 році. Технологічний прогрес продовжує розгадувати таємниці червоної планети.
Пояс астероїдів
Сонячна система також включає пояс астероїдів, регіон, який кишить космічним сміттям. Пояс астероїдів, розташований між Марсом і Юпітером, містить мільйони об’єктів різного розміру від десятків метрів до 950 кілометрів (наприклад, Церера).
Походження поясу астероїдів залишається спірним. Переважна теорія вважає це залишками планетезималей, які не можуть утворити планету через гравітаційний вплив Юпітера. Інша гіпотеза припускає, що астероїди є фрагментами зруйнованої планети, можливо, Фаетона, яка вибухнула в цьому регіоні.
Зовнішня Сонячна система
Зовнішня сонячна система містить газові гіганти, об’єкти поясу Койпера, розсіяний диск, кентаври, хмару Оорта, карликові планети, комети та інші небесні тіла. Гіпотези припускають існування планети Тихе та супутника Сонця Немезиди в цьому зовнішньому царстві.
Планети-гіганти
Сонячна система складається з чотирьох планет-гігантів: двох газових і двох крижаних.
Юпітер
Юпітер, п’ята і найбільша планета, має радіус 69 912 км. Він може похвалитися 79 супутниками, включаючи чотири великі: Каллісто, Ганімед, Європа та Іо.
Рік Юпітера охоплює 4334 земних дні, а день триває лише десять годин. Хоча точний склад невідомий, він, ймовірно, включає криптон, аргон і ксенон.
Панорамне відео кратера Езеро на Марсі, зняте марсоходом Perseverance 22 лютого 2021 року. Вважається, що пагорби, які видно на передньому плані, є дельтою стародавньої річки.
Сатурн
До появи телескопічних технологій Сатурн вважався найвіддаленішим небесним тілом, видимим неозброєним оком. Однак завдяки науковому прогресу астрономи оприлюднили існування додаткових планет у нашій Сонячній системі, які залишаються невидимими без спеціального обладнання.
По поверхні Сатурна дмуть потужні вітри, які досягають швидкості до 460 км/год. Внутрішнє тепло планети в поєднанні з цими лютими вітрами створює помітні жовті смуги, які чітко видно в її атмосфері. Радіус Сатурна перевищує радіус Землі більш ніж у дев’ять разів і становить приблизно 58 235 км. Один сатурніанський рік охоплює приблизно 10 759 земних днів, тоді як день на Сатурні триває приблизно десять з половиною годин.
Подібно до Юпітера, п’ятої планети від Сонця, Сатурн оточений безліччю супутників. З 82 супутників Титан є найбільшим і відомий тим, що має власну атмосферу.
Інтригуюче відкриття вчених NASA показує, що Титан щороку віддаляється від Сатурна на 11 сантиметрів.
Уран
Уран є першою планетою, відкритою за допомогою телескопа, що відбулося в 1781 році. Радіус планети становить близько 25 367 км, а температура на ній падає до -224 °C. Рік на Урані складається приблизно з 30 685 днів, що еквівалентно 84 земним рокам, тоді як один день на Урані триває близько 17 годин.
Навколо Урана обертається 27 супутників, серед яких Титанія, Міранда, Оберон і Умбріель є найбільш значними. Завдяки сильному нахилу осі обертання Уран виглядає так, ніби перекочується на бік.
Нептун
Нептун, найвіддаленіша планета Сонячної системи, була унікально відкрита завдяки математичним прогнозам. Щоб зробити оберт навколо Сонця, Нептуну потрібно 165 років. Невидимий неозброєним оком через величезну віддаленість від Землі Нептун має радіус приблизно 24 687 км.
Нептун супроводжується 14 супутниками, найбільшими з яких є Протей, Нереїда і Тритон. Цікаво, що Тритон є одним з небагатьох супутників з атмосферою.
Вчені виявили особливу особливість Нептуна: його еліптична орбіта перетинається з орбітою Плутона, через що Плутон залишається в межах орбіти Нептуна приблизно 20 років.
Дев’ята планета: чи існує вона?
20 січня 2016 року дослідники К. Батигін і М. Браун з Каліфорнійського технологічного інституту припустили існування дев’ятої планети. Вважається, що це гіпотетичне небесне тіло лежить за орбітою Плутона і, за оцінками, в 11 разів перевищує об’єм Землі. Однак ця теорія залишається недоведеною, тому потенційну планету називають «планетою дев’ять».
Карликові планети Сонячної системи
Окрім восьми основних планет, астрономи ідентифікували кілька карликових планет у Сонячній системі. Ці карлики є автономними планетами, але їм бракує гравітаційного впливу, щоб залучити інші небесні тіла на свої орбіти.
Церера
Після відкриття Церера спочатку була класифікована як повноцінна планета, але пізніше була перекласифікована як астероїд у 1850 році через виявлення астероїдних скупчень поблизу. Лише в 2006 році Церера була визнана карликовою планетою.
Церера має сферичну форму в діаметрі трохи менше 1000 км. В даний час вона носить титул найменшої відомої карликової планети і є найближчою до Сонця в порівнянні з іншими карликовими планетами.
Плутон
Плутон з’явився в людській свідомості в 1930 році. Протягом багатьох років він був класифікований серед первинних планет, але в 2006 році він був перевизначений як карликова планета. Плутон демонструє помірний ексцентриситет на своєму орбітальному шляху, нахиленому під кутом 17° до площини екліптики. Коли він обертається, його близькість до Сонця коливається, викликаючи періодичні коливання.
Плутон супроводжується його супутником Хароном, відкритим у 1978 році. Значні розміри Харона, майже порівнянні з самим Плутоном, призвели до того, що його іноді називають частиною системи «подвійних планет».
Хаумеа
Хаумеа, ще одна небесна сутність, класифікована як карликова планета, має подовжену овальну форму. Його орбіта обертається зі значним нахилом приблизно 28°. Період обертання Хаумеа навколо своєї осі становить напрочуд короткий 4 земні години. Поблизу орбіти Хаумеа знаходяться 2 супутники і приблизно 8 транснептунових об’єктів.
Хаумеа знаходиться в поясі Койпера, на його траєкторію дещо впливає гравітаційне тяжіння Нептуна.
Макемаке
До 2008 року ця карликова планета була відома лише під назвою 2005 FY8. Він є другим за яскравістю об’єктом у поясі Койпера та є найбільшим тілом, яке не резонує з орбітою Нептуна. Дослідники припускають, що Макемаке може мати слабкий супутник.
Еріда
Еріда вважається найбільшою карликовою планетою після Плутона, виявленою поблизу розсіяного диска. За оцінками вчених, його діаметр перевищує 2100 кілометрів. Еріда рухається по високоеліптичній орбіті з перигелієм 40,9 астрономічних одиниць і афелієм 86,2 астрономічних одиниць, нахиленою приблизно під кутом 44°.
У 2005 році супутник Dysnomia був виявлений на орбіті Еріди з обсерваторії Кека, зберігаючи відстань 37 000 км.
Комети
Крім планет і зірок, небесні перспективи включають комети — невеликі тіла, що складаються з ядра, коми та хвоста. Ядро утримує основну частину маси комети, але 99,9% її видимої світності походить від коми та хвоста через мініатюрний розмір ядра та низьке альбедо.
Коли комета наближається до зірки, її крижана зовнішність починає випаровуватися та іонізуватися, утворюючи характерний «хвіст комети» з пилу та газу.
Є дві категорії комет:
– Короткоперіодичні комети, з циклами до 200 років.
– Довгоперіодичні комети з циклами, що перевищують 200 років, іноді перевищуючи 1 або 2 тисячоліття.
Астрономи припускають, що короткоперіодичні комети походять з поясу Койпера, а довгоперіодичні – з хмари Оорта.
Кентаври
Кентаври демонструють характеристики, схожі на комети, з льодовими композиціями та великими півосями. Найбільший відомий кентавр, Чарікло, за оцінками, має діаметр близько 312 км. Хірон, перший відкритий об’єкт типу кентавра, спочатку неправильно класифікували як блукаючу комету 95P.
Транснептунові об’єкти
Транснептунові об’єкти відносяться до небесних тіл за межами орбіти Нептуна. Ці утворення, що складаються з льоду та каміння, охоплюють розсіяний диск, пояс Койпера та хмару Оорта.
Пояс Койпера
Пояс Койпера, найдавніший регіон нашої Сонячної системи, складається з скупчень крижаних і скелястих фрагментів. Він включає потенційні карликові планети, такі як Вруна, Оркус і Кваоар. За попередніми оцінками, понад 130 000 тіл у поясі Койпера мають радіус понад 25 км, багато з них мають власні супутники.
Примітне зображення, зроблене космічним кораблем New Horizons, зображує Ultima Thule, відкритий у 2014 році. Спочатку його форма викликала збентеження, але подальше дослідження показало, що це два астероїди, що стикаються. Перейменований на Аррокот, він залишається найвіддаленішим об’єктом, зображеним New Horizons.
Розсіяний диск
Розсіяний диск часто обговорюється серед теоретиків; деякі стверджують, що він є продовженням поясу Койпера, тоді як інші стверджують, що він є чітким, простягаючись далеко за межі поясу Койпера та нахилений значно вище та нижче площини екліптики.
Віддалені райони
Зовнішні регіони Сонячної системи та міжзоряний простір є переважно гіпотетичними. Межа міжзоряного простору часто позначена геліопаузою, де сонячний вітер змішується з міжзоряним середовищем.
Геліосфера
Геліосфера, область навколо Сонця, де сонячний вітер поширюється з надзвуковою швидкістю, простягається приблизно на 10 000 мільйонів км зі швидкістю приблизно 2,5 мільйона км/год, перш ніж сповільнитися при зустрічі з міжзоряним середовищем.
Межі:
- Геліосфера є кордоном, де сонячний вітер сповільнюється і зменшується у швидкості.
- Геліопауза — це межа, де безперервна сила сонячного вітру врівноважує міжзоряне середовище.
Хмара Оорта
Вважається, що хмара Оорта містить трильйон астральних сутностей різних розмірів, складу та щільності. Згідно з багатьма науковими припущеннями, ця хмара служить нескінченним резервуаром для довгоперіодичних комет. Відстань від ядра нашої Сонячної системи до периферії хмари Оорта становить від 50 000 до 100 000 астрономічних одиниць.
Вчені припускають, що хмара виникла з матеріалів, викинутих за межі Сонячної системи під час ранніх фаз міграції гігантських небесних тіл. Як правило, ці об’єкти містять аміак, метан і водяний лід. У хмарі ці об’єкти зазнають випадкового змішування, зіткнень, орбітальних змін і піддаються впливу сили тяжіння більш масивних небесних тіл.
Седна
Седна була офіційно відкрита в 2003 році астрономом М. Брауном. Гіпотеза Брауна припускає, що Седна не є частиною розсіяного диска чи утворень поясу Койпера через значну віддаленість від Сонця, що робить її поза межами прямого впливу Сонця. Разом з іншими вченими Браун припускає існування об’єктів у новій класифікації CR106 з перигелієм на 42 астрономічних одиницях і афелієм на 422 астрономічних одиницях. Седна може бути класифікована як карликова планета після подальшої характеристики.
Прикордонні зони
Незважаючи на триваючі відкриття, точні межі Сонячної системи залишаються невловимими. Астрономи вважають, що сучасна планетна система є незавершеною, і очікують виявлення небесних об’єктів, закритих туманностями або масивними планетами. Теорії включають існування сонячного супутника, Немезиди, і вулканоїдних астероїдів між Сонцем і Меркурієм. Вулканоїди отримали свою назву від гіпотетичної планети Вулкан, яку шукали вчені 19-го століття, але пізніше спростували.
Розташування Сонячної системи в Галактиці
Сонячна система знаходиться в Чумацькому Шляху, спіральній галактиці з орієнтовним діаметром понад 100 000 світлових років, що містить понад 200 мільярдів зірок.
Міжгалактичні сусіди нашої планетарної системи:
- Наукові дані ідентифікують найближчу до Сонця зоряну систему як потрійну зоряну систему Альфа Центавра, розташовану на відстані 4,36 світлових років від нас.
- Наступні найближчі зірки включають червоних карликів Барнарда на відстані 6 світлових років, Вольфа 359 на відстані 7,8 світлових років і Лаланда 21185 на відстані 8,4 світлових років.
- Найближча зірка зі схожими властивостями до Сонця – Тау Кита, розташована в 13 світлових роках від нас.
Випадкове положення Сонячної системи в галактичному просторі забезпечує умови для підтримки життя на Землі, а спіральний рух забезпечує тривалу орбітальну стабільність.
Рух об’єктів Сонячної системи
Сонце, як і будь-який небесний об’єкт, постійно обертається навколо галактичного центру зі швидкістю 230 км/с, здійснюючи один оберт (галактичний рік) приблизно кожні 240 мільйонів років. Крім того, Сонячна система коливається відносно галактичної площини, перетинаючи її кожні 30-40 мільйонів років. Усі відомі та ще не відкриті тіла Сонячної системи обертаються навколо центральної зірки по еліптичних траєкторіях, причому найдальша та найближча точки орбіти називаються афелієм та перигелієм відповідно. Парад планет, рідкісне видиме вирівнювання планет із Землі, відбувається кожні кілька століть, зберігаючи орбітальний порядок протягом мільйонів років.
Відкриття та дослідження Сонячної системи
Спочатку люди спостерігали планети з поверхні Землі без сучасних інструментів, що призвело до помилкової думки, що небесні тіла обертаються навколо нерухомої Землі. Пізніше наукові досягнення виявили осьове обертання Землі та циклічні обертання навколо Сонця.
Спостереження
Деякі небесні тіла, такі як Сонце, Меркурій, Венера, Місяць і Марс, можна побачити без спеціального обладнання. Також можна спостерігати рухи великих комет і далеких планет, таких як Сатурн і Юпітер.
Геоцентричні та геліоцентричні системи
Рання геоцентрична модель, розроблена Клавдієм Птолемеєм, вважала Землю центром галактики з іншими планетами та Сонцем, що обертаються навколо неї. Ця модель точно передбачала рух небесних об’єктів.
У 16 столітті Н. Коперник зробив революцію в астрономічному розумінні своєю геліоцентричною моделлю, продемонструвавши, що всі планети, включаючи Землю, обертаються навколо Сонця. Ця модель перекласифікувала Сонце як зірку, а Місяць як супутник Землі.
Дослідження Сонячної системи
Дотримуючись геліоцентричної моделі, століття відкриттів розширили наші знання та зоряну картографію.
Історія відкриттів:
- У 1610 році Галілео Галілей ідентифікував чотири супутники Юпітера за допомогою телескопа.
- У 1655 році Крістіан Гюйгенс відкрив супутник Сатурна Титан.
- У 1781 році Вільям Гершель знайшов Уран і два його супутники.
- 1 січня 1801 року був занесений в каталог перший астероїд Церера.
- У 1846 році астрономи підтвердили існування Нептуна за допомогою математичних передбачень.
- У 1930 році Клайд Томбо спостерігав і описав Плутон.
Астрономічні дослідження тривають, щорічно відкриваються нові небесні об’єкти, туманності, супутники, комети та скупчення астероїдів.
Колонізація Сонячної системи
Перенаселення Землі та виснаження ресурсів вимагають пошуку придатних для життя планет для колонізації. Марс отримує першочергову увагу, тоді як інші планети потребують масштабної трансформації. SpaceX очолює зусилля з планами розгорнути обладнання на Марсі в 2022-2024 роках.
Зараз людство перебуває на початковій стадії дослідження космосу, а міжпланетні експедиції представляють собою монументальний крок вперед.
