Главная >> Физика 11 класс. Мякишев

Глава 15. Солнечная система

§ 119. Физическая природа планет и малых тел. Солнечной системы

По современным данным, вокруг Солнца обращаются восемь крупных шарообразных тел, называемых планетами (рис. 15.10). Наряду с планетами и их спутниками вокруг Солнца обращаются планеты-карлики, тысячи малых планет, называемых астероидами, а также кометы и частички пыли. Масса Солнца в 740 раз превышает массу всех планет, благодаря этому оно своим сильным гравитационным полем удерживает планеты около себя. Поверхность Солнца нагрета до температуры около 6000 К, поэтому оно излучает собственный свет, а планеты освещаются Солнцем и светят отраженным светом.

Планеты вращаются вокруг Солнца в том же направлении, что и Солнце вокруг своей оси, и удалены от Солнца в следующем порядке: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун (по современным данным Плутон относят к планетам-карликам). По физическим характеристикам их объединяют в две группы, разграниченные в пространстве поясом астероидов.

Планеты земной группы. Планеты, движущиеся внутри пояса астероидов (Меркурий, Венера, Земля и Марс), принадлежат к земной группе, так как имеют много общего. Все эти планеты, небольшие по размерам и массе (самая крупная из них — Земля), имеют твердую поверхность, сравнительно высокую среднюю плотность, близкую к плотности Земли (5,5 г/см³), и обладают атмосферами (кроме Меркурия). Планеты земной группы состоят из тяжелых химических элементов.

Наличие атмосферы, содержащей наряду с другими газами углекислый газ, привело к тому, что на поверхности Венеры и Земли действует парниковый эффект. Углекислый газ, а у Земли и водяные пары, пропускают солнечный свет, который нагревает поверхность и атмосферу. Нагретая поверхность испускает инфракрасные лучи, но эти лучи углекислый газ не пропускает наружу в космическое пространство и поверхность не охлаждается. Тепло скапливается у поверхности. Так, температура поверхности Венеры составляет почти 500 °С. А если бы атмосфера Земли не содержала углекислый газ, то температура на ее поверхности была бы на 40° ниже существующей. Так что без парникового эффекта Земля была бы покрыта льдом.

Планеты-гиганты. Планеты, движущиеся за кольцом астероидов, образуют группу планет-гигантов, возглавляемую Юпитером — самой крупной и массивной планетой Солнечной системы. К этой группе относятся также Сатурн, Уран и Нептун. Они обладают значительными размерами, малой средней плотностью (большая плотность у Нептуна — 1,66 г/см³, самая малая у Сатурна — 0,7 г/см³), быстрым вращением, протяженными гелиево-водородными атмосферами с небольшим содержанием аммиака и метана и, по-видимому, не имеют твердой поверхности. Планеты- гиганты состоят из легких химических элементов, в основном водорода и гелия. Планеты-гиганты окружены кольцами, состоящими из мелких твердых частиц. Вокруг планет-гигантов обращаются десятки спутников.

Только у Меркурия и Венеры отсутствуют спутники. Крупные спутники (такие, как Луна у Земли или Титан у Сатурна) имеют шарообразную форму, а мелкие (как Фобос и Деймос у Марса) — неправильную форму, свойственную большинству астероидов.

Астероиды. В начале XIX в. между орбитами Марса и Юпитера были обнаружены звездообразные тела — астероиды, которые двигались вокруг Солнца на расстояниях 2,3—3,3 а. е. Астероиды — небольшие бесформенные тела, самый крупный из них — Церера — имеет в поперечнике около 950 км. Сейчас известно несколько тысяч астероидов, некоторые из них имеют орбиты, пересекающие орбиту Земли. Общая масса всех астероидов небольшая, существенно меньше массы любой планеты.

Кометы. Эти небесные светила получили свое название от греческого слова кометас — хвостатая, или косматая, звезда. Яркие кометы появляются сравнительно редко, в среднем одна комета за 10—15 лет. Слабые же по блеску кометы появляются часто (на фотографиях звездного неба ежегодно обнаруживают несколько комет).

Большинство комет входят в состав нашей Солнечной системы. Под действием притяжения Солнца они, как и планеты, обращаются вокруг него по вытянутым эллиптическим орбитам (рис. 15.11). Самой известной кометой является комета Галлея (рис. VIII цветной вклейки), названная так в честь первого исследователя комет, который предсказал появление этой кометы. Она движется по очень вытянутой эллиптической орбите (а = 18 а. е. и е = 0,967). В перигелии она сближается с Солнцем до расстояния 0,59 а. е. (заходит внутрь орбиты Венеры), а в афелии удаляется до 35,3 а. е. за орбиту Нептуна. Последний раз комета появилась в 1986 г. В момент ее прохождения вблизи Солнца для ее изучения был осуществлен полет четырех космических аппаратов, два из которых — «Вега-1» и «Вега-2».

Фотографирование ядра кометы Галлея советскими космическими станциями с расстояния около 8000 км показало, что оно имеет неправильную форму с размерами 16 х 18 x 8 км (рис. VII цветной вклейки). В следующий раз ее можно будет увидеть в 2062 году.

На больших расстояниях от Солнца кометы представляют собой глыбы твердого вещества из льда, застывших газов и пыли, вмороженных частиц метеорного вещества. При приближении к Солнцу лед начинает таять и испаряться, вокруг ядра кометы, начальные размеры которого не превышают десятков километров, образуется протяженная оболочка — кома. Под действием давления солнечного света и солнечного ветра часть газов комы отталкивается в сторону, противоположную Солнцу, образуя хвост кометы. Массы комет оцениваются в 10¹⁵—10¹⁸ кг.

В конце концов комета теряет вещество и распадается на части.

Метеоры и метеориты. Метеоры (от греческого слова метеорос — парящий в воздухе) — это вспыхивающие в земной атмосфере мельчайшие твердые частицы, которые вторгаются в нее извне с огромной скоростью. Метеоры часто называют падающими звездами. В межпланетном пространстве хаотично движется с различными скоростями множество таких частиц. Массы подавляющего их большинства измеряются десятыми и тысячными долями грамма, в редких случаях — несколькими граммами. Если в атмосферу влетает частица со скоростью свыше 30 км/с, то из-за трения о воздух она быстро раскаляется, вспыхивает и порождает метеор. Чем больше масса и скорость частицы, тем ярче метеорная вспышка. В среднем по всему небу за 1 ч появляются 5—6 ярких метеоров.

Помимо отдельных метеорных частиц вокруг Солнца движутся целые их рои, называемые метеорными потоками. Они порождены распадающимися или уже распавшимися кометами. Каждый метеорный рой обращается вокруг Солнца с постоянным периодом, равным периоду обращения породившей его кометы, и многие из них в определенные дни года встречаются с Землей. В эти дни число метеоров значительно возрастает, а если метеорный рой компактный, то наблюдаются метеорные, или звездные, дожди, когда в одной ограниченной области неба за одну минуту вспыхивают сотни метеоров.

Многие метеорные потоки связаны с кометами. Так, метеорный поток, исходящий из созвездия Ориона (Ориони- ды), связан с кометой Галлея, а метеорный поток Андроме- ниды — с распавшейся кометой Биэлы.

Помимо пыли, в межпланетном пространстве движется множество твердых тел размерами от сантиметров до десятков метров. При падении на Землю они получают название метеоритов.

По химическому составу метеориты подразделяют на три группы: каменные, железокаменные и железные. Самый крупный железный метеорит — Гоба — найден на территории Намибии: он имеет размеры 3x3x1 м, а массу — 60 т.

На месте падения крупных метеоритов образуются метеоритные кратеры значительных размеров. Такие кратеры обнаружены в Аризоне (США), Канаде, на Таймыре (Россия) и в других местах. У Аризонского метеоритного кратера диаметр 1207 м, глубина 174 м, а высота окружающего его вала составляет от 40 до 50 м.

На других планетах и их спутниках также обнаружены кратеры метеоритного происхождения. Крупные метеориты могут образовать кратеры диаметром в несколько десятков километров.

Вокруг Солнца обращаются две группы больших планет: планеты земной группы, похожие на Землю, и планеты-гиганты, похожие на Юпитер. Между орбитами Марса и Юпитера расположен пояс астероидов. Кометы движутся вокруг Солнца по очень вытянутым орбитам, при движении вблизи Солнца у кометы образуется хвост.

Вопросы к параграфу

1. Планеты какой группы состоят в основном из легких химических элементов (водорода и гелия)?

2. Почему температура поверхности Венеры столь высокая?

3. Что такое астероиды?

4. Почему на больших расстояниях от Солнца у комет нет хвостов?

5. Чем отличаются метеоры от метеоритов?

КРАТКИЕ ИТОГИ ГЛАВЫ 15

1. Видимые движения планет легко описываются в гелиоцентрической системе координат.

2. Движение планет и их спутников подчиняется законам Кеплера.

3. Планеты разделяются на две группы, которые сильно отличаются по своим физическим характеристикам: планеты земной группы и планеты-гиганты.

4. Приливы и отливы объясняются гравитационным взаимодействием между Землей и Луной.