Как зародилась солнечная система, и что нас ждет в будущем?

Железный Марс

Вопрос, какого цвета Марс, вряд ли вызовет у кого-то затруднения. Земного соседа часто называют красной планетой. Из космоса марсианская поверхность выглядит красновато-оранжевой из-за верхнего слоя, богатого такими железосодержащими минералами, как гематит и магнетит. Над поверхностью постоянно витают клубы минеральной пыли, что и делает четвертую планету издалека такой красной.

Планетоходы Оппортьюнити и Кьюриосити
передали на Землю снимки, запечатлевшие настоящий оттенок верхних слоев Марса. Вблизи
его поверхность выглядит желтовато-коричневой с отдельными вкраплениями бурого,
зеленого и золотистого. Такой окрас свидетельствует о высокой активности
процессов эрозии в марсианском грунте.

Как возникла Солнечная система

По мнению ученых, Солнечная система образовалась из гигантского межзвездного облака пыли и газов вследствие гравитационного коллапса в отдельной его части. В результате в центре образовалась протозвезда, затем превратившаяся в звезду – Солнце, и протопланетный диск огромных размеров, из которого впоследствии сформировались все составляющие Солнечной системы, перечисленные выше. Процесс, как полагают ученые, начался около 4,6 млрд лет назад. Эта гипотеза была названа небулярной. Благодаря Эммануилу Сведенборгу, Иммануилу Канту и Пьеру-Симону Лапласу, которые предложили ее еще в XVIII веке, она со временем стала общепринятой, но на протяжении многих десятилетий уточнялась, в нее вносились новые данные с учетом знаний современных наук. Так, предполагается, что вследствие повышения и усиления столкновений частиц друг с другом росла температура объекта, а после достижения ею показателя в несколько тысяч кельвинов протозвезда обрела свечение. Когда же температурный показатель достиг миллионов кельвинов, в центре будущего Солнца началась термоядерная реакция синтеза – превращения водорода в гелий. Оно превратилось в звезду.

Формирование и эволюция Солнечной системы

Возраст Солнечной системы составляет примерно 4,6 млрд лет. Образованию Солнца в космическом пространстве способствовало резкое сжатие облака, состоявшего из обломков астероидов, пыли, мельчайших частиц и газа. Изначальные объемы облака предположительно равнялись нескольким , таким образом оно стало прародителем некоторых звезд.

В результате сжатия под действием гравитации облако уменьшалось, а скорость его вращения возрастала. В центральной части температура постоянно повышалась, а по краям понижалась. Постоянное движение вокруг оси, разность температур и гравитационное сжатие привело к изменению скорости и направления движения, из-за чего газовое образование уплотнилось. В итоге сформировался протопланетный диск, диаметр которого равнялся примерно 200 а. е., состоящий из пыли и газа, с горячей протозвездой в центральной части образования.

Этапы возникновения Солнечной системы

Принято считать, что в этот момент эволюции, Солнце было похоже по своим характеристикам на звезды типа Т Тельца. Из наблюдений, видно, что звезды такого типа часто окружены образованиями, из которых в будущем могут сформироваться планеты.

За 60 миллионов лет в центральной части звезды повысилась плотность содержания водорода и начались термоядерные процессы. В итоге температура, гравитационное давление и плотность ядра стабилизировались и было установлено гидростатическое равновесие. Этот этап завершил формирование звезды.

Солнце постепенно сжигает запасы водорода, а, следовательно, энергия, которая стабилизирует и поддерживает ядро, постепенно заканчивается, заставляя звезду сжиматься. Это приводит к постоянному увеличению яркости примерно на 10% каждые 1,1 миллиарда лет.

По подсчетам ученых примерно через 6,5-7 миллиардов лет водород, содержащийся внутри Солнечного ядра, преобразуется в гелий. Этот этап превратит Солнце в субгиганта, а по прошествии 500 млн лет наружные слои звезды расширятся. Увеличение и разрастание внешних слоев приведет к другой стадии переформирования и Солнце станет красным гигантом.

Ученые прогнозируют, что после увеличения объемов Солнце поглотит все близкорасположенные объекты, включая ближайшие планеты: Меркурий и Венеру. Возможно, Земля не подвергнется поглощению, но она в любом случае не избежит разрушительного воздействия и превратится в мертвую планету.

Жизненный цикл Солнца

Значительно позже в результате неустойчивых термических реакций наружные слои Солнца окончательно рассеются по космическому пространству и сформируют новую планетарную туманность. А на месте Солнца останется только небольшое по размеру ядро, которое превратится сначала в белого, а потом в черного карлика.

Марс

Эта планета является четвертой по счету от Солнца и удалена от него на расстояние в 1,5 раза большего, чем Земля. Диаметр Марса меньше земного и составляет 6 779 км. Средняя температура воздуха на планете колеблется от -155 градусов, до +20 градусов в области экватора. Магнитное поле на Марсе значительно слабее, чем у Земли, а атмосфера довольно разряжена, что позволяет беспрепятственно солнечной радиации воздействовать на поверхность. В связи с этим, если на Марсе и есть жизнь, то не на поверхности.

При обследовании с помощью марсоходов было установлено, что на Марсе много гор, а также высохшие русла рек и ледники. Поверхность планеты покрыта песком красного цвета. Это цвет Марсу придает оксид железа.

1. Марс расположен на четвертой орбите от Солнца;
2. На Красной планете находиться самый высокий вулкан в Солнечной системе;
3. Из 40 исследовательских миссий отправленных на Марс, только 18 оказались успешными;
4. На Марсе происходят самые большие пылевые бури в Солнечной системе;
5. Через 30-50 млн лет, вокруг Марса будет расположена система колец, как у Сатурна;
6. Обломки Марса были найдены на Земле;
7. Солнце с поверхности Марса выглядит в два раза меньше чем с поверхности Земли;
8. Марс является единственной планетой в Солнечной системе, которая имеет полярные льды;
9. Вкруг Марса вращается два естественных спутника -Деймос и Фобос;
10. Марс не имеет магнитного поля;

Юпитер

Эта планета является самой большой в Солнечной системе и имеет диаметр 139 822 км, что в 19 раз больше земного. Сутки на Юпитере длятся 10 часов, а год равен приблизительно 12 земным годам. Юпитер в основном состоит из ксенона, аргона и криптона. Если бы он был в 60 раз больше, то мог бы стать звездой благодаря спонтанной термоядерной реакции.

Средняя температура на планете составляет -150 градусов Цельсия. Атмосфера состоит из водорода и гелия. Кислорода и воды на его поверхности нет. Есть предположение, что в атмосфере Юпитера есть лед.

1. Юпитер расположен на пятой орбите от Солнца;
2. На земном небосклоне, Юпитер является четвертым по яркости объектом, после Солнца, Луны и Венеры;
3. На Юпитере самый короткий день из всех планет Солнечной системы;
4. В атмосфере Юпитера, бушует один из самых длительных и мощных штормов в Солнечной системе, более известный как Большое Красное Пятно;
5. Луна Юпитера — Ганимед, является самой большой луной в Солнечной системе;
6. Вокруг Юпитера расположена тонкая система колец;
7. Юпитер посетило 8 научно — исследовательских аппаратов;
8. Юпитер имеет сильное магнитное поле;
9. Если бы Юпитер был в 80 раз массивнее, он стал бы звездой;
10. Вокруг Юпитера вращается 67 естественных спутника. Это самый большой показатель в Солнечной системе;

Интересные факты о нашей планетарной системе

Венера, единственная из всех больших планет Солнечной системы, совершает вращение вокруг своей оси в направлении, противоположном ее вращению вокруг Солнца.

Самая высокая гора на больших планетах Солнечной системы – Олимп (21,2 км, диаметр – 540 км), погасший вулкан на Марсе. Не так давно на самом крупном астероиде нашей звездной системы, Весте, была обнаружена вершина, несколько превосходящая Олимп по параметрам. Возможно, она — самая высокая в Солнечной системе.

Четыре галилеевских спутника Юпитера – самые большие в Солнечной системе.

Кроме Сатурна, кольца есть у всех газовых гигантов, некоторых астероидов и спутника Сатурна Реи.

Какая система звезд для нас – самая близкая? Солнечная система находится ближе всего к звездной системе тройной звезды Альфа Центавра (4, 36 световых лет). Предполагается, что в ней могут существовать планеты, подобные Земле.

«Открытие» и исследование Солнечной системы

То обстоятельство, что наблюдать движения небесных светил человек был вынужден с поверхности вращающейся вокруг своей оси и движущейся по орбите Земли, на протяжении многих столетий препятствовало осознанию структуры Солнечной системы. Видимые движения Солнца и планет воспринимались как их истинные движения вокруг неподвижной Земли.

Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы

На протяжении долгого времени господствующей была геоцентрическая модель, в соответствии с которой в центре вселенной покоится неподвижная Земля, а вокруг неё по достаточно сложным законам движутся все небесные тела. Наиболее полно эта система была разработана античным математиком и астрономом Клавдием Птолемеем и позволяла с весьма высокой точностью описывать наблюдаемые движения светил.

Важнейший прорыв в понимании истинной структуры Солнечной системы произошёл в XVI веке, когда великий польский астроном Николай Коперник разработал гелиоцентрическую систему мира. В её основе лежали следующие утверждения:

• в центре мира находится Солнце, а не Земля;
• шарообразная Земля вращается вокруг своей оси, и это вращение объясняет кажущееся суточное движение всех светил;
• Земля, как и все другие планеты, обращается вокруг Солнца по окружности, и это вращение объясняет видимое движение Солнца среди звёзд;
• все движения представляются в виде комбинации равномерных круговых движений;
• кажущиеся прямые и попятные движения планет принадлежат не им, но Земле.

Солнце в гелиоцентрической системе перестало считаться планетой, как и Луна, являющаяся спутником Земли. Вскоре были открыты 4 спутника Юпитера, благодаря чему исключительное положение Земли в Солнечной системе было упразднено. Теоретическое описание движения планет стало возможным после открытия законов Кеплера в начале XVII века, а с формулировкой законов тяготения количественное описание движения планет, их спутников и малых тел было поставлено на надёжную основу.

В 1672 году Джованни Кассини и Жан Рише определили расстояние до Марса, благодаря чему астрономическая единица получила выражение в земных единицах измерения расстояния.

Исследования Солнечной системы

История профессионального изучения состава Солнечной системы началась в 1610 году, когда Галилео Галилей открыл в свой телескоп 4 крупнейших спутника Юпитера. Это открытие явилось одним из доказательств правильности гелиоцентрической системы. В 1655 году Христиан Гюйгенс открыл Титан — самый крупный спутник Сатурна. До конца XVII века Кассини были открыты ещё 4 спутника Сатурна.

XVIII век ознаменовался важным событием в астрономии — впервые с помощью телескопа была открыта ранее не известная планета Уран. Вскоре Дж. Гершелем, первооткрывателем новой планеты, были открыты 2 спутника Урана и 2 спутника Сатурна.

XIX век начался с нового астрономического открытия — был обнаружен первый звездоподобный объект — астероид Церера, в 2006 году переведённый в ранг карликовой планеты. А в 1846 году была открыта восьмая планета — Нептун. Нептун был открыт «на кончике пера», то есть сначала предсказан теоретически, а затем обнаружен в телескоп, причём независимо друг от друга в Англии и во Франции.

В 1930 году Клайд Томбо (США) открыл Плутон, названный девятой планетой Солнечной системы. Однако в 2006 году Плутон потерял статус планеты и «стал» планетой карликовой.

Во второй половине XX века было открыто множество крупных и совсем мелких спутников Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна, Плутона. Самую значительную роль в этой серии научных открытий сыграли миссии «Вояджеров» — американских АМС.

На рубеже XX—XXI веков был открыт ряд малых тел Солнечной системы, в том числе карликовые планеты, плутино, а также спутники некоторых из них и спутники планет-гигантов.

Продолжаются инструментальные и расчётные поиски транснептуновых планет, в том числе гипотетических .

Особенности Солнечной системы

Во Вселенной существует несметное количество галактик. Одна из них — Млечный Путь. Именно в ней, помимо миллионов звезд, существует фактически крошечная (с точки зрения Космоса) Солнечная система.

Как следует из названия, она зародилась с образованием Солнца как единой звезды. Сравнительный возраст составляет 5 млрд лет.

Кроме самой главной звезды системы, существует 8 официальных планет, по расположению и удаленности относительно Солнца список можно представить следующим образом:

• Меркурий;
• Венера;
• Земля;
• Марс;
• Юпитер;
• Сатурн;
• Уран;
• Нептун.

Существующие планеты системы подразделяются по группам. Первые четыре — Меркурий, Венера, Земля и Марс — относятся к земной группе. А все остальные — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — образуют группу гигантов. Кстати, раньше в планеты системы входил и Плутон.

Малые планеты

Малыми планетами называют небесные тела, которые также движутся вокруг Солнца по собственным орбитам, но от других планет отличаются незначительными размерами. Ранее к ним причисляли лишь астероиды, но с недавних пор, а именно – с 2006 года, к ним относится и Плутон, который ранее входил в список планет Солнечной системы и был в нем последним, десятым. Это связано с изменениями в терминологии. Таким образом, к малым планетам теперь относятся не только астероиды, но и карликовые планеты — Эрида, Церера, Макемаке. Они были названы плутоидами в честь Плутона. Орбиты всех известных планет-карликов находятся за орбитой Нептуна, в так называемом поясе Койпера, который намного шире и массивнее пояса астероидов. Хотя природа их, как полагают ученые, одинакова: это «неиспользованный» материал, оставшийся после образования Солнечной системы. Некоторые ученые высказывали предположение, что пояс астероидов – это обломки девятой планеты, Фаэтона, погибшей в результате глобальной катастрофы.

О Плутоне известно, что он состоит в основном изо льда и твердых горных пород. Основной компонент его ледяного щита – азот. Его полюса покрыты вечными снегами.

Таков порядок планет Солнечной системы, согласно современным представлениям.

К каким условиям придется приспосабливаться?

На Марсе нечем дышать — углекислый газ составляет больше 90% атмосферы. Там высокий уровень радиации и очень холодно. Есть и другие непривычные для землян моменты: слабая гравитация, отсутствие магнитного поля. Люди, которые, возможно, там поселятся, должны будут преодолеть и психологическую проблему: выдержать длительную изоляцию, находясь на большом удалении от остального человечества. И это мы еще не упомянули о том, что лететь до Марса нужно около полугода и такой полет можно осуществить только тогда, когда возникает удобное расположение планеты. Заведующий лабораторией нейтронной и гамма-спектроскопии отдела ядерной планетологии Института космических исследований РАН Максим Литвак считает, что терраформировать нужно не планету, а, наоборот, человека «подогнать» под ее условия.

«Нужно затратить колоссальные усилия, чтобы изменить ареал обитания человека. Может быть, гораздо проще «подогнать» самого обитателя под этот ареал? — рассказал в интервью «Науке» Максим Литвак. — Ведь именно так происходит эволюция: живые существа пытаются адаптироваться к тем условиям, которые существуют на планете. Мне сейчас очень трудно вообразить технологии, которые помогут создать инфраструктуру на Марсе — такую, чтобы, оказавшись там, человек не почувствовал бы разницу. А вот с точки зрения адаптации человека под какие-то более жесткие условия, может быть, это займет меньше времени. Мы больше продвинулись в биотехнологиях, чем в технике. Поэтому, может быть, проще в каких-то случаях что-то сделать с самим человеком».

Солнечная система: строение и структура

Для своего удобства астрономы выделяют в Солнечной системе несколько областей или зон.

Внутренняя Солнечная система

Внутренняя Солнечная система — это зона внутри пояса астероидов, то место, где солнце дает достаточно тепла для того, чтобы вода могла существовать в виде жидкости или пара. Внутренние области Солнечной системы включают в себя Солнце и расположенные неподалеку четыре небольшие планеты — Меркурий, Венеру, Землю и Марс. Их называют планетами земной группы (или внутренними планетами). Они похожи друг на друга как по размерам, так и по массе. Кроме того похоже их внутреннее строение: ядра планет земной группы состоят из смеси железа и никеля, а поверхность и мантия — в основном из горных пород.

Наша Земля — самая крупная из внутренних планет.

За орбитой Марса есть место для еще одной небольшой планеты. Однако ее там нет. Вместо планеты здесь находится пояс астероидов, в состав которого входит больше миллиона небольших тел. Когда-то среди астрономов была популярна гипотеза о существовании на этом месте планеты Фаэтон, которая по каким-то причинам разрушилась на множество осколков. Но впоследствии эта теория не подтвердилась.

Внешняя Солнечная система

Внешняя Солнечная система — это царство холодных планет гигантов.

Юпитер — следующая планета по удалению от Солнца после Марса. Это самая большая и массивная планета Солнечной системы. Масса Юпитера более чем в 300 раз больше массы Земли. Планета обладает мощным полем тяготения. Считается, что именно притяжение Юпитера не дало сформироваться планете в поясе астероидов.

Удивительно, но Юпитер не является твердым телом! В отличие от планет земной группы у него попросту нет твердой поверхности. Это так называемый газовый гигант. Юпитер почти целиком состоит из водорода и гелия с небольшими примесями других газов. По своему составу планета очень похожа на Солнце.

Вслед за Юпитером находится Сатурн, еще одна газовая планета-гигант. Сатурн немного меньше Юпитера и легче его, зато окружен яркими и красивыми кольцами, которые можно рассмотреть даже в небольшой телескоп.

Еще дальше располагаются планеты Уран и Нептун. Иногда их называют планетами близнецами из-за большого сходства. В целом по своим характеристикам Уран и Нептун также довольно похожи на Юпитер и Сатурн — это тоже планеты гиганты, обладающие очень мощными атмосферами. Но есть и различия:  Уран и Нептун меньше по размерам и имеют в своем составе не только газ, но и лед. Уран и Нептун очень холодные планеты, температура верхних слоев их атмосфер едва достигает -200°С (с глубиной температура медленно растет).

Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун часто называют просто внешними планетами. Также за Юпитером и Сатурном закрепилось название газовые гиганты, а за Ураном и Нептуном — ледяные гиганты.

Пояс Койпера

За орбитой Нептуна находится широкая область небольших ледяных тел — пояс Койпера. Пояс простирается на сотни миллиардов километров от Солнца и потому является отдельной большой зоной Солнечной системы. Объекты, населяющие пояс Койпера, по своим размерам и форме похожи на астероиды главного пояса, но, в отличие от них, состоят не из камня и металлов, а в основном изо льда. Самый первый объект пояса Койпера — Плутон — был открыт в 1930 году. Сегодня Плутон считается одной из шести карликовых планет.

Облако Оорта

Наконец, далеко за поясом Койпера находится резервуар ледяных планетезималей (Облако Оорта). Он окружает Солнечную систему со всех сторон подобно гигантской сфере и содержит порядка тысячи миллиардов кометных ядер, а возможно и больше. Астрономы полагают, что облако Оорта удалено от Солнца на расстояние до 100000 астрономических единиц, то есть находится почти на полпути к ближайшей звезде. На таком громадном расстоянии ни один объект облака Оорта нельзя увидеть даже в самый мощный телескоп. Но мы все же уверены в существовании облака благодаря тому, что время от времени оттуда прилетают новые кометы.

Как движутся объекты Солнечной системы вокруг Солнца?

Все планеты и астероиды движутся вокруг Солнца более или менее в одной плоскости (она называется эклиптикой) и в том же направлении, что и Земля. Если принять за «верх» северный полюс Земли, то планеты движутся против часовой стрелки. На нашем небе движение планет на фоне звезд происходит с запада на восток.

Другое дело кометы и объекты пояса Койпера — они могут двигаться совершенно по-разному (по часовой стрелке и против часовой) а также под большими углами к эклиптике.

Марс

Марс – седьмая по размеру планета в Солнечной системе. «Красная планета», как его еще называют благодаря наличию большого количества оксида железа в грунте. У Марса есть два спутника: Деймос и Фобос.

Атмосфера Марса сильно разряжена, а расстояние до Солнца почти в полтора раза больше, чем у Земли. Поэтому среднегодовая температура на планете равняется -60° С, а перепады температур в некоторых местах достигают 40 градусов в течение суток.

Отличительными чертами поверхности Марса являются ударные кратеры и вулканы, долины и пустыни, ледяные полярные шапки наподобие земных. На Марсе расположена самая высокая гора в Солнечной системе: потухший вулкан Олимп, высота которого — 27 км! А также самый крупный каньон: Долина Маринера, глубина которого достигает 11 км, а протяженность – 4500 км.

Расположение Солнечной системы в Галактике

Положение Солнечной системы в Галактике‍

Солнце — одна из 200 миллиардов звёзд Млечного Пути, оно находится в одном из его спиральных рукавов — рукаве Ориона — на расстоянии 27 000 световых лет от центра Галактики. 

Как планеты вращаются вокруг Солнца, так и Солнце вращается вокруг центра Галактики. Солнечная система движется сквозь космическое пространство со скоростью в 250 км/с — это в сотни тысяч раз быстрее самого мощного сверхзвукового самолёта. 

Полный оборот вокруг центра Млечного Пути солнечная система совершает за 226 миллионов лет — эта величина называется галактическим годом.