Солнце - самая дорогая нам звезда

 

Солнцу обязана своим существованием жизнь на Земле. Все земные источники энергии (кроме ядерного распада, термоядерного синтеза и тепла недр) имеют в своей осно­ве солнечную энергию. Солнце — желтый карлик класса G2. Сравнительное изучение Солнца и звезд солнечного типа показало, что Солнце уникально. Не обнаружено ни одной звезды, основные физические характеристики ко­торой полностью бы совпадали с параметрами Солнца.

 

Удивительно положение Солнца в Галактике. На рисунке показана траектория движения Солнца в Галактике в иной проекции — сверху.

Спиральные рукава галактики и современное положение Солнечной системы между рукавами Стрельца и Персея. Сплошной окружностью показана траектория Солнца.

Солнце двигается по так называемой траектории коротации (англ. co-rotation, со­вращение). Это особая траек­тория радиусом около 8000 пс, в узкой окрестности которой (не более 10°/» радиуса) от­сутствует активное звездооб­разование, мала вероятность вспышек сверхновых звезд. На этой траектории скорость движения звезды (300 км/с) близка к скорости движения межзвездного вещества.

Воз­раст Земли (около 5 миллиардов лет) меньше времени нахождения Солнца между рукавами. Один галактический год — время полного оборота Солнца вокруг центра Галактики — близок к 250 миллионам лет. В табл.5 приведены основные характеристики Солнца.

Оценить массу Солнца достаточно просто. Так как нам известны расстояние до Солнца и время полного оборота Земли вокруг Солнца, мы можем рассчитать скорость, с которой Земля движется по орбите (около 30 км/с). То есть оценить ускорение, с которым Земля движется к Солнцу (в простейшем случае полагая орби­ту окружностью). Тогда из второго закона Ньютона и выражения для закона всемирного тяготения можно по­лучить значение массы Солнца.

Радиус Солнца измерить так же просто. Для этого надо просто измерить угол, под которым Солнце видно с Земли (0,5°). Так как расстояние до Солнца известно, то весьма просто рассчитать радиус — 696 000 км.

Если считать Солнце шаром, то средняя плотность солнечного вещества составляет 1,4 г/см³. Солнце содер­жит 71% водорода, 27% гелия и 2% иных химических элементов.

 

Таблица 5 Основные характеристики Солнца

 

Xapaкmepucmика	Значение
Наименьшее расстояниеот Земли, км	146 100 000
Наибольшее расстояние от Земли, км	152 100 000
Радиус Солнца, км	696 000
Масса Солнца, кг	2 • 10^30
Температура в центре, К	16 000 000
Температура поверхности, К
Температура в солнечных пятнах, К
Температура короны, К	1 000 000
Типичный размер солнечногопятна, км
Поток энергии, Дж/сек	4*10^26

 

Температура поверхности Солнца может быть оце­нена из зависимости интенсивности излучения от его длины волны (лекция 9, рис. 9.1). Максимум излучения приходится на длину волны 500 нм (желто-оранжевая часть видимого спектра). Температура поверхности в среднем не более 6000 К.

Мы знаем количество энергии, падающей на 1 квад­ратный метр поверхности Земли за 1 секунду (эта харак­теристика называется освещенностью). Освещенность, создаваемая Солнцем на поверхности Земли, солнечная постоянная, Е_о = 1370 Вт/м². Тогда легко узнать пол­ную мощность Солнца. Действительно, если 1 квадрат­ный метр поверхности, находящейся на расстоянии R = 150 миллионов км от Солнца, получает в секунду энергию Ео, то на всю поверхность сферы радиуса R за 1 секунду падает энергия

Е = Е_о- 4πR² (11.1).

Светимость Солнца Е = 4 • 10²⁶ Вт. На долю Земли приходится менее 10 ⁹ этой энергии. Каждый квадрат­ный метр поверхности Солнца в энергетическом отноше­нии можно сравнить с электростанцией мощностью 0,1 МВт.

Такое энерговыделение практически неизменно в те­чение 3—4 миллиардов лет. Откуда нам это известно? Если бы за время существования Земли светимость Солн­ца изменилась, то жизнь не смогла бы сформироваться. Жидкая вода, являющаяся, по современным представ­лениям, основой зарождения и существования жизни, превратилась бы в лед или, наоборот, испарилась. А ин­тервал температур, в котором вода существует в жидком состоянии, крайне узок. Поэтому, если даже Солнце и изменяло светимость, то это были крайне малые измене­ния (в пределах единиц процентов).

Все указанные характеристики получены из- наблю­дений и относятся к поверхности Солнца.

Но как оценить состояние внутренних областей Сол­нца? За счет чего энергия, выделяемая при термоядер­ной реакции в ядре Солнца, передается наружу?

Грубые оценки показывают, что на расстоянии, от­стоящем от поверхности на половину радиуса, темпера­тура составляет 10 миллионов Кельвинов, а давление превышает 500 миллионов атмосфер.

Ранее полагали, что Солнце находится в состоянии конвективного перемешивания (конвекция — процесс, при котором происходит перенос теплоты потоками ве­щества, интенсивность конвекции зависит от разности температур между слоями, теплопроводности и вязкос­ти среды): горячие потоки ионизированного газа подни­маются к поверхности звезды, а холодные опускаются к ее горячему ядру. Однако оказалось, что этот процесс не способен обеспечить наблюдаемую мощность излуче­ния Солнца. Только в самых верхних слоях атмосферы Солнца конвективные потоки играют, видимо, какую-то роль.

Перенос энергии от нагретых внутренних областей Солнца наружу происходит преимущественно за счет излучения. Нагретый слой передает энергию лежащему выше более холодному слою. Тот поглощает ее и вновь излучает при чуть более низкой температуре. И так слой за слоем.

Поскольку Солнце — довольно старая звезда и пере­мешивание вещества в нем происходит достаточно мед­ленно (нет конвективного ядра), то водорода в его цент­ральной части, по-видимому, меньше (примерно на 50%), чем в наружных областях. Температура в центре близка к 15 миллионам кельвин, а плотность вещества достига­ет 130 г/см³. Около поверхности Солнца есть конвектив­ная зона, занимающая около 15% радиуса. Именно в этой области энергия переносится не излучением, а ин­тенсивным перемешиванием всплывающих и опускаю­щихся масс ионизированного газа.

При наблюдении за Солнцем обнаружено, что поверх­ность имеет сложную структуру и состоит из несколь­ких слоев. Самый нижний, доступный для наблюдений и содержащий достаточно плотный газ — фотосфера. Фотосфера простирается примерно на 300-500 км выше наблюдаемого края Солнца. Газы фотосферы сливаются с газами хромосферы, нижняя хромосфера простирается до высоты порядка 4000 км. Здесь начинается верхняя хромосфера и корона. Фотосферу, хромосферу и особен­но корону достаточно просто наблюдать при солнечных затмениях.

Солнечная активность связана с множеством явле­ний, наблюдаемых на поверхности Солнца. Это и сол­нечные пятна, и хромосферные вспышки, и выбросы вещества — протуберанцы.

С 1750 г. ведутся систематические наблюдения за груп­пами темных образований на поверхности Солнца, пят­нами. Солнечные пятна кажутся темными, так как их температура меньше температуры фотосферы (табл. 5). Число и распределение пятен изменяются приблизитель­но периодически. Пятна появляются обязательно пара­ми, имеют разные размеры и длительность существова­ния. Типичный диаметр пятна около 2000 км, а время жизни — порядка суток. Однако наблюдали и пятна, живущие до 70 суток и превращающиеся в области, раз­мером превосходящие Землю.

Причина образования солнечных пятен — конвек­ция и магнитное поле Солнца. Можно предположить, что под поверхностными слоями Солнца существует не­однородное магнитное поле, мешающее нормальному кон­вективному теплообмену между поверхностью и нижни­ми слоями фотосферы. В результате в пятне температура падает, оно становится темным. Из-за магнитного поля пятна являются источниками заряженных частиц, вы­брасываемых на далекое расстояние от Солнца, — так называемого солнечного ветра.

Наблюдения за солнечными пятнами позволили оце­нить период вращения Солнца. Группа пятен существу­ет относительно долго. Поэтому, наблюдая за ее переме­щением по диску Солнца, можно оценить период его вращения. На экваторе период вращения равен 24,96 су­ток, а на широте 35" — 26,83 суток. Вращение соверша­ется в том же направлении, что и орбитальное движе­ние, и вращение вокруг осей планет (за исключением Урана).

Часто рядом с солнечными пятнами возникают осле­пительно белые вспышки (не более часа), видимые нево­оруженным глазом, — хромосферные вспышки. Наблю­дения показывают, что при вспышке область, излучающая энергию, выбрасывается с поверхности фотосферы со скоростью до 700 км/с и достигает высот до 60 000 км. Хромосферные вспышки оказывают влияние на ионо­сферу и магнитное поле Земли.

Над краем Солнца всегда можно наблюдать выбросы раскаленной разреженной плазмы — протуберанцы. Тем­пература протуберанца при увеличении расстояния от Солнца падает, то есть уменьшается и его светимость. Тем не менее, известны наблюдения протуберанцев до расстояний порядка 1 500 000 км над фотосферой. Об­лака ионизированных разреженных газов, движущихся под давлением солнечного излучения, приводят к возму­щениям магнитного поля Земли, полярным сияниям. Выброс длится несколько минут, свет от него достигает Земли через 8 минут, потоки ионизированных частиц за 1-2 суток.

Бывают периоды, когда вспышки следуют одна за другой: периоды повышенной солнечной активности.

Мерой активности Солнца можно считать количество вспышек за месяц или год. Удобнее изме­рять активность Солнца по числу солнечных пятен (f) и числу групп пятен (g), наблюдающихся в данный мо­мент на Солнце. Комбинация этих чисел

W = f+ 10g (11.2)

носит название числа Вольфа (по имени швейцарского астронома, предложившего такую меру в середине XIX в.)

Числа Вольфа подсчитывают ежедневно, затем усредня­ют за месяц или год.

Длительные наблюдения за пятнами позволили выя­вить два цикла максимальной активности Солнца — 11-летний и, вероятно, 90-летний. Амплитуда 11-летне­го цикла меняется от цикла к циклу: 3-4 сильных мак­симума, затем примерно столько же слабых. В течение XX в. период цикла был ближе к 10 годам. На протяже­нии 70 лет, с 1645 по 1715 г., солнечных пятен практи­чески не наблюдали. Подобный продолжи­тельный минимум был, по-видимому, в XV в. Отметим, что однозначного объяснения этим эффектам сегодня нет.

Солнечно-земные связи. Почти все виды энергии, используемой человеком, можно свести к солнечной энер­гии. Пища, по существу, является солнечным светом, собранным, накопленным и преобразованным в углево­ды посредством фотосинтеза в листьях зеленых расте­ний. Уголь, нефть, газ — солнечный свет, накопленный и законсервированный миллионы лет тому назад. Энер­гия воды и ветра — результат действия солнечного из­лучения на атмосферу и гидросферу.

При изменении активности Солнца солнечная посто­янная на орбите Земли не испытывает изменений, пре­вышающих, вероятно, 1%. В то же время есть данные о заметном (до 6%) изменении прозрачности атмосферы в ходе солнечного одиннадцатилетнего цикла. Эти явле­ния могут быть связаны с изменением плотности потока космических частиц.

При этом возрастает доля ультрафиолетового излуче­ния в общем потоке излучения. Ионизация верхних сло­ев атмосферы связана с интенсивностью ультрафиолето­вого излучения. Поэтому можно ожидать, что именно увеличение количества ультрафиолета в излучении Сол­нца вызывает изменения свойств ионосферы.

Действие солнечных пятен и других солнечных яв­лений на Землю является по своему характеру электри­ческим или магнитным и достоверно определено. На Земле наблюдаются замирание радиоволн, всплески шумового радиоизлучения, магнитные бури, полярные сияния и т. п.

Известен ряд явлений, связанных с изменениями погоды, скоростью роста растений и животных, само­чувствием человека и имеющих косвенное отношение к циклу солнечных пятен.

Ясно, что погода в широком смысле этого слова свя­зана с Солнцем и вращением Земли вокруг оси. Однако проследить за изменениями по­годы в связи с изменениями солнечной активности чрезвычайно трудно — дополнительные влияния так переплетаются между собой, что однозначных выводов сделать нельзя.

Это утверждение применимо и к попыткам связать рост растений и животных с солнечным циклом. Извес­тно явление изменения ширины древесных колец. При исследовании тысяч деревьев, главным образом в юго-западных штатах США, Дуглас обнаружил чередование узких и широких колец, указывающих на замедленный или ускоренный рост деревьев. Позже было показано, что в любом районе Земли система расположения колец одинакова. Поэтому удалось сопоставить данные для молодых и старых деревьев, а также для ископаемых древесных останков. В итоге — продолжить древесный календарь на 3000 лет назад. На основе этого обильного материала получены четко выраженные циклы роста — 7, 11 лет и 23 г. В 1878 г. было замечено, что количе­ство и качество производимого в Германии вина таин­ственным образом связано с пятнами на Солнце.

Выдающийся русский ученый А. Л. Чижевский в 1924 г. опубликовал итоги статистического анализа ис­тории более чем 50 государств и народов всех континен­тов с 500 г. до н. э. до 1914 г. Исследование выявило цикличные колебания числа массовых событий со сред­ним периодом 11 лет. Чижевский однозначно связывал эти циклы с циклами солнечной активности, объясняя ростом интенсивности психической деятельности людей, степени их возбудимости, агрессивности, готовности сле­довать за вождями.

Вряд ли можно столь прямолинейно объяснять исто­рический процесс активностью Солнца. Это было бы упрощением. Слишком сложны экономические и соци­ально-политические факторы, роль которых постоянно нарастает и реализуется через динамику цивилизаций. Да и на одиннадцатилетние циклы накладываются цик­лы большей длительности. Корреляции между соци­альными потрясениями и солнечным циклом, скорее все­го, случайны.

Озоновый слой и Солнце. Проблема «озоновой дыры» — уменьшения концентрации озона О₃ в атмосфере — яв­ляется одной из наиболее обсуждаемых сегодня. Озон верхних слоев атмосферы поглощает большую часть уль­трафиолетовой части солнечной радиации. Основная масса озона сосредоточена на высотах от 20 до 30 км. Общее количество озона в атмосфере мало, при нормаль­ном давлении и температуре 0°С он распределился бы по земной поверхности слоем 2-3 мм. Наблюдения за озо­новым слоем началось не более 30 лет назад.

Как показали измерения, содержание озона в атмос­фере зависит от времени года и от широты местности. Самое низкое содержание озона в экваториальном слое, от 28° северной широты до 28 южной широты (почти половина поверхности земного шара). В поясе умерен­ных широт (35-70° северной широты), количество озона самое большое. Сезонные колебания совпадают с сезон­ными колебаниями солнечной энергии. В арктическом поясе озона сравнительно мало. Тщательными измере­ниями показано, что содержание озона в атмосфере тес­но связано с солнечной активностью. В поясе умерен­ных широт в годы максимальной активности Солнца содержание озона повышается. В тропических областях в годы активного Солнца количество озона уменьшается по сравнению со спокойными годами.

Влияет ли Солнце на живые организмы? Безусловно. Искажают ли потоки заряженных частиц магнитное поле Земли? Конечно (лекция 13). Но можем ли мы предсказывать на несколько дней или даже месяцев возмуще­ния магнитного поля Земли, особенности атмосферного давления и т. п.? Вряд ли. Ведь солнечные вспышки — явление случайное, их невозможно предсказать (хотя можно оценить вероятность их появления). «Эффектив­ность» газетных предсказаний имеет, скорее, психоло­гическую природу.

 

Солнечная система

Зарождение

О механизмах образования планет, в частности в Солнечной системе, нет нет общепризнанных заключений. По современным представлениям Солнечная система зародилась из газопылевого облака примерно 5млрд. лет назад, причем Солнце - звезда второго поколения. Так что Солнечная система возникла из продуктов жизнедеятельности звезд предыдущих поколений, скапливающихся в газопылевых облаках.

В настоящее время известен ряд гипотез образования Солнечной системы.

Одна из первых - гипотеза Канта-Лапласа. По этой гипотезе предполагается образование планет в результате эволюции холодной (И. Кант) или горячей (П. Лаплас) пылевой туманности, быстро вращающейся вокруг центра масс.

Эти гипотезы при резком отличии выдвигают общее представление о возникновении Солнечной системы в результате закономерного развития пылевой туманности. В то же время эти гипотезы не удовлетворяют закону сохранения момента импульса.

В начале XX века появилась гипотеза Д.Х. Джинса. Исходный материал, из которого в дальнейшем образовались планеты, выброшен Солнцем при случайном прохождении вблизи некоторой звезды. Звезда прошла очень близко, почти столкнувшись с Солнцем. При этом из поверхностных слоев Солнца была выброшена струю газа, конденсация которого привела к образованию планет. Оценки, основанные на знании расстояний между звездами и скоростей их движения, показывают, что за последние 5 млрд. лет таких прохождений могло быть не более 10. То есть планетных систем в галактике было бы крайне мало. Это вряд ли соответствует действительности. То есть, и гипотеза Джинса не выдерживает критики.

Остальные гипотезы образования Солнечной системы приведены в таблице 6.

 

Основные идеи гипотезы	год	Автор
Вихревоедвижение — единственная устойчивая форма движения,из первичных и вторичных вихрей образовались Солнце и планеты со спутниками		Р. Декарт
Гигантская комета столкнулась с Солнцем и вырвала из него вещество, из которого образовались планеты		Ж.Л.Л. Бюффон
Конденсировалось вращающееся облако межзвездного газа		И. Кант
Объяснение предыдущей гипотезы: облако стягивалось, и каждый раз, когда центробежная сила оказывалась достаточно большой, от облака отделялось газовое кольцо, из которого образовывалась планета		П.С. Лаплас
Солнце прошло близко от звезды, и из него вырвалось вещество		А. Бикертон
Солнцепрошло близко от звезды, и вещество выплеснулось из приливной волны		Т.К. Чемберлин
В магнитномполе Солнца из ионов, выброшенных Солнцем, образовались газовые кольца		О. Биркеланд
Солнце столкнулосьсо звездой, после столкновения звезда распалась, и остались Солнце и длинный газовый хвост, из которого образовались планеты		С. А. Аррениус
Звезда задела Солнце, и образовался длинный хвост		Х. Джеффрис
Из частиц, выброшенных Солнцем, образовался газовый диск		Х.П. Берлаге
Солнце было двойной звездой, второй компонент был разрушен третьей звездой		Г.Н. Рассел
Солнце было тройной звездой, система — неустой­чивой, два компонента отделились и оставили часть своего вещества		Дж. Литлтон
Солнце встретилось с газовым облаком, атомы газа ионизировались и начали двигаться в магнитном поле		Х.О. Альвен
Солнце встретилось с газовым облаком и захватило его, в результате соударений частиц образовались планеты		О.Ю. Шмидт
Из вихрей во внешних слоях сжимающегося протосолнца образовались планеты и их спутники		К. Вейцзеккер
Солнце было двойной звездой, второй компонент которой вспыхнул сверхновой звездой, выбросил газовое облако и покинул систему		Ф. Хойл
Протосолнце захватило газовое облако, у которого был достаточно большой момент количества движе­ния		Ф.Л. Уиппл
Планеты образовались в турбулентных верхних сло­ях протосолнца		Д. Тер Хар
Планеты образовались в газовом облаке, окружав­шем протосолнце, в результате гравитационных возмущений		Дж. П. Койпер

 

По современным представлениям Солнечная система зародилась из газопылевого облака. Это облако было холодным и бесформенным. Под действием гравитационных сил облако мало-помалу должно было закручиваться и сплющиваться. В его центральной части конденсировался сгусток материи - будущее Солнце. Уплотняющийся сгусток рос, приобретал форму шара и, в конце концов "вспыхнул" - его стали разогревать термоядерные реакции с выделением огромного количества света и тепла. Летучие вещества вблизи от Солнца испарялись и отбрасывались в самую плотную и толстую - среднюю часть облака. Частицы облака, кружась вокруг пылающей звезды-Солнца, сталкивались и сцеплялись. Так появились "зародыши" планет. Вблизи от Солнца росли планеты небольшие и плотные, а в средней части огромные и менее плотные.

Наличие у звезд газопылевых оболочек подтверждается наблюдениями. Есть основания полагать, что большинство звезд класса F еще не достигнувших главной последовательности, имеют такие оболочки. Наблюдать такие оболочки достаточно сложно.

Строение Солнечной системы

 

Солнечная система представляет собой группу небесных тел, весьма различных по размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, восемь планет, десятки спутников планет, тысячи малых планет (астероидов), сотни комет, бесчисленное множество метеоритных тел, межпланетного газа и пыли.

Восемь классических планет и три новые карликовые планеты: Церера, Харон и 2003UB313.

Планеты Солнечной системы подразделены на две группы:

-планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля, Марс;

-планеты- гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.

Основные характеристики планет приведены в таблице 7

 

 

Планеты	Среднее расстояние от Солнца	Период обращения	Период вращения на экваторе	Эквато­ри­альный диа­метр, (км)	Масса в массах Земли	Средняя плот­ность вещества (Мг/м^3) '	Число спут- ников
	млн км	а. е.
Мерку­рий	57,9	0,39	87,97 сут	58,6 сут		0,055	5,5	-
Венера	108,2	0,72	227,70 сут	243 сут		0,805	5,25	-
Земля	149,6	1,00	365,26 сут	23 ч 56 мин		1,00	5,25
Марс	227,9	1,52	686,98 сут	24 ч 37 мин		0,106	3,94
Юпитер	778,3	5,20	11,86 лет	9 ч 50 мин		314,03	1,33
Сатурн		9,54	29,46 лет	10 ч 14 мин		94,01	0,70
Уран		19,18	84,01 лет	~20ч*		14,4	1,1
Нептун		30,06	164,81 лет	~20ч		17,0	1,5

 

 

Планета – астрономическое тело, которое имеет достаточную массу, что бы при своем формировании принять круглую форму в гидростатическом равновесии и тело которое вращается вокруг звезды и не является спутником другой планеты. Согласно новому определению планетой считается тело, удовлетворяющее двум условиям: объект должен быть на орбите вокруг звезды (при этом не являться звездой компаньонкой) и должен быть достаточно большой массы, что бы во время формирования принять сферобразную форму.

"Карликовая планета" – небесное тело, которое обращается вокруг Солнца, имеет достаточную массу, для того, чтобы самогравитация превосходила твердотельные силы и тело могло принять гидростатически равновесную (близкую к сферической) форму, (не очищает окрестности своей орбиты и не является спутником (планеты).

Все остальные объекты, обращающиеся вокруг Солнца, охватываются понятием "Малые тела Солнечной системы.

Различие планет по физическим свойствам обусловлено тем, что земная группа формировалась ближе к Солнцу, а планеты-гиганты на очень холодной периферии Солнечной системы.

Планеты земной группы сравнительно малы и имеют большую плотность. Планеты данной группы имеют твердые оболочки, в которых сосредоточена почти вся их масс. Венера, Земля, Марс обладают атмосферами. Меркурий практически лишен атмосферы.

Планеты земной группы резко отличаются по элементному составу от Солнца и совершенно не ответствуют средней космической распространенности элементов - очень мало водорода, инертных газов, включая гелий.

Планета - гиганты обладают иным химическим составом. Юпитер и Сатурн содержат водород и гелий в той же пропорции, что и Солнце. Вероятно, другие элементы также содержатся в пропорциях соответствующих солнечному составу. В недрах Урана и Нептуна, по-видимому, больше тяжелых элементов.

Недра Юпитера находятся в жидком состоянии, за исключением небольшого ядра, которое представляет собой результат металлизации жидкого водорода. Температура в центре Юпитера около 30000К. Химический и изотопный состав Юпитера отражает, по-видимому, состав межзвездной среды, какой она была 5 млрд. лет назад. Вместе с тем Юпитер никогда не был настолько горяч, чтобы в нем могли протекать термоядерные реакции. Сатурн по внутреннему строению похож на Юпитер. Строение недр Урана и Нептуна иное: доля каменистых материалов в них существенно больше.

Основными источниками энергии в недрах планет являются радиоактивный распад элементов и выделение гравитационной потенциальной энергии при аккреции и дифференциации вещества, его постепенном перераспределении по глубине в соответствии с плотностью – тяжелые фрагменты тонут, легкие всплывают. такие процессы вызывают перемещение отдельных участков земной коры, деформацию, горообразование, тектонические и вулканические процессы.

Причина вулканических процессов в следующем. В верхней мантии существуют небольшие области, где температура достаточна для плавления ее вещества. Расплавленное вещество(магма), выдавливающееся вверх, прорывается через кору, и происходит вулканическое извержение. Судя по характеру поверхности, среди планет земной группы тектонически наиболее активна Земля, за ней следует Венера и Марс. При этом важно, что выделяемая Землей тепловая энергия не приводила ее в полностью расплавленное состояние.

Поверхность планет и их спутников формируют кроме эндогенных (тектонических, вулканических) процессов и экзогенные - падение метеорных тел(кратеры),эрозия под действием ветра, осадков воды, ледников, химическое взаимодействие поверхности с атмосферой и гидросферой и др. Эндогенные и экзогенные процессы определяют рельеф поверхности планет.

Помимо планет к солнечной системе принадлежат также и кометы - небесные тела, периодически появляющиеся вблизи планет солнечной системы. Общее предполагаемое число комет в Солнечной системе - около 2,5 млн., наблюдалось около 600 комет(многократно приближающихся к Солнцу - 325).В течении года можно наблюдать 7-10 комет.

 

Кометы

 

Кометы - тела Солнечной системы, имеющие вид туманных объектов, обычно со светлым сгустком-ядром в центре и хвостом

КОМЕТА, небольшое небесное тело, движущееся в межпланетном пространстве и обильно выделяющее газ при сближении с Солнцем. С кометами связаны разнообразные физические процессы, от сублимации (сухое испарение) льда до плазменных явлений. Кометы – это остатки формирования Солнечной системы, переходная ступень к межзвездному веществу. Наблюдение комет и даже их открытие нередко осуществляются любителями астрономии. Иногда кометы бывают столь яркими, что привлекают всеобщее внимание. В прошлом появление ярких комет вызывало у людей страх и служило источником вдохновения для художников и карикатуристов.

Движение и пространственное распределение. Все или почти все кометы являются составными частями Солнечной системы. Они, как и планеты, подчиняются законам тяготения, но движутся весьма своеобразно. Все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении (которое называют «прямым» в отличие от «обратного») по почти круговым орбитам, лежащим примерно в одной плоскости (эклиптики), а кометы движутся как в прямом, так и обратном направлениях по сильно вытянутым (эксцентричным) орбитам, наклоненным под различными углами к эклиптике. Именно характер движения сразу выдает комету.

Долгопериодические кометы (с орбитальным периодом более 200 лет) прилетают из областей, расположенных в тысячи раз дальше, чем самые удаленные планеты, причем их орбиты бывают наклонены под всевозможными углами. Короткопериодические кометы (период менее 200 лет) приходят из района внешних планет, двигаясь в прямом направлении по орбитам, лежащим недалеко от эклиптики. Вдали от Солнца кометы обычно не имеют «хвостов», но иногда имеют еле видимую «кому», окружающую «ядро»; вместе их называют «головой» кометы. С приближением к Солнцу голова увеличивается и появляется хвост.

Структура. В центре комы располагается ядро – твердое тело или конгломерат тел диаметром в несколько километров. Практически вся масса кометы сосредоточена в ее ядре; эта масса в миллиарды раз меньше земной. Согласно модели Ф.Уиппла, ядро кометы состоит из смеси различных льдов, в основном водяного льда с примесью замерзших углекислоты, аммиака и пыли. Эту модель подтверждают как астрономические наблюдения, так и прямые измерения с космических аппаратов вблизи ядер комет Галлея и Джакобини – Циннера в 1985–1986.

Когда комета приближается к Солнцу ее ядро нагревается, и льды сублимируются, т.е. испаряются без плавления. Образовавшийся газ разлетается во все стороны от ядра, унося с собой пылинки и создавая кому. Разрушающиеся под действием солнечного света молекулы воды образуют вокруг ядра кометы огромную водородную корону. Помимо солнечного притяжения на разреженное вещество кометы действуют и отталкивающие силы, благодаря которым образуется хвост. На нейтральные молекулы, атомы и пылинки действует давление солнечного света, а на ионизованные молекулы и атомы сильнее влияет давление солнечного ветра.

Поведение частиц, формирующих хвост, стало значительно понятнее после прямого исследования комет в 1985–1986. Плазменный хвост, состоящий из заряженных частиц, имеет сложную магнитную структуру с двумя областями различной полярности. На обращенной к Солнцу стороне комы формируется лобовая ударная волна, проявляющая высокую плазменную активность.

 

 

Хотя в хвосте и коме заключено менее одной миллионной доли массы кометы, 99,9% света исходит именно из этих газовых образований, и только 0,1% – от ядра. Дело в том, что ядро очень компактно и к тому же имеет низкий коэффициент отражения (альбедо).

Потерянные кометой частицы движутся по своим орбитам и, попадая в атмосферы планет, становятся причиной возникновения метеоров («падающих звезд»). Большинство наблюдаемых нами метеоров связано именно с кометными частицами. Иногда разрушение комет носит более катастрофический характер. Открытая в 1826 комета Биелы в 1845 на глазах у наблюдателей разделилась на две части. Когда в 1852 эту комету видели в последний раз, куски ее ядра удалились друг от друга на миллионы километров. Деление ядра обычно предвещает полный распад кометы. В 1872 и 1885, когда комета Биелы, если бы с нею ничего не случилось, должна была пересекать орбиту Земли, наблюдались необычайно обильные метеорные дожди.

Иногда кометы разрушаются при сближении с планетами. 24 марта 1993 на обсерватории Маунт-Паломар в Калифорнии астрономы К. и Ю.Шумейкеры совместно с Д.Леви открыли недалеко от Юпитера комету с уже разрушенным ядром. Вычисления показали, что 9 июля 1992 комета Шумейкеров – Леви-9 (это уже девятая открытая ими комета) прошла вблизи Юпитера на расстоянии половины радиуса планеты от ее поверхности и была разорвана его притяжением более чем на 20 частей. До разрушения радиус ее ядра составлял около 20 км.

 

ОСНОВНЫЕ ГАЗОВЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ КОМЕТ
Атомы	Молекулы	Ионы
H	H2O	H2O^+
O	OH	H3O^+
C	C2	OH^+
S	C3	CO^+
Na	CN	CO2^+
Fe	CH	CH^+
Co	CO	CN^+
Ni	HCN
	CР3CN
	HCO

Растянувшись в цепочку, осколки кометы удалились от Юпитера по вытянутой орбите, а затем в июле 1994 вновь приблизились к нему и столкнулись с облачной поверхностью Юпитера.

Происхождение. Ядра комет – это остатки первичного вещества Солнечной системы, составлявшего протопланетный диск. Поэтому их изучение помогает восстановить картину формирования планет, включая Землю. В принципе некоторые кометы могли бы приходить к нам из межзвездного пространства, но пока ни одна такая комета надежно не выявлена.

Газовый состав. В табл. 1 перечислены основные газовые составляющие комет в порядке убывания их содержания. Движение газа в хвостах комет показывает, что на него сильно влияют негравитационные силы. Свечение газа возбуждается солнечным излучением.

Орбита и скорость. Движение ядра кометы полностью определяется притяжением Солнца. Форма орбиты кометы, как и любого другого тела в Солнечной системе, зависит от ее скорости и расстояния до Солнца. Средняя скорость тела обратно пропорциональна квадратному корню из его среднего расстояния до Солнца (a). Если скорость всегда перпендикулярна радиусу-вектору, направленному от Солнца к телу, то орбита круговая, а скорость называют круговой скоростью (v_c) на расстоянии a. Скорость ухода из гравитационного поля Солнца по параболической орбите (v_p) в √2 раз больше круговой скорости на этом расстоянии. Если скорость кометы меньше v_p, то она движется вокруг Солнца по эллиптической орбите и никогда не покидает Солнечной системы. Но если скорость превосходит v_p, то комета один раз проходит мимо Солнца и навсегда покидает его, двигаясь по гиперболической орбите.

На рисунке показаны эллиптические орбиты двух комет, а также почти круговые орбиты планет и параболическая орбита. На расстоянии, которое отделяет Землю от Солнца, круговая скорость равна 29,8 км/с, а параболическая – 42,2 км/с. Вблизи Земли скорость кометы Энке равна 37,1 км/с, а скорость кометы Галлея – 41,6 км/с; именно поэтому комета Галлея уходит значительно дальше от Солнца, чем комета Энке.

Классификация кометных орбит. Орбиты у большинства комет эллиптические, поэтому они принадлежат Солнечной системе. Правда, у многих комет это очень вытянутые эллипсы, близкие к параболе; по ним кометы уходят от Солнца очень далеко и надолго. Принято делить эллиптические орбиты комет на два основных типа: короткопериодические и долгопериодические (почти параболические). Пограничным считается орбитальный период в 200 лет.