В Солнечной системе живут самые разнообразные обитатели. Если не говорить о Солнце, в свете которого меркнет все, то главными членами Солнечной системы являются планеты. Планеты являются вторыми по значимости, потому что они – самые массивные тела, находящиеся на орбитах вокруг Солнца.

Планеты в Солнечной системе собрались в две компании. Более близкой к Солнцу является четверка планет земной группы. Они получили свое название за сходство с нашей планетой Земля. На уже почтенных расстояниях от центрального светила расположились планеты-гиганты. Их тоже четыре. Давайте посмотрим, чем же эти две группы друг от друга отличаются.

Планеты земной группы

К планетам земной группы относятся Меркурий, Венера, Земля и Марс. Мы их перечислили в порядке удаленности от Солнца. При исследовании этих планет выяснилось, что все они обладают малыми размерами и, главное, массами. Самая массивная из планет земной группы – Земля – в 330 000 раз легче Солнца. Однако плотность планет земной группы довольно велика: в среднем, она в пять раз больше плотности воды.

Обратите внимание на то, как Солнце расположено относительно орбит. Видно, что для орбит Земли и Венеры Солнце находится почти в центре. По меньшей мере, на глаз увидеть то расстояние, на которое Солнце от центра отстоит, трудно. Для Меркурия и Марса очевидна эллиптичность их орбит, о центра которых Солнце заметно удалено. Орбиты Марса и, особенно, Меркурия существенно вытянуты. Посмотрите, как в разных точках орбиты Марса меняется расстояние до орбиты Земли. Для большей ясности в рассматриваемом вопросе Вы можете обратиться к материалам другой страницы

Планеты земной группы довольно-таки по-разному вращаются вокруг своей оси: один оборот длится от 24 часов для Земли и до 243-х суток у Венеры.

У планет есть атмосферы: довольно плотная у Венеры и почти незаметная у Меркурия. Можно даже, не боясь сильно ошибиться, сказать, что Меркурий атмосферы не имеет. Земля в этом показателе ближе к Венере, а Марс занимает промежуточное положение между нашей планетой и Меркурием. Состоят эти атмосферы из веществ, молекулы которых относительно тяжелы. В атмосферах Земли, Венеры, Марса можно обнаружить углекислый газ, водяные пары, азот. Меркурий забирает частицы для своей воздушной оболочки из солнечного ветра, а потому в атмосфере планеты, напротив, много легкого гелия. Но гелий в атмосфере не задерживается и улетучивается, на место утраченных частиц Меркурий "приглашает" из окружающего пространства новые. Атмосфера у Меркурия, как бы, не своя.

Схож и химический состав планет первой четверки. Они, в основном, состоят из соединений кремния (силикатов) и железа. Остальные элементы, конечно, тоже присутствуют, но их относительно немного.

Строение планет земной группы также одинаково. В центре планет есть железные ядра разной массы. По-видимому, только Венера не имеет расплавленного железного ядра. У остальных часть его находится в жидком состоянии. Выше ядра находится слой, который называют мантией. Это те самые соединения кремния, о которых было сказано чуть раньше. Мантия тоже может подразделяться на слои: внешний твердый и внутренний жидкий. Верхний слой мантии называют корой. Он подвергается различным внешним воздействиям и несколько отличается от более близких к центру планет слоев мантии.

У этих планет есть магнитные поля: почти незаметное у Венеры и ощутимое у Земли. Меркурий и Марс обладают магнитными полями средней напряженности.

Наконец, планеты земной группы бедны естественными спутниками – еще одним типом небесных тел, населяющих Солнечную систему. Эти тела вращаются не вокруг Солнца, а вокруг планет. В этом смысле, планеты являются спутниками Солнца. Так вот, на четыре планеты земной группы приходится всего три спутника: один большой у Земли и два крохотных у Марса.

Планеты-гиганты

Планеты-гиганты расположились за орбитой Марса. Это Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Уже давно астрономы знают, что планеты-гиганты гораздо больше и массивнее планет земной группы. Самый легкий гигант – Уран – в 14,5 раза массивнее Земли. Но даже самая массивная планета Солнечной системы – Юпитер – в 1 000 раз уступает в этом показателе Солнцу. Впрочем, надо сказать, что по астрономическим меркам эту разницу можно назвать значительной, но не огромной. В то же время, плотность планет гигантов 3-7 раз уступает плотности планет земной группы.

У планет-гигантов нет ни твердой, ни жидкой поверхности. Газы их обширных атмосфер, уплотняясь с приближением к центру, постепенно переходят в жидкое состояние. Именно отсутствие резкого перехода от газобразного состояния вещества в атмосфере к твердому или жидкому позволяет нам говорить о планетах-гигантах как о планетах без поверхности.

Эти планеты быстро совершают один оборот вокруг своей оси (10-18 часов). При этом, они вращаются слоями: слой планеты, расположенный вблизи экватора, вращается быстрее всего, а околополярные области являются самыми неторопливыми. Как мы увидели раньше, планеты-гиганты – нетвердые планеты, этим обстоятельством и вызвано их необычное вращение. По той же причине гиганты сжаты у полюсов, что можно заметить в простой телескоп. Солнце, являясь газовым шаром, тоже вращается слоями, но с периодом 25-35 суток.

Юпитер и Сатурн, их атмосферы состоят из легких элементов: водорода и гелия. Уран и Нептун в значительной степени содержат в себе метан, аммиак, воду и другие не слишком тяжелые соединения. Другие элементы тоже есть, но их гораздо меньше. Ученые выяснили, что с увеличением массы гиганта растет и его атмосфера. Следовательно, самой обширной атмосферой обладает Юпитер. Уран и Нептун, близкие по массе, мало отличаются и своими атмосферами. Сатурн занимает промежуточное положение. Разница в химическом составе гигантов обусловлена ходом эволюции Солнечной системы.

В центре гигантов есть небольшое твердое ядро, но оно относительно невелико. Как было сказано, атмосфера каждого гиганта плавно переходит в жидкость, а та постепенно тоже уплотняется к центру планет. Скорее всего, в недрах планет-гигантов, где высоки давление и температура, есть слой водорода, обладающего металлическими свойствами. Это необычное вещество не является в полной мере ни газообразным, ни твердым. Но оно обладает важным свойством: проводит ток. Благодаря этому, планеты-гиганты обладают магнитным полем. Здесь, впрочем, есть много неясного, требующего уточнений в будущем.

Магнитные поля планет-гигантов, в целом, превосходят магнитные поля планет земной группы. Интенсивность магнитного поля качественно определяется размерами магнитосферы планеты: пространства вокруг нее, в котором магнитное поле Солнца уступает планетному. Влияние солнечного ветра – потока заряженных частиц, вырывающихся с поверхности Солнца, – делает очертания магнитосфер несимметричными. В направлении Солнца магнитосферы сплюснуты и непротяженны, зато в обратном направлении они сильно вытянуты (см. подробнее на примере магнитосферы Земли). У всех исследованных планет, кроме Сатурна, ось симметрии магнитного поля составляет значительный угол с осью вращения самой планеты.

Почти все естественные спутники планет в Солнечной системе вращаются вокруг планет-гигантов. Точное их число еще не известно. Но лишь три из 102-[ известного на сегодня спутника имеют отношение к планетам земной группы. У Сатурна открыто 30 спутников, у Урана – 21, у Юпитера – 39, у Нептуна – 8.

Кроме спутников, планеты-гиганты обзавелись еще и кольцами – скоплениями мелких частиц, вращающихся вокруг планет и собравшихся вблизи плоскости их экваторов. Однако только Сатурн обладает внушительными по размерам кольцами. Остальные планеты-гиганты обладают лишь невнятными и еле различимыми колечками. Впрочем, планеты первой четверки не обладают и такими. За подробностями о кольцах Вы можете отправиться прямо к Сатурну.

Сейчас астрономам известны девять больших планет. Однако планет земной группы и планет-гигантов набирается лишь восемь. Девятой планетой почти по всем статьям является Плутон – девятая по удаленности, девятая по массе и размерам. Она не подходит ни к одной из групп, описанных выше. Плутон – крохотный ледяной шар, с атмосферой из тяжелых газов. Он больше походит на некоторые спутники планет-гигантов, причем кое-каким из них уступает в массе и размерах. Плотность Плутона примерно в два раза больше плотности воды. У Плутона есть один спутник. О магнитном поле планеты точно ничего неизвестно. Из-за удаленности своей эта планета изучена крайне плохо. На рубеже веков и тысячелетий астрономы стали подумывать об исключении Плутона из списка планет...

Общие закономерности движения планет

Исследуя движение планет Солнечной системы, ученые выявили несколько правил, которым это движение подчиняется. О физической основе движения сказано здесь , а мы сейчас поговорим о тех правилах, которые вовсе не следуют из общих физических законов.

Все без исключения планеты движутся по орбитам в одну сторону, совпадающую с направлением вращения Солнца вокруг своей оси. Это направление против часовой стрелки, если смотреть на Солнечную систему со стороны Северного полюса Земли (а также Солнца и других планет). Такое направление называют прямым. (Противоположное направление - обратным). 

Вокруг своей оси большинство планет тоже вращается в прямом направлении (с запада на восток). Уран и Плутон вращаются лежа на боку. Тот небольшой угол, который есть между плоскостью орбиты каждой из этих двух планет и осью их осевого вращения, позволяют определить и для них направление вращения вокруг оси. Это направление обратное. Чуть по иному обстоит дело с Венерой. Ось вращения планеты почти перпендикулярна плоскости орбиты, но и тут наблюдается обратное вращение. У всех остальных планет угол между осью вращения и плоскостью орбиты не больше чем на 30° отличается от прямого. Повторимся: у этих планет прямое осевое вращение.

Уже упоминавшиеся плоскости орбит почти без исключений близки к плоскости экватора Солнца. Только орбита Плутона больше, чем на 15°, отстоит от этого среднего уровня. Эта градусная величина называется наклоном орбиты. Для остальных планет этот наклон меньше, чем 5°. Только Меркурий дотянул до 7°. Меркурий и Плутон, таким образом, имеют самые вытянутые орбиты (см. опять же), которые значительно наклонены к некоторой средней плоскости Солнечной системы. За эту нулевую плоскость обычно принимают не плоскость солнечного экватора, а плоскость орбиты Земли. Для нас, живущих на Земле, эта плоскость совпадает с плоскостью эклиптики – годовому пути Солнца по небу. Существование этого пути – собственно, следствие вращения Земли вокруг Солнца. По приведенному ниже рисунку не стоит делать скоропалительных выводов о том, что, скажем, плоскости орбит Марса, Сатурна и Нептуна совпадают. Плоскости этих орбит имеют почти одинаковый наклон к плоскости орбиты Земли. Однако это не означает, что угла наклона этих орбит друг к другу не существует.

Под конец хочется приобщить ко всему и такое непростое понятие как момент количества движения. Вся прелесть этой физической величины заключается в том, что никакие события внутри системы взаимодействующих тел не приводят к изменению общего для системы момента количества движения. Чтобы не происходило в прошлом в Солнечной системе, эта физическая величина и миллиарды лет назад была такой же, как и сейчас. Такой она и останется, если нечто внешнее не вмешается. 

Момент количества движения вычисляется для вращающихся тел. Он количественно характеризует это вращение. Тела могут вращаться как вокруг своей оси, так и вокруг другого тела. Для планет подходит второй случай. Так как размеры планет невелики в сравнении с радиусами их орбит, то для нашей задачи их можно приближенно считать точечными. Момент количества движения, присущий планете, вычисляется простым перемножением массы планеты, радиуса ее орбиты и скорости движения по ней (L=m^.r^.v). 

Для Солнца, которое находится в центре Солнечной системы и вращается вокруг своей оси, момент количества движения вычисляется сложнее. Весь объем Солнца нужно сперва мысленно разбить на бессчетное количество частиц, а уже потом, по тому же правилу, для каждой из этих частиц посчитать момент количества движения. Наконец, результаты по всем частицам нужно сложить. Ученым в такой непростой, казалось, задаче, помогает интегрирование. Это математическое действие сильно упрощает решение, однако у нас нет возможности объяснить все его тонкости.

Ниже мы приводим посчитанные для Солнца и каждой из планет их моменты количества движения, считая для Земли его равным единице. Заметьте, что сильнее всего повлияла на распределение момента количества движения в Солнечной системе масса тел. Важной характеристикой всей Солнечной системы является особенность этого распределения между планетами и Солнцем. На Солнце, в 750 раз превосходящее по массе все, что вокруг него вращается, приходится меньше 2% всего момента количества движения Солнечной системы. В этом смысле первыми являются планеты.
 

Прочее население 

Между орбитами Юпитера и Марса проходят орбиты тысяч небольших (в среднем, несколько километров) и немассивных тел, именуемых астероидами. Эти тела, которые еще именуют малыми планетами, не имеют правильной формы и по химическому составу близки к планетам земной группы. Орбиты астероидов имеют различные углы с плоскостью эклиптики. Эти орбиты часто заметно вытянуты. Однако все известные астероиды вращаются вокруг Солнца в прямом направлении. За орбитой Нептуна, как позволяют судить последние наблюдения, тоже находится пояс астероидов. Орбита планеты Плутон, видимо, уже проходит внутри этого пояса.

Похожи на малые планеты и кометы, состоящие из смеси замерзших газов и пыли (грязные снежки). Приближаясь к Солнцу, кометы прогреваются, и с их поверхности начинают испаряться газы, которые светятся под воздействием солнечного излучения. Солнечный же ветер отбрасывает испарившиеся частицы, образуя так называемые кометные хвосты, направленные всегда прочь от Солнца. Как и астероиды, кометы обладают малыми массами. Размеры комет за счет длины хвоста могут значительно превосходить размер самого Солнца. При этом средняя плотность комет ничтожно мала. Орбиты хвостатых светил могут быть самыми различными: у них всевозможные эксцентриситеты, наклоны к плоскости эклиптики. Кометы могут двигаться вокруг Солнца, как в прямом, так и в обратном направлении.

Вся Солнечная система пронизана излучением всех длин волн. Это, в основном, излучение Солнца. Планеты тоже излучают в тепловых лучах. Видим же мы их благодаря отраженному свету Солнца. Частицы, вырывающиеся с поверхности Солнца, образуют изменяющиеся по интенсивности потоки солнечного ветра, который также заметен в любой точке Солнечной системы вне пределов магнитосфер планет.