Планеты Солнечной системы

Рис. 2 Система Коперника

Рис.1 Система Птоломея

На заре цивилизации

Как уже было сказано выше, древние знали о строении нашей Вселенной гораздо больше, чем мы можем себе представить. Но по каким-то причинам, а возможно, и из-за глобальной катастрофы, произошедшей на Земле, часть этих знаний была утеряна. Что-то дошло до нас в зашифро­ванном виде в мифах, преданиях, легендах, различных ре­лигиозных учениях. Так или иначе, но на каком-то этапе своего развития человеку пришлось заново выстраивать картину мироздания.

Еще в глубокой древности, когда люди начали задумы­ваться над вопросом взаимосвязи космоса и земной жизни, у них сложилось твердое убеждение, что все происходящее на Земле управляется космическими силами. У разных на­родов существовали целые системы небесных «знамений», предвосхищавших те или иные важные события на Земле. Эти представления отразились в мифах, в религиозных и астрологических учениях.

Однако по мере накопления опыта, изобретения раз­личных орудий труда, возникновения ремесел люди все больше обособлялись от природы и уже по-иному смотрели на мир, и на свое место в нем. Так постепенно складыва­лись антропоцентрические воззрения — представления о том, что человек является высшей целью развития всего сущего. Этой идее полностью отвечало созданное в древ­ности геоцентрическое учение, согласно которому центром Вселенной считалась Земля. Но все же «идея космизма», то есть космической обусловленности земных событий, про­должала оставаться популярной.

Наука Нового времени значительно расширила знания человека о мире. Теперь концепция внешних влияний стала казаться многим ученым не только малопривлекательной, но даже лженаучной. Главными причинами такого резкого изменения мировоззрения были, однако, не сами новые знания, а их неполнота. Потребовался довольно длитель­ный период для накопления фактов и доказательства того, что наша планета не изолирована от влияния космоса.

Древние астрономы, начиная заново открывать Все­ленную, ставили Землю в центр мироздания. Очень долгое время эту току зрения разделяли многие ученые. Аристарх Самосский, выдвинувший идею о гелиоцентрическом строении нашей системы, не смог убедить своих современ­ников и был за это обвинен в богохульстве. Древние греки были опытными наблюдателями звездного неба, они вычис­лили приблизительные размеры Земли и Луны, выдвинули ряд теорий, объясняющих петлеобразное движение плачет, но, несмотря на это, не смогли лишить Землю ее «трона» — центрального положения в системе мироздания.

Схема с центральным положением Земли получила на­звание системы Птолемея, хотя сам Птолемей не изобретал ее, а лишь довел до совершенства. Согласно Птолемею Земля находилась в центре Вселенной, а Луна, Солнце и планеты двигались вокруг нее. Звезды при этом находились во внешней хрустальной сфере, а другие сферы содержали Солнце и иные планеты Солнечной системы. Все орбиты в этой системе были идеально круговыми — на небосводе допускалось лишь абсолютное совершенство. Несмотра на то, что эта система была безнадежно запутанной и умозри­тельной, она соответствовала результатам наблюдений и поэтому в течение многих веков не подвергалась сомнению. Важный шаг был сделан в XVI веке польским учёным и священнослужителем Николаем Коперником. Он тщательно исследовал движение планет и осознал, что теория Птоле­мея является искусственной и совершенно устаревшей; большую часть несоответствий можно устранить, если про­сто вывести Землю из центра системы и на ее место поста­вить Солнце.

 

 

 

Разработка гелиоцентрической теории была единст­венным важным доказательством Коперника, а другие его выводы большей ча­стью оказались оши­бочными. Он при­держивался концеп­ции идеальных кру­говых орбит, поэто­му был вынужден вернуться к птолемеевским эпициклам. Однако он все же сделал важнейший шаг, и его книга «О вращении небесных кругов» отметила на­чало величайшей ре­волюции астрономи­ческой мысли. Новый этап в развитии астрономии был сделан моло­дым немецким математиком Иоганном Кеплером. Ему при­надлежит вывод о том, что планеты действительно враща­ются вокруг Солнца, но их орбиты являются, скорее, не­правильными, чем круговыми. Наконец, Кеплер смог вы­вести три закона планетарного движения, послужившие ос­новой для всех последующих работ. Первые два закона были опубликованы в 1609 году, а третий — в 1618 году.

Первый закон Кеплера гласит, что любая планета движется по эллиптической орбите, в одном из фокусов которой находится Солнце.

Второй закон гласит, что радиальный вектор (то есть воображаемая линия, соединяющая центр планеты с цен­тром Солнца) охватывает равные площади за равные про­межутки времени. Другими словами, чем ближе к Солнцу находится планета, тем быстрее она движется. Этот уча­сток орбиты называется перигелием. Когда планета нахо­дится на максимальном расстоянии от Солнца (афелий), она движется медленнее всего.

Третий закон создает связующее звено между орби­тальным периодом планеты и ее расстоянием от Солнца, что делает возможным составление полномасштабной мо­дели Солнечной системы.

После изобретения теле­скопа первым систематиче­ским наблюдателем оказался Галилео Галилей, великий итальянский ученый, кото­рый также явился основате­лем экспериментальной ме­ханики. Усовершенствовав телескоп, Галилей сделал серию впечатляющих откры­тий, подтвердив правоту взглядов Коперника на движение Земли вокруг Солнца. Он доказал, что Земля не является единственным центром движения во Вселенной.

 

Теория Птолемея была окончательно развенчана в 1687 году после публикации бессмертных «Принципов» Исаака Ньютона, где он сфор­мулировал законы тяготения и распахнул дверь, ведущую в современную научную эпоху.

Таким образом, ученым мужам открывалась наша Сол­нечная система. Но то, что Земля круглая, что она враща­ется вокруг своей оси и вокруг Солнца, древние астрологи, конечно, знали. Достаточно сказать, что халдеи знали о сушествовании 10 планет, а персы принимали во внимание 18 планет. Отметим, что три планеты Солнечной системы, известные еще древним, были открыты в течение последних двух веков (Уран — 1781 год, Нептун — 1846 год, Плутон — 1830 год). Сейчас ведутся поиски еще двух учитываемых в астрологии планет — Прозерпины и Вулкана (самой дальней от Солнца планеты и самой близкой к нему).

 

Солнечная система — это спаянная силами взаимного притяжения система небесных тел. В настоящее время кар­тина Солнечной системы выглядит следующим образом: центральное тело — Солнце, 9 больших планет с их спут­никами (которых сейчас известно уже более 60), несколько тысяч малых планет, или астероидов (открыто свыше 5 ты­сяч, но в действительности их гораздо больше), несколько сот наблюдавшихся комет и бесчисленное множество мете­орных тел.

Большие планеты подразделяются на две основные группы: планеты земной группы— Меркурий, Венера, Земля и Марс, планеты юпитерианской группы, или плане­ты-гиганты— Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. В этой классификации нет места Плутону, хотя он относится к разряду планет. Однако и по размерам, и по свойствам он ближе к ледяным спутникам планет-гигантов. Надо отме­тить, что древним была известна и планета Прозерпина, находящаяся за орбитой Плутона, и планета Вулкан — са­мый близкий спутник Солнца, но они пока что не открыты.

Различие планет по физическим свойствам, как счита­ют ученые, обусловлено тем, что земная группа формиро­валась ближе к Солнцу, а планеты-гиганты — на очень хо­лодной периферии. Планеты земной группы сравнительно малы и имеют большую плотность. Основными их состав­ляющими являются силикаты (соединения кремния) и желе­зо. У планет-гигантов нет твердой поверхности. За исклю­чением небольших ядер, они образованы преимущественно из водорода и гелия и пребывают в газожидком состоянии. Атмосферы этих планет, постепенно уплотняясь, плавно переходят в жидкую мантию.

Основная доля общей массы Солнечной системы (99,87%) приходится на Солнце. Поэтому солнечное тяго­тение управляет движением почти всех остальных тел сис­темы: планет, комет, астероидов, метеорных тел. Только спутники обращаются вокруг своих планет, притяжение ко­торых из-за их близости оказывается сильнее солнечного.

Все планеты вращаются вокруг Солнца в одном на­правлении. Это движение именуется «прямым».

Орбиты планет по форме близки к круговым, а плоско­сти орбит — к основной плоскости Солнечной системы, так называемой неизменной плоскости Лапласа. Но чем меньше масса планеты, тем больше она нарушает это правило, что видно на примере Меркурия и Плутона. В астрономии принято измерять углы наклона планетных орбит к плоско­сти эклиптики (то есть к плоскости орбиты Земли).

Величиной, выражающей отклонение формы орбиты от круговой, является эксцентриситет— отношение расстоя­ния между фокусами эллипса к длине его большой оси. Эксцентриситет окружности равен нулю, эксцентриситеты эллипсов больше нуля, но меньше единицы, эксцентриситет параболы считается равным единице.

Расстояния планет от Солнца возрастают приблизи­тельно в геометрической прогрессии (правило Тициуса-Боде). Однако Меркурий, Нептун и Плутон не вписываются в данную последовательность.

Почти все планеты вращаются вокруг своей оси также в прямом направлении. Исключение составляют Венера и Уран (последний к тому же вращается как бы лежа на боку — его ось располагается почти в плоскости орбиты).

Большинство спутников движутся вокруг своих планет в ту же сторону, в которую вращаются и сами планеты (эти спутники называются регулярными),а их орбиты лежат вблизи экваториальных плоскостей этих планет. Обратное движение имеют четыре внешних (находящихся на удален­ных орбитах) спутника Юпитера — Ананке, Карме, Пасифе и Синопе, внешний спутник Сатурна Феба и спутник Неп­туна Тритон. Десять спутников Урана, хотя и являются ре­гулярными, формально считаются обратными, ибо таковым является вращение самой планеты. Плоскость орбиты Луны, которая является спутником Земли, близка к плоскости орбиты нашей планеты, а не ее экватора. Спутники Юпи­тера Леда, Гималия, Лиситея, Элара и спутник Сатурна Япет движутся под значительными углами к экваториаль­ным плоскостям планет — 14° - 29°.

Помимо того, что планеты вращаются вокруг нашего светила, Солнечная система сама вращается. Это враща­тельное движение характеризуется величиной, называемой «моментом количества движения». Как уже было сказано, на долю Солнца приходится более 99% массы всей Сол­нечной системы. И при этом Солнце обладает менее чем 2% от общего момента количества движения. Не одно де­сятилетие бьются астрономы над вопросами: «Почему Солнце вращается так медленно?», «Каким образом момент количества движения мог быть передан из внутренних об­ластей Солнечной системы во внешние?»

Обладает ли Солнечная система устойчивостью? Ус­тойчивая система характеризуется тем, что возникающие в ней случайные отклонения (возмущения) не приводят к про­грессирующим изменениям, способным в конце концов ее разрушить, а как бы автоматически гасятся самой системой, возвращающейся к первоначальному состоянию. Напри­мер, можно добиться равновесия маленького шарика на вершине большого шара. Но стоит слегка толкнуть — и он скатится вниз - система неустойчива. Если тот же шарик по­ложить на дно полусферической чаши и отклонить, он вер­нется в первоначальное положение: система устойчива.

Возмущающим фактором для планет Солнечной систе­мы является их гравитационное влияние друг на друга. Оно несколько изменяет орбиту по сравнению с той, по кото­рой каждая планета двигалась бы под действием тяготения одного только Солнца. Вопрос в том, могут ли эти возму­щения накапливаться и привести к падению планеты на Солнце либо к удалению ее за пределы Солнечной систе­мы, или они имеют периодический характер, и параметры орбиты будут лишь колебаться вокруг некоторых средних значений.

Результаты теоретических и расчетных работ, выпол­ненных астрономами более чем за 200 последних лет, го­ворят в пользу второго предположения.