Реферат: Строение солнечной системы

МОУСОШ №7

ДОКЛАД ПО АСТРОНОМИИ

СТРОЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Новочеркасск 2004г.

Новочеркасск 2004г.

Введение

Последнеедесятилетие принципиально изменило наши представления о строении, динамическойэволюции и устойчивости Солнечной системы. Привычными стали сообщения оботкрытии новых объектов, выявлении новых динамических структур, проявлениисвойств неустойчивости движения или хаотического поведения у тех или иных группобъектов.

Это вызванонесколькими причинами: появление новых инструментов и модернизация старых,применение высокочувствительных ПЗС–матриц и новых методов математическойобработки результатов наблюдений. Все это позволяет наблюдать новые объекты,имеющие очень малую яркость и существенное собственное движение.

Новыеаналитические и численные методы небесной механики в совокупности ссовременными вычислительными системами дают возможность моделировать движениетел Солнечной системы на интервалах времени, сравнимых с ее возрастом и дажемногократно превышающих его.

На нашихглазах происходит смена представлений о динамике Солнечной системы: отрегулярной и устойчивой к хаотической и неустойчивой. Все это напоминаетситуацию в физике начала XX века, когда совершался переход от классической крелятивистской картине Мира. Нам предстоит разобраться где, когда и при какихусловиях мы можем рассматривать Солнечную систему регулярной и устойчивой, а вкаких случаях проявляются признаки хаоса и неустойчивости.

Начнемрассмотрение с современных представлений о структуре Солнечной системы. Затемобсудим понятия устойчивости и неустойчивости движения, условия возникновениярезонансов и хаотического поведения. После этого проанализируем динамику малыхтел Солнечной системы и обратимся к большим планетам. В заключение рассмотримдинамику Солнечной системы как целого на временах, сравнимых с ее возрастом.

Солнечная система представляет собойгруппу небесных тел, весьма различных по своим размерам и физическому строению.В эту группу входят: Солнце, Девять больших планет, вместе с 61 спутником,более 100000 планет (астероидов), порядка десяти комет, а также бесчисленноемножество метеорных тел движущихся как роями так и в виде отдельных частиц.

Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела — Солнца. Масса солнца приблизительно в 750 раз превосходит массу всех остальныхтел, входящих в эту систему. Гравитационное притяжение звезды является главнойсилой, определяющей движение всех обращающихся вокруг него тел Солнечнойсистемы. Среднее расстояние от солнца до самой далекой от него планеты Плутон39,5 а.е., что очень мало по сравнению с расстоянием до ближайших звезд. Тольконекоторые кометы удаляются от солнца на 105 а.е. и подвергаютсявоздействию притяжения звезд.

В Солнечной системе наблюдаетсяогромный диапазон масс, особенное если учесть наличие в межпланетномпространстве космической пыли. Различиев массах между солнцем и какой-нибудь пылинкой в тысячную долю миллиграммабудет составлять около 40 порядков (иначе говоря, отношение их масс будетвыражаться числом с 40 нулями.).

Современные представления о строенииСолнечной системы

Все объектыСолнечной системы можно разделить на четыре группы: Солнце, большие планеты,спутники планет и малые тела. Мы пока ничего не говорим о спутниках малых тел,поскольку к настоящему времени таких объектов открыто всего два, анаблюдательной информации недостаточно, чтобы детально исследовать их динамику.

Солнце — динамический центр системы. Его гравитационноевлияние является доминирующим в Солнечной системе за исключением малых областейв окрестности других объектов.

Большиепланеты — визитная карточка Солнечной системы. Пять ближайших к Земле большихпланет были известны с ранней истории человечества. Это — Меркурий, Венера,Марс, Юпитер и Сатурн. История открытия трех другихбольших планет показывает как менялось отношение астрономов к вопросу оразмерах и населении Солнечной системы.

Открытие Уранаявилось сюрпризом. Весной 1781 г. Вильям Гершель на своем 7-футовом(2.1 м) телескопе проводил наблюдения по программе определения параллаксовзвезд. 13 марта 1781 г. он сделал запись об обнаружении туманной звезды иликометы. Спор о природе открытого объекта продолжался до 1787 г., когда Гершельоткрыл два спутника Урана: Оберон и Титанию.

Открытие Нептунастало триумфом теории тяготения Ньютона. Анализируя неравенства в движенииУрана, Бессель в Кенигсберге в 1840 г., Адамс в Кембридже в 1841 г. и Леверьево Франции в 1845 г. независимо друг от друга рассчитали орбиту планеты,ответственной за эти возмущения. 23 сентября 1846 г. Галле и д’Аррест изБерлинской обсерватории по эфемеридам Леверье открыли Нептун.

Открытие Плутонаможно назвать запрограммированным. В 1896 г. Персиваль Ловелл обнаружилостаточные невязки в движении Урана после учета возмущений от Нептуна ивысказал гипотезу, что эти возмущения производятся неизвестной занептуннойпланетой. В середине 90-х годов XIX века в Аризоне Ловелл построилобсерваторию, которая стала центром поиска новой планеты. В течение почти 30лет было проведено несколько компаний по поиску Плутона. Но безрезультатно. В1916 г. умер Ловелл. В 1929 г. Клод Томбо на 13-дюймовом (0.33 м)рефракторе начал новую атаку на Плутон. Открытие пришло 18 февраля 1930г., когда Томбо сравнивал фотопластинки, полученные 23 и 29 января 1930 г.Директор Ловелловской обсерватории сообщил об открытии 13 марта 1930 г. в149-ю годовщину открытия Урана Гершелем и 75-ю годовщину со дня рожденияПерсиваля Ловелла. За время поиска Плутона было проведено сравнение около 90млн. изображений звезд в течение 7000 часов на блинк-компараторе.

Существуют ли большие планеты за орбитой Плутона? Анализтраекторий движения тел Солнечной системы и космических аппаратовПионер10, Пионер–11,Вояджер–1, Воджер–2 позволяют утверждать, что объектов, сравнимых сПлутоном, и более крупных во внешней области Солнечной системы не существует.

Историяоткрытия спутников планет не менее драматична, но мы не будем на нейостанавливаться. Отметим только, что спутниковые системы планет-гигантовсложностью своего устройства зачастую превосходят Солнечную систему. Не доконца решен вопрос о происхождении двойных планет Земля–Луна иПлутон–Харон.

Малые тела

Солнечной системы — пробный камень изолотая жила небесной механики, кладезь новых открытий. Самые известные малыетела — кометы. Упоминания о кометах можно найти в легендах и летописяхпрактически всех народов Земли. По динамическим признакам кометы разделяются надолгопериодические и короткопериодические.

Долгопериодические кометы движутся по орбитам, большиеполуоси которых достигают десятков тысяч астрономических единиц, а периодыобращения — десятков миллионов лет. Орбиты сильно вытянуты, их эксцентриситетыблизки к единице. Ориентация орбит и их наклоны к плоскости эклиптикираспределены случайным образом. В настоящее время имеются сведения более, чем о700 таких комет.

Короткопериодические кометы имеютпериоды менее 200 лет, умеренные эксцентриситеты, для большинства из них наклонорбит к плоскости эклиптики не превышает 35?. Короткопериодические кометыделятся на семейства по признаку планеты-гиганта, определяющей динамику кометы.В настоящее время известно около 180 короткопериодических комет. Большинство изних принадлежит семейству Юпитера.

Самая многочисленная популяцию малыхтел Солнечной системы — астероиды. Первый астероид — Церера —был открыт в первый день XIX века сицилийским астрономом Пиацци. Хотя открытиеи носило случайный характер, оно послужило толчком к разработке Гауссомклассического метода определения орбит по трем наблюдениям и метода наименьшихквадратов, благодаря которым удалось вычислить орбиту и переоткрыть Цереруспустя почти год после первых наблюдений. В настоящее время известно несколькодесятков тысяч астероидов. И это число стремительно растет.

Популяция астероидов неоднородна.Большинство астероидов движутся по орбитам близким к круговым в поясеастероидов между орбитами Марса и Юпитера. В 1866 г. Кирквуд исследовалзависимость числа астероидов от больших полуосей их орбит и обнаружил, что полученноераспределение имеет несколько глубоких минимумов. Позднее выяснилось, что этиминимумы соответствуют соизмеримости средних движений Юпитера и астероида. Ониполучили название люков Кирквуда.

Хотя астероиды движутся поэллиптическим орбитам, треугольник Солнце–Юпитер–астероид всегда остаетсяблизким к равностороннему. Иногда обе группы астероидов называют троянцами. Посостоянию на 1 апреля 1999 г. известно 476 астероидов-троянцев (474 у Юпитера и2 у Марса).

Еще одна группа астероидов —астероиды, сближающиеся с Землей. Их перигелийные расстояния меньше 1.33 а.е. Внастоящее время известно несколько тысяч таких астероидов. Около сотни из нихпредставляют реальную угрозу для Земли: они пересекают ее орбиту и имеют размерболее 1 км. Столкновение Земли с подобным астероидом вызовет глобальнуюкатастрофу, подобную той, что привела к вымиранию динозавров. Имеется еще околотысячи астероидов размером от 30 до 50 м, также пересекающих орбиту Земли.Столкновение Земли с таким астероидом способно вызвать локальную катастрофутипа тунгусской. Однако, ни один из известных астероидов не столкнется с Землейв ближайшем будущем, в течение 33 лет, в 21 веке.

После открытия Плутона неоднократнопредпринимались попытки поиска десятой большой планеты Солнечной системы. Вовремя одного из таких обзоров 18 октября 1977 г. Коваль открыл малуюпланету 2060 Хирон, которая движется между орбитами Юпитера и Урана, пересекаяорбиту Сатурна. Вблизи перигелия у этого “астероида” проявляются признакигазоизвержения и комы. Более 14 лет этот объект оставался единственной малойпланетой, наблюдаемой глубоко внутри области движения планет-гигантов.9 января 1992 на автоматическом телескопе Космический дозор (Аризона, США)был открыт еще один астероид этой группы — 5145 Фолус. К настоящемувремени известно 7 астероидов группы Кентавра, движущихся среди планет-гигантовмежду орбитами Юпитера и Нептуна. Название группы отражает тот факт, чтообъекты одновременно имеют признаки и астероидов и комет. В табл. 1 приводитсясписок астероидов группы Кентавра по состоянию на 1 августа 1997 г. Втаблице даны: имя астероида, его предварительное обозначение, перигелийное иафелийное расстояния в астрономических единицах, наклон орбиты в градусах,эксцентриситет орбиты, большая полуось в астрономических единицах и датаоткрытия. Полный регулярно обновляемый вариант таблицы доступен по адресу

В 1949 г. К.Эджеворт высказалпредположение о существовании остаточного неизрасходованного при формированииСолнечной системы материала за орбитой Нептуна. Однако, эта работа быламалоизвестна до последнего времени. В 1951 г. Койпер предположил, чтокометы и астероиды формировались в существенно различных областях Солнечнойсистемы и, что за орбитой Плутона должен существовать пояс комет. 30 августа1992 г. Джевитт и Лю (Гавайский университет, США) открыли первый объект,принадлежащий поясу Койпера. Он получил обозначение 1992 QB1. Сейчас известно53 объекта, движущихся за орбитой Нептуна. В табл. 2 приводится список объектовпояса Койпера по состоянию на 1 августа 1997 г.

олный регулярно обновляемый вариант таблицы доступен поадресу. Некоторые исследователи относят к объектам пояса Койпера и Плутон.Возможно, что пояс Койпера является внутренней областью облакаОорта — сферического образования радиусом от тысяч до сотен тысячастрономических единиц, являющегося резервуаром долгопериодических комет.

Таким образом, по современнымпредставлениям Солнечная система имеет следующую структуру: вокруг Солнцавращаются 9 больших планет, между орбитами Марса и Юпитера находится поясастероидов, часть астероидов движется среди планет земной группы и в окрестноститреугольных точек либрации Юпитера, среди планет-гигантов движутся объектыгруппы Кентавра и короткопериодические кометы, за орбитой Нептуна располагаетсяпояс Койпера, а вся система окружена облаком Оорта.

Малые планеты (Астероиды).

Малые планеты (Астероиды) — космическиетела размером в сотни километров и меньше, движущиеся вокруг Солнца поэллиптическим орбитам, расположенным преимущественно между орбитами Марса иЮпитера. Самые маленькие астероиды имеют размер несколько меньше 1 км. Числомалых планет быстро растет при переходе от крупных к мелким, которые уже можносчитать крупными метеоритными телами.

Первая малая планета — Церера — былаоткрыта случайно 1 января 1801 года итальянским астрономом Пиацци. В настоящеевремя известно уже несколько тысяч малых планет. Примерно для 2000 из нихизвестны точные орбиты. Общее число малых планет внутри орбиты Юпитера,доступных наблюдениям, оцениваются в 100000. Но их суммарная масса меньше1/1000 массы земного шара.

Малым планетам с типичными орбитамиприсваивались женские имена, малые планеты с теми или иными особенностямидвижения получали мужские имена. В последнее время, однако, это правило несоблюдается. У подавляющего большинства малых планет большие полуоси их орбит заключенымежду 2,2 и 3,6 а.е. Они образуют так называемое кольцо или пояс малых планет(астероидов).

Орбиты малых планет в среднем болеевытянуты и более наклонены по эклиптике, чем орбиты больших планет. Известнонесколько десятков малых планет движущихся вдоль орбиты Юпитера и образующихдве устойчивые группы — на расстоянии 60О впереди и позади планеты(так называемые Троянцы и Греки — они все названы именами героев троянскойвойны). У малой планеты Педальго имеющей вытянутую орбиту с большой полуосью в5,8 а.е. афемий расположен дальше орбиты Сатурна, но благодаря большому наклонуорбиты Педальго не происходит его сближение с Сатурном. Еще большей орбитойобладает малая планета Хеерон. Ее орбита проходит в основном между орбитамиСатурна и Урана, но в перигелии заходит внутрь орбиты Сатурна.

Некоторые малые планеты имеют небольшиевытянутые орбиты, приближающиеся к орбите Земли (малые планеты группы Амура)или даже заходящие внутрь нее ( малые планеты группы Аполлона и Атона). Малаяпланета Икар заходит даже внутрь орбиты Меркурия. Малые планеты группы Аполлонаи некоторые из группы Амура могут сближаться с Землей. Крайне редко они дажесталкиваются с ней, образуя при уларе о сушу гигантские “метеоритные” кратеры,а при попадании в океаны и моря порождают гигантские волны.

Существует гипотеза, согласно которой втом месте, где сейчас движутся астероиды, когда -то находилась планета. Этапланета (у нее даже есть два названия: одно традиционное — Фаэтон, а другое — планета Ольберса) разрушалась либо в результате столкновения с крупным телом,либо под действием каких-то других сил, например под действием приливных силЮпитера. Обломки этой гипотетической планеты и есть астероиды.

Такое предположение в настоящее времявысказывают многие ученые. Долгое время размеры малых планет оценивалиприближенно, на основании видимогоблеска и предполагаемой отражательной способности. В последние годы размеры иотражательные способности крупнейших малых планет определяют путем измеренияинфракрасного излучения и сравнения его с количеством отраженного видимогосвета, а также на основе эмпирической зависимости поляризационных свойствповерхности и от ее отражательной способности. К настоящему времени полученытакие сведения почти о 200 малых планетах поперечником больше 70 км. Самыебольшие малые планеты имеют следующие размеры: Церера — 1003 км., Паллада — 608км., Веста — 538 км., Тгия -450 км.

Малыепланеты, движущиеся внутри орбиты Юпитера, считаются каменистыми телами,родственными планетам земной группы. Это подтверждаются спектрофотометрическиминаблюдениями, которые показывают, что почти все они по отражательным свойствампохожи на метеориты тех или иных типов.

Метеориты — вестники космоса.

Метеориты — каменные или железные тела,падающие на Землю из межпланетного пространства. Падение метеоритов на Землюсопровождается звуковым, световым и механическим явлением. По небу проноситсяяркий огненный шар называемый болидом, сопровождаемый хвостом и разлетающимися искрами. После того как болид исчезает, черезнесколько секунд раздаются похожие на взрывы удары, называемые ударнымиволнами, которые иногда вызывают значительное сотрясение грунта и зданий.

Метеориты могут выпадать в тех случаях,когда скорость вторгшегося в земную атмосферу метеорного тела не превосходит 22км/с и если это тело обладает достаточно механической прочностью. В местепадения метеоритов образуются углубления, размеры и форма которых зависят отмассы метеоритов и скорости из падения.

Самый крупный метеорит был найден в Юго-Западной Африке в1920 году. Метеорит этот, Гоба (названия даются по населенному пункту,ближайшему к месту падения) железный, масса его 60 т. К крупнейшим метеоритамотносится железный Сихотэ — Алинский, упавший в СССР в 1947 году. Он еще ватмосфере раскололся на тысячи частей и выпал на Землю “железным дождем”. Приударе о грунт части метеорита раздробили скальные породы, образовав в нихкратеры и воронки. Было обнаружено 200 кратеров и воронок диамтром от 20 см до26 м. Масса Сихотэ -Алинского метеорита оценивается в 70 т., собрано более 23т.

Метеориты состоят из тех же химическихэлементов, которые имеются на Земле. Это в основном следующие 8 элементов:Железо, никель, магний, кремний, сера, алюминий, кальций и кислород. Остальныеэлементы встречаются в метеоритах в очень малых количествах. Соединяясь междусобой, эти элементы образуют в метеоритах различные минералы, большинствокоторых имеется и на Земле. Но встречаются метеориты с неизвестными на земномшаре минералами.

Железные метеориты почти целикомсостоят из железа. В соединении с никелем и незначительным количествомкобальта. В каменистых метеоритах находятся силикаты-минералы, представляющиесобой соединения кремния с кислородом и примесью других элементов (магния,алюминия, кальция и др.). Железно каменные метеориты состоят почти из равныхколичеств каменистого вещества и никелистого железа. В наше время в коллекцияхмира собраны метеориты, представляющие приблизительно 3500 отдельных падений.Около 1/3 из этого числа метеоритов наблюдались при падении; остальные находки.

Кометы

Кометы — тела Солнечной системы,имеющие вид туманных объектов, обычно со светлым сгустком — ядром в центре ихвостом. Они принадлежат к числу наиболее красивых небесных тел. Кометы могутнаблюдаться тогда, когда небольшое ледяное тело, называемое ядром кометы,приближается к солнцу на расстояние, меньше 4-5 а.е., прогреваются его лучами ииз него начинают выделятся газы и пыль, которые видны в результате их освещенияСолнцем. Газы и пыль, выделяющиеся из ядра, создают вокруг него туманныеоболочки — атмосферу кометы, составляющую вместе с ядром голову кометы.Атмосфера кометы непрерывно рассеивается в межпланетное пространство: поддействием светового давления и взаимодействия с солнечным ветром газы и пыльуносятся в направлении от Солнца, образуя хвост комет.

У большинствакомет в середине головы наблюдается яркое звездообразное “ядро”, представляющеесобой свечение центрально, Наиболее плотной зоны газов, вокруг истинного ядракометы. Голова кометы и ее хвост не имеют резких очертаний. Их видимые размерызависят от интенсивности выделения газов и пыли из ядра, определяемой размерамиядра и его близостью к Солнцу, а с другой стороны от яркости фона неба. Времяот времени та или иная комета сближается с какой -либо массивной планетой, иэто приводит к резкому изменению ее орбиты.

Поперечник головы кометы обычнооставляет десятки и сотни тысяч километров, но, например у кометы 1680 года и уяркой кометы 1811 года он миллион километров, а хвост был виден на протяжении300 млн.км., т.е. его длина была вдвое больше расстояния от Земли до Солнца.

Согласно классификации, предложенной в70х годах Х

IХвека русским астрономом Ф.А. Бородихиным, все кометные хвосты подразделяются натри типа: хвосты 1 типа направленные прямо от солнца; хвосты 2 типа изогнуты иотклоняются назад по отношению к орбитальному движению кометы; хвосты 3 типапочти прямые, но заметно отклоняются назад. Современные исследования позволилиустановить, что хвосты 1 типа — плазменные, имеют струйчатую структуру исостоят из ионизированных молекул, которые с большим ускорением уносятся прочьот ядра вследствие электромагнитного взаимодействия с солнечным ветром. Хвосты2 типа образованы пылевыми частицами разной величины, непрерывно выделяющиесяиз ядра. Хвосты 3 типа появляются в том случае, когда из ядра одновременновыделяется целое облако пылинок.

Около 1950 года удалось установить, чтоядра комет — это сравнительно небольшие ледяные тела, состоящие из замерзшихгазов, перемешенных с некоторым количеством нелетучих каменистых веществ.Поперечником ядер бывают обычно от нескольких сотен метров до несколькихкилометров, и поэтому ядра не видны.

Свечениегазов в кометах — это пере излучение солнечного света, причем пере излучаютсялишь лучи определенных длин волн, характерных для данной молекулы. Какпоказывает изучение спектров, почти у всех комет излучение головы порождаетсянейтральными молекулами, состоящими из двух или трех атомов. В 70-х годах былоустановлено присутствие в кометах атомарного кислорода, водорода и углерода. В1974 году впервые удалось обнаружить радиоизлучение кометных молекул.

В настоящее время ежегодно открывают 5-7 новыхкомет и довольно часто один раз в 2-3 года вблизи Земли и Солнца проходит яркаякомета с большим хвостом.

В 1996 году 31 января японский любительастрономии Юи Хиякутаке открыл новую комету, которая получила официальноеобозначение — с/1996В2, которая 25 марта прошла на расстоянии 15 млн. Км. ОтЗемли со скоростью 58 км/с. А в начале мая космическая путешественница — кометаХиякутаке — скрылась в лучах Солнца и обогнув его, начала свой обратный путь запределы Солнечной системы.

Заканчиваяобщий обзор Солнечной системы, необходимо отметить еще одно очень важноеобстоятельство. Наша Солнечная система является системой устойчивой, по крайнеймере в течение нескольких сотен миллионов лет. Это означает, что форма,размеры и взаимодействие планет, взаимная ориентировка орбит тел, еесоставляющих, не могут значительно измениться с течением времени, претерпеваялишь периодические колебания около своих средних значений. Конечно, главнаяпричина устойчивости Солнечной системы заключается в том, что 99,87% всей массысосредоточено в солнце.

еще рефераты

Еще работы по астрономии

Реферат по астрономии

Эволюция Вселенной

29 Августа 2013

Реферат по астрономии

Магнитные поля Галактики

29 Августа 2013

Реферат по астрономии

Белые карлики

29 Августа 2013

Реферат по астрономии

Загадки Венеры

29 Августа 2013