Реферат: Солнечная система

Общеобразовательнаяшкола №1248.

Доклад выступление по астрономии на тему:

«Солнечная система»

Работувыполнил ученик

9-огокласса

НовиковИгорь Андреевич.

Учитель

ЛобачЛилия Анатолиевна.

Москва 2004 год.

Последнее десятилетие принципиально изменило нашипредставления о строении, динамической эволюции и устойчивости Солнечнойсистемы. Привычными стали сообщения об открытии новых объектов, выявлении новыхдинамических структур, проявлении свойств неустойчивости движения илихаотического поведения у тех или иных групп объектов.

Это вызвано несколькими причинами: появление новыхинструментов и модернизация старых, применение высокочувствительных ПЗС–матрици новых методов математической обработки результатов наблюдений. Все этопозволяет наблюдать новые объекты, имеющие очень малую яркость и существенноесобственное движение.

Новые аналитические и численные методы небесной механики всовокупности с современными вычислительными системами дают возможностьмоделировать движение тел Солнечной системы на интервалах времени, сравнимых сее возрастом и даже многократно превышающих его.

На наших глазах происходит смена представлений о динамикеСолнечной системы: от регулярной и устойчивой к хаотической и неустойчивой. Всеэто напоминает ситуацию в физике начала XX века, когда совершался переход отклассической к релятивистской картине Мира. Нам предстоит разобраться где,когда и при каких условиях мы можем рассматривать Солнечную систему регулярнойи устойчивой, а в каких случаях проявляются признаки хаоса и неустойчивости.

Начнем рассмотрение с современных представлений о структуреСолнечной системы. Затем обсудим понятия устойчивости и неустойчивостидвижения, условия возникновения резонансов и хаотического поведения. Послеэтого проанализируем динамику малых тел Солнечной системы и обратимся к большимпланетам. В заключение рассмотрим динамику Солнечной системы как целого навременах, сравнимых с ее возрастом.

Все объекты Солнечной системы можно разделить на четырегруппы: Солнце, большие планеты, спутники планет и малые тела. Мы пока ничегоне говорим о спутниках малых тел, поскольку к настоящему времени таких объектовоткрыто всего два, а наблюдательной информации недостаточно, чтобы детальноисследовать их динамику.

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

Большие планеты — визитная карточка Солнечной системы. Пятьближайших к Земле больших планет 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 Урана явилось сюрпризом. Весной 1781 г.Вильям Гершель на своем 7-футовом (2.1 м) телескопе проводил наблюдения попрограмме определения параллаксов звезд. 13 марта 1781 г. он сделал запись обобнаружении туманной звезды или кометы. Спор о природе открытого объектапродолжался до 1787 г., когда Гершель открыл два спутника Урана: Оберон и Титанию.

Открытие Нептуна стало триумфом теории тяготенияНьютона. Анализируя неравенства в движении Урана, Бессель в Кенигсберге в 1840г., Адамс в Кембридже в 1841 г. и Леверье во Франциив 1845 г. независимо друг от друга рассчитали орбиту планеты, ответственной заэти возмущения. 23 сентября 1846 г. Галле и д’Аррестиз Берлинской обсерватории по эфемеридам Леверьеоткрыли Нептун.

Открытие Плутона можно назвать запрограммированным.В 1896 г. Персиваль Ловеллобнаружил остаточные невязки в движении Урана после учета возмущений от Нептунаи высказал гипотезу, что эти возмущения производятся неизвестной занептунной планетой. В середине 90-х годов XIX века вАризоне Ловелл построил обсерваторию, которая сталацентром поиска новой планеты. В течение почти 30 лет было проведено несколькокомпаний по поиску Плутона. Но безрезультатно. В 1916 г. умер Ловелл. В 1929 г. Клод Томбо на13-дюймовом (0.33 м) рефракторе начал новую атаку на Плутон. Открытиепришло 18 февраля 1930 г., когда Томбо сравнивалфотопластинки, полученные 23 и 29 января 1930 г. Директор Ловелловской обсерватории сообщил об открытии 13 марта1930 г. в 149-ю годовщину открытия Урана Гершелем и 75-ю годовщину со днярождения Персиваля Ловелла.За время поиска Плутона было проведено сравнение около 90 млн. изображенийзвезд в течение 7000 часов на блинк-компараторе.

<img src="/cache/referats/18152/image002.jpg" align=«left» hspace=«5» vspace=«5» v:shapes="_x0000_s1027">Пионер–10, Пионер–11, Вояджер–1, Воджер–2позволяют утверждать, что объектов, сравнимых с Плутоном, и более крупных вовнешней области Солнечной системы не существует.

История открытия спутников планет не менее драматична, но мыне будем на ней останавливаться. Отметим только, что спутниковые системыпланет-гигантов сложностью своего устройства зачастую превосходят Солнечнуюсистему. Не до конца решен вопрос о происхождении двойных планет Земля–Луна и Плутон–Харон.

Малые тела Солнечной системы — пробныйкамень и золотая жила небесной механики, кладезь новых открытий. Самые известныемалые тела — 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 имеют периоды менее 200 лет,умеренные эксцентриситеты, для большинства из них наклон орбит к плоскостиэклиптики не превышает 35°.Короткопериодические кометы делятся на семейства по признаку планеты-гиганта,определяющей динамику кометы. В настоящее время известно около 180короткопериодических комет. Большинство из них принадлежит семейству Юпитера.

Самая многочисленная популяцию малых тел Солнечнойсистемы — астероиды. Первый астероид — Церера — был открыт впервый день XIX века сицилийским астрономом Пиацци.Хотя открытие и носило случайный характер, оно послужило толчком к разработкеГауссом классического метода определения орбит по трем наблюдениям и методанаименьших квадратов, благодаря которым удалось вычислить орбиту и переоткрыть Цереру спустя почти год после первыхнаблюдений. В настоящее время известно несколько десятков тысяч астероидов. И это числостремительно растет.

Популяция астероидов неоднородна. Большинство астероидовдвижутся по орбитам близким к круговым в поясе астероидов между орбитами Марсаи Юпитера. В 1866 г. Кирквуд исследовал зависимостьчисла астероидов от больших полуосей их орбит и обнаружил, что полученное распределениеимеет несколько глубоких минимумов. Позднее выяснилось, что эти минимумысоответствуют соизмеримости средних движений Юпитера и астероида. Они получилиназвание люков Кирквуда.

На рисунке показана зависимость числа астероидовN от значения большой полуоси. Пунктирнойлинией отмечены резонансные значения больших полуосей. Соответствующиесоизмеримости средних движений астероида и Юпитера даются над верхней рамкой.Видно, что большинству резонансных значений большой полуоси соответствуетсущественное уменьшение числа астероидов.

Две группы астероидов расположены в окрестности треугольныхточек либрации системы Солнце–Юпитер–астероид — это греки итроянцы. Они движутся в окрестности орбиты Юпитера: греки опережаютЮпитер примерно на 60°, а троянцы настолько же отстают. Хотя астероиды движутся по эллиптическим орбитам,треугольник Солнце–Юпитер–астероид всегда остается близким кравностороннему. Иногда обе группы астероидов называют троянцами. По состояниюна 1 апреля 1999 г. известно 476 астероидов-троянцев (474 у Юпитера и 2 у Марса).

Еще одна группа астероидов — астероиды, сближающиеся сЗемлей. Их перигелийные расстояния меньше 1.33 а.е. В настоящее время известно несколько тысяч такихастероидов. Около сотни из них представляют реальную угрозу для Земли: онипересекают ее орбиту и имеют размер более 1 км. Столкновение Земли с подобнымастероидом вызовет глобальную катастрофу, подобную той, что привела к вымираниюдинозавров. Имеется еще около тысячи астероидов размером от 30 до 50 м,также пересекающих орбиту Земли. Столкновение Земли с таким астероидом способновызвать локальную катастрофу типа тунгусской. Однако, ни один из известныхастероидов не столкнется с Землей в ближайшем будущем, в течение 33 лет, в 21 веке.

После открытия Плутона неоднократно предпринимались попыткипоиска десятой большой планеты Солнечной системы. Во время одного из такихобзоров 18 октября 1977 г. Коваль открыл малую планету 2060 Хирон, которая движется между орбитами Юпитера и Урана,пересекая орбиту Сатурна. Вблизи перигелия у этого “астероида” проявляютсяпризнаки газоизвержения и комы. Более 14 лет этот объектоставался единственной малой планетой, наблюдаемой глубоко внутри областидвижения планет-гигантов. 9 января 1992 на автоматическом телескопеКосмический дозор (Аризона, США) был открыт еще один астероид этойгруппы — 5145 Фолус. К настоящему времени известно7 астероидов группы Кентавра, движущихся среди планет-гигантов между орбитамиЮпитера и Нептуна. Название группы отражает тот факт, что объекты одновременноимеют признаки и астероидов и комет. В табл. 1 приводится список астероидовгруппы Кентавра по состоянию на 1 августа 1997 г. В таблице даны: имяастероида, его предварительное обозначение, перигелийноеи афелийное расстояния в астрономических единицах,наклон орбиты в градусах, эксцентриситет орбиты, большая полуось вастрономических единицах и дата открытия. Полный регулярно обновляемый варианттаблицы 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. Койперпредположил, что кометы и астероиды формировались в существенно различныхобластях Солнечной системы и, что за орбитой Плутона должен существовать пояскомет. 30 августа 1992 г. Джевитт и Лю (Гавайский университет, США) открыли первый объект,принадлежащий поясу Койпера. Он получил обозначение1992 QB1. Сейчас известно 53 объекта, движущихся за орбитой Нептуна. В табл. 2приводится список объектов пояса Койпера по состояниюна 1 августа 1997 г.

олный регулярно обновляемыйвариант таблицы доступен по адресу. Некоторые исследователи относят к объектампояса Койпера и Плутон. Возможно, что пояс Койпераявляется внутренней областью облака Оорта —сферического образования радиусом от тысяч до сотен тысяч астрономическихединиц, являющегося резервуаром долгопериодических комет.

Таким образом, по современным представлениям Солнечнаясистема имеет следующую структуру: вокруг Солнца вращаются 9 больших планет,между орбитами Марса и Юпитера находится пояс астероидов, часть астероидовдвижется среди планет земной группы и в окрестности треугольных точек либрацииЮпитера, среди планет-гигантов движутся объекты группы Кентавра икороткопериодические кометы, за орбитой Нептуна располагается пояс Койпера, а вся система окружена облаком Оорта.

Нам предстоит разобраться каким образом в Солнечной системесформировалась подобная динамическая структура, как она эволюционирует иявляется ли устойчивой. Мы обсудим сценарии происхождения люков Кирквуда. Узнаем откуда берутся астероиды, угрожающиеЗемле. Выясним, почему Кентавров намного меньше, чем объектов пояса Койпера. Найдем источник короткопериодических комет. И,наконец, попытаемся ответить на главный вопрос: устойчива ли Солнечная система?

Но прежде, чем исследовать свойства движения тел Солнечнойсистемы, мы определим такое важное понятие как устойчивость.