Раздел  Солнечная  система :
 > Введение и история
 > Топология Солнечной системы
 > Динамика Солнечной системы
 > Выводы

<<< Раздел  Солнечная  система : >>>
  > Введение и история Стр. 1

2. Солнечная система    [Оглавление] - кликуть правой кнопкой

2.1. Введение и история            

           Солнечная система – это система небесных тел, состоящая из Солнца и обращающихся вокруг него под действием силы тяготения 9 больших планет с их спутниками, включая и нашу Землю, десятков тысяч малых планет, комет и множества мелких метеоритных тел. Масса Солнца составляет 99,866 % массы Солнечной системы. Солнце является одной из звезд, образующих звездную систему – нашу Галактику. Оно участвует во вращении Галактики вокруг галактического центра, увлекая за собой все тела Солнечной системы.
В свою очередь, все большие и малые планеты Солнечной системы движутся вокруг Солнца в одном направлении – против часовой стрелки (для наблюдателя, смотрящего со стороны Северного полюса). Орбиты больших планет описываются эллипсами с фокусом в центре Солнца и имеют малые эксцентриситеты, а плоскости орбит мало наклонены друг к другу и близки к плоскости экватора самого Солнца.
Вращение почти всех больших планет, а также Солнца и Луны, вокруг осей происходит в том же направлении, в котором планеты движутся вокруг Солнца. Исключением является Уран, у которого наклон плоскости экватора к плоскости орбиты равен 98о, то есть, превышает прямой угол, в результате чего, его вращение формально считается обратным.
Расположение орбит больших планет таково, что они мало взаимодействуют между собой, вызывая лишь малые колебания (возмущения) от эллиптического движения, определяемого притяжением только Солнца.
Кратко рассмотрим, как исторически формировались воззрения на Солнечную систему. Солнечная система, система небесных тел (Солнце, планеты, спутники планет, кометы, метеорные тела, космическая пыль), двигающихся в области преобладающего гравитационного влияния Солнца. Наблюдаемые размеры Солнечной системы определяются орбитой Плутона (около 40 астрономических единиц (1 а.е. = расстоянию от Солнца до Земли)). Однако сфера, в пределах которой возможно устойчивое движение небесных тел вокруг Солнца, простирается почти до ближайших звезд (230 тыс. а.е.).
Общая структура Солнечной системы была раскрыта Николаем Коперником (середина16 в.), который обосновал представление о движении Земли и других планет вокруг Солнца. Гелиоцентрическая система Коперника впервые дала возможность определить относительные расстояния планет от Солнца, а, следовательно, и от Земли. Иоган Кеплер (начало 17 в.) открыл законы движения планет, а Исаак Ньютон сформулировал (конец 17 в.) закон всемирного тяготения. Эти законы легли в основу небесной механики, исследующей движения тел в Солнечной системе.

 
  Наверх

  > Введение и история  (продолжение) Стр. 2

По физическим характеристикам большие планеты разделяются на внутренние (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и внешние планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Физические характеристики 9-ой планеты – Плутона качественно отличаются от характеристик планет-гигантов, и потому Плутон не может быть отнесен к их числу. Движение (и вращение вокруг оеей) планет и их спутников, рассматриваемое с Северного полюса мира происходит против часовой стрелки. Исключение представляет вращение Венеры и Урана и обратное движение некоторых спутников вокруг их планет.
В настоящее время известно около 40 тыс. малых планет. Их орбиты расположены главным образом между орбитами Марса и Юпитера.
Кометы по внешнему виду, размерам и ряду характеристик резко отличаются от других планет Солнечной системы. Их орбиты произвольным образом наклонены к плоскости эклиптики. Периоды обращения комет могут достигать нескольких млн. лет, причем в афелии такие кометы приближаются к границам Солнечной системы и, по-видимому, участвуют в межзвездных движениях.
Метеорные тела и космическая пыль заполняет все пространство Солнечной системы.
Изучение происхождения и эволюции Солнечной системы (планетная космология) исторически началось с гипотезы Канта-Лапласа (Kant-Laplace) о формировании планет из разреженного пылевого вещества, вращающегося вокруг Солнца. Согласно этой гипотезе материалом для образования планет послужила часть газового вещества, отделившегося от сжимающегося протосолнца. Уже в 20 в. наряду с гипотезами Канта-Лапласа возник ряд гипотез о возникновении Солнечной системы, основанных на газодинамических и магнитогидродинамических эффектах.
В настоящее время, согласно существующим теориям, считают, что Солнце и планеты образовались из большого газопылевого облака, которое сжалось до высокой плотности. Предполагается, что около сжимающейся и медленно вращающейся протозвезды (Солнца) вращается уплощенный газопылевой диск. Этот диск распадается на фрагменты, которые являются зародышами будущих планет. Предполагается, что процесс формирования планет закончился за 107 – 108 лет.
Малые тела Солнечной системы – астероиды и планеты, как считается, представляют собой остатки роя промежуточных тел.
Однако всем этим моделям присущи общие недостатки (парадоксы) – они не могут объяснить закон сохранения полного момента количества движения и закон сохранения полной кинетической энергии Солнечной системы. То есть, кинетическая энергия вращения Солнца должна быть связана с кинетической энергии вращения планет при условии, что они возникли вместе, и не было воздействия со стороны других звезд.
Третьим парадоксом является то, что траектории комет не лежат в плоскости эклиптики, то есть, в плоскости протодиска, а совершенно произвольным образом двигаются по отношению к Солнцу. То есть, со стороны это выглядит так, как будто был первоначальный взрыв из Солнца. Кроме того, анализ большинства траекторий комет показывает, что они не должны принадлежать Солнечной системе и могут являться телами, двигающимися между звезд.

 
  Наверх

  > Введение и история  (продолжение) Стр. 3

Рассмотрим, какие законы управляют Солнечной системой. В настоящее время существует две теории, описывающие механизм гравитации. Первая – теория гравитации Ньютона, в которой гравитационное взаимодействие распространяется с бесконечно большой скоростью. Вторая – теория Эйнштейна – ОТО, в ней скорость распространения гравитационных взаимодействий ограничена скоростью света, то есть, по существу, за счет кривизны пространства.
К сожалению, ни теория Ньютона, ни теория Эйнштейна не являются законченными теориями гравитации и нуждаются в разработке некоторых принципиальных вопросов. Важнейшим из них является вопрос о природе поля гравитации, в частности, проблема энергии-импульса поля, гравитационных волн и гравитационного излучения. Эти фундаментальные вопросы не могут быть убедительно разрешены в рамках этих теорий, ибо они построены чисто феноменологически и в них нарушаются законы сохранения энергии. Можно думать, что с указанными вопросами связана и проблема квантования гравитации, поскольку попытки построить квантовую теорию тяготения по аналогии с материальными полями оказались неудачными.
В теориях Ньютона и Эйнштейна решение уравнения движения одного тела вокруг другого являются непрерывными функциями. Например, в теории Ньютона орбитальная скорость планет, двигающихся вокруг Солнца, vn и их радиусы Rn связаны с массой Солнца M и гравитационной постоянной G следующим образом:

            
Из этого уравнения видно, что любая планета, двигающаяся вокруг Солнца, будет иметь строго заданный радиус орбиты при заданной скорости. То есть, весь спектр скоростей движения планет или их орбит является бесконечным и непрерывным. Таким образом, на какую бы орбиту мы не вывели спутник, задав ему определенную скорость, по этому уравнению двигаться он будет бесконечно долго при отсутствии трения, причем движение его будет устойчиво.
Аналогичная картина существует и в ОТО, только там тела двигаются по геодезическим, но количество этих геодезических также бесконечно.
В то же время известно, что электрон в атоме водорода может двигаться вокруг ядра только по строго заданным квантованным орбитам. То есть, его движение квантовано. Электрон может переходить с орбиты на орбиту через промежуточные расстояния, но только за конечное время. На главных орбитах он существует бесконечно долго.

 
  > Топология Солнечной системы  (следующая глава) Наверх