Законы Кеплера. Происхождение Солнечной системы

Солнечная корона

Самая внешняя, самая  разреженная и самая горячая  часть солнечной атмосферы - корона. Она прослеживается от солнечного лимба  до расстояний в десятки солнечных  радиусов. Несмотря на сильное гравитационное поле Солнца, это возможно благодаря  огромным скоростям движения частиц, составляющих корону. Корона имеет  температуру около миллиона градусов и состоит из высокоионизированного  газа. Возможно, причиной такой высокой  температуры являются поверхностные  выбросы солнечного вещества в виде петель и арок. Миллионы колоссальных фонтанов переносят в корону вещество, нагретое в глубинных слоях Солнца. Яркость короны в миллионы раз  меньше, чем фотосферы, поэтому корону можно видеть только во время полного  солнечного затмения, либо с помощью  коронографа. Наиболее яркую ее часть  принято называть внутренней короной. Она удалена от поверхности Солнца на расстояние не более одного радиуса. Внешняя корона Солнца имеет протяженные  границы. Важной особенностью короны является ее лучистая структура. Корональные  лучи имеют самую разнообразную  форму. С одиннадцатилетним циклом Солнца меняется общий вид солнечной  короны. В эпоху минимума корона имеет округлую форму, она как  бы «причесана». В эпоху максимума  корональные лучи раскинуты во все  стороны.

Вспышки, протуберанцы и корональные арки

Часто, особенно когда  на Солнце имеются большие группы пятен, в хромосфере возникают вспышки. Причины вспышек пока еще плохо  изучены; по-видимому, они вызываются резким изменением магнитного поля в  хромосфере. Энергия вспышки выделяется в вершине корональной петли, затем распространяется в сторону  фотосферы, вызывая нагрев и испарение  более холодных слоев. При этом излучение  резко возрастает не только в видимой  области спектра, но и в ультрафиолете, и в рентгеновской области  спектра, увеличивается поток космических  лучей. Вспышки вызывают изменения  в магнитном поле Земли и могут  даже повредить системы электроснабжения. Другим проявлением солнечной активности является появление плазменных образований  в магнитном поле солнечной атмосферы - волокон. Если эти волокна видны  на краю Солнца, то они наблюдаются  как протуберанцы. Протуберанцами называются огромные образования в короне Солнца. Плотность и температура протуберанцев  такая же, как и вещества хромосферы, но на фоне горячей короны протуберанцы - холодные и плотные образования. Температура протуберанцев около 20 000 К. Некоторые из них существуют в короне несколько месяцев, другие, появляющиеся рядом с пятнами, быстро движутся со скоростями около 100 км/с  и существуют несколько недель. Отдельные  протуберанцы движутся с еще большими скоростями и внезапно взрываются; они называются эруптивными.

Солнечные пятна

Пятна на Солнце - очевидный  признак его активности. Это более  холодные области фотосферы. Температура  пятен около 3500 К, поэтому на ярком  фоне фотосферы (с температурой около 6000 К) они кажутся темнее. Солнечные  пятна имеют внутреннюю структуру: более темную центральную часть - ядро - и окружающую ее полутень. Солнечные  пятна часто образуют группы, которые  могут занимать значительную площадь  на солнечном диске. Установлено, что  пятна - места выхода в атмосферу  сильных магнитных полей. Поля уменьшают  поток энергии, исходящий из ядра, поэтому в месте их выхода на поверхность температура падает. Пятна обычно возникают группами. Пятна на Солнце часто бывают окружены светлыми зонами, называемыми факелами. Они горячее атмосферы примерно на 2000 К и имеют ячеистую структуру (величина каждой ячейки - около 30 тысяч километров). Часто встречаются факельные поля, внутри которых пятен нет. Факелы образуются в результате конвекции из глубоких слоев Солнца. Они существуют недели и месяцы. В некоторых факельных полях между гранулами появляется черная точка, она начинает быстро расти и на следующий день превращается в пятно с резкой границей. Через 3-4 дня вокруг пятна образуется полутень. К десятому дню площадь пятна достигает максимума, после этого оно начинает уменьшаться и, наконец, исчезает. В группе пятен сначала исчезают самые мелкие пятна. Недалеко от пятен протягиваются темные нити длиной вплоть до сотен тысяч километров. Они представляют собой зоны нулевого магнитного поля и отделяют регионы с противоположной полярностью. В период минимума солнечной активности пятна появляются в средних широтах, в периоды максимума - около экватора. Около полюсов пятна практически не наблюдаются. Цикл активности солнечных пятен имеет прямое отношение к земному климату.

Солнечный ветер

Солнце является источником постоянного потока частиц. Нейтрино, электроны, протоны, альфа-частицы, а также более тяжелые атомные  ядра все вместе составляют корпускулярное излучение Солнца. Значительная часть  этого излучения представляет собой  более или менее непрерывное  истечение плазмы, так называемый солнечный ветер, являющийся продолжением внешних слоев солнечной атмосферы - солнечной короны. Вблизи Земли  его скорость составляет обычно 400-500 км/с. Поток заряженных частиц выбрасывается  из Солнца через корональные дыры - области в атмосфере Солнца с  открытым в межпланетное пространство магнитным полем. Солнце вращается  с периодом 27 суток. Траектории движения частиц солнечного ветра, движущихся вдоль  линий индукции магнитного поля, имеют  спиральную структуру, обусловленную  вращением Солнца. В результате вращения Солнца геометрической формой потока солнечного ветра будет архимедова спираль. В дни солнечных бурь солнечный ветер резко усиливается. Он вызывает полярные сияния и магнитные  бури на Земле, а космонавтам не следует  в это время выходить в открытый космос. Под воздействием солнечного ветра хвосты комет всегда направлены в сторону от Солнца. Солнце - мощный источник радиоизлучения. В межпланетное пространство проникают сантиметровые  радиоволны, которые излучает хромосфера, и более длинные волны, излучаемые короной.

Планета Меркурий

Меркурий - самая  близкая к Солнцу планета, и весь свой путь по орбите вокруг Солнца он проходит всего за 88 дней. Меркурий - самая  маленькая из всех планет, не считая Плутона. Поверхность этого небольшого мирка достаточно горяча, чтобы расплавить олово и свинец. Едва ли там есть какая-нибудь атмосфера, а твердый  грунт весь покрыт кратерами.

· Масса: 3,3*10²³ кг. (0,055 массы Земли);

· Диаметр экватора: 4870 км. (0,38 диаметра экватора Земли);

· Плотность: 5,43 г/см³

· Температура поверхности: максимум 480°С, минимум -180°С

· Период вращения относительно звёзд: 58,65 земных суток

· Расстояние от Солнца (среднее): 0,387 а.е., то есть 58 млн км

· Период обращения по орбите (год): 88 земных суток

· Период обращения вокруг собственной оси (сутки): 176 земных суток

· Наклон орбиты к эклиптике: 7°

· Эксцентриситет орбиты: 0,206

· Средняя скорость движения по орбите:47,9 км/с

· Ускорение свободного падения:3,72 м/с²

Строение  планеты Меркурий

На основании  анализа фотографий Меркурия американские геологи П. Шульц и Д. Гаулт  предложили следующую схему эволюции его поверхности. После завершения процесса аккумуляции и формирования планеты её поверхность была гладкой. Далее наступил процесс интенсивной  бомбардировки планеты остатками  планетного роя, во время которой  образовались бассейны типа Калорис, а  так же кратеры типа Коперника  на Луне. Следующий период характеризовался интенсивным вулканизмом и выходом  потока лавы, заполнявшей крупные  бассейны. Этот период завершился около 3 млрд. лет назад. У Меркурия есть слабое магнитное поле, оно составляет 0,7 % земного магнитного поля. Магнитное  поле планеты имеет более сложную  структуру, чем земное. Кроме дипольного (двухполюсного) в нём присутствуют ещё поля с четырьмя и восемью  полюсами. Со стороны Солнца магнитосфера Меркурия сильно сжата под действием  солнечного ветра. Высокая плотность  и наличие магнитного поля показывает, что у Меркурия должно быть плотное  металлическое ядро. Плотность в  центре Меркурия должна достигать 9,8 г/см3, радиус ядра составляет 1800 км (75 % радиуса  планеты). На долю ядра приходится 80 % массы  Меркурия. Несмотря на медленное вращение планеты, её магнитное поле возбуждается тем же динамо-механизмом, что и  магнитное поле Земли. Этот механизм сводится к образованию кольцевых  электрических токов в ядре планеты  при её вращении, которые и генерируют магнитное поле. Над массивным  ядром располагается силикатная оболочка толщиной 600 км. Плотность  поверхностных пород порядка 3,3 г/см3. Данные об атмосфере Меркурия указывает  лишь на её сильную разрежённость. Давление у поверхности планеты в 500 миллиардов раз меньше, чем у поверхности  Земли .Меркурий расположен очень близко к Солнцу и захватывает солнечный  ветер своим тяготением. Атом гелия, захваченный Меркурием, находится  в атмосфере в среднем 200 дней. Кроме гелия на Меркурии зарегистрировано наличие водорода.. Кроме того, раскаленные, как печь, твердые породы выделяют различные атомы, в том числе  атомы щелочных металлов, которые  регистрируются в спектре атмосферы. Подозревается присутствие углекислоты  и угарного газа.

Поверхность планеты Меркурий

Поверхность Меркурия оказалась усеяна сеткой из кратеров разных размеров. Их распределение  по размерам было аналогично лунному. Большая часть кратеров образовалась в результате падения метеоритов. На поверхности планеты были обнаружены гладкие округлые равнины, получившие по сходству с лунными «морями» название бассейнов. Появление долин объясняется  интенсивной вулканической деятельностью, которая совпала по времени с  формированием поверхности планеты. На Меркурии есть горы, высота наиболее высоких достигает 2-4 км. В ряде районов  планеты на поверхности видны  долины, бескратерные равнины. На Меркурии встречается также необычная  деталь рельефа - эскарп. Это выступ высотой 2-3 км, разделяющий два района поверхности. Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты. В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед. Внутренние области находящихся там кратеров Солнце никогда не освещает, и температура  там может держаться около -210°С. Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11. Максимальная температура поверхности  Меркурия, +410°С. Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью орбиты, на дневной стороне достигают 100°С. средняя температура ночного  полушария рана -162°С (111 К). С другой стороны, температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца равна +347°С. Поверхность этого  небольшого мира достаточно горяча, чтобы  расплавить свинец или олово.

Планета Венера

Вторая от Солнца большая планета Солнечной системы. Одна из планет земной группы, по своей  природе подобная Земле, но меньше по размеру. Как и Земля, она окружена достаточно плотной атмосферой. Венера подходит к Земле ближе любой  другой планеты и представляет собой самый яркий небесный объект (если не считать Солнца и Луны). Свет Венеры столь ярок, что если на небе нет ни Солнца, ни Луны, он заставляет предметы отбрасывать тени. Расположенная ближе к Солнцу, чем наша планета, Венера получает от него в два с лишним раза больше света и тепла, чем Земля. Тем не менее с теневой стороны на Венере господствует мороз более 20 градусов ниже нуля, так как сюда не попадают солнечные лучи в течении очень долгого времени. Поверхность Венеры постоянно закрыта плотными слоями облаков, из-за которых в видимом свете поверхностных деталей почти не видно,

· Масса: 4,87*10²⁴ кг. (0,815 массы Земли);

· Диаметр экватора: 12102 км. (0,949 диаметра экватора Земли);

· Плотность: 5,25 г/см³

· Температура поверхности: максимум 480°С

· Период вращения относительно звёзд: 243 земных суток

· Расстояние от Солнца (среднее): 0,723 a.e.,то есть 108 млн км

· Период обращения по орбите (год): 224,7 земных суток

· Период обращения вокруг собственной оси (не равно суткам, сутки на Венере - 116,8 земных суток): 243,02 земных суток

· Наклон орбиты к эклиптике: 3.39°

· Эксцентриситет орбиты: 0,0068

· Средняя скорость движения по орбите:35 км/с

· Ускорение свободного падения:8,87 м/с²

Венерианская  атмосфера

Венеру иногда называют одной из самых таинственных планет Солнечной системы: плотный облачный покров окутывает ее поверхность. Масса  атмосферы Венеры примерно в 100 раз  превышает массу атмосферы Земли. Преобладающую долю атмосферы составляет углекислый газ (CO2 ~ 97%); азота(N2)-- около 3%; водяного пара (H2O)- 0,05%, кислорода -- тысячные доли процента. В очень малых количествах  имеются также примеси SO2 , H2S, CO, HCl, HF. Температура на поверхности Венеры (на уровне среднего радиуса планеты) -- около 750 К (470°C, а максимальная зарегистрирована 530°C), причем ее суточные колебания  незначительны. Давление -- около 10⁷ Па, или 100 ат, плотность газа почти в 2 р выше, чем в атмосфере Земли. Облака Венеры состоят в основном из 75-80-процентной серной кислоты. Капельки раствора серной кислоты, возникших под действием солнечного света из присутствующих в атмосфере углекислоты, а также в облаках присутствует водяной пар и соединений серы. Концентрация водяного пара увеличивается с высотой, достигая максимума на высоте около 50 км, где она в сто раз выше, чем у твердой поверхности, то есть доля пара на этой высоте приближается к одному проценту. Температура и давление сначала падают с увеличением высоты. Минимум температуры (150-170 К) определен на высоте 100-120 км, а по мере дальнейшего подъема температура растет, достигая на высоте 12 тыс. км 600-800 К. Установлено, что легкого изотопа аргона на Венере на два порядка больше, чем на Земле. Верхние слои облаков Венеры отражают 76% падающего на них солнечного света. Ветер, весьма слабый у поверхности планеты (не более 1 м/с), на высоте свыше 50 км усиливается до 150 м/с. Наблюдения с автоматических космических станций обнаружили в атмосфере грозы. Туманная дымка простирается до высоты около 50 км. Далее до высоты 70 км идут облака из мелких капель концентрированной серной кислоты. Скорость вращения на уровне верхней границы облаков иная, чем над самой поверхностью планеты. над экватором Венеры на высоте 60-70 км постоянно дует ураганный ветер со скоростью 100 м/с и даже 300 м/с в направлении движения планеты. На больших широтах Венеры скорость ветра на больших высотах уменьшается, а возле полюсов существует полярный вихрь. Самые верхние слои атмосферы Венеры состоят почти целиком из водорода. Водородная атмосфера Венеры простирается до высоты 5500 км. Температура облачных слоев колеблется от -70°C до -40°C.