строение солнечной системы

ПЛАНЕТЫ И АСТЕРОИДЫ. Планеты представляют собой тёмные шарообразные тела, сопоставимые по размерам с Землёй. Астероиды — сравнительно небольшие твёрдые тела с размерами, не превышающими сотен километров, и в подавляющем б й ольшинстве неправильной формы. Почти все астероиды движутся вокруг Солнца между орбитами Марса и Юпитера, образуя своеобразное кольцо, называемое поясом или зоной астероидов. Планеты и астероиды видны потому, что освещаются Солнцем. Даже самые крупные из малых планет видны только в телескоп и выглядят светящимися точками, как звёзды, за что и получили название астероидов (погречески — звездообразных объектов). Далёкие планеты Уран, Нептун и планеты-карлики типа Плутона, слабо освещаемые Солнцем, также доступны наблюдениям лишь в телескопы. Более близкие к Солнцу планеты — Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн, обильно освещаемые солнечными лучами, видны невооружённым глазом, поэтому были известны людям с древнейших времён. Все планеты и астероиды обращаются вокруг Солнца в направлении движения Земли, которое считается прямым. Они образуют планетную систему, являющуюся частью Солнечной системы. Радиус планетной системы близок к 4,5 · 10⁹ км — четырём с половиной миллиардам километров (30 а. е.) и определяется расстоянием от центра Солнца до Нептуна. Если луч света распространяется от Солнца до Земли почти 8 мин, то до границы планетной системы он добирается около 4 ч. И всё же радиус нашей планетной системы почти в 10 000 раз меньше расстояния до ближайшей звезды Проксимы Центавра.

КАРЛИКОВЫЕ ПЛАНЕТЫ. ОБЛАКО ООРТА За орбитой Нептуна (примерно 55 а. е.) находится так называемый пояс Койпера, состоящий из карликовых планет Плутона, Эриды, Хаумеды и др., а также большого числа более мелких тел. Ещё дальше вплоть до границы Солнечной системы располагается гипотетическое облако Оорта, состоящее из ледяных глыб и ядер комет. Сама Солнечная система ограничивается зоной действия притяжения Солнца и распространения солнечного вещества. В настоящее время предполагается, что граница Солнечной системы находится на расстоянии свыше 100000 а. е. от Солнца.

ВРАЩЕНИЕ ЗЕМЛИ. Ось вращения Земли наклонена под углом 66,5° к плоскости её орбиты (к плоскости эклиптики). При движении Земли вокруг Солнца ось её вращения практически постоянно «смотрит» на Полярную звезду. Благодаря этому происходят периодические изменения освещённости и продолжительности дня и ночи в Северном и Южном полушариях Земли, а также смена сезонов года. В действительности ось вращения Земли (ось мира, поскольку они параллельны) описывает на небесной сфере малый круг, совершая один полный оборот за 26000 лет. Ближайшие сотни лет северный полюс мира, на который направлена ось вращения Земли, будет находиться недалеко от Полярной звезды, затем начнёт удаляться от неё. Через 12 000 лет полюс мира приблизится к самой яркой звезде северного неба — Веге из созвездия Лиры. Перемещается и точка весеннего равноденствия. Она медленно движется навстречу годичному движению Солнца по эклиптике. Описанное явление носит название прецессии оси вращения Земли.

МАССА И ПЛОТНОСТЬ ЗЕМЛИ. Одна из важнейших характеристик любой планеты — масса. Масса Земли M = 5,98 · 10²⁴ кг. Её можно определить по гравитационной постоянной G = 6,67 · 10^-11 м3/(кг · с²) и ускорению свободного падения g = 9,8 м/с² на поверхности Земли:

откуда

Зная средний радиус Земли R = 6378 км, можно вычислить среднюю плотность Земли: 5520 кг/см³ . Плотность земной коры 2700 кг/см³ , что указывает на увеличение плотности с глубиной.

ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ. О внутреннем строении Земли приходится судить по косвенным данным геофизики и, главным образом, сейсмологии (науке о распространении упругих волн в Земле). Нашу планету можно условно разделить на несколько частей: внутреннее ядро радиусом около 1300 км, в котором вещество находится в твёрдом состоянии. Температура во внутреннем ядре порядка 8000–9000 К, давление 350 ГПа, плотность около 12000 кг/м³; внешнее ядро с внешним радиусом примерно 3400 км. Здесь в слое толщиной около 2100 км, окружающем внутреннее ядро, вещество находится в жидком состоянии; оболочка, или мантия, толщин около 2900 км, состоящая из расплав ленных базальтов и силикатов; кора, которая простирается от мантии до поверхности Земли; её толщина под океаном достигает 6–10 км, а под материками — 35–70 км. При бурении сверхглубоких скважин на Кольском полуострове и на Кавказе установлено, что на глубине 10 км температура достигает 180 °C (или 450 К), что объясняется мощным потоком тепла, идущим из горячих недр Земли. В связи с происходящими в недрах Земли процессами распада радиоактивных элементов (урана, тория и др.) в мантии происходит выделение тепла.
При перемещении глубинных масс расплавленное вещество — магма — по каналам, диаметры которых достигают десятка километров, а высота — 60–100 км, поднимается на поверхность Земли. Это приводит к извержению вулканов. Особенно их много образуется в местах разломов и на границах движущихся материков. Жидкая водная оболочка Земли, покрывающая почти 70% её поверхности, называется гидросферой. Вода на 97% сосредоточена в бассейнах океанов. Мощные океанические течения переносят тепло от экваториальных областей к полярным, тем самым регулируя климат на Земле. По современным представлениям наличие больших водоёмов сыграло решающую роль в возникновении жизни на Земле. Часть воды на Земле находится в твёрдом состоянии в виде льда и снега. Как и некоторые другие планеты Солнечной системы, Земля обладает протяжённой газовой оболочкой, состоящей из смеси различных газов, — атмосферой. Атмосфера образует над поверхностью Земли огромный «воздушный океан», на дне которого мы и живём. Атмосфера на 78% состоит из азота, на 21% — из кислорода и на 1% — из смеси других газов. Углекислого газа в атмосфере всего 0,045%. Основная масса атмосферы сосредоточена в приземном слое толщиной около 8 км, дальше плотность её постепенно уменьшается, но прослеживается она до высоты в сотни километров.

ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ. Благодаря углекислому газу и водяным парам, присутствующим в атмосфере, климат Земли значительно теплее, чем был бы при отсутствии этих газов. Это связано с парниковым эффектом, который и возникает из-за наличия газов в атмосфере.
Как известно, в парнике солнечные лучи свободно пропускаются прозрачной плёнкой внутрь, нагревая грунт и воздух до высокой температуры. Нагретый грунт и воздух излучают инфракрасные (тепловые) лучи, которые плёнкой наружу не выпускаются. Поэтому тепло скапливается внутри парника, повышая температуру. Для Земли такой плёнкой служит углекислый газ и водяные пары в атмосфере. Атмосфера прозрачна для солнечных лучей, поэтому они проникают к поверхности Земли и нагревают её и нижние слои воздуха. Тепловое инфракрасное излучение этими газами вверх не пропускается, поэтому тепло удерживается в приземном слое, тем самым повышая его температуру. Поэтому средняя годовая температура Земли около +15 °C. Если бы в атмосфере не было углекислого газа и водяных паров, то температура на Земле была бы почти на 40 градусов ниже. Как мы увидим далее, парниковый эффект играет огромную роль и в формировании климата Венеры.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ Земля представляет собой огромный магнит, южный полюс которого в настоящее время находится на севере Канады у границы с Гренландией, а северный — вблизи Южного полюса Земли. Действие магнитного поля простирается на десятки тысяч километров от Земли. Когда заряженные частицы высокой энергии попадают в магнитосферу Земли и там накапливаются, то появляются радиационные пояса (пояса Ван Аллена). Полярные сияния возникают, когда заряженные частицы солнечного ветра достигают атмосферы Земли в районе магнитных полюсов. Магнитное поле отклоняет заряженные космические лучи и частицы солнечного ветра, тем самым оберегая жизнь на Земле от их пагубного воздействия.

ПРИРОДА ЛУНЫ. Луна — холодное шаровидное тело с твёрдой скалистой поверхностью. Радиус Луны равен 1738 км. Масса Луны в 81,3 раза меньше массы Земли, что надёжно определено по движению искусственных спутников, неоднократно выводимых в 1966–1971 гг. на селеноцентрические (от греч. Селена — Луна) орбиты. Первым искусственным спутником Луны 3 апреля 1966 г. стал советский космический аппарат «Луна-10». Средняя плотность Луны ρ = 3350 кг/м³ , или 0,6 плотности Земли. Ускорение силы тяжести на поверхности 1,63 м/сЫ² (в 6 раз меньше земного). Период вращения Луны вокруг своей оси равен периоду её обращения вокруг Земли, а именно 27,3 суток. Продолжительность солнечных суток на Луне составляет около 29,5 суток земных. Луна лишена воды и атмосферы. За продолжительный лунный день в течение 14,8 земных суток лунная поверхность нагревается до температуры +130° C, а ночью охлаждается до –170° C. Из-за малой силы тяжести и высокой температуры на Луне отсутствует атмосфера. Следов жизни на Луне пока тоже не обнаружено. Рельеф лунного полушария, обращённого к Земле, хорошо виден даже в небольшой телескоп. Обширные тёмные округлые и сравнительно ровные низменности ещё в XVII в. получили названия морей: Море Спокойствия, Море Ясности и т. д. Их размеры от 200 до 1200 км в поперечнике. Самая большая низменность, протяжённость которой свыше 2000 км, названа Океаном Бурь. Сглаженная поверхность морей покрыта тёмным веществом, в том числе застывшей лавой, некогда изверженной из лунных недр. Океан Бурь и наиболее крупные моря различимы невооружённым глазом в виде тёмных пятен на лунном диске.
Светлые области — материки — занимают свыше 60% видимой поверхности Луны. Материки покрыты как отдельными горами, так и горными хребтами. Так, Море Дождей ограничено с северо-востока Альпами, с востока Кавказом. Высота гор различна, отдельные горные вершины достигают 8км. Горные районы покрыты множеством кольцевых структур — кратеров, в меньшем количестве они имеются и в морях. Размеры кратеров варьируются от 1 м до 250 км. Многие кратеры названы именами учёных: Архимед, Гиппарх и др. У таких крупных кратеров, как Тихо, Коперник, Кеплер, наблюдаются расходящиеся светлые лучевые структуры. По современным представлениям большинство кратеров образовалось при столкновении с лунной поверхностью крупных метеоритов, астероидов и комет.

ПРИЛИВЫ. Уровень океанов испытывает постоянные, правильные колебания. Во время приливов уровень воды плавно нарастает, достигая наибольшего значения, а затем постепенно снижается до наинизшего уровня. Максимумы подъёмов воды чередуются через определённые промежутки времени, близкие к 12 ч 26 мин. Таким образом, в каждом месте океанского берега за 24 ч 52 мин бывают два прилива и два отлива. Но мы уже упоминали, что из-за движения Луны вокруг Земли Луна проходит выше всего над горизонтом как раз через 24 ч 52 мин. Это указывает на зависимость между Луной и приливами. Максимальные приливы бывают, когда Луна находится выше всего над горизонтом или ниже всего под горизонтом. Под влиянием лунного притяжения Земля имеет некоторое ускорение в направлении Луны. При этом твёрдая часть Земли испытывает одинаковое ускорение; его вектор можно связать с центром Земли. С водной оболочкой ситуация сложнее.
Предположим, что вся Земля покрыта океаном. Пусть точка E — центр Земли, L — Луна. Очевидно, вода в точке A, наиболее близкой к Луне, испытывает большее ускорение, направленное в сторону Луны, чем центр Земли E, а в точке D, в свою очередь, большее, чем в точке B. Поэтому в общем движении к Луне частицы воды близ точки A уйдут вперёд по отношению к твёрдой Земле, испытывая большее ускорение в сторону Луны, чем твёрдая поверхность Земли. На этой стороне Земли вода поднимется; здесь, таким образом, будет прилив. Но такой же прилив будет в то же время и на противоположной стороне Земли, так как вода в точке B отстанет от центра и на столько же, на сколько вода в точке D д. В точках C и D водная оболочка будет испытывать дополнительное смещение, направленное к центру Земли, прижимаясь к ней. В этих точках будет наблюдаться отлив. Таким образом, под действием лунного притяжения водная оболочка Земли принимает слегка вытянутую в сторону Луны форму: близ точек A, где Луна выше всего над горизонтом, и B, где Луна ниже всего под горизонтом, будет наблюдаться прилив; близ точек C, где Луна заходит, и D, где Луна восходит, будет наблюдаться отлив.
Вследствие вращения Земли приливные выступы образуются каждый следующий момент уже в новых точках земной поверхности. Поэтому в течение одного оборота Луны (24 ч 52 мин) они обойдут вокруг всего земного шара. За это время в каждом месте случается два прилива и два отлива. Солнце, как и Луна, также вызывает приливы. Несмотря на большую удалённость от Земли, благодаря большой массе Солнца приливы, которые оно вызывает, всего в 2,5 раза меньше лунных. Во время полнолуний и новолуний лунные и солнечные приливы складываются и наблюдаются самые большие приливы. Напротив, когда Луна в первой или последней четверти, во время лунного прилива будет солнечный отлив. Действие Солнца уменьшает действие Луны, и приливы делаются существенно меньшими.

ПРЕЦЕССИЯ — явление, при котором момент импульса тела меняет своё направление в пространстве под действием момента внешней силы. Так как Земля из-за своей сплюснутости имеет избыток массы в экваториальной области, то Луна и Солнце своим притяжением этих выступов стремятся повернуть Землю таким образом, чтобы земной экватор совместился с плоскостью эклиптики. Этот поворот складывается с осевым вращением Земли и приводит к медленному обращению оси вращения Земли вокруг направления на полюс эклиптики с периодом примерно 26000 лет.

МЕРКУРИЙ — наименьшая из планет земной группы. Его диаметр равен 4880 км, или 0,383 диаметра Земли, масса — 0,056 массы Земли, а средняя плотность, равная 5420 кг/м³ , близка к земной. Эксцентриситет орбиты Меркурия 0,206 — самый большой из планет Солнечной системы. Фотографии, сделанные в 2008 г. автоматической межпланетной станцией (АМС) «Мессенджер» с расстояния 27 000 км, свидетельствуют о явном сходстве Меркурия с Луной ( а ). Резко очерченные фазы планеты, чёткий рельеф поверхности и отчётливые тени от гор свидетельствуют об отсутствии атмосферы у Меркурия. Радиолокационные наблюдения с Земли позволили установить, что Меркурий медленно вращается вокруг своей оси в прямом направлении (как у Земли) с периодом 58,6 земных суток. Солнечные сутки на Меркурии длятся 176 земных суток, или два меркурианских года.

ВЕНЕРА — самая горячая планета в Солнечной системе. Температура её поверхности достигает 480 °C. Масса Венеры равна 0,815 массы Земли, а её радиус — 6050 км, или 0,950 радиуса Земли, средняя плотность вещества планеты составляет 5240 кг/м³ . У Венеры, как и у Меркурия, нет естественных спутников. Из-за близости к Солнцу и Земле Венера является третьим по яркости объектом на нашем небе после Солнца и Луны.
Вращение Венеры вокруг своей оси обратное, т. е. происходит в направлении, обратном вращению планеты вокруг Солнца, период вращения равен 243 земным суткам. Один оборот вокруг Солнца Венера делает 225 земных суток, т. е. один день на Венере длится дольше, чем один год. Ускорение свободного падения на Венере составляет 0,9 от земного и равно около 8,8 м/с² . Плотную атмосферу на Венере обнаружил ещё в 1761 г. М. Ломоносов во время наблюдений прохождения Венеры по диску Солнца. А химический состав атмосферы был установлен гораздо позже. Атмосфера Венеры состоит на 96% из углекислого газа, на 3,5% из азота, а на остальные газы приходится менее половины процента. Давление на поверхности планеты составляет почти 90 атмосфер, а температура — около 500 °C. На высоте около 40—50 км над поверхностью находится мощный облачный слой, закрывающий от нас поверхность Венеры. Облака состоят из мельчайших капель серной и соляной кислот. Преобладающий в атмосфере Венеры углекислый газ создаёт на планете сильный парниковый эффект. Солнечные лучи проходят сквозь атмосферу и за долгий венерианский день значительно нагревают поверхность планеты, а инфракрасное (тепловое) излучение поверхности крайне медленно уходит в окружающее пространство, так как оно почти не пропускается углекислым газом. Из-за этого поверхность Венеры и нижние слои атмосферы нагреты до очень высокой температуры. Так как планета окутана облаками, поверхность Венеры недоступна оптическим наблюдениям с Земли. Поэтому подавляющее большинство физических характеристик планеты получено с помощью радиолокационных методов и космических исследований. Первый космический аппарат для исследования Венеры АМС «Венера-1» отправился с Байконура 12 февраля 1961 г.

МАРС. Поверхность Марса хорошо видна в телескопы, а с помощью космических станций и марсоходов удалось хорошо изучить рельеф планеты. Это позволило сравнительно точно измерить его угловые размеры и по ним вычислить линейный диаметр — 6800 км, или 0,533 диаметра Земли. Масса планеты равна 0,107 массы Земли. Средняя плотность вещества планеты составляет 3950 кг/м³ , или 0,72 плотности Земли. Иногда Марс называют «красной планетой» из-за красноватого оттенка поверхности, придаваемого ей оксидом железа. Вращение Марса вокруг своей оси прямое, с периодом 24 ч 37м 23 с (марсианские звёздные сутки), что определяет длительность его солнечных суток 24ч39 м 29 с , которые продолжительнее земных всего лишь на 39,5 м. Наклон оси вращения Марса равен 24°56′, т. е. близок к наклону земной оси (23°26′). Поэтому на Марсе, как и на Земле, имеются жаркий, два умеренных и два холодных тепловых пояса, а также происходит смена сезонов года, каждый из которых почти в 2 раза продолжительнее земных сезонов, поскольку марсианский год длится 687 земных суток. Но контрасты сезонов года на Марсе иные, чем на Земле, так как он удалён от Солнца в 1,52 раза дальше Земли, получает тепла в 2,3 раза меньше, лишён водных бассейнов. Там нет ни снежной зимы, ни жаркого лета. Среднегодовая температура поверхности Марса близка к –70 °С. Но вблизи экватора днём она повышается до +20...+25 °С, к заходу Солнца снижается до –10 °С и ниже, а под утро падает до –90 °С. Такие резкие колебания температуры объясняются очень разреженной атмосферой, которая не в состоянии сохранить тепло, полученное днём поверхностью планеты, и оно в ночное время быстро излучается в мировое пространство. В атмосфере планеты содержится до 95% углекислого газа, около 2% азота, 0,3% кислорода и примерно 0,01% водяных паров. Плотность атмосферы и её давление у поверхности такие, как в атмосфере Земли на высоте 30 км. При таких условиях вода не может находиться в жидком состоянии. Но наличие образований на поверхности, похожих на высохшие русла рек, указывает на возможное существование воды и, следовательно, плотной атмосферы на Марсе в далёком прошлом. А там, где была вода, возможно, была жизнь. В настоящее время несколько марсоходов исследуют поверхность планеты в надежде найти явные признаки воды и жизни. Дополнительного исследования ожидают полярные ледяные шапки, состоящие из углекислоты и водяного льда. Они увеличиваются зимой и уменьшаются летом.
Марс имеет два естественных спутника — Фобос и Деймос, которые видны лишь в сильные телескопы. Оба спутника сфотографированы космическими станциями. Они оказались бесформенными глыбами размерами 27×21×19 км (Фобос) и 15×12×8 км (Деймос) и похожи на астероиды. Поверхность спутников покрыта кратерами диаметрами от 50 м до 10 км, несомненно являющимися результатом метеоритных ударов, так как в недрах малых тел вулканическая деятельность невозможна.

ЮПИТЕР. Юпитер настолько велик, что его масса почти в 2,5 раза превышает суммарную массу остальных планет и в 318 раз больше массы Земли. Видимый диск Юпитера — это верхние слои его протяжённой атмосферы. Даже в небольшие телескопы хорошо заметно сжатие планеты вдоль её оси вращения, равное 1/16 , т. е. экваториальный диаметр диска в 1,07 раза больше полярного. Экваториальный радиус планеты равен 71 400 км и в 11,2 раза превосходит радиус Земли. Ускорение свободного падения на планете в 2,67 раза больше земного. Значительное сжатие Юпитера объясняется быстрым вращением, имеющим зональный характер: экваториальная зона вращается с периодом 9 ч 50,5 м, а умеренные зоны — медленнее, с периодом 9 ч 56 м, т. е. Юпитер вращается не как твёрдое тело, а как жидкое или газообразное. По современным сведениям, Юпитер состоит примерно на 74% из водорода, на 20% — из гелия и на 6% — из более тяжёлых химических элементов, находящихся в недрах планеты. Вокруг Юпитера обращается многочисленная семья спутников, четыре из которых — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто (Галилеевы спутники) — самые крупные, сравнимы по размерам с Луной; они хорошо видны даже в бинокль. Остальные имеют размеры от 10 до 280 км и неправильную форму.
Поверхность спутника Ио весьма своеобразна, она вся залита продуктами извержения вулканов и имеет металлический блеск. На Ио наблюдались извержения нескольких вулканов. Огромные трещины и сравнительно ровная поверхность спутника Европа указывает на то, что под ледяной поверхностью на глубине 50–100 км находится океан воды толщиной в десятки километров. Наличие воды не исключает возможности присутствия в ней по крайней мере простейших организмов, так что учёные уже сейчас обсуждают возможность экспедиции на Европу с целью поиска жизни подо льдом в океане. С помощью космических аппаратов вокруг Юпитера было обнаружено кольцо, внешний радиус которого близок к 126 000 км. Кольцо очень тонкое, обращено к Земле ребром, и поэтому с Земли его не видно.

САТУРН. Сатурн с его огромным кольцом более других планет-гигантов похож на Юпитер. Его масса в 95 раз и экваториальный радиус (60 370 км) в 9,5 раз превышают земные. Ускорение силы тяжести на Сатурне в 1,15 раза превышает земное. Структура Сатурна такая же, как у Юпитера, он тоже вращается как нетвёрдое тело с периодами в 10 ч 14 м (экваториальный пояс) и в 10 ч 39 м (умеренные пояса). Средняя плотность Сатурна равна 690 кг/м³ . У Сатурна обнаружено много спутников с поперечниками от 34 до 5150 км. Самый большой спутник — Титан — виден в телескопы школьного типа. Он почти в полтора раза больше Луны по диаметру, окружён плотной азотной атмосферой и обращается вокруг Сатурна за 15 д 22 ч 48 м на среднем расстоянии 1221900 км. При посадке на него спускаемого модуля космической станции «Кассини» были обнаружены озёра и реки из жидкого азота и метана.
Температура на поверхности Титана равна –179 К. Поверхности крупных спутников покрыты множеством кратеров самых различных размеров. Подавляющее большинство кратеров имеют ударное происхождение.
У Сатурна имеется кольцо, открытое ещё в 1657 г. голландским физиком Х. Гюйгенсом (1629 - 1695). Позже выяснилось, что это не одно, а семь тонких плоских концентрических колец, которые отделены друг от друга тёмными промежутками. Все они располагаются вокруг планеты в плоскости её экватора, и общая их ширина - несколько тысяч километров.
В небольшие телескопы видны только два кольца и тёмный промежуток между ними, называемый щелью Кассини по имени французского астронома Д. Кассини (1625—1712), обнаружившего этот промежуток в 1675 г. Кольца не сплошные, а состоят из мириадов твёрдых (каменных и ледяных) обломков различных размеров — от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров, которые, как крошечные спутники, обращаются вокруг планеты. Эта огромная система колец в сравнении со своими диаметром и шириной удивительно тонкая: её толщина не превышает двух километров.

УРАН И НЕПТУН. По своим физическим свойствам Уран и Нептун являются близнецами, как Венера и Земля. Видимая поверхность (диск) каждой планеты представляет собой плотные слои протяжённой атмосферы, состоящей из молекулярного водорода, гелия, метана и аммиака. Измерения показали, что температура видимой поверхности Урана близка к –150 °C, а Нептуна к –170 °C и повышается в глубинных слоях. Ось вращения Урана наклонена под углом всего 8° к плоскости орбиты, но планета вращается в обратном направлении. Уран как бы катится на боку по плоскости своей орбиты. Благодаря этому на Уране тропики расположены почти у полюсов, а полярные области — около экватора. В 1977 г. с помощью телескопа, установленного на самолёте, было открыто кольцо вокруг Урана. В 1986 г. автоматическая межпланетная станция «Вояджер-2» сфотографировала с близкого расстояния кольцо Урана, находящееся на расстоянии около 50000 км от планеты.
Его толщина составляет всего 1 км. Уран окружён также многочисленным семейством спутников. Радиус Нептуна равен 24 300 км, масса составляет 17,2 земной массы, средняя плотность — 1729 кг/м³ . У Нептуна восемь спутников, самый крупный — Тритон — обращается вокруг планеты в обратном направлении на расстоянии 355 300 км. Нептун также окружён кольцом.

ПЛАНЕТЫ-КАРЛИКИ. Термин «карликовые планеты» появился в 2006 г. при разработке новой классификации объектов планетных систем, в том числе Солнечной системы. Причиной этому послужила череда открытий малых планет за пределами орбиты Нептуна в начале XXI в. К карликовым планетам Солнечной системы на сегодняшний день относятся Церера, Плутон, Хаумеа, Макемаке и Эрида. Эта группа небесных тел пока что остаётся наименее изученной ввиду их удалённости от центра нашей системы.
Одна из планет-карликов — Плутон — с момента своего открытия в 1930 г. и до 2006 г. даже считалась девятой планетой Солнечной системы. О физической природе Плутона известно очень мало. Он вращается вокруг оси в обратном направлении (как Уран и Венера) с периодом 6 д 9,4 ч . В 1978 г. у Плутона был открыт первый спутник, названный Хароном, отстоящий от планеты на расстояние 17 000 км. Плутон и Харон всё время повёрнуты одной стороной друг к другу, так что их периоды обращения вокруг оси и вокруг друг друга одинаковы и равны 6 д 9,4 ч . Плутон и Харон называли двойной планетой. Позже у Плутона были обнаружены ещё 4 спутника.

АСТЕРОИДЫ. В 1801 г. итальянский астроном Дж. Пиацци случайно обнаружил звездообразный объект, движение которого указывало на то, что он относится к Солнечной системе. Всего через год был открыт ещё один слабый объект. Оба объекта двигались вокруг Солнца на расстоянии от него 2,8 а. е. Эти небесные тела имели малые размеры, поэтому их назвали малыми планетами или астероидами (звездоподобные). Они были названы соответственно Церера (сейчас она относится к планетам карликам) и Паллада. В настоящее время открыто несколько тысяч малых планет. Движение всех малых планет происходит в прямом направлении. Большинство периодов малых планет составляет от 3,5 до 6 лет, что соответствует средним расстояниям до Солнца 2,3—3,3 а. е. Хотя отдельные малые планеты подходят довольно близко к Земле, изучать их, как правило, невозможно из-за того, что они очень малы. Размеры некоторых астероидов измерялись по времени покрытия ими звёзд (затмения звёзд астероидами). Так, самый крупный астероид, Паллада, имеет ширину 560 км, а Веста — 380 км. Размеры большинства астероидов можно оценить по их блеску. К этому типу космических объектов относят тела размером от 30 м до сотен километров. Астероиды — бесформенные образования. На фотографии с близкого расстояния представлен астероид Ида с размерами 60 × 22 км; его спутник Дактиль имеет размеры около километра.
Массы астероидов определить непосредственно нельзя. Их можно оценить, умножив объём на среднюю плотность. Предполагается, что плотность астероидов мало отличается от плотности крупных метеоритов, падавших на Землю. Так, подобным образом была определена масса одного из крупнейших астероидов Паллады — 2,6 · 10²⁰кг. Общая масса всех астероидов небольшая, существенно меньше массы любой планеты.

КОМЕТЫ. Эти небесные объекты получили своё название от греческого «кометас» — хвостатая или косматая (звезда). Действительно, яркие кометы, видимые иногда невооружённым глазом, обладают хвостом протяжённостью в несколько градусов и даже десятков градусов. Яркие кометы появляются сравнительно редко, в среднем одна комета за 10–15 лет. Слабые же по блеску кометы появляются часто. На фотографиях звёздного неба ежегодно обнаруживают по несколько комет. Большинство комет находятся в нашей Солнечной системе. Под действием притяжения Солнца они, как и планеты, обращаются вокруг него по вытянутым эллиптическим орбитам. Самой известной является комета Галлея, названная так в честь первого исследователя комет, который ещё в XVII в. предсказал появление именно этой кометы в определённом году, вычислив по наблюдениям предшественников её периодичность, равную 76 годам. Комета Галлея движется по очень вытянутой эллиптической орбите с большой полуосью a = 18 а. е. и эксцентриситетом e = 0,967. В перигелии она сближается с Солнцем до расстояния 0,59 а. е., заходя внутрь орбиты Венеры, а в афелии удаляется до 35,3 а. е. за орбиту Нептуна. Последний раз эта комета предсказуемо появилась в 1986 г. Во время прохождения её вблизи Солнца был осуществлён пролёт двух советских космических станций «Вега-1» и «Вега-2» и ещё двух аппаратов на минимально возможном расстоянии от кометы с целью изучения формы и физических свойств её головы и хвоста. Фотографирование ядра кометы Галлея советскими космическими станциями с расстояния около 8000 км показало, что оно имеет неправильную форму и размеры 16×18×8 км. В следующий раз эту комету можно будет увидеть в 2062 г. На больших расстояниях от Солнца кометы представляют собой глыбы твёрдого вещества изо льда, застывших газов и пыли, вмороженных частиц метеорного вещества. При приближении к Солнцу лёд начинает таять и испаряться, вокруг ядра кометы, начальные размеры которого не превышают десятков километров, образуется протяжённая оболочка — кома. Под действием давления солнечного света и солнечного ветра часть газов комы отталкивается в сторону, противоположную Солнцу, образуя хвост кометы. Иногда размеры комы достигают величин, сравнимых с диаметром Солнца. Так, например, диаметр комы сверхгигантской кометы Холмса в 1882 г. был равным 1,5 млн км, а длина её хвоста достигла 300 млн км. При плотности вещества ядра кометы, близкой к плотности льда (1000 кг/м³ ), и объёме порядка 1000–1 000 000 км оценка массы кометы даёт 10¹⁵–10¹⁸ кг. За несколько сот оборотов вокруг Солнца комета теряет вещество и полностью разрушается. Конец существования кометы не означает её исчезновения. Глыбы, камни и пылинки её ядра продолжают двигаться по той же орбите вокруг Солнца, что и сама бывшая комета. Если их орбита пересекает земную орбиту, то ежегодно, когда Земля попадает в точку пересечения, наблюдаются метеорные дожди. По современным представлениям основное количество долго живущих комет прилетает к нам из облака Оорта, в котором находится огромное количество кометных ядер.

МЕТЕОРЫ И МЕТЕОРИТЫ. Метеоры (от греч. метеорос — парящий в воздухе) — вспыхивающие в земной атмосфере при вторжении в неё извне мельчайшие твёрдые частицы. В народе метеоры часто называют падающими звёздами. В межпланетном пространстве хаотически движется множество таких частиц, получивших общее название метеорных тел или микрометеоритов. Массы подавляющего большинства таких тел измеряются десятыми и тысячными долями грамма и в редких случаях — несколькими граммами. Скорости их движения относительно Земли различны, но обычно не превышают 10–15 км/с. Попадая в земную атмосферу, они не испытывают резкого торможения и либо остаются взвешенными в ней, либо медленно оседают на земную поверхность. Но если в атмосферу влетает частица со скоростью свыше 30 км/с, то из-за трения о воздух она быстро раскаляется, вспыхивает и порождает метеор. Чем больше масса и скорость частицы, тем ярче метеорная вспышка. В среднем по всему небу за 1 час появляются 5–6 ярких метеоров. Большинство метеоров вспыхивает на высоте 70– 80 км над земной поверхностью, полностью распыляясь в атмосфере. При своём движении в атмосфере метеорные частицы вызывают свечение молекул воздуха. Поэтому яркие метеоры оставляют после себя светящиеся следы, иногда видимые на протяжении нескольких секунд.
Помимо отдельных метеорных частиц, вокруг Солнца движутся целые их рои, называемые метеорными потоками. Они порождены распадающимися или уже распавшимися кометами. Каждый метеорный рой обращается вокруг Солнца с постоянным периодом, равным периоду обращения породившей этот рой кометы, и многие из них в определённые дни года встречаются с Землёй. В эти дни число метеоров значительно возрастает, а если метеорный рой компактный, то наблюдаются метеорные, или звёздные, дожди, когда в одной ограниченной области неба за одну минуту вспыхивают сотни метеоров. Многие метеорные потоки связаны с кометами. Так, метеорный поток, исходящий из созвездия Лиры, — Лириды — порождён яркой кометой 1861 I, поток Персеиды — яркой кометой 1862 III, Ориониды — кометой Галлея, а метеорный поток Андромениды — распавшейся кометой Биэлы. Помимо пыли и мелких частиц, в межпланетном пространстве движется множество твёрдых тел размерами от нескольких сантиметров до десятков метров (условной границей считается 30 м). Они получили название метеороидов. Выпавшие на Землю метеороиды называются метеоритами. Самый крупный железный метеорит Гоба найден на территории Намибии; он имеет размеры 3×3×1 м и массу 60 т. По химическому составу метеориты делятся на три группы: каменные, железокаменные и железные. В каменных метеоритах содержится около 70% кислорода и кремния, немного железа, магния и других элементов. В железокаменных — около половины железа, 40% кислорода, магния и кремния. Железные метеориты на 91% состоят из железа и на 8% — из никеля. Никаких новых химических элементов, неизвестных на Земле, в метеоритах не найдено, что полностью подтверждает единство вещества как на Земле, так и вне её. На месте падения крупных метеоритов образуются метеоритные кратеры значительных размеров. Такие кратеры обнаружены в Аризоне (США), Канаде, на Таймыре (Россия) и в других местах. Например, Аризонский метеоритный кратер имеет диаметр 1207 м, глубину 174 м и высоту окружающего его вала от 40 до 50 м. Метеориты падают не только на Землю, но и на другие планеты и их спутники. При отсутствии у планет и их спутников атмосферы даже небольшие метеориты, падающие с большой скоростью на поверхность этих тел, взрываются, плавят поверхность и образуют на ней кратеры внушительных размеров. Крупные метеориты могут образовать кратеры диаметром в несколько десятков километров. Это подтверждается обилием метеоритных кратеров на поверхностях Луны, Меркурия, Марса и спутников Марса, Юпитера, Сатурна и Урана.

КОСМОГОНИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ШМИДТА. По современным представлениям образование Солнечной системы связано с формированием Солнца из газопылевой среды. Считается, что газопылевое облако, из которого около 5 млрд лет назад образовалось Солнце, медленно вращалось. По мере сжатия скорость вращения облака увеличивалась, и оно приняло форму диска. Центральная часть диска дала начало формированию Солнца, а его внешние области — планет. Этой схемой вполне объясняются различия в химическом составе и массах планет земной группы и планет-гигантов. Действительно, по мере разгорания Солнца лёгкие химические элементы (водород, гелий) под действием давления излучения покидали центральные области облака, уходя к его периферии. Поэтому планеты земной группы сформировались из тяжёлых химических элементов с малыми примесями лёгких и получились небольших размеров. Из-за большой плотности газа и пыли излучение Солнца слабо проникало к периферии протопланетного облака, где царила низкая температура и пришедшие газы намерзали на твёрдые частицы. Поэтому далёкие планеты-гиганты получились крупными и состоящими в основном из лёгких химических элементов. Эта космогоническая гипотеза объясняет и ряд других закономерностей Солнечной системы, в частности распределение её массы между Солнцем (99,87%) и всеми планетами (0,13%), современные расстояния планет от Солнца, вращение планет и др.
Она разработана в 1944—1949 гг. советским академиком О. Ю. Шмидтом (1891—1956) и развита его сотрудниками и последователями.

ОБРАЗОВАНИЕ ПЛАНЕТ. Согласно гипотезе Шмидта, процесс формирования планет представляется следующим образом. В дискообразном газопылевом облаке вследствие взаимодействия его частиц возникали многочисленные сгущения. Множество мелких сгущений разрушалось от взаимных столкновений, а какие-то выпадали на крупные сгущения, в результате чего они увеличивались в размерах и уплотнялись, постепенно создавая зародыши планет. Неупругие удары при столкновениях сгущений вели к тому, что зародыши планет постепенно обособлялись, а их орбиты всё более походили на окружности. Со временем выжили лишь те наиболее крупные зародыши, которые располагались далеко друг от друга и не оказывали существенного взаимного гравитационного воздействия, поэтому их орбиты вокруг Солнца стали устойчивыми. Из этих зародышей на протяжении сотен миллионов лет и сформировались большие планеты. Между орбитами Марса и Юпитера, где значительное гравитационное влияние Юпитера препятствовало росту сгущений и нарушало устойчивость их орбит, образовались малые планеты — астероиды, которые и в нашу эпоху часто сталкиваются друг с другом и с планетами. На самой периферии начального газопылевого облака из остатков лёгких газов и незначительного количества пыли возникло множество долгопериодических комет. Анализ содержания радиоактивных элементов в земной коре, исследования метеоритов и лунного грунта, а также геологические данные указывают на то, что возраст Земли, вероятно, близок к 4,5 млрд лет. Солнце и его планеты начали формироваться около 5 млрд лет назад. Благодаря спокойной эволюции Солнца, умеренно обогревающего Землю, на ней около 3 млрд лет назад зародилась жизнь, которая за этот длительный промежуток времени эволюционировала в разумную.