Солнце солнечная система: Солнце — Солнечная Система

Время работы:

Музей «Лунариум» временно закрыт

Для всей семьи Субботний семейный лекторий

Школьникам Учебные лекции по астрономии для 9-11 классов

Школьникам Цикл лекций «Звездные уроки»

Детям 5-8 лет Театр увлекательной науки

Школьникам Школа увлекательной науки

Школьникам Астрономические кружки

Взрослым Курсы для взрослых

Школьникам Астрономия на сфере

Взрослым Трибуна ученого

Наш сайт использует cookies. Продолжая, вы соглашаетесь на хранение файлов cookies.OK

Учёные рассказали, как и когда погибнет Солнечная система

Астрономы рассчитали, когда разрушится Солнечная система. Оказалось, что до этого печального события ещё 30 миллиардов лет. (Впрочем, наша планета погибнет гораздо раньше.)

Сценарий грядущей катастрофы изложен в научной статье, опубликованной в издании Astronomical Journal.

Когда Солнца не станет

Солнечной системе около 4,5 миллиарда лет отроду (к слову, жизнь на Земле ненамного младше). Однако ничто не вечно не только под Луной, но и вообще во Вселенной.

Солнце постепенно увеличивает яркость, и уже через 1,1 миллиарда лет наша планета станет слишком жаркой для жизни. А примерно в пятимиллиардном году нашей эры светило превратится в красный гигант. Оно сильно раздуется, буквально проглотив Меркурий, Венеру и Землю.

В качестве красного гиганта Солнце просуществует ещё около миллиарда лет. Всё это время внешние слои звезды будут постепенно улетучиваться в космос. Таким образом она потеряет примерно половину нынешней массы.

К этому времени термоядерное топливо полностью закончится, и Солнце станет белым карликом. В нём уже не будет происходить никаких термоядерных реакций, так что светило будет постепенно остывать.

Через десять миллиардов лет после превращения нашей звезды в белый карлик она остынет настолько, что перестанет излучать свет (хотя ещё долго будет испускать инфракрасное излучение). Таково будущее Солнца.

Через несколько миллиардов лет Солнце превратится в белый карлик, окружённый туманностью из выброшенного вещества.

Время покидать гнездо

Но что же станет с планетами? Ответ на этот вопрос и искали авторы нового исследования.

Они сосредоточились на будущем гигантов: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Меркурий, Венера и Земля, напомним, погибнут ещё на стадии превращения Солнца в красный гигант. Марс выживет, но авторы пренебрегли им. Дело в том, что гравитация Красной планеты, которая вдесятеро легче Земли, не окажет никакого влияния на судьбу соседей по Солнечной системе.

Итак, что же произойдёт с планетами-гигантами? После того как Солнце потеряет половину массы, их орбиты станут более широкими. При этом Юпитер и Сатурн попадут в так называемый резонанс 5:2. То есть Юпитер будет совершать пять оборотов вокруг остывающей звезды, пока Сатурн делает два. Из-за этого две планеты будут регулярно проходить на сравнительно небольшом расстоянии друг от друга и сильно влиять друг на друга своей гравитацией.

Такая конфигурация уязвима перед тяготением пролетающих мимо Солнечной системы звёзд. Под влиянием таких рандеву новые орбиты через некоторое время потеряют устойчивость. Впрочем, «некоторое время» займёт около 30 миллиардов лет (это примерно два текущих возраста Вселенной).

Из-за наступившей нестабильности в последующие 10 миллиардов лет Солнечную систему покинут все планеты-гиганты, кроме одной (какая именно выживет – дело случая). Они превратятся в миры-изгои, летящие сквозь Галактику.

Осиротевший гигант будет обращаться вокруг несветящегося Солнца ещё примерно 50 миллиардов лет. После этого к остаткам Солнечной системы необычно близко подойдёт соседняя звезда, отправив в путешествие без возврата и последнюю планету из «большой четвёрки».

Если к тому времени что-нибудь случится и с Марсом, то на этом существование Солнечной системы можно будет считать окончательно завершённым.

Разумеется, человечество вряд ли застанет все эти печальные события. Ведь типичный срок существования биологического вида составляет от одного до десяти миллионов лет. За это время вид либо вымирает, либо настолько эволюционирует, что его приходится считать уже другим видом.

Если же через миллиарды лет в Солнечной системе всё ещё будет существовать некий разум, то вряд ли мы сейчас можем представить себе его могущество. Возможно, угасание светила и разлёт планет не станет для него такой уж неразрешимой проблемой.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали об искусственном интеллекте, предсказывающем планетным системам жизнь или смерть. Писали мы и о том, что Солнечная система могла образоваться удивительно быстро.

самая уникальная звезда во Вселенной

Содержание страницы:

Масса Солнца составляет 99,9% массы всей Солнечной системы. Основными элементами, из которого она состоит, являются водород (73%) и гелий (25%). Из других элементов можно назвать железо, никель, азот, кислород, сера, кремний, углерод, магний, кальций, хром, неон. Плотность звезды невелика – 1,4 г/см³, а тип её – жёлтый карлик. Если сравнивать Солнце с Землёй, то соотношение диаметра будет 109:1, массы 333 000:1, а объёма 1 300 000:1. Возраст нашего светила —  4,57 миллиард лет.

Положение Солнца в нашей галактике (Млечный Путь) достаточно окраинное. Звезда расположилась посередине спиральных ветвей Персея и Стрельца. В районе нашего проживания обстановка спокойна в течение сотен миллионов лет. Центр галактики расположен примерно в 26000 световых лет, и наше светило облетает вокруг него со скоростью 220 – 240 км/сек за 225 – 250 млн. лет. Расположение Солнечной системы именно в этом месте способствовали возникновению жизни на Земле. Если бы мы находились ближе к центру галактики, спокойствие нарушали бы близкие звёзды-соседки.

Строение

Поверхность

Видимая поверхность Солнца называется фотосферой. Ее толщина  около  300 км.  При сильном увеличении можно увидеть, что фотосфера имеет гранулированную структуру. Вещество на Солнце (газ) постоянно перемещается, и в областях, занимаемыми гранулами, оно  поднимается к поверхности, а в промежутках  между  ними — опускается. Над фотосферой во время солнечных затмений можно увидеть солнечную атмосферу, состоящую из  хромосферы (небольшого слоя красноватого цвета, прилегающего к видимой поверхности) и солнечной короны — разряженной и горячей внешней оболочки. Температура тут достигает до 1 500 000 градусов.

Солнечные пятна

Это тёмные области на Солнце, температура которых ниже, чем температура окружающего вещества фотосферы.  Поэтому эти участки выглядят темнее, а самые большие пятна можно увидеть невооружённым глазом. На данный момент с видимой земле стороны пятна выглядят так:

Сравнение размера Земли и солнечного пятна

Внутри Солнца

Дальше вглубь распространяется конвекционная зона — зона, в которой энергия за счет конвекции переносится от центра к более высоким слоям, будто бы перемешиваясь. От  центра  Солнца  к конвекционной зоне энергия переносится излучением. Однако каждый фотон затрачивает миллионы лет для того, чтобы пройти эту зону: свет многократно поглощается веществом и излучается вновь.  В центре располагается плотное и горячее ядро, в котором и происходят ядерные реакции. Около ядра температура достигает до 15 000 000 градусов! Про внутреннее строение солнца много интересного можно узнать в этой статье.

Солнечный ветер

Солнечный ветер — непрерывный поток плазмы солнечного происхождения, распространяющийся  от атмосферы Солнца и заполняющий собой Солнечную систему. Из-за  высокой температуры солнечной короны, давление вышележащих слоев не может уравновесить давление вещества короны. Это вещество и выбрасывается в пространство в виде солнечного ветра,  распространяясь на расстояние до 100 а.е а.е. — астрономическая единица1 астрономическая единица = 149 597 871 километра. Это среднее расстояние от Земли до Солнца.

На рисунке пустое поле в центре закрывает пространство в 32 раза больше Солнца. Диаметр изображения — половина диаметра орбиты Меркурия. Точки за Солнцем — звёзды.

Почему светит Солнце

Свечение Солнца – результат выделения огромной энергии, выделяемой в результате протекания термоядерной реакции в её ядре. Вещества тратится мало, энергии выделяется много (в миллионы раз больше, чем при обычном горении).

Раньше считалось, что Солнце светит из-за горения элементов, входящих в его состав. Но по приблизительным подсчетам, даже грубым, оно не может «выгорать» миллиарды лет, Солнце должно было потухнуть совсем давно, растеряв массу, тем самым нарушив гравитационное равновесие в системе планет.  Но Солнце светит уже миллиарды лет и не собирается гаснуть в ближайшее время.

Солнечное затмение

Солнечное затмение — астрономическое явление, при котором Луна закрывает полностью или частично Солнце от человека на Земле. Во время затмения можно наблюдать солнечную корону.

Солнечная корона

Как возникло Солнце

В составе Солнца присутствует достаточно много золота и урана. Эти элементы появлялись в в ядрах ранних звёзд, а распространение их происходило из-за взрывов сверхновых. По основной теории Солнце и солнечная система сформировались из газопылевого облака, которое как раз и являлось остатком взрыва сверхновой звезды.

Известны несколько двойников нашей звезды. Они аналогичны по массе, светимости, возрасту, и температуре. Это 18 Скорпиона, 37 Близнецов, Бета Гончих Псов, HD 44594 и HIP56948.

НАША УНИКАЛЬНАЯ СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА

В. В.Шевченко

Введение

Парадокс современной астрономии состоит в удивительно низком уровне знаний о нашем собственном доме — Солнечной системе. Астрономия в рамках известных физических законов способна построить близкие к реальности модели рождения, жизни и смерти небесных объектов, размеры, массы, энергетическая отдача и удаленность которых громадны по сравнению с реалиями нашего повседневного опыта. И в то же время, нет надежной модели происхождения и формирования планет и спутников Солнечной системы, неизвестно, как образуются и откуда появляются кометы, и неясно, содержат ли астероиды первичное вещество или являются осколками однажды уже сформировавшихся планетных тел.

Согласно одной из последних оценок, возраст Солнца составляет 4,49 миллиарда лет. Другие оценки времени существования Солнечной системы дают значения от 4,6 до 5 миллиардов лет. Самые древние горные породы Земли, которые, однако, являются вторичными образованиями, существуют около 3,9 миллиарда лет. Эти значения определены по накоплению в минералах продуктов распада радиоактивных элементов.

Радиометрический возраст наиболее древнего вещества Солнечной системы, из которого состоят падающие на Землю метеориты, достигает в среднем 4,6 млрд. лет. Примерно тот же возраст имеют и наиболее древние породы Луны, доставленные на Землю космическими аппаратами и экспедициями.

В течении периода, равного 4/5 предположительного времени существования Солнечной системы, на Земле существуют одноклеточные живые организмы. История многоклеточных занимает примерно 1/7 часть истории Земли. Существование человека — Homo sapiens — укладывается в 1/10000 часть времени, прошедшего с момента образования планет. И всего лишь около 1/1000000 этого времени занимает вся история астрономических наблюдений и осмысливания их результатов.

Объекты, входящие в Солнечную систему

Центральное тело нашей планетной системы — Солнце — желтый карлик, сосредоточило в себе 99,866% всей массы Солнечной системы. Оставшиеся 0,134% вещества представлены девятью большими планетами и несколькими десятками их спутников (в настоящее время их открыто более 60), малыми планетами — астероидами (примерно 100 тысяч), кометами (около 10¹¹ объектов), огромным количеством мелких фрагментов — метеороидов и космической пылью. Механически эти объекты объединены в общую систему силой притяжения превосходящей массы Солнца. Ряд зависимостей показывают принадлежность различных по величине и физико-химическим свойствам тел к единому семейству. Средняя плотность объектов Солнечной системы изменяется в пределах от 0,5 г/см³ для ядер комет до 7,7 г/см³ для металлических астероидов и метеоритов.

Для наглядности все тела Солнечной системы, включая и Солнце, можно разместить на диаграмме логарифмической зависимости массы и размеров (рис. 1).

Рис. 1. Объекты Солнечной системы, представленные на диаграмме
логарифмической зависимости массы и размеров космических тел.

Самая крупная из планет — Юпитер отличается от Солнца на порядок по размерам и на три порядка по массе. Такое соотношение прямо указывает на одинаковую плотность вещества для обоих тел и близкий химический состав. Действительно, средняя плотность Юпитера составляет 1,32 г/см³, что очень близко к средней плотности солнечного вещества (1,41 г/см³). Основными элементами, определяющими химический состав обоих объектов, являются водород и гелий. Ближайший сосед Юпитера на диаграмме — Сатурн — по размерам почти не отличается от него, но меньшая плотность вещества планеты (0,686 г/см³) определяет и несколько меньшее значение массы. Следующие два гиганта — Уран и Нептун (с массой около 10²⁹ г) занимают на рассматриваемой диаграмме одно и то же положение, мало отличаясь по своим свойствам — средней плотности (1,28 и 1,64 г/см³ соответственно) и химическому составу. Все четыре планеты традиционно выделяются в группу планет-гигантов, отличительной особенностью которой являются не только значительные размеры и масса, но также и низкая средняя плотность, характерная для газового состава.

Земля и Венера занимают на диаграмме близкие позиции, почти не отличаясь по размерам, массе и средней плотности (5,52 и 5,24 г/см³ соответственно). Марс и Меркурий замыкают группу планет, которые по общепринятой классификации относятся к объектам земного типа.

Однако, перечень «больших» планет Солнечной системы на этом не исчерпывается. Обратившись к диаграмме на рис. 1, мы увидим еще одну планету, находящуюся в области спутников планет. Этот необычный объект — Плутон — в момент своего открытия в 1930 г. занимал наиболее удаленное от Солнца положение, соответствующее месту девятой планеты Солнечной системы. Но орбита Плутона, как оказалось, обладает значительным эксцентриситетом и в 1969 г. он пересек орбиту Нептуна, превратившись в восьмую по удаленности от Солнца планету. В этом статусе Плутон будет пребывать до 2009 г. А первый после своего открытия полный оборот вокруг Солнца Плутон завершит лишь в 2178 году. Иногда возникает вопрос, является ли Плутон самостоятельной планетой. По размерам это тело меньше, чем спутник Земли — Луна. Между тем, Плутон обладает собственным спутником, обнаруженным в 1978 г. и названным Хароном. Соотношение масс планеты и спутника в системе Плутон-Харон очень необычно — приблизительно 5 :1. Эту пару тел вполне обоснованно можно назвать «двойной планетой», компоненты которой обращаются вокруг общего барицентра. В Солнечной системе есть лишь еще одно подобное исключение — Земля и Луна. Но при этом естественный спутник нашей планеты по массе в 80 раз меньше центрального тела.

Харон вращается по орбите, наклон которой к плоскости орбиты Плутона является также весьма нетипичным и составляет 118⁰. Средний радиус орбиты Харона необычно мал — менее 19700 км. Ближе к своей планете (Марсу) находится лишь еще один спутник в Солнечной системе — Фобос. Однако соотношение масс Марса и Фобоса имеет совсем другой порядок: масса спутника составляет лишь 1,5х10^-8 массы планеты. Остается добавить, что наклонение орбиты самого Плутона к плоскости эклиптики также нетипично — более 17⁰. Остальные планеты, за исключением Меркурия (i = 7⁰), вращаются вокруг Солнца почти в одной плоскости, уклоняясь от нее не более, чем на 2⁰-3⁰.

На рис. 2 приведено изображение Плутона и Харона, полученное в феврале 1994 г. Космическим телескопом им. Хаббла во время удаления двух тел друг от друга на расстояние 19640 км.

Рис. 2. Изображение системы Плутон-Харон, полученное Космическим телескопом им. Хаббла.

Возвращаясь к рис. 1, следует указать, что выделенные на диаграмме группы планет располагаются на различном расстоянии от Солнца. Планеты земной группы составляют внутреннюю часть Солнечной системы. Планеты-гиганты образуют ее внешнюю часть. Промежуточное положение занимает пояс астероидов, в котором сосредоточена большая часть малых планет. Распределение планетных расстояний от Солнца можно приблизительно описать известным степенным законом Тициуса-Боде, выведенным в конце XVIII века, где показателем степени служит порядковый номер планеты. Эта зависимость не имеет какого-либо физического содержания и для лучшего согласования с наблюдаемым распределением планетных расстояний приходится «подгонять» порядковые номера планет. Например, в некоторых видах формулы Тициуса-Боде для Меркурия показатель степени (номер планеты) принимался равным минус бесконечности, для Венеры — равным нулю, для Земли — единице и т.д. Несмотря на такие ухищрения, при больших расстояниях от Солнца закон оказывался неприменимым и отклонения вычисленных размеров орбит Нептуна и Плутона от наблюдаемых очень велики. Несомненно положительным результатом использования эмпирических соотношений, вытекавших из закона Тициуса-Боде, стало обнаружение Цереры и других малых планет, образующих пояс астероидов на расстоянии, где согласно закону должна была располагаться следующая за Землей большая планета. Сравнение «предвычисляемых» по закону Тициуса-Боде и действительных расстояний планет от Солнца показано на рис. 3. Расстояния представлены в астрономических единицах (1 а.е. — среднее расстояние Земли от Солнца, равное 149,6 млн. км). Кривая 1 показывает результаты расчетов по формуле Тициуса-Боде.

Рис. 3. Сравнение вычисляемых и наблюдаемых расстояний планет от Солнца:
1 — формуле Тициуса-Боде, 2 — по формуле Фесенкова.

В конце 50-х годов XX века В.Г.Фесенков предложил следующую зависимость между расстояниями планет от Солнца и их относительной массой:

L_n= L_n-1 [1 + K (M_n/M_s)^1/3],

где M_n — масса планеты, M_s — масса Солнца, K — постоянный коэффициент. Результаты вычислений по формуле Фесенкова представлены кривой 2 на рис. 3. Эта же зависимость успешно воспроизводит распределение расстояний в системах спутников планет-гигантов.

В последовательности на рис. 1 спутники планет расположились довольно компактной группой, несмотря на разную природу образующего их вещества. За исключением нашей Луны, средняя плотность которой 3,34 г/см³, и спутников Юпитера Ио и Европа (плотность которых 3,57 и 2,97 г/см³, соответственно), большинство спутников планет-гигантов состоят из льда с различными по массе примесями силикатных пород и характеризуются плотностью 1 — 2 г/см³. По соотношению масс и размеров с группой спутников планет тесно смыкаются наиболее крупные из астероидов. Резким исключением выглядят спутники Марса, массы и размеры которых более соответствуют астероидам, чем типичным спутникам больших планет. Возможно, Фобос и Деймос были захвачены Марсом из пояса астероидов.

Конечно, на диаграмме показаны не все, а только наиболее типичные малые тела, соответствующие параметры которых к настоящему времени известны. Подобной избирательностью следует объяснить разрыв между наименьшими астероидами и наиболее крупными метеоритами, которого в действительности, по-видимому, не существует.

Весьма примечательно, что кометы, имеющие аномально низкую плотность вещества ядер (около 0,6 г/см³), тесно примыкают к общей последовательности, дополняя ее, несмотря на уникальную природу этих тел и полную неясность их происхождения. На диаграмме показаны лишь некоторые из комет, наблюдавшихся во внутренней части Солнечной системы. Однако, исторически короткий период наших наблюдений за небесными явлениями не позволяет говорить, что эти данные полностью исчерпывают сведения о существующих в природе кометных телах. Велика вероятность того, что на окраинах Солнечной системы находится резервуар гигантских по размерам и массам комет, которые могли посещать окрестности Солнца задолго до нашего появления. Вполне возможно, что именно об этом говорят некоторые загадочные образования на поверхности таких безатмосферных тел, как Луна или Меркурий, способных сохранять следы самых древних событий в истории планет.

Наблюдения нескольких последних лет обнаружили более 30 объектов, названных транснептуновыми. Размеры этих тел, предположительно имеющих сходство с ядрами комет, превосходят 100 км. Согласно общим оценкам, вытекающим из подобных результатов, на расстоянии между 30 и 50 а.е. от Солнца находится около 70000 тел с размерами от 100 до 400 км.

На последовательности, представленной на рис. 1, эти гипотетические объекты заняли бы промежуток между наиболее крупными из известных комет и ледяными спутниками планет-гигантов, располагаясь несколько выше астероидов аналогичного размера.

Движение тел Солнечной системы

Соотношение расстояний и периодов обращения планет вокруг Солнца определяется известным третьем законом Кеплера, согласно которому квадраты периодов пропорциональны кубам больших полуосей относительных орбит. Рис. 4 иллюстрирует эту основную закономерность в строении Солнечной системы.

Рис. 4. Соотношение расстояний и периодов обращения планет (третий закон Кеплера).

Другой фундаментальной особенностью строения Солнечной системы является то, что все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении, совпадающем с направлением осевого вращения Солнца, и в том же направлении они обращаются вокруг своей оси. Исключение составляют Венера, Уран и Плутон, осевое вращение которых противоположно солнечному. Существует корреляция между массой планеты и скоростью осевого вращения. В качестве примеров достаточно упомянуть Меркурий, сутки которого составляют около 59 земных суток, и Юпитер, который успевает сделать полный оборот вокруг своей оси менее, чем за 10 часов. Примерно с тем же периодом обращается вокруг своей оси Сатурн. Сутки Урана и Нептуна составляют соответственно 17 и 16 часов. А период осевого вращения Плутона равен примерно 6 земным суткам. Необычно вращение Венеры. При массе, примерно равной массе Земли, Венера вращается вокруг своей оси с периодом в 243 суток. В сочетании с продолжительностью периода обращения Венеры вокруг Солнца (225 суток) вращение этой планеты оказывается ретроградным, то есть противоположным по направлению вращению Солнца и большинства планет.

Принципиально важным для понимания физических процессов в Солнечной системе является резкая диспропорция в распределении массы и момента количества движения между Солнцем и планетами. Хотя основная масса вещества Солнечной системы сосредоточена в самом Солнце, 98% момента количества движения (произведения массы на скорость и радиус вращения) приходится на долю планет. При этом обнаруживается, что объединенные вместе планеты земной группы, а также объединенные в одну группу астероиды и каждая из планет-гигантов подчиняются единой зависимости момента количества движения J (гхсм²/с) от массы М (г). Эту зависимость, показанную на рис. 5, можно представить выражением:

J = 7,6 M^4/5 .

Рис. 5. Соотношение момента количества движения и массы
отдельных планет или группы тел Солнечной системы.

Исключением является Солнце, собственный период вращения которого не соответствует общей тенденции и при огромной массе составляет более 25 суток. Другим исключением является опять-таки экзотическая пара Плутон-Харон, происхождение и само существование которой остаются загадочными. Место группы кометных тел определилось значениями совокупных характеристик, принятых на основе известных в настоящее время данных. То, что положение этой группы не согласуется с общей зависимостью, говорит прежде всего о несовершенстве наших знаний о кометах и об их истинном месте в Солнечной системе.

Место мелких осколков вещества — метеоритов и космической пыли на диаграмме (рис. 5) определить сложно, поскольку эти объекты заполняют всю Солнечную систему. Вторгаясь в земную атмосферу, мелкие частицы порождают такие явления, как отдельные метеоры и целые метеорные ливни. Концентрация пылевых частиц около Земли ответственна за явление зодиакального света — свечения неба вдоль направления, соответствующего проекции плоскости эклиптики на небесную сферу. В окрестностях планет-гигантов мелкие фрагменты вещества и космическая пыль существуют в форме колец. Наиболее известны кольца Сатурна, обнаруженные в XVII веке при первых наблюдениях с простейшими телескопами. Уже в наше время были открыты аналогичные по природе, хотя и не столь массивные, кольца Юпитера, Урана и Нептуна.

На рис. 1 приведены результаты лишь отдельных оценок параметров метеоритов и космической пыли, показывающие общую тенденцию. В действительности эта область должна быть заполнена бесчисленным количеством точек, которые образуют непрерывную последовательность.

Если значения моментов количества движения в Солнечной системе соотнести с массой, т. е. получить удельное значение J, получится, что эта величина для планет в среднем в 35000 раз больше, чем для Солнца. Исчерпывающего объяснения данному факту еще не получено. Возможно, что ответственным за перенос момента количества движения может быть магнитное поле Солнца, пронизывающее всю нашу планетную систему.

Химический состав тел Солнечной системы

Вещество, из которых сложены тела Солнечной системы, можно условно разделить на три группы. Во-первых, это горные породы, состоящие из различных минералов, которые нам хорошо известны на Земле. Современные знания позволяют прогнозировать характер глубинных пород, из которых состоят земные недра. Анализ доступного в настоящее время внеземного вещества показал его общее подобие веществу земному по химическому и минералогическому составу. Основными минералообразующими элементами во всех случаях являются кремний, железо, алюминий, магний и титан в окисленном состоянии, то есть при значительном включении кислорода в химические соединения. Средняя температура плавления этих материалов достигает около 2000 К. Условно эту группу можно назвать «земным веществом».

Углерод, азот, кислород и в меньшем количестве водород, входящий в некоторые химические соединения, составляют распространенную группу планетных летучих веществ. В виде газов эти элементы образуют атмосферы отдельных планет или крупных спутников. Но чаще летучие компоненты вещества Солнечной системы существуют при температурах ниже 273 К в твердом состоянии, то есть в виде льда. Поэтому эту группу назовем условно «льдами».

Наконец, такие газы, как водород и гелий, наиболее обильно встречающиеся на Солнце, с небольшими примесями неона, аргона и некоторых других элементов отнесем к группе «солнечного вещества». Температура кипения подобной смеси составляет около 15 К.

Гистограмма на рис. 6 примерно показывает относительное содержание перечисленных групп вещества в химическом составе основных тел Солнечной системы. Группа 1 («земное вещество») на 99% и более образует планеты земного типа, астероиды и отдельные спутники (например, Луну). Большая часть спутников, относящихся к системам планет-гигантов состоят в основном из «льдов» (группа 2) с некоторой примесью «земного вещества». Те же составляющие, но в другой пропорции, характерны для комет. Юпитер и Сатурн в основном состоят из «солнечного вещества (группа 3), с примесями «льдов» и «земного вещества». Для Урана и Нептуна основным веществом, их образующих, являются «льды».

Рис. 6. Относительное содержание различных типов вещества в телах Солнечной системы.

Наблюдаемое в настоящее время распределение химического состава с учетом характерных значений критических температур позволяет сделать заключение о первоначальном распределении в протопланетном околосолнечном облаке, которое определяло условия формирования различных тел Солнечной системы.

Ранние стадии развития планет

Для первых сотен миллионов лет в истории Солнечной системы решающим фактором формирования планет и спутников была астероидная и кометная бомбардировка. Достаточно сказать, что современное «лежачее» положение Урана, ось вращения которого наклонена к эклиптике на 98⁰, по-видимому, является результатом столкновения с достаточно крупным телом.

В этот период на Земле и других планетах земного типа формировалась первичная кора. В настоящее время на нашей планете не сохранилось каких-либо следов той эпохи. Вместе с тем, на малых телах, остановившихся на ранних стадиях своего развития, можно обнаружить хорошо отождествляемые признаки первичной коры, которые, например, наблюдаются на Луне, Меркурии и, частично, на Марсе.

На рис. 7 дана схема возраста и продолжительности в млрд. лет глобальных вулканических и тектонических процессов на поверхности Луны и планет земной группы, характеризующих историю эволюции этих тел. Для Земли и Луны временные границы эпох определены по измеренным значениям возраста образцов пород, относящихся к соответствующим периодам. Возраст соответствующих формаций на Марсе определен по кратерной статистике. При этом рассматривались только глобальные образования. Такие отдельные формы рельефа, как например, гора Олимп имеют более молодой возраст — несколько сотен миллионов лет. Шкала абсолютного возраста для планетарных формаций на Меркурии получена также по кратерной статистике в предположении соответствия метеоритного потока на поверхность Меркурия и на поверхность Луны в аналогичные геологические эпохи. Стратиграфические системы (т.е. описание последовательности залегания геологических образований разного возраста) поверхностных структур Венеры, и шкала абсолютного возраста для них носят предварительный характер. Однако, по оценке специалистов они адекватно отражают общий характер геологической истории планеты.

Рис. 7. Возраст и продолжительность глобальных процессов
преобразования поверхностей планет земной группы и Луны.

Следы наиболее ранних процессов планетной эволюции, протекавших более 4,0 млрд. лет назад, проявляются в древних формах рельефа на Меркурии, Луне и Марсе. По современным представлениям механизм переноса тепла в недрах Луны, Меркурия и Марса в основном происходил в виде конвекции. Наглядным примером является многофазное формирование лунной коры, при котором более поздние слои выплавлялись из мантии в виде глобальных лавовых потоков, перекрывая уже существовавшие формы рельефа. При весьма близком внешнем сходстве Луны и Меркурия (сильно кратерированная поверхность, лавовые поля и т.п.), должно существовать принципиальное отличие в глобальных процессах, поскольку установлено, что по внутреннему строению Меркурий отличается от Луны огромным ядром. Радиус ядра Меркурия составляет около 75% от радиуса планеты, что соответствует 42% объема (у Луны ядро занимает только 4% объема). В сочетании с высокой средней плотностью Меркурия (5,3 г/см³ ) это отличие пока ждет своего объяснения.

Некоторые геологические структуры на Марсе носят очевидные признаки длительного конвективного кругооборота в недрах планеты. Из трех небольших по размерам тел земной группы Марс обладал наиболее длительным периодом глобальной эндогенной (внутренней) активности. Если подобные процессы на Меркурии и Луне прекратились на рубеже 3,0 — 2,5 млрд. лет назад, на Марсе они продолжались еще около одного миллиарда лет (см. рис. 7).

Современная поверхность Венеры имеет очень молодой возраст — всего лишь несколько сотен миллионов лет. Следы более древних формаций практически не сохранились (95% этих образований уничтожены поздними наслоениями). Современный процесс потери эндогенного тепла на Венере, по-видимому, подобен лунному, то есть происходит с использованием теплопроводности пород мантии и коры. Но природа более раннего механизма этих процессов остается неизвестной. Возраст поверхности Венеры ближе всего к возрасту земной поверхности. Однако, обладая иной тепловой историей Венера сформировала принципиально другую среду — значительно отличающийся от земного химический состав атмосферы, высокие значения давления и температуры у поверхности.

Процессы формирования вторичной планетной коры можно проследить по их следам на Луне, где вторичная кора образовалась в результате плавления пород верхней и средней мантии. Несмотря на то, что по объему вторичная кора на Луне составляет лишь 1% от общего объема современной лунной коры, эта структура хорошо выражена в глобальных формах рельефа.

Возвышенные плато на Марсе по своим размерам близки к земным континентам и возвышаются на 4 — 6 км над средним уровнем (средним радиусом) планеты. Если бы на Марсе существовала гидросфера подобная океанам Земли, эти области оказались бы выше уровня моря, превратившись в материки. Поскольку появление возвышенных плато на Марсе является следствием длительного конвективного кругооборота в его недрах, не исключено, что этот же процесс мог развиваться и в недрах Земли на определенной стадии ее развития.

О процессах формирования третичной планетной коры, которой является континентальная кора Земли, дают понятия некоторые структуры рельефа, существующие на Венере. Остается пока неизвестным, как возникла на Земле «тектоника плит», существующая в настоящее время. Согласно этой концепции твердая оболочка планетного тела представляется как система взаимодействующих между собой отдельных жестких плит. Именно на границах плит наиболее часто происходят события, относящиеся к сейсмической, тектонической и вулканической активности. На той части Меркурия, которая известна в настоящее время, присутствуют признаки некоторого глобального тектонического процесса. Дальнейшее изучение покажет, насколько идентичными могут оказаться тектонические процессы, отразившиеся в застывших формах Меркурия, и явления глобальной тектоники, имевшие место в геологической истории Земли.

Ударные процессы в Солнечной системе

Уникальное образование, относящееся к эпохе завершения процесса дифференциации планетных тел (разделения недр на ядро, мантию и кору), обнаружено на обратной стороне Луны. Речь идет о гигантской многокольцевой впадине (или бассейне) вблизи южного полюса. Диаметр внешнего кольца этой структуры достигает 2500 км, что в 1,4 раза больше лунного радиуса. По данным измерений высот на снимках, полученных автоматическими станциями серии «Зонд» (1968 — 1970 гг.), глубина впадины достигает 10 — 12 км относительно окружающего материка. По результатам лазерной альтиметрии с борта спутника Луны «Клементина» (1994 г.) средняя разница высот между гребнем внешнего вала и дном этой многокольцевой структуры превышает 13 км.

На рис. 8 приведен снимок, полученный космическим аппаратом «Галилео» во время пролета мимо Луны. Вблизи западного лимба жирной линией показаны примерные границы впадины.

Рис. 8.

Рис.8. Примерные границы гигантской впадины вблизи южного полюса Луны. Снимок получен с борта космического аппарата «Галилео».

Внутри кольца уместились такие довольно крупные образования более позднего происхождения как кратеры Аполлон (диаметр 491 км), Шредингер (320 км), Планк (355 км) и даже небольшое Море Мечты. Судя по количеству мелких кратеров на единицу площади внутри впадины, время его образования относится к раннему периоду лунной истории. Оценки этого возраста сходятся на периоде между 4,3 и 3,9 миллиарда лет.

Спектрозональные изображения, полученные на основе снимков, сделанных космическими аппаратами «Галилео» и «Клементина», обнаружили внутри впадины область мафических (темных) глубинных пород диаметром около 1400 км. Поверхностные породы в этой области выделяются аномально низким для материковых районов значением отношения отражательной способности на 0,41мкм и 0,76мкм.

Обращает на себя внимание тот факт, что с этой депрессией совпадает протяженная отрицательная аномалия силы тяжести. Последнее обстоятельство крайне необычно, поскольку круговые депрессии на поверхности видимого полушария Луны, заполненные мафическими породами (круговые моря), наоборот совпадают с областями, имеющими крупные положительные гравитационные аномалии. Область гигантской депрессии окружена кольцом пород, имеющих иные спектральные характеристики. По фотометрическим измерениям на снимках серии «Зонд» эта область характеризуется большей зрелостью грунта, т.е. высокой степенью переработки покровного вещества в результате микрометеоритной бомбардировки. Зрелость лунного грунта тесно коррелирует с его экспозиционным возрастом (временем пребывания лунного вещества в самом верхнем слое, открытым воздействию окружающего космического пространства). Возможно, рассматриваемая область соответствует выходу на поверхность слоя пород, располагавшегося между глубинным мафическим материалом и верхним слоем полевошпатового материала типичных лунных материков.

Обобщая все известные теперь сведения об одном из самых крупных и самых древних образований Луны, можно предположить, что мы видим след гигантского столкновения молодой Луны с довольно крупным телом. Событие столь грандиозного масштаба должно было в буквальном смысле слова потрясти весь лунный шар: ведь размеры оставшейся после удара впадины превышают лунный радиус. Даже если глубина такого кратера составляла существенно меньше одной десятой его диаметра, удар должен был проникнуть до границы коры и мантии. В этом случае объяснимо появление внутри впадины значительного количества мафических пород, составляющих верхнюю мантию Луны, и обнажение вышележащих слоев литосферы.

Вызывает удивление и другое — «запас прочности» молодой Луны, благополучно пережившей этот почти смертельный удар и сумевшей уцелеть, не развалившись на множество осколков. Подобные следы гигантских ударов (меньших масштабов) были обнаружены и на поверхности некоторых спутников планет-гигантов. Разнообразные исследования наиболее близкого к Земле небесного тела подтвердили существование следа древнейшей катастрофы на поверхности нашей соседки — Луны. Оценки энергии взрыва, необходимой для образования столь крупной ударной структуры, показывают, что упавшее космическое тело могло достигать в поперечнике около 200 км.

Некоторое время назад была высказана и получила широкое распространение интересная гипотеза об ударном происхождении самой Луны, когда тело величиной с Марс косым ударом вырвало «кусок» Земли, раздробившийся на множество осколков, из которых путем последующей аккреции и возник единственный, необычно крупный спутник нашей планеты. Возможно, что бассейн в южной части обратной стороны Луны появился, когда один из последних осколков-спутников Земли перестал существовать, столкнувшись с Луной.

Лед на Луне?

Безводная среда Луны является фактом достаточно очевидным и подтверждаемым не только косвенными, но и прямыми исследованиями, включая лабораторный анализ многих образцов лунного вещества, доставленных на Землю. В то же время, радиолокационные измерения, проведенные в апреле 1994 г. с борта аппарата «Клементина», находившегося на окололунной орбите, показали, что в постоянно затененной области на южном полюсе Луны присутствует поверхностный материал, радиолокационные характеристики которого соответствуют параметрам льда. Площадь области с необычными свойствами составляет 6361 км². Результаты этих исследований стали научной сенсацией.

Сохранение льда в лунных условиях можно объяснить только тем, что исследованная область располагается в зоне постоянного затенения, где температура поверхности не может быть выше 90К. Но откуда первоначально появился лед на безводной, лишенной атмосферы Луне? Одним из гипотетических источников может быть дегазация лунных недр. Однако, все сведения о подобных процессах на Луне в основном ограничиваются очень скудными фактами, общими предположениями и догадками. Более реально рассмотреть вариант внешнего, экзогенного происхождения лунного льда.

В различных областях лунного шара можно наблюдать альбедные аномалии, так называемые диффузные структуры, которые абсолютно не выражены в рельефе и оставляют странное впечатление рисунка, образованного окраской самого поверхностного слоя. Странны для Луны и контуры этих структур. На поверхности тела, никогда не имевшего заметной газовой оболочки, остались яркие следы в виде петель, завитков и т.п. Не случайно в английском языке для обозначения диффузных образований был принят термин «swirls», что значит «завихрения», «клубы дыма».

На рис. 9 приведен фрагмент снимка участка Моря Мечты на обратной стороне Луны с крупными диффузными образованиями.

Рис. 9.

Рис.9. Альбедные аномалии диффузного характера в Море Мечты на обратной стороне Луны.

Среди разных моделей происхождения подобных альбедных аномалий наиболее убедительной кажется версия контакта лунной поверхности с газо-пылевой комой пролетающих или падающих на Луну комет. В результате такого контакта происходит уплотнение верхнего слоя лунного грунта, что приводит к увеличению его отражательной способности. В этом случае причудливый рисунок на лунной поверхности могут оставить неоднородности в плотных областях комы и выбросы газовых струй из ядра (джеты). По-видимому, в большинстве случаев кометы, столкнувшиеся с Луной, первоначально пролетают вблизи Земли, что приводит к разрушению их ядер на множество фрагментов. Тогда на лунную поверхность падает не монолитное тело (пусть даже малой плотности), а только облако мелких осколков, окруженное газовой оболочкой. Чтобы уплотнить лунный поверхностный слой в достаточной степени для образования альбедной аномалии с достаточно крупными размерами, падающая комета должна иметь соответствующие размеры ядра и комы и соответствующую скорость соударения. Решая обратную задачу по характеристикам конкретной диффузной структуры оценивают параметры упавшего кометного тела. Попытаемся оценить реальную массу льда, снега или инея, которая в виде распавшейся кометы падает на лунную поверхность.

Наиболее близко к южному полюсу расположена упомянутая выше диффузная структура в Море Мечты, общая площадь которой достигает 50155 км². Для того, чтобы возникла подобная альбедная аномалия, падающая комета должна была бы иметь размеры ядра около 200 км и скорость падения около 40 — 50 км/с, при скорости газо-пылевой эмиссии из ядра, равной 4,5х10^-5 г/см²с, и первоначальной плотности ядра 0,6 г/см³. Эти реальные для кометных тел параметры были определены в процессе исследования кометы Галлея космическими аппаратами «Вега» и «Джотто». Несмотря на то, что размеры ядра кометы Галлея существенно меньше (примерно 14 х 7,5 х 7,5 км), для моделирования общих процессов, происходящих в кометах, можно воспользоваться приведенными выше значениями.

Даже если размеры ядра гипотетической кометы будут вдвое меньше, на лунную поверхность обрушится 3,15х10²⁰ г кометного вещества, в котором доля льда, по-видимому, составит 2,5х10²⁰ г (80%). Энергия взрыва, соответствующая кинетической энергии падающего тела, будет равна приблизительно 10³³ эрг. Этой энергии достаточно, чтобы не только полностью испарить вещество кометного ядра, но и разрушить межмолекулярные связи. Вместе с тем, произойдет образование ударно-синтезированных газов, в числе которых будут и водяные пары.

Примем экстремальные условия ударного процесса, когда температура в эпицентре взрыва может достигать, например, 2000 К. Но даже и в этом случае тепловая скорость молекул воды в облаке пара, в который превратится кометный лед, не превысит 1,6 км/с. Эта величина меньше параболической скорости для Луны (2,38 км/с) и почти равна круговой скорости (1,68 км/с). Следовательно, значительная масса возникшего водяного пара будет растекаться по поверхности, обволакивая лунный шар. Возникнет временная лунная атмосфера с возможным давлением до десятых долей бара. Время естественной тепловой диссипации подобной атмосферы может составлять 3 — 4 земных дня на освещенном Солнцем полушарии Луны. Но на темной, ночной стороне Луны (или в затененных местах), где температура поверхности не превышает 100 К, тепловые скорости молекул Н₂О упадут до величины около 0,3 — 0,4 км/с, то есть не исключено образование на поверхности слоя водного льда. Конечно, с наступлением лунного дня этот лед полностью испарится. Однако, в постоянно затененных местах ледяной слой не только сохранится, но будет постоянно наращиваться за счет новых падений комет. По различным оценкам на лунную поверхность может осесть от 0,1 до 0,001 массы упавшей кометы, что соответствует примерно миллиметровому слою льда, сохранившегося в постоянно затененных местах.

Исходя из анализа диффузных структур, сохранившихся на лунной поверхности, можно говорить приблизительно о десяти падениях гигантских комет на Луну за последние 10 млн. лет. Но вечно затененная впадина на южном полюсе существует, возможно, около 4 млрд. лет. Поэтому, не удивительно, если обнаруженный на южном полюсе ледяной слой может иметь мощность на несколько порядков большую, чем та, что приведена выше.

Из анализа диффузных структур вытекает также вывод о посещении околоземного пространства роем необычных, гигантских комет, двигавшихся с большими скоростями. Большие размеры и высокая скорость характерны для «новых» комет, приходящих с окраин Солнечной системы, например, из Пояса Койпера — сравнительно недавно обнаруженного скопления кометоподобных транснептуновых тел на расстоянии от 30 до 50 а.е. от Солнца. В настоящее время открыто около 30 объектов, размеры которых превышают 100 км. По предварительным оценкам в Поясе Койпера могут находиться 10⁴ — 10⁵ гигантских комет с размерами ядер от 100 до 400 км.

Таким образом, не исключено, что неожиданно найденный лунный лед является веществом загадочных транснептуновых объектов, по странной прихоти совершивших путешествие через всю Солнечную систему.

Природа планет-гигантов

В противоположность застывшим мирам Луны или Меркурия облачные образования видимой поверхности газовых гигантов во внешней части Солнечной системы находятся в постоянном движении. Наиболее ярким примером подобных процессов может служить Юпитер. Обладая «солнечным» химическим составом, самая крупная планета Солнечной системы имеет массу в 70 — 80 раз меньше той, при которой небесное тело может стать звездой. Тем не менее, в недрах Юпитера происходят процессы с достаточно мощной энергетикой: тепловое излучение планеты, эквивалентное 4х10¹⁷ Вт, примерно в два раза превышает энергию, получаемую этой планетой от Солнца. Конвективные потоки, выносящие внутреннее тепло к поверхности, внешне проявляются в виде светлых зон и темных поясов. В области светлых зон отмечается повышенное давление, соответствующее восходящим потокам. Облака, образующие зоны, располагаются на более высоком уровне, а их светлая окраска объясняется повышенной концентрацией ярко-белых кристаллов аммиака. Располагающиеся ниже темные облака поясов состоят в основном из красно-коричневых кристаллов гидросульфида аммония и имеют более высокую температуру. Эти структуры представляют области нисходящих потоков. Зоны и пояса имеют разную скорость движения в направлении вращения Юпитера. Это явление выражается в существовании устойчивых зональных течений или ветров, постоянно дующих в одном направлении. Скорости в этой глобальной системе восточных и западных ветров достигают от 50 до 150 м/с. Рис. 10 представляет общий вид Юпитера.

Рис. 10.

Рис.10. Видимая структура облачного слоя Юпитера. В южном полушарии (север вверху) вблизи терминатора выделяется Большое красное пятно. На той же широте (ближе к восточному лимбу) на фоне облачных образований Юпитера наблюдается изображение Ио. Снимок получен космическим аппаратом «Вояджер-1» с расстояния 28,4 млн. км.

По-видимому, другим проявлением сильной конвективной активности недр Юпитера является магнитное поле, напряженность которого на порядок превосходит напряженность магнитного поля Земли. Планету окружает протяженная система радиационных поясов, являющихся источником наблюдаемого собственного радиоизлучения Юпитера.

На границах облачных зон и поясов возникают мощные турбулентные течения, которые приводят к образованию многочисленных вихревых структур. Наиболее известным таким образованием является Большое красное пятно, наблюдающееся на поверхности Юпитера в течение последних 300 лет. По современным представлениям это громадное образование примерно эллиптической формы с величиной осей 26000 км и 14000 км представляет собой свободно мигрирующий в атмосфере вихрь антициклонического типа. Несмотря на большой объем данных, полученных о Большом красном пятне в последнее время, его происхождение и длительное существование в качестве устойчивого антициклона в атмосфере Юпитера остается в значительной степени необъясненным.

На рис. 11 (вверху) приведена мозаика из снимков области Большого красного пятна, полученных космическим аппаратом «Галилео» в июне 1996 г. Внутренняя структура пятна указывает на вращение всего образования в направлении против часовой стрелки. Период этого вращения составляет около 6 дней.

Рис. 11.

Рис.11. Детальное изображение Большого красного пятна (вверху) и выделенного участка (внизу). Снимки сделаны космическим аппаратом «Галилео» (1996г.).

Внутри выделенного на мозаике квадрата можно наблюдать еще одно из загадочных явлений, отмеченных в атмосфере Юпитера. В нижней части рис. 11 показаны изображения этой же области, полученные в разницей по времени около 1 час 10 мин. Стрелки указывают на яркие облачные структуры, претерпевшие за это короткое время значительные изменения. Самые мелкие светлые образования, наблюдающиеся на снимках, имеют поперечник несколько десятков километров. Специалисты считают, что наблюдаемые детали по своей природе являются кучевыми облаками, хорошо известными нам на Земле как предвестники грозовых туч. Анализ данных показал, что по составу кучевые облака на Юпитере, как и на Земле, вероятнее всего являются скоплениями водяных паров. В то же время поиски воды в атмосфере Юпитера дают самые противоречивые результаты.

Традиционная точка зрения предполагала, что вода на Юпитере могла образоваться из кислорода, первоначально присутствовавшего в газо-пылевом протопланетном облаке. В этом случае содержание кислорода на Юпитере и на Солнце должно быть одинаковым. Однако, первые измерения, проведенные с близкого расстояния космическим аппаратом «Вояджер» в 1979 г., показали двойное превышение содержания кислорода по сравнению с солнечным. Наблюдения во время падения на Юпитер фрагментов ядра кометы Шумейкеров-Леви 9 в 1994 г. показали, что содержание кислорода может в 5 — 10 раз превышать солнечную норму. Этот результат находился в полном согласии с другой гипотезой, предполагающей, что наблюдаемый в настоящее время на Юпитере уровень содержания кислорода, азота и углерода обусловлен многочисленными падениями комет, которые еще в ранний период существования Солнечной системы изменили первоначальный состав юпитерианской атмосферы.

В декабре 1995 г. спускаемый модуль космического аппарата «Галилео» произвел измерения химического состава непосредственно внутри атмосферы Юпитера. Было установлено, что содержание водяных паров не превышает 0,2%, то есть не отличается от солнечной нормы. Быстрый рост температуры с глубиной и практически полное отсутствие водяных облаков на трассе спуска модуля создали полное впечатление чрезвычайно «сухой» атмосферы.

Обнаружение на окраинах Большого красного пятна короткоживущих кучевых облаков предположительно водного состава показывает, что описанная проблема еще далека от своего полного разрешения. Следует учесть, что показанные на рис. 11 кучевые облака возникли в области интенсивного подъема газов из глубины юпитерианской атмосферы. Таким образом, не исключено, что в результате конвекции происходит вынос на поверхность облачного слоя водяных паров, сконцентрированных на глубине около 50 км. То, что приборы зонда «Галилео» показали противоположный результат, может объясняться просто локальными изменениями состава атмосферы. До сих пор мы оперировали моделями, которые представляли вариации среды по вертикали. Предполагалось, что вариации от места к месту не представляют собой существенного значения. Очевидно, что такие представления можно принять лишь в качестве первого приближения и для такого огромного планетного тела, как Юпитер, не только зональные, но и более частные, локальные изменения условий в атмосфере и в ее составе могут играть существенную роль.

Вулканизм на телах Солнечной системы

Исследование вулканизма на телах Солнечной системы в последние годы привело к массе экзотических открытий и неожиданных находок. Примечательно, что самые захватывающие события и явления связаны с телами, находящимися во внешней части Солнечной системы, точнее — со спутниками планет-гигантов.

Обнаружение реликтовых вулканических построек на поверхности Марса и Венеры и даже некоторые признаки современного венерианского вулканизма не вызвали столь сильного удивления, поскольку представлялись как бы закономерным аналогом активности недр Земли, иногда смещенным по времени. Настоящей сенсацией было открытие действующих вулканов на сравнительно небольшом спутнике Юпитера — Ио. Хотя некоторые факторы, известные до полетов космических аппаратов в область Юпитера, могли бы натолкнуть на мысль о существовании активности недр Ио. Средняя плотность Ио (3,53 г/см³) указывает на то, что спутник практически целиком состоит из горных пород в отличии от его ближайших соседей — Европы, Ганимеда и Каллисто. Телескопические наблюдения выявили распространяющийся по орбите Ио «газовый шлейф», в составе которого оказались сера, натрий, калий и кислород (как мы теперь знаем это — продукты выбросов из недр спутника). И тем не менее, когда снимки, полученные с космического аппарата «Вояджер-1», продемонстрировали существование на Ио около десятка действующих вулканов, это стало событием в исследованиях Солнечной системы. Температура в центрах извержений (эруптивных центрах) достигала 700 К и выбросы со скоростью 1000 м/с поднимались на высоту до 300 км над поверхностью. Анализ всей серии изображений показал, что каждую секунду действующие эруптивные центры выбрасывают около 100000 тонн вещества. Этого количества достаточно для того, чтобы покрыть всю поверхность Ио слоем в несколько десятков метров за несколько миллионов лет. По-видимому, этим объясняется полное отсутствие ударных кратеров на изученной поверхности спутника: погребение ударных структур под слоем вулканического материала идет с большей скоростью, чем их появление в результате падения метеороидов или комет.

На рис. 12 показаны два изображения «обратного» (по отношению к Юпитеру) полушария Ио. Левое изображение составлено по снимкам, полученным в 1979 г. во время пролета аппаратов «Вояджер». Снимок, расположенный справа, получен 17 лет спустя в сентябре 1996 г. космическим аппаратом «Галилео». Нетрудно обнаружить, что за это время детали поверхности претерпели многочисленные изменения. Подтверждением постоянной активности эруптивных центров служат результаты измерений температуры одного из них. С июня 1996 г., когда были проведены первые оценки, температура предполагаемого «жерла» возросла на 300 К и к началу сентября достигла уже почти 1000 К.. Анализ топографических особенностей поверхности Ио приводит к заключению, что наблюдаемые формы рельефа вероятнее всего образованы потоками лавы из жидкой серы, имеющей температуру плавления 390 К.

Рис. 12.

Рис.12. Снимки одного и того же полушария Ио, полученные с разницей по времени в 17 лет (1979г. — слева и 1996г. — справа). В результате постоянной вулканической деятельности недр этого спутника Юпитера появились многочисленные изменения деталей поверхности.

В настоящее время наиболее вероятным энергетическим источником вулканизма на Ио считают приливный разогрев недр спутника. Как и большинство спутников в Солнечной системе, Ио обращается вокруг Юпитера синхронно, т.е. период осевого вращения спутника равен периоду его обращения вокруг планеты. Ио находится на орбите близко расположенной к Юпитеру, в результате чего образуется приливной горб величиной в несколько километров. Небольшой эксцентриситет орбиты (0,004) приводит к явлениям, аналогичным либрациям Луны в процессе ее вращения вокруг Земли. Одновременно, под влиянием соседних Европы и Ганимеда возникают возмущения эксцентриситета орбиты, что вызывает периодические изменения амплитуды приливных деформаций в коре Ио. Такая постоянная пульсация предположительно тонкой коры (толщиной не более 20 — 30 км) обеспечивает энерговыделение, достаточное для расплава недр спутника, что и выражается в интенсивной вулканической активности. Оценки, сделанные на основе измерений теплового потока, исходящего из «горячих» областей Ио, показывают, что приливной механизм способен генерировать до 10⁸ мегаватт энергии, что более, чем в 10 раз превышает суммарную величину энергии, потребляемой всем человечеством на Земле.

Модель приливного разогрева недр в некоторой степени применима и к Европе, место которой в системе Юпитера также предполагает существование пульсирующих деформаций этого спутника. Средняя плотность Европы несколько меньше, чем средняя плотность Луны и составляет 2,97 г/см³. Эта величина связана с тем, что спутник примерно на 20% по массе состоит из водяного льда, образующего мощную (до 100 км) кору и частично расплавленную (водно-ледяную) мантию, и на 80% из силикатных пород, составляющих разогретое ядро. На поверхности Европы нет эруптивных центров и следов недавних выбросов. В то же время, практически нет и ударных кратеров — обнаружено всего лишь три образования размером больше 5 км, имеющих определенно экзогенное происхождение. На соседних Каллисто и Ганимеде плотность ударных кратеров во много раз выше и в отдельных местах приближается к плотности кратеров на Луне. Следовательно, процессы погребения ударных структур на Европе проходят довольно быстро, хотя и не столь бурно, как на Ио.

Свидетельством значительной активности недр служит, в частности, глобальная сеть тектонических разломов, покрывающая всю ледяную поверхность Европы. Трещины, имеющие ширину от 20 до 200 км, простираются на тысячи километров. Перепады высот на поверхности в среднем не превышают 100 м. Подобное отсутствие выраженных форм рельефа (поверхность Европы выглядит как покрытый льдом водоем), по-видимому, служит указанием на существование подповерхностного глобального океана жидкой воды. Его предполагаемая глубина может достигать 50 км, что делает Европу единственным, исключая Землю, телом Солнечной системы, где вода в жидком состоянии встречается в таком огромном объеме.

Другим доказательством движения вещества из недр спутника служит наличие в поверхностном слое примеси горных пород, относящихся, как было указано выше, к составу ядра. На рис. 13 представлены изображения Европы в видимых (левое) и инфракрасных (правое) лучах. Левое изображение составлено по снимкам, полученным во время пролета аппаратов «Вояджер». Правое, инфракрасное изображение получено летом 1996 г. космическим аппаратом «Галилео». Наиболее яркие области на этом изображении соответствуют материалу с большей теплоотдачей, то есть имеющему значительную примесь горных пород. Соответственно, на левом изображении эти области имеют низкое альбедо (т.е. отражательную способность поверхности) по сравнению с альбедо поверхности чисто ледяного состава. Наличие на поверхности вещества из ядра спутника служит общей характеристикой мощности внутренних процессов на Европе, которые способны обеспечить прорыв силикатного материала из глубины через 50-километровый слой водной мантии и 100-километровый слой ледяной коры.

Рис. 13.

Рис.13. Изображение Европы в видимых (слева) и инфракрасных (справа) лучах. Снимки составлены по результатам съемок космического аппарата «Галилео» (1996г. ).

Не менее, а возможно, еще более экзотическим и загадочным примером может служить вулканическая активность спутника Нептуна — Тритона. Для обозначения этих процессов пришлось ввести специальный экзотический термин — криовулканизм, т.е. вулканизм при низких температурах. Внешние проявления криовулканизма потрясают воображение: из поверхности, покрытой замерзшим азотом и имеющей температуру около 38 К, выбивается гейзер высотой около 8 км при толщине столба выброса от 20 м до 2 км. На снимках, сделанных космическим аппаратом «Вояджер-2» в 1989 г., были зафиксированы два действующих извержения. Выбросы развеивались ветром с востока на запад на значительное расстояние (более 100 км) и, осаждаясь на поверхность, оставляли следы в виде протяженных темных полос-шлейфов. По таким шлейфам в южной полярной области спутника было отождествлено еще около 50 ранее действовавших извержений.

Тритон имеет диаметр около 2700 км и его средняя плотность составляет 2,0 г/см³. По массе спутник состоит на 70% из силикатов и на 30% из льдов, в состав которых входят N₂, CO и CH₄. Для объяснения криовулканизма, наблюдаемого на Тритоне, предложено несколько механизмов, включая и описанный выше приливной разогрев. Предполагают также, что криовулканические процессы имеют приповерхностный источник энергии, когда при многослойной структуре верхних слоев льда в одном из слоев происходит аккумуляция слабого здесь солнечного тепла. Постепенно накапливаясь, внутреннее давление достигает уровня, достаточного для гигантского выброса. Какова природа криовулканизма в действительности, еще предстоит решить.

Жизнь в Солнечной системе

Проблема существования внеземной жизни на телах Солнечной системы остро интересует уже многие поколения не только профессионалов, но и многих жителей Земли. Прежде всего необходимо понять какие тела по условиям естественной среды могут претендовать на роль обители внеземной жизни. После того, как окончательно установилось мнение, что значительная часть кислорода в земной атмосфере (около 21%) является результатом деятельности биомассы, наличие кислорода в среде других тел стало одним из указаний на существование хотя бы примитивных форм живых организмов.

Летом 1995 г. с помощью спектрографа высокого разрешения, установленного на Космическом телескопе им. Хаббла, в ультрафиолетовой части спектра Европы были обнаружены детали, свойственные молекулярному кислороду. На этом основании был сделан вывод о наличии у Европы кислородной атмосферы, простирающейся до высот около 200 км. Конечно, общая масса этой газовой оболочки ничтожна. По оценкам, давление атмосферы у поверхности Европы составляет всего лишь 10^-11 от давления земной атмосферы. С большой вероятностью кислород на Европе имеет небиологическое происхождение. По-видимому, существует процесс испарения незначительного количества водяного льда, которым, как упоминалось выше, покрыта поверхность Европы. Вероятной причиной может быть, например, микрометеоритная бомбардировка с последующим разложением молекул водного пара и потерей более легкого водорода. При температуре поверхности Европы около 130 К тепловые скорости молекул кислорода не столь велики, чтобы привести к быстрой диссипации газа, а постоянная подпитка парами воды способствует сохранению постоянной, хотя и сильно разреженной, атмосферы юпитерианского спутника.

Озон, обнаруженный примерно в то же время и с той же аппаратурой на другом спутнике Юпитера — Ганимеде, скорее всего имеет аналогичное по природе происхождение. Общая масса озона в предполагаемой кислородной атмосфере Ганимеда составляет не более 10% массы этого газа, ежегодно теряемой над южным полюсом Земли в области антарктической озонной дыры.

Пример ледяных спутников Юпитера показывает, что существенным условием развития организмов является соответствующая температура среды. По этому признаку из всех крупных планет может быть выделен только Марс (рис. 14).

Рис. 14.

Рис.14. Снимки Марса, полученные Космическим телескопом им. Хаббла. На светлом фоне северной полярной шапки можно видеть зарождение и развитие пылевого вихря (темная деталь).

Температурный режим вблизи экватора этой планеты почти приближается к условиям полярных или высокогорных районов Земли. Давление марсианской атмосферы у поверхности почти такое же, как на высоте 30 км над Землей. Многочисленные структуры, напоминающие русла высохших рек или системы оврагов, возможно, говорят о существовании в прошлом открытых водоемов на поверхности планеты. Наконец, специфические формы выбросов вокруг некоторых ударных кратеров убедительно свидетельствуют в пользу существования криолитосферы, то есть довольно мощных подповерхностных слоев льда (рис. 15).

Рис. 15.

Рис.15. Область марсианской поверхности с ударными кратерами различного возраста. В области кратера с вытянутыми очертаниями видны характерные «наплывы», возникающие в случае, когда происходит ударное расплавление подповерхностных льдов.

Вывод о возможном существовании жизни на Марсе, как известно, далеко не нов и широко пропагандировался еще во времена Дж. Скаипарелли и П. Лоувелла. Но столь очевидное свидетельство, как окаменелые бактерии, появилось впервые.

Если посещение окрестностей Земли гипотетическими транснептуновыми телами пока требует дополнительного подтверждения, то обмен веществом между Луной и Землей, а также между Марсом и Землей является уже свершившимся фактом. Помимо образцов лунных пород, доставленных на Землю с поверхности Луны автоматическими станциями и космическими кораблями, насчитывается 15 фрагментов лунного вещества общей массой 2074 г., попавших на нашу планету естественным путем в виде метеоритов. Лунное происхождение их подтверждается тем, что по структурным, минералогическим, геохимическим и изотопным характеристикам данные метеориты идентичны хорошо изученным в земных лабораториях лунным породам. Невероятно, но факт.

Еще более невероятным выглядит присутствие на Земле 78,3 кг марсианского вещества также в виде отдельных осколков, выпавших на Землю. Некоторые из этих 12 метеоритов были найдены в разных частях земного шара еще в прошлом веке. По своим необычным характеристикам некоторые осколки — шерготтиты, наклиты и шассиньиты, получившие названия по местам первых находок, были отнесены к особой группе. В частности, все они имеют необычно поздний возраст кристаллизации — от 0,65 до 1,4 млрд. лет. Однако, настоящую известность эти космические пришельцы приобрели сравнительно недавно, когда было установлено, что типичный только для них изотопный состав редких газов с большой вероятностью указывает на их марсианское происхождение. Изотопные отношения являются очень стабильной характеристикой вещества и надежным указателем на его происхождение. А в августе 1996 г. достоянием научного мира стала сенсация, получившая небывало сильный общественный резонанс: Д. Мак-Кей с группой сотрудников Космического центра им. Джонсона объявил о наличии в одном из марсианских метеоритов окаменелых остатков древних микроорганизмов внеземного происхождения.

Метеорит ALH84001 весом 1930,9 г был найден в Антарктиде в 1984 г. По данным предварительных исследований сильное ударное воздействие этот фрагмент претерпел 16 млн. лет назад. По-видимому, эта временная отметка соответствует времени выброса камня за пределы Марса и началу его космического путешествия. В земную среду метеорит попал 13000 лет назад.

С помощью сканирующего электронного микроскопа удалось получить изображения внутренней структуры метеорита, на которых обнаружены детали характерной формы с размерами от 2х10^-6 до 10х10^-6 см. На рис. 16 показано изображение единичной окаменелости, а на рис. 17 — целой «колонии» древних марсианских бактерий.

Рис. 16

Рис.16. Изображение предполагаемой окаменелости марсианского микроорганизма, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа.

Рис. 17

Рис.17. Группа микроокаменелостей, обнаруженных внутри марсианского метеорита.

Для доказательства биологического происхождения обнаруженных реликтов исследователи выстроили целую систему сопутствующих аргументов. В частности, они обратили внимание, что все эти структуры располагаются внутри карбонатовых глобул (отложений карбонатов, окислов, сульфидов и сульфатов железа), возраст которых составляет 3,6 млрд. лет, то есть несомненно относится ко времени пребывания метеорита в марсианской среде. Кроме того, изотопный состав кислорода и углерода, образующих минералы глобул, однозначно соответствует изотопным характеристикам марсианских аналогов этих газов, определенных непосредственно на Марсе приборами космических аппаратов «Викинг» в 1976 г. Наконец, в земных условиях органические соединения, подобные тем, что обнаружены вокруг микроокаменелостей, являются продуктами жизнедеятельности и последующего разложения погибших древних бактерий. Обращающим на себя внимание отличием земных и марсианских бактерий являются их сравнительные размеры. Бактерии Земли в 100 — 1000 раз крупнее своих марсианских аналогов. Это обстоятельство является существенным с точки зрения микробиологии, поскольку в таком малом объеме не могут поместиться все клеточные механизмы, необходимые с земной точки зрения для нормальной жизнедеятельности, в частности, структура ДНК. Удовлетворительного объяснения этому не найдено и пока приходится довольствоваться тем соображением, что у древних марсианских бактерий могли быть свои понятия о нормальной жизнедеятельности.

Таким образом, в настоящий момент реально известная нам внеземная жизнь представлена лишь единственным свидетельством — окаменевшими реликтами бактерий с возрастом более 3 млрд. лет.

Планетные системы во Вселенной?

В данном случае речь не пойдет о проблеме существования жизни за пределами Солнечной системы. Вопрос подразумевает возможность существования планетных систем, подобных нашей, около других звезд. Конечно, общий интерес к происхождению и развитию жизни во Вселенной стимулирует поиски планет у других звезд. Но есть и другая сторона проблемы. Располагая лишь одним, к тому же плохо изученным примером — нашей Солнечной системой, нельзя в достаточной степени понять общие закономерности происхождения и эволюции планетных систем в целом, в том числе и нашей собственной.

Поиски планет рядом с другими звездами осложнены естественными обстоятельствами: необходимо обнаружить слабый несамосветящийся объект вблизи яркой звезды. Первые намеки на реальное существование пылевой материи вблизи звезд были получены с помощью инфракрасных наблюдений. Инфракрасный телескоп с высокой чувствительностью, установленный на спутнике «IRAS», обнаружил слабые избытки ИК-излучения у ряда звезд, которые можно было интерпретировать, как излучения протопланетных дисков.

Первое изображение облака околозвездной пыли удалось получить с помощью своеобразного «внезатменного коронографа» на 2,5-метровом телескопе ESO Б.Смиту и Р.Террилу в 1984 г. Размеры диска, окружающего звезду ? Живописца, оказались гораздо больше диаметра Солнечной системы — около 400 а. е.

Внеатмосферные наблюдения значительно расширили возможности поиска. Были получены изображения начальной стадии формирования планетных систем из газо-пылевых околозвездных туманностей. На рис. 18 приведено изображение небольшой части (поперечником всего лишь около 0,14 световых лет) туманности Ориона, полученное Космическим телескопом им. Хаббла в 1993 г. В поле зрения оказались пять молодых звезд, вокруг четырех из которых были обнаружены протопланетные диски. Яркими выглядят образования, которые расположены близко к родительской звезде. Если основная масса пылевой материи удалена на более значительное расстояние, протопланетный диск выглядит темным (в правой части снимка). Крупномасштабное изображение подобной структуры показано на рис. 19.

Рис. 18

Рис.18. Протопланетные диски, обнаруженные около молодых звезд в Туманности Ориона. Изображение получено Космическим телескопом им. Хаббла.

Рис. 19

Рис.19. Изображение одного из протопланетных дисков, полученное Космическим телескопом им. Хаббла.

Увидеть следующую стадию эволюции планетных систем — формирование отдельных планет пока еще сложно. Для обнаружения спутников звезд приходится использовать в основном косвенные методы. Можно измерить небольшие периодические изменения блеска родительской звезды, полагая, что в эти моменты она частично затеняется крупным спутником-планетой. Если удается уверенно измерить ничтожные вариации в скорости собственного движения звезды, это может служить указанием на ее движение вокруг общего с крупными планетами центра масс. Такие данные позволяют оценить параметры предполагаемых спутников.

В настоящее время насчитывается около десяти случаев обнаружения около звезд отдельных спутников, параметры которых удалось оценить. Но прямое изображение получено лишь в одном случае. На рис. 20 представлен снимок спутника, обращающегося вокруг красного карлика Gliese 229.

Рис.20. Снимок спутника звезды Gliese 229.
Изображение получено Космическим телескопом им. Хаббла.

Снимок сделан Космическим телескопом им. Хаббла в ноябре 1995 г. На снимке изображение самой звезды отсутствует. Светлый ореол в левой части кадра является лишь засветкой части площади приемника телескопа. Спутник звезды, обозначенный как Gliese 229 B, обращается на среднем расстоянии 44 а. е. Его масса оценивается в 20 — 60 масс Юпитера. Планетой назвать этот объект нельзя — он относится к коричневым карликам и, следовательно, более правильно было бы назвать его звездой-спутником. Но в то же время, коричневые карлики являются объектами, сформировавшимися тем же путем, что и звезды, но с малой массой, которая не может обеспечить нормальное протекание ядерных реакций в их недрах. Границей, разделяющей типичные звезды и коричневые карлики, считается масса, равная 75 — 80 массам Юпитера. В связи с этим возникла новая проблема. Часть обнаруженных объектов по массе предположительно больше, чем Юпитер, а где проходит граница между планетами — газовыми гигантами и коричневыми карликами пока достоверно не установлено, потому что в этом случае основным критерием является не масса объекта, а механизм его формирования. Расчетами установлено, что нижней границей массы тела, при которой работает механизм формирования именно звезды, а не газового гиганта, является величина, равная 10 — 20 массам Юпитера. Но более точных критериев, по которым можно было бы корректно отделить спутник-планету от спутника — коричневого карлика, пока нет. И можно ли говорить о наличии планетной системы, если у звезды обнаружен лишь один спутник?

Модельные расчеты и пример нашей собственной Солнечной системы показывают одно: признать существование планетной системы можно лишь в случае, когда звезда имеет больше двух спутников, заведомо не являющихся коричневыми карликами, то есть по массе существенно не превышающими Юпитер. Из известных в настоящее время систем этому условию отвечает лишь одна — спутниковая система пульсара PSR 1257+12 в созвездии Девы, отдаленном от нас на расстояние около 1000 световых лет. Три достоверно установленных спутника пульсара образуют систему, по размерам почти не превышающую орбиту Меркурия вокруг Солнца, с полуосями орбит соответственно: 0,19, 0,36 и 0,47 а.е. Периоды обращения спутников также близки к меркурианскому: 23, 66 и 95 земных суток. По массе ближайший к пульсару спутник предположительно равен Плутону. Средний спутник в 3 раза более массивен, чем Земля. Самый удаленный объект превышает по массе нашу планету в 1,6 раза. Таким образом, планетная система пульсара PSR 1257+12 — единственная достоверно известная в настоящее время — по природе центральной звезды (нейтронная звезда) и по характеристикам спутников резко отличается от нашей собственной и, следовательно, не может ничего сообщить о типичных механизмах формирования планет и спутников. Пока мы по-прежнему остаемся одинокими во Вселенной.

В качестве иллюстраций к статье использованы изображения астрономических объектов, переданные на Землю космическими аппаратами «Галилео», «Клементина» и Космическим телескопом им. Хаббла, и распространенные НАСА США по сети «Интернет». Автор выражает благодарность сотрудникам Университетской ассоциации по астрономическим исследованиям и НАСА, подготовившим упомянутые материалы.

Литература.

М.Я.Маров. Планеты Солнечной системы. М.: Наука, 1986.

В. Н.Жарков, В.П.Трубицин. Физика планетных недр. М.: Наука, 1980.

В.А.Бронштэн. Планеты и их наблюдения. М.: Наука, 1979.

Л.В.Ксанфомалити. Планеты, открытые заново. М.: Наука, 1978.

У. Кауфман. Планеты и луны. М.: Мир, 1982.

Ф.Л.Уипл. Семья Cолнца. М.: Мир, 1984.

Л.В.Ксанфомалити. Планета Венера. М.: Наука, 1985.

В.И.Мороз. Физика планеты Марс. М.: Наука, 1978.

В.В.Шевченко, Ж.Ф.Родионова. Глобус Марса — еще одна планета у вас на столе. М.: ГАИШ, 1993.

В.В.Шевченко. Современная селенография. М.: Наука, 1980.

В.В.Шевченко. Луна и ее наблюдение. М.: Наука, 1983.

Спутники планет. Сб. М.: Мир, 1980.

К.И.Чурюмов. Кометы и их наблюдение. М.: Наука, 1980.

А.Н.Симоненко. Астероиды. М.: Наука, 1985.

Г.Голдсмит, Т.Оуэн. Поиски жизни во Вселенной. М.: Мир, 1983.

Л.В.Ксанфомалити. Парад планет. М.: Наука..Физматлит, 1997.

Найден аналог Солнечной системы, «предсказавший» будущее Земли

Международная команда астрономов с помощью обсерватории Кека, расположенной на острове Маунакея на Гавайях, впервые за всю историю наблюдений обнаружила экзопланету, которой удалось успешно пережить гибель своей родительской звезды. Как говорят астрономы, изучение этого объекта поможет спрогнозировать будущее Земли в случае гибели Солнца.

Работа исследователей опубликована в журнале Nature, а краткий отчет о ней можно найти на сайте обсерватории Кека. В исследовании приняли участие астрономы из университетов Тасмании и Мэриленда, Центра космических полетов имени Годдарда и Парижского института астрофизики.

Сообщается, что открытая планета по своим характеристикам похожа на Юпитер и даже ее орбита подобна орбите Юпитера. Она вращается вокруг погибшей звезды — белого карлика, расположенного недалеко от центра нашей галактики Млечный Путь.

Как говорят астрономы, это первая официально подтвержденная планетная система, судьбу которой, по прогнозам, повторяет наша Солнечная система. Действующие модели предсказывают, что Солнце примерно через пять миллиардов лет подойдет к «концу своей жизни». В связи с этим гибель предрекают и Земле. Вновь открытая гигантская газовая планета, вращающаяся вокруг мертвой звезды, дает более детальное представление о возможных последствиях гибели нашего Солнца

«Это открытие подтверждает, что планеты, вращающиеся на достаточно большом расстоянии от своей звезды, могут продолжать существовать и после ее смерти, — говорит ведущий автор исследования Джошуа Блэкман из Университета Тасмании в Австралии. — Учитывая то, что эта система является аналогом нашей собственной Солнечной системы, открытие предполагает, что Юпитер и Сатурн могут пережить фазу красного гиганта, которым станет Солнце, когда у него закончится ядерное топливо, и оно самоуничтожится».

Однако будущее Земли может быть не таким радужным, потому что она расположена намного ближе к Солнцу. Так считает соавтор работы Дэвид Беннетт, старший научный сотрудник Центра космических полетов имени Годдарда.

«Если бы человечество захотело переместиться на спутник Юпитера или Сатурна до того, как Солнце сожжет Землю во время ее красной сверхгигантской фазы, мы все равно останемся на орбите вокруг Солнца, — говорит он. — И при этом мы очень долго не сможем рассчитывать на тепло от Солнца, поскольку оно станет белым карликом».

Эксперт объясняет, что белый карлик — это то, чем становятся после своей гибели звезды, подобные нашему Солнцу. Механизм давно известен и достаточно прост. У каждой звезды есть собственный цикл жизни. На завершающей стадии звезда сжигает весь запас водорода, который содержится в ее ядре. Из-за этого она заметно расширяется и превращается в так называемого красного гиганта.

На этой стадии звезда достигает своих наибольших размеров и светимости. Модели предсказывают, что в этот период Солнце попросту испепелит Землю. Общая продолжительность стадии красного гиганта составляет не более 10 процента срока жизни звезды, которая затем коллапсирует и сжимается до предела. Тем самым она переходит в новое состояние и становится белым карликом.

Моделирование показывает, что в случае с Солнцем белый карлик будет представлять собой оставшееся после сбрасывания оболочки горячее плотное ядро размером с Землю. По массе оно будет вдвое меньше нынешнего Солнца. Поскольку в таком состоянии звезда больше не будет иметь запасов ядерного топлива, она станет очень тусклой.

Ученые выяснили, когда прекратит свое существование Солнечная система

2020-12-13T16:38:00+03:00

2020-12-13T17:23:55+03:00

2020-12-13T16:38:00+03:00

2020

https://1prime. ru/telecommunications_and_technologies/20201213/832572703.html

Ученые выяснили, когда прекратит свое существование Солнечная система

Технологии

Новости

ru-RU

https://1prime.ru/docs/terms/terms_of_use.html

https://россиясегодня.рф

Астрономы из Калифорнийского университета узнали, когда Солнце поглотит планеты и уничтожит Солнечную систему. Результаты их исследования опубликовало издание The Astronomical… ПРАЙМ, 13.12.2020

наука, технологии, новости, солнечная система, планеты

https://cdnn.1prime.ru/images/83233/90/832339032.jpg

1920

1440

true

https://cdnn.1prime.ru/images/83233/90/832339032.jpg

https://cdnn.1prime.ru/images/83233/90/832339028.jpg

1920

1080

true

https://cdnn.1prime.ru/images/83233/90/832339028.jpg

https://cdnn.1prime.ru/images/83233/90/832339025.jpg

1920

1920

true

https://cdnn.1prime.ru/images/83233/90/832339025.jpg

https://1prime. ru/state_regulation/20201211/832563855.html

Агентство экономической информации ПРАЙМ

7 495 645-37-00

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://россиясегодня.рф/awards/

Агентство экономической информации ПРАЙМ

7 495 645-37-00

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://россиясегодня.рф/awards/

Агентство экономической информации ПРАЙМ

7 495 645-37-00

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://россиясегодня.рф/awards/

Агентство экономической информации ПРАЙМ

7 495 645-37-00

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://россиясегодня.рф/awards/

Агентство экономической информации ПРАЙМ

7 495 645-37-00

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://россиясегодня.рф/awards/

МОСКВА, 13 дек —  ПРАЙМ. Астрономы из Калифорнийского университета узнали, когда Солнце поглотит планеты и уничтожит Солнечную систему. Результаты их исследования опубликовало издание  The Astronomical Journal.

При помощи компьютерного моделирования американские ученые выяснили, что Солнечная система исчезнет через 100 миллиардов лет. Это намного меньше, чем упоминалось ранее.

Россия начала разработку ядерного буксира для полетов к Юпитеру и Венере

Согласно исследованию, сначала Солнце превратится в красного гиганта и поглотит близкие к себе планеты, в том числе и Землю. Затем она станет белым карликом и потеряет половину своей массы. Так, из-за этого орбиты планет-гигантов станут огромными и нестабильными. Это приведет к “расшатыванию” Солнечной системы. Сатурн и Юпитер в течение 30 миллиардов лет уйдут из Солнечной системы, а в остальные 100 миллиардов лет — и остальные планеты.

Отмечается, что международный коллектив ученых зарегистрировал нейтрино, которые появляются из-за термоядерных реакций CNO-цикла на Солнце. Такое открытие доказало существование данного источника энергии на ближайшей к Земле звезде.

Солнце — Исследование Солнечной системы НАСА

Наше Солнце — звезда возрастом 4,5 миллиарда лет — горячий светящийся шар из водорода и гелия в центре нашей Солнечной системы. Солнце находится примерно в 93 миллионах миль (150 миллионов километров) от Земли, и без его энергии жизнь, какой мы ее знаем, не могла бы существовать здесь, на нашей родной планете.

Солнце — самый большой объект в нашей Солнечной системе. Чтобы заполнить объем Солнца, потребуется 1,3 миллиона земных шаров. Его гравитация удерживает Солнечную систему вместе, удерживая все, от самых больших планет до мельчайших обломков на орбите вокруг нее.Самая горячая часть Солнца — это его ядро, где температура достигает 27 миллионов градусов по Фаренгейту (15 миллионов градусов по Цельсию). Активность Солнца, от его мощных извержений до постоянного потока заряженных частиц, которые оно испускает, влияет на природу космоса во всей Солнечной системе.

НАСА и другие международные космические агентства следят за Солнцем 24/7 с помощью флота космических кораблей, изучая все, от его атмосферы до поверхности, и даже заглядывая внутрь Солнца с помощью специальных инструментов.Космические аппараты для исследования Солнца включают Parker Solar Probe, Solar Orbiter, SOHO, ACE, IRIS, WIND, Hinode, Solar Dynamics Observatory и STEREO.

Идите дальше: исследуйте наше солнце в глубине ›

​

10 вещей, которые нужно знать о Солнце

1

Самый большой

Солнце примерно в 100 раз шире Земли и примерно в 10 раз шире Юпитера, самой большой планеты. Если бы Солнце было высотой с типичную входную дверь, Земля была бы размером с пятицентовую монету.

2

ЗВЕЗДНЫЙ АТТРАКЦИОН

Солнце — единственная звезда в нашей Солнечной системе. Это центр нашей Солнечной системы, и его гравитация удерживает Солнечную систему вместе. Все в нашей Солнечной системе вращается вокруг нее — планеты, астероиды, кометы и крошечные частицы космического мусора.

3

Воскресенье

Измерить «день» на Солнце сложно из-за того, как оно вращается. Он не вращается как единый цельный шар. Это потому, что поверхность Солнца не твердая, как земная.Вместо этого Солнце состоит из сверхгорячего электрически заряженного газа, называемого плазмой. Эта плазма вращается с разной скоростью в разных частях Солнца. На экваторе Солнце совершает один оборот за 25 земных суток. На своих полюсах Солнце делает один оборот вокруг своей оси за 36 земных дней.

4

Гуляя под лучами солнца

Часть Солнца, которую мы видим с Земли — часть, которую мы называем поверхностью , — это фотосфера. На самом деле у Солнца нет твердой поверхности, потому что это шар из плазмы.

5

Динамичная атмосфера

Над поверхностью Солнца находятся его тонкая хромосфера и огромная корона (корона). Здесь мы видим такие особенности, как солнечные протуберанцы, вспышки и корональные выбросы массы. Последние два — это гигантские взрывы энергии и частиц, которые могут достичь Земли.

6

Безлунный

У Солнца нет спутников, но вокруг него вращаются восемь планет, по меньшей мере пять карликовых планет, десятки тысяч астероидов и, возможно, три триллиона комет и ледяных тел.

7

Звездочеты

Несколько космических аппаратов в настоящее время исследуют Солнце, в том числе Parker Solar Probe, STEREO, Solar Orbiter, SOHO, Solar Dynamics Observatory, Hinode, IRIS и Wind.

8

Солнечная пыль

Солнце должно было быть окружено диском из газа и пыли в начале своей истории, когда Солнечная система только формировалась 4,6 миллиарда лет назад. Часть этой пыли все еще существует сегодня в нескольких пылевых кольцах, окружающих Солнце.Они отслеживают орбиты планет, гравитация которых притягивает пыль к Солнцу.

9

Источник жизни

Ничто не может жить на Солнце, но его энергия жизненно необходима для большей части жизни на Земле.

10

Горячая собственность

Температура в ядре Солнца составляет около 27 миллионов градусов по Фаренгейту (15 миллионов градусов по Цельсию) — достаточно для поддержания ядерного синтеза. Это создает внешнее давление, которое поддерживает гигантскую массу звезды, не давая ей разрушиться.

КОЛЬЦА СОЛНЕЧНОЙ ПЫЛИ

Поп-культура

Солнце вдохновляло нас с древних времен. Он занимает центральное место в мифологии и религии культур по всему миру, включая древних египтян, ацтеков Мексики, индейских племен Северной и Южной Америки, китайцев и многих других.

Бесчисленное количество музыкантов написали песни о Солнце. В 1969 году у «Битлз» был хит «Here Comes the Sun». Другие популярные песни, в которых упоминается Солнце, включают: «Walkin’ on the Sun» Smashmouth; «Ain’t No Sunshine» Билла Уизерса; «Прогулки по солнечному свету» Катрины и волн; «Pocketful of Sunshine» Наташи Бедингфилд; и «Впусти солнечный свет» группы Fifth Dimension.

Если вы Супермен или другой криптонианец, ваши силы усиливаются желтым свечением нашего Солнца, и вы даже можете избавляться от опасных материалов, как это делали Супермен и Супербой, швыряя их в Солнце.

В научно-фантастическом фильме 1990 года «Солнечный кризис» огромная солнечная вспышка вот-вот сожжет Землю. Предполагается, что астронавты используют бомбу, чтобы отклонить сигнальную ракету. В фильме 2007 года «Солнечный свет» Солнце умирает, погружая Землю в глубокий мороз. Чтобы спасти человечество, астронавты пытаются снова зажечь Солнце с помощью бомбы, но все идет не так, как планировалось.В фильме 2019 года «Блуждающая Земля» снова умирает Солнце, но на этот раз бомбы нет. Вместо этого люди строят гигантские ракетные двигатели, чтобы переместить Землю в новую звездную систему. (Как и у всех звезд, у Солнца в конце концов закончится энергия, но ученые не ожидают, что это произойдет в ближайшие 5 миллиардов лет или около того.)

Солнце для детей

Солнце — звезда. Во Вселенной много звезд, но Солнце — самая близкая к Земле и единственная в нашей Солнечной системе.Это центр нашей Солнечной системы.

Солнце — это раскаленный шар раскаленных газов. Он сохраняет нашу планету достаточно теплой для роста живых существ. Он дает нам свет, чтобы мы могли видеть.

Вокруг Солнца вращаются планеты: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Карликовые планеты Плутон, Церера, Макемаке, Хаумеа и Эрида также вращаются вокруг Солнца.

Посетите NASA Space Place, чтобы узнать больше интересных для детей фактов.

Подробнее

Подробно | Солнце — Исследование Солнечной системы НАСА

Солнце — 4.Желтый карлик возрастом 5 миллиардов лет — горячий светящийся шар из водорода и гелия — в центре нашей Солнечной системы. Это около 93 миллионов миль (150 миллионов километров) от Земли, и это единственная звезда нашей Солнечной системы. Без энергии Солнца жизнь, какой мы ее знаем, не могла бы существовать на нашей родной планете.

С нашей точки зрения на Земле Солнце может выглядеть как неизменный источник света и тепла в небе. Но Солнце — динамичная звезда, постоянно меняющаяся и посылающая энергию в космос.Наука об изучении Солнца и его влияния на всю Солнечную систему называется гелиофизикой.

Солнце — самый большой объект в нашей Солнечной системе. Его диаметр составляет около 865 000 миль (1,4 миллиона километров). Его гравитация удерживает Солнечную систему вместе, удерживая все, от самых больших планет до мельчайших обломков на орбите вокруг нее.

Несмотря на то, что Солнце является центром нашей Солнечной системы и имеет важное значение для нашего выживания, по своим размерам оно является лишь средней звездой.Были найдены звезды в 100 раз больше. И многие солнечные системы имеют более одной звезды. Изучая наше Солнце, ученые могут лучше понять работу далеких звезд.

Самая горячая часть Солнца — его ядро, где температура достигает 27 миллионов °F (15 миллионов °C). Та часть Солнца, которую мы называем его поверхностью — фотосфера — имеет относительно прохладную температуру 10 000 °F (5500 °C). В одной из самых больших загадок Солнца внешняя атмосфера Солнца, корона, становится тем горячее, чем дальше она простирается от поверхности.Температура короны достигает 3,5 миллионов °F (2 миллионов °C) — намного, намного горячее, чем фотосфера.

Тезка

Солнце было названо многими именами. Латинское слово для Солнца — «sol», которое является основным прилагательным для всего, что связано с Солнцем: солнечное. Гелиос, бог Солнца в древнегреческой мифологии, также дает свое имя многим терминам, связанным с Солнцем, таким как гелиосфера и гелиосейсмология.

Потенциал для жизни

Солнце не могло приютить жизнь в том виде, в каком мы его знаем, из-за его экстремальных температур и радиации. Однако жизнь на Земле возможна только благодаря солнечному свету и энергии.

Размер и расстояние

Наше Солнце — звезда среднего размера с радиусом около 435 000 миль (700 000 километров). Многие звезды намного крупнее, но Солнце гораздо массивнее нашей родной планеты: чтобы соответствовать массе Солнца, потребуется более 330 000 Земель, а для этого потребуется 1.3 миллиона земных шаров, чтобы заполнить объем Солнца.

Солнце находится на расстоянии около 93 миллионов миль (150 миллионов километров) от Земли. Его ближайший звездный сосед — тройная звездная система Альфа Центавра: красный карлик Проксима Центавра находится на расстоянии 4,24 световых года от нас, а Альфа Центавра A и B — две солнцеподобные звезды, вращающиеся вокруг друг друга, — на расстоянии 4,37 световых года. Световой год — это расстояние, которое свет проходит за один год, что равно примерно 6 триллионам миль (9,5 триллионов километров).

Орбита и вращение

Солнце расположено в галактике Млечный Путь в спиральном рукаве, называемом Отрог Ориона, который простирается наружу от рукава Стрельца.

Солнце вращается вокруг центра Млечного Пути, увлекая за собой планеты, астероиды, кометы и другие объекты в нашей Солнечной системе. Наша Солнечная система движется со средней скоростью 450 000 миль в час (720 000 километров в час). Но даже при такой скорости Солнцу требуется около 230 миллионов лет, чтобы совершить один полный оборот вокруг Млечного Пути.

Солнце вращается вокруг своей оси, вращаясь вокруг галактики. Его вращение имеет наклон в 7,25 градуса по отношению к плоскости орбит планет. Поскольку Солнце не твердое, разные его части вращаются с разной скоростью. На экваторе Солнце делает один оборот примерно каждые 25 земных дней, а на полюсах Солнце делает один оборот вокруг своей оси каждые 36 земных дней.

Луны

Как звезда, Солнце не имеет спутников, но планеты и их спутников вращаются вокруг Солнца.

Кольца

Солнце должно было быть окружено газопылевым диском в начале своей истории, когда Солнечная система только формировалась, около 4,6 миллиарда лет назад. Часть этой пыли все еще существует сегодня в нескольких пылевых кольцах, окружающих Солнце. Они отслеживают орбиты планет, гравитация которых притягивает пыль к Солнцу.

Формирование

Солнце образовалось около 4,6 миллиарда лет назад в гигантском вращающемся облаке газа и пыли, называемом солнечной туманностью.По мере того, как туманность разрушалась под действием собственной гравитации, она вращалась быстрее и сплющивалась в диск. Большая часть материала туманности была притянута к центру, чтобы сформировать наше Солнце, на долю которого приходится 99,8% массы нашей Солнечной системы. Большая часть оставшегося материала сформировала планеты и другие объекты, которые сейчас вращаются вокруг Солнца. (Остальные остатки газа и пыли были унесены ранним солнечным ветром молодого Солнца. )

Как и у всех звезд, у нашего Солнца рано или поздно закончится энергия. Когда оно начнет умирать, Солнце расширится до красного гиганта и станет настолько большим, что поглотит Меркурий и Венеру, а возможно, и Землю.Ученые предсказывают, что Солнце прошло чуть меньше половины своего жизненного цикла и просуществует еще 5 миллиардов лет или около того, прежде чем станет белым карликом.

Структура

Структура

Солнце представляет собой огромный шар из водорода и гелия, удерживаемых вместе собственной гравитацией.

Солнце имеет несколько областей. Внутренние области включают ядро, зону излучения и зону конвекции.Двигаясь наружу — следующая видимая поверхность или фотосфера, затем хромосфера, за ней переходная зона, а затем корона — обширная внешняя атмосфера Солнца.

Когда материал покидает корону со сверхзвуковой скоростью, он становится солнечным ветром, который образует вокруг Солнца огромный магнитный «пузырь», называемый гелиосферой. Гелиосфера простирается за орбиту планет нашей Солнечной системы. Таким образом, Земля существует внутри атмосферы Солнца. За пределами гелиосферы находится межзвездное пространство.

Ядро — самая горячая часть Солнца. Ядерные реакции здесь, когда водород превращается в гелий, питают солнечное тепло и свет. Температура достигает 27 миллионов ° F (15 миллионов ° C), а его толщина составляет около 86 000 миль (138 000 километров). Плотность ядра Солнца составляет около 150 граммов на кубический сантиметр (г/см³). Это примерно в 8 раз больше плотности золота (19,3 г/см³) или в 13 раз больше плотности свинца (11,3 г/см³).

Энергия из ядра выносится излучением.Это излучение отражается вокруг радиационной зоны, и ему требуется около 170 000 лет, чтобы добраться от ядра до вершины конвекционной зоны. Двигаясь наружу, в зоне конвекции, температура падает ниже 3,5 миллионов ° F (2 миллиона ° C). Здесь большие пузыри горячей плазмы (суп из ионизированных атомов) движутся вверх к фотосфере, которую мы считаем поверхностью Солнца.

Поверхность

У Солнца нет твердой поверхности, как у Земли и других каменистых планет и лун.Часть Солнца, обычно называемая его поверхностью, называется фотосферой. Слово «фотосфера» означает «световая сфера», что вполне уместно, поскольку именно этот слой излучает наиболее видимый свет. Это то, что мы видим с Земли своими глазами. (Надеюсь, это само собой разумеется — но никогда не смотрите прямо на Солнце, не защитив глаза.)

Хотя мы называем это поверхностью, фотосфера на самом деле является первым слоем солнечной атмосферы. Его толщина составляет около 250 миль , а температура достигает около 10 000 градусов по Фаренгейту (5 500 градусов по Цельсию).Это намного холоднее, чем пылающее ядро, но все еще достаточно горячо, чтобы заставить углерод, такой как алмазы и графит, не просто плавиться, а кипеть. Большая часть солнечной радиации уходит из фотосферы в космос.

Атмосфера

Над фотосферой находится хромосфера, переходная зона и корона. Не все ученые называют переходную зону отдельной областью — это просто тонкий слой, где хромосфера быстро нагревается и становится короной.Фотосфера, хромосфера и корона являются частью атмосферы Солнца. (Иногда корону небрежно называют «атмосферой Солнца», но на самом деле это верхняя атмосфера Солнца.)

В атмосфере Солнца мы видим такие особенности, как солнечные пятна, корональные дыры и солнечные вспышки.

Видимый свет от этих верхних областей Солнца обычно слишком слаб, чтобы его можно было увидеть на фоне более яркой фотосферы, но во время полных солнечных затмений, когда Луна закрывает фотосферу, хромосфера выглядит как тонкий красный ободок вокруг Солнца, в то время как корона образует красивую белую корону («корона» означает корону на латыни и испанском языке) с плазменными полосами, сужающимися наружу, образуя формы, похожие на лепестки цветов.

В одной из самых больших загадок Солнца корона намного горячее, чем слои непосредственно под ней. (Представьте себе, что уходит от костра только для того, чтобы согреться. ) Источник нагрева короны — главная нерешенная загадка в изучении Солнца.

Магнитосфера

Солнце генерирует магнитные поля, которые распространяются в космос, образуя межпланетное магнитное поле — магнитное поле, которое пронизывает нашу Солнечную систему. Поле переносится через Солнечную систему солнечным ветром — потоком электрически заряженного газа, дующим от Солнца во всех направлениях.Огромный пузырь пространства, в котором преобладает магнитное поле Солнца, называется гелиосферой. Поскольку Солнце вращается, магнитное поле закручивается в большую вращающуюся спираль, известную как спираль Паркера. Эта спираль имеет форму, похожую на узор воды из вращающегося садового полива.

Солнце не всегда ведет себя одинаково. Он проходит фазы высокой и низкой активности, составляющие солнечный цикл. Примерно каждые 11 лет географические полюса Солнца меняют свою магнитную полярность, то есть северный и южный магнитные полюса меняются местами.Во время этого цикла фотосфера, хромосфера и корона Солнца меняются от тихих и спокойных до бурно активных.

Высота цикла солнечной активности, известная как солнечный максимум, является временем значительного увеличения активности солнечных бурь. Солнечные пятна, извержения, называемые солнечными вспышками, и корональные выбросы массы обычны во время солнечного максимума. Последний солнечный цикл — 25-й солнечный цикл — начался в декабре 2019 года, когда произошел солнечный минимум, по данным Группы прогнозов 25-го солнечного цикла, международной группы экспертов, спонсируемой НАСА и NOAA.Теперь ученые ожидают, что активность Солнца возрастет до следующего прогнозируемого максимума в июле 2025 года.

Солнечная активность может высвободить огромное количество энергии и частиц, некоторые из которых воздействуют на нас здесь, на Земле. Как и погода на Земле, условия в космосе, известные как космическая погода, всегда меняются в зависимости от активности Солнца. «Космическая погода» может мешать спутникам, GPS и радиосвязи. Он также может вывести из строя энергосистемы и вызвать коррозию трубопроводов, по которым транспортируются нефть и газ.

Самая сильная геомагнитная буря за всю историю наблюдений — событие Кэррингтона, названное в честь британского астронома Ричарда Кэррингтона, наблюдавшего сентябрьскую бурю.1 августа 1859 года произошла солнечная вспышка, вызвавшая это событие. Телеграфные системы по всему миру вышли из строя. Искровые разряды поражали телеграфистов и поджигали их телеграфную бумагу. Незадолго до рассвета следующего дня небо над Землей вспыхнуло красными, зелеными и пурпурными полярными сияниями — результатом взаимодействия энергии и частиц Солнца с атмосферой Земли. По сообщениям, полярные сияния были настолько яркими, что газеты можно было читать так же легко, как и при дневном свете. Полярные сияния, или северное сияние, были видны на юге вплоть до Кубы, Багамских островов, Ямайки, Сальвадора и Гавайев.

Еще одна солнечная вспышка 13 марта 1989 года вызвала геомагнитные бури, которые нарушили передачу электроэнергии с электростанции Hydro Québec в Канаде, погрузив 6 миллионов человек во тьму на 9 часов. Вспышка 1989 года также вызвала скачки напряжения, расплавившие силовые трансформаторы в Нью-Джерси.

В декабре 2005 года рентгеновские лучи солнечной бури нарушили связь спутник-земля и навигационные сигналы Глобальной системы позиционирования (GPS) примерно на 10 минут.

Центр прогнозирования космической погоды NOAA отслеживает активные области на Солнце и выпускает часы, предупреждения и предупреждения об опасных явлениях космической погоды.

Ресурсы

Информация и факты о Солнце

По сравнению с миллиардами других звезд во Вселенной Солнце ничем не примечательно. Но для Земли и других планет, которые вращаются вокруг нее, Солнце является мощным центром внимания. Он удерживает Солнечную систему вместе; обеспечивает Землю живительным светом, теплом и энергией; и генерирует космическую погоду.

Характеристики солнца

Солнце находится примерно в 26 000 световых годах от центра Млечного Пути, в отростке нашей родной галактики, известной как Рукав Ориона. Каждые 230 миллионов лет Солнце и Солнечная система, которую оно несет с собой, совершают один оборот вокруг центра Млечного Пути. Хотя мы этого не чувствуем, Солнце движется по своей орбите со средней скоростью 450 000 миль в час.

Солнце образовалось более 4,5 миллиардов лет назад, когда облако пыли и газа, называемое туманностью, разрушилось под действием собственной гравитации. При этом облако закрутилось и сплющилось в диск, в центре которого образовалось наше солнце. Окраина диска позднее влилась в нашу Солнечную систему, включая Землю и другие планеты.Ученым даже удалось увидеть эти диски рождения планет вокруг дальних молодых родственников нашего Солнца.

Наша родная звезда — желтый карлик среднего размера, довольно распространенный в нашей галактике. Однако ярлык «желтый» вводит в заблуждение, поскольку наше солнце горит ярко-белым. На Земле солнце может приобретать более теплые оттенки, особенно на восходе или закате, потому что атмосфера нашей планеты больше всего рассеивает синий и зеленый свет.

С нашей точки зрения, слово «карлик» может быть и не лучшим словом для нашего солнца.При ширине около 864 000 миль (1,4 миллиона километров) Солнце в 109 раз шире Земли и составляет более 99,8 процента общей массы Солнечной системы. Если бы это был полый шар, внутри него могло бы поместиться более миллиона Земель. Но солнце не полое: оно наполнено палящими газами и скоплением электрически заряженных частиц, называемых плазмой. Температура поверхности Солнца составляет около 10 000 градусов по Фаренгейту (5 500 градусов по Цельсию), а в ядре — 27 миллионов градусов по Фаренгейту (15,5 миллиона по Цельсию).

Глубоко в ядре Солнца ядерный синтез превращает водород в гелий, который генерирует энергию. Частицы света, называемые фотонами, переносят эту энергию через сферическую оболочку, называемую зоной излучения, в верхний слой недр Солнца, зону конвекции. Там горячая плазма поднимается и опускается, как ил в лавовой лампе, которая передает энергию поверхности Солнца, называемой фотосферой.

Фотону может потребоваться 170 000 лет, чтобы завершить свой путь от Солнца, но как только он выходит, он мчится сквозь пространство со скоростью более 186 000 миль в секунду.Солнечные фотоны достигают Земли примерно через восемь минут после того, как они высвобождаются из недр Солнца, преодолевая в среднем 93 миллиона миль, чтобы попасть сюда — расстояние, определяемое как одна астрономическая единица (а.е.).

За фотосферой Солнца находится атмосфера, состоящая из хромосферы и солнечной короны. Хромосфера выглядит как красноватое свечение, окаймляющее солнце, а огромные белые отростки короны простираются на миллионы миль в длину. Хромосфера и корона также излучают видимый свет, но на поверхности Земли их можно увидеть только во время полного солнечного затмения, когда Луна проходит между Землей и Солнцем.

Корона нагревается намного сильнее, чем фотосфера, достигая температуры более миллиона градусов по Фаренгейту. Как корона становится такой горячей, остается научной загадкой, и отчасти поэтому НАСА запустило свой солнечный зонд Parker, самый быстрый космический корабль из когда-либо построенных и первый, когда-либо отправленный в корону. (Подробнее о космическом корабле, который «коснется Солнца».)

Солнечный ветер и вспышки

Помимо света, Солнце излучает тепло и постоянный поток заряженных частиц, известный как солнечный ветер.Ветер дует со скоростью около 280 миль (450 километров) в секунду по всей Солнечной системе, расширяя магнитное поле Солнца более чем на 10 миллиардов миль. За пределами этого расстояния солнечный ветер уступает место более холодному и плотному материалу, дрейфующему между звездами, образуя границу, называемую гелиопаузой. Пока только два космических корабля — «Вояджер-1» и «Вояджер-2» — преодолели этот космический порог, определяющий начало межзвездного пространства.

Время от времени скопление частиц вырывается из Солнца в виде солнечной вспышки, которая может нарушить спутниковую связь и отключить электроэнергию на Земле.Вспышки обычно происходят из-за активности солнечных пятен, холодных областей фотосферы, которые образуются и рассеиваются по мере смещения внутреннего магнитного поля Солнца. Солнечные вспышки и солнечные пятна подчиняются регулярному циклу, их количество увеличивается и уменьшается каждые 11 лет, когда полюса магнитного поля Солнца меняются взад и вперед.

Иногда Солнце также запускает огромные пузыри намагниченных частиц из своей короны в событиях, называемых корональными выбросами массы (CME). Некоторые КВМ могут достигать размеров самого Солнца и выбрасывать в заданном направлении до миллиарда тонн материала.Когда они устремляются от солнца, CME могут посылать огромные ударные волны через солнечный ветер. Если CME столкнется с Землей, его частицы могут накопить достаточно энергии, чтобы поджарить электронику на орбите и на поверхности Земли.

Как и многие источники энергии, солнце не вечно. Он уже израсходовал почти половину водорода в своем ядре. Солнце будет продолжать сжигать водород еще около пяти миллиардов лет, а затем его основным топливом станет гелий. В этот момент Солнце расширится примерно в сто раз по сравнению с нынешним размером, поглотив Меркурий и Венеру, а может быть, и Землю. Она будет гореть как красный гигант еще миллиард лет, а затем превратится в белого карлика.

Солнце | Национальное географическое общество

Солнце — обычная звезда, одна из примерно 100 миллиардов в нашей галактике Млечный Путь. Солнце оказывает чрезвычайно важное влияние на нашу планету: оно управляет погодой, океанскими течениями, временами года и климатом, а также делает возможной жизнь растений благодаря фотосинтезу. Без солнечного тепла и света жизнь на Земле не существовала бы.

Около 4,5 миллиардов лет назад Солнце начало формироваться из молекулярного облака , которое в основном состояло из водорода и гелия. Близлежащая сверхновая испустила ударную волну, которая соприкоснулась с молекулярным облаком и активировала его. Молекулярное облако начало сжиматься, и некоторые области газа схлопнулись под действием собственного гравитационного притяжения. Когда одна из этих областей разрушилась, она также начала вращаться и нагреваться от увеличивающегося давления. Большая часть водорода и гелия осталась в центре этой горячей вращающейся массы.В конце концов, газы достаточно нагрелись, чтобы начать ядерный синтез, и превратились в солнце в нашей Солнечной системе.

Другие части молекулярного облака остыли в диск вокруг совершенно нового солнца и стали планетами, астероидами, кометами и другими телами в нашей Солнечной системе.

Солнце находится на расстоянии около 150 миллионов километров (93 миллиона миль) от Земли. Это расстояние, называемое астрономической единицей (а.е.), является стандартной мерой расстояния для астрономов и астрофизиков.

AU можно измерить со скоростью света или временем, которое требуется фотону света, чтобы добраться от Солнца до Земли.Солнечному свету требуется около восьми минут и 19 секунд, чтобы достичь Земли.

Радиус солнца, или расстояние от самого центра до внешних границ, составляет около 700 000 километров (432 000 миль). Это расстояние примерно в 109 раз больше радиуса Земли. Солнце не только имеет гораздо больший радиус, чем Земля, но и намного массивнее. Масса Солнца более чем в 333 000 раз больше массы Земли и содержит около 99,8% всей массы Солнечной системы!

Состав

Солнце состоит из пылающей комбинации газов.Эти газы фактически находятся в форме плазмы. Плазма – это состояние вещества, похожее на газ, но с большей частью ионизированных частиц. Это означает, что частицы имеют увеличенное или уменьшенное число электронов.

Около трех четвертей Солнца состоит из водорода, который постоянно сплавляется и образует гелий в процессе, называемом ядерным синтезом. Гелий составляет почти всю оставшуюся четверть. Очень небольшой процент (1,69 процента) солнечной массы составляют другие газы и металлы: железо, никель, кислород, кремний, сера, магний, углерод, неон, кальций и хром.69 процентов могут показаться незначительными, но его масса все равно в 5628 раз превышает массу Земли.

Солнце не является твердой массой. У него нет легко определяемых границ, как у скалистых планет, таких как Земля. Вместо этого Солнце состоит из слоев, почти полностью состоящих из водорода и гелия. Эти газы выполняют разные функции в каждом слое, и слои Солнца измеряются их процентом от общего радиуса Солнца.

Солнце пронизано и частично контролируется магнитным полем.Магнитное поле определяется комбинацией трех сложных механизмов: круговой электрический ток, проходящий через солнце, слои солнца, вращающиеся с разной скоростью, и способность солнца проводить электричество. Вблизи экватора Солнца силовые линии магнитного поля образуют небольшие петли у поверхности. Линии магнитного поля, проходящие через полюса, простираются гораздо дальше, на тысячи километров, прежде чем вернуться к противоположному полюсу.

Солнце вращается вокруг своей оси, как Земля.Солнце вращается против часовой стрелки, и ему требуется от 25 до 35 дней, чтобы совершить один оборот.

Солнце обращается по часовой стрелке вокруг центра Млечного Пути. Его орбита находится на расстоянии от 24 000 до 26 000 световых лет от галактического центра. Солнцу требуется от 225 до 250 миллионов лет, чтобы совершить один оборот вокруг галактического центра.

Электромагнитное излучение

Солнечная энергия распространяется на Землю со скоростью света в виде электромагнитного излучения (ЭМИ).

Электромагнитный спектр существует в виде волн различной частоты и длины волны.

Частота волны показывает, сколько раз волна повторяется за определенную единицу времени. Волны с очень короткими длинами волн повторяются несколько раз в данную единицу времени, поэтому они являются высокочастотными. Напротив, низкочастотные волны имеют гораздо большую длину волны.

Подавляющее большинство электромагнитных волн, исходящих от солнца, невидимы для нас. Наиболее высокочастотными волнами, излучаемыми солнцем, являются гамма-лучи, рентгеновские лучи и ультрафиолетовое излучение (УФ-лучи).Наиболее вредные ультрафиолетовые лучи почти полностью поглощаются атмосферой Земли. Менее мощные УФ-лучи проходят через атмосферу и могут вызывать солнечные ожоги.

Солнце также излучает инфракрасное излучение, волны которого имеют гораздо более низкую частоту. Большая часть солнечного тепла поступает в виде инфракрасной энергии.

Между инфракрасным и ультрафиолетовым диапазоном находится видимый спектр, который содержит все цвета, которые мы, люди, можем видеть. Красный цвет имеет самые длинные волны (наиболее близкие к инфракрасному), а фиолетовый (наиболее близкие к ультрафиолетовому) — самые короткие.

Само солнце белое, а это значит, что оно содержит все цвета видимого спектра. Солнце кажется оранжево-желтым, потому что испускаемый им синий свет имеет более короткую длину волны и рассеивается в атмосфере — тот же самый процесс делает небо голубым.

Астрономы, однако, называют Солнце «желтым карликом», потому что его цвета попадают в желто-зеленую часть электромагнитного спектра.

Эволюция Солнца

Солнце, хотя и поддерживает всю жизнь на нашей планете, не будет сиять вечно. Солнце существует уже около 4,5 миллиардов лет.

Процесс ядерного синтеза, который создает тепло и свет, которые делают возможной жизнь на нашей планете, также является процессом, который медленно изменяет состав Солнца. Благодаря ядерному синтезу Солнце постоянно расходует водород в своем ядре: каждую секунду Солнце превращает около 620 миллионов метрических тонн водорода в гелий.

На данном этапе жизни Солнца его ядро ​​примерно на 74% состоит из водорода. В течение следующих пяти миллиардов лет Солнце сожжет большую часть своего водорода, и гелий станет его основным источником топлива.

За эти пять миллиардов лет Солнце превратится из «желтого карлика» в «красного гиганта». Когда почти весь водород в солнечном ядре будет израсходован, ядро ​​сожмется и нагреется, увеличивая количество происходящего ядерного синтеза. Внешние слои солнца будут расширяться от этой дополнительной энергии.

Солнце увеличится примерно в 200 раз по сравнению с текущим радиусом, поглотив Меркурий и Венеру.

Астрофизики спорят о том, расширится ли орбита Земли за пределы досягаемости Солнца или наша планета тоже будет поглощена Солнцем.

Когда солнце расширяется, оно распространяет свою энергию на большую площадь поверхности, что оказывает общее охлаждающее воздействие на звезду. Это охлаждение изменит видимый свет Солнца на красноватый цвет — красный гигант.

В конце концов, солнечное ядро ​​достигает температуры около 100 миллионов по шкале Кельвина (почти 100 миллионов градусов по Цельсию или 180 миллионов градусов по Фаренгейту), общепринятой научной шкале для измерения температуры. Когда он достигнет этой температуры, гелий начнет плавиться, образуя углерод, гораздо более тяжелый элемент.Это вызовет интенсивный солнечный ветер и другую солнечную активность, которая в конечном итоге сбросит все внешние слои Солнца. Фаза красных гигантов закончится. Останется только углеродное ядро ​​Солнца, и как «белый карлик» оно не будет создавать или излучать энергию.

Структура Солнца

Солнце состоит из шести слоев: ядра, радиационной зоны, конвективной зоны, фотосферы, хромосферы и короны.

Ядро

Солнечное ядро ​​ , более чем в тысячу раз больше Земли и более чем в 10 раз плотнее свинца, представляет собой огромную печь.Температура в ядре превышает 15,7 миллиона кельвинов (также 15,7 миллиона градусов по Цельсию или 28 миллионов градусов по Фаренгейту). Ядро простирается примерно на 25% радиуса Солнца.

Ядро — единственное место, где могут происходить реакции ядерного синтеза. Другие слои Солнца нагреваются от вырабатываемой там ядерной энергии. Протоны атомов водорода яростно сталкиваются и сливаются или соединяются вместе, образуя атом гелия.

Этот процесс, известный как цепная реакция PP (протон-протон), испускает огромное количество энергии.Энергия, выделяемая в течение одной секунды солнечного синтеза, намного больше, чем энергия, выделяемая при взрыве сотен тысяч водородных бомб.

Во время ядерного синтеза в ядре выделяются два вида энергии: фотоны и нейтрино. Эти частицы несут и излучают свет, тепло и энергию солнца. Фотоны — мельчайшие частицы света и других форм электромагнитного излучения. Нейтрино сложнее обнаружить, и на их долю приходится всего около двух процентов от общей энергии Солнца.Солнце постоянно излучает как фотоны, так и нейтрино во всех направлениях.

Зона излучения

Зона излучения Солнца начинается примерно с 25 процентов радиуса и простирается примерно до 70 процентов радиуса. В этой широкой зоне тепло от ядра резко остывает, с семи миллионов К до двух миллионов К.

В зоне излучения энергия передается в процессе, называемом тепловым излучением. Во время этого процесса фотоны, испущенные в ядре, проходят небольшое расстояние, поглощаются соседним ионом, высвобождаются этим ионом и снова поглощаются другим.Один фотон может продолжать этот процесс почти 200 000 лет!

Переходная зона: тахоклин

Между радиационной зоной и следующим слоем, конвективной зоной, находится переходная зона, называемая тахоклином. Эта область создана в результате дифференциального вращения Солнца.

Дифференциальное вращение происходит, когда разные части объекта вращаются с разной скоростью. Солнце состоит из газов, протекающих в разных слоях и на разных широтах по-разному.Например, экватор Солнца вращается намного быстрее, чем его полюса.

Скорость вращения солнца быстро меняется в тахоклине.

Конвективная зона

Примерно на 70% солнечного радиуса начинается конвективная зона. В этой зоне солнечная температура недостаточно высока для передачи энергии тепловым излучением. Вместо этого он передает тепло за счет тепловой конвекции через тепловые колонны.

Подобно воде, кипящей в горшке, или горячему воску в лавовой лампе, газы глубоко в конвективной зоне Солнца нагреваются и «кипятят» наружу, вдали от ядра Солнца, через тепловые столбы.Когда газы достигают внешних границ конвективной зоны, они остывают и погружаются обратно к основанию конвективной зоны, чтобы снова нагреться.

Фотосфера

Фотосфера – это ярко-желтая видимая «поверхность» Солнца. Толщина фотосферы составляет около 400 километров (250 миль), а температура достигает около 6000 К (5700 ° C, 10 300 ° F).

В фотосфере видны тепловые столбы зоны конвекции, пузырящиеся, как кипящая овсянка.В мощные телескопы вершины колонн выглядят как гранулы, скопившиеся на солнце. Каждая гранула имеет яркий центр, представляющий собой горячий газ, поднимающийся по тепловому столбу. Темные края гранул — это холодный газ, спускающийся обратно по колонне на дно конвективной зоны.

Хотя вершины термальных столбов выглядят как маленькие гранулы, их диаметр обычно превышает 1000 километров (621 милю). Большинство тепловых столбцов существуют от восьми до 20 минут, прежде чем они растворяются и образуют новые столбцы.Существуют также «супергранулы», которые могут иметь диаметр до 30 000 километров (18 641 милю) и сохраняться до 24 часов.

Солнечные пятна, солнечные вспышки и солнечные протуберанцы формируются в фотосфере, хотя и являются результатом процессов и нарушений в других слоях Солнца.  

Фотосфера: солнечные пятна

Солнечное пятно — это именно то, на что это похоже, — темное пятно на Солнце. Солнечное пятно образуется, когда интенсивная магнитная активность в конвективной зоне разрывает тепловой столб.В верхней части разорванной колонны (видимой в фотосфере) температура временно понижена, потому что до нее не доходят горячие газы.

Фотосфера: Солнечные вспышки

Процесс образования солнечных пятен открывает связь между короной (самым внешним слоем солнца) и его внутренней частью. Солнечная материя выбрасывается из этого отверстия в образованиях, называемых солнечными вспышками. Эти взрывы являются массовыми: в течение нескольких минут солнечные вспышки высвобождают эквивалент примерно 160 миллиардов мегатонн в тротиловом эквиваленте, или примерно шестую часть всей энергии, выделяемой Солнцем за одну секунду.

Облака ионов, атомов и электронов вырываются из солнечных вспышек и достигают Земли примерно через два дня. Солнечные вспышки и солнечные протуберанцы способствуют космической погоде, которая может вызвать возмущения в атмосфере и магнитном поле Земли, а также нарушить работу спутниковых и телекоммуникационных систем.  

Фотосфера: Корональные выбросы массы

Корональные выбросы массы (КВМ) — это еще один тип солнечной активности, вызванный постоянным движением и возмущениями в магнитном поле Солнца.CME обычно образуются вблизи активных областей солнечных пятен, корреляция между ними не доказана. Причина CME все еще изучается, и предполагается, что нарушения в фотосфере или короне приводят к этим сильным солнечным взрывам.

Фотосфера: солнечный протуберанец

Солнечные протуберанцы представляют собой яркие петли солнечного вещества. Они могут врываться далеко в корональный слой Солнца, расширяясь на сотни километров в секунду. Эти изогнутые и скрученные элементы могут достигать сотен тысяч километров в высоту и ширину и сохраняться от нескольких дней до нескольких месяцев.

Солнечные протуберанцы холоднее, чем корона, и выглядят как более темные нити на фоне солнца. По этой причине они также известны как нити.

Фотосфера: солнечный цикл

Солнце не постоянно испускает солнечные пятна и солнечные выбросы; он проходит через цикл около 11 лет. Во время этого солнечного цикла меняется частота солнечных вспышек. Во время солнечных максимумов может быть несколько вспышек в сутки. Во время солнечных минимумов их может быть меньше одного в неделю.

Солнечный цикл определяется магнитными полями Солнца, которые вращаются вокруг Солнца и соединяются на двух полюсах. Каждые 11 лет магнитные поля меняются местами, вызывая нарушение, которое приводит к солнечной активности и солнечным пятнам.

Солнечный цикл может влиять на климат Земли. Например, ультрафиолетовый свет Солнца расщепляет кислород в стратосфере и укрепляет защитный озоновый слой Земли. Во время солнечного минимума ультрафиолетовых лучей мало, а это означает, что озоновый слой Земли временно истончен. Это позволяет большему количеству ультрафиолетовых лучей проникать в атмосферу Земли и нагревать ее.

Солнечная атмосфера

Солнечная атмосфера — самая горячая область Солнца. Он состоит из хромосферы, короны и переходной зоны, называемой солнечной переходной областью, которая соединяет их.

Солнечная атмосфера затемнена ярким светом, излучаемым фотосферой, и ее редко можно увидеть без специальных приборов. Только во время солнечных затмений, когда Луна движется между Землей и Солнцем и скрывает фотосферу, эти слои можно увидеть невооруженным глазом.  

Хромосфера

Розовато-красная хромосфера имеет толщину около 2000 километров (1250 миль) и пронизана струями горячего газа.

В нижней части хромосферы, там, где она встречается с фотосферой, температура Солнца самая холодная, около 4400 К (4100°C, 7500°F). Эта низкая температура придает хромосфере розовый цвет. Температура в хромосфере увеличивается с высотой и достигает 25 000 К (25 000 ° C, 45 000 ° F) на внешней границе области.

Хромосфера испускает струи горящих газов, называемых спикулами, похожие на солнечные вспышки. Эти огненные струйки газа тянутся из хромосферы, как длинные пылающие пальцы; обычно они имеют диаметр около 500 километров (310 миль). Спикулы существуют всего около 15 минут, но могут достигать тысячи километров в высоту, прежде чем разрушиться и раствориться.

Область солнечного перехода

Область солнечного перехода (STR) отделяет хромосферу от короны.

Ниже STR слои солнца контролируются и остаются отдельными из-за гравитации, давления газа и различных процессов обмена энергией. Выше STR движение и форма слоев гораздо более динамичны. В них преобладают магнитные силы. Эти магнитные силы могут привести в действие солнечные явления, такие как корональные петли и солнечный ветер.

Состояние гелия в этих двух регионах также имеет отличия. Ниже STR гелий частично ионизирован. Это означает, что он потерял электрон, но еще остался.В районе СТО гелий поглощает немного больше тепла и теряет свой последний электрон. Его температура достигает почти одного миллиона К (один миллион ° C, 1,8 миллиона ° F).

Корона

Корона – это тонкий внешний слой солнечной атмосферы, который может простираться на миллионы километров в космос. Газы в короне сгорают при температуре около одного миллиона k (один миллион ° C, 1,8 миллиона ° F) и движутся со скоростью около 145 километров (90 миль) в секунду.

Некоторые частицы достигают убегающей скорости 400 километров в секунду (249 миль в секунду).Они избегают гравитационного притяжения Солнца и становятся солнечным ветром. Солнечный ветер дует от Солнца к краю Солнечной системы.

Другие частицы образуют корональные петли. Корональные петли — это всплески частиц, которые возвращаются к ближайшему солнечному пятну.

Вблизи полюсов Солнца находятся корональные дыры. Эти области холоднее и темнее, чем другие области Солнца, и пропускают некоторые из самых быстро движущихся частей солнечного ветра.

Солнечный ветер

 Солнечный ветер – это поток чрезвычайно горячих заряженных частиц, выбрасываемых из верхних слоев атмосферы Солнца. Это означает, что каждые 150 миллионов лет Солнце теряет массу, равную массе Земли. Однако даже при такой скорости потери Солнце потеряло лишь около 0,01% своей общей массы из-за солнечного ветра.

Солнечный ветер дует во все стороны. Он продолжает двигаться с этой скоростью около 10 миллиардов километров (шесть миллиардов миль).

Некоторые частицы солнечного ветра скользят через магнитное поле Земли и попадают в ее верхние слои атмосферы около полюсов. Когда они сталкиваются с атмосферой нашей планеты, эти заряженные частицы заставляют атмосферу светиться цветом, создавая полярные сияния, красочные световые представления, известные как северное и южное сияние.Солнечные ветры также могут вызывать солнечные бури. Эти бури могут мешать работе спутников и выводить из строя электрические сети на Земле.

Солнечный ветер наполняет гелиосферу, массивный пузырь заряженных частиц, который окружает Солнечную систему.

Солнечный ветер в конце концов замедляется вблизи границы гелиосферы, на теоретической границе, называемой гелиопаузой. Эта граница отделяет вещество и энергию нашей Солнечной системы от вещества соседних звездных систем и межзвездной среды.

Межзвездная среда — пространство между звездными системами. Солнечный ветер, пройдя миллиарды километров, не может выйти за пределы межзвездной среды.

Изучение Солнца

Солнце не всегда было предметом научных открытий и исследований. На протяжении тысячелетий солнце было известно в культурах всего мира как бог, богиня и символ жизни.

Для древних ацтеков солнце было могущественным божеством, известным как Тонатиу, которому для путешествия по небу требовались человеческие жертвы.В балтийской мифологии солнце было богиней по имени Сауле, которая приносила плодородие и здоровье. Китайская мифология считала солнце единственным оставшимся из 10 богов солнца.

В 150 году нашей эры греческий ученый Клавдий Птолемей создал геоцентрическую модель Солнечной системы, в которой Луна, планеты и Солнце вращались вокруг Земли. Только в 16 веке польский астроном Николай Коперник использовал математические и научные рассуждения, чтобы доказать, что планеты вращаются вокруг Солнца. Этой гелиоцентрической моделью мы и пользуемся сегодня.

В 17 веке телескоп позволил людям детально рассмотреть солнце. Солнце слишком яркое, чтобы мы могли изучать его незащищенными глазами. С помощью телескопа впервые стало возможным спроецировать четкое изображение солнца на экран для изучения.

Английский ученый сэр Исаак Ньютон использовал телескоп и призму, чтобы рассеять солнечный свет, и доказал, что солнечный свет на самом деле состоит из спектра цветов.

В 1800 году было обнаружено, что инфракрасный и ультрафиолетовый свет существуют за пределами видимого спектра.Оптический прибор, называемый спектроскопом, позволил разделить видимый свет и другое электромагнитное излучение на различные длины волн. Спектроскопия также помогла ученым идентифицировать газы в солнечной атмосфере — каждый элемент имеет свою собственную структуру длины волны.

Однако способ, которым солнце генерировало свою энергию, оставался загадкой. Многие ученые выдвинули гипотезу, что Солнце сжимается и излучает тепло в результате этого процесса.

В 1868 году английский астроном Джозеф Норман Локьер изучал электромагнитный спектр Солнца.Он наблюдал яркие линии в фотосфере, длина волны которых не соответствовала ни одному известному элементу на Земле. Он догадался, что на Солнце есть элемент, изолированный от Солнца, и назвал его гелием в честь греческого бога солнца Гелиоса.

В течение следующих 30 лет астрономы пришли к выводу, что у Солнца есть горячее ядро ​​под давлением, способное производить огромное количество энергии посредством ядерного синтеза.

Технологии продолжали совершенствоваться и позволили ученым открыть новые особенности Солнца.Инфракрасные телескопы были изобретены в 1960-х годах, и ученые наблюдали энергию за пределами видимого спектра. Астрономы двадцатого века использовали воздушные шары и ракеты, чтобы отправить специализированные телескопы высоко над Землей и исследовать Солнце без каких-либо помех со стороны земной атмосферы.

Solrad 1  был первым космическим кораблем, предназначенным для изучения Солнца, и был запущен Соединенными Штатами в 1960 году. В то десятилетие НАСА отправило пять спутников Pioneer  на орбиту вокруг Солнца и собирает информацию о звезде.

В 1980 году НАСА запустило миссию во время солнечного максимума для сбора информации о высокочастотных гамма-лучах, ультрафиолетовых и рентгеновских лучах, испускаемых во время солнечных вспышек.

Солнечная и гелиосферная обсерватория ( SOHO ) была разработана в Европе и выведена на орбиту в 1996 году для сбора информации. SOHO успешно собирает данные и прогнозирует космическую погоду уже 12 лет.

«Вояджер-1»  и  2  – это космические корабли, направляющиеся к краю гелиосферы, чтобы узнать, из чего состоит атмосфера там, где солнечный ветер встречается с межзвездной средой.»Вояджер-1″ пересек эту границу в 2012 году, а «Вояджер-2» – в 2018 году. Предполагается, что турбулентность конвективной зоны способствует солнечным волнам, которые непрерывно переносят солнечный материал во внешние слои солнца. Изучая эти волны, ученые больше узнают о недрах Солнца и причинах солнечной активности.

Энергия Солнца

Фотосинтез

Солнечный свет обеспечивает необходимый свет и энергию растениям и другим производителям в пищевой сети.Эти производители поглощают солнечное излучение и преобразуют его в энергию посредством процесса, называемого фотосинтезом.

Продуценты в основном растения (на суше) и водоросли (в водной среде). Они являются основой пищевой сети, и их энергия и питательные вещества передаются всем остальным живым организмам.

Ископаемое топливо

Фотосинтез также отвечает за все ископаемое топливо на Земле. Ученые подсчитали, что около трех миллиардов лет назад первые производители появились в водной среде.Солнечный свет позволил растениям развиваться и адаптироваться. После гибели растения разлагались и перемещались вглубь земли, иногда на тысячи метров. Этот процесс продолжался миллионы лет.

Под сильным давлением и высокими температурами эти останки превратились в то, что мы знаем как ископаемое топливо. Эти микроорганизмы превратились в нефть, природный газ и уголь.

Люди разработали процессы извлечения этих ископаемых видов топлива и использования их для получения энергии. Однако ископаемое топливо является невозобновляемым ресурсом.На их формирование уходят миллионы лет.

Технология солнечной энергии

Технология солнечной энергии использует солнечное излучение и преобразует его в тепло, свет или электричество.

Солнечная энергия – это возобновляемый ресурс, и многие технологии могут собирать ее непосредственно для использования в домах, на предприятиях, в школах и больницах. Некоторые технологии солнечной энергетики включают солнечные элементы и панели, солнечные тепловые коллекторы, солнечное тепловое электричество и солнечную архитектуру.

Фотогальваника использует солнечную энергию для ускорения электронов в солнечных элементах и ​​выработки электроэнергии. Эта форма технологии широко используется и может обеспечивать электроэнергией сельские районы, крупные электростанции, здания и небольшие устройства, такие как парковочные счетчики и прессы для мусора.

Солнечная энергия также может быть использована с помощью метода, называемого «концентрированной солнечной энергией», при котором солнечные лучи отражаются и усиливаются зеркалами и линзами. Усиленный луч солнечного света нагревает жидкость, которая создает пар и приводит в действие электрический генератор.

Солнечная энергия также может собираться и распределяться без использования машин или электроники. Например, крыши могут быть покрыты растительностью или окрашены в белый цвет, чтобы уменьшить количество тепла, поглощаемого зданием, тем самым уменьшая количество электроэнергии, необходимой для кондиционирования воздуха. Это солнечная архитектура.

Солнечного света в избытке: за один час атмосфера Земли получает достаточно солнечного света, чтобы удовлетворить потребности всех людей в электричестве в течение года. Однако солнечная технология стоит дорого, и ее эффективность зависит от солнечной и безоблачной местной погоды.Методы использования солнечной энергии все еще разрабатываются и совершенствуются.

Планеты Солнечной системы

Курсы Calspace  Изменение климата · Часть первая Изменение климата · Часть вторая Введение в астрономию       Введение в программу астрономии     1.0 — Введение 2.0 – Как делается наука 90 261 3.0 — Большой взрыв 4.0 – Открытие Галактики 5.0 — Возраст и происхождение Солнечной системы 6.0 – Методы наблюдательной астрономии 90 261 7.0 — Животворящее солнце 8.0 Планеты Солнечной системы · 8.1 – Планеты Юпитера 90 261 · 8.2 — Планеты земной группы     9.0 — Земля в космосе 10.0 – В поисках внесолнечных планет 90 261 11.0 – Современные виды Марса 90 261 12.0 – Финал Вселенной 90 261  Жизнь во Вселенной  Глоссарий: изменение климата Глоссарий: Астрономия Глоссарий: Жизнь во Вселенной

Солнце и пять крупнейших планет Солнечной системы (в масштабе). Земля — крошечная точка между Юпитером и Солнцем. (Источник: НАСА) Безусловно, большая часть массы Солнечной системы находится в самом Солнце: где-то между 99.8 и 99,9%. Остальное разделено между планетами и их спутниками, кометами и астероидами, а также пылью и газом, окружающими нашу звезду. При взгляде издалека (в масштабе расстояний между звездами) присутствие Солнечной системы не было бы очевидным. Мы бы просто увидели нормальную звезду. Возможно, мы уловили бы присутствие Юпитера, который составляет около двух третей Солнечной системы за пределами Солнца, по массе. Поскольку Юпитер имеет большую часть массы того, что осталось от Солнца, мы можем думать о Солнечной системе как о двойной звезде с очень неравными партнерами.Маленький парень (Юпитер) составляет 1/1000 массы большого (Солнца) и не имеет достаточной массы, чтобы создать давление, необходимое для воспламенения в его центре. У него почти такой же состав, как у Солнца (водород и гелий в солнечных пропорциях, а также немного углерода, азота и кислорода). Кроме того, он излучает тепла почти столько же, сколько получает от Солнца. Это тепло высвобождается в результате радиоактивного распада элементов внутри планеты и (возможно) из-за гравитационных эффектов, когда более тяжелые элементы движутся к центру.(Земля также излучает собственное тепло, но оно ничтожно мало по сравнению с энергией солнечного происхождения.) Юпитер и Сатурн вместе составляют более 90 процентов массы всех планет. Как уже упоминалось, основная часть их массы находится в водороде и гелии. Кроме того, в их атмосферах видны соединения аммиака (гидрид азота), метана (гидрид углерода) и воды (гидрид кислорода). Это наиболее очевидные комбинации четырех самых распространенных элементов (кроме гелия), и тот факт, что их много, отражает относительно низкую температуру внешней атмосферы двух основных планет.(Гелий, как благородный газ, не соединяется с другими элементами. ) Следующие две самые большие планеты — это Уран (открыт в 1781 году Уильямом Гершелем) и Нептун (открыт в 1846 году Иоганном Галле; см. также Адамса и Леверье). Они примерно равны по размеру и массе, около пяти процентов от Юпитера и менее одной пятой от Сатурна. Состав Урана очень похож на состав Юпитера и Сатурна. Кроме того, как и у этих двух гигантов, у него есть тонкие кольца и множество спутников. По-видимому, Нептун впервые увидел Галилей (он зарисовал его, наблюдая Юпитер в 1613 г.), но он не признал его природу как планеты.Нептун имеет состав, очень похожий на другие «юпитерианские» планеты, но имеет несколько большую плотность. Его тоже окружают обломки и спутники. Плутон, самая удаленная планета, размером примерно с Луну и состоит из пылевидного льда, очень похожего на комету. У него есть большой компаньон «Харон». Плутон: Считается, что коричневый цвет планеты обусловлен замерзшими отложениями метана. Ни один космический корабль с Земли еще не посещал Плутон. Это изображение было получено с помощью наземного телескопа.(Источник: НАСА)

6 Соединение системы Sun-Solar | Обзор целей и планов НАСА по космическим наукам и наукам о Земле

Европейского космического агентства (ЕКА) Solar Orbiter может обеспечить одновременную визуализацию области солнечного источника для плазмы солнечного ветра и энергетических частиц, измеренных с помощью Inner Heliosphere Sentinels НАСА. Миссия ЕКА SWARM может обеспечить ограниченное перекрытие ионосферы-термосферы с солнечной динамической обсерваторией НАСА.

Партнерские отношения с другими дисциплинами НАСА также важны и нуждаются в дальнейшем изучении. Существует прочное постоянное партнерство с исследованием Солнечной системы, потому что космическая среда является неотъемлемой частью планетарных систем, и такие миссии, как «Вояджер», «Кассини» и недавно выбранная «Юнона», несут набор приборов космической физики. Система Солнце-Земля является моделью для поиска планет, похожих на Землю, и обитаемых сред, а флагманская миссия Солнце-солнечная система, Stellar Imager, посвящена разрешению близлежащих звезд, в то время как Межзвездный зонд предоставит на месте образцы Вселенной. за пределы Солнечной системы.Совместная миссия L1 Земля-Солнце с науками о Земле с одновременными солнечными и земными наблюдениями может быть потенциально полезной, но требует подробного изучения.

Комиссия рекомендует НАСА заблаговременно включить все перечисленные здесь возможности партнерства в свою деятельность по планированию, чтобы максимизировать синергию при измерении различных регионов.

Проблема относительной нехватки миссий в какой-либо одной субдисциплине (солнечной, магнитосферной и т. д.) также влияет на инфраструктуру, необходимую для поддержания науки и технологий, необходимых для достижения целей дорожной карты.Как правило, ученые Солнечно-солнечной системы разрабатывают большую часть своего летного оборудования, часто в небольших университетских группах, и поэтому они особенно уязвимы к низкой скорости полета миссии и сокращению суборбитальной программы. В соответствии с нынешней программой и «реалистичной» программой дорожной карты «Солнце-солнечная система» выживание этих групп будет поставлено под угрозу. Комиссия рекомендует лучше включить вопрос об инфраструктуре исследовательских групп в будущие обнародования планов Солнечной системы. Возможности партнерства, о которых говорилось выше, могут сыграть здесь важную роль.

Крупномасштабная структура гелиосферы и взаимодействие с межзвездной средой недостаточно подробно отражены в дорожной карте, а флагманская миссия Межзвездного зонда почти не упоминается. Кроме того, действительно трансформационная, фундаментальная наука открытий, предлагаемая другими флагманскими миссиями (Solar Probe, Stellar Imager) и будущими исследовательскими миссиями, разработанными по мере возникновения требований и возможностей, также выглядит сиротой в дорожной карте, достижимой только при значительных усилиях. программный рост.Из-за важности, которую комиссия придает фундаментальной науке при разработке научного плана, а также признавая важность утилитарных целей, группа рекомендует, чтобы необходимость обращения к науке этих трансформационных миссий, а также к фундаментальным физическим процессам отдельных компонентов системы, должны быть более четко сформулированы в будущем обнародовании научных целей Солнечной системы и плана реализации .

1.Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), Управление перспективного планирования и интеграции. 2005. Соединение системы Sun-Solar . НАСА, Вашингтон, округ Колумбия. Доступно по адресу .

2. Национальный исследовательский совет (NRC). 2002. От Солнца до Земли и дальше: Десятилетняя исследовательская стратегия в солнечной и космической физике . The National Academys Press, Вашингтон, округ Колумбия

3. НРК.2002. Солнце на Земле и дальше .

4. НРК. 2004. Солнечная и космическая физика и ее роль в освоении космоса . The National Academys Press, Вашингтон, округ Колумбия

5. НРК. 2002. Солнце на Земле и дальше , с. 22.

6. НРК. 2002. Солнце на Земле и дальше .

7. НРК. 2004. Плазменная физика местного космоса . Издательство Национальных академий, Вашингтон, округ Колумбия.С.

Как Солнце влияет на астероиды в нашей Солнечной системе

Художественный концепт Люси Мишн. Кредит: SwRI

Астероиды воплощают в себе историю зарождения нашей Солнечной системы. Не являются исключением и троянские астероиды Юпитера, которые вращаются вокруг Солнца по той же траектории, что и газовый гигант. Считается, что троянцы остались от объектов, которые в конечном итоге сформировали наши планеты, и их изучение может дать ключ к пониманию того, как возникла Солнечная система.

В течение следующих 12 лет миссия НАСА «Люси» посетит восемь астероидов, в том числе семь троянцев, чтобы ответить на важные вопросы о формировании планет и происхождении нашей Солнечной системы.Чтобы достичь первого пункта назначения, космическому кораблю потребуется около трех с половиной лет. Что может найти Люси?

Как и все планеты, астероиды существуют в гелиосфере, огромном пузыре пространства, определяемом досягаемостью солнечного ветра. Прямо или косвенно Солнце влияет на многие аспекты существования в этом кармане Вселенной. Вот несколько способов, которыми Солнце влияет на такие астероиды, как трояны в нашей Солнечной системе.

Место в космосе

Солнце составляет 99.8% массы Солнечной системы и в результате оказывает сильную гравитационную силу. В случае с троянскими астероидами, которые посетит Люси, само их расположение в космосе частично определяется гравитацией Солнца. Они сгруппированы в двух точках Лагранжа. Это места, где гравитационные силы двух массивных объектов — в данном случае Солнца и Юпитера — уравновешены таким образом, что более мелкие объекты, такие как астероиды или спутники, остаются на месте относительно более крупных тел. Троянцы опережают и следуют за Юпитером по его орбите на 60° в точках Лагранжа L4 и L5.

В этом видео главный исследователь Люси Хэл Левисон обсуждает троянские астероиды, расположенные в точках Лагранжа, и то, как миссия Люси будет планировать свою траекторию, чтобы посетить их. Кредиты: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА/Джеймс Трейли

Толкая астероиды вокруг (светом!)

Верно, солнечный свет может двигать астероиды! Подобно Земле и многим другим объектам в космосе, астероиды вращаются. В любой момент обращенная к Солнцу сторона астероида поглощает солнечный свет, а темная сторона отдает энергию в виде тепла.Когда тепло уходит, оно создает бесконечно малую тягу, немного отталкивая астероид от его курса. В течение миллионов лет эта сила, называемая эффектом Ярковского, может заметно изменить траекторию более мелких астероидов (диаметром менее 25 миль или около 40 километров).

Точно так же солнечный свет может изменить скорость вращения небольших астероидов. Этот эффект, известный как YORP (названный в честь четырех ученых, чья работа способствовала открытию), по-разному влияет на астероиды в зависимости от их размера, формы и других характеристик.Иногда YORP заставляет маленькие тела вращаться быстрее, пока они не развалятся на части. В других случаях это может привести к замедлению скорости их вращения.

Трояны находятся дальше от Солнца, чем околоземные астероиды или астероиды Главного пояса, которые мы изучали ранее, и еще предстоит выяснить, как на них повлияют эффект Ярковского и YORP.

За миллионы лет эффект Ярковского может заметно изменить траекторию меньших астероидов. Предоставлено: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА

Формирование поверхности

Так же, как камни на Земле имеют признаки выветривания, так же и камни в космосе, включая астероиды.Когда камни нагреваются в течение дня, они расширяются. Остывая, они сокращаются. Со временем это колебание приводит к образованию трещин. Этот процесс называется термическим гидроразрывом . Это явление более выражено на объектах без атмосфер, таких как астероиды, где температура сильно колеблется. Следовательно, хотя троянцы находятся дальше от Солнца, чем камни на Земле, они, скорее всего, проявят больше признаков термического разрушения.

Анимация показывает сотни частиц солнечного ветра, летящих от Солнца к Земле.
Астероиды страдают от солнечного ветра, постоянного потока частиц, магнитных полей и радиации, исходящей от Солнца. Предоставлено: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА

Отсутствие атмосферы имеет еще одно значение для выветривания астероидов: астероиды разрушаются солнечным ветром, постоянным потоком частиц, магнитными полями и излучением Солнца. По большей части магнитное поле Земли защищает нас от этой бомбардировки. Частицы, которые все же проходят, могут возбуждать молекулы в атмосфере Земли, что приводит к полярным сияниям.Без магнитных полей или собственных атмосфер астероиды принимают на себя основную тяжесть солнечного ветра. Когда влетающие частицы сталкиваются с астероидом, они могут выбрасывать часть материала в космос, изменяя фундаментальную химию того, что осталось позади.