Солнечная система
Солнце – это звезда с диаметром 1 400 000 километров, то есть в 109 раз большим, чем диаметр Земли. Общеизвестно, что солнечное тепло и свет – источники нашей жизни.
Солнце – эта ближайшая к Земле звезда. Ученые могут исследовать ее, и это помогает им больше узнать о других, более отдаленных звездах. Солнце находится на расстоянии 150 миллионов километров (93 миллиона миль) от Земли. Солнечному свету нужно 8 минут, чтобы добраться до нас. Вторая по близости к нам звезда называется Проксима Центавра, и ее свет достигает Земли за 4,5 года.
Мы живем в Солнечной системе. Солнечная система – это имя, данное семейству из 9 планет и их лун, вращающихся вокруг Солнца, вместе с кометами и астероидами, тоже находящимися на солнечной орбите. Все в Солнечной системе находится в движении. Луны вращаются вокруг своих собственных планет, каждая планета крутится вокруг своей оси и вокруг Солнца, а Солнце, в свою очередь, тоже вращается. И все в Солнечной системе движется по галактике, в которой она расположена. Многие ученые считают, что солнечная система образовалась около 4 600 миллионов лет назад. Сила тяготения собрала огромное облако газов и пыли воедино. Солнце сформировалось в середине, а планеты выросли из шаров газа вокруг него. Солнце настолько велико, что не поместилось бы даже между Землей и Луной. А ведь расстояние между ними тоже немаленькое – 400 000 километров!
Солнце намного больше любой планеты Солнечной системы. Постарайтесь представить его размеры: если бы Земля была размером с горошину, то Солнце было бы большим, как футбольный мяч.
Солнце – обычная звезда, как миллионы других в Млечном Пути, но оно играет очень важную роль в нашей Солнечной системе. Без Солнца не было бы жизни на Земле. Несмотря на то, что оно кажется твердым, на самом деле Солнце – скопление газов, находящихся в состоянии непрерывного горения и выделяющих огромное количество тепловой энергии. В действительности Солнце действует как гигантский термоядерный реактор, взрываясь, как водородная бомба. Но взрыв не может распространяться в космос, так как удерживается в центре Солнца слоем газа.
От Солнца исходит огромное количество тепла и света (газы на поверхности Солнца достигают температуры 6 000 °C или 10 800 ° по Фаренгейту, а в центре его – 15 миллионов градусов), но большинство его теряется в открытом космосе в течение тех 8 минут, которые необходимы солнечному свету, чтобы достичь Земли.
И все-таки Солнце не самая большая из видимых звезд. Подсчитано, что диаметр сверхгиганта Бетельгейзе в 850 раз больше солнечного! Причем астрономы уверяют, что и эта звезда не самая большая! Звезды меньше нашего Солнца называются красными карликами, а самые маленькие звезды – это белые карлики.
Когда-то давным-давно древние обитатели Перу, инки, называли себя «детьми Солнца» и проводили обряды, поклоняясь царю небесных светил.
Разумеется, они ошибались, считая Солнце божеством, однако были правы в том, что без него жизнь на Земле оказалась бы невозможной. Если Солнце вдруг перестало бы светить, то почти мгновенно Земля превратилась бы в безжизненную пустыню.
Впрочем, нельзя утверждать, будто Солнце представляет собой нечто особенное. Это точно такая же звезда, как и любая другая. Не самая большая или маленькая, не самая яркая или тусклая – просто обычная звезда, каких во вселенной миллионы. Оно оказалось ближайшей к нам звездой, и удачное расположение Земли относительно него создало на нашей планете условия, пригодные для жизни.
Однако, несмотря на ту огромную роль, которую Солнце играет в нашей жизни, мы мало что можем сказать о том, откуда оно взялось. Дело в том, что до сих пор не существует единой теории происхождения звезд. Согласно одной из имеющихся гипотез, Солнце образовалось из скопления материи (космической пыли и газов) под действием сил притяжения. В соответствии с другой – оно, как и другие звезды, возникло из сверхплотных тел.
Изобретение спектроскопа произвело революцию в исследовании Солнца, потому что ученые наконец-то смогли определить его химический состав. Однако вопрос о происхождении Солнца до сих пор остается открытым.
Трудно поверить, но и звезды, которые светят ночью, и Солнце, которое светит днем, одинаковы.
Солнце – тоже звезда, ближайшая к Земле. Мы знаем, что жизнь зависит от Солнца. Без солнечного тепла на Земле не зародилась бы жизнь, не было бы зеленых растений, животных, человека. Солнце находится на расстоянии более 172 000 000 километров от Земли. Масса Солнца в 1 300 000 раз больше массы Земли, но Солнце не такое же твердое тело, как Земля. Доказать это очень просто: температура поверхности Солнца достигает 6 000 °C. При такой температуре любой металл или камень превращается в газ, поэтому Солнце должно быть газовым шаром!
В прошлом ученые считали, что солнечный свет, тепло являются результатом горения. Но поверхность Солнца остается горячей уже сотни миллионов лет, а так долго ничто гореть не может.
Сегодня ученые полагают, что Солнце выделяет тепло в результате процессов, аналогичных тем, которые происходят в атомной бомбе. Солнце превращает материю в энергию.
Этот процесс отличается от горения. При горении одна форма материи переходит в другую. При переходе материи в энергию необходимо минимальное количество материи для производства огромного количества энергии. Двадцать восемь граммов материи выделяют энергию, достаточную для того, чтобы расплавить более 1 миллиона тонн скальных пород.
Итак, если наука права, солнце светит потому, что там постоянно происходит превращение материи в энергию. Одного процента массы Солнца достаточно для того, чтобы оно оставалось горячим в течение 150 миллиардов лет!
Солнце – это звезда, то есть другими словами оно светит собственным светом. Разумеется, для этого требуется большое количество энергии. Откуда Солнце черпает ее? Ученые полагают, что источником ее являются атомы водорода, находящиеся в большом количестве в центральной, наиболее горячей, области Солнца. Там они, объединяясь, превращаются в атомы гелия в результате термоядерных реакций. При этом выделяется огромная энергия, которая затем, достигнув поверхности Солнца, излучается в пространство в виде света. Поэтому до тех пор, пока имеющийся в нем запас водорода не исчерпан, Солнце будет давать нам свой свет.
Этот свет представляется нам всегда одинаково ярким. Однако так ли это? Ответ на этот вопрос связан с особенностями строения Солнца.
Прежде всего следует помнить, что оно, в отличие от Земли, не является твердым телом. Хотя оно и вращается вокруг своей оси, однако различные части его вертятся с разной скоростью. Точка на экваторе совершает полный оборот за 29 дневных суток, а возле полюса – за 34.
Внешний слой Солнца, называемый короной, состоит из легких разряженных газов. Наружная часть ее имеет белую окраску и лучистую структуру. Эти лучи вытягиваются на миллионы километров и вызывают, хотя и небольшие, но все же заметные изменения яркости Солнца.
Под короной находится другой слой солнечной атмосферы – хромосфера, толщина которого около 15 000 километров и который состоит в основном из водорода и гелия. В нем время от времени зарождаются, прорываясь затем в солнечную корону, протуберанцы – огромные потоки внезапно охлажденного вещества, часто имеющие вид гигантских арок вышиной в 1 500 000 километров. Они также влияют на то, насколько ярко светит Солнце.
Обычно людям бывает трудно поверить в то, что Солнце – самая обычная звезда. Наш каждодневный опыт, казалось бы, говорит о том, что звезды – маленькие точки на небе, а их свет холодный и тусклый, тогда как с Солнцем дело обстоит наоборот. Не следует забывать, однако, что расстояние от Земли до следующей, ближайшей после Солнца, звезды в 150 000 раз больше, чем расстояние до Солнца! Однако природа Солнца такова же, как и природа других звезд, а это означает, что оно представляет собой скопление раскаленных газов.
Какова же температура на поверхности Солнца? Ученые полагают, что она соответствует примерно 6 000 °C. Чтобы вы поняли, что это означает, нужно вспомнить, что в доменной печи при выплавке стали температура расплавленного железа около 1 430 °C. Что же касается внутренней части Солнца, то, по предположениям ученых, там куда более «жарко» – 20 000 000 °C.
Впрочем, пока это еще только предположения. Мы слишком мало знаем о внутреннем строении Солнца. Даже при помощи современных приборов очень тяжело проникнуть взором в ядро Солнца, скрывающееся под четырьмя оболочками газообразной материи.
Как ученым удалось узнать, из чего состоит Солнце? Мы знаем, что Солнце – это огромный шар из нескольких слоев раскаленных газов. Но как нам удалось узнать об этом и о многом другом, происходящем на Солнце?
Астрономы получили много сведений о Солнце при помощи специальных инструментов. Вот некоторые из этих инструментов: спектроскоп, спектрограф, спектрогелиограф, коронограф, радиотелескоп и космические зонды.
Спектроскоп используется для изучения раскаленных газов Солнца. Он может объяснить, какие химические вещества определяют цвета, исходящие от Солнца. Спектрограф дает возможность ученым делать постоянные записи спектра солнечного излучения.
Спектрогелиоскоп позволяет астрономам узнать, как различные вещества распределены на Солнце. А когда к этому аппарату присоединяется фотооборудование, он называется спектрогелиограф.
Коронограф – это специальный вид телескопа. С помощью коронографа астрономы могут фотографировать солнечную корону, не дожидаясь затмения Солнца. Радиотелескоп позволяет ученым изучать радиоволны, излучаемые Солнцем.
Так как атмосфера Земли поглощает большую часть солнечной радиации, достигающей нашей планеты, ученые установили приборы выше атмосферы. Такие космические зонды помогают им больше узнать о Солнце. Хотя здесь не приведено техническое описание всех этих приборов, но вы можете сделать вывод, что есть инструменты, дающие возможность получить большое количество сведений о Солнце.
Видели ли вы когда-нибудь фотографию солнечного затмения? На ней вокруг темного диска Солнца видно неровное свечение. Это свечение и называется короной.
Чтобы понять, что такое корона, мы должны знать кое-что о самом Солнце. Для начала хотя бы то, что Солнце – по крайней мере на его поверхности – не такое твердое, как Земля. Его поверхность – единственное, что мы можем наблюдать, – состоит из газов.
Действительно, Солнце окружено четырьмя слоями газообразного вещества, которое скрывает все, что находится под ним. Внутренний слой называется фотосферой. Следующие два слоя известны как противоположный слой и хромосфера. Вместе они образуют атмосферу Солнца. Внешний слой и есть корона.
Давайте посмотрим, что представляют собой эти газовые слои. Фотосфера (или сфера света) – это то, что мы видим, когда смотрим на Солнце. Часто на яркой поверхности Солнца наблюдают темные пятна.
«Противоположный слой», который состоит из газовых паров, распространяется на несколько сотен километров от фотосферы. Этот слой не виден, но он может быть изучен с помощью инструмента, который называется спектрограф.
За противоположным слоем идет хромосфера, или цветовая сфера. Ее толщина около 14 400 километров и состоит она в основном из водорода и гелия. Во время полного затмения она светится вокруг темного диска ярко-алым пламенем. От этой красной границы на высоту в более чем миллион километров выбрасываются пламенные клубы того же состава. Они называются протуберанцами и выглядят как огромные вспышки пламени.
Затем идет внешний слой, который называется «корона». Он состоит из газообразного вещества и имеет две части. Внутренняя корона, идущая вслед за красной хромосферой, – полоса бледно-желтого цвета. Внешняя корона – белая, с потоками, идущими от края на миллионы километров.
Таково описание слоев, окружающих Солнце. Что под ними – до сих пор остается загадкой.
В 1680 году, сконструировав свой телескоп, Галилео Галилей стал первым человеком, которому удалось обнаружить пятна на Солнце. Через его трубу они казались похожими на черные дыры в белом диске Солнца.
Солнечные пятна можно наблюдать почти в любой ясный день. Они сильно отличаются по размеру. Некоторые похожи на крошечные точки на поверхности Солнца, в то время как другие достигают значительных размеров. Однажды ученым довелось наблюдать пятно длиной почти в 150 000 километров, а шириной – 95 000 километров.
Астрономы располагают достаточно убедительными доказательствами того, что происхождение этих пятен связано с электромагнитными процессами, протекающими на Солнце. Было доказано, что они представляют собой гигантские вихри наэлектризованной материи, попарно вырывающиеся из недр Солнца в виде латинской буквы U.
Высвобождающаяся при появлении солнечных пятен электрическая энергия посылается в космическое пространство в виде пучков отрицательно заряженных частиц – электронов. Некоторые из них попадают в атмосферу Земли, что приводит к различным явлениям на ней.
Одно из таких явлений – Северное сияние. Кроме того, эти пучки электронов вызывают радиопомехи и приводят к увеличению озонового слоя в верхних слоях атмосферы.
Большинство солнечных пятен исчезает в течение первых же дней после своего появления. Однако некоторые остаются на протяжении двух месяцев и даже дольше. Они увеличиваются, а затем уменьшаются в своем количестве, и циклы эти длятся чуть более 21 года. Регулярные наблюдения за ними ведутся с середины прошлого века, и ученые по-прежнему продолжают изучать их и то как они влияют на нашу жизнь.
Сама постановка такого вопроса может вызвать сомнения. Разве Солнце не будет светить нам вечно? Нет, к сожалению это не так. Мы знаем, что Солнце – это обычная звезда, а любая звезда рано или поздно гаснет. Когда-то ученые полагали, что Солнце медленно остывает или «сгорает».
Однако, теперь мы знаем, что если бы это происходило на самом деле, то его энергии хватило бы в лучшем случае на несколько тысячелетий. Очевидно, что это не так.
Если же Солнце не «сгорает», то что же в таком случае происходит с ним? Современная наука располагает подтверждениями теории, согласно которой энергия, излучаемая Солнцем, выделяется в результате реакций, протекающих в его недрах. Суть их сводится к тому, что под воздействием чудовищных температур атомы водорода, соединяясь, образуют ядра атомов гелия.
Подобная реакция лежит и в основе действия термоядерного оружия – водородной бомбы, при взрыве которой, как известно, выделяется громадное количество энергии.
Таким образом, вопрос сводится к тому, насколько еще хватит запасов водорода на Солнце. Если предположить, что процесс «выгорания» водорода будет и дальше протекать теми же темпами, что и сейчас, то Солнце будет светить еще 150 миллиардов лет. В результате этого процесса масса Солнца уменьшится всего на один процент. Поэтому нет основания беспокоиться, что оно может погаснуть даже в весьма отдаленном будущем.
Наверное, вам доводилось слышать о «летающих тарелках» и необычных существах – пришельцах из иных миров. Правдивость подобных сообщений вызывает сомнение, однако тем не менее подобные явления возможны. Дело в том, что наша Солнечная система всего лишь крошечная часть огромной вселенной, в котором могут существовать миллионы других солнечных систем, похожих на нашу.
Понятие солнечной системы включает в себя солнце и все тела, вращающиеся вокруг него под действием его притяжения. Наша солнечная система состоит из планет, из спутников, астероидов и комет, находящихся под влиянием силы притяжения Солнца. Земля является одной из планет. Всего планет в Солнечной системе девять.
Планеты сильно отличаются друг от друга по размерам и многим другим параметрам и отстоят от Солнца на различные расстояния. Меркурий – это самая маленькая и самая близкая к Солнцу планета. Он совершает полный оборот вокруг Солнца всего за 88 дней. Следующая за ним – Венера, отстоящая от Солнца на 108 миллионов километров и обращающаяся вокруг него за 225 суток. Земля – третья по счету планета от Солнца, находящаяся от него на расстоянии 149,5 миллиона километров. Затем идет Марс, который находится примерно в 228 миллионах километров от Солнца, и период его обращения равен 687 дням.
Далее идет самая большая планета Солнечной системы – Юпитер, совершающий полный оборот почти за 12 лет, а следующий за ним Сатурн – за 29,5 года. Последние три планеты – Уран, Нептун и Плутон настолько далеки от Солнца, что даже невидимы простым глазом.
Четыре планеты: Меркурий, Венера, Марс и Плутон – напоминают нашу Землю. Они состоят из скалистых пород, и их масса примерно соответствует массе Земли. Их называют планетами земной группы.
Четыре другие планеты – настоящие гиганты. Их можно сравнивать только между собой. Это – Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
К сожалению, мы до сих пор не знаем, как произошла наша Солнечная система! Существует множество теорий, но ни одна из них не доказана учеными.
Астрономы продолжают вести исследования в этой области с помощью современной научной аппаратуры.
Интересно, что они пока не нашли такого вещества в Солнечной системе, которое бы не встречалось и на Земле.
О чем это говорит?
Это значит, что Солнце и все планеты появились примерно в одно и то же время. Но на вопрос о том, как это произошло, науке еще предстоит найти точный ответ.
Мы не знаем, почему Солнечная система имеет такую форму. Она могла бы быть иной, как многие другие солнечные системы во Вселенной, устроенные совсем по-другому. Это зависит от того, как они появились. Но человек открыл законы природы, которые позволяют объяснить, как сохраняется нынешняя форма Солнечной системы.
Подобно другим планетам, Земля вращается по орбите вокруг Солнца. Время одного оборота Земли вокруг Солнца мы называем годом. Орбиты других планет больше или меньше орбиты Земли.
Как возникла Солнечная система? Почему у планет такой размер? Почему они движутся по своим орбитам? Астрономы не могут точно ответить на эти вопросы. Они предлагают два вида теорий.
Согласно одной, Солнце и планеты в их сегодняшнем виде произошли из огромного облака вращающихся горячих газов. Отростки этого гигантского вращающегося облака пыли и газов и сформировали планеты.
Авторы другой группы теорий считают, что в прошлом Солнце сблизилось с другой звездой. От Солнца отделились большие «куски», которые начали вращаться вокруг него. Эти части Солнца и превратились в планеты.
Не так важно, какая теория права, важно, что нынешняя форма Солнечной системы в какой-то степени случайна. Почему она остается такой? Согласно законам движения планет Кеплера, все планеты вращаются вокруг Солнца по эллиптическим (вытянутым) орбитам; чем ближе планета к Солнцу, тем выше ее скорость движения; время полного оборота зависит от расстояния до Солнца. Закон тяготения Ньютона (а три закона Кеплера являются его составной частью) объясняет, почему притягиваются два предмета. Солнечная система имеет такую форму потому, что в соответствии с некоторыми законами природы существует определенное взаимодействие Солнца и планет.
Вращал ли ты когда-нибудь мяч, привязанный к веревочке?
Тогда ты знаешь, что пока мяч вращается, он натягивает веревочку. Мяч будет натягивать веревочку до тех пор, пока будет продолжаться его вращательное движение.
Планеты двигаются совершенно так же, как твой мячик. Только они обладают намного большей массой. И кроме того, планеты вращаются вокруг Солнца.
Но где же веревочка, которая их удерживает?
На самом деле никакой веревочки не существует. Существует невидимая сила, которая заставляет планеты вращаться вокруг Солнца. Она называется силой земного притяжения.
Польский ученый Николай Коперник первым обнаружил, что орбиты планет образуют вокруг Солнца окружности.
Галилео Галилей согласился с этой гипотезой и доказал ее с помощью наблюдений.
В 1609 году Иоганн Кеплер рассчитал, что орбиты планет не круглые, а эллиптические, причем в одном из фокусов эллипса находится Солнце. Он установил и законы, по которым происходит это вращение. Позднее их назвали «Законы Кеплера».
Потом английский физик Исаак Ньютон открыл закон всемирного тяготения и на основании этого закона объяснил, как Солнечная система сохраняет постоянной свою форму. Каждая частица вещества, из которого состоят планеты, притягивает другие. Это явление называется гравитацией.
Благодаря гравитации каждая планета в Солнечной системе вращается по своей орбите вокруг Солнца и не может улететь в космическое пространство.
Орбиты имеют форму эллипса, поэтому планеты то приближаются к Солнцу, то удаляются от него.
Планеты не могут испускать свет. Солнце дает им свет, тепло и жизнь.
В затмении Солнца принимают участие три космических тела: Луна, Земля и Солнце. Как известно, Луна вращается вокруг Земли, а та, в свою очередь, непрерывно движется по орбите вокруг Солнца. Таким образом, время от времени наступает момент, когда Луна оказывается прямо между Землей и освещающим ее Солнцем. В этом случае и происходит явление, называемое солнечным затмением.
Затмение Солнца может случаться только во время новолуния, так как именно тогда Луна находится с той стороны Земли, которая обращена к Солнцу. Если бы орбита Луны лежала в той же плоскости, что и орбита Земли, то затмение происходило бы при каждом новолунии. Однако на своем пути вокруг Земли, занимающем 29,5 дней, Луна обычно проходит в стороне от прямой линии, соединяющей Землю и Солнце.
Астрономы могут с точностью до долей секунды предсказать начало солнечного затмения и его продолжительность. Они также могут сказать заранее, будет ли данное затмение полным, кольцеобразным или частичным.
Если Луна полностью закрывает Солнце, то такое затмение называется полным. Однако расстояние от Земли до Луны не является постоянной величиной и часто оно слишком велико, для того, чтобы произошло солнечное затмение. Тогда можно наблюдать картину, когда темный диск Луны закрывает все Солнце, за исключением тонкого кольца по его окружности. Это означает, что имеет место кольцеобразное затмение. Частичным же называется всякое затмение, при котором Луна лишь частично закрывает собой солнечный диск.
Каждый год происходит по крайней мере два солнечных затмения, но их число может достигать и пяти. В каком-то определенном месте на земном шаре полное солнечное затмение можно увидеть всего один раз примерно за 250–300 лет. Поэтому астрономам приходится «гоняться» за полными затмениями по всему свету.
В древности многие народы панически боялись солнечных и лунных затмений. Людям казалось, что какое-то чудовище или злой дух пожирает светило, отгрызает от него куски. Думали, что красный цвет, покрывающий Луну, – это разлившаяся кровь.
Каждое полное лунное затмение считалось важным событием. О нем делались записи в старинных книгах (в летописях). До наших дней дошли записи, сделанные более трех тысяч лет назад.
Что же на самом деле происходит во время затмения Луны? Вспомните, что Луна – спутник Земли, а это значит, что она все время движется вокруг нашей планеты. Ни Земля, ни Луна не испускают собственного света – их освещает Солнце. Любой непрозрачный предмет отбрасывает тень. И тогда мы видим, как диск Луны (затмения Луны происходят только в полнолуние) начинает постепенно затемняться с восточной стороны.
Конец ознакомительного фрагмента.