Удивительный космос. Шпаргалки по Солнечной системе

Попросили дать шпаргалки по космосу.

Когда-то давно начала собирать для себя интересные факты. Набралось их очень много. Собирала для себя, поэтому некоторые картинки скачала из интернета и сейчас уже не найду источник…

Итак. Сегодня первая часть шпаргалок и пояснений к ним о нашей родной системе.

Солнечная система включает:

• 8 планет (см. картинку),
• Главный пояс астероидов —      крутится между Марсом и Юпитером, оттуда к нам прилетает большинство      астероидов,
• Пояс Койпера — расположен      за орбитой Нептуна, оттуда к нам прилетает большинство комет),
• Облако Оорта — громадный      шар вокруг Солнечной системы.

Вот примерная схема внутренней части Солнечной системы, ограниченной Нептуном:

Картинка из интернета

О поясе Койпера и облаке Оорта расскажу в другой раз, а пока — наше ближайшее окружение.

Планеты Солнечной системы

Расположены они вовсе не так как на картинке (она полезна лишь для того, чтобы понять в какой последовательности они удалены от Солнца).

Все планеты:

• расположены на разном      расстоянии от Солнца — в табличке ниже показано сколько примерно      времени идет до них свет от Солнца, сколько это примерно километров и      а.е.;
• крутятся вокруг Солнца,      причем с разной скоростью — чем ближе к Солнцу, тем быстрее, то есть год      (1 оборот вокруг Солнца) у них у всех разный;
• крутятся вокруг своей      оси (1 оборот = суткам) — здесь скорость у всех очень разная и зависит      от событий, которые произошли давным-давно (например, Венера вращается в      обратную сторону по сравнению с остальными планетами, а Уран и вовсе «на      боку» — скорее всего, в них на заре формирования Солнечной системы      врезались другие планеты и развернули их).

Время, размеры, расстояния орбит планет

Словарик:

• 1 а.е. — это 1      астрономическая единица, то есть так наши астрономы называют среднее      расстояние Земли от Солнца. (среднее, потому что все планеты, как и Земля,      летят по чуть эллиптическим орбитам, то есть иногда они ближе к Солнцу, а      иногда дальше). Оно равно примерно 149,6 млн км (чаще говорят просто 150      млн км).
• Скорость света — по      сути, скорость движения фотонов в вакууме, равная 299 792 458 м/с (обычно      ее округляют и говорят: «300 млн метров в секунду» или «300 тыс.      километров в секунду). В таблице указано примерно за сколько свет      добирается до каждой из планет.
• «Скорость света» — это      условное название скорости электромагнитного излучения, так что с такой      скоростью в вакууме перемещаются радиоволны, микроволны, инфракрасное      излучение, видимый свет (фотоны), ультрафиолетовое излучение, рентгеновские      лучи, гамма-излучение, гравитационные волны, глюоны…
• Сидерические сутки —      сутки (оборот объекта вокруг своей оси) относительно звезд (подробнее      писала о них в предыдущей статье).

Главный пояс астероидов

Между орбитами Марса и Юпитера крутится Главный пояс астероидов (это не я это придумала, так его астрономы назвали, в надежде, что кроме него есть и другие пояса).

Расположен он на расстоянии от 2 до 3,3 а.е. от Солнца.

Когда нам показывают его на картинках (а, еще круче, его генерируют нейросети), то кажется, что прорваться через него невозможно — куча близко летающих булыжников ужаснут любого.

На самом деле все, конечно, не так круто.

Все объекты (планеты и астероиды) в нем летают далеко друг от друга — представьте муху в Москве и муху в Лондоне — какой шанс у них столкнуться между собой или у вас столкнуться с одной из них, находясь в Петербурге?

Итак, давайте посмотрим на факты.

• Главный пояс астероидов — это такой широченный и толстенный «бублик», который, как и все планеты, крутится вокруг Солнца.
• Внутренний край бублика (ближе к Марсу) имеет диаметр примерно 4,2 а.е., а внешний (ближе к Юпитеру) — около 6,6 а.е.
• Средняя длина окружности этого бублика составляет примерно 17 а.е. (2,5 млрд км).
• Общая масса всех астероидов этого пояса совсем небольшая — примерно 4% от массы нашей Луны.
• Из них 4 объекта имеют размер      более 400 км и общей массой 51% всех астероидов пояса:
  — карликовая планета Церера — шарик диаметром около 940 км (31%),
  — протопланетный астероид Веста — немного кривой шарик, так что до статуса карликовой планеты не дорос (9%),
  — Паллада — странный астероид с очень наклоненной орбитой — все астероиды и планеты крутятся вокруг Солнца в «плоскости эклиптики», то      есть вместе образуют почти плоский диск, а орбита Паллады отклоняется на 35 градусов, то есть оказывается то выше, то ниже всех приличных объектов (7%),
  — Гигея — просто очень крупный («темный», «зловещий»)      астероид, по массе легкий (3% от массы пояса), поскольку состоит преимущественно из углеродистых пород.
• кроме того, там есть более мелкие, но вполне солидные астероиды — около 200 тел размером более 100 км, и около тысячи размером от 15 до 100 км. Любители попугать обычно называют цифру в 1-2 млн штук жутких гигантов размером      свыше 1 км. Да, это страшно, но такие крупные астероиды Земле не угрожают, они крутятся там уже почти 4,5 млрд лет на огромных расстояниях друг от друга и никому не мешают.

Откуда взялся этот пояс?

В 18 веке астрономы никак не могли понять, почему между Марсом и Юпитером нет еще одной планеты — по расчетам Тициуса и Боде на расстоянии 2,8 а.е. от Солнца должна находиться планета. Которую долго и упорно искали, годами глядя в телескопы.

Нептуна в этой таблице нет, поскольку он тогда не было открыт. А когда был открыт, оказалось, что он не подходит — его показатель оказался существенно больше расчета по этой схеме.

В этот список я включила Цереру — сейчас ее относят к числу карликовых планет, но когда-то…

По поводу возникновения этого пояса существовало множество самых разных теорий. Сегодня большинство астрономов считает, что во время зарождения Солнечной системы мощная гравитация Юпитера не дала веществу объединиться в одну крупную планету — на этапе формирования под действием притяжения Юпитера тела ударялись друг о друга и разрушались вместо того, чтобы объединяться. Возможно.

Троянцы, Хильды и Греки

В принципе эти три группы астероидов считают относящимися к Главному поясу. Однако у них есть свои особенности.

Картинка из интернета

Главная особенность — в отличие от других астероидов, их движение полностью регулируется Юпитером. Они находятся почти на той же орбите, что этот гигант, но движутся, сохраняя особые точки гравитационного равновесия (точки Лагранжа L₄ и L₅) — это позволяет им не сталкиваться с планетой.

Две из этих групп движутся в ритме Юпитера (с такой же скоростью, как и он, поэтому никогда не пересекаются):

• «Греки» — громадная гроздь астероидов летит      на 60 градусов впереди Юпитера в точке Лагранжа L₄      (названия многим астероидам в этой группе дают в честь героев мифа о      Троянской войне — Ахилл, Одиссей и т.д.);
• «Троянцы» — движутся также, но позади      Юпитера, в точке Лагранжа L₅ (названия им дают в честь защитников      Трои — Гектор, Приам и т.д.).

Третью группу называют «семейством Хильды» — удивительная кучка камней с орбитальным резонансом 3:2 (за два юпитерианских года — оборота планеты вокруг Солнца — семейство Хильды делает ровно 3 оборота).

Хильды не пересекают орбиту Юпитера — они летят внутри «бублика», в сторону Солнца.

Название семейству дал самый известный представитель этих астероидов (153)Хильда — темный крупный астероид, размером примерно 170-180 км и открытый в 1875 году. Назвали его в честь дочери австрийского астронома.

Кстати, среди астероидов юпитерианской группы есть много крупных астероидов, в том числе около 30 объектов диаметром больше 100 км, и около миллиона астероидов размером больше километра например:

• среди «Греков» летает удивительный      астероид (624)Гектор размером около 250 км — его название должно      быть греческим, но из-за путаницы в исторических записях его имя явно      троянское, когда его исследовали пролетавшие мимо зонды, обнаружилось, что      он имеет форму гантели и даже имеет свой собственный спутник!
• крупнейшим среди «Троянцев»      является двойной астероид (617)Патрокл размером в 140 км — а этот получил      имя не троянское, а греческое (астрономы все мифы перепутали!) — это      странный астероид, состоящий из двух объектов почти одинаковых размеров,      летающих близко к друг другу и движущихся как единое целое (то ли почти      слиплись, то ли являются друг для друга спутниками);
• среди семейства Хильды      помимо давшего название группе астероида (153)Хильда, есть еще более      крупный (334)Чикаго размером почти 200 км.

Изучать их сложно, поскольку большинство из них состоит из очень темных (пористые углеродные тела D и Р-типов) пород, которые с Земли очень сложно рассмотреть. По количеству их примерно столько, сколько в основной части Главного пояса, а по массе — намного меньше (там практически нет металлических и каменных астероидов).

Кому интересно: вот типы астероидов по их составу и альбедо:

Словарик:

Альбедо — показатель яркости объекта, то есть способность отражать свет. Если он отражает весь свет, говорят, что его альбедо равно 1 (100%), а если поглощает весь свет, то его альбедо = 0. Понятно, что полноценных 0 и 1 практически не существует, разные объекты находятся где-то между этими значениями. Например, свежий снег имеет альбедо 0,80–0,90 (то есть отражает 80-90% света), у свежего и старого асфальта альбедо низкое: соответственно примерно 0,04 и 0,12 (отражает 4% или 12% света).

Интересно, что зрительное восприятие может нас подвести. Например, у Луны очень низкое альбедо, как у старого асфальта (0,12). Почему же мы видим ее такой яркой? Все дело в том, что она находится близко к нам и освещена мощными лучами Солнца. То есть отражает она мало, но вот падает на нее слишком много света, и мы видим ее почти белой!

Планетезимали — «строительные блоки», из которых формируются планеты («зародыши планет»). Вокруг молодой звезды на раннем этапе формирования системы, крутится пыль и газ, которые постепенно «слипаются», образуя все более крупные объекты — астероиды и планеты.

Энстатит — очень тугоплавкий и устойчивый к экстремальным температурам материал. На Земле это глубинный минерал из мантии, который используют как драгоценный камень в ювелирном деле (прозрачные зеленоватые, желтоватые или бурые). Изотопный состав Е-хондритов в этих метеоритах почти идеально совпадает с земным, поэтому ученые считают, что именно из такого материла когда-то сформировалась Земля.

Уф.

За орбитой Нептуна — совсем другие зоны Солнечной системы. Расскажу о них в другой раз.

(Могу рассказать и о каждой планете забавные и удивительные факты, если это кому-нибудь интересно — сейчас не хочется делать излишне большой пост.)

Зачем это знать автору и читателю?

Планеты расположены далеко друг от друга. Думая, что от Земли до каждой планеты и у них между собой всегда одно и то же расстояние, автор ошибается. Некоторые читатели, привыкшие к НФ, это замечают и возмущаются. Остальным, в общем, все равно, динамика сюжета захватывает — и ладно.

Но все же лучше быть реалистичными. Невозможно полететь на Марс, например, сегодня и через год — к тому времени Марс окажется на другой стороне от Солнца и лететь к нему придется много лет.

Так что еще небольшие шпаргалки.

Если мы говорим о Земле, то максимальное сближение ее с другими планетами называют противостоянием (то есть оппозицией). Это положение, при котором на одной прямой линии оказываются Солнце, Земля и другая планета (поэтому с Венерой и Меркурием противостояний нет, они ближе к Солнцу, чем Земля).

Синодический период планеты — это периодичность повторения противостояний Земли с этой планетой.

Важно! Имея меньший диаметр орбиты и большую скорость, Меркурий и Венера «догоняют» Землю, а остальные планеты Земля сама «догоняет» (чем дальше от Солнца планета, тем больше ее год).

Забавно: Марс совсем недалеко от нас, но он шустрый, поэтому Земле нужно потратить много времени на то, чтоб его догнать (противостояния с ним — самые редкие в Солнечной системе).

А другие планеты между собой тоже сближаются? Конечно! Только происходит это с другой периодичностью. Все пары планет долго писать, поэтому самые интересные:

Примеры

• «Большое путешествие»      — для запусков аппаратов Вояджер-1 и Вояджер-2 в 1970 годах было выбрано крайне      редко встречающееся удачное событие — все 4 планеты-гиганта выстроились      почти в одну линию (оказались рядом с друг другом), что позволило ускорить      их до немыслимых другими способами скоростей благодаря использованию «гравитационной      пращи» — это колоссальная экономия времени и топлива. Сейчас аппараты      удалились от Земли почти на целый световой день (почти 24 часа сигнал от Вояджера-1      будет идти до нас или от нас к нему, а до Вояджера-2 — около 19 часов)! За      это время они улетели, соответственно, на 166 и 138 а.е. от Земли. 
• В январе 2006 года к      Плутону отправился аппарат «Новые горизонты». Это было просто удачей,      что один аспирант случайно заметил удачное расположение Земли, Юпитера и      Плутона. В результате путешествие до Плутона заняло 9,5 лет вместо 13. Это      было важно еще и потому, что надо было «успеть пока не замерзло» — Плутон      вращается по вытянутой орбите — еще немного, и он бы удалился так далеко от      Солнца, что его атмосфера замерзнет («выпадет в осадок»), а космическим      аппаратам гораздо удобнее исследовать газообразные атмосферы. Его год      составляет почти 248 лет, так что удобный случай подвернулся бы очень      нескоро! Так что высчитывать окно запуска НАСА пришлось с ювелирной      точностью.

В общем, если ваши корабли летают по Солнечной системе, то лучше не забывать о том, что планеты ведут себя неприлично, каждый раз оказываясь в другом месте! Когда же речь идет не о парах, а сразу о нескольких планетах, то получается вовсе кошмар. Но… посчитать несложно, да и справочников в сети достаточно.

Успехов и любви к космосу!