Орбиты планет Солнечной системы
Орбиты планет, находящихся в Солнечной системе – это незримый путь, которые описывают данные тела вокруг центральной звезды – Солнца. Они могут быть различными по протяженности и вытянутости, что влияет на сезонность климата небесных тел и температуру их поверхности. Какую же форму имеют орбиты планет в Солнечной системе, и как это влияет на сами небесные тела?
Перигелий, афелий и эксцентриситет
Разберемся с основными характеристиками орбитального пути. Все планеты Солнечной системы движутся вокруг Солнца. Проходя по своей траектории данное тело имеет точки наибольшей удаленности и приближенности к центральной звезде. Они называются соответственно афелий и перигелий. От их значения напрямую зависят климатические условия на том или ином теле.
Перигелий и афелий планет нашей системы имеют следующие величины:
- Меркурий: 46 – 69,82 млн. км;
- Венера: 107,5 – 109 млн. км;
- Земля: 147,1 – 152,1 млн. км;
- Марс: 206,7 – 249,2 млн. км;
- Юпитер: 740,7 – 816 млн. км;
- Сатурн: 1,35 – 1,5 млрд. км;
- Уран: 2,73 – 3,01 млрд. км;
- Нептун: 4,45 – 4,5 млрд. км.
По представленным величинам видно, что у одних планет разница между расстоянием в минимальной и максимальной удаленности от Солнца крайне мала, а у других – значительна. С этим выводом неразрывно связан другой термин, необходимый для описания орбиты планет, — эксцентриситет.
Эксцентриситет траектории, по которой движется планета, определяет ее форму. Для вычисления этого параметра необходимо знать большую и малую полуоси орбиты планеты. Для каждой формы орбитального пути есть свое числовое значение эксцентриситета:
- 0 – круг;
- От 0 до 1 – эллипс;
- 1 – парабола;
- От 1 до ∞ — гипербола;
- ∞ — прямая.
Все орбиты планет Солнечный системы имеют значение эксцентриситета больше нуля, т.е. обладают эллипсовидной формой. При этом самые сжатые, схожие с круговыми, орбиты в Солнечной системе наблюдаются у Венеры и Нептуна, а наиболее вытянутые – у Меркурия и Марса.
Планетарный год
Полный оборот небесного тела по своей траектории называется сидерическим периодом вращения. Для планет этот термин имеет синоним «планетарный год». Его протяженность зависит от среднего радиуса орбиты и скорости, с которой планета совершает орбитальное вращение.
Для удобства описания планетарные года рассчитывают в земных сутках и годах. Так, например, на Меркурии год длится 0. 24 земных года, или 89 земных суток. Это наиболее короткий планетарный год в Солнечной системе. А самым долгим считается год на планете Нептун, длящийся 164 года земных.
Фактор, отвечающий за смену времен года
За сезонность на планетах Солнечной системы отвечает угол наклона оси вращения к орбите. Чем меньше угол, тем стабильнее погода на небесном теле и нет смены пор года. Также сезонности не бывает на небесных телах с углом наклона более 90°.
Смена сезонов характерна для объектов с углом наклона оси в пределах 20-30 градусов:
«Лето» и «зима» также есть на Меркурии, несмотря на практически отсутствующий наклон оси. Это связано с высоким эксцентриситетом его орбиты. Разница между температурами в точках перигелия и афелия на Меркурии составляет 620 градусов Цельсия.
Таким образом, величина и форма пути, который описывает объект вокруг Солнца, очень влияют на формирование температурных условий на нём. Именно невысокий эксцентриситет и небольшая удаленность движения Земли, а также оптимальный угол наклона оси сделали её температуру наиболее комфортной для существования живых организмов.
Источник
Почему орбиты планет лежат в одной плоскости?
По модели Солнечной системы можно понять, что орбиты всех ее планет находятся как будто в одной плоскости. Если космическое пространство настолько необъятное, то возникает вопрос: почему планеты двигаются именно по таким траекториям, а не вращаются вокруг Солнца хаотично?
Формирование Солнечной системы
Собранные за много лет знания дают возможность ученым лишь строить предположения о том, как сформировалась Солнечная система. Существует общепризнанная небулярная теория, согласно которой Солнце и планеты возникли из молекулярного облака. Плотное облако при этом подверглось резкому сжатию под действием гравитации.
Предполагаемый возраст Солнечной системы – 4,6 миллиардов лет. В первую очередь, в центральной части газопылевого облака образовалось Солнце. Вокруг него, из вещества, оказавшегося за пределами центра, сформировался протопланетный диск. Позже из него возникли планеты, спутники и прочие космические тела.
Само же облако, по предположению ученых, могло образоваться после взрыва сверхновой звезды. Ее масса, должно быть, соответствовала массе 30 Солнц. Сверхновая звезда заполучила название Коатликуэ. Впоследствии Солнечная система эволюционировала.
Этапы формирования Солнечной системы
Небулярная гипотеза появилась в 18 веке. Ее выдвинули ученые Сведенборг и Лаплас вместе с философом Кантом. По сегодняшний день данная теория проверяется и улучшается на основании новых данных.
В начале 21 века ученые резко изменили мнение о том, как выглядела Солнечная система в начале своего существования. Прежде считалось, что за миллиарды лет ничего не изменилось. Однако, согласно новым представлениям, сейчас она стала более громоздкой.
Из чего состоит Солнечная система?
В современном представлении Солнечная система включает центральную звезду, а также естественные космические тела, которые вращаются вокруг нее. Масса системы – 1,0014 M☉(специальная единица измерения, использующаяся в астрономии).
Большую часть данной массы составляет Солнце, все остальное – планеты системы. В нее входит восемь планет. При этом Солнечная система состоит из внутренней и внешней области. Внутренняя область представлена близлежащими планетами: Меркурием, Венерой, Землей и Марсом. Внешнюю область образуют Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
Планеты Солнечной системы в масштабе
Как движутся планеты и Солнце?
Планеты Солнечной системы отдалены друг от друга. Движутся они по специальным траекториям – орбитам. Планетные орбиты имеют форму вытянутого круга. При этом орбиты располагаются почти в одной плоскости, которая называется плоскостью эклиптики.
Именно по эклиптике, большому кругу небесной сферы, движется Солнце. Это движение можно наблюдать с Земли в течение года. Полный оборот Солнце совершает за сидерический год, который равен 365,2564 дням.
Проблема расположения планет напрямую связана с теорией формирования Солнечной системы. Это достаточно сложный вопрос, тем более что ученым остается лишь моделировать и устраивать симуляции данного процесса. Стоит отметить, что фактически орбиты лежат почти в одной плоскости, поскольку им свойственно небольшое отклонение.
Вероятная причина такого расположения заключается в том, что планеты Солнечной системы образовались в пределах единого протопланетного диска. Другими словами – они сформировались из одной и той же материи. В процессе образования центральной звезды частицы за ее пределами продолжали двигаться и вращаться хаотично, но при этом на них действовал общий центр масс. Таким образом, вращение Солнца образовало единую плоскость вращения планет.
Орбита, по которой Земля вращается вокруг Солнца вместе с Луной
В соответствии с Законом всемирного тяготения, планеты вращаются вокруг Солнца, так как оно обладает значительно большей массой. Поэтому Солнечная система остается относительно стабильной и планеты не улетают в космос.
Ученым удалось обнаружить молодую звезду HL Тельца, возраст которой – около 100 000 лет. Она располагается на расстоянии 450 световых лет от Земли. Вокруг звезды обнаружен протопланетный диск, а также одна сформировавшаяся планета возрастом не более 2000 лет. В пределах данного диска отчетливо видны скопления газов, которые впоследствии могут стать планетами.
Эта находка предоставляет возможность ученым наблюдать за формированием новой звездной системы и на основании полученных данных расширять сведения о появлении Солнечной системы.
Расположение орбит планет почти в одной плоскости объясняется небулярной теорией формирования Солнечной системы. В соответствии с ней, Солнце образовалось из-за резкого сжатия газопылевого облака. В центре облака образовалась звезда, а вокруг нее – протопланетный диск. В дальнейшем из него возникли планеты – проще говоря, они сформировались из одной и той же материи. Планеты не улетают в космос, а вращаются по орбитам вытянутой формы вокруг Солнца из-за силы притяжения (Солнце занимает 99% массы всей системы).
Интересное видео об орбитах планет
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
Почему все планеты вращаются в одной плоскости?
Какая картинка всплывает перед глазами, когда мы представляем солнечную систему? Ровный диск из планет, обращающихся вокруг Солнца в том же направлении, что и Солнце вокруг своей оси.
Эта картинка настолько идеальна, что невольно возникает вопрос: действительно ли все так просто? Как и почему в трехмерном пространстве образовалась практически идеально плоская планетная система с единым направлением вращения? И можно ли называть Солнечную систему в этом плане особенной?
Сейчас Солнечная система действительно выглядит примерно так, как ее изображают на схемах: в центре – Солнце, а вокруг – ряд планет, орбиты которых лежат в одной плоскости (Почти. Об этом чуть позже). Но, как известно, так было не всегда. Для того, чтобы объяснить нынешнюю геометрию Солнечной системы, придется обратиться к процессам ее формирования.
Солнечная система образовалась около 4.6 млрд лет назад из облака космической пыли и газа. Изначально облако, удерживаемое взаимными силами гравитации частиц, имело произвольную форму, предположительно близкую к шару, а его содержимое было примерно равномерно распределено по всем трем плоскостям пространства. Частицы пыли и газа в облаке хаотично двигались и сталкивались друг с другом, не имея упорядоченного направления. И все-таки огромное облако «эволюционировало» к строгому виду системы, которую мы имеем сейчас. Как это произошло?
Во-первых, дело в законе сохранения момента импульса. Как было сказано выше, частицы пыли и газа постоянно находятся в хаотическом движении. Однако чисто математически крайне маловероятно, что общий момент импульса облака будет нулевым. А значит есть некоторое направление, в котором частиц движется больше, чем в любом другом. Общий момент импульса, представляет собой векторную сумму всех моментов импульсов отдельных частиц, и задает направление и скорость вращения замкнутой системы вокруг ее центра масс.
В процессе развития протопланетного диска направление и скорость могли изменяться за счет влияния внешних сил и факторов: это могло быть влияние гравитационной силы близлежащих звездных систем или попадание в систему инородных объектов. Но сейчас для нас это не имеет значения, поэтому влиянием внешних сил можно пренебречь.
При движении «вверх» и «вниз» относительно общего направления вращения системы частицы пыли и газа сталкиваются: импульсы частиц движущихся во всех направлениях кроме основного со временем нивелируются и остаются только частицы движущиеся в том самом основном направлении. То есть общее движение частиц в «вертикальной» плоскости компенсируется и стремится к нулю. При этом устанавливается такое распределение частиц в пространстве и по скоростям, при котором вероятность столкновений наименьшая. Такое состояние соответствует движению в плоскости по круговым орбитам.
Этому процессу помогает центробежная сила, «раскручивающая» протопланетное облако Солнечной системы в тонкий диск. Этот процесс не противоречит вышесказанному, а лишь дополняет его. Итогом станет «сплющивание» облака без изменения скорости и направления вращения системы.
И да, замкнутая система – научная модель. Ни одну систему в нашей Вселенной нельзя называть абсолютно замкнутой: каждое тело, имеющее массу или скорость, в той или иной степени влияет на все другие тела. Вследствие взаимного влияния сил гравитации, угол наклона орбит планет незначительно отклоняется от плоскости эклиптики, но в целом этот разброс невелик.
Можно ли считать плоскую солнечную систему особенной? Однозначно нет. Точно такую картину мы наблюдаем буквально в любой другой звёздной системе, что говорит о том, что везде при формировании звёзд и планетных систем происходили схожие процессы.
Подведем краткий итог:
Почему все-таки все планеты находятся в одной плоскости? Планеты формируются из газопылевого облака, коллапсирующего в кратчайшем направлении. Затем частицы «склеиваются» между собой, после чего сжимаются по направлению к центру. Но вместо того, чтобы упасть на уже сколлапсировавшуюся звезду, они начинают вращаться вокруг нее. Как итог, под действием сил гравитации и центробежной силы, в соответствии с законом сохранения момента импульса, образуются космические тела и планеты, которые продолжают вращаться в той же плоскости.
Источник
Почему все планеты вращаются в одной плоскости?
Как известно, планеты нашей солнечной системы вращаются вокруг Солнца примерно в одной плоскости. Если мы посмотрим на другие системы, то увидим такую же картину. Более того, галактики тоже имеют дисковидную форму? Почему так? Почему галактики и планетные системы не имеют форму, например, сферы?
Вы можете также просмотреть или прослушать эту статью на нашем канале на youtube!
Вращение материи в одной плоскости обусловлено двумя причинами. Во-первых это постоянные столкновения между частицами, во вторых это то, что действие происходит в трёхмерном пространстве. Космические объекты образуются из гигантских газопылевых облаков самой разнообразной формы. Эти облака сжимаются под действием собственной гравитации, а частицы пыли сталкиваются между собой и слипаются в единое целое. Движение каждой отдельной частицы предсказать невозможно, но если посмотреть на них на всех в целом, то окажется, что у них есть общий момент импульса относительно центра масс облака, который и задаёт плоскость в которой всё будет вращаться.
В облаке трудно увидеть это общее направление вращения, но математика говорит, что оно есть, и как обычно оказывается права.
Направление общего момента импульса зависит от множества случайностей, таких как форма облака, его размер, столкновения облака с другими облаками и звёздами. В результате, какой плоскости повезет изначально иметь чуть больший импульс, та со временем, после множества столкновений сгонит к себе всю остальную материю и определит общую ось вращения объекта.
Источник