Небесные тела. 2

Зміст

Небесні тіла

Планети Сонячної системи

Будова

Планети-гіганти

Планети земної групи

Характеристики планет

Динамічні характеристики

Орбіта планети

Нахил осі

Обертання планети

Чиста орбіта

Астероїди

Метеорити та метеори

Комети

Зорі

Боліди

 У небесних тіл є одна спільна особливість – усі  вони рухаються. У Всесвіті взагалі  немає тіл, які б не рухалися. До небесних тіл належать:

• планети,

• зорі,

• комети,

• астероїди,

• метеори,

• метеорити,

• боліди 

• тощо.

Види небесних тіл

• Планети — це великі небесні несвітні тіла. Усі планети земної групи мають порівняно невеликі розміри, значну густину та складаються в основному з твердих речовин.

Планети-гіганти мають великі розміри, малу густину та складаються переважно з газів. Маса планет-гігантів складає 98 % від сумарної маси планет Сонячної системи. Стосовно Сонця планети розташовуються в такому порядку: Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Ці планети названо на честь римських богів: Меркурій — бог торгівлі; Венера — богиня кохання й краси; Марс — бог війни; Юпітер — бог-громовержець; Сатурн — бог землі й родючості; Уран — бог неба; Нептун — бог моря й судноплавства; Плутон — бог підземного царства мертвих. На Меркурії температура вдень підвищується до 420 °С, а вночі падає до –180 °С. На Венері і вдень і вночі стоїть жара (до 500 °С), її атмосфера майже повністю складається з вуглекислого газу. Земля ж розташовується на такій відстані від Сонця, що більша частина води перебуває в рідкому стані, що дало можливість виникнути життю на нашій планеті. Атмосфера Землі містить кисень.

На Марсі температурний режим  подібний до земного, але в атмосфері  переважає вуглекислий газ. За низьких  температур узимку вуглекислий газ  перетворюється на суху кригу. Юпітер у 13 разів більший і в 318 разів важчий від Землі. Його атмосфера густа, непрозора й виглядає як смуги різних кольорів. Під атмосферою є океан із розріджених газів.

• Зорі — розпечені небесні тіла, що випромінюють світло. Вони настільки віддалені від Землі, що ми бачимо їх яскравими цятками. Неозброєним оком на зоряному небі можна налічити близько 3000 зір, за допомогою підзорної труби — у десять разів більше.
• Сузір’я — групи розташованих поряд зір. Давні астрономи подумки сполучали зорі лініями й одержували певні фігури. На небі Північної півкулі давні греки виділили 12 зодіакальних сузір’їв: Козоріг, Водолій, Риби, Овен, Телець, Близнята, Рак, Лев, Діва, Терези, Скорпіон і Стрілець. Давні люди вважали, що кожний земний місяць певним чином пов’язаний з одним із сузір’їв.
• Комети — небесні тіла зі світними хвостами, що із часом змінюють своє положення на небі й напрям руху. Тіло комети складається з твердого ядра, заморожених газів із твердим пилом, розміром від одного до десяти кілометрів. При наближенні до Сонця гази комети починають випаровуватися. Так у комет виростає світний газовий хвіст. Найвідомішою є комета Галлея (її відкрив у XVII ст. англійський астроном Галлей), що з’являється біля Землі із приблизним інтервалом у 76 років. Востаннє вона наблизилася до Землі в 1986
• Метеори — це тверді рештки космічних тіл, що з величезною швидкістю падають крізь атмосферу Землі. При цьому вони згоряють, залишаючи яскраве світло.
• Боліди — яскраві гігантські метеори масою від 100 г до кількох тонн. Їхній швидкий політ супроводжується гучним шумом, розсипанням іскор, запахом гару.
• Метеорити — обгорілі кам’яні або залізні тіла, що впали на Землю з міжпланетного простору, не зруйнувавшись в атмосфері.
• Астероїди — це планети-«крихітки» від 0,7 до 1 км в діаметрі.

Планета (грец. πλανήτης — той, що блукає) — кулясте несамосвітне тіло, що обертається навколо Сонця чи іншої зірки. Орбіта цього обертання дуже близька до еліпсу.

За найсучаснішим означенням, плане́тою сонячної системи вважають астрономічний об'єкт, що обертається навколо Сонця, має достатню масу та силу тяжіння для того, щоб набути геоїдної форми та має «незасмічену околицю», тобто колись вивів зі своєї орбіти всі менші за нього тіла, або ж переважну їх частину. Ті астрономічні об'єкти, що задовольняють двом першим умовам, але не задовольняють третій, називають карликовими планетами. Винятком з цього правила є природні супутники планет.

Планети, що перебувають  поза межами Сонячної системи, називають екзопланетами. Планети обертаються навколо зірок і видимі завдяки освітленню їх випромінюванням зірок.

Ще в античності люди помітили, що певні об'єкти на небі змінюють своє розташування відносно інших зірок. Саме це блукання небом дало планетам їхню назву. Греки й римляни називали планети іменами богів: Гермес — Меркурій, Арес — Марс, Зевс — Юпітер, Кронос — Сатурн і Афродіта — Венера. До планет зараховували також Місяць і Сонце.

За уявленнями стародавніх планети  впливали на долі людей та історичні  події, що породило астрологію. До 16 століття вважалося, що всі планети, що обертаються навколо Землі. Ніколай Коперник у своїх працях показав, що лише Місяць обертається навколо Землі, а всі інші планети обертаються навколо Сонця. Тим самим він виключив Сонце і Місяць із переліку планет.

Вже в Новий час було відкрито ще три планети.

• 1781 р. — Уран (1781, В. Гершель)
• 1846 р. — Нептун (1846, Дж.Адамс, Урбен Ле Вер'є, І.Галлє)
• 1930 р. — Плутон (1930, П. Ловелл, П. Томбо, в серпні 2006 статус Плутона було змінено на планету-карлик  р.)

За традицією, відкриті у XVIII — XX ст. планети також отримали міфологічні назви: Уран, Нептун, Плутон, як і супутники великих планет: Деймос, Фобос, Іо, Європа, Ганімед, Каллісто, Титан, Рея, Япет, Тефія, Феба тощо.

1995 року відкрито першу позасонячну планету зірки, що перебуває за 50 світлових років від Землі. Зараз їх відомо більше сотні.

Сьогодні у Сонячній системі відомо 8 великих планет:

• Меркурій,
• Венера,
• Земля,
• Марс,
• Юпітер,
• Сатурн,
• Уран,
• Нептун.

У 2006 р. 26 Генеральна асамблея Міжнародного астрономічного союзу скасувала статус планети для Плутона. Планети земної групи  — Меркурій, Венера, Земля, Марс) близькі за розмірами і будовою, середня густина їх речовини складає 5,52-3,97 г/см³. До цієї групи примикають деякі великі супутники планет, які схожі за своїми характеристиками до планет земної групи. Це супутники Юпітера Ганімед, Іо, Європа (супутник), Калісто і супутник Сатурна — Титан.

Утворилися планети з газопилової  хмари навколо Сонця. Подібні  пилові хмари (диски) можна сьогодні спостерігати біля деяких зірок нашої  галактики. З погляду гірничої справи як сировинний ресурс майбутнього найбільший інтерес становлять астероїди і найближчі до Землі планети — Місяць та Марс.

Приблизні розміри  планет відносно одна одної та Сонця

Всі параметри нижче  вказані відносно їх значень для  Землі:

Плутон з 2006 року не вважається повноцінною великою планетою, а карликовою.

Будова планет

Планети Сонячної системи  поділяють на дві групи:

• планети земної групи
• планети-гіганти.

Для планет земної групи характерна більша середня густина. Можна припустити, що Меркурій, густина якого більша порівняно з іншими планетами, має щільне залізне ядро, у якому міститься близько 60 % маси планети; Венера, за масою та густиною подібна до Землі, має у своєму центрі ядро, багатше на залізо, ніж земне, а густина силікатів у її оболонці дещо більша, ніж у оболонці Землі; Земля має складну структурну оболонку (мантію), що сягає глибини 2900 км, а нижче розташовано ядро, очевидно металеве (залізне), на межі з мантією — рідке, а в центрі — тверде; у Марса, який має порівняно малу густину, якщо і є залізне ядро, то воно невелике (не більше ніж 30 % радіуса), а густина силікатних порід його оболонки дещо більша, ніж у Землі.

У планет-гігантів дуже низька середня густина і специфічний хімічний склад атмосфери. Це свідчить про те, що вони складаються з речовини, подібної до сонячної, до складу якої входять здебільшого водень і гелій. Існує гіпотеза, що металеве ядро Юпітера рідке, тому що в Юпітера існує потужне магнітне поле, значно потужніше, ніж у Землі. Подібну з Юпітером структуру має Сатурн. Щільніші Уран і Нептун мають, очевидно, ядро із суміші води, аміаку й метану в рідкій або твердій фазі, оточене масивною воднево-гелієвою атмосферою, на яку припадає, однак, лише близько 10 % маси.

Планети-гіганти

У планет-гігантів Юпітера, Сатурна, Урана, Нептуна середня густина 1,4 г/см³, тобто близька до сонячної. Юпітер і Сатурн, як і Сонце, складаються в основному з водню і гелію. У Сатурна, Юпітера, Урана і Нептуна є кільця, утворені кам'янистими і крижаними брилами. Найбільші вони у Сатурна, ширина кілець якого досягає 137000 км (див. малюнок угорі).

Сатурн

                                        НЕПТУН

ЮПІТЕР

        УРАН

Меркурій — перша планета Сонячної системи. Має найбільш екстремальні характеристики з планет земної групи: температура вдень — до +427 °C, вночі — до −183 °C. Порівняно велика середня густина — 5,44 г/см³, очевидно, зумовлена відносно великим ядром, багатим на залізо, яке складає 42 % від об'єму планети (ядро Землі — 16 %, Марса — 9 %).

Венера — друга планета Сонячної системи. Серед планет земної групи має найгустішу атмосферу, склад якої: СО₂ (97 %), N₂ (~ 3 %), є домішки Н₂О, СО, SO₂, HCl, HF. Товстий 15-кілометровий шар хмар з концентрованої сірчаної кислоти сприяє так званому «парниковому ефекту». Температура поверхні — близько 464 °C, тиск — близько 93 атм. На поверхні є рівнини, гори, кратери, розломи, камені. Близько 85 % поверхні Венери — рівнини і вулканічні низини з борознами, (каньйони, залишені потоками лави). Найбільша в Сонячній системі борозна — Балтійська долина — має 6800 км. Венеріанські породи близькі за складом до земних. Середня товщина венеріанської кори — 20 — 40 км, масивне залізне ядро займає близько 12 % від об'єму планети, межа між ядром і мантією перебуває на глибині близько половини діаметра планети. Тут відсутня тектоніка плит і дрейф континентів, властивих для землі Землі. Натомість характерним є так званий мантійний плюмаж — підняття гарячої мантійної речовини, що обумовлює виникнення круглих або еліптичних утворень діаметром сотні кілометрів — корон, всередині яких багато вулканів і лавових потоків. Див. венеріанські породи.

        ВЕНЕРА

Земля — третя планета Сонячної системи. Обертається навколо зірки еліптичною орбітою (дуже близької до кругової) із середньою швидкістю 29,765 км/с на середній відстані 149,6 млн. км за період, рівний 365,24 доби. Земля має супутник — Місяць, що обертається навколо Землі на середній відстані 384 400 км. Нахил земної осі до площини екліптики складає 66⁰33`22``. Період обертання планети навколо своєї осі 23 год 56 хв 4,1 сек. Обертання навколо своєї осі викликає зміну дня і ночі, а нахил осі разом із обертанням навколо Сонця — зміну пір року.

 Форма Землі — геоїд, приблизно — еліпсоїд. Середній радіус Землі складає 6371,032 км, екваторіальний — 6378,16 км, полярний — 6356,777 км. Площа поверхні земної кулі 510 млн. км², об'єм — 1.083 * 10¹² км², середня густина 5518 кг/м³. Маса Землі складає 5976 × 10²¹ кг. Земля має магнітне і тісно зв'язане з ним електричне поля. Гравітаційне поле Землі зумовлює її сферичну форму й існування атмосфери.

ЗЕМЛЯ

Марс — четверта планета Сонячної системи. За останніми даними марсоходів Spirit i Opportunity, температура на планеті: вдень +20, вночі −125 °C. Склад атмосфери: СО₂ (95 %), N₂ (~ 2,5 %), Ar (1,5-2,0 %),Н₂О (до 0,1 %), СО(0,06 %). Частими є пилові бурі зі швидкістю вітру до 100 м/с. Марсіанські породи мають схожість з земними. На поверхні є вулканічні гори, підняття, пустелі з кратерами. Перепади висот — 30 км (на Землі — 20 км). Є полярні шапки з льоду (верхній шар — із замерзлого вуглекислого газу, нижній — води). Імовірний радіус ядра планети — 1300 — 2000 км. Товщина літосфери, яка не розщеплена на окремі плити, близько 200 км. Породи поверхні мають вік 3,8 млрд років.            МАРС

Супутник Юпітера — Ганімед має діаметр 5268 км і більший за Меркурій — це найбільша планета-супутник у Сонячній системі. Вважають, що його поверхня вкрита льодом і кам'янистими породами. Іо має понад 80 активних вулканів. І це єдиний аналог Землі за вулканічною активністю. Європа, найбільш імовірно, вкрита океанами води, — це також аналог Землі, але вже за наявністю великої кількості води у рідкому стані. Калісто теж, імовірно, має на поверхні воду (лід) і кам'янисті породи. Титан має діаметр 5150 км і теж більший за Меркурій. Його щільна атмосфера складається з азоту і невеликої кількості інших газів (метану та ін.). Вважається, що сучасні умови на Титані аналогічні тим, які існували на Землі до виникнення на ній життя.

Характеристики планет

Незважаючи на те, що кожна  планета є унікальною за своїми фізичними  характеристиками, серед них можна спостерігати чимало спільностей, починаючи від наявності кілець, природних супутників, та інших спільних ознак і не лише для планет Сонячної системи, а також в недавно виявлених екзопланетах. Ці особливості розпізнають по характерним ознакам — динамічним та фізичним характеристикам для кожної з планет

Динамічні характеристики

Динамічні характеристики планет пов'язані з усіма динамічними ознаками планети, як тіла в просторі, тобто, особливості руху небесного тіла (планети) в просторі. До них відносять характеристики орбіти, нахилу осі, обертання та інші динамічні ознаки планет.

Орбіта планети

Відповідно до визначення, планета є тілом, що обертається  навколо зірки. Таким чином виключається можливість існування окремих планет, які можна було б назвати «планетами-одинаками». Відомо, що траєкторія руху в гравітаційному полі іншого тіла (наприклад, зорі) має назву орбіти. Вона може мати форму кола, еліпса, параболи або гіперболи. У Сонячній системі всі планети обертаються своїми орбітами в тому ж напрямку, в якому обертається і Сонце. Але принаймні одна з нещодавно відкритих екзопланет, WASP-17b, обертається в протилежний бік щодо обертання своєї зорі.

Період, протягом якого  планета робить оберт навколо  зірки, називається сидеричним періодом обертання або планетарним роком^[3]. Тривалість року дуже залежить від відстані планети до зірки, адже якщо планета перебуває далеко від зірки, то вона рухатиметься повільніше (оскільки на неї слабше впливатиме гравітації зірки), і, крім того, вона має здолати довший шлях.

Оскільки орбіта жодної з відомих планет не є точним колом, відстань між зіркою і планетою на її орбіті змінюється. Точку орбіти, де планета найближче підходить до зірки називають періастром (для Сонячної системи така точка має свою назву — перигелій), тоді як найвіддаленіша точка орбіти називається апоастром (для орбіт навколо Сонця ця точка має назву афелій). Оскільки в періастрі планета перебуває найближче до світила, наслідком є збільшення швидкості руху планети, подібно до того, як високо кинутий камінь прискорюється, наближаючись до землі, а коли планета перебуває в апоастрі, її швидкість зменшується, подібно до того як той же кинутий вгору камінь сповільнюється у верхній точці свого польоту.

Орбіта  будь-якої з планет визначається кількома елементами:

• Ексцентриситет — визначає наскільки планетарна орбіта витягнута. Орбіти з невеликим (близьким до нуля) ексцентриситетом мають форму, близьку до кола, тоді як орбіти з великим (близьким до одиниці) ексцентриситетом еліптичної (витягнутої) форми. У планет Сонячної системи ексцентриситети невеликі, і їх орбіти майже як коло. Комети і об'єкти поясу Койпера (як і численні екзопланети) мають великий ексцентриситет та, відповідно, високоеліптичні орбіти.
• Велика піввісь це відстань від планети до центра еліпса. Ця відстань не дорівнює відстані до планети у апоастрі чи періастрі, бо центральна зірка розташована не у центрі еліпса, а у його фокусі.
• Нахил орбіти — кут між площиною орбіти і базовою площиною. У Сонячній системі базовою площиною вважають площину орбіти Землі, яку називають екліптикою. Орбіти всіх восьми планет Сонячної системи перебувають поблизу площини екліптики, тоді як комети і об'єкти поясу Койпера, наприклад Плутон, мають орбіти з більшими кутами нахилу . Для екзопланет такою площиною вважають небесну площину на оглядовій лінії з Землі. 
            Точки, де планета перетинає базову площину, називаються висхідними і низхідними вузлами орбіти. Довгота висхідного вузла — це кут між базовою площиною і висхідним вузлом орбіти^. Аргумент періастра (або аргумент перигелію) це кут між орбітальним висхідним вузлом і періастром (найближчою до зірки точкою на орбіті планети).

Нахил осі

Нахил Земної осі —  приблизно 23°

Планети мають різні  кути осьового нахилу, тобто, вони лежать під певним кутом до площини екватора материнської зірки. Саме тому, кількість світла одержуваного тією чи іншою півкулею змінюється протягом року; оскільки північна півкуля планети більше освітлюється, аніж ніж південна півкуля, або ж навпаки. Як наслідок, на більшості планеті відбувається зміна сезонів, тобто, зміна клімату протягом року. Час, коли одна з півкуль найбільше обернена до Сонця, називається сонцестоянням. Протягом одного обертання орбітою (одного витка планети по своїй орбіті) трапляється два сонцестояння; коли кожна з півкуль перебуває в літньому сонцестоянні і день там найдовший, тоді як інша півкуля перебуває в зимовому сонцестоянні, з його надзвичайно коротким днем. Внаслідок такого розташування, півкулі отримують різну кількість світла і тепла, що слугує причиною щорічних змін погодних умов на планеті.

Осьовий нахил Юпітера  надзвичайно низький, і сезонні  зміни там мінімальні, тоді, як Уран, навпаки, має осьовий нахил настільки високий, що практично «обертається навколо Сонця на боці», і під час сонцестоянь одна з його півкуль або постійно перебуває під Сонячним світлом, або постійно знаходиться в темряві. Що стосується екзопланет, то їх осьові нахили невідомі напевно, проте більшість «гарячих Юпітерів», в теорії, мають надзвичайно низький нахил, що є результатом близькості до самої зірки.

Обертання планети

Крім того, що планети  обертаються по своїй орбіті навколо  зірки, вони ще й обертаються навколо своєї осі. Період обертання планети навколо осі отримав визначення — доба. Більшість планет Сонячної системи обертаються навколо своєї осі в тому ж напрямку в якому вони обертаються навколо своєї зірки — Сонця, тобто, проти годинникової стрілки, що відмічено відносно північного полюса Сонця. Тоді як дві планети — Венера і Уран обертаються за годинниковою стрілкою, хоча екстремальний осьовий нахил Урану породжує суперечки, що ж вважати південним і північним полюсом самої планети, як наслідок, чи обертається він проти годинникової, а чи за годинниковою стрілкою^[15], однак якої б думки не дотримувалися сперечальники, щодо обертання Урану, але визнають його ретроградний тип обертання щодо його орбіти. Також спостерігається суттєва різниця між довжиною доби на планетах: адже Венері потрібно 243 Земних доби для одного обертання навколо осі, тоді як газовим гігантам всього кілька годин. Період обертання для екзопланет не відомий, проте, близьке розташування до зірок «гарячих Юпітерів» означає що на одній стороні планети панує вічна ніч, а на другий вічний день (оскільки орбіта і обертання синхронізовані).

Чиста орбіта

Динамічний критеріїв який дозволяє визначати небесне тіло як планету - чисті від інших об'єктів її орбітальні околиці. Планета яка очистила свої околиці накопичила достатню масу щоб зібрати або навпаки розігнати всі планетоутворюючі формування на своїй орбіті, тобто, планета обертається по орбіті навколо свого світила-зірки в ізоляції, на противагу тому, щоб ділити свою орбіту з безліччю об'єктів подібних собі розміром. Цей критерій статусу планети був запропонований МАС в серпні 2006 року, саме цей критерій і позбавляє такі тіла Сонячної системи як Плутон, Еріда і Церера статусу планети, відносячи їх до карликових планет та, слід відмітити, що цей критерій відноситься поки тільки до планет Сонячної системи. Потужними телескопами була запримічена деяка кількість молодих зоряних систем, які знаходяться на стадії протопланетарного диска мають ознаки «чистих орбіт» у протопланет.

Вважається, що одним  з перспективних джерел видобутку  корисних копалин поза Землею в майбутньому  стануть астероїди (малі планети). Це кам'янисті тіла з діаметром 1-1000 км, орбіти яких в основному знаходяться  між Марсом і Юпітером (т. зв. «пояс астероїдів» або «пояс Фаетона»). Загальна кількість астероїдів — близько 10 тис. Параметри орбіт визначені для 6 тис. Маса всіх астероїдів складає бл. 1/700 земної. Найбільші астероїди мають такі розміри: Церера — 1003 км, 2 Паллада — 608 км, Веста — 538 км, Гігія — 450 км, Ефросина — 370 км, Інтерамнія — 350 км, Давида — 323 км, Кібела — 309 км, Європа — 290 км, Паціенція — 276 км, Евномія — 272 км, Псіхея, Доріс, Ундина по — 250 км. Астероїдів з діаметром понад 200 км — бл. 30, а 80-200 км — бл. 800. Склад астероїдів різний, виділяють вуглисті (клас С), кам'яні (клас S), металічні (клас М). Розробляються методи видобутку чорних і дорогоцінних металів із залізних астероїдів. Передбачається, що деякі астероїди — це фактично золота руда. Найперспективніші для одержання дорогоцінних металів (Au, Pt, Ir, Os, Pd, Rh, Ru) два типи метеоритів: LL-хондрити з 1,2-5,3 % Fe-Ni, в якому міститься (50-220)•10^-6 г/г дорогоцінних металів; залізні метеорити, що містять n•100•10^-6 г/г дорогоцінних металів.