Układ Słoneczny
Układ Słoneczny – układ planetarny, w centrum którego znajduje się Słońce i ciała niebieskie związane jego grawitacją. Ciała te, to osiem planet i przynajmniej 166 ich księżyców, co najmniej pięć planet karłowatych i ich sześć znanych księżycy oraz miliardy małych ciał Układu Słonecznego, do których zalicza się planetoidy, obiekty pasa Kuipera, komety, meteoroidy i pył międzyplanetarny.
Innymi słowy, zbadane regiony Układu Słonecznego zawierają licząc od Słońca: cztery planety skaliste, pas planetoid składający się z małych skalistych ciał, cztery zewnętrzne planety-olbrzymy oraz drugi pas - pas Kuipera, składający się z obiektów skalno-lodowych. Za pasem Kuipera znajduje się dysk rozproszony, dużo dalej heliopauza i w końcu hipotetyczny obłok Oorta.
Licząc w kolejności od Słońca planety skaliste to:
Zewnętrzne gazowe olbrzymy (inaczej planety jowiszowe) to:
Pięć planet karłowatych to:
- Ceres, największy obiekt w pasie planetoid;
- Pluton, największy znany obiekt w pasie Kuipera;
- Haumea;
- Makemake, drugi co do wielkości obiekt w pasie Kuipera;
- Eris, największy znany obiekt w dysku rozproszonym.
Sześć z ośmiu planet i trzy z planet karłowatych mają swoje naturalne satelity, zwykle zwane "księżycami" podobnie jak ziemski Księżyc, a każda z planet zewnętrznych jest otoczona pierścieniami złożonymi z pyłu i innych małych cząstek . Wszystkie planety z wyjątkiem Ziemi noszą imiona bóstw z mitologii rzymskiej (wyjątek stanowi Uran, zawdzięczający nazwę greckiemu bóstwu Uranosowi).
[edytuj] Terminologia
Obiekty orbitujące wokół Słońca są podzielone na trzy grupy: planety, planety karłowate i małe ciała Układu Słonecznego.
Astronomowie zwykle mierzą odległości w Układzie Słonecznym w jednostkach astronomicznych (skrót: j.a. lub AU). Jedna jednostka astronomiczna to średnia odległość pomiędzy Ziemią a Słońcem czyli około 149,598,000 km. Pluton jest odległy o około 38 j.a. od Słońca, podczas gdy Jowisz krąży po orbicie odległej o około 5,2 j.a. od Słońca. Jeden rok świetlny, najlepiej znana jednostka odległości międzygwiazdowych to około 63,240 j.a. Odległość ciała niebieskiego od Słońca waha się w przeciągu roku. Maksymalne zbliżenie do Słońca nazywane jest peryhelium, a największe oddalenie nazywane jest aphelium.
Nieformalnie, Układ Słoneczny jest czasami dzielony na oddzielne strefy. Wewnętrzny Układ Słoneczny zawiera cztery planety skaliste i główny pas planetoid. Czasami definiuje się zewnętrzny Układ Słoneczny jako obejmujący wszystko poza pasem planetoid.[1] Od czasu odkrycia pasa Kuipera, niektórzy używają tego określenia dla obszaru poza orbitą Neptuna, i wtedy gazowe olbrzymy stanowią "strefę środkową".[2]
[edytuj] Struktura
Centrum Układu Słonecznego stanowi Słońce, gwiazda ciągu głównego typu widmowego G2, która zawiera 99,86% znanej masy układu i dominuje w nim grawitacyjnie[3]. Jowisz i Saturn, dwa największe ciała orbitujące wokół Słońca, stanowią więcej niż 90% pozostałej masy układu [4]. [5] [6] [7]
Większość orbit dużych ciał krążących wokół Słońca ułożonych jest blisko płaszczyzny orbity ziemskiej, zwanej ekliptyką. Orbity planet leżą blisko ekliptyki, podczas gdy orbity komet i obiektów Pasa Kuipera są zwykle położone pod większym kątem.
Wszystkie planety i większość innych ciał, okrążają Słońce zgodnie z kierunkiem jego własnej rotacji (przeciwnej do wskazówek zegara, patrząc z góry na biegun północny Słońca). Istnieją też wyjątki, takie jak Kometa Halleya.
Orbitalny ruch ciał niebieskich obiegających Słońce opisał Jan Kepler, formułując prawa ruchu planet. Według I prawa Keplera, każde ciało krąży (w przybliżeniu) po elipsie, a Słońce leży w jednym z ognisk elipsy. Im bliżej Słońca znajduje się ciało, tym szybciej się porusza. Orbity planet są zbliżone do okręgu, jednak wiele komet, planetoid i obiektów Pasa Kuipera krąży po silnie wydłużonych orbitach eliptycznych.
Ze względu na ogromne różnice (i stosunki) odległości, wiele wizualizacji Układu Słonecznego ukazuje orbity planet w podobnych do siebie odległościach. W rzeczywistości, z kilkoma wyjątkami, im dalej planeta lub pas planetoid znajduje się od Słońca, tym bardziej rośnie odległość pomiędzy jego orbitą, a orbitą poprzedniego ciała. Na przykład Wenus znajduje się średnio o 0,33 j.a. dalej niż Merkury, podczas gdy Saturn znajduje się o 4,3 j.a. dalej od Jowisza, a Neptun krąży o 10,5 j.a. dalej od Urana. Podejmowano próby, aby określić związek pomiędzy tymi odległościami (patrz: Reguła Titiusa-Bodego), jednak żadna tego typu teoria nie znalazła wytłumaczenia i nie została zaakceptowana.
[edytuj] Słońce
Duża masa daje Słońcu wewnętrzną gęstość wystarczająco dużą by utrzymać reakcję termojądrową, która uwalnia ogromne ilości energii, głównie wypromieniowywanej w przestrzeń jako promieniowanie elektromagnetyczne, w tym światło widzialne.
Słońce jest klasyfikowane jako umiarkowanie duży żółty karzeł, jednak ta nazwa jest myląca ponieważ, w porównaniu do innych gwiazd w Galaktyce, Słońce jest raczej duże i jasne. Gwiazdy porządkuje się według diagramu Hertzsprunga-Russella, na którym zaznaczono jasność gwiazd i temperaturę ich powierzchni. Ogólnie, gorętsze gwiazdy są jaśniejsze. Gwiazdy układające się według tego wzoru są nazywane gwiazdami ciągu głównego; Słońce leży właśnie po środku tego grafu. Gwiazdy jaśniejsze i gorętsze od Słońca występują rzadko. Gwiazdy ciemniejsze i chłodniejsze są powszechne.[8]
Według współczesnej wiedzy pozycja Słońca w ciągu głównym określa go jako gwiazdę w "sile wieku". Nie wyczerpało jeszcze swojego zapasu wodoru niezbędnego dla reakcji termojądrowej. Słońce staje się coraz jaśniejsze. We wcześniejszych etapach swojego życia było w 75 procentach tak jasne jak obecnie[9].
Obliczenia dotyczące stosunku wodoru i helu wskazują, że znajduje się ono mniej więcej w połowie swojego życia. W końcu opuści ono swój ciąg główny i stanie się większe, jaśniejsze, chłodniejsze i czerwieńsze, stając się czerwonym olbrzymem za około pięć miliardów lat[10]. Wówczas jego jasność będzie kilka tysięcy razy taka jak obecnie.
Słońce jest gwiazdą I populacji; narodziło się w późniejszych etapach ewolucji Wszechświata. Zawiera więcej pierwiastków cięższych niż wodór i hel czyli tzw. "metali" (mówiąc w żargonie astronomicznym) niż starsze gwiazdy II populacji.[11] Pierwiastki cięższe niż wodór i hel powstają tylko w jądrach gwiazd a pierwiastki ciężkie, tylko podczas eksplozji gwiazd. Pierwsze pokolenie gwiazd musiało umrzeć w eksplozji by wszechświat był wzbogacony o te atomy. Najstarsze gwiazdy zawierają niewiele metali, podczas gdy gwiazdy powstałe później zawierają ich więcej. Ta właśnie wysoka zawartość metali jest jak się wydaje decydująca dla faktu, że Słońce wytworzyło układ planetarny, gdyż planety formują się z dysków zawierających pył kosmiczny.[12]
[edytuj] Powstanie
Wedle obecnego stanu wiedzy nasz Układ Słoneczny powstał ok. 4,6 miliarda lat temu z zagęszczenia obłoku molekularnego. Owa stosunkowo rzadka chmura gazu (przede wszystkim wodoru i helu) zapadła się grawitacyjnie – prawdopodobnie pod wpływem jakiegoś zaburzenia zewnętrznego, związanego na przykład z niedalekim wybuchem supernowej. Kurczeniu się obłoku odpowiadało zwiększanie się gęstości, szczególne w centrum, oraz formowanie się wirującego coraz szybciej dysku protoplanetarnego. Centralny obiekt - protogwiazda - w końcu przekształcił się w Słońce, a w otaczającym je dysku poszczególne ciała niebieskie: przede wszystkim planety, ale także i pozostałe składniki Układu Słonecznego.
[edytuj] Większe ciała niebieskie
| LP | Planeta/Gwiazda | Symbol | Średnica równikowa w km |
Masa w tryliardach kg |
Odległość od Słońca w km |
Czas obiegu w dniach |
Okres obrotu. | Księżyce | Rodzaj |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Słońce | ok. 1 392 000 109 |
ok. 1 989 100 000 332 950 |
- | - | 25d 9h 7m | - | gwiazda | ||
| 1 | Merkury | 4 879 0,3825 |
330,2 0,0552 |
57 909 170 0,3871 |
87,969 0,2408 |
58d 15h 26m | 0 | skalista | |
| 2 | Wenus | 12 104 0,9489 |
4 868,5 0,8149 |
108 208 926 0,7233 |
224,701 0,6152 |
243d 0h 27m | 0 | skalista | |
| 3 | Ziemia | 12 756 1,0000 |
5 974,2 1,0000 |
149 597 887 1,0000 |
365,256 1,0000 |
23h 56m 04s | 1 | skalista | |
| 4 | Mars | 6 805 0,5335 |
641,9 0,1074 |
227 936 637 1,5237 |
686,960 1,8808 |
24h 37m 23s | 2 | skalista | |
| 5 | Jowisz | 142 984 11,2092 |
1 898 600,8 317,8000 |
778 412 027 5,2034 |
4 333,287 11,8637 |
9h 55m 30s | 63 | gazowa | |
| 6 | Saturn | 120 536 9,4494 |
568 516,8 95,1620 |
1 426 725 413 9,5371 |
10 756,200 29,4484 |
10h 39m 22s | 60 | gazowa | |
| 7 | Uran | 51 118 4,0074 |
86 841,0 14,5360 |
2 870 972 220 19,1913 |
30 707,490 84,0711 |
17h 14m 24s | 27 | gazowa | |
| 8 | Neptun | 49 528 3,8827 |
102 439,6 17,1470 |
4 498 252 900 30,0690 |
60 223,353 164,8799 |
16h 06m 36s | 13 | gazowa | |
| Kursywą podano dane wielkości w stosunku do Ziemi. Tryliard kg to inaczej 1021 kg. |
|||||||||
| Skala orbit planet wewnętrznych i planetoid. (wg skali j.a.) |
| colspan = 2
|
| Skala orbit planet zewnętrznych. (wg skali j.a.) |
| colspan = 2
|
Planety skaliste krążą blisko Słońca, mają niewielkie rozmiary i stosunkowo wysoką gęstość. Prędkość obrotu wokół własnej osi jest mała, mają niewiele satelitów. Planety gazowe położone dalej od Słońca są dużo większe, mają małą gęstość, a prędkość obrotu wokół własnej osi jest większa. Każda z nich posiada wiele satelitów.
[edytuj] Nowa definicja planety
[edytuj] Planeta
Jest to ciało niebieskie, które znajduje się na orbicie wokół Słońca, ma wystarczającą masę aby własną grawitacją pokonać siły ciała stałego tak, aby wytworzyć kształt odpowiadający równowadze hydrostatycznej (prawie okrągły) i wyczyścić przestrzeń w pobliżu swojej orbity, oraz nie jest satelitą.
[edytuj] Planeta karłowata
Jest to ciało niebieskie, które znajduje się na orbicie wokół Słońca, ma wystarczającą masę aby własną grawitacją pokonać siły ciała stałego tak, aby wytworzyć kształt odpowiadający równowadze hydrostatycznej (prawie okrągły), nie wyczyściło przestrzeni w pobliżu swojej orbity, oraz nie jest satelitą.
Wszystkie pozostałe obiekty okrążające Słońce, oprócz satelitów, powinny być określane wspólnie jako "małe ciała Układu Słonecznego"
[edytuj] Planety wewnętrzne (skaliste)
Cztery wewnętrzne planety Układu Słonecznego są planetami skalistymi, mają dużą gęstość, są zbudowane ze skał, posiadają najwyżej kilka księżyców lub nie mają ich w ogóle i nie posiadają pierścieni. Składają się w znacznej części z minerałów o wysokiej temperaturze topnienia, takich jak krzemiany, które tworzą ich skorupę oraz płaszcz, oraz metali takich jak żelazo i nikiel, które tworzą ich jądra. Trzy z czterech planet wewnętrznych (Wenus, Ziemia i Mars) mają atmosferę. Na ich powierzchni występują kratery uderzeniowe oraz tektoniczne cechy ukształtowania powierzchni takie jak rowy tektoniczne i wulkany.
- Merkury
- Merkury (0,4 j.a.) jest najbliższą Słońca i najmniejszą planetą (0,055 masy Ziemi). Merkury nie ma naturalnych satelitów, a jedyne znane jego cechy geologiczne oprócz kraterów uderzeniowych to obłe grzbiety i urwiska, prawdopodobnie powstałe w okresie kurczenia się jego stygnącego wnętrza we wczesnej historii planety.[13] Merkury prawie w ogóle nie posiada atmosfery gdyż jest ona "zdmuchiwana" przez wiatr słoneczny.[14] Nie wiadomo dokładnie jak ukształtowały się jego stosunkowo duże żelazne jądro i cienki płaszcz. Według części hipotez jego zewnętrzne warstwy zostały zdarte przez ogromne uderzenie i to spowodowało, że nie rozrósł się w pełni będąc pod wpływem promieniowania młodego Słońca.[15][16]
- Wenus
- Wenus (0.7 j.a.) jest zbliżona rozmiarami do Ziemi (0,815 masy Ziemi) i podobnie jak ona, ma gruby płynny płaszcz wokół żelaznego jądra i masywną atmosferę, 90 razy gęstszą niż ziemska. Wenus nie posiada satelitów. Jest najgorętszą planetą, temperatura powierzchni osiąga powyżej 400°C, z powodu dużej zawartości gazów cieplarnianych w atmosferze.[17] Nie posiada ona pola magnetycznego, które mogło by zapobiec uszczupleniu jej gęstej atmosfery, co sugeruje że atmosfera jest stale uzupełniana przez aktywność wulkaniczną.[18] Nie ma jednak jak dotąd innych dowodów współczesnej aktywności geologicznej na Wenus.
- Ziemia
- Ziemia (1 j.a.) jest największą i najgęstszą z planet wewnętrznych, jedyną z pewnością aktywną geologicznie i jedyną znaną planetą na której istnieje życie. Jej hydrosfera jest unikalna wśród planet skalistych. Jest także jedyną planetą gdzie została zaobserwowana tektonika płyt. Atmosfera ziemska jest odmienna od atmosfer pozostałych planet i jest wciąż kształtowana przez procesy biologiczne, dzięki którym zawiera 21% wolnego tlenu.[19] Posiada jednego naturalnego satelitę - Księżyc - jedynego dużego satelitę pośród planet skalistych w Układzie Słonecznym. Czasem wręcz określa się układ Ziemia-Księżyc jako planetę podwójną.
- Mars
- Mars (1.5 j.a.) jest mniejszy niż Ziemia i Wenus (0,107 masy Ziemi). Ma rzadką atmosferę złożoną głównie z dwutlenku węgla. Jego powierzchnia jest usiana wieloma wulkanami takimi jak Olympus Mons i dolinami ryftowymi takimi jak Valles Marineris. Nie wiadomo, czy Mars wykazuje współcześnie aktywność geologiczną. Jego czerwona barwa pochodzi od gleby bogatej w tlenki żelaza.[20] Mars ma dwa niewielkie księżyce: Fobosa i Deimosa, które są prawdopodobnie przechwyconymi planetoidami.[21]
[edytuj] Pas planetoid
Planetoidy to w większości małe ciała Układu Słonecznego, składające się głównie ze skalistych i metalicznych minerałów.
Główny pas planetoid zajmuje orbitę pomiędzy Marsem a Jowiszem, w obszarze pomiędzy 2,3 i 3,3 j.a. od Słońca. Uważa się, że jest to pozostałość po procesie formacji Układu Słonecznego, tzn. że jest to materia, która nie zdołała się połączyć w większy obiekt z powodu oddziaływania grawitacyjnego Jowisza.
Rozmiar planetoid wynosi od setek kilometrów do rozmiarów mikroskopijnych. Wszystkie planetoidy z wyjątkiem Ceres, są klasyfikowane jako małe ciała Układu Słonecznego, jednak niektóre, takie jak Vesta i Hygieia być może zostaną uznane za planety karłowate, jeśli okaże się że osiągnęły równowagę hydrostatyczną (czyli że potrafią pod wpływem własnej grawitacji osiągnąć kształt zbliżony do kulistego).
Pas planetoid zawiera dziesiątki tysięcy, być może miliony obiektów mających ponad 1 km średnicy,[22] jednak jego łączna masa zapewne nie przekracza jednej tysięcznej masy Ziemi.[7] Pas planetoid nie jest zbyt gęsty; sondy kosmiczne zwykle przechodzą przez niego bez kolizji. Planetoidy o średnicach pomiędzy 10 i 10-4 m nazywa się meteoroidami.[23]
Niektóre spośród planetoid posiadają własne satelity. Nazywa się je zwykle księżycami planetoid, a jeśli oba ciała są zbliżonych rozmiarów, to uznaje się je za planetoidę podwójną.
- Grupy planetoid
- Planetoidy w głównym pasie są podzielone na grupy w oparciu o charakterystyki ich orbit. Często łączy je także wspólne pochodzenie. Z pasa planetoid pochodzą także niektóre komety krótkookresowe, które być może były źródłem wody na Ziemi.[24]
[edytuj] Planety zewnętrzne
Cztery planety zewnętrzne są gazowymi obrzymami (zwanymi też "planetami jowiszowymi"), razem stanowią 99% znanej masy orbitującej wokół Słońca. Jowisz i Saturn składają się w większości z wodoru i helu, zaś Uran i Neptun - z zamarzniętej wody, zamarzniętego amoniaku i metanu. Niektórzy astronomowie uważają, że Uran i Neptun należą do własnej oddzielnej kategorii, "lodowych olbrzymów".[25] Wszystkie cztery planety gazowe posiadają pierścienie, jednak jedynie pierścienie Saturna są łatwo widzialne z Ziemi. Termin planety zewnętrzne nie powinien być mylony z pojęciem planety górne, który oznacza planety znajdujące się w większej odległości od Słońca niż Ziemia (planety gazowe i Mars).
- Jowisz
- Jowisz (5,2 j.a.) ma masę równą 318 mas Ziemi, czyli 2,5 raza więcej niż wszystkie pozostałe planety. Składa się w większości z wodoru i helu. Duża ilość ciepła pochodząca z wnętrza planety tworzy wiele wiele interesujących zjawisk w jego atmosferze, takich jak równoleżnikowe pasma chmur czy Wielka Czerwona Plama. Jowisz posiada 63 znane księżyce. Cztery największe z nich, tzw. księżyce galileuszowe, wykazują podobieństwa do planet skalistych, takie jak wulkanizm i zjawiska tektoniczne.[26] Ganimedes, największy naturalny satelita w Układzie Słonecznym, jest większy niż Merkury.
- Saturn
- Saturn (9,5 j.a.) słynie ze swoich szerokich i jasnych pierścieni. Pod względem budowy i składu atmosfery bardzo przypomina on Jowisza. Ma jednak bardzo małą gęstość, przy średnicy równej ok. 84% średnicy Jowisza jest ponad trzykrotnie mniej masywny. Posiada 60 znanych satelitów (oraz trzy, których istnienie nie zostało potwierdzone). Tytan i Enceladus są zbudowane w większości z lodu; wykazują też oznaki aktywności geologicznej (lodowe wulkany).[27] Tytan jest większy niż Merkury i jest jedynym satelitą w Układzie Słonecznym, który posiada gęstą atmosferę, w której zachodzą złożone zjawiska pogodowe i najprawdopodobniej powierzchniowe zbiorniki (jeziora i morza) ciekłych węglowodorów. Ciśnienie na jego powierzchni jest o ok. 47% większe niż na powierzchni Ziemi.
- Uran
- Uran (19,6 j.a.), przy masie 14 mas Ziemi, jest najlżejszą z planet-olbrzymów. Jego unikalną cechą jest to, że obiega Słońce "leżąc na boku"; jego oś obrotu jest nachylona do ekliptyki pod kątem bliskim 90°. Ma także znacznie mniej aktywne jądro, wypromieniowuje mniej ciepła, niż pozostałe olbrzymy[28] Uran ma 27 znanych księżyców, spośród których największe to Tytania, Oberon, Umbriel, Ariel i Miranda.
- Neptun
- Neptun (30 j.a.), chociaż nieco mniejszy od Urana, ma większą masę (równą 17 mas Ziemi) i większą gęstość. Wypromieniowuje też więcej ciepła, ale nie tak dużo jak Jowisz czy Saturn.[29] Neptun ma 13 znanych księżyców. Największy z nich, Tryton, jest geologicznie aktywny, posiada aktywne gejzery płynnego azotu.[30] Tryton jest jedynym znanym satelitą poruszającym się wokół swojej planety w kierunku wstecznym - przeciwnym niż jej ruch wirowy.
[edytuj] Obszar obiektów transneptunowych
Obszar Układu Słonecznego poza orbitą Neptuna jest wciąż mało zbadany. Dotychczasowe badania wskazują, że znajduje się tam znaczna ilość z małych obiektów (największy znany ma średnicę pięciokrotnie mniejszą niż Ziemia i masę dużo mniejszą niż Księżyc), zbudowanych głównie ze skał i lodu. Obszar ten czasami zwany jest "zewnętrznym układem słonecznym", jednak wg innych termin ten odnosi się do obszaru poza pasem planetoid.
[edytuj] Pas Kuipera
Zasadnicza część pasa Kuipera to ogromny pierścień planetoid, zbudowanych głównie z lodu. Rozciąga się w odległościach 30-50 j.a. od Słońca. Składa się głównie z małych ciał Układu Słonecznego, lecz wiele z największych jego obiektów, takich jak Quaoar, Varuna czy Orcus, może zostać uznane za planety karłowate. Znamy ich obecnie ponad tysiąc, z tego więcej niż 20 o średnicy rzędu 1000 km. Ocenia się że w pasie istnieje ponad 100 tys. obiektów o średnicy przekraczającej 50 km, ale ich łączna masa stanowi najwyżej dziesiątą część masy Ziemi[6]. Orbity większości obiektów są nachylone do ekliptyki. Wiele obiektów posiada satelity, niektóre są planetoidami podwójnymi.
Obiekty Pasa Kuipera można z grubsza podzielić na te "klasyczne" i te będące w rezonansie orbitalnym z Neptunem, czyli takie których okres obiegu związany jest z okresem obiegu planety. Rezonans 2:3 oznacza, że ciało okrąża Słońce dwukrotnie w przeciągu trzech okrążeń Słońca przez Neptuna. Ten rodzaj rezonansu dotyczy już obiektów przecinających orbitę samego Neptuna, np. Plutona. Od nazwy tej planety karłowatej, obiekty będące w takim rezonansie nazywa się plutonkami (plutino)[31].
Część "klasyczna" pasa zawiera obiekty nie będące w rezonansie z Neptunem i rozciąga się z grubsza od 39,4 j.a. do 47,7 j.a.[32]. Noszą nazwę cubewano, wziętą od pierwszego odkrytego obiektu tego typu, (15760) 1992 QB1[33].
- Pluton i Charon
- Pluton (średnio 39 j.a.), planeta karłowata, jest największym znanym obiektem w pasie Kuipera. Kiedy został odkryty w 1930, uznano go za dziewiątą planetę; sytuacja zmieniła się w 2006 r. z wprowadzeniem nowej definicji planety. Pluton ma stosunkowo ekscentryczną orbitę nachyloną pod kątem 17 stopni do płaszczyzny ekliptyki i rozciągającą się od 29,7 j.a. od Słońca w peryhelium (wewnątrz orbity Neptuna) do 49,5 j.a. w aphelium.
- Jego największy księżyc Charon ma masę tylko 7 razy mniejszą niż Pluton, dlatego tworzy wraz z Plutonem podwójną planetę karłowatą, co sprawia że punkt wokół którego krążą (barycentrum) znajduje się w przestrzeni pomiędzy nimi. Dwa znacznie mniejsze księżyce, Nix i Hydra, okrążają Plutona i Charona po dalszych orbitach.
- Makemake
- Makemake, planeta karłowata o średnicy wynoszącej około ¾ średnicy Plutona jest jednym z niewielu ciał pasa Kuipera nie posiadającym odkrytego satelity. Jego ekstremalnie zimna średnia temperatura (około 30K) sprawia że jego powierzchnię pokrywa najprawdopodobniej metanowy i etanowy lód. Posiada orbitę silnie nachyloną do płaszczyzny ekliptyki pod kątem 29° i okresie obiegu wokół Słońca blisko 310 lat.
[edytuj] Dysk rozproszony
Dysk rozproszony zachodzi na pas Kuipera, lecz rozciąga się dużo dalej na zewnątrz. Uważa się, że ten obszar jest źródłem większości komet krótkookresowych. Prawdopodobnie obiekty dysku rozproszonego zostały wyrzucone na orbity erratyczne (nieregularne) przez oddziaływanie grawitacyjne Neptuna, który w okresie formowania się Układu Słonecznego poruszał się po bardziej oddalonej orbicie (patrz: migracja planetarna). Większość obiektów dysku rozproszonego (SDO - scattered disc objects) ma peryhelia w pasie Kuipera, lecz aphelia rozciągają się aż do 150 j.a. od Słońca. Orbity SDO są również silnie nachylone do płaszczyzny ekliptyki, a często są prawie prostopadłe do niej. Niektórzy astronomowie uważają dysk rozproszony za część pasa Kuipera i używają pojęcia "rozproszone obiekty pasa Kuipera"[34].
- Eris
- Eris (średnio 68 j.a.) jest największym znanym obiektem dysku rozproszonego. Jej odkrycie spowodowało debatę nad nową definicją planety, ponieważ jest ona co najmniej o 5% większa niż Pluton. Ma ona średnicę w przybliżeniu 2400 km. Jest największą ze znanych planet karłowatych.[35] Posiada jeden znany księżyc, Dysnomię. Podobnie jak w przypadku Plutona, jej orbita jest silnie ekscentryczna; Eris ma peryhelium w odległości 38,2 j.a. od Słońca (średni dystans Plutona), a aphelium w 97,6 j.a. i jest stromo nachylona do ekliptyki.
[edytuj] Obłok Oorta
Hipotetyczny obłok Oorta to bardzo liczna grupa obiektów (od miliarda do biliona), zbudowanych głównie z lodu, tworzących w wewnętrznej części spłaszczoną, a dalej sferyczną otoczkę Układu Słonecznego. Rozciąga się on od 300 do 50 000 j.a. (prawie rok świetlny) od Słońca, a być może nawet dwukrotnie dalej[36]. Przypuszczalnie składa się z planetozymali wyrzuconych z wewnętrznych obszarów Układu, wskutek grawitacyjnych oddziaływań dużych planet w początkowych fazach jego formowania. Struktura obłoku podlega wpływom innych gwiazd, ich bliskie przejścia, które zdarzały się w przeszłości i będą zdarzać w przyszłości, mogą wytrącać z niego komety w kierunku planet[37][38].
- Sedna i wewnętrzny obłok Oorta
- Sedna jest dużym, czerwonawym obiektem transneptunowym o silnie wydłużonej orbicie (76 j.a. w peryhelium; 928 j.a. w aphelium). Krąży ona poza obszarem pasa Kuipera, większość astronomów uważa również, że nie należy ona do dysku rozproszonego. Jest ona przedstawicielką innej grupy obiektów, do której może należeć również 2000 CR105 (peryhelium w 45 j.a., aphelium w 415 j.a., okres obiegu 3420 lat).[39] Grupę tę określa się jako "wewnętrzny obłok Oorta", gdyż mogła się ona uformować podonie jak obłok zewnętrzny.[40] Nie wiadomo, jak liczna jest ta grupa ciał. Sedna zostanie prawdopodobnie zaliczona w przyszłości do grona planet karłowatych.
[edytuj] Mniejsze ciała Układu Słonecznego
Oprócz planetoid pasa głównego i pasa Kuipera, w Układzie Słonecznym istnieje wiele grup (rodzin) planetoid poruszających się po innych orbitach.
- Trojańczycy to planetoidy, które znajdują się w punktach libracyjnych L4 i L5 Jowisza, Neptuna i Marsa. Są to obszary stabilne grawitacyjnie, utrzymujące ciało na wspólnej orbicie z planetą.
- Planetoidy rodziny Hildy są w rezonansie 2:3 z Jowiszem; to znaczy, że obiegają Słońce trzy razy na każde dwa okrążenia Jowisza.
- Centaury to planetoidy krążące po orbitach między orbitami Saturna i Neptuna.
- Planetoidy bliskie Ziemi to trzy grupy planetoid, z których wiele przecina orbity planet wewnętrznych.
[edytuj] Komety
Komety są to małe ciała Układu Słonecznego, zazwyczaj o średnicy zaledwie kilku kilometrów, złożone w większości z lodu. Ich orbity są silnie ekscentryczne; zwykle peryhelium znajduje się w okolicach orbit planet wewnętrznych, natomiast aphelium znajduje się daleko za orbitą Plutona. Kiedy kometa zbliża się do Słońca, jej lodowa powierzchnia zaczyna sublimować, tworząc komę - długi warkocz gazu i pyłu często możliwy do zaobserwowania gołym okiem z Ziemi.
Wiele grup komet, takich jak np. grupa Kreutza, pochodzi z rozpadu pierwotnej komety.[41] Niektóre komety, poruszające się po oritach hiperbolicznych, mogą pochodzić spoza Układu Słonecznego, ale dokładne określenie ich orbit jest trudne.[42] Stare, nieaktywne komety, których lodowe części już wyparowały pod wpływem ogrzewania przez Słońce, zaliczane są do planetoid[43]
Komety krótkookresowe poruszają się po orbitach, których trwałość nie przekracza dwustu lat. Orbity komet długookresowych utrzymują się przez tysiące lat. Komety długookresowe, takie jak kometa Hale'a-Boppa, prawdopodobnie pochodzą z obłoku Oorta. Powstają one zapewne w wyniku zbliżenia się dwóch ciał w pasie Kuipera lub obłoku Oorta, które mogą zostać wytrącone ze swoich orbit i skierowane ku wewnętrznej części Układu Słonecznego, gdzie są obserwowane jako komety, albo też zostać wyrzucone w przestrzeń międzygwiezdną.
Komety i planetoidy mogą zderzać się z planetami, dlatego stanowią potencjalne zagrożenie dla życia na Ziemi. Ostatnie zderzenie komety z planetą zaobserwowano 16 czerwca 1994 roku, kiedy kometa Shoemaker-Levy 9 zderzyła się z Jowiszem. Na Ziemi znajduje się szereg kraterów uderzeniowych, które są śladami upadku komet lub planetoid.
[edytuj] Heliosfera
Przestrzeń Układu Słonecznego wypełniona jest strumieniem cząstek wyrzucanych przez Słońce nazywanych wiatrem słonecznym. Obszar, w którym ciśnienie wiatru słonecznego przewyższa ciśnienie materii międzygwiazdowej, nazywa się heliosferą. Na ruch cząstek wyrzuconych przez Słońce wpływa jego pole magnetyczne, które przeważa nad galaktycznym polem magnetycznym.
Heliosfera dzieli się na dwa oddzielne obszary. Wiatr słoneczny wieje z naddźwiękową prędkością aż do odległości 95 j.a. (trzy dystanse Plutona). Granica tego obszaru to szok końcowy, w którym cząstki wiatru słonecznego są spowolnione do prędkości poddźwiękowych, napotykając przeciwne wiatry ośrodka międzygwiazdowego (galaktycznego). Według danych z Voyagera 1 szok końcowy znajduje się w odległości 85 j.a. od Słońca, z kolei Voyager 2 przesłał dane, według których granica ta znajduje się już w odległości 76 j.a. Prawdopodobnie wynika to z nieregularnego kształtu tej struktury.
[edytuj] Płaszcz Układu Słonecznego
Poza szokiem końcowym, w obszarze zwanym płaszczem Układu Słonecznego (heliosheath), wiatr słoneczny porusza się z prędkością poddźwiękową, w związku z czym zagęszcza się i tworzą się w nim turbulencje. Płaszcz jest rozciągnięty przez wiatry międzygwiazdowe w kształt przypominający ogon komety; rozciąga się na 40 j.a. w kierunku ruchu Układu Słonecznego i wielokrotnie dalej w przeciwną stronę. Obszar graniczny płaszcza nazywa się heliopauzą, gdzie wiatr słoneczny zupełnie zatrzymuje się i zaczyna się przestrzeń międzygwiazdowa.[44]
[edytuj] Heliopauza
Miejsce gdzie Układ Słoneczny się kończy, a zaczyna się przestrzeń międzygwiazdowa nie jest precyzyjnie określone, gdyż jego granice są kształtowane przez dwa różne zjawiska: wiatr słoneczny i grawitację Słońca. Prawdopodobnie wiatr słoneczny ustępuje przed ośrodkiem międzygwiazdowym z grubsza na dystansie czterech odległości Plutona od Słońca. Jednakże strefa Roche'a, obszar gdzie grawitacja Słońca dominuje, kończy się w przybliżeniu w połowie drogi do najbliższych gwiazd, czyli tysiąc razy dalej.
Obwiednia zewnętrznej krawędzi heliosfery jest prawdopodobnie kształtowana przez oddziaływanie z ośrodkiem międzygwiazdowym, według praw mechaniki płynów,[46] jak również przez słoneczne pola magnetyczne, przy czym część północna jest rozleglejsza, rozciągając się o 9 j.a. (ok. 900 milionów mil) dalej niż część południowa. Jedna z hipotez postuluje istnienie strefy, w której na granicy heliopauzy dochodzi do formowania się ściany gorącego wodoru z materii międzygwiazdowej.
Żaden statek kosmiczny (sonda) nie przeszedł jeszcze przez heliopauzę, więc nie można wiedzieć na pewno jakie warunki panują w lokalnej przestrzeni międzygwiazdowej. Sondy Voyager NASA mają przejść przez heliopauzę w przyszłej dekadzie i przesłać cenne dane na temat poziomów promieniowania i wiatru słonecznego.[47] Niewiele wiadomo o tym, na ile heliosfera chroni Układ Słoneczny przed promieniowaniem kosmicznym. W 2008 roku NASA planuje misję Interstellar Boundary Explorer (IBEX) mającą na celu uzyskanie obrazu heliosfery przy pomocy obrazowana energetycznych neutralnych atomów (ENA).[48][49]
[edytuj] Fala uderzeniowa Układu Słonecznego
Za heliopauzą, w odległości ok. 230 j.a., leży tzw. łukowa fala uderzeniowa (bow shock), plazma wzbudzana przez Słońce podczas drogi przez ośrodek międzygwiazdowy Galaktyki.[50]
[edytuj] Ośrodek międzyplanetarny
Oprócz światła, Słońce wyrzuca strumień naładowanych cząstek, głównie protonów i elektronów, znany jako wiatr słoneczny. Cząstki te są wyrzucane z prędkością około 1,5 miliona km/h,[51] strumień ten jest hamowany przez pole magnetyczne Słońca i wiatry ośrodka międzygwiezdnego (galaktyczne) w dużej odległości od gwiazdy; ocenia się że wiatr słoneczny sięga do odległości co najmniej 100 j.a. Aktywność słoneczna wpływa na intensywność wiatru słonecznego, poprzez burze magnetyczne oraz koronalne wyrzuty masy, tworząc rodzaj kosmicznej pogody.[52]
Pole magnetyczne Ziemi chroni jej atmosferę przed wiatrem słonecznym. Wenus i Mars nie mają pól magnetycznych, dlatego wiatr słoneczny powoduje, że ich atmosfery są powoli wywiewane w przestrzeń.[53] Interakcja wiatru słonecznego z polem magnetycznym tworzy zorze polarne obserwowane w pobliżu biegunów Ziemi, a także planet-olbrzymów.
Przez Układ Słoneczny przechodzi także promieniowanie kosmiczne pochodzące spoza układu. Wiatr słoneczny w obrąbie heliosfery (zwłaszcza w gęstszym płaszczu) i planetarne pola magnetyczne częściowo chronią przed nim Układ Słoneczny, choć nie wiadomo, w jakim stopniu. Nie jest także znany wpływ zmian pola magnetycznego Słońca na gęstość promieniowania kosmicznego w ośrodku międzyplanetarnym.[54]
Ośrodek międzyplanetarny jest miejscem występowania co najmniej dwóch dyskowatych obszarów pyłu kosmicznego. Pierwszy, zodiakalny obłok pyłu, leży w wewnętrznej części Układu Słonecznego i powoduje powstawanie światła zodiakalnego. Prawdopodobnie tworzą go kolizje w pasie planetoid.[55] Drugi rozciąga się w obszarze od około 10 j.a. do ok. 40 j.a., a powstał prawdopodobnie wskutek podobnych kolizji w pasie Kuipera.[56][57]
[edytuj] Niezbadane obszary Układu Słonecznego
Znaczna część naszego Układu Słonecznego pozostaje wciąż nieznana. Według szacunków pole grawitacyjne Słońca dominuje nad siłami grawitacyjnymi sąsiednich gwiazd w zasięgu około dwóch lat świetlnych, zaś zewnętrzna część obłoku Oorta rozciąga się do około 50 000 j.a. Oprócz pojedynczych odkryć, takich jak odnalezienie w 2003 roku planetoidy Sedny, obszar pomiędzy pasem Kuipera i obłokiem Oorta o promieniu dziesiątek tysięcy j.a. jest wciąż praktycznie nieopisany. Pas Kuipera urywa się nagle w odległości ok. 50 j.a. od Słońca, granica ta znana jest jako "klif Kuipera". Przyczyna tego zjawiska nie jest znana, ale takie granice tworzą się zwykle na skutek oddziaływania grawitacyjnego masywnych ciał - istnieje możliwość, że powoduje je niezaobserwowana dotąd planeta.
Pomimo wielu niepowodzeń, trwają również badania obszaru pomiędzy Merkurym a Słońcem. Jeżeli istnieją tam jakieś planetoidy, to najprawdopodobniej mają rozmiary nie większe niż 60 km.[58]
[edytuj] Najbliższe sąsiedztwo
Bezpośrednie sąsiedztwo Układu Słonecznego stanowi Lokalny Obłok Międzygwiazdowy (ang. Local Fluff) – gęsty obłok, część bardziej rozsianego obłoku zwanego Bąblem Lokalnym (ang. Local Bubble) w ośrodku międzygwiazdowym. Ma on kształt klepsydry, a jego średnica to około 300 lat świetlnych. Obłok wypełnia plazma o wysokiej temperaturze, co sugeruje, że jest pozostałością po kilku supernowych.[59]
Apeks Słońca (punkt, w kierunku którego Słońce porusza się w przestrzeni międzygwiezdnej) leży w gwiazdozbiorze Herkulesa, w pobliżu obecnego położenia jasnej gwiazdy Wega.[60]
[edytuj] Sąsiedztwo gwiezdne
W odległości do 10 lat świetlnych (95 bilionów km) od Słońca istnieje stosunkowo niewiele gwiazd. Najbliżej znajduje się potrójny układ gwiazd Alfa Centauri (ok. 4,4 lat świetlnych). Są to Alfa Centauri A i B - ciasno związana para gwiazd podobnych do Słońca, oraz mały czerwony karzeł Proxima Centauri (Alfa Centauri C), okrążający je w odległości 0,2 roku świetlnego. Nieco dalej znajdują się czerwone karły Gwiazda Barnarda (5,9 lat świetlnych), Wolf 359 (7,8 lat świetlnych) i Lalande 21185 (8,3 lat świetlnych), która może posiadać układ planetarny. Największą gwiazdą w tym zasięgu jest Syriusz (8,6 lat świetlnych) – jasna gwiazda ciągu głównego, około dwukrotnie masywniejsza od Słońca, wokół której krąży biały karzeł Syriusz B. W odległości 8,7 lat świetlnych znajduje się podwójny czerwony karzeł Luyten 726-8, a w odległości 9,7 lat świetlnych czerwony karzeł Ross 154.[61] Najbliższa nam gwiazda podobna do Słońca to Tau Ceti, oddalona o 11,9 lat świetlnych. Jej masa to około 80% masy Słońca, jej jasność to ok. 60% jasności Słońca.[62]
Najbliższy pozasłoneczny system planetarny odkryto wokół gwiazdy Epsilon Eridani, gwiazdy nieco ciemniejszej i czerwieńszej niż Słońce, znajdującj się w odległości 10,5 lat świetlnych od Ziemi. Potwierdzono istnienie jednej planety (Epsilon Eridani b) około 1,5 razy cięższej od Jowisza, orbitującej wokół swej gwiazdy w okresie 6,9 roku, a podejrzewane jest istnienie drugiej[63].
[edytuj] Położenie w Galaktyce
Układ Słoneczny znajduje się w galaktyce Drogi Mlecznej, która jest galaktyką spiralną z poprzeczką o średnicy około 100 tys. lat świetlnych i zawiera około 200 miliardów gwiazd[64]. Nasze Słońce znajduje się w jednym z mniejszych spiralnych ramion Galaktyki, znanym jako Ramię Oriona (ang. Orion's Arm, także Local Spur)[65]. Słońce leży w odległości około 25 tys. do 28 tys. lat świetlnych od centrum Galaktyki, a prędkość jego ruchu dookoła centrum Galaktyki to około 220 km/s. Pełny obrót, czyli rok galaktyczny trwa 225–250 milionów lat.[66]
Położenie Układu Słonecznego w Galaktyce jest prawdopodobnie jednym z czynników warunkujących ewolucję życia na Ziemi. Jego orbita w Galaktyce jest zbliżona do okręgu, a prędkość orbitalna jest mniej więcej taka sama jak prędkość orbitalna ramion galaktycznych, co oznacza, że przejście pomiędzy ramionami zdarza się rzadko. W ramionach spiralnych znacznie częściej niż pomiędzy nimi dochodzi do wybuchów supernowych, które mogą mieć katastrofalny wpływ na klimat i biosferę planet; niektórzy naukowcy spekulują, że część wymierań na Ziemi mogła być spowodowana przez takie zjawiska.[67] Ziemia znajduje się w miejscu względnie stabilnym, a zatem sprzyjającym ewolucji życia. Układ Słoneczny leży też wystarczająco daleko od gęsto wypełnionych gwiazdami regionów centrum Galaktyki, gdzie bliskie przejścia gwiazd mogłyby wytrącać ciała z obłoku Oorta i posyłać wiele komet do wnętrza Układu Słonecznego, powodując katastrofalne zderzenia. Intensywne promieniowanie z jądra Galaktyki również mogłoby zniszczyć życie na Ziemi.[68]
[edytuj] Badania Układu Słonecznego
Przez wiele tysięcy lat ludzkość nie zdawała sobie sprawy z istnienia Układu Słonecznego. Ziemia była uważana nie tylko za centrum wszechświata, ale za zupełnie różną od boskich, eterycznych obiektów poruszających się po niebie. Hinduski matematyk i astronom Aryabhata i grecki filozof Arystarch z Samos pisali już wcześniej o heliocentrycznym porządku świata. Mikołaj Kopernik pierwszy w sposób matematyczny opracował model systemu heliocentrycznego. Jego XVII-wieczni następcy: Galileo Galilei, Jan Kepler, Isaac Newton, opracowali teorie/systemy które stopniowo ugruntowały przekonanie nie tylko o tym, że Ziemia krąży wokół Słońca, ale również, że planety rządzone są przez te same prawa fizyczne co Ziemia. W późniejszych czasach te same prawa umożliwiły opis zjawisk geologicznych takich jak: powstawanie gór i kraterów, a także wyjaśnienie zjawisk meteorologicznych na innych planetach.
[edytuj] Obserwacje przez teleskop
Pierwsze obserwacje Układu Słonecznego były prowadzone przez teleskop. Dzięki niemu astronomowie mogli dostrzec obiekty zbyt słabe, by można je było dostrzec gołym okiem.
Galileo Galilei pierwszy odkrył fizyczne właściwości poszczególnych ciał niebieskich. Dostrzegł kratery na Księżycu, plamy na Słońcu i cztery księżyce Jowisza.[69] Christiaan Huygens wślad za Galileuszem dostrzegł księżyc Saturna: Tytana oraz jego pierścienie Saturna.[70] Giovanni Cassini później dostrzegł jeszcze cztery księżyce Saturna, przerwę w jego pierścieniach, oraz wielką czerwoną plamę na Jowiszu.[71]
W 1705 Edmond Halley spostrzegł, że pojawiająca się co jakiś czas na niebie kometa to ten sam obiekt, powracający regularnie co około 75–76 lat. Był to pierwszy dowód na to, że coś jeszcze oprócz planet okrąża Słońce.[72] W tym samym czasie (1704), termin "Układ Słoneczny" po raz pierwszy pojawił się w języku angielskim.[73]
W 1781 William Herschel poszukiwał gwiazd podwójnych w gwiazdozbiorze Byka, kiedy dostrzegł coś, co uznał za kometę. Po zbadaniu orbity tego ciała okazało się, że to nieznana dotychczas planeta - Uran.[74]
W 1801 Giuseppe Piazzi odkrył planetę karłowatą Ceres, niewielkie ciało niebieskie pomiędzy orbitami Marsa i Jowisza, które początkowo zostało uznane za nową planetę. Później, dalsze odkrycia tysięcy innych małych ciał w tym obszarze doprowadziły do utworzenia terminu "pas planetoid".[75]
W 1846 zaobserwowane nieregularności orbity Urana zrodziły podejrzenia, że poza orbitą Urana musi znajdować się jeszcze jakaś planeta. Obliczenia Urbain Le Verriera doprowadziły w końcu do odkrycia Neptuna.[76] Badając orbitę Merkurego Le Verrier postulował istnienie hipotetycznej planety Wulkan krążącej na orbicie bliższej Słońca niż Merkury w 1859 r. Późniejsze dokładne obserwacje tych rejonów Układu Słonecznego wykluczyły jednak istnienie planety lub nawet planetoidy tak blisko Słońca.
Można spierać się, kiedy Układ Słoneczny został w pełni "odkryty". Trzy XIX-wieczne odkrycia określiły jego naturę i miejsce we Wszechświecie. W 1838 Friedrich Bessel zmierzył paralaksę gwiazdową - zauważalne przesunięcie pozycji gwiazdy względem innych spowodowane przez ruch obiegowy Ziemi dookoła Słońca. Był to nie tylko pierwszy bezpośredni i eksperymentalny dowód heliocentryzmu, ale także okazało się, po raz pierwszy, jak ogromna odległość dzieli Układ Słoneczny od innych gwiazd. W 1859 Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff, używając dopiero co wynalezionego spektroskopu, zbadali spektralne właściwości Słońca i odkryli że jest ono zbudowane z tych samych pierwiastków, które występują na Ziemi, ustanawiając po raz pierwszy "fizykalny pomost pomiędzy Ziemią a niebem".[77] Następnie Angelo Secchi porównał charakterystykę spektralną Słońca i innych gwiazd i okazało się że te charakterystyki są w zasadzie identyczne. Świadomość tego, że Słońce jest gwiazdą, doprowadziło do hipotezy, że inne gwiazdy też mogą mieć własne systemy planetarne. Jednak na dowiedzenie tego potrzeba było czekać jeszcze 140 lat.
Widoczne rozbieżności orbit planet zewnętrznych doprowadziły Percivala Lovella do wniosku, że za orbitą Neptuna musi istnieć jeszcze jakaś planeta - "Planeta X". Po jego śmierci, w Obserwatorium Lovella prowadzono poszukiwania które w końcu doprowadziły Clyde Tombaugha do odkrycia Plutona w 1930 r. Okazało się jednak, że Pluton jest zbyt mały i jego odkrycie nie tłumaczy w pełni nieregularności orbit planet zewnętrznych. Podobnie jak Ceres, Pluton początkowo był uważany za planetę, ale po odkryciu wielu innych ciał podobnego rozmiaru w jego pobliżu, został sklasyfikowany w 2006 r. jako planeta karłowata przez IAU.[76]
Pierwszy pozasłoneczny system planetarny odkrył w 1992 polski astronom Aleksander Wolszczan

