Budowa i powstanie ukladu słonecznego

I. POWSTANIE UKŁADU SŁONECZNEGO


Według najczęściej przyjmowanej teorii, w te rejony naszej Galaktyki, gdzie obecnie znajduje się Układ Słoneczny, przywędrował dawno temu pyłowo- gazowy obłok. Był jednym z rezultatów Wielkiego Wybuchu, który, jak przypuszczają uczeni, zdarzył się we wszechświecie przed miliardami lat. Z owego obłoku utworzyły się poszczególne części Układu. Układ Słoneczny jest więc materią wypełniającą pewną przestrzeń w kosmosie, która przybrała różne formy. Najwięcej materii skupiło się w Słońcu. Nieznaczna jej część przypada na planety oraz ich satelity. Z resztek utworzyły się asteroidy, komety, meteory, oraz gazy i pyły. Planety i planetoidy zostały „ złapane” na swoje orbity dzięki temu, że jest siła przyciągania. Słońce i jego siła dośrodkowa pozostaje w równowadze. Podobna zależność występuje między planetami i ich księżycami. Układ słoneczny jest to grupa planet i księżyców, które krążą(orbitują) dookoła gwiazdy. Każda gwiazda jest w zasadzie słońcem i może mieć własny układ słoneczny. Nasz Układ Słoneczny powstał ok. 4,6 miliarda lat temu, prawie 10 miliardów lat po początku Wszechświata. Ciągle powstają nowe układy słoneczne.



II. SŁOŃCE

Słońce jest centralnym ciałem niebieskim Układu Słonecznego i jest naszą gwiazdą dzienną, położoną najbliżej Ziemi. Dostarcza naszej planecie światła i ciepła, czyli energii do życia. Energia Słońca jest wytwarzana na drodze reakcji termojądrowej zachodzącej w jego środku, podczas której wodór przemieniany jest w hel. We wnętrzu Słońca zachodzą reakcje termojądrowe, w wyniku których powstają ogromne ilości energii. W każdej sekundzie Słońce produkuje około 380 kwadrylionów dżuli energii. W ciągu 1 sekundy na 1 m powierzchni zewnętrznej warstwy atmosfery Ziemi pada ok. 1400 J energii. Ilość energii dostarczanej w ciągu tygodnia jest równoważna energii, którą można byłoby uzyskać ze wszystkich zapasów węgla, ropy i gazu znajdującego się na naszej planecie. Słońce składa się głównie z wodoru i helu. Aktualnie jego średnica wynosi ok. 1 400 000 kilometrów. Temperatura przy powierzchni słońca wynosi ok. 600 ‘ C, natomiast w środku osiąga wartość powyżej 15 mln stopni. Słońce ma ok. 4,7 miliarda lat, a jego przewidywany czas życia wynosi 10 miliardów lat. Pod koniec swego życia Słońce rozszerzy się, stając się czerwonym olbrzymem o wielkości orbity Marsa, a następnie skurczy się. Na równiku Słońce dokonuje obrotu wokół swej osi w ciągu 25 dni, ale w pobliżu biegunów jego ruch obrotowy jest wolniejszy. Ruch ten można śledzić, obserwując przesuwanie się ciemniejszych słonecznych plam po jego tarczy. Czasami w pobliżu plam słonecznych pojawiają się jasne erupcje zwane słonecznymi rozbłyskami. Nad foto sferą Słońca leży warstwa rzadszego gazu zwana Chromosferą, widoczna jedynie przez specjalne przyrządy lub podczas zaćmień. Z chromosfery wydobywają się języki gazu zwane protuberancjami, sięgając do korony słonecznej- aureoli gorącego, rozrzedzonego gazu otaczającej Słońce. Gaz „parujący” z korony rozprzestrzenia się na zewnątrz po całym Układzie Słonecznym, tworząc wiatr słoneczny. Aktywność słońca, obejmująca plamy słoneczne, rozbłyski słoneczne i protuberancje, zwiększa się i zmniejsza podczas cyklu słonecznego, osiągającego swój szczyt co około 11 lat. Słońce jest gwiazdą. Jest to ogromna kula rozpalonego wodoru i helu. Bez światła i ciepła słonecznego na Ziemi nie byłoby życia. Słońce jest bardzo gorące! Wybuchy na słońcu są to ogromne chmury rozpalonych gazów, które tworzą wiry na jego powierzchni. Żaden statek kosmiczny nie może zbliżyć się do Słońca gdyż temperatura Słońca jest bardzo wysoka. W 1976 roku bezzałogowy Helios 2 doleciał do Słońca na odległość
45 000 000 km.


III.PLANETY W UKŁADZIE SŁONECZNYM

Z energii promienistej korzystają planety, które tym przede wszystkim różnią się od gwiazd, że nie mając własnego Źródła energii promienistej święcą światłem odbitym. W Układzie Słonecznym znajduje się dziewięć planet. Bliżej Słońca planety ziemskie –skaliste i mniejsze- Merkury, Wenus, Ziemia, Mars, a w większej od niego odległości cztery „gazowe olbrzymy”- Jowisz, Saturn, Uran i Neptun. Najbardziej odległy, bardzo mały i zestalony Pluton nie należy do żadnej z tych grup.
Wszystkie planety obiegają Słońce, poruszając się w tę samą stronę zgodnie z kierunkiem obrotu Słońca wokół własnej osi. Pierwsze cztery planety oraz przypuszczalnie Pluton są planetami typu ziemskiego, które charakteryzują się twardą powierzchnią gruntu. Jowisz prawdopodobnie jest szybko wirującą ciekłą kulą. Kolejne trzy planety są ogromnymi kulami gazowymi.


1. MERKURY
Najbliżej słońca leży „rozpalony”, prawdopodobnie
pozbawiony atmosfery Merkury, który nie posiada własnego księżyca. Jego powierzchnię pokrywają liczne kratery uderzeniowe, między którymi przebiegają gładkie równiny. Merkury to bardzo twarda planeta- ponad połowę jego składu chemicznego stanowi żelazo z domieszką niklu. Planet ta obiega Słońce z prędkością 47,7 km/s, czyli najszybciej z wszystkich planet i dlatego został nazwany imieniem rzymskiego szybkonogiego boga-posłańca.
Merkury otoczony jest bardzo rozrzedzoną atmosferą złożoną m. In. z tlenu, sodu, wodoru i helu. Przy powierzchni tej planety występują największe w Układzie Słonecznym dobowe różnice temperatur. W dzień temperatura osiąga wartość ponad 400’ C, nocą do około
-170’C.
Merkurego można obserwować nisko nad horyzontem wschodnim tuż przed wschodem Słońca lub nad horyzontem zachodnim tuż po zachodzie Słońca.

2. WENUS
Za Merkurym znajduje się Wenus- najjaśniejsza z planet, najbardziej widoczna na niebie gołym okiem, ponieważ otaczające ją gęste chmury bardzo dobrze odbijają światło słoneczne, chociaż szczelnie zasłaniają powierzchnię planety. Wenus jest drugą planetą, licząc od Słońca, która także nie posiada księżyców. Planeta ta nosi imię rzymskiej bogini piękna i miłości. Otoczona jest bardzo gęstą atmosferą złożoną m.in. z dwutlenku węgla(96%), azotu, argonu, pary wodnej i kwasu siarkowego. Ciśnienie atmosferyczne przy powierzchni Wenus jest około 90 razy większe niż ciśnienie powierzchni Ziemi. Temperatura na powierzchni Wenus zarówno w dzień jak i w nocy jest stała i wynosi ok. 460’C. Wenus obraca się w przeciwną stronę niż większość planet Układu Słonecznego.
Sondy znalazły tam kratery wulkaniczne oraz równiny pokryte rumowiskiem głazów, mogące świadczyć o wstrząsach tektonicznych na planecie. Gęsta atmosfera Wenus składająca się głównie z dwutlenku węgla, powoduje skomplikowane procesy chemiczne. Ich skutkiem jest tzw. efekt cieplarniany- na Wenus panuje bardzo wysoka temperatura. Charakterystyczną cechą Wenus jest to, że obraca się w przeciwną stronę wokół własnej osi niż pozostałe planety. Zarówno Merkury, jak i Wenus nie mają obecnie naturalnych satelitów.
Spośród wszystkich widocznych na niebie planet Wenus jest planetą najjaśniejszą. Można ją obserwować aż do czterech godzin po zachodzie Słońca nad horyzontem zachodnim lub przed wschodem Słońca nad horyzontem wschodnim. Orbity Merkurego i Wenus położone są w wewnątrz orbity Ziemi i dlatego planety te widać w różnych fazach, podobnych do faz Księżyca.


3. ZIEMIA

Trzecia w kolejności jest Ziemia – planeta ludzi, prawdopodobnie jedyna w Układzie Słonecznym, na której rozwinęło się życie. Atmosfera ziemska składa się głównie z azotu, tlenu i nie wielkiego dodatku pary wodnej. Powierzchnię Ziemi w znacznym stopniu pokrywają akweny wodne. Ponadto stwierdzono istnienie w przestrzeni okołoziemskiej tzw. magnetosfery, chroniącej naszą planetę przed nadmiernym oddziaływaniem zjawisk z przestrzeni kosmicznej. Ziemia ma jednego satelitę-Księżyc.
Ziemia obiega Słońce ze średnią prędkością 30 km/h,
dokonując pełnego obiegu w czasie 365, 25 dni. Jednocześnie obraca się dookoła własnej osi, która jest nachylona do płaszczyzny jej toru w ruchu obiegowym pod kątem 66’ 33’. Wynikiem ruchu obrotowego Ziemi jest następstwo dnia i nocy. Natomiast wynikiem ruchu obiegowego oraz nachylenia osi obrotu Ziemi jest następstwo pór roku. Ziemia nazywana jest Błękitną Planetą, ponieważ z przestrzeni kosmicznej widziana jest jako ciało o błękitnej barwie. Spośród wszystkich planet Ziemię wyróżnia fakt, że powierzchnia jej około 70 % pokryta jest wodą. W skład ziemskiej atmosfery wchodzą: Azot (78%), tlen (21%), argon, para wodna, dwutlenek węgla, neon, hel i metan. Ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza wynosi 101 325 Pa.
Ziemia wytwarza własne pole magnetyczne, dzięki któremu wychwytuje naelektryzowane cząstki wiatru słonecznego, którym towarzyszy zjawisko zorzy polarnej.




4. MARS

Jest czwartą planetą Układu Słonecznego, nosi też nazwę Czerwona Planeta ze względu na czerwoną barwę nadawaną jej przez tlenki żelaza. Nazwa Mars pochodzi od imienia boga wojny, gdyż planeta z powodu swojej barwy kojarzyła się Rzymianom z ogniem i wojną. Mars otoczony jest atmosferą o małej gęstości, złożoną głównie z dwutlenku węgla (95%), azotu oraz argonu. Wartość ciśnienia atmosferycznego przy jego powierzchni wynosi 760 Pa. Przezroczystość atmosfery Marsa pozwalała od dawna obserwować jego powierzchnię, na której znajdują się liczne kratery i rozległe szczeliny. Na Marsie występują duże różnice temperatur zależnie od pory dnia i pory roku. Wahają się w granicach od –120’ C do 20’ C. Dookoła niego krążą dwa księżyce :Phobos oraz Deimos. Za orbitą Marsa krążą dziesiątki tysięcy drobnych ciał niebieskich zwanych planetoidami. Niektóre docierają aż w W drugiej połowie XX wieku Mars stał się obiektem najczęściej badanym przez ludzi, gdyż warunki fizyczne tam panujące są spośród wszystkich planet najbardziej zbliżone do ziemskich.


5. JOWISZ

Jest największą planetą Układu Słonecznego i otrzymał imię władcy wszechświata w, mitologii rzymskiej. Masa Jowisza jest 328 razy większa od masy Ziemi. Planeta Jowisza jest tak duża, że wszystkie inne planety Układu Słonecznego zmieściłyby się w jej wnętrzu. Jowisz wypromieniowuje więcej energii niż otrzymuje jej od Słońca, ponieważ jądro tej planety prawdopodobnie osiąga temperaturę około 3000’C. Atmosfera Jowisza złożona jest z wodoru, helu, metanu, amoniaku i związków siarki. W zewnętrznych warstwach jego atmosfery panuje temperatura około –130’C.
Jowisz ma bardzo silne pole magnetyczne i dlatego w jego atmosferze, podobnie jak w atmosferze Ziemi, obserwuje się zorze polarne. Dookoła tej planety krąży co najmniej 16 Księżyców, z których cztery największe zostały odkryte w 1610 roku przez Galileusza i można je obserwować przy użyciu lornetki. Są to: Io, Europa, Ganimedes oraz Callisto.
Wielka czerwona plama na Jowiszu to gigantyczny sztorm , szalejący na planecie od co najmniej 100 lat. Plama ta ma ponad 400 tysięcy kilometrów długości i 11 tysięcy kilmetrów szerokości.

6. SATURN

Znajduje się na szóstym miejscu, licząc od Słońca i jest drugą planetą pod względem wielkości planetą Układu Słonecznego. Saturn otrzymał nazwę na cześć rzymskiego boga rolnictwa, który był ojcem Jowisza. Saturn jest planetą gazową zbudowaną z wodoru i helu. Wokół niego krąży co najmniej 18 księżyców. Największym księżycem jest Tytan.
Charakterystyczną cechą Saturna są przepiękne pierścienie położone w płaszczyźnie równika planety. Pierścienie te składają się z brył lodowych o różnych rozmiarach, od małych jak pyłek kurzu do dużych jak ciężarówka. Temperatura górnych warstw atmosfery Saturna wynosi ok. – 170 ‘C. Atmosfera Saturna składa się z różnych gazów. Niektóre z nich nie mieszają się ze sobą. W czasie obrotu Saturna dookoła własnej osi wiatr przewiewa je w postaci pasów. Każdy pas składa
innego gazu.


7. URAN

Został odkryty w 1781 roku przez angielskiego astronoma Williama Herschela. Uran był pierwszą planetą odkrytą przy użyciu teleskopu. Nazwano go na cześć greckiego boga niebios. Uran różni się od innych planet położeniem osi obrotu, która jest niemal równoległa do płaszczyzny orbity planety oraz wstecznym kierunkiem obrotu. Wynikiem takiego „przechylenia na bok” jest to, że przez około 42 lata ziemskie w okolicach biegunowych Urana nie zachodzi Słońce, a przez kolejne 42 lata panują tam ciemności.

Atmosfera Urana składa się m. in. z wodoru i helu z
niewielką ilością metanu. Wokół Urana krąży nie mniej niż 15 księżyców. Uran otoczony jest 10 wąskimi pierścieniami, które składają się z odłamków skał.
Jest położona dwukrotnie dalej od Słońca niż szósta
planeta , Saturn. Ma średnicę równą 50 800 km, a jego masa jest 14, 5 razy większa od masy Ziemi. Obiega on słońce co 84 lata w przeciętnej odległości 2,9 miliarda kilometrów. Oś obrotowa Urana jest nachylona pod kątem 98 stopni, w związku z czym jeden z biegunów jest skierowany ku Słońcu, co powoduje występowanie bardzo krańcowych pór roku. Pole magnetyczne Urana jest bardzo dziwne: jest ono nachylone pod kątem 60 stopni do osi obrotowej planety do jej powierzchni. Obserwacje tego pola wskazują, że część stała planety wykonuje pełen obrót co 17,2 godziny.
Sonda kosmiczna Voyager 2 wykryła 11 pierścieni
złożonych ze skał i pyłów znajdujących się wokół równika planety, oraz znalazła 10 małych księżyców, oprócz 5 widzialnych z Ziemi. Największy z księżyców, Tytania, ma średnicę równą 1580 km. Pierścienie są czarne jak węgiel i mogą być złożone z resztek dawnych księżyców, które uległy rozpadowi.Teoretyczna analiza ruchu Urana doprowadziła do postawienia hipotezy, że istnieje nieznana planeta, która zakłóca jego ruch. Tą planetą jest Neptun.

8. NEPTUN

Został odkryty w 1846 roku. Jest to ósma planeta pod względem średniej odległości od Słońca. Nazwa tej planety pochodzi od rzymskiego boga mórz. Okrąża Słońce co 164,8 lat w przeciętnej odległości 4497 miliardów km. Jest planetą należącą do grupy tzw, gazowych olbrzymów i składa się z wodoru, helu i metanu. Średnica Neptuna wynosi 48 600 km, a jego masa jest 17,2 razy większa od masy Ziemi. Neptun obraca się wolno w porównaniu Jowiszem czy Saturnem i jest najmniej spłaszczoną planetą spośród planet gazowych. Okres obrotu wynosi 16 godzin i 17 minut.
Atmosfera Neptuna składa się z wodoru i helu oraz metanu, który pochłania czerwone światło i nadaje planecie intensywny niebieski kolor. Przypuszcza się, że w centrum Neptuna znajduje się kamienne jądro pokryte warstwą lodu. Planeta posiada osiem znanych księżyców. Neptun został zlokalizowany w 1846 roku przez niemieckich astronomów Johanna Gottfrieda Galle i Heinricha d’Arresta (1822-1875) po tym, jak angielski astronom John Couch Adams i francuski matematyk Urbain Leverrier przewidzieli jego istnienie na podstawie swych obliczeń dotyczących zaburzeń ruchu Urana. Sonda Voyager 2, która przeleciała koło neptuna w sierpniu 1989 roku, wykryła różne formacje chmur, w tym owalną chmurkę burzową wielkości Ziemi, Wielką Ciemną Plamę podobną do Wielkiej czerwonej Plamy na Jowiszu. Neptun posiada trzy blade pierścienie, a dwa z jego ośmiu księżyców są widoczne z Ziemi.




9. PLUTON

Został odkryty w 1930roku. Jest najmniejszą planetą Układu Słonecznego i najbardziej odległą od Słońca. Jego istnienie przepowiedział na podstawie swych obliczeń Percival Lowell, a sama planeta została zlokalizowana przez Clyde’a Tombugha w 1930 roku: obaj byli astronomami amerykańskimi. Planeta ta jest lodowym światem, nazwanym na cześć greckiego boga podziemi i królestwa umarłych Hadesa, który nosił przydomek Pluton.

Powierzchnię Plutona stanowi metan zamrożony w temperaturze niższej niż – 220’ C a jego bardzo cienka atmosfera prawdopodobnie składa się mieszaniny metanu i azotu. Plutona obiega księżyc o nazwie Charon. Planeta ta okrąża Słońce co 248,5 lat w przeciętnej odległości 5,8 miliarda kilometrów. Ma on eliptyczną orbitę mocno odbiegającą od kołowej, co powoduje, że czasami chodzi on do wnętrza orbity Neptuna, jak np.w latach 1979-1999. Średnica Plutona równa jest około 2300 km, a jego masa to około 0,002 masy Ziemi. Ma on niską gęstość i jest złożony z lodu i skał, z zamrożonym metanem na powierzchni i rzadką atmosferą.



IV. DROBNE CIAŁA W UKŁADZIE SŁONECZNYM

W przestrzeni kosmicznej oprócz planet i księżyców w Układzie Słonecznym znajdują się drobniejsze ciała niebieskie, takie jak planetoidy, komety i meteory. Planetoidy lub asteroidy są to ciała niebieskie o masie nie mniejszej niż 1000 kg, które obiegają Słońce podobnie jak planety. Planetoida, jest to jedno z wielu tysięcy małych ciał złożonych ze skał i żelaza, które krążą wokół Słońca. Większość z nich leży w pasie pomiędzy orbitami Marsa i Jowisza ; sądzi się, że są resztkowymi pozostałościami z okresu tworzenie się Układu Słonecznego. Może ich być około 100 tysięcy, ale ich łączna masa wynosi tylko kilka setnych masy Księżyca. Zaliczają się do nich Ceres, Westa, Eros oraz Ikar. Część planetoid porusza się po orbitach przechodzących blisko Ziemi, a niektóre z nich, takie jak planetoida Apollo, nawet przecinają orbitę Ziemi; przynajmniej część z nich może być dawnymi kometami, które utraciły swój gazowy ogon. Pewna grupa planetoid, zwanych trojańskimi, porusza się po orbicie Jowisza, w odległości 60 stopni przed lub za planetą. Jedna niezwykła planetoida, Chiron, krąży za Saturnem. Pierwsza planetoida została odkryta 1 stycznia 1801 roku przez włoskiego astronoma Giuseppe Piazzi w obserwatorium w Palermo na Sycylii. Szczególnie dużo planetoid znajduje się między orbitami Marsa i Jowisza. Największa planetoida- Ceres ma średnicę około 1000 km i masę około 550 razy mniejszą od masy Merkurego. Liczba znanych planetoid przekracza 7 tysięcy. Wśród nazw planetoid znajdziemy m.in. takie jak: Hel, Tatry, Wawel, Coppernicus, Curie, Smoluchowski, Chopin, Jasnorzewska, Lem, Mickiewicz. W latach pięćdziesiątych XX wieku holenderscy astronomowie Jan Oort I Gerard Kuiper przewidzieli istnienie drobnych ciał także na krańcach Układu Słonecznego poza orbitą Neptuna. Ciała te tworzą tzw. pas Kuipera. Nowe odkrycia pokazują, że najprawdopodobniej Układ Słoneczny otoczony jest tzw. obłokiem Oorta, złożonym z zamrożonych drobnych ciał niebieskich, tworzących powierzchnię kuli.

Wśród drobnych ciał niebieskich szczególne miejsce zajmują komety. Istnieje hipoteza, że ich pochodzenie związane jest z obłokiem Oorta. Kometa zbudowana jest z lodu, z zamrożonych gazów i odłamków skał. Centralną jej część stanowi jądro otoczone warstwą gazów tworzących głowę komety. Gdy kometa zbliża się do Słońca, cząstki tworzące jej głowę odparowują i zostają skierowane przez wiatr słoneczny w stronę przeciwną niż Słońce, tworząc warkocz komety. Najlepiej zbadaną kometą jest kometa Halleya. Jest to kometa okresowa, która wraca w pobliże Słońca co 76 lat. Ostatnie jej maksymalne zbliżenie się do Słońca zarejestrowano 9 lutego 1986 roku.

W przestrzeni kosmicznej znajdują się także okruchy skał, zwane meteorami, które pojedynczo obiegają Słońce.
Kiedy meteor wpada w atmosferę Ziemi, to w skutek tarcia wywołuje on świecenie atmosfery wzdłuż swego toru lotu, ulegając spaleniu. Czasami meteor nie zdąży się spalić w atmosferze i uderza w powierzchnię Ziemi. Tę nie spaloną część meteoru nazywamy meteorytem. Gdy duże ilości pyłu przechodzą przez atmosferę ziemską zapalają się i wyglądają jak setki spadających gwiazd. Zjawisko to nazywamy deszczem meteorytów.