Пять коротких статей, позволяющих лучше понять астрономию
Сколько планет в Солнечной системе?
Представление о том, что такое планета и сколько их в Солнечной системе, менялось на протяжении веков. Древние астрономы не имели телескопов, и единственной ключевой характеристикой, помогающей отличить планеты от других небесных тел, было то, что они перемещались по небу относительно других звезд. Для них существовали звезды неподвижные и звезды-странники - планеты. Иногда к планетам относили и Солнце с Луной. Само слово «планета», которое в переводе с древнегреческого означает «странствующая», «блуждающая», это позволяло.
Геоцентрическая система мира предполагала, что в центре мироздания находится неподвижная Земля, а Солнце, Луна и планеты обращаются вокруг нее. Но Коперник поместил в центр мира Солнце. После чего оказалось, что, Земля, как и другие планеты, тоже вращается вокруг него. А раз так, то и Земля стала считаться планетой, ведь она больше не была неподвижной, а двигалась по кругу вокруг Солнца.
После окончательного утверждения гелиоцентрической системы Коперника, Луна осталась единственным спутником, вращающимся вокруг нашей планеты. Но в 1610 году были открыты Галилеевы спутники Юпитера. А после обнаружили спутники и у Сатурна. Поначалу для обозначения спутников планет применялись множество разных терминов: их называли лунами, звездами, вторичными планетами, а также просто планетами. Но со временем термин «спутник» все же вытеснил все остальные.
Количество планет стало снова расти к середине 19 века. Статус планеты присваивался любому обращающемуся по орбите вокруг Солнца объекту, за исключением комет. Список планет пополнился за счет Цереры, Паллады, Весты и Юноны. А к этому времени в дополнение к планетам, известным с античных времен, добавился еще и Уран. А в 1846 году - Нептун. Так как Церера и подобные ей объекты были малы в сравнении с ранее известными планетами и находились в одном районе Солнечной системы, впоследствии названном поясом астероидов, их решили выделить в одну отдельную группу и назвали астероидами.
Рост числа планет прекратился с открытием в 1930 году Плутона. Он стал 9 планетой Солнечной системы. Именно в таком виде она была привычна всем нам. Но к концу прошлого века возможности астрономии возросли. И мы оказались на пороге открытия новых планет за орбитой Плутона. Но роста количества планет не произошло. Астрономическое сообщество, оказавшись перед дилеммой присваивать новым открытым небесным телам статус планеты или лишить такого статуса Плутон, выбрало последнее. В общих чертах повторилась ситуация 19 века. Для вновь открытых тел (на сегодня это Эрида, Хаумеа, Макемаке) и для открытых ранее Плутона и Цереры была введена новая категория - карликовые планеты.
Таким образом, на сегодня планет в солнечной системе восемь, карликовых планет пять. Среди восьми «больших» планет четыре - Меркурий, Венера, Земля и Марс - называются планетами земной группы, а Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун - планетами-гигантами. Последние еще называют газовыми гигантами, два из которых - Уран и Нептун - выделяют в подкласс ледяных гигантов.
Объектов, называемых малыми планетами (есть и такое неофициальное понятие), несколько тысяч. Каталог малых планет ведет Центр малых планет, который находится в Смитсоновской астрофизической обсерватории. Среди них много примечательных объектов. Это, например, такие кандидаты в карликовые планеты, как Квавар и Седна.
Но мы говорим об открытых планетах. Размеры нашей Солнечной системы позволяют уместить и большее количество планет. Во всяком случае, Майкл Браун, тот самый «убийца» Плутона, уверен, что в Солнечной системе есть еще одна, девятая по счету планета.
Почему Плутон не такой, как другие планеты
Плутон всегда был не таким, как все. Он маленький, и орбита у него не такая, как у других планет. Но младшему в семье это прощали. Так чего же не простили Плутону, лишив почетного статуса?
Итак, первое условие для того, чтобы считаться планетой, - небесное тело должно обращаться по орбите вокруг Солнца. Этим условием за рамки определения выводятся спутники планет, хотя некоторые из них по размеру вполне сравнимы с планетами, например спутник Юпитера Ганимед, который имеет диаметр, превосходящий диаметр Меркурия. Второе - небесное тело должно обладать достаточной гравитацией, чтобы иметь сферическую форму. Отпадают бесформенные объекты, такие как, например, астероиды Паллада, Веста и Юнона. Но все еще держится их соседка по поясу астероидов Церера, которая хоть и самая маленькая из карликовых планет, но достаточно массивная, что позволило ей приобрести форму шара. И наконец, третье условие - вблизи орбиты должно иметься пространство, свободное от других тел.
Ни Церера, находящаяся в поясе астероидов, ни Плутон, находящийся в поясе Койпера, не смогли расчистить окрестности своей орбиты от других объектов.
При этом в перечень условий не попали требования малого эксцентриситета орбиты (круговой орбиты) и малого наклона орбиты к плоскости эклиптики. Возможно, это связано с тем, что орбита гипотетической новой девятой планеты этим условиям соответствовать не будет.
Эклиптика и зодиак
Одной из ключевых характеристик любого небесного тела является наклонение его орбиты. Для планет и других тел, обращающихся вокруг Солнца, учитывается наклонение орбиты, а точнее, плоскости орбиты к плоскости эклиптики. Это позволяет понять, как небесное тело перемещается в Солнечной системе.
Плоскость эклиптики в Солнечной системе - это плоскость орбиты Земли. Если знать величину наклона, можно представить, где искать объект на небе.
Орбиты всех планет лежат вблизи плоскости эклиптики. Немного выделяется Меркурий, его максимальный угол наклона к эклиптике - 7,01°. Для сравнения, наклон орбиты Плутона, некогда бывшего девятой планетой, составляет 17,14°.
На заре Солнечной системы планеты сформировались из протопланетного газово-пылевого диска. Этим ученые и объясняют, почему все планеты обращаются вокруг Солнца в одной плоскости. Но есть небесные тела в нашей системе, чей угол наклона еще больше, но о них позже.
Где эклиптика, там и зодиак. Сама по себе эклиптика - это большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца. Если бы мы могли видеть звезды и созвездия днем, то в течение года наблюдали бы Солнце в одном из зодиакальных созвездий. В мае-июне, например, Солнце находится в созвездии Близнецов. Уран в этом июне будет находиться в созвездии Рыб, а Нептун проведет месяц в Водолее. Ни Солнце, ни планеты не выходят за пределы «зодиакального пояса».
Казалось бы, если все в Солнечной системе образовалось из протопланетного диска, то и орбиты всех тел должны лежать в одной плоскости, но нет. Наклонение орбиты кометы Хейла - Боппа, прилетевшей в конце прошлого века к нам из облака Оорта, - 89,43°. В 1997 году она приближалась Солнцу практически перпендикулярно плоскости эклиптики.
Седна, «Вояджер» и край Солнечной системы
С момента запуска первого искусственного спутника Земли прошло 59 лет. За это время мы достигли многого в космонавтике. Но мечты фантастов о межзвездных полетах пока не сбылись. Под вопросом даже выход за пределы Солнечной системы. С одной стороны, скорости наших космических аппаратов недопустимо малы, с другой - не совсем ясно, где эта граница.
Космический зонд «Вояджер-1» - самый дальний от Земли объект, который был создан человеком. Запущенный в 1977 году для исследования Юпитера и Сатурна, за 39 лет он удалился от Солнца на 135 астрономических единиц. В земных мерах длины это более 20 миллиардов километров. Но для измерения расстояния в пределах Солнечной системы земные меры не вполне удобны.
Расстояния в Солнечной системе и системах других звезд меряют в астрономических единицах. Одна астрономическая единица приблизительно равна среднему расстоянию от Земли до Солнца. Это почти 149,5 млн километров. Тем самым «Вояджер-1» удалился от Солнца на расстояние, равное 135 расстояниям от Солнца до нашей планеты.
Для примера, среднее расстояние от Марса до Солнца - 1,52 а. e., от Нептуна до Солнца - 30,1 а. е. Орбита Плутона, в отличие от практически круговых орбит «больших» планет, имеет больший эксцентриситет, то есть представляет собой эллипс. Для таких небесных тел указание средних расстояний не имеет большого смысла. В перигелии (ближайшей точке орбиты к Солнцу) Плутон приближается к нашей звезде на расстояние 29,7 а. е., в афелии (самой дальней точке от Солнца) удаляется на 49,3 а. е.
Но эти расстояния ничто в сравнении с орбитальными характеристиками Седны - транснептунового объекта, очередного кандидата на звание карликовой планеты. Ее орбита еще более вытянута, чем орбита Плутона. Ближайшая к Солнцу точка орбиты находится на расстоянии от него в 76 а. е. При этом самая дальняя точка орбиты находится на расстоянии 900 а. е. - почти в 7 раз дальше, чем находится сейчас «Вояджер-1».
Ранее несколько раз появлялись сообщения о том, что «Вояджер-1» вышел за пределы Солнечной системы. Наконец, NASA внесло ясность в вопрос - космический аппарат вышел в межзвездное пространство, но Солнечную систему он не покинул. А следовательно, это не одно и то же.
«Вояджер-1» достиг гелиопаузы, границы гелиосферы, места где происходит окончательное торможение солнечного ветра. А вот границей Солнечной системы, по мнению ученых, нужно считать то место, где силы гравитации Солнца будут равны нулю. До такой границы зонду лететь еще 300 лет. Для Солнца такая граница, по современным подсчетам, находится на расстоянии примерно 2 световых года. В этих пределах находится, например, облако Оорта, откуда к нам прилетела уже упомянутая комета Хейла - Боппа.
Немезида - гипотетический компаньон Солнца
Но и за облаком Оорта нас могут ожидать сюрпризы. Речь идет о Немезиде - гипотетической звезде, возможном и пока не обнаруженном компаньоне Солнца. Может быть, никакой звезды, конечно, и нет. Но в окрестностях Солнца около половины звезд двойные, есть большая вероятность, что и Солнце тоже является частью двойной звездной системы.
Расстояние до Немезиды, если она, конечно, существует, 50-100 тысяч астрономических единиц. Это, тем не менее, на порядок дальше крайней точки орбиты Седны. Стоит отметить, что Майкл Браун, являющийся ее первооткрывателем, объясняя столь протяженную орбиту Седны, в качестве одной из гипотез предлагает влияние гравитации еще неоткрытой большой планеты за орбитой Нептуна. Но астроном Уолтер Краттенден высказывает мнение, что на орбиту малой планеты повлияла именно еще неоткрытая звезда Немезида.
Вот только если так близко от нас есть звезда, то почему мы ее до сих пор не обнаружили? Объясняется это просто. Звезды бывают разные, и не все из них достаточно яркие. Ученые, занимающиеся поиском Немезиды, предполагают, что эта таинственная звезда может быть коричневым, красным или белым карликом. К слову, Солнце считается желтым карликом.
Мы привыкли, что звезды - это эдакие светящиеся исполины в космической бездне. Даже планеты-гиганты, такие как Юпитер и Сатурн, выглядят по сравнению с ними совсем маленькими. Но те звезды, которые относятся к вышеперечисленным классам, отнюдь не такие. Белые карлики по размеру соответствуют нашей планете. Коричневые карлики по размеру можно сравнить с Юпитером.
Ввиду небольших размеров и очень низкой светимости такие звезды сложно обнаружить, и если Немезида существует, то это одна из причин того, что мы ее еще не нашли. Возникает вопрос: чем маленькая и тусклая гипотетическая Немезида и подобные ей известные звезды, да и звезды в целом отличаются от планет?
В недрах звезд, в отличие от планет, происходят (или происходили ранее) реакции термоядерного синтеза. А для начала термоядерной реакции нужна существенная масса. Так, по некоторым оценкам, Юпитеру, который состоит из водорода и гелия, тех же элементов что и звезды, для того чтобы стать звездой, нужно увеличить массу в 47 раз. Добавим, что если есть термоядерная реакция, значит, есть и светимость и значительные температуры, чего нет у планет.
