• Перевод

Возможности почти безграничны, но почему же всё выстраивается в линию?

Надежда – это не убеждение в том, что всё закончится хорошо, но уверенность в наличии у происходящего смысла, вне зависимости от результата.
- Вацлав Гавел

На этой неделе мне прислали много прекрасных вопросов, и выбор у меня был большой. Но, вдогонку к двум недавним вопросам про то, почему все планеты вращаются в одну и ту же сторону и почему наша Солнечная система необычна, я выбрал вопрос от Ника Хэма, который спрашивает:

Почему все планеты вращаются примерно в одной плоскости?

Если подумать обо всех возможностях, это действительно кажется маловероятным.

Сегодня мы разметили орбиты всех планет с невероятной точностью, и нашли, что все они обращаются вокруг Солнца в одной и той же двумерной плоскости с разницей не более 7°.

А если убрать Меркурий, самую внутреннюю планету с самой наклонной плоскостью вращения, всё остальное окажется очень хорошо выровненным: отклонение от средней плоскости орбиты составит около двух градусов.

Также все они достаточно хорошо выровнены по отношению к оси вращения Солнца: как планеты вращаются вокруг Солнца, так и Солнце вращается вокруг своей оси. И, как можно было ожидать, ось вращения Солнца находится в пределах 7° отклонения от [осей] орбит планет.

И всё-таки такое положение дел выглядит маловероятным, если только какая-то сила не сдавила орбиты планет в одну плоскость. Можно было бы ожидать, что орбиты планет сориентировались бы случайным образом, поскольку гравитация – сила, удерживающая планеты на постоянных орбитах – одинаково работает по всем трём измерениям.

Можно было бы ожидать некую толпу вместо аккуратного и последовательного набора из почти идеальных кругов. Интересно, что если отдалиться от Солнца достаточно далеко, за планеты с астероидами, за орбиты комет типа Галлея и за пояс Койпера – именно такую картину вы и обнаружите.

Так что же принудило наши планеты оказаться в одном диске? В одной плоскости орбит вокруг Солнца, вместо роя вокруг него?

Чтобы разобраться в этом, давайте перенесёмся во времена формирования Солнца: из молекулярного облака газа, из той материи, из которой рождаются все новые звёзды во Вселенной.

Когда молекулярное облако вырастает достаточно массивным, и становится гравитационно связанным и достаточно холодным, чтобы сжаться и сколлапсировать под собственной тяжестью, как туманность Труба (вверху, слева), она сформирует достаточно плотные районы, в которых будут образовываться новые звёздные кластеры (вверху, справа).

Можно заметить, что эта туманность – и любая другая, похожая на неё – не будет идеальной сферой. Она имеет неровную вытянутую форму. Гравитация не прощает несовершенств, и из-за того, что гравитация – сила ускоряющаяся, которая увеличивается вчетверо каждый раз при уменьшении дистанции вдвое, она берёт даже небольшие неровности в изначальной форме и очень быстро их увеличивает.

В результате получается формирующая звёзды туманность сильно асимметричной формы, и звёзды образуются там, где газ плотнее всего. Если заглянуть внутрь, на отдельные присутствующие там звёзды, они представляют собой почти идеальные сферы, как наше Солнце.

Но так же, как туманность стала асимметричной, так и отдельные звёзды, сформировавшиеся внутри, появились из неидеальных, чрезмерно плотных асимметричных комков материи внутри туманности.

В первую очередь они сколлапсируют в каком-то одном (из трёх) измерении, и поскольку материя – вы, я, атомы, состоящие из ядер и электронов – собирается вместе и взаимодействует, если швырнуть её в другую материю, у вас в результате получится вытянутый диск материи. Да, гравитация притянет большую часть материи к центру, где и сформируется звезда, но вокруг неё вы получите то, что называется протопланетарным диском. Благодаря телескопу им. Хаббла мы видели такие диски непосредственно!

Вот вам первая подсказка, почему у вас получится нечто выровненное в плоскость вместо сферы со случайно летающими планетами. Далее нам нужно обратиться к результатам симуляций, поскольку мы не присутствовали в молодой солнечной системе так долго, чтобы наблюдать это формирование воочию – оно занимает порядка миллиона лет.

И вот что нам говорят симуляции.

Протопланетарный диск, сплющившись в одном измерении, продолжит сжиматься по мере того, как всё больше газа будет притягиваться к центру. Но пока большое количество материала затягивается внутрь, приличная его доля окажется на стабильной орбите где-то на этом диске.

Из-за необходимости сохранения такой физической величины, как момент импульса, который показывает количество вращения всей системы – газа, пыли, звезды и прочего. Из-за того, как работает момент импульса, и как он примерно равномерно распределяется между разными частицами внутри, следует, что всё внутри диска должно двигаться, грубо говоря, в одном направлении (по часовой или против часовой). Со временем диск достигает стабильных размеров и толщины, а затем небольшие гравитационные отклонения начинают вырастать в планеты.

Конечно, по объёму диска существуют небольшие различия между его частями (и гравитационные эффекты между взаимодействующими планетами), а также играют роль и небольшие различия начальных условий. Формирующаяся в центре звезда представляет собой не математическую точку, а большой объект диаметром порядка миллиона километров. И когда вы собираете всё это вместе, это приводит к распределению материи не в идеальной плоскости, но в форме, близкой к ней.

Вообще, мы только довольно недавно обнаружили первую планетную систему, находящуюся в процессе формирования планет, и их орбиты расположены в одной плоскости.

Молодая звезда слева вверху, на задворках туманности – HL Тельца, расположенная в 450 световых годах от нас – окружена протопланетарным диском. Самой звезде всего миллион лет. Благодаря ALMA, массиву с длинной базой, улавливающему свет на довольно длинных волнах (миллиметровых), длина которых более чем в тысячу раз превышает длину видимого света, мы и получили это изображение.

Это явно диск, со всей материей в одной плоскости, при этом в нём есть тёмные пропуски. Эти пропуски соответствуют молодым планетам, собравшим близлежащую материю! Мы не знаем, какие из них сольются вместе, какие будут вышвырнуты, и какие подойдут поближе к звезде и будут ею проглочены, но мы наблюдаем критический этап формирования молодой солнечной системы.

Так почему же все планеты находятся в одной плоскости? Потому, что они формируются из асимметричного облака газа, коллапсирующего сначала в самом коротком из направлений; материя сплющивается и держится вместе; она сокращается внутрь, но оказывается вращающейся вокруг центра. Планеты формируются благодаря неровностям в материи диска, и в результате все их орбиты оказываются в одной плоскости, различающиеся друг от друга максимум несколькими градусами.

Венера - вторая планета Солнечной системы. Ее соседями являются Меркурий и Земля. Планета была названа в честь римской богини любви и красоты - Венеры. Однако вскоре оказалось, что ничего общего с прекрасным поверхность планеты не имеет.

Знания об этом небесном теле были весьма скудными до середины XX века из-за плотных облаков, скрывающих Венеру от обзора телескопов. Однако с развитием технических возможностей человечество узнало множество новых и интересных фактов об этой удивительной планете. Многие из них вызвали ряд вопросов, до сих пор лишенных ответов.

Сегодня мы обсудим гипотезы, объясняющие, почему Венера вращается против часовой стрелки, и расскажем интересные факты о ней, известные планетологии сегодня.

Что мы знаем о Венере?

В 60-х годах у ученых еще теплилась надежда, что условия на живых организмов. Эти надежды и идеи были воплощены в своих произведениях фантастами, которые повествовали о планете, как о тропическом рае.

Однако после того, как на планету были отправлены космические корабли, предоставившие первое представление о ученые пришли к неутешительным выводам.

Венера не только непригодна для жизни, она обладает очень агрессивной атмосферой, которая уничтожила несколько первых космических кораблей, отправленных на ее орбиту. Но несмотря на то, что связь с ними была потеряна, исследователям все же удалось получить представление о химическом составе атмосферы планеты и ее поверхности.

Также исследователей интересовал вопрос, почему Венера вращается против часовой стрелки, так же как и Уран.

Планета-близнец

Сегодня известно, что Венера и Земля очень похожи по физическим характеристикам. Обе они принадлежат земной группе планет, как Марс и Меркурий. Эти четыре планеты имеют мало спутников или не имеют их вообще, обладают слабым магнитным полем и лишены системы колец.

Венера и Земля имеют схожую массу и лишь слегка уступает нашей Земле), а также вращаются по похожим орбитам. Однако на этом сходство заканчивается. В остальном планета никоим образом не похожа на Землю.

Атмосфера на Венере очень агрессивна и состоит из углекислого газа на 95%. Температура планеты абсолютно непригодна для жизни, так как достигает 475 °C. Кроме этого, на планете очень высокое давление (в 92 раза выше, чем на Земле), которое раздавит человека, если он вдруг решит прогуляться по его поверхности. Уничтожат все живое и облака двуокиси серы, создающие осадки из серной кислоты. Слой этих облаков достигает 20 км. Несмотря на свое поэтичное название, планета является адским местом.

Какова скорость вращения Венеры вокруг своей оси? Как оказалось в результате исследований, одни венерианские сутки равны 243 земным суткам. Планета вращается со скоростью всего 6,5 км/час (для сравнения, скорость вращения нашей Земли составляет 1670 км/ч). При этом один венерианский год составляет 224 земных суток.

Почему Венера вращается против часовой стрелки?

Этот вопрос волнует ученых уже не одно десятилетие. Однако до сих пор никто не смог ответить на него. Было много гипотез, но ни одна из них до сих пор не подтверждена. Тем не менее мы рассмотрим несколько наиболее популярных и интересных из них.

Дело в том, что если смотреть на планеты Солнечной системы сверху, Венера вращается против часовой стрелки, в то время как все остальные небесные тела (кроме Урана) вращаются по часовой стрелке. К ним относятся не только планеты, но и астероиды и кометы.

Если смотреть с северного полюса, Уран и Венера вращаются по часовой стрелке, а все остальные небесные тела - против нее.

Причины вращения Венеры против часовой стрелки

Однако что послужило причиной такого отклонения от нормы? Почему Венера вращается против часовой стрелки? Есть несколько популярных гипотез.

1. Когда-то, на заре образования нашей Солнечной системы, вокруг Солнца не было планет. Был лишь один газопылевой диск, который вращался по часовой стрелке, что со временем передалось и другим планетам. Аналогичное вращение наблюдалось и у Венеры. Однако вскоре планета, вероятно, столкнулась с огромным телом, которое врезалось в нее против ее вращения. Таким образом космический объект словно "запустил" движение Венеры в обратную сторону. Возможно, в этом виноват Меркурий. Это одна из самых интересных теорий, которая объясняет сразу несколько удивительных фактов. Когда-то Меркурий, вероятно, был спутником Венеры. Однако позже столкнулся с ней по касательной, отдав Венере часть своей массы. Сам же он улетел на более низкую орбиту вокруг Солнца. Вот почему орбита его имеет кривую линию, а Венера вращается в обратную сторону.
2. Венеру может вращать атмосфера. Ширина ее слоя достигает 20 км. При этом ее масса чуть меньше земной. Плотность атмосферы Венеры очень высока и буквально сдавливает планету. Возможно, именно плотная атмосфера вращает планету в другом направлении, что объясняет, почему она вращается так медленно - всего 6.5 км/час.
3. Другие ученые, наблюдая, как вращается Венера вокруг своей оси, пришли к выводу, что планета перевернута вверх тормашками. Она продолжает двигаться в том же направлении, что и другие планеты, однако из-за своего положения вращается в другую сторону. Ученые считают, что подобный феномен могло вызвать влияние Солнца, ставшее причиной сильных гравитационных приливов в сочетании с трением между мантией и ядром самой Венеры.

Заключение

Венера - это планета земной группы, уникальная по своей природе. Причина, по которой она вращается в противоположную сторону, все еще остается загадкой для человечества. Возможно, когда-нибудь мы разгадаем ее. А пока что нам остается лишь строить предположения и гипотезы.

Теория о мире, как геоцентрической системе, в былые времена не раз подвергалась критике и сомнениям. Известно, что над доказательством этой теории трудился Галилео Галилей. Это ему принадлежит вошедшая в историю фраза: «И все-таки она вертится!». Но всё же не ему удалось это доказать, как думают многие, а Николаю Копернику, который в 1543 написал трактат о движении небесных тел вокруг Солнца. Удивительно, но, несмотря на все эти доказательства, о круговом ходе Земли вокруг огромного светила, в теории остаются ещё открытые вопросы о причинах, побуждающих её к этому движению.

Причины движения

Средневековье позади, когда люди считали нашу планету неподвижной, и ее движения уже никто не оспаривает. А вот причины, по которым Земля направляется в путь вокруг Солнца, доподлинно неизвестны. Выдвинуто три теории:

• инертное вращение;
• магнитные поля;
• воздействие солнечного излучения.

Существуют и другие, но они не выдерживают критики. Интересно и то, что вопрос: «В какую сторону вращается Земля вокруг огромного небесного светила?», тоже недостаточно корректен. Ответ на него получен, но он точен лишь относительно общепринятого ориентира.

Солнце - это огромная звезда, вокруг которой сосредоточена жизнь в нашей планетарной системе. Все эти планеты совершают ход вокруг Солнца по своим орбитам. Земля движется по третьей орбите. Изучая вопрос: «В какую сторону вращается Земля по орбите?», учёные сделали множество открытий. Они поняли, что сама орбита не идеальна, поэтому наша зелёная планета находится от Солнца в разных её точках на отличных друг от друга расстояниях. Поэтому было высчитано среднее значение: 149 600 000 км.

Ближе всего Земля к Солнцу 3 января, а дальше - 4 июля. С этими явлениями связывают понятия: наименьший и наибольший временной день в году, по отношению к ночи. Изучая всё тот же вопрос: «В какую сторону вращается Земля по своей солнечной орбите?», учёные сделали ещё один вывод: процесс кругового хода происходит и по орбите, и вокруг собственного невидимого стержня (оси). Сделав открытия этих двух вращений, учёные задались вопросами не только причин, вызывающих такие явления, но и о форме орбиты, а также скорости вращения.

Как учёные определили, в какую сторону вращается Земля вокруг Солнца в планетарной системе?

Орбитальную картину планеты Земля описал немецкий астроном и математик В своём фундаментальном труде «Новая астрономия» он называет орбиту эллиптической.

Все объекты на поверхности Земли вращаются вместе с ней, используя общепринятые описания планетарной картины Солнечной системы. Можно сказать, что, наблюдая со стороны севера из космоса, на вопрос: «В какую сторону вращается Земля вокруг центрального светила?», ответ будет следующим: «С запада на восток».

Сравнивая с движениями стрелки в часах - это против её хода. Такую точку зрения приняли относительно Полярной звезды. То же самое увидит человек, находящийся на поверхности Земли со стороны Северного полушария. Представив себя на шаре, движущемся вокруг неподвижного светила, он увидит своё вращение справа налево. Это равносильно ходу против стрелки часов или с запада на восток.

Земная ось

Все это касается и ответа на вопрос: «В какую сторону вращается Земля вокруг своей оси?» - в противоположном ходу стрелки часов. Но если представить себя наблюдателем в Южном полушарии, картина будет выглядеть иначе - наоборот. Но, понимая, что в космосе понятия запада и востока отсутствуют, учёные оттолкнулись от земной оси и Полярной звезды, на которую ось направлена. Это и определило общепринятый ответ на вопрос: «В какую сторону вращается Земля вокруг своей оси и вокруг центра Солнечной системы?». Соответственно Солнце показывается утром из-за горизонта с восточного направления, а скрывается от наших взоров на западе. Интересно то, что многие сравнивают земные обороты вокруг собственного невидимого осевого стержня с вращением волчка. Но при этом земная ось не видна и несколько наклонена, а не вертикальна. Всё это отражается на форме Земного шара и эллиптической орбиты.

Звёздные и солнечные сутки

Кроме ответа на вопрос: «В какую сторону вращается Земля по часовой или против хода стрелки часов?», учёные рассчитали время оборота вокруг своей невидимой оси. Оно составляет 24 часа. Интересно то, что это лишь примерное число. Фактически, полный оборот на 4 минуты меньше (23 ч. 56 мин. 4,1 сек.). Это так называемый звёздный день. Мы же считаем сутки по солнечному дню: 24 часа, так как Земле на своей планетарной орбите каждый день необходимы ещё дополнительные 4 минуты, чтобы вернуться на своё место.

Название проекта

Сащенко О.

Троянова А.

Тема исследования группы

Почему планеты движутся вокруг Солнца?

Проблемный вопрос (вопрос для исследования)

Где заканчивается Вселенная?

Цели исследования

1. Определить основные характеристики Вселенной;

2. Исследовать взаимосвязь планет и звезды в Солнечной системе.

Результаты исследования

Как образовалась Солнечная система?

Ученые установили, что Солнечная система была сформирована 4,5682 миллиарда лет назад - почти на два миллиона лет раньше, чем считалось до сих пор, что позволяет астрономам по-новому взглянуть на механизмы формирования нашей планетарной системы, сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature.

В частности, смещение даты зарождения Солнечной системы на 0,3-1,9 миллиона лет назад вглубь времен означает, что протопланетное облако материи, из которого образовывались планеты, вращающиеся вокруг набирающего силу светила, содержало в два раза больше редкого изотопа железа-60, чем считалось до сих пор.

Единственным источником этого элемента во Вселенной являются сверхновые звезды, а потому у ученых теперь есть все основания утверждать, что Солнечная система зародилась в результате серии взрывов сверхновых звезд в непосредственной близости друг от друга, а не в результате сгущения из изолированного газопылевого облака, как считалось еще совсем недавно.

"Благодаря этой работе мы получаем возможность обрисовать весьма стройную и захватывающую картину очень динамичного периода истории Солнечной системы", - сказал Дэвид Кринг (David Kring) из Института Луны и планет NASA в Хьюстоне, слова которого приводит интернет-издание Nature News.

Началом существования Солнечной системы считается появление в ней первых твердых частиц, вращающихся в газопылевом облаке вокруг зарождавшейся звезды. Основным источником знаний о таких частицах служат минеральные включения в особый тип метеоритов, называемых хондритами. Эти метеориты, согласно доминирующей в космологии теории, по своему химическому составу отражают распределение элементов и веществ протопланетном газопылевом диске ранней Солнечной системы.

Наиболее же старые минеральные включения в них обогащены кальцием и алюминием, и именно возраст этих включений, согласно теории, должен отражать возраст Солнечной системы.

Главным достижением коллектива авторов новой публикации - Одри Бовье (Audrey Bouvier) и ее наставницы профессора Менакши Вадвы (Meenakshi Wadhwa) из Аризонского университета является точная датировка возраста такого включения в хондритовом метеорите, обнаруженном в пустыне Сахара.

Для этого ученые использовали две различные методики, основанные на соотношении изотопов свинца, а также соотношении изотопов алюминия и магния. Авторам статьи не только удалось выявить наиболее "древний" возраст этого включения по сравнению со всеми до сих пор известным ученым объектами - 4,5682 миллиарда лет - по и впервые привести хронометрические шкалы этих двух методов датировки в соответствие.

Дело в том, что датировка по изотопам свинца, хоть и считается надежной, не позволяет получить достаточно точный возраст того или иного геологического объекта. С помощью датировки по изотопам магния и алюминия этот возраст можно определить с гораздо большей точностью, однако до последнего времени этот тип датировки все время показывал возраст объектов на миллион лет больше, чем датировка по изотопам свинца.

Почему планеты вращаются вокруг Солнца?

Существует невидимая сила, которая заставляет планеты вращаться вокруг Солнца. Она называется силой земного притяжения.

Польский ученый Николай Коперник первым обнаружил, что орбиты планет образуют вокруг Солнца окружности.

Галилео Галилей согласился с этой гипотезой и доказал ее с помощью наблюдений.

В 1609 году Иоганн Кеплер рассчитал, что орбиты планет не круглые, а эллиптические, причем в одном из фокусов эллипса находится Солнце. Он установил и законы, по которым происходит это вращение. Позднее их назвали «Законы Кеплера».

Потом английский физик Исаак Ньютон открыл закон всемирного тяготения и на основании этого закона объяснил, как Солнечная система сохраняет постоянной свою форму.

Каждая частица вещества, из которого состоят планеты, притягивает другие. Это явление называется гравитацией.

Благодаря гравитации каждая планета в Солнечной системе вращается по своей орбите вокруг Солнца и не может улететь в космическое пространство.

Орбиты имеют форму эллипса, поэтому планеты то приближаются к Солнцу, то удаляются от него.

Выводы

Планеты, вращающиеся вокруг Солнца, составляют Солнечную систему. Солнце притягивает планеты, и эта сила притяжения удерживает планеты так, как будто они привязаны на веревочке.

Сегодня нет ни малейших сомнений в том, что Земля вращается вокруг Солнца. Если еще не так давно, в масштабах истории Вселенной, люди были уверены, что центром нашей галактики является Земля, то сегодня нет никаких сомнений, что все происходит с точностью до наоборот.

И сегодня мы разберёмся с тем, почему Земля и все остальные планеты движутся вокруг Солнца.

Почему планеты вращаются вокруг Солнца

Как Земля, так и все остальные планеты нашей солнечной системы движутся по своей траектории вокруг Солнца. Скорость их движения и траектория могут быть разными, однако все они держатся у нашего естественного светила.

Наша задача заключается в том, чтобы максимально просто и доступно разобраться с тем, почему именно Солнце стало центром вселенной, притягивающим к себе все остальные небесные тела.

Начнем мы с того, что Солнце является самым крупным объектом в нашей галактике. Масса нашего светила в разы превышает массу всех остальных тел в совокупности. А в физике, как известно, действует сила всемирного тяготения, которую никто не отменял, в том числе, и для Космоса. Ее закон гласит, что тела с меньшей массой притягиваются к телам с большей массой. Именно поэтому все планеты, спутники и другие космические объекты и притягиваются к Солнцу, самому крупному из них.

Сила тяготения, к слову, аналогичным образом работает и на Земле. Вспомните, например, что происходит с теннисным мячиком, брошенным в воздух. Он падает, притягиваясь к поверхности нашей планеты.

Понимая принцип стремления планет к Солнцу, возникает очевидный вопрос: почему они не падают на поверхность звезды, а движутся вокруг нее по собственной траектории.

И этому также имеется вполне доступное объяснение. Все дело в том, что Земля и другие планеты пребывают в постоянном движении. И, чтобы не вдаваться в формулы и научные разглагольствования, приведем еще один простой пример. Вновь возьмем теннисный мяч и представим, что вы смогли бросить его вперед с такой силой, которая недоступна никому из людей. Этот мяч будет лететь вперед, продолжая падать вниз, притягиваясь к Земле. Однако Земля, как вы помните, имеет форму шара. Таким образом, мяч сможет летать вокруг нашей планеты по определенной траектории бесконечно, притягиваясь к поверхности, но двигаясь так быстро, что траектория его движения будет постоянно огибать окружность земного шара.

Аналогичная ситуация происходит и в Космосе, где всё и все вращаются вокруг Солнца. Что же касается орбиты каждого из объектов, то траектория их движения зависит от скорости и массы. А эти показатели у всех объектов, как вы понимаете, разные.

Вот почему Земля и другие планеты движутся вокруг Солнца, и никак иначе.