Warto przeczytać

Każdy układ planetarny w swoim środku posiada gwiazdę, wokół której krążą planety. Czasami wokół tych planet krążą ich naturalne satelity, czyli księżyce. Niekiedy wokół gwiazdy centralnej krążą również planety karłowate i drobne ciała niebieskie, takie jak planetoidy i meteoroidy - tak też jest w naszym układzie planetarnym. Wszystkie ciała niebieskie w danym układzie planetarnym są powiązane ze sobą grawitacyjnie.

Nasz Układ Planetarny nazywa się Słonecznym, ponieważ nasza gwiazda centralnagwiazda centralna (macierzysta)gwiazda centralna została nazwana Słońcem. Jest to żółty karzeł – gwiazda w średnim wieku, ma około 4,57 miliarda lat. Gwiazda centralna Układu Słonecznego stanowi prawie 99,86% całkowitej masy układu (Słońce jest około 333000 razy masywniejsze niż Ziemia). Jej oddziaływanie sprawia, że cały układ krąży wokół wspólnego środka masy, który znajduje się w obrębie Słońca, lecz nie pokrywa się z jego środkiem (czyli Słońce również krąży wokół środka masy Układu Słonecznego).

Krążące wokół tej gwiazdy obiekty dzielimy na trzy główne grupy:

• planetyplanetaplanety i planety karłowateplaneta karłowataplanety karłowate,

• drobne ciała niebieskie,

• pyły międzyplanetarne.

Od 2006 roku, zgodnie z definicją planety zatwierdzoną przez Międzynarodową Unię AstronomicznąMiędzynarodowa Unia Astronomiczna (skrót IAU)Międzynarodową Unię Astronomiczną (skrót IAU pochodzi od angielskiej nazwy International Astronomical Union), mamy osiem planet:

Merkury – najmniejsza planeta układu,

Wenus – najjaśniejsza (na ziemskim niebie) planeta,

Ziemia – największa planeta skalista naszego układu,

Mars – czerwona planeta,

Jowisz – największa planeta układu,

Saturn – planeta z pierścieniami,

Uran – najmniej masywna z planet gazowych,

Neptun – najzimniejsza, na samych krańcach układu.

Definicja planetyplanetaplanety jest następująca:

Planeta to ciało niebieskie, które:

a) musi okrążać Słońce lub inną gwiazdę,

b) ma wystarczającą masę, aby dzięki swojej grawitacji pokonywać wewnętrzne oddziaływania międzycząsteczkowe i zachowywać dzięki temu kształt prawie kulisty, na podobieństwo ogromnej kropli cieczy (tzw. zachowanie równowagi hydrostatycznej),

c) na jej orbicie nie znajdują się inne ciała niebieskie, ponieważ na skutek oddziaływania grawitacyjnego zostały one przez planetę przyciągnięte (astronomowie w skrócie mówią, że „planeta wyczyściła swoją orbitę”).

Planety dzielą się na dwie grupy: skaliste i gazowe. Planety skaliste leżą bliżej Słońca, są znacznie mniejsze od planet gazowych, lecz mają większą gęstość. Oddzielone są od planet gazowych pasem planetoidplanetoida = asteroidaplanetoid.

Planety skaliste to: Merkury, Wenus, Ziemia, Mars.

Planety gazowe to: Jowisz, Saturn, Uran, Neptun.

Pas planetoid jest szerokości prawie jednej jednostki astronomicznejjednostka astronomiczna = 1 AUjednostki astronomicznej, czyli zajmuje przestrzeń równą odległości Ziemi od Słońca. Planetoidy (asteroidy), jako małe ciała niebieskie, otaczają Słońce oraz planety wewnętrzne (skaliste). Te drobne ciała niebieskie składają się ze skał i metalicznych minerałów, o rozmiarach od kilku metrów do kilku tysięcy kilometrów. Kształty planetoid są bardzo nieregularne, nie przypominają kul. Ich powierzchnie pokryte są licznymi kraterami, które powstają wskutek zderzeń z innymi obiektami tego typu. Sumaryczna masa całego pasa planetoid wynosi zaledwie około 4% masy Księżyca. Obecnie znanych jest prawie 800 tysięcy tych obiektów, ale szacuje się, że są ich miliony. Najbardziej znane i najbardziej masywne obiekty pasa planetoid to: Ceres, Westa, Pallas i Hygiea, których sumaryczna masa stanowi połowę szacowanej masy całego pasa. Największa z nich, czyli Ceres, zaliczana jest do planet karłowatych, czyli spełnia jedynie dwa z trzech punktów definiujących planetę zgodnie IAU. Obiekty pasa planetoid czasami zderzają się ze sobą i dzielą na mniejsze, czasami również spadają na Ziemię (pod wpływem ziemskiej grawitacji) i inne planety w postaci „spadających gwiazd”, czyli meteorów.

Część planet możemy podziwiać nieuzbrojonym okiem. Są to: Merkury, Wenus, Mars, Jowisz, Saturn. Natomiast ostatnie dwie planety możemy zobaczyć przy pomocy najprostszych urządzeń obserwacyjnych, np. lornetki lub małego teleskopu. Zdarza się, że Uran jest widoczny gołym okiem, ale tylko przy idealnie bezchmurnym niebie i w momentach, gdy jest blisko Słońca (blisko peryhelium) oraz najbliżej Ziemi.

Przyjmuje się przybliżenie, że wszystkie ciała niebieskie wewnętrznej części Układu Słonecznego leżą w płaszczyźnie ekliptykiekliptykaekliptyki.

Za linią ostatniej planety (ponad 30 AU), czyli Neptuna, znajduje się pas Kuipera. Podobnie jak pas planetoid rozciąga się wokół Słońca zamykając strefę planet skalistych, tak pas Kuipera zamyka strefę planet gazowych, lecz jest znacznie od pasa planetoid większy. Obiekty pasa Kuipera mają bardzo ekscentryczne orbity, w kształcie wyraźnie spłaszczonych elips. W jednym z ognisk takiej elipsy leży Słońce (Rys. 3.). Punkt orbity najbliższy Słońcu nazywa się peryhelium, a najdalszy aphelium.

Obiekty pasa Kuipera są złożone w dużym stopniu z lodu wodnego oraz zamrożonego metanu i amoniaku. Pod względem kształtów i rozmiarów są bardzo podobne do ciał niebieskich w pasie planetoid. Najbardziej znanymi obiektami pasa Kuipera są planety karłowate: Pluton – największa znana planeta karłowata, Makemake, Haumea i Eris.

Tab. 1. Rozmiary planet i planet karłowatych oraz wymiary ich orbit

Pas Kuipera, wraz z rosnącą odległością od Słońca, staje się coraz rzadszy i bardziej rozproszony. Coraz więcej obiektów ma orbity odległe od płaszczyzny ekliptyki. Stopniowo przechodzi w dysk rozproszony sięgający 100 AU - 150 AU od Słońca. Umowna granica pomiędzy tymi rejonami to około 55 AU. Ciała krążące w tym obszarze, w przeciwieństwie do planet, mają ekscentryczne orbity, to znaczy że ich kształtu nie możemy już przybliżać okręgiem. Kąt nachylenia do płaszczyzny ekliptykiekliptykaekliptyki (inklinacja) może być bardzo duży.

Ostatnim elementem Układu Słonecznego jest Obłok Oorta – hipotetyczny obłok pyłów, lodu i komet, zamykający cały Układ Słoneczny w sferze. Składa się głównie z drobin lodu i zestalonych gazów, takich jak amoniak czy metan. Zewnętrzne granice obłoku Oorta są granicą Układu Słonecznego. Na granicy Układu Słonecznego pole grawitacyjne Słońca jest tak słabe, że nie jest w stanie oddziaływać na drobne ciała niebieskie. Przyjmuje się, że może się ono kończyć w odległości nawet 100 tysięcy jednostek astronomicznychjednostka astronomiczna = 1 AUjednostek astronomicznych od Słońca. Najbliższa Słońcu gwiazda, czyli Proxima Centauri, znajduje się w odległości 276363,17 AU (4,37 lat świetnychrok świetlny = 1 lylat świetnych), czyli nasz układ planetarny kończy się w 1/3 odległości do najbliższej gwiazdy.

R1AS1aQV9PKau

Rys. 1a. Ilustracja przedstawia wynik symulacji przedstawiającej strukturę Obłoku Oorta. Na ciemno niebieskim tle widoczny jest kulisty kształt złożony z wielu białych punktów. Jest on podpisany jako Obłok Oorta. Z kulistego kształtu wycięto część uwidaczniając przekrój. W wewnętrznej części widoczny jest kształt w postaci zagęszczonych punktów. Kształt ten przypomina poziomy dysk. Centralna część dysku została powiększona u góry ilustracji i podpisana jako Pas Kuipera. Widoczna jest, jako dysk złożony z jasnych punktów. W środku dysku widoczny jest jasny punkt stanowiący centrum obłoku. Wokół punktu widoczne są cztery orbity narysowane w postaci niebieskich, współśrodkowych elips narysowanej w płaszczyźnie poziomej. Piata orbita jest pochylona w lewo i w dół i narysowano ją żółtą linią. Szósta orbita jest pochylona w prawo i w dół i narysowano ją pomarańczową linią. Szóstą orbitę podpisano jako przykładową orbitę obiektu należącego do Pasa Kuipera.

R9kaaINzp0Enf

Rys. 1b. Ilustracja przedstawia rysunek przekroju struktury Obłoku Oorta. Z czarnej kuli wycięto fragment, przypominający cząstkę pomarańczy i prezentujący przekrój struktury. W centrum kuli znajduje się Słońce widoczne w postaci bardzo małego jasnego punktu. Wokół Słońca widoczne są orbity narysowane w postaci poziomych elips. Ostatnia orbita jest odchylona od płaszczyzny poziomej. Obszar w którym znajduje się ostatnia orbita opisano, jako Pas Kuipera. Os Słońca do krawędzi czarnej kuli, wzdłuż przekroju narysowano biały odcinek, na którym zaznaczono jednostki w jednakowych odległościach, począwszy od zera i następnie jeden, dziesięć, dziesięć do potęgi drugiej, dziesięć do potęgi trzeciej, dziesięć do potęgi czwartej, dziesięć do potęgi piątej i dziesięć do potęgi szóstej. Cyfry na skali odnoszą się do jednostek astronomicznych będących miarą odległości. W odległości od słońca równej dziesięć do potęgi piątej jednostek astronomicznych zaczyna się jasno niebieski płaszcz kuli nazwany wewnętrznym Obłokiem Oorta. Płaszcz ciemniej wraz z odległością od Słońca a staje się całkowicie czarny na obwodzie kuli, który podpisany jest jako Obłok Oorta.

Nie ma konkretnych, obserwacyjnych dowodów istnienia obłoku, ale wiele obiektów, np. kometa Hale’a‑Boppa, dowodzi istnienia takiej struktury na granicach Układu Słonecznego. Na podstawie wieloletnich obserwacji różnymi teleskopami oraz sondami kosmicznymi NASA stworzyło model Obłoku Oorta, przedstawiony na Rys. 1a. Misje kosmiczne Voyager 1 i 2, wystrzelone w 1977 roku, cały czas dostarczają nowych danych. W 2012 roku minęły heliopauzę, czyli granicę wokół gwiazdy, gdzie ciśnienie wiatrów słonecznych staje się mniejsze niż ciśnienie materii międzygwiazdowej (123 AU, patrz Rys. 2a.). W Pasie Kuipera znajduje się sonda New Horizons (wystrzelona w przestrzeń kosmiczną w 2006 roku), która dokonała pomiarów Plutona i jego księżyców, a następnie będzie badać ciała niebieskie znajdujące się w otoczeniu tej planety karłowatej.

Wszystkie ciała niebieskie krążące w Układzie Słonecznym są jego integralnymi elementami, a materiał, z którego są zbudowane, jest materiałem z pierwotnej mgławicy. Powstało z niej także Słońce. Zgodnie z hipotezą powstania Układu Słonecznego, na jego końcu powinny znajdować się pył, lód i drobne ciała niebieskie. Obiekty te powinny być pozostałością pierwotnej mgławicypierwotna mgławicapierwotnej mgławicy, z której powstał Układ Słoneczny. Obłok Oorta powinien składać się właśnie z takich obiektów. Obserwacje tej struktury oraz badania jej składu mogą być potwierdzeniem hipotez o powstawaniu i budowie układów planetarnych. Żadne z ciał niebieskich, poza gwiazdami, nie świeci własnym światłem, więc misje kosmiczne są nieodzownym elementem badania tych obiektów.

Układ Słoneczny kształtował się przez miliardy lat i nadal jest dynamiczny. Przelatująca blisko Jowisza kometa, pod wpływem siły grawitacji, może spaść w jego atmosferę. Planetoidy, często przelatujące blisko Ziemi lub Księżyca, również pod wpływem oddziaływań grawitacyjnych zmieniają swoją trajektorię lub nawet spadają na Ziemię w postaci meteorów. Jeżeli meteor nie spali się całkowicie w ziemskiej atmosferze, to upadając na ziemię zostawia po sobie kosmiczny kamień, czyli meteoryt. Badanie meteorytów pozwala szacować ich wiek, jak również pochodzenie. Asteroidy, meteoroidy są ciałami powstałymi na początku Układu Słonecznego, więc ich wiek jest również wiekiem układu. Kolejne misje kosmiczne dostarczają coraz nowsze i bardziej precyzyjne zdjęcia dalszych planet i planet karłowatych i pozwalają również badać ich budowę.

Układ Słoneczny, tak nam bliski, to nadal nie do końca zbadany obszar Wszechświata.

R1UiMuGl3759U

Rys. 2a. Ilustracja przedstawia rysunek układu słonecznego i Obłoku Oorta w przekroju. Po lewej stronie na szarym tle widoczne jest Słońce w postaci żółtego punktu. Od Słońca w prawą stronę biegnie pozioma oś odległości. Najbliżej Słońca widoczne są planety Merkury, Wenus, Ziemia i Mars. Na osi odległości pod pozycją Ziemi zaznaczono cyfrę jeden, jako jednostkę astronomiczną obrazującą odległość naszej planety od Słońca. Następnie na osi odległości podpisany został pas asteroidów i kolejne cztery planety Układu Słonecznego: Jowisz, Saturn, Uran i Neptun. Saturn znajduje się dziesięć razy dalej od Słońca niż Ziemia. Wszystkie planety Układu Słonecznego znajdują się w szarym obszarze nazwanym Heliosferą. W odległości równej stu odległościom Ziemi od Słońca znajduje się Pas Kuipera zaczynający się od punktu opisanego jako Szok Końcowy a kończący się w punkcie gdzie zaczyna się heliopauza. Obszar Pasa Kuipera zaznaczono jaśniejszym szarym kolorem, przechodzącym w kolor brązowy. Dalej widoczny jest czarny obszar opisany jako Przestrzeń międzygwiezdna. W odległości od tysiąca do stu tysięcy odległości Ziemi od słońca widoczny jest obłok Oorta narysowany w postaci obłoku złożonego z jasnych punktów. Za obłokiem Oorta zaznaczono dwa punkty. Pierwszy z nich to odległośc go gwiazdy mała grecka litera alta myślnik Centauri. Następnie w odległości miliniona jednostek astronomicznych zaznaczono odległość do wielkimi literami AC myślnik siedemdziesiąt dziewięć tyrz tysiące osiemset osiemdziesiąt osiem.

RZVcyusSjJ0LW

Rys. 2b. Ilustracja podzielona jest na cztery części. Lewa i górna część przedstawia rysunek Układu Słonecznego, w centrum widoczne jest Słońce w postaci jasnego punktu. Wokół Słońca widoczne są orbity planet wewnętrznych Merkurego, Wenus, Ziemi i Marsa, w postaci współśrodkowych okręgów. Za orbitą Marsa widoczny jest żółty, gruby pierścień symbolizujący pas asteroid. Za pierścieniem asteroid widoczna jest orbita Jowisza. Prawa i górna część przedstawia rysunek Układu Słonecznego, w centrum widoczne jest Słońce w postaci jasnego punktu. Wokół Słońca widoczne są orbity planet zewnętrznych Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna oraz Plutona w postaci współśrodkowych okręgów. Orbita Plutona nie jest współśrodkowa z pozostałymi. Obszar za orbitą Plutona opisano, jako Pas Kuipera. Lewa i dolna część ilustracji przedstawia na czarnym tle, w centralnej części pochyloną elipsę narysowaną czerwoną linią i opisaną jako wewnętrzny obszar Obłoku Oorta. Na krawędziach ilustrzacji widoczny jest duży, gruby, niebieski pierścień. Prawa i dolna część ilustracji stanowi powiększenie wewnętrznego obszaru Obłoku Oorta. Wewnątrz pochylonego w prawo eliptycznego kształtu, narysowanego czerwoną linią, w górnej części widoczny mały Układ słoneczny wraz z orbitami planet. Czerwona elipsa podpisana jest jako orbita Sendy.

R1I3edbiAwVBF

Rys. 3. Ilustracja przedstawia rysunek poziomej elipsy narysowanej niebieską linią i symbolizującą eliptyczną orbitę wokół pewnej gwiazdy. Długą półoś elipsy oznaczono małą literą a, natomiast krótką półoś elipsy oznaczono małą literą b. Lewe ognisko elipsy oznaczono wielką literą F z indeksem dolnym jeden i opisano jego współrzędne w nawiasie zero przecinek i minus dwa mała litera c. Prawe ognisko elipsy opisano jako wielka litera F z indeksem dolnym dwa i opisano jego współrzędne w nawiasie zero przecinek zero. Przez prawe ognisko elipsy przechodzą osie układu współrzędnych narysowane przerywanymi, czarnymi liniami. Oś mała litera x jest pozioma i pokrywa się z długą półosią elipsy. Oś mała litera y jest pionowa i równoległa do krótkiej półosi elipsy. Punkt przecięcia się os mała litera x z elipsą po lewej stronie opisano jako aphelium a po prawej jako peryhelium. Na orbicie w prawej górnej części widoczny jest czerwony punkt wielka litera P, który symbolizuje planetę poruszającą się po orbicie. Promień wodzący planety względem prawego ogniska elipsy opisano małą literą r. Kąt pomiędzy promieniem wodzącym a dodatnią częścią osi mała litera x opisana małą grecką literą teta.

Słowniczek