Strona 1 z 7

4. Układ Słoneczny

4.1. Jak powstał Księżyc ?

Obecnie przyjmuje się, że zderzenie z Ziemią planety wielkości Marsa jakieś 4.5 mld. lat temu

spowodowało powstanie Księżyca. Powstał on z roztopionej materii będącej częścią płaszcza

ziemskiego i tej kolidującej planety - stąd na Księżycu brak wody i innych lotnych substancji,

po prostu się wtedy "wygotowały". Przy okazji obroty Ziemi wokół własnej osi uległy

znacznemu przyśpieszeniu.

Ziemia przez to zwiekszyła swą gęstość (proporcje żelaznego jądra się zwiekszyły) i wyróżnia

się tym spośród innych planet Układu Słonecznego, że gęstość ta jest największa.

Więcej na ten temat można znaleźć w:

H.Y. McSween, Jr., Od gwiezdnego pyłu do gwiazd, Prószyński i S-ka, 1996 (napisana

była w 1993, pierwsze wydanie amerykańskie 1995). Zawiera prawie dwie strony na

temat tej hipotezy, na str 118 i 228; pisze np.: "według popularnej obecnie - i

prawdopodobnie poprawnej teorii...".

Cały rozdział jest w książce: D. Desonie, Kosmiczne katastrofy, Prószyński i S-ka, 1997,

z ładnymi ilustracjami, jak to mogło wyglądać...

Datę określa się na 4.5 mld lat temu.

Artykul "A Brief History of the Moon" w The Planetary Report (vol. XVII, No. 5, Sep/Oct

1997) napisany jest przez jednego z głównych twórców i proponentów tej hipotezy,

Williama K. Hartmana. Podaje on, że naukowe jej opracowanie zaprezentowane było po

raz pierwszy w 1974 r. na jakiejś konferencji naukowej przez niego i Donalda R. Davisa,

a wyszło drukiem w następnym roku. Jako źródło pomysłu podaje prace Rosjanina,

Wiktora Safronowa, z lat sześćdziesiątych (prace na temat ogólnych procesów

formowania się planet). W roku 1975 ukazała się też praca A.G.W. Camerona i W.

Warda, w której podano pierwszą ocenę wielkości impaktora (porównywalny z Marsem).

Hipoteza nie cieszyła się większym powodzeniem, aż do konferencji na temat

pochodzenia Księżyca w 1984 r., gdzie okazało się, że jest hipotezą dominującą.

4.2. Dlaczego Księżyc stale jest zwrócony jedną stroną ku

Ziemi ?

Jest to normalne zjawisko poszukiwania przez każdy układ fizyczny stanu

minimalnoenergetycznego.

Tak się własnie składa, że układ dwóch orbitujących ciał ma najniższą sumaryczna energię, gdy

ciało mniejsze jest w synchronizmie orbitalnym z większym, czyli jego obrót wokół własnej osi

trwa tyle co okres obiegu wokół większego ciała (najmniejsze są wówczas siły pływowe na obu

ciałach). Stan taki wytwarza się po dostatecznie długim czasie, a nasz Księżyc miał na to ponad

3 mld lat.

Strona 2 z 7

W Układzie Słonecznym nie jest to zjawisko odosobnione i większość starych księżyców jest w

synchronizmie orbitalnym ze swoimi planetami, np.:

oba księżyce Marsa,

Amalthea plus cztery galileuszowe księżyce Jowisza,

wszystkie wewnętrzne księżyce Saturna (aż do Iapetusa, za wyjątkiem Hiperiona).

4.3. Czy Pluton jest planetą ?

W epoce poprzedzającej badania kosmiczne Układu Planetarnego (UP), niewiele wiedziano o

własnościach fizycznych planet i księżyców. Obecnie teorie powstania i ewolucji UP skłaniają do

zastanowienia się nad definicją planety. Czym bowiem (jeśli chodzi o własności fizyczne, a nie

orbitę), różni się Merkury od największego ksieżyca UP, Ganimedesa? Poza księżycami,

podobnymi cechami wykazują się też największe planetoidy. W wielu książkach (patrz np.

Artymowicz P. Astrofizyka Układów Planetarnych) stosuje się więc astrofizyczną definicję

planety, pozwalającą rozpatrywać łącznie Merkurego, Księżyc, Europę i Ceres. Wg. niej obiekty

te łączy wewnętrzne zróżnicowanie na jądro, płaszcz i skorupę, czego nie obserwuje się u

mniejszych planetoid i jąder kometarnych.

Z drugiej strony, przyjmując terminologię stosowaną przez MUA (Miedzynarodową Unię

Astronomiczną) w nazewnictwie ciał UP widać wyraźnie, że Pluton odstaje od charakterystyk

pozostałych planet. Chodzi tu tym razem o elementy orbity, rozmiary i budowę wewnętrzną.

Tylko gwałtowny sprzeciw Amerykanów zniechęcił MUA od stopniowego zdegradowania Plutona

do rangi obiektu Pasa Kuipera (Kuiper Belt Object, KBO) - najpierw podwójny status planety i

KBO, potem już tylko KBO.

Anglik David Jewitt, odkrywca pierwszego obiektu z dysku Kuipera, uważa Plutona za

reprezentanta całej grupy podobnych ciał, którą nazwał Plutonkami (ang. Plutinos). Od czasu,

gdy wokół Neptuna zaroiło się od małych ciał o średnicach kilkudziesięciu do kilkuset

kilometrów, Pluton utracił należne mu miejsce wśród planet. Ale to tylko kwestia klasyfikacji - i

tak od dawna nie pasował ewolucyjnie do innych planet-olbrzymow.

Obecnie wydaje się więc, że na peryferiach UP znajduje się rozległy Pas Kuipera, który - być

może - przechodzi płynnie w wewnętrzną część Obłoku Oorta.

Oficjalnie rzecz biorąc:

Od konferencji Miedzynarodowej Unii Astronomicznej w Pradze 23 sierpnia 2006 roku, na

której uchwalono definicję planety i innych ciał US, Pluton przestał być klasyczną planetą.

Został zaklasyfikowany jak planeta karłowata z zaleceniem dalszego precyzowania tego

pojęcia.

4.4. Skąd biorą się komety ?

Komety dzielimy na krótkookresowe, długookresowe (okres powyżej 200 lat) i

jednopojawieniowe. Komety krótkookresowe pochodzą z Pasa Kuipera (dysk rozciągający się

poza orbitą Neptuna, do którego zalicza się też często Plutona, od 30 do 100 AU) i poruszają

Strona 3 z 7

się po orbitach eliptycznych. Komety jednopojawieniowe pochodzą z Obłoku Oorta (chmura

drobnych obiektów, mająca średnicę 200.000 AU) i poruszają się po hiperbolicznych orbitach.

Długookresowe komety o silnie spłaszczonych, eliptycznych orbitach, mogą pochodzić z

"pogranicza" obu tych tworów lub z samego Obłoku Oorta.

Pojęcie komety długookresowej i jednopojawieniowej często są ze sobą utożsamiane.

Oddziaływanie grawitacyjne innych gwiazd lub obłoków materii międzygwiezdnej oraz

oddziaływanie planet i wzajemne zderzenia obiektów powodują, że część ciał Pasa Kuipera lub

Obłoku Oorta zostaje skierowana wgłąb Układu Słonecznego, dając tym samym początek nowej

komecie.

Dodać należy, że istnienie Obłoku Oorta jest jeszcze niepotwierdzoną ostatecznie hipotezą

zbudowaną na podstawie analizy orbit wielu komet.

4.5. Co to są "planety typu ziemskiego" ?

Analizując wygląd Układu Słonecznego, planety można podzielić na dwie zasadnicze grupy:

planety typu ziemskiego i gazowe olbrzymy podobne do Jowisza. Kryteria podziału

stanowią parametry orbity i cechy fizyczne planet.

Planety z grupy Ziemi, do których zalicza się Merkurego, Wenus, Ziemię i Marsa, okrążają

Słońce po niedużych, wewnętrznych orbitach (do 2 AU). Są skalistymi ciałami niebieskimi,

zbudowanymi przede wszystkim z krzemianów i metali. Ich gęstości wahają się w granicach

3.933 – 5.520 kg/m3 a promienie – 2.240 – 6.378 km. Spośród tych planet swe księżyce

posiadają tylko Ziemia (Księżyc) i Mars (Phobos i Deimos).

Planety należące do grupy Jowisza, czyli Jowisz, Saturn, Uran i Neptun, krążą dalej od Słońca,

po orbitach o średnim oddaleniu 5 – 30 AU. Składają się głównie z wodoru i helu, mają

znacznie większe rozmiary: promienie od 24.767 do 71.492 km, stąd nazywane są gazowymi

olbrzymami. Gęstości tych planet kształtują się w przedziale 687 – 1.638 kg/m3. Każda z

gazowych planet posiada swój zestaw księżyców, "przygarniętych" dzięki sporej grawitacji

olbrzyma. Księżyce wraz z planetą macierzystą tworzą coś na kształt układu planetarnego w

miniaturze.

Pluton – dziewiąta planeta US nie mieści się w żadnej z dwóch grup planet i m.in. dlatego przez

niektórych traktowany jest raczej jako KBO (obiekt Pasa Kuipera) niż jako planeta.

Dodatkowym przejawem takiego podziału planet jest fakt, że planety krążące wokół innych

gwiazd porównuje się właśnie do Ziemi lub do Jowisza.

Wydaje się, że sprzyjające warunki do powstania życia (przynajmniej w formie zbliżonej do

życia na Ziemi) występują przede wszystkim na planetach typu ziemskiego, choć nie można

definitywnie wykluczyć np. jakichś jego egzotycznych przejawów w atmosferach planet

gazowych lub ich księżyców. Na razie jednak życia poza "błękitną planetą" nie stwierdzono.

4.6. Jak będzie wyglądał Układ Słoneczny za parę miliardów

lat ?

Za parę miliardów lat US będzie wyglądał nieco inaczej, niż w tej chwili. Spowoduje to Słońce,

Strona 4 z 7

które przechodząc przez kolejne etapy swej ewolucji, wprowadzi spore zamieszanie w swoim

otoczeniu.

Słońce jest przeciętną gwiazdą typu widmowego G2 V, należącą do ciągu głównego. Świeci

dzięki reakcjom przemiany wodoru w hel w swoim jądrze. Kiedyś jednak zapas wodorowego

paliwa wyczerpie się, w efekcie jądro stopniowo zacznie się zapadać. Głównym źródłem energii

będzie wodór w otoczce jądra. Zewnętrzne warstwy Słońca, rozgrzewając się do ok. 30 tys K,

zaczną się rozszerzać aż gwiazda pochłonie Merkurego i Wenus. Ziemskie oceany całkowicie w

tym czasie wyparują a cała planeta zmieni się w suchą i gorącą pustynię, tracąc z czasem

swoją atmosferę. Wymrze całe życie i wkrótce Ziemia, a możliwe że również Mars, podzielą los

wewnętrznych planet tonąc w stale rozszerzającej się zewnętrznej atmosferze Słońca, które

przeobrazi się w czerwonego olbrzyma. Faza ta będzie stosunkowo krótka w gwiazdowej

skali czasu – zajmie ok. miliona lat. Wreszcie tak rozdęta otoczka zostanie odrzucona tworząc

mgławicę planetarną. Tymczasem w jądrze w skutek zwiększenia ciśnienia i temperatury do ok.

100 mln K dojdzie do zapłonu helu. To paliwo nie starczy jednak na długo i wraz z jego

zużyciem Słońce będzie gasnąć. Jeszcze przez długi czas, jako biały karzeł, będzie świecić

stygnąc i wypromieniowując nagromadzoną energię, jednak nie będzie już źródłem przemian

jądrowych. W końcu, powoli blednąc, skończy swe życie jako gęsty brunatny karzeł.

Po Układzie Słonecznym w obecnej postaci pozostanie więc tylko skarłowaciała, wygasła

gwiazda z krążącymi wokół niej planetami zewnętrznymi.

Gwiazda wielkości Słońca żyje ok. 10 mld lat, można więc powiedzieć, że zgaśnie za mniej

więcej 5 mld lat.

4.7. Jak się mają masy planet do masy Słońca ?

Porównanie mas Słońca i planet naszego układu w różnych jednostkach przedstawia poniższa

tabela (na podstawie książki "Tablice astronomiczne z przewodnikiem po gwiazdozbiorach"

Jana Desselbergera i Jacka Szczepanika, Wydawnictwo PARK Bielsko-Biała, 2002):

masa ciała

ciało

[1024 kg]

[M ]

[M ]

Z

S

Słońce

1989000,000 332965,046 1,0000000000

Merkury

0,330

0,055 0,0000001660

Wenus

4,869

0,815 0,0000024480

Ziemia

5,974

1,000 0,0000030033

Mars

0,642

0,107 0,0000003227

Jowisz

1898,600

317,832 0,0009545500

Saturn

568,460

95,162 0,0002858019

Uran

86,830

14,536 0,0000436551

Neptun

102,450

17,150 0,0000515083

Pluton

0,013

0,002 0,0000000065

Wszystkie planety

2668,168

446,660 0,0013414619

M - masa Ziemi, M - masa Słońca

Z

S

Jak widać, prawie cała masa Układu Słonecznego (99,87%) skupiona jest w Słońcu. Najcięższa

planeta - Jowisz - ma masę ponadtysiąckrotnie mniejszą niż Słońce.

Strona 5 z 7

4.8. Co ma wspólnego ruch Merkurego z relatywistyką ?

Po uznaniu poprawności praw Keplera i doświadczalnym ich zweryfikowaniu, wyznaczanie

efemeryd dla Merkurego nadal powodowało rozbieżności z obserwacjami. Dopiero na gruncie

OTW (Ogólnej Teorii Względności) dało się je wytłumaczyć.

Merkury krąży najbliżej Słońca spośród wszystkich planet US i najbardziej odczuwalny jest dla

niego fakt, że czasoprzestrzeń wokół tak masywnego obiektu, jakim jest nasza gwiazda

centralna, nie jest płaska. Powoduje to, że prawa fizyki (przyciąganie grawitacyjne,

przyśpieszenie) wyprowadzane na gruncie teorii Newtona, nie przystają to danych

empirycznych bez poprawek relatywistycznych, co powoduje rozbieżności w szacowaniu

peryhelium takiego ciała niebieskiego jak Merkury.

4.9. Po czym poznaje się, że niektóre meteoryty pochodzą z

Marsa ?

Niektóre meteoryty znajdowane na Ziemi podejrzewa się o marsjański rodowód. Posiadają one

kilka cech, które pozwalają stwierdzić, że rzeczywiście pochodzą z Marsa:

Proporcje izotopów gazów zawartych w pęcherzykach wewnątrz meteorytów

odpowiadają składowi atmosfery Marsa. Znamy go dzięki sondom Viking.

Skład izotopów tlenu, który jest komponentem marsjanskich skał, zgadza się ze

składem, który obserwuje się w meteorytach.

Wiek – meteoryty pochodzące z Marsa są młode w porównaniu z innymi meteorytami.

Są one skałami magmowymi, które zastygły nie później niż 1,3 mld lat temu. Gdyby

pochodziły spoza Układu Słonecznego bądź z planetoid (które ostygły znacznie dawniej),

byłyby starsze. Skały magmowe musiały powstać na skalistej, stosunkowo dużej planecie

(wielkości Marsa, Wenus czy Ziemi). Jest praktycznie niemożliwe, by były to skały z

Wenus ze względu na bardzo gęstą atmosferę tej planety, uniemożliwiającą wydostanie

się z niej jakichkolwiek odłamków. Pozostaje więc Mars, jako jedyny "podejrzany".

Wiek skał magmowych określa się w oparciu o czas zastygnięcia magmy, z której

powstały.

Zorientowanie kryształów zgadza się z teoretycznymi przewidywaniami dotyczącymi

osiadania ich w magmie na planecie wielkości Marsa.

Słabe namagnesowanie minerałów potwierdza marsjańskie pochodzenie – Mars ma

słabe pole magnetyczne.

Ślady wietrzenia stwierdzone na tych meteorytach kolejny raz wykluczają możliwość

planetoidalnego pochodzenia (planetoidy nie posiadają atmosfery, co wyklucza

wietrzenie).

Strona 6 z 7

4.10. W jakim kierunku i z jaką prędkością porusza się Układ

Słoneczny ?

Układ Słoneczny (jako całość) ma predkość względem (mierzone z efektu Dopplera)

reliktowego promieniowania tła ok. 400 km/s (spotykane w literaturze: 377 +/- 14). Jest to

wypadkowa ruchu Słońca wokół środka Galaktyki i ruchu Galaktyki względem promieniowania

reliktowego. Ten wypadkowy ruch odbywa się w kierunku o współrzędnych równikowych na

sferze niebieskiej:

rektasc. 15h 49m , dekl. +24 stopnie.

Można sobie odszukać to miejsce na mapce nieba.

Na ten ruch środka masy Układu Słonecznego nakłada się periodyczny ruch Ziemi wokół

Słońca. Nie należy tu jednak dodawać wprost średniej prędkości orbitalnej Ziemi (ok. 29 km/s),

gdyż wyżej wymieniony kierunek nie leży w płaszczyźnie ekliptyki. Trzeba więc dodawać

wektorowo chwilową prędkość Ziemi na orbicie i wektor prędkości Układu Słonecznego.

4.12. Co to jest efekt Jarkowskiego ?

Efekt Jarkowskiego występuje, gdy światło słoneczne ogrzewa wirującą planetoidę lub inne

niewielkie ciało kosmiczne. Planetoida, obracając się wokół swej osi, doświadcza - zupełnie jak

Ziemia - zjawiska pór dnia. Część ciała jest oświetlona przez Słońce, podczas gdy reszta

znajduje się w cieniu. Pochłonięta "za dnia" energia cieplna jest następnie wypromieniowywana

w kosmos, przy czym silniej niż strona "poranna" promieniuje część "wieczorna", jest ona bowiem, jako dłużej wystawiona na słoneczne światło, bardziej nagrzana. Ulatujące w ten

sposób fotony promieniowania podczerwonego wytwarzają słabiutki "ciąg" poprzez oddanie

pędu, który objawia się jako siła działająca "z boku" (w przybliżeniu stycznie do orbity). Innymi słowy: powierzchnia ogrzana w promieniach słonecznych, mając pewną inercję cieplną, stygnie

z opóźnieniem, zatem fotony są nadal z niej emitowane, gdy przesunie się ona względem linii

Słońce - planetoida o pewien kąt wynikający z rotacji ciała.

Powoduje to w dość długim czasie zauważalną przyrządowo zmianę orbity. Ciała obracające się

w tym samym kierunku, w którym obiegają Słońce, w wyniku tego efektu przechodzą na

wyższe orbity, a w przeciwnym przypadku, po spirali zbliżają się do Słońca.

Efekt Jarkowskiego po raz pierwszy zmierzono pod koniec 2003 roku na planetoidzie 6489

Golevka, a zjawisko to jako pierwszy opisał na przełomie wieku XIX i XX rosyjski inżynier

polskiego pochodzenia, Jan Jarkowski (Iwan Osipowicz Jarkowski).

4.14. W jaki sposób wyznacza się masy planet ?

Nie jest niestety łatwo wyznaczyć bezpośrednio masę planety okrążającej gwiazdę centralną,

bo nie mamy przyrządu, który by bezpośrednio tego dokonał.

Możemy jednak posłużyć się metodami pośrednimi w zależności od tego, jakimi danymi

dysponujemy. Jeśli jesteśmy w stanie pomierzyć promień danego ciała i wysłać w jego okolice

(najlepiej na powierzchnię) próbnik z akcelerometrem, to wówczas skorzystamy ze wzoru:

Strona 7 z 7

M = R2*a/G, gdzie M - masa ciała, planety; a - przyspieszenie grawitacyjne w odległości R od

jądra planety; G - stała grawitacji.

Jeśli dostępne by nam były pomiary astronomiczne orbity ciała będącego satelitą innego - dużo

masywniejszego, wówczas można skorzystać z III prawa Keplera i zapisać:

M=4*Pi2*R3/(G*T2), gdzie T - okres obiegu satelity wokół ciała centralnego; R - promień

orbity satelity, G - stała grawitacji.

W przypadku rzeczywistym, orbity ciał niebieskich są elipsami i wzory nieco się komplikują, ale

w pierwszym przybliżeniu dla orbity kołowej, generują i tak użyteczne dane.

Wniosek taki z tego, że jeśli planeta ma choćby jeden księżyc lub potrafimy wsyłać w jej

okolice sztucznego satelitę (np. sondę) oraz możemy określić parametry jego orbity, to także

skalkulujemy jej masę.

Jenakże nie zawsze możliwe jest spełnienie tych warunków (np. w czasach sprzed ery

astronautyki problem był z Wenus i Merkurym, które nie posiadają naturalnego satelity), więc

pozostaje pomiar bądź wzajemnych zaburzeń ruchu sąsiadujących planet, bądź badanie

zjawiska "chybotania się" gwiazdy centralnej i wyznaczania tak półosi orbity gwiazdy względem

środka masy gwiazda-planeta. Metoda ta skuteczna jest jedynie do wyznaczania mas planet

olbrzymów i posługują się nią astronomowie badający planety pozasłoneczne.

Gdy wszelkie metody pomiarowe zawiodą, można pokusić się o oszacowanie "na

podobieństwo". Jeśli założymy jakiś model planety, który szacuje jej gęstość (np. odnośnie

planet typu ziemskiego), wówczas można tylko pomierzyć jej średnicę i stąd wyliczyć jej masę.

W przypadku Wenus (zwanej "siostrą Ziemi") nie pomylilibyśmy się wiele.

4.15. Jaka jest współczesna definicja planety ?

Definicja ta ogranicza się póki co do Układu Słonecznego i została wypracowana w Pradze na

konferencji Miedzynarodowej Unii Astronomicznej 23 sierpnia 2006 roku. Klasyczną planetą

jest ciało kosmiczne, które:

krąży po orbicie Słońca,

ma niemal kulisty kształt uformowany przez wystarczajacą grawitację,

ma "czyste" otoczenie na swojej orbicie (nie ma tam innych ciał innych kategorii).

Klasycznymi planetami są:

1. Merkury,

2. Wenus,

3. Ziemia,

4. Mars,

5. Jowisz

6. Saturn,

7. Uran,

8. Neptun.

Aktualizacja: 2007-04-25 19:41

FAQ-System 0.4.0, HTML opublikowal: (STS)