Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Zapisz jako PDF Udostępnij materiał

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:

  • planetyplanetaplanetyplanety 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: skalistegazowe. 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.

Planeta / planeta karłowata

Średni promień orbity [AU]

Odległość peryhelium [AU]

Odległość aphelium [AU]

Masa wyrażona w masach Ziemi / kg

Promień wyrażony w promieniach Ziemi / km

Merkury

0,39

0,31

0,47

0,055

0,383

Wenus

0,72

0,72

0,73

0,815

0,949

Ziemia

1,00

0,98

1,02

1,000

1,000

Mars

1,52

1,38

1,67

0,107

0,533

Ceres

2,77

2,56

2,98

9,5 ⋅ 10²⁰ kg

476 km

Jowisz

5,20

5,03

5,37

317,8

11,209

Saturn

9,54

9,19

9,96

95,162

9,449

Uran

19,19

18,64

19,75

14,54

4,007

Neptun

30,07

29,89

30,22

17,147

3,883

Pluton

39,48

29,66

49,31

1,3 ⋅ 10²² kg

1188 km

Haumea

43,30

35,11

51,58

∼ 4 ⋅ 10²¹ kg

∼ 797 km

Makemake

45,79

38,57

52,78

∼ 2,9 ⋅ 10²¹ kg

∼ 715 km

Eris

77,78

37,91

97,65

∼ 1,66 ⋅ 10²² kg

∼ 1163 km

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. Rysunek przedstawia strukturę Obłoku Oorta. Białe kropki odzwierciedlają rozkład drobnych ciał niebieskich, znajdujących się teoretycznie w obłoku. Na powiększeniu pokazano zbliżenie kształtu części Układu Słonecznego zawierającego najcięższe ciała, czyli planety i wewnętrzny pas Kuipera. [Źródło: NASA]
R9kaaINzp0Enf
Rys 1b. Struktura Obłoku Oorta z zaznaczoną logarytmiczną skalą odległości. Jasnoszary kolor odpowiada regionom zawierającym ciała niebieskie oraz pyły. Ref: almukantar.net [źródło: Andrew Z. Colvin ]

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. Rysunek przedstawia Układ Słoneczny widziany z boku, prezentując odległości przy wykorzystaniu logarytmicznej skali w jednostkach astronomicznych. Ref: https://solarsystem.nasa.gov/resources/492/solar-system-in-perspective/?category=solar-system_oort-cloud
RZVcyusSjJ0LW
Rys. 2b. Rysunki przedstawiające wewnętrzny obszar Obłoku Oorta w coraz większym powiększeniu (od lewej na dole, przeciwnie do ruchu wskazówek zegara). lŹródło:Adi, oryg. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oort_cloud_Sedna_orbit.svg?uselang=pl [CC BY-SA 4.0], via Wikimedia Commons]
R1I3edbiAwVBF
Rys. 3. Planeta krąży po elipsie, a Słońce znajduje się w jednym z ognisk elipsy

Słowniczek

jednostka astronomiczna = 1 AU
jednostka astronomiczna = 1 AU

(ang.: astronomical unit) - średnia odległość Ziemi od Słońca; używana przy określaniu odległości planet i obiektów w układach planetarnych.

rok świetlny = 1 ly
rok świetlny = 1 ly

(ang.: light year) - odległość, jaką przebywa światło w próżni w ciągu roku.

gwiazda centralna (macierzysta)
gwiazda centralna (macierzysta)

(ang.: central star) - gwiazda znajdująca się w środku układu planetarnego.

planetoida = asteroida
planetoida = asteroida

(ang.: asteroid, minor planet) - małe ciało niebieskie o rozmiarach od kilku metrów do kilku tysięcy kilometrów, posiadające stałą powierzchnię, okrążające gwiazdę (z j. greckiego: asteroeidés – gwiaździsty; planeta + eídos – postać).

planeta
planeta

(ang.: planet) - okrąża gwiazdę, a na swej orbicie nie ma innych ciał; posiada masę mniejszą niż masa wymagana do przeprowadzenia fuzji jądrowej deuteru (czyli ok. 13 mas Jowisza); spełnia wymagania minimalnej masy tzn. kryterium równowagi hydrostatycznej – jest w stanie utrzymywać kształt kulisty (z j. greckiego: planétés – wędrowiec).

planeta karłowata
planeta karłowata

(ang.: dwarf planet) - ciało niebieskie, które nie może być planetą, ponieważ na orbicie towarzyszą mu inne ciała.

pierwotna mgławica
pierwotna mgławica

(ang.: primordial nebula) - chmura pyłów, krążąca w przestrzeni kosmicznej, z której powstaje układ planetarny.

heliosfera
heliosfera

(ang.: heliosphere) - obszar wokół Słońca, w którym ciśnienie wiatrów słonecznych jest większe od ciśnienia materii międzygwiazdowej (galaktycznej). Obszar ten jest znacznie mniejszy niż obszar działania sił grawitacyjnych Układu Słonecznego (z j. greckiego: hélios – słońce, sphaíra - kula).

ekliptyka
ekliptyka

(ang.: ecliptic) - koło wielkie na sferze niebieskiej, po którym pozornie porusza się Słońce obserwowane z Ziemi.  Płaszczyzna ekliptyki jest to płaszczyzna wokół Słońca, w której w przybliżeniu znajdują się orbity wszystkich ciał wewnętrznego Układu Słonecznego (z j. greckiego: ékleipsis - opuszczenie, zaćmienie).

równowaga hydrostatyczna = równowaga dynamiczna
równowaga hydrostatyczna = równowaga dynamiczna

(ang.: hydrostatic equilibrium) - równowaga pomiędzy siłą grawitacyjną danego ciała, a siłami ciśnień, które działają przeciwnie do grawitacji. Gdyby grawitacja była większa, to ciało zapadałoby się, gdyby siły ciśnień przewyższały grawitację, to ciało rozszerzałoby się lub doszłoby do eksplozji.

Międzynarodowa Unia Astronomiczna (skrót IAU)
Międzynarodowa Unia Astronomiczna (skrót IAU)

(ang.: International Astronomical Union) - międzynarodowa organizacja zrzeszająca tysiące astronomów, którzy są przedstawicielami swojego kraju. Unia posiada wyłączne prawo do nadawania nazw nowo odkrytym ciałom niebieskim. Kongresy generalne, na których podejmowane są najważniejsze decyzje odnośnie nazw i definicji, odbywają się raz na trzy lata.