Układ słoneczny

Słoneczny Układ, zespół ciał niebieskich poruszających się w przestrzeni wraz ze Słońcem, powiązanych siłami wzajemnych oddziaływań, z których najsilniejsze jest grawitacyjne oddziaływanie Słońca. Ciałem centralnym, skupiającym prawie całą (99,85%) masę Układu Słonecznego, jest Słońce, obiegane przez 8 planet (Merkury, Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn, Uran, Neptun). Wokół siedmiu planet krążą naturalne satelity (ponad 60). Między orbitami Marsa i Jowisza rozciąga się pas planetoid, z których część, poruszając się po orbitach silnie wydłużonych, zbliża się do Słońca bardziej niż Ziemia. Wśród ciał Układu Słonecznego są także meteoroidy i komety, obecna jest też materia międzyplanetarna w postaci gazu, plazmy i pyłu kosmicznego. Pył obserwowany jest w postaci światła zodiakalnego; strumienie plazmy płyną od Słońca w postaci wiatru słonecznego z prędkością około 300-800 km/s. Przestrzeń międzyplanetarna jest przeniknięta polem magnetycznym, którego linie sił są wynoszone ze Słońca wraz z materią. Masa Układu Słonecznego wynosi 1,994 •1030kg; jego rozmiary, określone średnicą orbity Plutona, wynoszą około 12 mld km (80 jednostek astronomicznych), wiele jednak komet obiega Słońce po orbitach o półosiach rzędu kilkudziesięciu tysięcy jednostek astronomicznych. Przez planety tradycyjnie rozumie się większe ciała obiegające bezpośrednio Słońce. Satelity (księżyce), poruszające się wokół planety, razem z nią obiegają Słońce. W przypadku niewielkiej różnicy mas satelity i planety (przypadek Pluton-Charon) często mówimy o planecie podwójnej. Największą planetą jest Jowisz o masie równej 0,0001 masy Słońca. Dolna granica wielkości planet jest umowna. Pluton o średnicy około 2340 km uważany jest za planetę, mniejsza zaś Ceres (średnica 914 km) jest nazywana planetoidą (używa się także terminów: asteroida i planetka). Podobne pod względem masy do planetoid są komety. Jeszcze mniejsze ciała nazywamy meteoroidami, mikrometeoroidami i najmniejsze — pyłem kosmicznym. Na ogół ciało o rozmiarach poniżej 1 m nazywamy meteoroidem, zaś powyżej 100 m — planetoidą. Wszystkie ciała Układu Słonecznego poruszają się wokół wspólnego środka masy (położonego blisko środka Słońca), który z kolei porusza się wokół środka masy Galaktyki, obiegając jej jądro w ciągu około 200 mln lat, w przybliżeniu po kole o promieniu około 10 parsek, z prędkością około 250 km/s. Układ Słoneczny znajduje się około 15 parsek na północ od płaszczyzny równika Galaktyki. W stosunku do najbliższych gwiazd Układ Słoneczny porusza się z prędkością około 20 km/s w kierunku gwiazdozbioru Herkulesa.

Według współczesnych teorii, Słońce i planety powstały z jednego obłoku materii protosłonecznej. Prawdopodobnie w wyniku wybuchu znajdującej się w jego pobliżu gwiazdy supernowej, został zapoczątkowany proces grawitacyjnego zapadania się obłoku połączony z równoczesnym jego wzbogacaniem w najcięższe pierwiastki. W miarę kurczenia się obłoku, w jego centralnej części uformowało się Słońce otoczone wirującym gazowo-pyłowym dyskiem. Cząstki pyłu, w wyniku wzajemnych zderzeń, łączyły się stopniowo ze sobą, tworząc coraz większe twory. Część z nich stała się zarodkami planetarnymi, wskutek wzajemnych oddziaływań grawitacyjnych zarodki te łączyły się tworząc — w ciągu paruset milionów lat — planety. Mniejsze twory przetrwały w postaci planetoid, komet i meteoroidów (Układ Słoneczny, powstanie).

Skale wielkości w Układzie Słonecznym. Aby zdać sobie sprawę z rozkładu mas i odległości w Układzie Słonecznym, warto wykonać model w skali 1:1 000 000 000. Średnice planet będą zatem zmniejszone 1 miliard razy, zaś ich objętość i masa zmniejszą się 1027 razy. W takim modelu Ziemia jest kulką o średnicy 13 mm i masie 6 g. Merkury, Wenus i Mars są jeszcze mniejsze. Wokół Ziemi w odległości 38 cm krąży Księżyc o średnicy 3,5 mm (masa 0,7 g). W tej samej skali Słońce jest kulą o średnicy 1,39 m i masie 1990 kg, położoną w odległości 150 m od Ziemi. Modelem Jowisza może być kula o średnicy 14 cm i masie 1,9 kg, krążąca w odległości 780 m od Słońca. Łączna masa pozostałych wielkich planet wynosi 758 g. Najdalsza planeta, Pluton, o średnicy zaledwie 2,3 mm porusza się w odległości prawie 6 km od Słońca. Jak widać z powyższego zestawienia około 99,9% masy Układu Słonecznego przypada na Słońce. Z pozostałego promila masy przeznaczonego dla planet około 71% zagarnia Jowisz. Na Ziemie przypadają zaledwie 2 promile masy planet i 0,0003% masy całego Układu Słonecznego. Porównując odległości pomiędzy planetami z ich rozmiarami można zauważyć, że planety stanowią małe wysepki materii w oceanie próżni.

Słońce jest niedużą gwiazdą zaliczaną do klasy G2V. W jego wnętrzu zachodzi proces syntezy jąder (reakcja termojądrowa). Ponieważ procesy termojądrowe wymagają ogromnych ciśnień i temperatur, mogą zachodzić jedynie w dużych ciałach niebieskich. W środku Słońca temperatura wynosi około 16 mln K, a gęstość 1,6 • 105 kg/m3. Temperatura powierzchni (fotosfery) Słońca jest równa około 6000 K. Całkowita energia promieniowania słonecznego wynosi 3,9 • 1026 J/s; na Ziemię dociera znikoma część tej energii, ale i tak na powierzchnię 1 m2, ustawioną prostopadle do promieni, pada około 1370 J/s (tzw. stała słoneczna). Niewielka część energii traconej przez Słońce przypada na strumień wiatru słonecznego (strumień całkowicie zjonizowanej wodorowo-helowej plazmy poruszającej się z prędkością około 300-800 km/s) oraz promieniowanie ultrafioletowe, rentgenowskie i strumienie cząstek elementarnych. Ilość traconej w ten sposób energii zależy od aktywności Słońca związanej z ilością tzw. plam słonecznych.