§ 3. ОБЗОР СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Солнечная система представляет собой группу небесных тел, весьма различных по своим размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, 9 больших планет, десятки спутников планет, тысячи малых планет (астероидов), сотни комет и бесчисленное множество метеорных тел, движущихся как роями, так и в виде отдельных частиц. В настоящее время (1979 г.) нам известны 34 спутника и 2000 астероидов.

Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела — Солнца. В Солнце сосредоточено 99,87% общей массы всех тел Солнечной системы, и все остальные тела — планеты с их спутниками, астероиды, кометы и метеоры — обращаются вокруг него.

Таблица 1

Если сопоставить различные тела Солнечной системы, выбрав за основной признак их массу, то получится как бы непрерывная последовательность, что хорошо видно из табл. 1.

Заметим, что данные о массе астероидов, а также метеоритов Аризонского и Каали носят только предположительный характер.

Таким образом, в Солнечной системе наблюдается огромный диапазон масс, особенно если учесть наличие в межпланетном пространстве космической пыли.

Рис. 5. Шкала масс небесных тел.

Различие в массах между Солнцем и какой-нибудь пылинкой в тысячную долю миллиграмма будет составлять около 40 порядков, иначе говоря, отношение их масс будет выражаться числом с 40 нулями.

Планеты на этой «шкале масс» (которую можно уподобить шкале длин волн) занимают область, охватываю-Щую 15 порядков, — от крупнейшей планеты Юпитер До самого малого из известных нам астероидов — Адониса (рис. 5).

При ознакомлении с планетами бросается в глаза резкое разделение их на три группы как по массе и Другим физическим признакам, так и по расстояниям от Солнца. Эти группы: планеты-гиганты, или планеты типа Юпитера, планеты типа Земли и астероиды (малые планеты).

К группе планет-гигантов принадлежат Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Эти планеты, обращающиеся на значительных расстояниях от Солнца, имеют большие массы, малые плотности и быстрое вращение вокруг оси. Даже наименьшая планета из этой группы, Уран, по массе почти в пять раз превосходит все планеты «земной» группы, спутники и астероиды, вместе взятые. Наибольшая же планета, Юпитер, превосходит общую массу всех планет Солнечной системы, включая и своих «собратьев» по группе, в два с лишним раза. Средняя плотность этих планет близка к плотности воды, а периоды вращения составляют 10—15 часов. Такое быстрое вращение порождает значительную центробежную силу в экваториальных областях этих планет (где линейная скорость вращения наибольшая), что приводит к образованию у них экваториального «горба» и к значительному сжатию этих планет у полюсов, как видно из таблицы в Приложении 2.

Планеты «земной» группы, наоборот, имеют при сравнительно небольшой массе высокую среднюю плотность (3,8-5,5 г/см3) и значительно большие периоды вращения: от 24 часов до 243 суток. Особое место занимает Плутон, по своим физическим свойствам, по-видимому, близкий к планетам «земной» группы, но находящийся от Солнца на очень большом расстоянии.

Третью группу составляют астероиды. Хотя их в настоящее время известно свыше 2000, общее число этих планет должно составлять несколько десятков тысяч. Несмотря на такое большое количество, общая масса астероидов по подсчетам акад. В. Г. Фесенкова и проф. С. В. Орлова не превосходит 0,001 массы Земли.

Большинство известных нам астероидов обращается между орбитами Марса и Юпитера, но целый ряд их, имея сильно вытянутые эллиптические орбиты, заходит внутрь орбиты Марса (Эрот, Амур) и даже Земли и Венеры (Аполлон, Адонис), а некоторые, наоборот, выходят за пределы орбиты Юпитера (Гидальго). В 1949 г. был открыт астероид Икар, который в перигелии заходит внутрь орбиты Меркурия (!), приближаясь к Солнцу на 28 млн. км.

1 ноября 1977 г. астроном обсерваторий Хейла в США (ранее известных как Маунт Вилсон и Маунт Паломар) Чарльз Коуэл открыл астероид с очень медленным видимым движением.

Вычисления его орбиты показали, что она лежит между орбитами Сатурна и Урана, лишь на небольшом участке заходя внутрь орбиты Сатурна. Альбедо и точные размеры этого астероида, названного Хироном, неизвестны; его диаметр заключен в пределах от 160 до 640 км. Не исключено, что в этой части Солнечной системы движется не только Хирон, но и другие астероиды.

Спутники планет по массе и размерам образуют как бы «переходную группу» между планетами земной группы и астероидами.

Для Солнечной системы характерен ряд закономерностей. Орбиты больших планет имеют почти круговую форму и лежат почти в одной плоскости (некоторое отклонение имеется у Плутона и Меркурия), все планеты вращаются в одном направлении, совпадающем с направлением вращения Солнца и почти всех планет (исключения — Венера и Уран). Наконец, распределение расстояний планет от Солнца также, по-видимому, следует определенной закономерности. Это было подмечено еще в конце XVIII в., когда Тициусом и Боде был предложен эмпирический «закон» планетных расстояний, выражаемый формулой

где п — порядковый номер планеты, а — ее расстояние от Солнца в астрономических единицах.

В 1946 г. акад. О. Ю. Шмидт вывел иную формулу планетных расстояний, имеющую вид

причем постоянные а и b для обеих групп больших планет различны, и номер планеты считается для каждой группы отдельно.

В 1951 г. акад. В. Г. Фесенков предложил новую формулу для планетных расстояний, согласно которой расстояние каждой планеты от Солнца выражается так:

где масса планеты, — масса Солнца, — постоянная. Зависимость В. Г. Фесенкова хорошо представляет не только расстояния всех планет Солнечной системы, включая астероиды, но применима и к системам спутников Юпитера, Сатурна и Урана.

Таблица 2

В таблице 2 мы даем сопоставление планетных расстояний, полученных из наблюдений и на основании трех приведенных выше формул.

Все описанные закономерности имеют большое значение для решения вопроса о происхождении планет Солнечной системы.

Заканчивая общий обзор Солнечной системы, необходимо отметить еще одно очень важное обстоятельство. Наша Солнечная система является системой устойчивой, по крайней мере в течение нескольких сотен миллионов лет. Это означает, что формы, размеры и взаимная ориентировка орбит тел, ее составляющих, не могут значительно измениться с течением времени, претерпевая лишь периодические колебания около своих средних значений. Такой вывод был получен Ж. Лагранжей, а затем П. Лапласом на основании рассмотрения вопроса о возможных изменениях планетных орбит под влиянием взаимных возмущений планет. Конечно, главная причина устойчивости Солнечной системы заключается в том, что 99,87% всей ее массы сосредоточено в Солнце.

Но Солнце — лишь одна из бесчисленных звезду поэтому представляет интерес сравнить размеры и массы планет и звезд, чтобы яснее представить себе места планет во Вселенной среди других небесных тел.

Массы звезд составляют от 50—60 масс Солнца у сверхгигантов до 0,08 у некоторых карликов. Таким образом, на нашей «шкале масс» (см. рис. 5) звезды занимают крайнюю правую область, не перекрывающуюся с областью, занятой планетами. Наименее массивная из звезд все же в 80 раз превосходит по массе крупнейшую из известных нам планет — Юпитер.

Что говорят нам наблюдательные данные о существовании планет у других звезд?

Наличие у звезд темных спутников известно давно из наблюдений затменных переменных звезд. Однако определение размеров и масс этих спутников показывает, что это звезды, излучающие слабее, чем главная звезда; их массы того же порядка, что и у ярких звезд.

Только в 1938 г. шведский астроном Э. Хольмберг, изучив движение ряда ближайших к нам звезд, установил существование у них невидимых спутников сравнительно небольшой массы, лишь в 10—15 раз превышающей массу Юпитера.

В числе этих звезд — Проксима Центавра, 70 Змееносца, 61 Лебедя и др.

В дальнейшем эти звезды были подвергнуты более тщательному изучению. Подробное исследование звезды 61 Лебедя было произведено А. Н. Дейчем на Пулковской обсерватории. Большие ряды наблюдений звезды Лаланд 21185, «летящей» звезды Барнарда, 61 Лебедя и некоторых других были получены на обсерватории Спроул (США) под руководством П. ван де Кампа. Результаты упомянутых работ не только подтвердили существование планетоподобных спутников У этих звезд, но и дали более точные значения их масс 11 элементов орбит.

Таким образом, мы уже можем с определенностью сказать, что наша Солнечная система не одинока. Не приходится сомневаться в том, что дальнейшие исследования дадут новые доказательства существования Планетных систем в нашей Галактике.