Астрономия и Космос. Солнечная система и ее строение
Общие закономерности движения планет
Исследуя движение планет Солнечной системы, учёные выявили несколько правил, которым это движение подчиняется и мы сейчас поговорим о тех правилах, которые вовсе не следуют из общих физических законов.
Все без исключения планеты движутся по орбитам в одну сторону, совпадающую с направлением вращения Солнца вокруг своей оси. Это направление против часовой стрелки, если смотреть на Солнечную систему со стороны Северного полюса Земли (а также Солнца и других планет). Такое направление называют прямым (противоположное направление - обратным).
Вокруг своей оси большинство планет тоже вращается в прямом направлении (с запада на восток). Уран и Плутон вращаются как бы на боку. Тот небольшой угол, который есть между плоскостью орбиты каждой из этих двух планет и осью их осевого вращения, позволяют определить и для них направление вращения вокруг оси. Это направление обратное. Чуть по иному обстоит дело с Венерой. Ось вращения планеты почти перпендикулярна плоскости орбиты, но и тут наблюдается обратное вращение. У всех остальных планет угол между осью вращения и плоскостью орбиты не больше, чем на 30° отличается от прямого. Повторимся: у этих планет прямое осевое вращение.
Уже упоминавшиеся плоскости орбит почти без исключений близки к плоскости экватора Солнца. Только орбита Плутона больше, чем на 15°, отстоит от этого среднего уровня. Эта градусная величина называется наклоном орбиты. Для остальных планет этот наклон меньше, чем 5°. Только Меркурий дотянул до 7°. Меркурий и Плутон, таким образом, имеют самые вытянутые орбиты, которые значительно наклонены к некоторой средней плоскости Солнечной системы. За эту нулевую плоскость обычно принимают не плоскость солнечного экватора, а плоскость орбиты Земли. Для нас, живущих на Земле, эта плоскость совпадает с плоскостью эклиптики - годовому пути Солнца по небу. Существование этого пути - собственно, следствие вращения Земли вокруг Солнца. По приведённому ниже рисунку не стоит делать скоропалительных выводов о том, что, скажем, плоскости орбит Марса, Сатурна и Нептуна совпадают. Плоскости этих орбит имеют почти одинаковый наклон к плоскости орбиты Земли. Однако это не означает, что угла наклона между самими этими орбитами не существует.
Большинство спутников вокруг своих планет также вращаются в прямом направлении, за немногими исключениями. Орбиты спутников в большинстве своём близки к плоскости экваторов своих планет.
Под конец хочется приобщить ко всему и такое непростое понятие как момент количества движения. Вся прелесть этой физической величины заключается в том, что никакие события внутри системы взаимодействующих тел не приводят к изменению общего для системы момента количества движения. Чтобы не происходило в прошлом в Солнечной системе, эта физическая величина и миллиарды лет назад была такой же, как и сейчас. Такой она и останется, если нечто внешнее не вмешается.
Момент количества движения вычисляется для вращающихся тел. Он количественно характеризует это вращение. Тела могут вращаться как вокруг своей оси, так и вокруг другого тела. Для планет подходит второй случай. Так как размеры планет невелики в сравнении с радиусами их орбит, то для нашей задачи их можно приближённо считать точечными. Момент количества движения, присущий планете, вычисляется простым перемножением массы планеты, радиуса её орбиты и скорости движения по ней (L=m.r.v) .
Для Солнца, которое находится в центре Солнечной системы и вращается вокруг своей оси, момент количества движения вычисляется сложнее. Весь объём Солнца нужно сперва мысленно разбить на бессчётное количество частиц, а уже потом, по тому же правилу, для каждой из этих частиц посчитать момент количества движения. Наконец, результаты по всем частицам нужно сложить. Учёным в такой непростой, казалось, задаче, помогает интегрирование. Это математическое действие сильно упрощает решение, однако у нас нет возможности объяснить все его тонкости.
Ниже мы приводим посчитанные для Солнца и каждой из планет их моменты количества движения, считая для Земли его равным единице. Заметьте, что сильнее всего повлияла на распределение момента количества движения в Солнечной системе масса тел. Важной характеристикой всей Солнечной системы является особенность этого распределения между планетами и Солнцем. На Солнце, в 750 раз превосходящее по массе все, что вокруг него вращается, приходится меньше 2% всего момента количества движения Солнечной системы. В этом смысле первыми являются планеты.