2013-12-28
1142
Эволюция планетных систем
Вращение
Помимо того, что планеты обращаются по своей орбите вокруг звезды, они ещё и вращаются вокруг своей оси. Период вращения планеты вокруг оси известен как сутки. Большинство планет Солнечной системы вращаются вокруг своей оси в том же направлении в каком обращаются вокруг Солнца, против часовой стрелки, если смотреть со стороны северного полюса Солнца, кроме Венеры, которая вращается по часовой стрелке[36] и Урана[37], экстремальный осевой наклон которого порождает споры, какой полюс считать южным и какой северным, и вращается ли он против часовой или по часовой стрелке[38]. Однако, какого бы мнения ни придерживались стороны, вращение Урана ретроградное относительно его орбиты.
Вращение планеты может быть вызвано несколькими факторами ещё на стадии формирования. Изначально угловой момент может быть задан индивидуальными угловыми моментами аккрецируемых объектов на ранних стадиях формирования планеты. Аккреция газа газовыми гигантами также может способствовать заданию углового момента планете. Наконец, во время последних стадий формирования, случайный процесс протопланетарного прироста может почти непредсказуемо изменить ось вращения планеты[39]. Есть большая разница между длиной дня у планет: если Венере требуется 243 земных дня для одного оборота вокруг оси, то газовым гигантам хватает нескольких часов[40]. Период вращения для экзопланет не известен. Однако близкое расположение к звёздам горячих юпитеров означает, что на одной стороне планеты царит вечная ночь, а на другой вечный день (орбита и вращение синхронизированы)[41].
|
|
|
«Чистая орбита»
Основная статья: Чистая орбита
Один из критериев, который позволяет определить небесное тело как классическую планету, — чистые от иных объектов орбитальные окрестности. Планета, которая очистила свои окрестности, накопила достаточную массу, чтобы собрать или, наоборот, разогнать все планетезимали на своей орбите. То есть, планета обращается по орбите вокруг своего светила в изоляции (если не считать её спутников и троянцев), в противоположность тому, чтобы делить свою орбиту с множеством объектов подобных размеров. Этот критерий статуса планеты был предложен МАС в августе 2006 года. Этот критерий лишает такие тела Солнечной системы как Плутон, Эрида и Церера статуса классической планеты, относя их к карликовым планетам[1]. Несмотря на то, что этот критерий относится пока только к планетам Солнечной системы, некоторое количество молодых звёздных систем, находящихся на стадии протопланетарного диска, имеют признаки «чистых орбит» у протопланет[42].
|
|
|
Планеты и карликовые планеты Солнечной системы. (размеры для сравнения, расстояния не соблюдены)
Землеподобные планеты: Меркурий, Венера, Земля, Марс (размеры для сравнения, расстояния не соблюдены)
Четыре газовых гиганта: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун (размеры для сравнения, расстояния не соблюдены)
Основная статья: Солнечная система
Основная статья: Список планетоподобных объектов
Согласно текущему определению термина планета, которое дал МАС, в Солнечной системе находятся восемь классических планет и пять карликовых планет[43]. В порядке увеличения расстояния от Солнца классические планеты расположены так:
Меркурий 
Венера 
Земля 
Марс 
Юпитер 
Сатурн 
Уран 
Нептун
Юпитер самый крупный — его масса равна 318 земным. Меркурий самый маленький, с массой всего лишь 0,055 от земной. Планеты Солнечной системы можно разделить на 2 группы на основании их характеристик и состава:
- Земного типа. Планеты, похожие на Землю, в основе своей состоящие из горных пород: Меркурий, Венера, Земля и Марс. С массой в 0,055 от земной, Меркурий — самая маленькая планета земной группы (и вообще самая маленькая из известных на сегодняшний день планет) в Солнечной системе, тогда как Земля — самая крупная землеподобная планета в Солнечной системе.
- Газовые гиганты. Планеты, в значительной степени состоящие из газа, и значительно более массивные, чем планеты земной группы: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Юпитер, с 318 земными массами — крупнейшая планета в Солнечной системе. Сатурн, не намного меньший, весит «всего» 95 земных масс.
- Ледяные гиганты, включают в себя Уран и Нептун. Это подкласс газовых гигантов, которых отличает от большинства газовых гигантов «небольшая» масса (14-17 земных) и значительно меньшие запасы гелия и водорода в атмосферах наравне со значительно большими пропорциями горных пород и льда.
- Карликовые планеты. До решения 2006 года несколько объектов, обнаруженных астрономами, были предложены к присвоению им статуса планет МАС. Однако в 2006 все эти объекты были определены как карликовые планеты — объекты, отличающиеся от планет. В настоящее время МАС признаёт 5 карликовых планет в Солнечной системе: Цереру, Плутон, Хаумеа, Макемаке и Эриду. Ещё несколько объектов пояса астероидов[ источник не указан 217 дней ] и пояса Койпера рассматриваются как текущие кандидаты, и ещё 50 косвенно подходят под определение. Возможно, когда пояс Койпера будет исследован полностью, таких объектов будет обнаружено до 200. Карликовые планеты во многом разделяют особенности планет, хотя и остаются известные различия — а именно то, что они недостаточно массивны, чтобы расчистить свои орбитальные окрестности. По определению, все карликовые планеты являются членами какой-нибудь популяции. Церера — крупнейший объект в астероидном поясе, в то время как Плутон, Хаумеа и Макемаке — объекты пояса Койпера, а Эрида — рассеянного диска. Майк Браун и другие учёные уверены, что более 40 транснептуновых объектов будут впоследствии признаны МАС как карликовые планеты, согласно действующему определению[44].
| Сравнение планет и карликовых планет Солнечной системы | |||||||||||
| Имя | Экваториальный диаметр[a] | Масса[a] | Орбитальный радиус (а. е.) | Период обращения (лет)[a] | Наклонение к Солнечному экватору (°) | Эксцентриситет орбиты | Период вращения (дней) | Спутники[c] | Кольца | Атмосфера | |
| Земная группа | Меркурий | 0,382 | 0,06 | 0,39 | 0,24 | 3,38 | 0,206 | 58,64 | нет | минимальна | |
| Венера | 0,949 | 0,82 | 0,72 | 0,62 | 3,86 | 0,007 | −243,02 | нет | CO2, N2 | ||
| Земля[b] | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 7,25 | 0,017 | 1,00 | нет | N2, O2 | ||
| Марс | 0,532 | 0,11 | 1,52 | 1,88 | 5,65 | 0,093 | 1,03 | нет | CO2, N2 | ||
| Газовые гиганты | Юпитер | 11,209 | 317,8 | 5,20 | 11,86 | 6,09 | 0,048 | 0,41 | да | H2, He | |
| Сатурн | 9,449 | 95,2 | 9,54 | 29,46 | 5,51 | 0,054 | 0,43 | да | H2, He | ||
| Уран | 4,007 | 14,6 | 19,22 | 84,01 | 6,48 | 0,047 | −0,72 | да | H2, He | ||
| Нептун | 3,883 | 17,2 | 30,06 | 164,8 | 6,43 | 0,009 | 0,67 | да | H2, He | ||
| Карликовые планеты | |||||||||||
| Церера | 0,08 | 0,000 2 | 2,5—3,0 | 4,60 | 10,59 | 0,080 | 0,38 | нет | нет | ||
| Плутон | 0,19 | 0,002 2 | 29,7—49,3 | 248,09 | 17,14 | 0,249 | −6,39 | нет | временная | ||
| Хаумеа | 0,37×0,16 | 0,000 7 | 35,2—51,5 | 282,76 | 28,19 | 0,189 | 0,16 | ||||
| Макемаке | ~0,12 | 0,000 7 | 38,5—53,1 | 309,88 | 28,96 | 0,159 | ? | ? | ? [d] | ||
| Эрида | 0,19 | 0,002 5 | 37,8—97,6 | ~557 | 44,19 | 0,442 | ~0,3 | ? | ? [d] | ||
| a Относительно Земли b См. статью Земля для точных данных c У Юпитера спутников известно больше, чем у любой другой планеты Солнечной системы (63)[45] d Как и у Плутона вблизи от перигелия — появляется временная атмосфера. |
] Формирование планеты
|
|
|
Подробнее см. также: Небулярная гипотеза
Протопланетный диск в представлении художника
Ясности в том, какие процессы идут при формировании планет и какие из них доминируют, до сих пор нет. Обобщая наблюдательные данные, можно утверждать лишь то, что[46]:
- Они образуются ещё до момента рассеяния протопланетного диска.
- Значительную роль в формировании играет аккреция.
- Обогащение тяжелыми химическими элементами идет за счет планетезималей.
Таким образом, отправная точка всех рассуждений о пути формирования планет — газопылевой (протопланетный) диск вокруг формирующейся звезды. Сценариев, как из него получились планеты, существует два типа[47]:
- Доминирующий на данный момент — аккреционный. Предполагает формирования из первоначальных планетозималей.
- Второй полагает, что планеты сформировались из первоначальных "сгущений", впоследствии сколлапсировавших.
Окончательно формирование планеты прекращается, когда в молодой звезде зажигаются ядерные реакции и она рассеивает протопланетный диск, за счет давления солнечного ветра, эффекта Пойнтинга — Робертсона и прочих[48].
