Wikijunior:Układ Słoneczny/Układ Słoneczny

Budowa Układu Słonecznego

Model Układu Słonecznego ze Słońcem w centrum i okrążającymi je planetami. (Uwaga: rysunek nie przedstawia rozmiarów ani odległości we właściwej skali)

W centrum Układu Słonecznego znajduje się Słońce. Słońce jest gwiazdą, tak jak biliony innych gwiazd na niebie. Inne gwiazdy znajdują się bardzo, bardzo daleko, dlatego wydają się takie małe. Słońce jest dla nas bardzo ważne, ponieważ daje nam energię: światło i ciepło, bez którego nie mogłoby istnieć życie na Ziemi.

Pozostałe obiekty w Układzie Słonecznym krążą wokół Słońca. Poruszają się po zamkniętych torach – orbitach. Największe z tych obiektów to planety (od greckiego planētēs - wędrowiec, gdyż już w starożytności zauważono, że planety "wędrują" po niebie); jedną z planet jest Ziemia.

Wokół większości planet krążą mniejsze ciała – księżyce. Tylko Merkury i Wenus ich nie posiadają. Ziemia ma jeden (zwany po prostu Księżycem). Najwięcej księżyców ma Jowisz - aż 63.

Cztery planety najbliższe Słońca nazywają się planetami wewnętrznymi. To Merkury, Wenus, Ziemia i Mars. Za Marsem znajduje się pas planetoid – skalnych brył mniejszych niż planety. Jeszcze dalsze planety to planety zewnętrzne: Jowisz, Saturn, Uran i Neptun. Za orbitą Neptuna leży kolejny pas brył planetopodobnych, zwany Pasem Kuipera. Niektóre z tych brył, np. Pluton i Eris, są obecnie uznawane za planety karłowate.

Daleko za pasem Kuipera – około 1000 razy dalej od Słońca niż orbita Plutona – rozciąga się kulisty Obłok Oorta. Składa się z brył lodu i skał. Naukowcy sądzą, że stamtąd właśnie pochodzą komety.

Pomiędzy wyżej wymienionymi obiektami znajduje się pył kosmiczny. W przestrzeni kosmicznej krążą także drobne odłamki skalne, zwane meteoroidami. Gdy dostają się do ziemskiej atmosfery, spalają się, tworząc świecące smugi. Nazywamy je „spadającymi gwiazdami” lub meteorami. Jeżeli meteoroid dotrze do powierzchni Ziemi (lub innej planety), nazywa się go meteorytem. Dzisiaj większe meteoryty spadają dosyć rzadko (w dodatku na miejsca niezaludnione lub do oceanów), jednak w przeszłości powodowały śmierć wielu gatunków organizmów żyjących na Ziemi, m.in. dinozaurów.

Granicę Układu Słonecznego stanowi tzw. heliopauza. Znajduje się w odległości ok. 100 AU. Pojęcie heliopauzy jest omówione w rozdziale Heliosfera. Za nią jest dużo wolnej przestrzeni. Najbliższa Ziemi gwiazda - poza Słońcem - znajduje się w odległości 270 000 AU. Wszechświat jest olbrzymi!

Co utrzymuje ciała niebieskie na orbitach?

Teoretyczne tory lotu pocisków wystrzelonych z armaty z coraz większymi prędkościami.

Dlaczego planety krążą wokół Słońca? Dlaczego księżyce krążą wokół planet? Wszystkie te pytania dotyczą grawitacji. Grawitacja, czyli przyciąganie, to siła działająca pomiędzy obiektami posiadającymi masę. Takie obiekty przyciągają się wzajemnie. Nie odczuwamy przyciągania Słońca, lecz jest ono na tyle silne, że powstrzymuje Ziemię przed ucieczką z orbity. Słońce także nie przebywa stale w jednym miejscu, ale razem z miliardami gwiazd (i całym Układem Słonecznym) wykonuje obrót wokół centrum naszej galaktyki. To wszystko jest spowodowane działaniem grawitacji.

Działa ona także na Ziemi. Jeśli upuścisz jabłko, zadziała na nie przyciąganie ziemskie: spadnie ono na ziemię i uderzy w nią. Gdybyśmy mogli rzucić jabłko z dostateczną szybkością i pod odpowiednim kątem, nie spadłoby nigdy na Ziemię, ale zaczęłoby krążyć wokół niej po orbicie. W ten sposób rakiety wynoszą kosmonautów na orbitę. Natomiast gdybyśmy podrzucili jabłko dostatecznie mocno prosto w górę, mogłoby odlecieć od Ziemi na zawsze i nigdy nie wrócić.

Wszystko, co widzimy, składa się z materii. Ilość materii nazywamy masą. Na przykład dwa jabłka mają masę dokładnie dwa razy większą, niż jedno jabłko. Im większą masę ma jakaś rzecz, tym silniej jest przyciągana (np. przez Ziemię) oraz tym silniej sama przyciąga inne przedmioty. (Nie odczuwamy przyciągania jabłka, ponieważ jest ono znacznie słabsze niż przyciąganie ziemskie).

Różnica między masą a wagą

Waga (inaczej ciężar) to co innego niż masa. Waga zależy od siły grawitacji działającej na obiekt. Tylko na powierzchni Ziemi masa jest równa wadze. Wyobraź sobie astronautę, który unosi się w przestrzeni kosmicznej, daleko od jakiejkolwiek planety lub masywnego obiektu. Załóżmy, że na powierzchni Ziemi jego waga wynosi 75 kg (zatem tyle samo wynosi jego masa). W przestrzeni kosmicznej jego masa będzie nadal wynosić 75 kg. Jednak gdyby nasz astronauta stanął tam na wadze, pokazałaby, że waży 0 kg. Nawet wychodząc na szczyt wysokiej góry jesteśmy nieco lżejsi, niż na normalnym terenie.

Kto odkrył Układ Słoneczny?

Każdy, patrząc na niebo, może dostrzec siedem jasnych, szybko zmieniających położenie obiektów. Są to: Słońce, Księżyc i 5 planet (Merkurego, Wenus, Marsa, Jowisza i Saturna). Znano je już w starożytności. Ludzie sądzili, że są one związane z bogami. W Babilonii ich nazwy nadano dniom tygodnia. Większość ludzi uważało, że wszystkie ciała niebieskie krążą wokół Ziemi. Wydawało się to sensowne, ponieważ nie odczuwamy ruchu Ziemi. Nie wierzono, że żyjemy w Układzie Słonecznym. Wprawdzie nieliczni uczeni greccy (Arystarch z Samos, Anaksagoras) uważali, że Ziemia i planety krążą wokół Słońca, jednak ich ignorowano, uznając ich teorię za irracjonalną.

Teoria, według której planety okrążają Ziemię, zwana jest teorią geocentryczną, zaś ta głosząca, że planety okrążają Słońce, zwana jest teorią heliocentryczną.

Teoria geocentryczna, rozbudowana przez greckiego uczonego Ptolemeusza, była uważana przez wszystkich za słuszną aż do XVI wieku.

Mikołaj Kopernik w swoim obserwatorium (obraz Jana Matejki)

Portret Galileusza autorstwa Justusa Sustermansa

W 1543 roku Mikołaj Kopernik odkrył, że to planety (wraz z Ziemią) krążą wokół Słońca (aczkolwiek uważał, że jest ono nieruchome i znajduje się w centrum wszechświata). Jedynie Księżyc krąży wokół Ziemi. Jego teoria nie była jednak poparta obserwacjami. Kopernik obawiał się ogłosić swoje odkrycie niemal do końca życia. W 1610 roku włoski uczony Galileusz użył nowego wynalazku, teleskopu, do obserwacji nieba. Odkrył księżyce wokół Jowisza. To upewniło go, że Kopernik ma rację; jednak głoszenie takich poglądów sprowadziło na niego kłopoty. Teorię heliocentryczną popierali także Duńczyk Tycho Brahe i Niemiec Jan Kepler. Do przekonania większości uczonych, że to planety krążą wokół Słońca, potrzeba było 70 lat. Obecnie niemal każdy uznaje, że żyjemy w Układzie Słonecznym.

Współczesne metody badań Układu Słonecznego

Udoskonalanie teleskopów spowodowało, że odkrywano księżyce, nowe planety oraz planetoidy. Niektóre z nich, na przykład planetę karłowatą Eris, odkryto całkiem niedawno. Obecnie korzysta się nie tylko z teleskopów naziemnych, ale też z kosmicznych, takich jak Teleskop Hubble'a. Unikają one zakłóceń spowodowanych przez atmosferę ziemską. Zaczęto także oglądać kosmos w promieniowaniu niewidocznym dla ludzkiego oka (podczerwień, ultrafiolet).

W 1957 roku, wraz z wysłaniem w kosmos pierwszego sztucznego satelity (Sputnik), ludzkość rozpoczęła podbój kosmosu. Wkrótce na orbitę wysłano pierwszą istotę żywą (psa Łajkę) i pierwszego człowieka (Jurij Gagarin w 1961 r.). Wysyłano bezzałogowe statki na Księżyc. W 1969 roku na Księżycu wylądowali pierwsi ludzie (Neil Armstrong, Edwin Aldrin, Michael Collins lecący statkiem Apollo 11), jednak po 3 latach program Apollo mający na celu wysyłanie ludzi na Księżyc zakończono.

Zaczęto także wysyłać sondy badające inne planety. Niektóre robiły zdjęcia, a inne lądowały na powierzchni, zbierając po drodze przydatne dane. Do najbardziej owocnych misji należy program Voyager, rozpoczęty w 1977 roku. W jego ramach wysłano dwie sondy - Voyager 1 i Voyager 2. Obie przeleciały blisko Jowisza i Saturna, natomiast Voyager 2 zbliżył się także do Urana i Neptuna. Obie sondy badają teraz granice Układu Słonecznego. Zdjęcia przez nie zrobione umożliwiły odkrycie księżyców niedostrzegalnych z Ziemi. Wielkim sukcesem było także lądowanie próbnika Huygens na Tytanie, największym księżycu Saturna, w 2005 roku. Być może dzięki badaniom przez niego dokonanym poznamy odpowiedź na pytanie o sposób powstania życia na Ziemi.

Naukowcy zastanawiają się także nad istnieniem życia na innych obiektach Układu Słonecznego. Pierwszym kandydatem był Mars. Już w latach 70. ubiegłego wieku wysyłano na niego statki wraz z próbnikami. Na razie nie znaleziono śladów życia pozaziemskiego. Niewykluczone, że kiedyś istniały proste formy życia na Marsie. Obecnie uwagę naukowców przyciąga Europa, księżyc Jowisza. Niektórzy naukowcy sądzą, że pod jej pokrytą lodem powierzchnią znajduje się ocean ciekłej wody, gdzie mogłoby rozwijać się życie. Jednak na razie nie wysłano żadnej sondy, by zbadać Europę.

W latach 90. rozpoczęto poszukiwania planet pozasłonecznych. Odkrywcą pierwszych trzech był Polak Aleksander Wolszczan. Obecnie znanych jest kilkaset planet pozasłonecznych, jednak większość z nich to gazowe olbrzymy, niemające stałej powierzchni.

Jak powstał Układ Słoneczny?

Nasz Układ Słoneczny jest częścią galaktyki zwanej Drogą Mleczną. Galaktyki to ogromne skupiska gwiazd, gazów oraz pyłu kosmicznego. W naszej galaktyce znajdują się chmury gazu i pyłu, w których powstają nowe gwiazdy. Cały Układ Słoneczny powstał kiedyś w takiej chmurze. Najpierw przyjęła ona kształt spłaszczonego, wirującego dysku, ze zgrubieniem pośrodku. Materiał ze środka powoli skupiał się i gęstniał, aż powstało Słońce. Ciągle jeszcze nie wiemy, jak dokładnie powstały planety. Większość uczonych sądzi, że ukształtowały się z resztek gazu i pyłu.

Słońce i planety formują się w pierwotnym dysku pyłu i gazu (wizja artystyczna)

Oto jedna z wersji, jak mogło się to odbywać. Reszta dysku nadal krążyła wokół młodego Słońca. Niewielkie cząstki pyłu zderzały się ze sobą; część z nich łączyła się przy tym. Rosły do rozmiarów ziaren piasku i żwiru, małych i średnich kamieni, wreszcie – sporych skał. Skały, zderzając się, formowały bryły wielkości gór. „Góry” łączyły się, tworząc jeszcze większe obiekty. Te większe obiekty przyciągnęły do siebie resztę materii, tworząc planety, księżyce i asteroidy.

Podczas grawitacyjnego zapadania się i gęstnienia, Słońce rozgrzewało się. Zaczęło świecić. Temperatura w jego wnętrzu osiągnęła milion stopni. Słońce zaczęło wytwarzać mnóstwo światła i ciepła oraz wysyłać na wszystkie strony wiatr słoneczny. Wiatr słoneczny „wymiótł” większość resztek pyłu i gazu z przestrzeni międzyplanetarnej. Światło i ciepło Słońca czujemy każdego dnia na Ziemi.

Co stanie się z naszym Układem Słonecznym?

Za 5 miliardów lat Słońce zużyje większość swojego „paliwa” – wodoru w jądrze. Wejdzie w końcową fazę życia. Jądro Słońca skurczy się i stanie się jeszcze gorętsze, co stworzy warunki do „spalania” wodoru wokół jądra. Ilość wydzielanej energii będzie znacznie większa niż obecnie, wyniku czego zewnętrzna warstwa Słońca urośnie do rozmiarów znacznie większych niż teraz. Słońce stanie się czerwonym olbrzymem.

Słońce będzie tak ogromne, że pochłonie niektóre z najbliższych planet. Te planety spalą się doszczętnie lub wręcz wyparują. Nie wiadomo ile planet będzie zniszczonych w ten sposób, to zależy od tego, jaka będzie wówczas masa Słońca. Silny wiatr słoneczny uniesie w przestrzeń dużo materii słonecznej, więc masa Słońca się zmniejszy. Zmaleje także jego przyciąganie. W wyniku tego pozostałe planety odsuną się dalej od Słońca.

Mgławica planetarna powstała po wybuchu gwiazdy Eta Carinae

Po okresie bycia czerwonym olbrzymem, Słońce zacznie spalać hel. Skurczy się i przestanie być „olbrzymem”. Zużyje cały hel przez około miliard lat. Wtedy ponownie gwałtownie się powiększy; będzie wyrzucać ogromne ilości gazu przez kolejnych kilkaset tysięcy lat. Uformuje się mgławica planetarna. Jej czas „życia” wyniesie od kilku tysięcy do kilkudziesiąt tysięcy lat. Będzie ona świecić, odbijając i rozpraszając światło Słońca.

W jej centrum, Słońce skurczy się do maleńkiej gwiazdy zwanej białym karłem. Takie gwiazdy są mniej więcej rozmiaru Ziemi – stukrotnie mniejsze, niż obecne Słońce. Nie będzie już miało „paliwa” do spalania. Zostanie mu jedynie ciepło, które będzie stopniowo oddawać, wychładzając się i świecąc coraz słabiej. Wreszcie, za około 100 miliardów lat, Słońce przestanie świecić i całkowicie zgaśnie.