Що таке Сонячна система та наскільки вона вивчена

Разом з астрофізиком та популяризатором науки Сергієм Поповим знаємося на влаштуванні космосу, вже доступного людині для освоєння.

Колись поняття Всесвіту асоціювалося лише із Сонячною системою. Зараз ми знаємо, що вона крихітна навіть у масштабах нашої галактики, а Всесвіт простягається набагато далі, ніж ми можемо бачити. Тим не менш, Сонячна система – це наш шматочок космосу, єдина область, де ми можемо пересуватися, яку можемо вивчати за допомогою супутників, а не лише спостерігати телескоп.

Планети земного типу

У Сонячній системі є різні типи об’єктів. Для початку звернемося до восьми великих планет. Половина їх, найближчі до Сонцю, — звані планети земного типу: Меркурій, Венера, Земля і Марс. Незважаючи на те, що у них подібний залізно-кам’яний склад, ці планети дуже відрізняються одна від одної.

Меркурій – невловимий «полустанок»

☀️ Відстань від Сонця58 млн. км.
💥 Діаметр4879 км.
⌛️ Тривалість року88 земних діб
⌛️ Тривалість доби 176 земних діб
🌙 Супутникивідсутні

Меркурій дуже маленький, він не має атмосфери, у цьому сенсі він взагалі дуже схожий на Місяць. Соняшникова сторона Меркурія нагріта до дуже високої температури, а нічна сторона через відсутність атмосфери охолоджується до дуже низьких температур.

Меркурій (Фото: NASA)
Меркурій (Фото: NASA)

Незважаючи на те, що Меркурій близько до Землі, ця планета мало вивчена, тому що летіти до неї дуже важко. Земля зі швидкістю 30 км/с обертається довкола Сонця. Виходить, ніби ви мчите на швидкісному поїзді, а Меркурій – це маленький півстанок, на якому ви не можете зійти: ви його бачите, він близько, але поїзд мчить. Потрібно зробити якісь спеціальні зусилля, щоби на ньому вискочити. Наприклад, злетіти з поїзда з ракетним ранцем і відрулити на цей півстанок використовувати дуже потужні засоби.

Венера – подає надії

☀️ Відстань від Сонця108 млн. км.
💥 Діаметр12100 км.
⌛️ Тривалість року225 земних діб
⌛️ Тривалість доби243 земних діб
🌙 Супутникивідсутні

Наступна планета від Сонця – Венера. Ми знаємо, що вона має атмосферу. Вперше її виявив ще Михайло Ломоносов під час дуже рідкісної події – проходження Венери диском Сонця. Отже, люди вже досить давно могли фантазувати про те, що на Венері може бути життя. Але на Венері дуже спекотно, і атмосфера складається зовсім не з того, чого хотілося б земним живим істотам. Отже, мабуть, життя на Венері немає.

Венера
Венера

Але трохи більше року тому одна із груп спостерігачів виявила в атмосфері Венери фосфін. Молекула фосфіну включає фосфор, а він, у свою чергу, бере участь у біологічних процесах. Точну відповідь дадуть лише прямі виміри в атмосфері Венери. Це дуже цікаво, тому що протягом довгого часу Венера була викреслена зі списку об’єктів Сонячної системи, що потенційно жили.

Марс – втратив атмосферу

☀️ Відстань від Сонця228 млн. км.
💥 Діаметр6792 км.
⌛️ Тривалість року687 земних діб
⌛️ Тривалість доби24,6 годин
🌙 СупутникиФобос, Деймос

Свого часу Марс був кандидатом номер один у населені об’єкти Сонячної системи. Він набагато менше Землі: за масою Марс удесятеро поступається нашій планеті. У нього є атмосфера, але дуже розріджена. Ось тому на поверхню Марса так важко спускати апарати.

Незважаючи на те, що зараз ми отримуємо негативні результати щодо життєздатності Марса, зберігається дуже цікава можливість: Марс міг бути мешканим у минулому. Є дуже надійні дані, що клімат Марса мільярди років тому був зовсім іншим. Це була коротка епоха, що може бути хорошим аргументом проти існування життя, адже для його появи потрібен довгий час. Але ця коротка епоха все-таки обчислювалася сотнями мільйонів років. І в цю епоху могло зародитися життя. Потім Марс втратив значну частину своєї атмосфери, клімат дуже змінився. Планета не має сильного магнітного поля, яке захищало б її від сонячного вітру. Так потік частинок від Сонця потихеньку зніс атмосферу.

Марс
Марс (Фото: NASA)

Але якщо життя встигло з’явитися і, наприклад, пішло на велику глибину, тоді воно могло зберегтися до теперішнього часу. Але ми поки що не вміємо проводити глибоке буріння на Марсі. Це дуже дорого. Крім того, можна зосередитись на більш простих задачах. Наприклад, на пошуку підземних озер у печерах Марса. Але для цього потрібно створити нове покоління марсоходів, які зможуть залазити туди, шукати, проводити дослідження та вилазити назовні.

Газові гіганти

Крім планет земної групи, у Сонячній системі існують газові гіганти – Юпітер та Сатурн.

Юпітер – самотня недозірка

☀️ Відстань від Сонця778,5 млн. км.
💥 Діаметр142 984 км.
⌛️ Тривалість року11,6 земних років
⌛️ Тривалість доби10 годин
🌙 СупутникиІо, Європа, Ганімед та Каллісто
‍ Найбільші супутники Юпітера.
‍ Найбільші супутники Юпітера.

Іноді про Юпітер кажуть, що це свого роду недозірка. Насправді Юпітер дуже далеко до зірки — йому потрібно стати приблизно в 80 разів масивнішим. Але на зірку він трохи схожий своїм складом із водню та гелію. Юпітер масивніший, ніж решта планет, астероїди, пил, сміття, комети в Сонячній системі разом узяті. Тож якби ми були інопланетними астрономами, які здалеку спостерігають за Сонячною системою, то протягом тривалого часу ми могли б реєструвати лише порожній Юпітер.

Юпітер 
Юпітер (Фото: Unsplash)

Сатурн – газовий гігант з кільцями

☀️ Відстань від Сонця1427 млн. км.
💥 Діаметр120 420 км.
⌛️ Тривалість року29,5 земних років
⌛️ Тривалість доби10,5 годин
🌙 СупутникиТитан, Рея, Енцелад

Сатурн за розмірами менше, ніж Юпітер, але цікавий своїми чудовими кільцями. Їх, до речі, спробував відкрити ще Галілео Галілей, але йому не вдалося. У перші телескопи він побачив Сатурн як Чебурашки: гурток і якісь дивні вушка навколо. Це його настільки вразило, що, будучи людиною дуже обережною і консервативною, він не опублікував своє відкриття, але зробив якесь зашифроване повідомлення. Коли у Галілея з’явилися досконаліші телескопи, він подивився Сатурн ще раз. І нічого не побачив. Але не тому, що це був якийсь дефект, а тому, що кільця повернулися рубом. І Галілей не став розшифровувати раннє повідомлення. А обручки були відкриті пізніше вже Гюйгенсом через кілька десятиліть.

Сатурн 
Сатурн (Фото: NASA)

Крижані гіганти

Нарешті, дві найдальші планети: Нептун та Уран. Їх називають крижаними гігантами, оскільки основна маса цих планет пов’язана з речовиною, яку можуть утворювати криги. Це і вода, і метан, аміак, вуглекислий газ. У планетній фізиці їх традиційно відносять до льодів, бо за низьких температур вони можуть перетворюватися. Уран і Нептун – погано вивчені планети, тому що вони далеко від Землі. Досі не було створено жодного спеціалізованого апарату, який досліджував хоча б одну із цих планет. І це дуже цікаво, зокрема з погляду історії формування Сонячної системи.

Нептун 
Нептун (Фото: NASA)

Наприклад, у багатьох сучасних моделях Уран та Нептун колись помінялися місцями. І є принаймні один дуже зрозумілий аргумент. Юпітер масивніший за Сатурна, Сатурн масивніший за Уран, а от Уран легший за Нептуна — виходить, що планети стоять «не за зростанням». Передбачається, що вони наслідували загальний тренд на падіння маси. Однак у процесі ранньої еволюції Нептун і Уран змінився місцями. Загалом в освіті Сонячної системи є ще багато білих плям. Але цікаво, що дати раду цьому, швидше за все, можна, вивчаючи не планети, не Сонце, не супутники, а астероїди.

Уран 
Уран (Фото: NASA)

Астероїди – зберігачі історії

Астероїди – це невеликі тіла, найбільші з яких мають діаметр кількасот кілометрів. Пояс астероїдів, так званий «головний пояс», розташований між Марсом і Юпітером. Багато хто продовжує вважати, що це результат руйнування планети, яка колись там існувала. Насправді, це не так. Сумарна маса астероїдів дуже невелика — менша за масу Місяця. Навіть якщо ми зберемо їх усі разом, велику планету не зліпити. Це просто залишки будівельного сміття, які перебувають під впливом гравітації Юпітера.

В астероїдах, очевидно, записана історія формування Сонячної системи. Через те, що астероїди — це відносно легкі об’єкти, вони могли зазнавати дуже сильного впливу масивних великих планет під час руху Сонячною системою. Коли цей рух закінчився, астероїди зберегли свої орбіти. Так вони ніби зафіксували в собі початковий етап перебудови нашої системи.

Дев’ята планета

Можливо, у Сонячній системі існує ще одна планета. Дослідження орбіт транснептунових невеликих тіл показало, що вони побудовані деяким невипадковим чином. Серед різних гіпотез була висловлена ​​ідея існування ще одного тіла з масою в кілька разів більшою за масу Землі, яке знаходиться набагато далі, ніж інші планети — наприклад, разів у десять далі за Нептун.

Далекі планети важко вивчати з технічного погляду просто тому, що сонячна енергія перестає бути можливим джерелом енергії для апарату. Вже за орбітою Юпітера сонячні батареї виявляються неефективними. І навіть дослідження Сатурна мають супроводжуватися використанням ядерних джерел живлення на борту, як це було із запуском супутника «Кассіні». На ньому, наприклад, було встановлено ядерне джерело енергії, і у зв’язку з цим дуже активно обговорювалася можливість аварії під час запуску — якою буде радіаційна обстановка, якщо ракета з супутником зазнає аварії десь поблизу Землі.

Церера та Плутон – карликові планети

Найімовірніше, дев’ята планета стане останнім великим об’єктом у Сонячній системі. Хоча з її вивчення періодично відкривалися тіла, які отримували статус планет. Перший такий випадок стався, коли було відкрито астероїд. Він отримав назву Церера та статус планети між Марсом та Юпітером. Але незабаром люди почали відкривати інші астероїди, і Цереру «розжалували».

Потім було відкрито Плутон – об’єкт за орбітою Нептуна. І він набув статусу планети. Багато хто з нас виріс з усвідомленням, що в Сонячній системі дев’ять планет. Але коли в 1990-і роки почали відкривати занептунові тіла, з’ясувалося, що Плутон так само, як Церера, не самотній. Поряд із ним на дуже схожих орбітах звертається навколо Сонця велика кількість тіл. Внаслідок довгих дискусій Плутон теж був «розжалований» із планет. Щоправда, заради нього було запроваджено спеціальний статус – карликова планета.

Океан Європи як «первинний бульйон»

Якщо Марс нам більше не є світом, що кишить життям, чи є взагалі в Сонячній системі місця, де життя присутнє? Найкращими кандидатами на роль населених об’єктів виступають супутники планет-гігантів. Це кілька об’єктів, на яких існує океан із звичайної води, вкритий товстою кіркою льоду. Саме вона захищає океан від випаровування. У вчених є серйозні підозри, що якщо взяти велику банку з водою і залишити її на кілька мільярдів років, то там цілком може завестися якесь життя.

Таких об’єктів у Сонячній системі три. Але найкращим кандидатом є Європа – супутник Юпітера. Європа цікава тим, що океан на ній іноді пробивається назовні, тобто кірку льоду навіть не доведеться бурити. Потрібно за допомогою земних спостережень визначити положення недавніх викидів та посадити на поверхню апарат із біохімічною лабораторією на борту. Але це технічно дуже складне завдання. І, мабуть, вона може бути реалізована лише в наступному циклі вивчення Сонячної системи – наприкінці 2030-х років.

Сонячна система залишається невеликим шматочком космосу, доступним для наших прямих досліджень. У найближчому майбутньому людина зможе дістатися Марса, потім долетіти до супутників планет-гігантів або до астероїдів. Але навряд чи в цьому є велике значення, оскільки дані простіше отримувати за допомогою автоматичних станцій та роботів. Полетіти на іншу планету дуже романтично, але поки що нам краще займатися рідною планетою, а освоєння Сонячної системи продовжувати за допомогою технологічних пристроїв.