Солнечная система, Солнце и солнечная активность

Семейство Солнца

Солнечная система — Солнце и совокупность связанных с ним тяготением планет, их спутников и малых тел. По удалению от Солнца восемь планет следуют так: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Планеты светят преимущественно отражённым солнечным светом, а Солнце излучает за счёт внутренних источников энергии.

Меркурий, Венера, Земля и Марс относятся к планетам земной группы: у них твёрдая поверхность и сравнительно высокая средняя плотность. Юпитер и Сатурн — газовые гиганты, Уран и Нептун — ледяные гиганты; слово «ледяные» описывает состав, а не обещает твёрдую ледяную поверхность. Спутник обращается вокруг планеты или другого малого тела. Карликовые планеты, астероиды и кометы не следует смешивать с восемью большими планетами.

Между орбитами Марса и Юпитера находится главный пояс астероидов, за Нептуном — область множества ледяных тел. Комета при приближении к Солнцу может образовать газовую оболочку и хвосты; ионный хвост направлен преимущественно от Солнца под действием солнечного ветра. Метеор — световое явление в атмосфере, а метеорит — часть космического тела, достигшая поверхности.

Планеты пронумерованы от Меркурия до Нептуна; первые четыре находятся в верхнем ряду, гиганты в нижнем. Масштабы условны.

Орбиты и расстояния

Орбита планеты в приближении двух тел — эллипс с Солнцем в одном фокусе. По второму закону Кеплера радиус-вектор за равные времена описывает равные площади: ближе к Солнцу планета движется быстрее. Для планет с массами намного меньше солнечной выполняется:

Здесь $T$ — период обращения, $a$ — большая полуось орбиты. Чем дальше планета, тем дольше её год. Астрономическая единица близка к расстоянию от Земли до Солнца и равна примерно $1,50\cdot 10^{11}\text{м}$. Это единица расстояния, как и световой год; световой год не является единицей времени.

Смена дня и ночи связана с вращением Земли, а сезонов — с наклоном её оси и обращением вокруг Солнца. Фазы Луны меняются при изменении видимой доли освещённой Солнцем поверхности. При солнечном затмении Луна закрывает Солнце для части земных наблюдателей, при лунном Луна проходит через тень Земли. Затмения происходят не каждый месяц из-за наклона лунной орбиты к земной.

Как устроено Солнце

Солнце состоит в основном из водорода и гелия и находится в состоянии плазмы. Главный источник энергии Солнца — термоядерное превращение водорода в гелий в его ядре. Небольшое уменьшение суммарной массы покоя при реакции соответствует энергии излучения и частиц, а не химическому горению.

В ядре температура порядка $1,5\cdot 10^7\text{К}$; энергия передаётся наружу через область лучистого переноса, затем в наружной части — конвекцией. Фотосфера — видимый слой с эффективной температурой около $5800\text{К}$, выше находятся хромосфера и разреженная корона. Рисунок слоёв показывает их порядок и функции; толщины и температуры не передают одной линейной шкалой.

Давление горячего вещества противодействует гравитационному сжатию. Если поступление энергии или структура меняются, звезда перестраивается: её размер и температура не обязаны оставаться постоянными на протяжении всей жизни. Поэтому настоящее Солнце рассматривают как один этап эволюции звезды солнечной массы.

Активность и Земля

Солнечные пятна — участки фотосферы с более низкой температурой и сильными магнитными полями; они выглядят тёмными на фоне более горячей поверхности. Вспышки сопровождаются выделением энергии в атмосфере Солнца, а выбросы корональной массы уносят плазму в межпланетное пространство. Эти явления связаны с магнитной активностью и могут сопровождать друг друга, но не являются одним событием.

Поток заряженных частиц от Солнца называют солнечным ветром. Возмущения могут влиять на магнитосферу Земли, полярные сияния, радиосвязь и космическую технику. Число пятен меняется с характерным циклом около одиннадцати лет, но отдельные события предсказывают по наблюдениям, а не по одному номеру года.

На Солнце нельзя смотреть через бинокль или телескоп без специальной исправной защиты, предназначенной для такого наблюдения: прибор концентрирует излучение. Затмение не делает наблюдение через обычное тёмное стекло безопасным. В школьной работе используют предусмотренную учителем проекцию или подходящее солнечное оборудование.

Явления на небе описывают с помощью небесной сферы и угловых координат. Движение по орбитам связывает эти наблюдения с законом тяготения.