SLUNEČNÍ SOUSTAVA

 

 

 

Zpět na obsah

Keplerovy zákony

Newtonův gravitační zákon

Kosmické rychlosti

Slunce

Sluneční soustava

Merkur

Venuše

Země

Mars

Jupiter

Saturn

Uran

Neptun

Pluto

Planetky

Komety

Pohyby Země

 

Sluneční soustavu tvoří Slunce (99,866 % hmotnosti celé sluneční soustavy) a všechna tělesa v jeho gravitačním poli.– 9 planet: Merkur, Venuše, Země, Mars, Jupiter, Saturn, Uran, Neptun, Pluto (mohou však existovat další) a měsíce těchto planet, planetky (asteroidy), komety, meteory, prachové a plynové částice meziplanetární látky, umělé družice a kosmické sondy a další tělesa.

(komety – /shluk menších těles, velikost několik km/ rozpad ® meteorické roje /zbytky komet, které vniknou do zemské atmosféry, zbrzdí se a rozžhaví – pozorujeme jako meteory /menší se vypaří, zbytky větších dopadnou na zemský povrch ® meteority).

Tělesa sluneční soustavy obvykle porovnáváme s parametry Země.

RZ = 6378 km          MZ = 5,98 × 1024 kg          rZ = 5520 kg × m–3

 

fyzikální zákony, kterými se řídí sluneční soustava

Keplerovy zákony

– zákony kinematické (popisují pohyb planet)

První Keplerův zákon:     

Planety se pohybují po elipsách málo odlišných od kružnic; v jejich společném ohnisku je Slunce.

Druhý Keplerův zákon:   

Plocha opsaná průvodičem planety (spojuje střed planety se středem Slunce) za jednotku času je vždy stejná. Důsledkem zákona je skutečnost, že pohyb planety po eliptické trajektorii kolem Slunce není rovnoměrný. V perihéliu P je rychlost planety největší, v aféliu A nejmenší.

Třetí Keplerův zákon:     

Poměr druhých mocnin oběžných dob dvou planet se rovná poměru třetích mocnin délek hlavních poloos jejich drah. Označíme-li oběžné doby dvou planet T1, T2 a jejich střední vzdálenosti od Slunce r1, r2, pak protože dráhy planet jsou málo odlišné od kružnic, přibližně platí

Þ lze vypočítat poměrné vzdálenosti planet od Slunce, známe-li jejich oběžné doby.

 

Newtonův gravitační zákon    

Dva hmotné body o hmotnosti m1, m2 se  navzájem přitahují gravitačními silami Fg, jejichž velikost je přímo úměrná druhé mocnině jejich vzdálenosti r. Platí tedy

kde gravitační konstanta k = 6,67 . 10–11 N × m2 × kg–2.

 

Kosmické rychlosti

1. kosmická rychlost (kruhová) 

– těleso se pohybuje po kruhové trajektorii kolem Země, vk = 7,9 km × s–1

Při větších rychlostech těleso přechází na pohyb kolem Země po elipse, a to až do rychlosti vp

2. kosmická rychlost (parabolická /úniková/)

Při rychlosti vp = 11,2 km × s–1 () se eliptická trajektorie mění na parabolickou a těleso se trvale vzdaluje od Země (je však v gravitačním poli Slunce)

 

3. kosmická rychlost

Po překročení rychlosti v = 16,7 km × s–1 těleso opouští sluneční soustavu.  

Pro lety ve vesmíru se využívá zákonu setrvačnosti a gravitace. Motory se používají jen při startu, brzdění a korekcích kurzu. Jinak družice letí setrvačností a pro zrychlení využívají gravitace planet → gravitační praky.

 

 

STAVBA SLUNEČNÍ SOUSTAVY

 

SLUNCE

Slunce se nachází asi 30 000 světelných let od středu Galaxie. Obíhá rychlostí 220 km/s a jeden oběh dokončí za 230 miliónů let. Zrodilo se před 5 miliardami let a bude trvat ještě asi 7 miliard let, než spálí zásoby vodíku ve středové oblasti a stane se červeným obrem, v jehož žáru zanikne sluneční soustava. Slunce je obyčejná hvězda tvořená hlavně vodíkem a heliem, ale pro život na Zemi má zásadní důležitost, neboť bez energie dodávané slunečním zářením by Země byla jen mrtvou mrazivou planetou. Slunce má  průměr 1 400 000 km (109x větší než Země), hmotnost má 330 000x větší než hmotnost Země a 745x větší než všech planet dohromady, průměrná  hustota činí 1410 kg/m3, v středové oblasti až 100 000 kg/m3. Povrchová teplota 5 700 kelvinů je zařazuje do spektrální třídy G, ve středové oblasti je teplota asi 15 miliónů kelvinů. Pozorovat můžeme jen sluneční atmosféru, která se skládá z nejníže ležící fotosféry, nad ní je chromosféra a koróna (viz též hvězdy). V těchto vrstvách se odehrávají bouřlivé děje, souhrnně nazývané sluneční činnost, které mají nemalý vliv na náš život.

Fotosféra je nejnižší, viditelná vrstva sluneční atmosféry, asi 250 km silná, která vydává většinu záření. Ve fotosféře pozorujeme granule, stoupavá oblaka žhavé plazmy o průměru 1 000 až 2 000 km, která za asi deset minut zchladnou a sestupují do nitra, kde se plazma znovu ohřeje a stoupá opět vzhůru.

Chromosféru, vrstvu skládající se z plynného vodíku a ležící nad fotosférou, za běžných okolností nevidíme. Pozorovatelná je pouze několik sekund za úplného zatmění Slunce, kdy Měsíc zakryje fotosféru. Září jako úzký červeně proužek (řecky chromos je barva).

Koróna, nejvyšší vrstva sluneční atmosféry, je rozsáhlá, neobyčejně řídká a teplá (2 milióny kelvinů). Na částicích které ji tvoří, se rozptyluje záření fotosféry. Můžeme ji pozorovat též během úplného zatmění Slunce, nebo speciálními dalekohledy (tzv. koronografy).

Sluneční skvrny jsou tmavší, chladnější (o 2000 kelvinů) oblasti ve fotosféře o průměru mnoha tisíc km, které existují několik hodin nebo i měsíců. Počet skvrn kolísá ze dne na den. Výrazně se mění v jedenáctiletém cyklu (sluneční  cyklus).  Velká  skvrna  se  skládá z umbry (tmavého jádra), obklopeného penumbrou (polostínem).

Spikule jsou výtrysky sluneční plazmy vystupující z chromosféry až do výše 20 000 km nad fotosféru. Existují jen několik málo minut a padají zpět. Každým okamžikem je na Slunci zhruba milión spikulí.

Protuberance jsou poměrně hustá a chladná (10 000 K) oblaka ve sluneční koróně. Představují nejkrásnější podívanou ve vesmíru.

Sluneční erupce je prudké zahřátí chromosféry a koróny provázené vyvržením velkého množství elektricky nabitých částic a vyzářením elektromagnetického záření. Souvisejí se slunečními skvrnami a mají velký vliv na pozemský život.

Sluneční vítr je proud elektricky nabitých částic unikajících z koróny rychlostí 300 – 900 km/s. Zemské magnetické pole chrání povrch Země a biosféru před ničivým slunečním větrem. V okolí pólů se částice slunečního větru dostávají do nižších, hustších vrstev atmosféry, kde ionizují  částice vzduchu a budí je k záření. To jsou známé polární záře.

 

SLUNEČNÍ SOUSTAVA

Sluneční soustava vznikala současně se Sluncem. Slunce se zrodilo z globule asi před pěti miliardami roků. Vlastní gravitace smršťovala prach a plyny, zahřívala je až do teplot, kdy se zapálila termonukleární reakce přeměňující vodík na helium. Ze zbylého materiálu obklopujícího Praslunce vznikla ostatní tělesa ve sluneční soustavě: planety, jejich měsíce, planetky, komety, meteoroidy různé velikosti.

Planety jsou tělesa, ve kterých se nespustila termonukleární reakce a která se tak nestala hvězdami. V současné době astronomové pozorují velké množství hvězd provázených planetární soustavou nebo obklopených diskem prachu a plynů (tzv. protoplanetární disk – jedna z fází vzniku soustavy).

Ze čtyř terestrických planet je nejblíže Slunci Merkur. Je proto obtížně pozorovatelný. Je to pustá a skalnatá planeta bez atmosféry. Teplota na straně přivrácené ke Slunci dosahuje 430 °C, na odvrácené -170 °C.

Venuše rotuje opačně než Slunce (retrográdní rotace), má hustou atmosféru převážně z CO2 s oblaky kapiček kyseliny sírové, která  zadržuje  množství  tepla  (skleníkový efekt), a má ze všech planet nejvyšší albedo (nejlépe odráží světlo), 0,76. Na pustém povrchu je teplota 470 °C. Při pozorování prochází fázemi jako Měsíc. Doba otočení kolem vlastní osy je delší než doba oběhu kolem Slunce.

Země je zatím jediná planeta ve vesmíru, o níž víme, že na ní je život. Před slunečním větrem a nebezpečným zářením ji chrání magnetosféra a atmosféra. život existuje pouze v úzké vrstvě při povrchu zvané biosféra. Dvě třetiny povrchu pokrývá voda. Země má jediného průvodce, Měsíc. Měsíc má se Zemí synchronní rotaci, je k ní natočen stále stejnou stranou. Měsíc nemá atmosféru a nejvýznačnějšími útvary na povrchu jsou světlé „pevniny“, tmavá moře (mare) a kruhové krátery po dopadech meteoritů. Teplota na povrchu za měsíčního dne dosahuje 117 °C, za noci je – 180 °C. Během jedné otočky kolem Země za 29,5 dne při pozorování ze Země projde fázemi (nov, první čtvrť, úplněk, poslední čtvrt). Občas prochází při úplňku stínem Země - nastane zatmění Měsíce. Naopak, dopadne-li v novu stín Měsíce na povrch Země, dochází k zatmění Slunce. Měsíc je první nebeské těleso, na něž vstoupili lidé.

Mars (rudá planeta – podle zabarvení) je nejvíce podobný Zemi, i když je značně menší. Má řídkou atmosféru složenou z CO2 a 3  % dusíku a atmosférický tlak stokrát menší než na Zemi. Nemá kyslík ani ozón – v současné době na povrchu život není. Kolem pólů se nacházejí oblasti ledu (CO2 a H20), polární čepičky, které během marťanského léta tají. Povrch je načervenalý (minerály železa) a najdeme na něm útvary, které byly v dávné minulosti vytvořeny tekoucí vodou (Valle Marineris). Na Marsu je nejvyšší sopka v celé sluneční soustavě, vysoká 24 km (Olympus Mons). Povrchová teplota se pohybuje od 0 do – 100 °C. Kolem Marsu obíhají dva malé měsíce, Phobos (strach) a Deimos (hrůza).

Vnější planety se od terestrických značně odlišují. Jsou od Slunce mnohem dále, kromě Pluta jsou také mnohokrát větší. Skládají se hlavně z vodíku, na povrchu plynného, pak následuje vrstva kapalného a pak pevného vodíku, který má vlastnosti kovu, a uprostřed leží kamenné jádro.

Jupiter je ze všech planet největší, jeho hmotnost je vyšší než všech ostatních dohromady. Vyzáří 2,7x více energie, než dostane ze Slunce. Získává ji gravitačním smršťováním a je příčinou bouřlivých dějů v atmosféře. V kovovém vodíku v nitru tečou mohutné elektrické proudy, které vytvářejí mohutnou magnetosféru zachycující částice slunečního větru (Jupiterovy radiační pásy). Atmosféra se člení do několika pásů o různě rychlé rotaci a teplotě a nejnápadnějším útvarem je Rudá skvrna, obrovský oblačný vír pozorovaný od 17. století. Jupiter má nejméně 16 měsíců, lo, Europu, Ganymeda (největší měsíc ve sluneční soustavě) a Callisto pozoroval už Galilei (galileovské měsíce), ostatní jsou mnohem menší a nejvzdálenější obíhají retrográdně (opačně než rotace Jupitera). Jupiter má kolem sebe prstence jako Saturn, ale nevýrazné.

Saturn se stavbou se podobá Jupiteru, ale je menší. Je to nejkrásnější planeta díky prstencům. Objevil je r. 1610 Galileo svým dalekohledem. Je to nespočetné množství malých částeček ledu a prachu uspořádaných do tenké vrstvy (asi 200 m) a obíhajících jako malinké družice kolem Saturna. Průměr prstenců je asi 600 000 km. Saturn má nejméně 24 měsíců, největší Titan o průměru 5150 km má rozsáhlou atmosféru. Jeho povrch je asi pokryt tekutými uhlovodíky. Biologové se domnívají, že na Titanu jsou možné primitivní formy života.

Uran objevil r. 1781 W. Herschel. Skládá se z jádra obklopeného ledem vytvořeným z vody, čpavku a metanu a atmosféry z vodíku a helia. Obíhá kolem něj 10 malých a 5 velkých měsíců téměř v jedné rovině kolmé k oběžné rovině Uranu. Rotační osa Uranu leží téměř v oběžné rovině, takže Uran se ve své dráze „valí“. Uran tak otáčí ke Slunci střídavě severní pól (od r. 1966 do r. 2007, t.j. na sev. pólu je den) a jižní pól (následujících 42 let, na sev. pólu je noc). Kolem Uranu se nachází též soustava prstenců.

Neptun byl vypočten z nepravidelností (čili poruch) v dráze Uranu. Neptun má podobnou stavbu jako Uran, v atmosféře je nejnápadnější Velká tmavá skvrna, systém atmosférických bouří o velikosti Země. Neptun má 8 měsíců, největší je Triton (průměr 2 270 km) s vlastní atmosférou.

Pluto byl vypočten z poruch Neptunovy dráhy. Je to malá ledová planeta, vzhledem k velikosti a blízkosti svého měsíce Charona spíše dvojplaneta. Má řídkou metanovou atmosféru. Má výstřední, excentrickou dráhu, takže ač je uváděn jako nejvzdálenější planeta, v určitém časovém intervalu se ocitá uvnitř dráhy Neptunu, který je pak nejvzdálenější planetou (právě teď od r. 1979 do r. 1999). Pro malý rozměr, velkou výstřednost a velký sklon dráhy k ekliptice ho astronomové považují za dvojitou planetku.

Planetky neboli asteroidy jsou menší nepravidelná (kromě největších) tělesa do průměru 1000 km, která obíhají většinou v pásu mezi Marsem a Jupiterem (planetkový pás), je jich asi 500 000. Některé však zabíhají až k Merkuru (Ikarus) a Chiron až k Saturnu. Zemskou dráhu křižuje asi 1000 malých planetek o rozměrech 100 m až 8 km. Představují nebezpečí, neboť srážka se Zemí by ohrozila život. Jde pravděpodobně o zbytky původních protoplanet (zárodků planet).

Komety jsou velké koule špinavého sněhu a ledu (jádro komety) o velikosti několika km až 20 km s pevným kamenným jadérkem. V sluneční soustavě je jich asi 2,5 miliónu a v rozsáhlém okolí sluneční soustavy se nachází tzv. Oortovo oblako komet, které jich obsahuje asi bilión. Čas od času některá kometa zamíří do sluneční soustavy. V blízkosti Slunce se z jádra začne jeho povrch odpařovat a vytváří se koma a dlouhý ohon, který působením slunečního větru míří od Slunce. Kometa každým průletem ztratí množství hmoty takže se po čase vyčerpá a ohon nevytváří. Komety, které jsou zachyceny gravitací Slunce a planet, obíhají po protáhlých eliptických drahách (krátkoperiodické za několik let, dlouhoperiodické za desítky až stovky let), ostatní proletí kolem Slunce jen jednou a uniknou. Nejznámější kometa je Halleyova kometa s oběžnou dobou 76 let.

Meteoroidní komplex tvoři mikroskopický prach až po tělesa o průměru několika desítek metrů, které obíhají kolem Slunce. Tato tělesa nazýváme meteoroidy. Dostanou-li se do zemské atmosféry, intenzívně se zahřejí a začnou zářit: pak jim říkáme meteor. Obzvlášť jasné meteory se nazývají bolid. Menší částice se vypaří, u velkých mohou jejich zbytky dopadnout na zem; to jsou meteority. V určitých obdobích se na obloze objevuje nezvykle mnoho meteorů, které jako by vyletovaly z jednoho bodu, radiantu. Tyto tzv. meteorické roje jsou pozůstatky dávno zaniklých komet.

Na planetách a jejich měsících, které mají řídkou nebo žádnou atmosféru, formovaly dopady meteoritů výrazně jejich povrch a vytvořily na něm mnoho kráterů. Sluneční záření rozptylující se na částicích meteoroidního komplexu vytváří zajímavé optické jevy. Fraunhoferova koróna vzniká rozptylem světla mezi Sluncem a Zemí. Zodiakální (zvířetníkové) světlo je světelný kužel viditelný u nás na jaře po západu slunce a na podzim před východem Slunce, který se zvedá podél zvířetníkových souhvězdí.

 

Pohyby Země

Země se otáčí kolem své osy (střídání dne a noci), obíhá kolem Slunce (střídání ročního dob), s celou sluneční soustavou obíhá kolem středu Galaxie.

Doba oběhu kolem Slunce je rok. Je dlouhý necelých 365, 25 dne. Hvězdný den je doba otočení kolem osy, tropický den je doba mezi dvěma vrcholy Slunce na obloze. Tropický den je 24 hodin, hvězdný den je o čtyři minuty kratší. Rozdíl je způsoben oběhem kolem Slunce, změnou polohy Země.

Zatmění Měsíce nastane, když za úplňku vstoupí Měsíc do stínu Země. Měsíční kotouč se zakrývá a tento jev je viditelný z celé přivrácené polokoule. Když se Měsíc v novu dostane mezi Zemi a Slunce, nastane zatmění Slunce. Zatmění Slunce lze pozorovat jen z oblastí, kam dopadá měsíční stín; jestliže Měsíc nezakrývá celý sluneční kotouč, nastane částečné zatmění Slunce.

Přitažlivost Měsíce a Slunce vyvolává na přivrácené a odvrácené straně přiliv. Otáčením Země kolem osy přílivová vlna opadá a nastává odliv. Jsou-li Měsíc a Slunce na jedné přímce, dochází ke skočnému přílivu (nejvyšší jednou za 14 dní), svírají-li pravý úhel, vzniká hluchý přiliv (nejnižší, v polovině mezi dvěma skočnými přílivy). Nejvyšší příliv je v zálivu Fundy na východu Kanady, až 16 m.

 

Zpět na začátek

Zpět na obsah

Zpět na hlavní stránku