У давньогрецькій філософії космос протиставлявся хаосу - безладдя, сліпому нагоди. Для древніх греків поняття порядку і краси були тісно пов'язані. Антична космологія була, перш за все, красивою: небесні тіла вважалися вправленими, як дорогоцінні камені, в кришталеві сфери, які видавали при своєму обертанні прекрасні музичні звуки. Закони природи, на їхню думку, повинні були задовольняти, перш за все, естетичним вимогам. Така точка зору довго трималася в філософії і науці. Недарма навіть Коперник (1473-1543), творець геліоцентричної системи світу, вважав, що орбіти планет повинні бути круговими лише тому, що коло гарніше еліпса.
Надалі космосом стали називати весь Всесвіт, включаючи не тільки світ небесних світил, але і Землю. В даний час під космосом розуміють Всесвіт, що розглядається як щось єдине, що підкоряється загальним законам. Звідси походить назва космології - науки про закони будови і розвитку Всесвіту як цілого.
Слово «космос» має ще одне значення, пов'язане зі здійсненням давньої мрії людства про космічні польоти. У сучасному розумінні космос (точніше космічний простір) є все, що знаходиться за межами Землі і її атмосфери. Найближча і найбільш доступна дослідженню область космічного простору - навколоземний простір.
Основними структурними одиницями у Всесвіті є грандіозні зоряні системи - галактики. Однією з таких систем є наша Галактика - зоряна система, до якої належить Сонце. Вона містить 100-200млрд. зірок.
Відстані до зірок і інших далеких об'єктів Всесвіту настільки великі, що для їх вимірювання застосовують спеціальну одиницю довжини, своєрідний «космічний метр», званий світловим роком.
Світловий рік - це відстань, яку світло проходить за рік зі швидкістю 300 000 км / с. Він становить близько 10 тисяч млрд. Км, тобто 10 12 км. Світло від Сонця доходить до Землі за 8,5мін. Світло від найближчої до нас зірки Альфа Центавра - за 4,3 світлових роки. Переважна більшість зірок перебувають від Землі і одна від одної на значно більших відстанях.
Сонце - звичайна зірка Всесвіту. Швидкість руху Сонця навколо центру нашої Галактики становить близько 300км / сек. Його унікальність для земного спостерігача полягає в тому, що це найближча до нас зірка, єдина поки зірка, поверхня якої можливо піддати детальному вивченню. Сонце являє собою плазмова куля радіусом, рівним 6,96 × 10 10 см, що в 109 разів більше екваторіального радіуса Землі, масою, яка дорівнює 1,99 × 10 33 р що в 333 000 разів більша за масу Землі. У Сонці зосереджено 99,866% маси сонячної системи. Середня щільність сонячної речовини дорівнює 1,41г / см 3. що становить 0,256 середньої щільності Землі. Прискорення вільного падіння на рівні видимої поверхні Сонця g = 2,74 × 10 4 см / с 2. тобто в 28 разів більше, ніж на поверхні Землі. Світність Сонця »3,86 × 10 33 ерг / сек. Основним джерелом енергії Сонця є термоядерні реакції. У центральній області Сонця температура сягає 14 млн. Градусів.
Сонячна система складається з планет зі своїми супутниками, астероїдів (малих планет), комет, дрібних метеорних тіл, космічного пилу, міжпланетного газу. Походження, еволюція, закони руху всіх цих тіл нерозривно пов'язані з центральним тілом системи - Сонцем. Сонячна система займає велику область простору, що простирається на відстань, що перевищує в 2 × 10 5 разів відстань від Сонця до Землі.
Для тіл Сонячної системи характерні дві ознаки. По-перше, повна механічна енергія таких тіл, що складається з позитивної кінетичної і негативною потенційної енергій, повинна бути негативною. При цьому умови тіло за рахунок своєї кінетичної енергії не може подолати сил сонячного тяжіння і безповоротно покинути Сонячну систему. По-друге, тіло, що належить Сонячній системі, має постійно перебувати в області переважаючого тяжіння Сонця. В іншому випадку вплив з боку інших зірок може збільшити його повну механічну енергію до позитивного значення, і тіло покине Сонячну систему.
1.2. Характеристики планет Сонячної системи
Перш за все, визначимо поняття «планета». В останні роки під словом планета розуміють тіло, що рухається навколо Сонця. До них відносяться і багато космічні апарати, зроблені руками людини і запущені навколо Сонця.
Великі космічні камені, що рухаються по замкнутих траєкторіях навколо Сонця, називають малими планетами або астероїдами. Велика частина їх знаходиться між орбітами Марса і Юпітера. Діаметри великих астероїдів досягають декількох сотень кілометрів (Церера - 768км, Паллада - 489км, Юнона - 193км, Веста - 385км), дрібних - декількох кілометрів.
Комети - це тіла Сонячної системи, що рухаються навколо Сонця по сильно витягнутих еліптичних орбітах. Вони складаються з невеликого ядра (кілька кілометрів в діаметрі) і дуже довгого хвоста, що тягнеться на тисячі і мільйони кілометрів, За довгий хвіст комети і отримали свою назву (в перекладі з грецької мови комета означає «довговолосий»).
У класичному розумінні планета - це космічне кулясте тіло з масою 10 17 -10 26 тонн. Тіла меншою маси залишаються твердими і зберігають свою форму як завгодно довго. Тіла з масою понад 10 17 кг мають властивість пластичності і з плином часу набувають форми з найменшою площею поверхні, тобто кулясту. Якщо маса планети буде понад 10 26 тонн, то почнеться термоядерна реакція і планета перетвориться в маленьку зірку.
Всі планети Сонячної системи (Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон) за своїми розмірами поділяються на дві групи. Чотири найближчі до Сонця порівняно маленькі планети утворюють так звану групу Землі; наступні чотири гігантських планет становлять групу Юпітера; остання планета Плутон за деякими своїми властивостями не належить ні до однієї із зазначених груп. Існує багато гіпотез, які намагаються пояснити незвичайні властивості Плутона (відірвався супутник Нептуна, прибулець з міжзоряного простору і т. П.), Але поки ще ця планета залишається для нас загадкою. Положення Плутона розрахував американський астроном П. Ловелл (1855-1916) в 1914 р. а відкритий Плутон був тільки в 1930р. У табл.1 наведені характеристики планет Сонячної системи.
Порівняльні розміри Сонця і планет наведені на рис.1.1.
Рис.1.1. Порівняльні розміри Сонця і планет
Будова Сонячної системи має низку закономірностей, що вказують на спільне освіту всіх планет в єдиному процесі. Ці закономірності є такими:
· Рух усіх планет в одному напрямку по майже кругових орбітах, лежачих майже в одній площині;
· Обертання Сонця в тому ж напрямку навколо осі, майже перпендикулярній центральної площині планетної системи;
·
· Звернення в тому ж напрямку більшості супутників планет;
· Закономірне зростання відстаней планет від Сонця;
· Розподіл планет на дві групи, що відрізняються за масою, хімічним складом і кількістю супутників.
У 1755р. німецький філософ І. Кант (1724-1804) в своїй праці «Загальна природна історія і теорія неба» намагався пояснити однаковий характер руху планет формуванням їх з розсіяного речовини, що простягалася до кордонів сучасної планетної системи і обертаються навколо Сонця. Властивості, що приписувалися Кантом частинкам цього середовища, показують, що він мав на увазі пилова хмара.
У 1796р. французький астроном, математик і фізик П. Лаплас (1749-1827) висунув гіпотезу космогонії про освіту Сонця і всієї Сонячної системи з сжимающейся газової туманності. Згідно Лапласа, частина газового речовини відокремилася від центрального згустку під дією відцентрової сили (в результаті
Рис.1.2. Планети Сонячної системи
прискорення обертання в ході стиснення) і послужила матеріалом для утворення планет. І Кант, і Лаплас припускали утворення планет з розсіяної речовини і тому часто говорять про єдину гіпотезі Канта-Лапласа. Гіпотеза Лапласа довгий час володіла умами вчених, але труднощі, з якими вона зустрілася, зокрема з поясненням повільності сучасного обертання Сонця, змусила астрономів звернутися до інших гіпотез.
У 20-30гг. 20в. широкою популярністю користувалася космогонічна гіпотеза англійського астронома Д. Джинса (1877-1946), який вважав, що планети утворилися з речовини, вирваного з Сонця тяжінням пролетіла поблизу зірки. Однак в кінці 30-х рр. з'ясувалося, що гіпотеза Джинса не здатна пояснити величезні розміри планетної системи. Щоб вирвати речовина з Сонця, зірка повинна була пролетіти дуже близько від нього, а в такому разі ця речовина і виникли з нього планети повинні були б кружляти в безпосередньому сусідстві з Сонцем. Крім того, вирване речовина була б настільки гарячим, що розсіялося б в просторі, а не зібралося в планети. Після краху гіпотези Джинса планетна космогонія повернулася до класичних ідей Канта і Лапласа про утворення планет з розсіяної речовини.
У 1943р. російський вчений О.Ю. Шмідт (1891-1956) висунув ідею про акумуляцію планет з холодних твердих тіл. Спочатку Шмідт припускав, що ці тіла були захоплені Сонцем з міжзоряного середовища. Але потім було з'ясовано, що відмінності в масі і хімічний склад між групою близьких до Сонця планет і більш далеких планет-гігантів вказують на освіту їх в околицях Сонця з двох частин єдиного газово-пилової хмари: ближчою до Сонця частини, прогрітій його променями, і більш далекій холодній частині. На відміну від колишніх уявлень про утворення планет з розпечених газових згустків, Шмідт стверджував, що Земля спочатку була порівняно холодної.
У 50-х рр. стався поворот від «гарячих» гіпотез планетної космогонії до «холодним». В даний час є загальновизнаним, що планетна система утворилася з величезного газово-пилової хмари, що колись оточував Сонце. Земля і споріднені з нею планети акумулювалися з твердих тіл і частинок, а в акумуляції планет-гігантів (по крайней мере, Юпітера і Сатурна, що містять багато водню) брав участь, поряд з твердими тілами, також і газ. Акумуляція Землі тривала 10 7 -10 8 років, а акумуляція далеких від Сонця Урана і Нептуна, ймовірно, тривала ще більше.
Найшвидшим планетою Сонячної системи є Меркурій. Він обертається навколо Сонця з середньою швидкістю 172248 км / год, що в два рази більше швидкості обертання Землі. Така швидкість і той факт, що Меркурій розташований ближче до Сонця, ніж Земля, означає, що один рік на Меркурії (час його повного оберту навколо Сонця) становить всього 87,99 днів, або приблизно 3 місяці.
Земля обертається навколо Сонця по дуже слабо витягнутому еліпсу зі швидкістю 29,5 км / сек. Велика піввісь земної орбіти, прийнята за астрономічну одиницю довжини, дорівнює 149 597 870 ± 1,6км. Таке середня відстань від Землі до Сонця (в перигелії воно на 5 000 000км менше, ніж в афелії). Сила тяжіння Сонця, утримує Землю на орбіті, складає
3,6 × 10 21 кг. Вона могла б розірвати трос діаметром в 3 000км.
Астрономія (від латинського слова «Astrum»), розглядає Землю глобально і цілісно як одну з планет у Всесвіті.