Die beiden bedeutendsten Erfolge der klassischen Naturwissenschaft auf der Grundlage der Newtonschen Mechanik waren die fast erschöpfende Beschreibung der beobachteten Bewegung von Himmelskörpern und die Erklärung der aus Experimenten bekannten idealen Gasgesetze.

Keplers Gesetze. Anfangs wurde angenommen, dass die Erde stationär ist, und die Bewegung Himmelskörper schien sehr schwierig. Galileo war einer der ersten, der darauf hinwies, dass unser Planet keine Ausnahme bildet und sich auch um die Sonne bewegt. Dieses Konzept wurde eher angefeindet. Tycho Brahe beschloss, sich nicht an Diskussionen zu beteiligen, sondern direkte Messungen der Koordinaten von Körpern aufzunehmen himmlische Sphäre. Dem widmete er sein ganzes Leben, zog aber nicht nur keine Schlüsse aus seinen Beobachtungen, sondern veröffentlichte die Ergebnisse nicht einmal. Später gelangten Tychos Daten zu Kepler, der eine einfache Erklärung für die beobachteten komplexen Bahnen fand, indem er drei Bewegungsgesetze der Planeten (und der Erde) um die Sonne formulierte (Abb. 6_1):

1. Die Planeten bewegen sich auf elliptischen Bahnen, in deren einem Brennpunkt die Sonne steht.

2. Die Geschwindigkeit des Planeten ändert sich in der Weise, dass die von seinem Radius überstrichenen Flächen vektoriell z gleiche Intervalle Zeit sind gleich.

3. Die Umlaufzeiten der Planeten von Eins Sonnensystem und die großen Halbachsen ihrer Umlaufbahnen stehen in Beziehung zu:

Die komplexe Bewegung der Planeten auf der von der Erde aus beobachteten „Himmelskugel“ entstand laut Kepler durch die Addition dieser Planeten auf Ellipsenbahnen mit der Bewegung des Beobachters, der zusammen mit der Erde orbitale Bewegung um die Sonne und tägliche Rotation um die Planetenachse.

direkte Beweise täglicher Wechsel Die Erde war ein Experiment von Foucault, bei dem sich die Schwingungsebene eines Pendels relativ zur Oberfläche der rotierenden Erde drehte.

Gesetz der Schwerkraft. Keplers Gesetze haben die beobachtete Bewegung der Planeten perfekt beschrieben, aber die Gründe, die zu einer solchen Bewegung geführt haben, nicht offenbart (z der Himmelskörper selbst zur Harmonie). Newtons Gravitationstheorie zeigte die Ursache auf, die die Bewegung kosmischer Körper nach den Keplerschen Gesetzen bestimmte, richtig vorhersagte und die Merkmale ihrer Bewegung in mehr erklärte schwierige Fälle, ermöglichte es, viele Phänomene auf kosmischer und irdischer Ebene mit denselben Begriffen zu beschreiben (die Bewegung von Sternen in einem Galaxienhaufen und den Fall eines Apfels auf der Erdoberfläche).

Newton fand den richtigen Ausdruck für Erdanziehungskraft , die aus der Wechselwirkung zweier Punktkörper (Körper mit kleinen Abmessungen im Vergleich zum Abstand zwischen ihnen) entstehen:

(2)
,

was zusammen mit dem zweiten Hauptsatz, wenn die Masse des Planeten m groß ist weniger Masse Sterne M, führte zur Differentialgleichung

(3)
,

Zulassen einer analytischen Lösung. Ohne zusätzliche physikalische Ideen, rein mathematische Methoden Es ist in Mode, zu zeigen, dass unter geeigneten Anfangsbedingungen (hinreichend klein Anfangsabstand zum Stern und der Geschwindigkeit des Planeten) kosmischer Körper wird sich mitdrehen geschlossene, stabile elliptische Umlaufbahn in voll einverstanden mit den Keplerschen Gesetzen (insbesondere das zweite Keplersche Gesetz ist eine direkte Folge des Drehimpulserhaltungssatzes, der bei Gravitationswechselwirkungen erfüllt ist, da das Kraftmoment (2) immer relativ zum Massezentrum ist Null). Bei einer ausreichend hohen Anfangsgeschwindigkeit (ihr Wert hängt von der Masse des Sterns ab und Ausgangsposition) bewegt sich der kosmische Körper entlang einer hyperbolischen Flugbahn und entfernt sich schließlich vom Stern in eine unendliche Entfernung.

Eine wichtige Eigenschaft des Gravitationsgesetzes (2) ist seine Erhaltung mathematische Form im Fall von Gravitationswechselwirkung Unpunktkörper bei kugelsymmetrischer Verteilung ihrer Masse über das Volumen. In diesem Fall spielt der Abstand zwischen den Zentren dieser Körper die Rolle von R.

Bewegung von Himmelskörpern bei Störungen. Streng genommen sind die Keplerschen Gesetze nur bei Bewegung nur eines Körpers neben einem anderen genau erfüllt, was signifikante Auswirkungen hat größere Masse, sofern diese Körper kugelförmig sind. Bei geringfügigen Abweichungen von der Kugelform (z. B. kann sich ein Stern durch die Rotation etwas „abflachen“), ist die Umlaufbahn des Planeten nicht mehr geschlossen und wird zu einer Ellipse, die um den Stern präzediert.

Eine weitere häufige Störung ist Gravitationseinfluss Planeten von einem Sternensystem Gegenseitig. Keplersche Umlaufbahnen sind gegenüber schwachen Störungen stabil, d.h. nachdem der Planet den Aufprall eines nahe fliegenden Nachbarn erfahren hat, neigt er dazu, auf seine ursprüngliche Flugbahn zurückzukehren. Bei starken Störungen (Durchgang eines massiven Körpers in kurzer Entfernung) wird das Bewegungsproblem viel komplizierter und kann nicht analytisch gelöst werden. Numerische Berechnungen zeigen, dass in diesem Fall die Bahnen der Planeten keine Ellipsen mehr sind, sondern offene Kurven darstellen.

Nach Newtons drittem Gesetz wirkt von der Seite der Planeten eine Kraft auf den Stern. Im Fall von M>>m ist die Beschleunigung des Sterns vernachlässigbar klein und kann als stationär betrachtet werden. Bei Anwesenheit zweier Körper gleicher Masse, die zueinander angezogen werden, bewegt sich ihre stabile gemeinsame Bewegung in Ellipsenbahnen um eine gemeinsame Schwerpunkt . Es ist offensichtlich, dass sich ein massereicherer Körper auf einer Umlaufbahn mit kleinerem Radius bewegt. Bei Planeten, die sich um einen Stern bewegen, ist dieser Effekt kaum wahrnehmbar. Es wurden jedoch Systeme im Weltraum gefunden, die die beschriebene Bewegung ausführen - Doppelsterne . Eine numerische Berechnung der Bewegung der Planeten in einem Doppelsternsystem zeigt, dass ihre Bahnen im Wesentlichen nicht stationär sind, die Entfernung vom Planeten zu den Sternen variiert schnell über einen sehr weiten Bereich. Das Unvermeidliche schnelle Veränderung Das Klima auf den Planeten macht die Möglichkeit der biologischen Evolution sehr problematisch. Noch weniger wahrscheinlich ist die Entstehung technischer Zivilisationen auf den Planeten der Systeme Doppelsterne, da die komplexe nichtperiodische Bewegung der Planeten zu einer schwer zu entziffernden, beobachtbaren Bewegung von Körpern auf der „Himmelskugel“ führt, was die Formulierung der Keplerschen Gesetze und in der Folge die Entwicklung erheblich erschwert klassische Mechanik(Abb. 6_2).

Die Struktur des Sonnensystems. Es ist bekannt, dass der Großteil des Sonnensystems (etwa 99,8%) nur auf ihn fällt Stern - Die Sonne. Gesamtgewicht Planeten beträgt nur 0,13 % der Gesamtmenge. Auf anderen Körpern des Systems (Kometen, Planetensatelliten, Asteroiden u meteoritische Substanz) macht nur 0,0003 % der Masse aus. Aus den obigen Zahlen folgt, dass die Keplerschen Gesetze für die Bewegung der Planeten in unserem System sehr gut ausgeführt werden müssen. Signifikante Abweichungen von elliptischen Bahnen können nur bei einem nahen (im Vergleich zur Entfernung zur Sonne) Vorbeiflug an einem der Planeten auftreten: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun oder Pluto (dies ist besonders für den massereichsten der Planeten - Jupiter). Es waren Beobachtungen der Störung der Umlaufbahn von Neptun, die es ermöglichten, Pluto - den am weitesten entfernten - vorherzusagen und dann zu entdecken bekannte Planeten unser System.

Das Newtonsche Gravitationsgesetz und die Keplerschen Gesetze ermöglichen es, die Größe der Planetenbahnen mit den Rotationsperioden in Beziehung zu setzen, aber sie erlauben uns nicht, die Bahnen selbst zu berechnen. Bereits im 18. Jahrhundert wurde eine empirische Formel für die Radien der Umlaufbahnen der Planeten des Sonnensystems vorgeschlagen:

wo ist der Radius der Erdumlaufbahn. Anders als die Keplerschen Gesetze folgt die Beziehung (4) in keiner Weise aus den Newtonschen Gesetzen und hat noch keine theoretische Begründung erhalten, obwohl die Bahnen aller derzeit bekannten Planeten durch diese Formel zufriedenstellend beschrieben werden. Einzige Ausnahme ist der Wert n=3, für die es keinen Planeten in der berechneten Umlaufbahn gibt. Stattdessen wurde es gefunden Asteroidengürtel - kleine Körper im planetaren Maßstab unregelmäßige Form. Empirische Gesetzmäßigkeiten, die nicht durch bestehende Theorien gestützt werden, können in der Forschung eine positive Rolle spielen, da sie auch reflektieren objektive Realität(vielleicht nicht ganz genau und sogar etwas verzerrt).

Die Hypothese des bereits existierenden fünften Planeten Phaethon schien attraktiv, wurde jedoch durch die enorme Anziehungskraft seines massiven Nachbarn Jupiter in Stücke gerissen quantitative Analyse Bewegung des Planeten - der Riese zeigte das Scheitern dieser Annahme. Anscheinend kann das genannte Problem nur auf der Grundlage einer vollständigen Theorie über die Entstehung und Entwicklung der Planeten des Sonnensystems gelöst werden, die es noch nicht gibt. Eine sehr attraktive Theorie über den gemeinsamen Ursprung von Sonne und Planeten aus einer einzigen Gaswolke, komprimiert unter der Wirkung von Gravitationskräfte, steht im Widerspruch zu der beobachteten Ungleichverteilung Drehmoment(Impuls) zwischen dem Stern und den Planeten. Modelle der Entstehung von Planeten als Ergebnis des gravitativen Einfangens von Körpern aus dem fernen Weltraum durch die Sonne, die Auswirkungen der Explosion von Supernovae werden diskutiert. In den meisten „Szenarien“ für die Entwicklung des Sonnensystems ist die Existenz des Asteroidengürtels irgendwie mit seiner Nähe zum Asteroidengürtel verbunden massiver Planet Systeme.

Die derzeit bekannten Eigenschaften der Planeten des Sonnensystems erlauben es uns, sie in zwei Gruppen zu unterteilen. Die ersten vier Planeten terrestrische Gruppe gekennzeichnet durch relativ kleine Massen und hohe Dichten die Stoffe, aus denen sie bestehen. Sie bestehen aus einem geschmolzenen Eisenkern, der von einer Silikathülle – der Rinde – umgeben ist. Die Planeten haben gasförmige Atmosphären. Ihre Temperaturen werden hauptsächlich durch den Abstand zur Sonne bestimmt und nehmen mit deren Zunahme ab. Beginnend mit Jupiter Gruppe von Riesenplaneten hauptsächlich aus leichten Elementen (Wasserstoff und Helium), deren Druck in innere Schichten steigt aufgrund der Gravitationskompression auf enorme Werte an. Infolgedessen gehen die Gase, wenn sie sich dem Zentrum nähern, allmählich in einen flüssigen und möglicherweise in einen festen Zustand über. Es wird davon ausgegangen, dass in zentrale Regionen Druck ist so groß, dass Wasserstoff vorhanden ist Metallphase, die selbst unter Laborbedingungen noch nicht auf der Erde beobachtet wurde. Die Planeten der zweiten Gruppe haben eine große Anzahl von Satelliten. Beim Saturn ist ihre Zahl so groß, dass der Planet bei ungenügender Vergrößerung von einem System durchgehender Ringe umgeben zu sein scheint (Abb. 6_3).

Das Problem der Existenz von Leben auf anderen Planeten weckt nach wie vor ein gesteigertes Interesse in den wissenschaftsnahen Bereichen. Derzeit kann mit hinreichender Sicherheit festgestellt werden, dass in den der modernen naturwissenschaft bekannten proteinformen existiert auf den planeten des sonnensystems (natürlich mit ausnahme der erde) kein leben. Der Grund dafür liegt in erster Linie in der Kleinheit des physikalisch-chemischen Bereichs von Bedingungen, die die Möglichkeit der Existenz ermöglichen organische Moleküle und der Verlauf lebenswichtiger chemischer Reaktionen mit ihrer Teilnahme (nicht zu hoch und niedrige Temperaturen, enger Druckbereich, Vorhandensein von Sauerstoff usw.). Der einzige Planet neben der Erde, dessen Bedingungen der Möglichkeit der Existenz von Proteinleben nicht eindeutig widersprechen, ist der Mars. Allerdings ausreichend detaillierte Untersuchungen seiner Oberfläche mit interplanetare Stationen„Mars“, „Marioner“ und „Viking“ zeigten, dass Leben auf diesen Planeten nicht einmal in Form von Mikroorganismen existiert (Abb. 6_4).

Was die Frage der Existenz von Nicht-Protein-Formen außerirdischen Lebens betrifft, so sollte ihrer ernsthaften Diskussion eine strenge Formulierung des allgemeinsten Lebensbegriffs vorausgehen, aber dieses Problem hat noch keine allgemein akzeptierte zufriedenstellende Lösung erhalten. (Man hat den Eindruck, dass die Entdeckung von Lebensformen, die sich deutlich von unserer üblichen Vorstellung unterscheiden, in der nicht-wissenschaftlichen Öffentlichkeit überhaupt kein nennenswertes Interesse wecken könnte. Es ist nicht sehr schwer, sich die Schaffung von Computerviren vorzustellen, die sich replizieren können Netzwerken und weiterentwickeln können, ist eine gesellschaftliche Reaktion darauf viel schwieriger vorstellbar, als der Ärger von Nutzern, die Programme verloren haben).

Über die Natur der Gravitationskräfte. Newtonsches Gesetz Schwere Es bezieht sich auf Grundgesetze klassische Naturwissenschaft. Die methodische Schwäche von Newtons Konzept war seine Weigerung, die Mechanismen zu diskutieren, die zur Entstehung von Gravitationskräften führen („Ich erfinde keine Hypothesen“). Nach Newton wurde immer wieder versucht, eine Gravitationstheorie aufzustellen. Die überwiegende Mehrheit der Ansätze ist mit den sogenannten verbunden hydrodynamische Gravitationsmodelle , die versuchen, die Entstehung von Gravitationskräften durch mechanische Wechselwirkungen massiver Körper mit einer Zwischensubstanz zu erklären, der der eine oder andere Name zugeschrieben wird: „Äther“, „Gravitonenfluss“, „Vakuum“ usw. Anziehung zwischen Körpern entsteht durch Verdünnung des Mediums, die entweder auftritt, wenn es von massiven Körpern absorbiert wird oder wenn seine Ströme von ihnen abgeschirmt werden. Alle diese Theorien haben einen wesentlichen gemeinsamen Nachteil: Wenn sie die Abhängigkeit der Kraft vom Abstand korrekt vorhersagen (2), führen sie unweigerlich zu einem weiteren nicht beobachtbaren Effekt: der Verzögerung von Körpern, die sich relativ zur eingeführten Substanz bewegen.

Ein bedeutender neuer Schritt in der Entwicklung des Konzepts der Gravitationswechselwirkung wurde von A. Einstein gemacht, der es geschaffen hat generelle Relativität .

Alles Kosmogonische Hypothesen lassen sich in mehrere Gruppen einteilen. Einer von ihnen zufolge wurden die Sonne und alle Körper des Sonnensystems - Planeten, Satelliten, Asteroiden, Kometen und Meteoroiden - aus einer einzigen Gas- und Staubwolke oder Staubwolke gebildet. Nach dem zweiten haben die Sonne und ihre Familie verschiedene Ursprünge, so dass die Sonne aus einer Gas- und Staubwolke (Nebel, Kügelchen) gebildet wurde und der Rest der Himmelskörper des Sonnensystems - aus einer anderen Wolke, die auf nicht ganz klare Weise von der Sonne in ihre Umlaufbahn eingefangen wurde und in einigen, noch mehr in einer unverständlichen Weise für viele der meisten getrennt verschiedene Körper(Planeten, ihre Trabanten, Asteroiden, Kometen und Meteoroiden) am meisten haben verschiedene Eigenschaften: Masse, Dichte, Exzentrizität, Bahnrichtung und Rotationsrichtung um ihre Achse, Neigung der Bahn zur Äquatorebene (oder Ekliptik) der Sonne und Neigung der Äquatorebene zur Sonnenebene Orbit.
Neun große Planeten drehen sich in Ellipsen (etwas anders als Kreise) in fast derselben Ebene um die Sonne. In der Reihenfolge der Entfernung von der Sonne sind dies: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun und Pluto. Darüber hinaus gibt es im Sonnensystem viele kleine Planeten (Asteroiden), von denen sich die meisten zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter bewegen. Der Raum zwischen den Planeten ist mit extrem verdünntem Gas gefüllt und Weltraumstaub. Es wird von elektromagnetischer Strahlung durchdrungen.
Sonne 109 mal mehr Erde im Durchmesser und etwa 333.000 Mal massiver als die Erde. Die Masse aller Planeten beträgt nur etwa 0,1 % der Masse der Sonne, sodass sie durch ihre Anziehungskraft die Bewegung aller Mitglieder des Sonnensystems steuert.

Konfiguration und Sichtbarkeitsbedingungen von Planeten

Die Konfigurationen der Planeten werden als etwas charakteristischer bezeichnet gegenseitige Absprachen Planeten, Erde und Sonne.
Die Bedingungen für die Sichtbarkeit von Planeten von der Erde aus unterscheiden sich stark für die inneren Planeten (Venus und Merkur), deren Bahnen innerhalb der Erdbahn liegen, und für die äußeren Planeten (alle anderen).
Der innere Planet kann sich zwischen Erde und Sonne oder hinter der Sonne befinden. In solchen Positionen ist der Planet unsichtbar, da er in den Strahlen der Sonne verloren geht. Diese Positionen werden Konjunktionen des Planeten mit der Sonne genannt. Bei der unteren Konjunktion ist der Planet der Erde am nächsten und bei der oberen Konjunktion am weitesten von uns entfernt.

Synodische Perioden planetarer Revolution und ihre Beziehung zu siderischen Perioden

Die Umlaufzeit der Planeten um die Sonne im Verhältnis zu den Sternen wird als Sternen- oder Sternzeit bezeichnet.
Wie näherer Planet zur Sonne, desto linearer und Winkelgeschwindigkeit und eine kürzere siderische Umlaufzeit um die Sonne.
Aus direkten Beobachtungen wird jedoch nicht die siderische Periode der Planetenumdrehung bestimmt, sondern das Zeitintervall, das zwischen seinen zwei aufeinanderfolgenden gleichnamigen Konfigurationen verläuft, beispielsweise zwischen zwei serielle Verbindungen(Gegensätze). Diese Periode wird synodische Periode genannt. Nachdem die synodischen Perioden aus Beobachtungen bestimmt wurden, werden die Sternperioden der Planeten durch Berechnung gefunden.
Die synodische Periode des äußeren Planeten ist die Zeitspanne, nach der die Erde den Planeten um 360 ° überholt, während sie sich um die Sonne bewegen.

Keplers Gesetze

Das Verdienst, die Gesetze der Planetenbewegung entdeckt zu haben, gehört dem herausragenden deutschen Wissenschaftler Johannes Kepler(1571-1630). BEIM Anfang XVII in. Kepler, der die Zirkulation des Mars um die Sonne untersuchte, stellte drei Gesetze der Planetenbewegung auf.

Keplers erstes Gesetz . Jeder Planet dreht sich in einer Ellipse mit der Sonne in einem ihrer Brennpunkte.

Keplers zweites Gesetz (Recht der Flächen). Der Radius-Vektor des Planeten für gleiche Zeitintervalle beschreibt gleiche Flächen.

Keplers drittes Gesetz . Die Quadrate der Sternenperioden der Planeten verhalten sich wie die Kuben der großen Halbachsen ihrer Bahnen.

Die durchschnittliche Entfernung aller Planeten von der Sonne in astronomischen Einheiten lässt sich mit Hilfe des dritten Keplerschen Gesetzes berechnen. Hat man die durchschnittliche Entfernung der Erde von der Sonne (also den Wert von 1 AE) in Kilometern ermittelt, findet man in diesen Einheiten die Entfernungen zu allen Planeten des Sonnensystems.Die große Halbachse der Erdumlaufbahn ist Genommen als astronomische Einheit Distanzen (=1 a.e.)
Die klassische Methode zur Bestimmung von Distanzen war und ist die goniometrische geometrische Methode. Sie bestimmen die Entfernungen zu fernen Sternen, auf die die Radarmethode nicht anwendbar ist. Die geometrische Methode basiert auf dem Phänomen Parallaxenverschiebung.

Parallaktische Verschiebung ist eine Richtungsänderung zu einem Objekt, wenn sich der Beobachter bewegt..

BEISPIEL FÜR DIE LÖSUNG DES PROBLEMS

Aufgabe. Die Oppositionen einiger Planeten werden durch 2 Jahre wiederholt. Was ist die große Halbachse seiner Umlaufbahn?

Gegeben	ENTSCHEIDUNG Die große Halbachse der Umlaufbahn kann aus dem dritten Keplerschen Gesetz bestimmt werden: , und die Sternzeit - aus dem Verhältnis zwischen Stern- und Synodenzeit: ,
- ?

Größe und Form der Erde

Auf Fotos, die aus dem Weltraum aufgenommen wurden, sieht die Erde aus wie eine Kugel, die von der Sonne beleuchtet wird.
Die genaue Antwort über die Form und Größe der Erde wird gegeben Grad Messungen, d. h. Messungen in Kilometern der Länge eines Bogens von 1 ° an verschiedenen Orten auf der Erdoberfläche. Gradmessungen haben gezeigt, dass die Länge des 1°-Bogens des Meridians in Kilometern in der Polarregion am größten ist (111,7 km), und am Äquator am kleinsten (110,6 km). Daher ist die Krümmung der Erdoberfläche am Äquator stärker als an den Polen, was darauf hindeutet, dass die Erde keine Kugel ist. Der Äquatorradius der Erde ist um 21,4 km größer als der Polarradius. Daher wird die Erde (wie andere Planeten) aufgrund der Rotation an den Polen zusammengedrückt.
Eine Kugel von der Größe unseres Planeten hat einen Radius von 6370 km. Dieser Wert wird als Radius der Erde angesehen.
Der Winkel, in dem der Erdradius senkrecht zur Sichtlinie gesehen wird, wird als horizontale Parallaxe bezeichnet.

Masse und Dichte der Erde

Das Gesetz der universellen Gravitation ermöglicht es Ihnen, eines davon zu bestimmen die wichtigsten Eigenschaften Himmelskörper - die Masse, insbesondere die Masse unseres Planeten. Tatsächlich basiert die Beschleunigung auf dem Gesetz der universellen Gravitation freier Fall g=(G*M)/r2. Wenn also die Werte der Beschleunigung des freien Falls, der Gravitationskonstante und des Radius der Erde bekannt sind, kann ihre Masse bestimmt werden.
Einwechseln die angegebene Formel Wert g \u003d 9,8 m / s 2, G \u003d 6,67 * 10 -11 N * m 2 / kg 2,

R \u003d 6370 km stellen wir fest, dass die Masse der Erde M \u003d 6 x 10 24 kg beträgt. Wenn wir die Masse und das Volumen der Erde kennen, können wir ihre durchschnittliche Dichte berechnen.

Seit der Antike beobachten die Menschen am Himmel solche Phänomene wie die scheinbare Rotation des Sternenhimmels, die Änderung der Mondphasen, Sonnenaufgang und Sonnenuntergang himmlische Körper, die scheinbare Bewegung der Sonne über den Himmel während des Tages, Sonnenfinsternisse, Änderung der Höhe der Sonne über dem Horizont im Laufe des Jahres, Mondfinsternisse. Es war klar, dass all diese Phänomene in erster Linie mit der Bewegung von Himmelskörpern zusammenhängen, deren Natur die Menschen mit Hilfe einfacher visueller Beobachtungen zu beschreiben versuchten, richtiges Verständnis und deren Erklärung sich im Laufe der Jahrhunderte entwickelt hat.

Zuerst schriftliche Referenzenüber Himmelskörper entstanden antikes Ägypten und Sumer. Die Alten unterschieden drei Arten von Körpern am Firmament des Himmels: Sterne, Planeten und "Schwanzsterne". Die Unterschiede ergeben sich nur aus Beobachtungen: Sterne bleiben ziemlich lange relativ zu anderen Sternen bewegungslos. Daher wurde angenommen, dass die Sterne auf der Himmelskugel "fixiert" seien. Wie wir heute wissen, „zeichnet“ jeder Stern aufgrund der Rotation der Erde einen Kreis am Himmel.

Die Planeten hingegen bewegen sich über den Himmel, und ihre Bewegung ist sichtbar bloßes Auge innerhalb von ein bis zwei Stunden. Sogar in Sumer wurden 5 Planeten gefunden und identifiziert: Merkur, Venus, Mars, Jupiter, Saturn. Für sie wurden die Sonne und der Mond dem Haufen hinzugefügt. Insgesamt: 7 Planeten. "Schwanz" Sterne des Kometen. Erschien selten, symbolisierte Probleme.

Keplersche Gesetze I. Jeder Planet bewegt sich auf einer Ellipse mit der Sonne in einem seiner Brennpunkte. II.(Gesetz gleiche Flächen). Der Radiusvektor des Planeten beschreibt gleiche Flächen in gleichen Zeitintervallen. III.Die Quadrate der Umlaufzeiten der Planeten um die Sonne sind proportional zu den Kuben der großen Halbachsen ihrer elliptischen Bahnen. Die drei Gesetze der Planetenbewegung relativ zur Sonne wurden Anfang des 17. Jahrhunderts vom deutschen Astronomen Johannes Kepler empirisch abgeleitet. Möglich wurde dies durch langjährige Beobachtungen des dänischen Astronomen Tycho Brahe.

Die am einfachsten sichtbare Bewegung der Planeten und der Sonne wird im Bezugsrahmen der Sonne beschrieben. Dieser Ansatz wurde aufgerufen heliozentrisches System Welt und wurde vom polnischen Astronomen Nicolaus Copernicus () vorgeschlagen. BEIM Antike und bis zu Kopernikus glaubte man, dass sich die Erde im Zentrum des Universums befindet und alle Himmelskörper auf komplexen Bahnen um sie herum kreisen. Dieses Weltsystem wird das geozentrische Weltsystem genannt.

Nach der Erkenntnis des revolutionären heliozentrischen Weltsystems von Kopernikus, nachdem Kepler die drei Bewegungsgesetze der Himmelskörper formuliert und jahrhundertealte naive Vorstellungen davon einfach zerstört hat Kreisel Planeten um die Erde, bewiesen durch Berechnungen und Beobachtungen, dass die Bahnen der Bewegung von Himmelskörpern nur elliptisch sein können, wurde schließlich klar, dass die scheinbare Bewegung der Planeten besteht aus: der Bewegung des Beobachters auf der Erdoberfläche Rotation der Erde um die Sonne eigene Bewegungen Himmelskörper

Die komplexe scheinbare Bewegung der Planeten in der Himmelssphäre ist auf die Umdrehung der Planeten des Sonnensystems um die Sonne zurückzuführen. Schon das Wort „Planet“ bedeutet im Altgriechischen „Wandern“ oder „Landstreicher“. Die Bahn eines Himmelskörpers wird als Umlaufbahn bezeichnet. Die Geschwindigkeiten der Planeten auf ihren Bahnen nehmen mit der Entfernung der Planeten von der Sonne ab. Die Art der Bewegung des Planeten hängt davon ab, zu welcher Gruppe er gehört. Daher werden die Planeten in Bezug auf die Umlaufbahn und die Sichtverhältnisse von der Erde aus in interne (Merkur, Venus) und externe (Mars, Saturn, Jupiter, Uranus, Neptun, Pluto) bzw. in Bezug auf unterteilt die Erdumlaufbahn, in untere und obere.

Die äußeren Planeten sind immer mit der von der Sonne beleuchteten Seite der Erde zugewandt. Die inneren Planeten ändern ihre Phasen wie der Mond. Der größte Winkelabstand eines Planeten von der Sonne wird Elongation genannt. Die größte Elongation bei Merkur beträgt 28°, bei Venus - 48°. In östlicher Verlängerung innerer Planet sichtbar im Westen, in den Strahlen der Abenddämmerung, kurz nach Sonnenuntergang. Abendliche (östliche) Elongation des Merkur Während der westlichen Elongation ist der innere Planet im Morgengrauen kurz vor Sonnenaufgang im Osten sichtbar. Die äußeren Planeten können einen beliebigen Winkelabstand zur Sonne haben.

Der Phasenwinkel des Planeten wird als Winkel zwischen dem von der Sonne auf den Planeten einfallenden Lichtstrahl und dem von ihm zum Beobachter reflektierten Strahl bezeichnet. Die Phasenwinkel von Merkur und Venus variieren von 0° bis 180°, sodass Merkur und Venus ihre Phasen genau wie der Mond ändern. Nahe der unteren Konjunktion haben beide Planeten die größten Winkelabmessungen, sehen aber wie schmale Halbmonde aus. Bei Phasenwinkel ψ = 90° wird die halbe Planetenscheibe beleuchtet, Phase φ = 0,5. In der oberen Konjunktion sind die unteren Planeten vollständig beleuchtet, aber von der Erde aus schlecht sichtbar, da sie sich hinter der Sonne befinden.

Da sich bei Beobachtungen von der Erde aus die Bewegung der Planeten um die Sonne auch der Bewegung der Erde auf ihrer Umlaufbahn überlagert, bewegen sich die Planeten am Himmel von Ost nach West ( direkte Bewegung), dann von Westen nach Osten ( zurückverfolgen). Momente der Richtungsänderung werden Stopps genannt. Wenn Sie diesen Pfad auf die Karte setzen, erhalten Sie eine Schleife. Die Größe der Schleife ist umso kleiner, je größer der Abstand zwischen dem Planeten und der Erde ist. Die Planeten beschreiben Schleifen und bewegen sich nicht nur in einer einzigen Linie hin und her, allein deshalb, weil die Ebenen ihrer Bahnen nicht mit der Ebene der Ekliptik zusammenfallen. Ein solch komplexer schleifenartiger Charakter wurde erstmals am Beispiel der Scheinbewegung der Venus bemerkt und beschrieben.

Es ist eine bekannte Tatsache, dass die Bewegung bestimmter Planeten von der Erde aus genau beobachtet werden kann bestimmte Zeit Jahr, dies liegt an ihrer zeitlichen Position am Sternenhimmel. Die charakteristischen gegenseitigen Anordnungen der Planeten relativ zu Sonne und Erde werden als Planetenkonfigurationen bezeichnet. Intern u äußeren Planeten sind unterschiedlich: bei den unteren Planeten sind es Konjunktionen und Elongationen (die größte Winkelabweichung der Planetenbahn von der Sonnenbahn), bei den oberen Planeten sind es Quadraturen, Konjunktionen und Oppositionen.

Wenn T die Erde ist, P 1 der innere Planet ist, S die Sonne ist, wird die himmlische Konjunktion als untere Konjunktion bezeichnet. Bei der „idealen“ unteren Konjunktion wandert Merkur oder Venus über die Sonnenscheibe. Wenn T die Erde ist, S die Sonne ist, P 1 Merkur oder Venus ist, wird das Phänomen eine obere Konjunktion genannt. Im „Idealfall“ ist der Planet von der Sonne bedeckt, die aufgrund der unvergleichlichen Helligkeitsunterschiede der Sterne natürlich nicht beobachtet werden kann. Für das Erde-Mond-Sonne-System tritt ein Neumond in der unteren Konjunktion und ein Vollmond in der oberen auf.

Bei ihrer Bewegung in der Himmelssphäre entfernen sich Merkur und Venus nie weit von der Sonne (Merkur ist nicht weiter als 18° 28°; Venus ist nicht weiter als 45° 48°) und können sich entweder östlich oder westlich davon befinden es. Der Moment der größten Winkelentfernung des Planeten östlich der Sonne wird als östliche oder abendliche Elongation bezeichnet; nach Westen durch westliche oder morgendliche Dehnung.

Lassen Sie uns die Konzepte von spezifisch einführen physikalische Quantitäten die Bewegung der Planeten charakterisieren und einige Berechnungen ermöglichen: volle Umdrehung um die Sonne in Bezug auf die Sterne. Die synodische Periode einer Planetenumdrehung ist das Zeitintervall S zwischen zwei aufeinanderfolgenden Konfigurationen gleichen Namens.

Verwendete Literatur: Verwendete Literatur: 1) D. Ya. Myakishev, B. V. Bukhovtsev. Physik Klasse 11: Lehrbuch. für Allgemeinbildung Institutionen 2) Internetquellen: planet/ page1.html

Von der Antike bis zum 15. Jahrhundert. Es wurde angenommen, dass die Erde bewegungslos ist und sich im Zentrum des Universums befindet. N. Copernicus und G. Galileo gehörten zu den ersten in der Neuzeit, die die Idee zum Ausdruck brachten, dass sich unser Planet um die Sonne dreht. Dieses Konzept stieß auf ziemliche Feindseligkeit: Galileo musste es auf Druck der Kirche sogar öffentlich aufgeben. Sehr wichtig für die zukünftige Entdeckung der Bewegungsgesetze waren die Beobachtungen von T. Brahe, der ihr sein ganzes Leben widmete.

Aus seinen Beobachtungen zog er jedoch keine Schlüsse. Später gelangten die Arbeiten von T. Brahe zu I. Kepler, der eine einfache Erklärung für die beobachteten komplexen Bahnen fand, indem er drei Gesetze der Planetenbewegung um die Sonne formulierte:

Die Planeten bewegen sich auf elliptischen Bahnen um die Sonne;
Planeten bewegen sich ungleichmäßig weiterer Planet von der Sonne kommt, desto langsamer bewegt sie sich und umgekehrt: Je näher sie der Sonne kommt, desto schneller bewegt sie sich;
die Umlaufzeiten der Planeten um die Sonne hängen von ihrer Entfernung von ihr ab: mehr ferne Planeten bewegen sich langsamer als diejenigen, die näher an der Sonne sind.

Keplers Gesetze beschrieben die beobachtete Bewegung der Planeten, enthüllten aber nicht die Ursachen, die zu einer solchen Bewegung führten. I. Newtons Gravitationstheorie hat die Ursache aufgezeigt, die die Bewegung kosmischer Körper nach den Keplerschen Gesetzen bestimmt, die Merkmale ihrer Bewegung richtig vorhergesagt und erklärt und es auch ermöglicht, Phänomene auf kosmischer und irdischer Ebene mit denselben Begriffen zu beschreiben. Newton fand den richtigen Ausdruck für die Gravitationskraft, die aus der Wechselwirkung von Körpern entsteht, und formulierte das Gesetz der universellen Gravitation: Zwischen zwei beliebigen Körpern gibt es eine Anziehungskraft, die proportional zum Produkt ihrer Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat ihrer Entfernung ist .

Genau erfüllt sind die Keplerschen Gesetze nur bei der Bewegung eines Körpers neben einem anderen, der eine viel größere Masse hat, und unter der Bedingung, dass diese Körper kugelförmig sind. Selbst bei geringfügigen Abweichungen von der Kugelform ist die Umlaufbahn des Planeten eine Ellipse, die um den Stern präzediert. Die Präzessionsgeschwindigkeit lässt sich anhand der Newtonschen Gesetze ziemlich genau berechnen und erweist sich für den sonnennächsten Planeten Merkur als maximal.

Nach Newtons drittem Gesetz wirkt von der Seite des Planeten eine Kraft auf den Stern. Wenn die Masse des Sterns viel größer ist als die Masse des Planeten, ist die Beschleunigung des Sterns vernachlässigbar und kann als stationär betrachtet werden. In Gegenwart von Körpern gleicher Masse, die zueinander angezogen werden, ist jedoch ihre stabile gemeinsame Bewegung möglich. gemeinsames Zentrum Gew. Bei der Bewegung von Planeten um einen Stern macht sich dieser Effekt kaum bemerkbar, jedoch wurden im Weltall Systeme entdeckt, die die beschriebene Bewegung ausführen, Doppelsterne.

Der Großteil des Sonnensystems – etwa 99,8 % – fällt auf die Sonne. Die Gesamtmasse der Planeten beträgt nur 0,13 % Totale Masse Sonnensystem. Aus diesen Zahlen folgt, dass die Keplerschen Gesetze für die Bewegung der Planeten in unserem System sehr genau zu beachten sind. Signifikante Abweichungen von elliptischen Bahnen können nur bei einem nahen Vorbeiflug an einem der Planeten auftreten: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus oder Neptun.

Das Newtonsche Gravitationsgesetz und die Keplerschen Gesetze ermöglichen es, die Größe der Planetenbahnen mit den Rotationsperioden in Beziehung zu setzen, aber sie erlauben uns nicht, die Bahnen selbst zu berechnen. Zurück im 18. Jahrhundert für die Bahnradien der Planeten des Sonnensystems wurde eine Formel vorgeschlagen: R n = (0,4 + 0,3 x 2 n) x R o , wobei n = 0, 1, 2, 3 ...; R o - Radius der Erdumlaufbahn. Anders als die Keplerschen Gesetze folgt dieses Verhältnis in keiner Weise aus den Newtonschen Gesetzen und hat noch keine theoretische Erklärung erhalten. Es ist möglich, dass dieses Verhältnis ist Zufall. Die Bahnen der heute bekannten Planeten werden jedoch durch diese Formel zufriedenstellend beschrieben. Einzige Ausnahme ist der Wert n = 3, bei dem sich kein Planet auf der errechneten Umlaufbahn befindet. Stattdessen wurde ein Gürtel aus Asteroiden entdeckt – unregelmäßig geformte Körper, klein im planetaren Maßstab.

Das Problem der Evolution des Sonnensystems. Derzeit gibt es keine bewiesene Theorie zur Entwicklung des Sonnensystems. Eine sehr attraktive Theorie des gemeinsamen Ursprungs von Sonne und Planeten aus einer einzigen Gaswolke, die unter der Wirkung von Gravitationskräften komprimiert wird, steht im Widerspruch zu der beobachteten ungleichmäßigen Verteilung des Drehmoments zwischen dem Stern und den Planeten. Modelle der Entstehung von Planeten als Folge des gravitativen Einfangens von Körpern aus dem fernen Weltraum durch die Sonne werden diskutiert.

Die derzeit bekannten Eigenschaften der Planeten des Sonnensystems erlauben es uns, sie in zwei Gruppen zu unterteilen. Die ersten vier Planeten terrestrische Gruppe zeichnen sich durch relativ kleine Massen und hohe Dichten ihrer Inhaltsstoffe aus. Sie bestehen aus einem geschmolzenen Eisenkern, der von einer Silikathülle – der Rinde – umgeben ist. Die Planeten haben gasförmige Atmosphären. Ihre Temperaturen werden hauptsächlich durch den Abstand zur Sonne bestimmt und nehmen mit deren Zunahme ab. Ausgehend von Jupiter besteht die Gruppe der Riesenplaneten hauptsächlich aus leichten Elementen - Wasserstoff und Helium. Während sie sich dem Zentrum des Planeten nähern, gehen Wasserstoff und Helium allmählich vom gasförmigen in den flüssigen und festen Zustand über.

Es wird vermutet, dass in den zentralen Regionen der Druck so hoch ist, dass Wasserstoff in einer metallischen Phase vorliegt, was auf der Erde auch unter Laborbedingungen noch nicht beobachtet wurde. Die Planeten der zweiten Gruppe haben eine große Anzahl Satelliten. Saturn hat so viele von ihnen, dass der Planet bei unzureichender Vergrößerung von einem System kontinuierlicher Ringe umgeben zu sein scheint.

Die beiden bedeutendsten Erfolge der klassischen Naturwissenschaft auf der Grundlage der Newtonschen Mechanik waren die fast erschöpfende Beschreibung der beobachteten Bewegung von Himmelskörpern und die Erklärung der aus Experimenten bekannten idealen Gasgesetze.

Keplers Gesetze.

Anfangs glaubte man, die Erde sei bewegungslos und die Bewegung von Himmelskörpern schien sehr kompliziert. Galileo war einer der ersten, der darauf hinwies, dass unser Planet keine Ausnahme bildet und sich auch um die Sonne bewegt. Dieses Konzept wurde eher angefeindet. Tycho Brahe beschloss, sich nicht an Diskussionen zu beteiligen, sondern direkte Messungen der Koordinaten von Körpern auf der Himmelskugel vorzunehmen. Dem widmete er sein ganzes Leben, zog aber nicht nur keine Schlüsse aus seinen Beobachtungen, sondern veröffentlichte die Ergebnisse nicht einmal. Später gelangten Tychos Daten zu Kepler, der eine einfache Erklärung für die beobachteten komplexen Bahnen fand, indem er drei Bewegungsgesetze der Planeten (und der Erde) um die Sonne formulierte (Abb. 6_1):

1. Die Planeten bewegen sich auf elliptischen Bahnen, in deren einem Brennpunkt die Sonne steht.

2. Die Geschwindigkeit des Planeten ändert sich so, dass die von seinem Radiusvektor überstrichenen Flächen für gleiche Zeiträume gleich groß werden.

3. Die Umlaufzeiten der Planeten eines Sonnensystems und große Achswellen Ihre Bahnen hängen zusammen durch:

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Die komplexe Bewegung der Planeten auf der von der Erde aus beobachteten „Himmelskugel“ entstand laut Kepler durch die Addition dieser Planeten in Ellipsenbahnen mit der Bewegung des Beobachters, der zusammen mit der Erde eine Umlaufbahn durchführt Bewegung um die Sonne und tägliche Rotation um die Achse des Planeten.

Direkter Beweis für die tägliche Rotation der Erde war ein Experiment von Foucault, bei dem sich die Schwingungsebene des Pendels relativ zur Oberfläche der rotierenden Erde drehte.

Das Gesetz der universellen Gravitation.

Keplers Gesetze haben die beobachtete Bewegung der Planeten perfekt beschrieben, aber die Gründe, die zu einer solchen Bewegung geführt haben, nicht offenbart (z der Himmelskörper selbst zur Harmonie). Newtons Gravitationstheorie wies auf die Ursache hin, die die Bewegung kosmischer Körper nach den Keplerschen Gesetzen bestimmt, richtig vorhergesagt und die Merkmale ihrer Bewegung in komplexeren Fällen erklärt, ermöglichte es, viele Phänomene auf kosmischer und irdischer Ebene mit denselben Begriffen zu beschreiben (die Bewegung von Sternen in einem Galaxienhaufen und der Fall eines Apfels auf der Erdoberfläche) .

Newton fand den richtigen Ausdruck für die Gravitationskraft, die aus der Wechselwirkung zweier Punktkörper (Körper mit kleinen Abmessungen im Vergleich zu ihrem Abstand) entsteht:

,

was zusammen mit dem zweiten Hauptsatz, wenn die Masse des Planeten m viel kleiner als die Masse des Sterns M ist, zur Differentialgleichung führte

,

Zulassen einer analytischen Lösung. Ohne zusätzliche einzubeziehen physikalische Vorstellungen, ist es in Mode, mit rein mathematischen Methoden zu zeigen, dass sich der kosmische Körper unter geeigneten Anfangsbedingungen (ausreichend kleiner Anfangsabstand zum Stern und Geschwindigkeit des Planeten) auf einer geschlossenen, stabilen Ellipsenbahn in voller Übereinstimmung mit den Keplerschen Gesetzen dreht ( insbesondere ist das zweite Keplersche Gesetz eine direkte Folge des Drehimpulserhaltungssatzes, der bei Gravitationswechselwirkungen erfüllt ist, da das Kraftmoment (2) relativ zum Massezentrum immer gleich Null ist). Bei einer ausreichend hohen Anfangsgeschwindigkeit(sein Wert hängt von der Masse des Sterns und der Ausgangsposition ab) bewegt sich der kosmische Körper entlang einer hyperbolischen Bahn und entfernt sich schließlich in unendlicher Entfernung vom Stern.

Eine wichtige Eigenschaft des Gravitationsgesetzes (2) ist die Bewahrung seiner mathematischen Form bei gravitativer Wechselwirkung von Nicht-Punkt-Körpern bei kugelsymmetrischer Verteilung ihrer Massen über das Volumen. In diesem Fall spielt der Abstand zwischen den Zentren dieser Körper die Rolle von R.

Bewegung von Himmelskörpern bei Störungen. Streng genommen sind die Keplerschen Gesetze nur dann genau erfüllt, wenn sich nur ein Körper neben einem anderen Körper mit viel größerer Masse bewegt, sofern diese Körper kugelförmig sind. Bei geringfügigen Abweichungen von der Kugelform (z. B. kann sich ein Stern durch die Rotation etwas „abflachen“), ist die Umlaufbahn des Planeten nicht mehr geschlossen und wird zu einer Ellipse, die um den Stern präzediert.

Eine weitere häufige Störung ist der Gravitationseinfluss der Planeten eines Sternensystems aufeinander. Keplersche Umlaufbahnen sind gegenüber schwachen Störungen stabil, d.h. nachdem der Planet den Aufprall eines nahe fliegenden Nachbarn erfahren hat, neigt er dazu, auf seine ursprüngliche Flugbahn zurückzukehren. Bei starken Störungen (Durchgang eines massiven Körpers in kurzer Entfernung) wird das Bewegungsproblem viel komplizierter und kann nicht analytisch gelöst werden. Numerische Berechnungen zeigen, dass in diesem Fall die Bahnen der Planeten keine Ellipsen mehr sind, sondern offene Kurven darstellen.

Nach Newtons drittem Gesetz wirkt von der Seite der Planeten eine Kraft auf den Stern. Im Fall von M>>m ist die Beschleunigung des Sterns vernachlässigbar klein und kann als stationär betrachtet werden. Bei Anwesenheit zweier Körper gleicher Masse, die zueinander angezogen werden, ist ihre stabile gemeinsame Bewegung auf Ellipsenbahnen um einen gemeinsamen Schwerpunkt möglich. Es ist offensichtlich, dass sich ein massereicherer Körper auf einer Umlaufbahn mit kleinerem Radius bewegt. Bei Planeten, die sich um einen Stern bewegen, ist dieser Effekt kaum wahrnehmbar. Im Weltraum wurden jedoch Systeme gefunden, die die beschriebene Bewegung ausführen - Doppelsterne. Eine numerische Berechnung der Bewegung der Planeten in einem Doppelsternsystem zeigt, dass ihre Bahnen im Wesentlichen nicht stationär sind, die Entfernung vom Planeten zu den Sternen variiert schnell über einen sehr weiten Bereich. Gleichzeitig macht der unvermeidliche schnelle Klimawandel auf den Planeten die Möglichkeit sehr problematisch biologische Evolution. Die Entstehung technischer Zivilisationen auf den Planeten von Doppelsternsystemen ist noch unwahrscheinlicher, da die komplexe nichtperiodische Bewegung der Planeten zu einer schwer zu entschlüsselnden beobachtbaren Bewegung von Körpern auf der „Himmelskugel“ führt, was die Formulierung erheblich erschwert der Keplerschen Gesetze und damit die Entwicklung der klassischen Mechanik (Abb. 6_2).

Die Struktur des Sonnensystems.

Es ist bekannt, dass der Großteil des Sonnensystems (etwa 99,8 %) auf seinen einzigen Stern, die Sonne, fällt. Die Gesamtmasse der Planeten beträgt nur 0,13 % der Gesamtmasse. Die übrigen Körper des Systems (Kometen, Planetensatelliten, Asteroiden und meteoritische Materie) machen nur 0,0003 % der Masse aus. Aus den obigen Zahlen folgt, dass die Keplerschen Gesetze für die Bewegung der Planeten in unserem System sehr gut ausgeführt werden müssen. Signifikante Abweichungen von elliptischen Bahnen können nur bei einem nahen (im Vergleich zur Entfernung zur Sonne) Vorbeiflug an einem der Planeten auftreten: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun oder Pluto (dies ist besonders für den massereichsten der Planeten - Jupiter). Es waren Beobachtungen der Störung der Neptunbahn, die es ermöglichten, Pluto, den am weitesten entfernten bekannten Planeten in unserem System, vorherzusagen und dann zu entdecken.

Das Newtonsche Gravitationsgesetz und die Keplerschen Gesetze ermöglichen es, die Größe der Planetenbahnen mit den Rotationsperioden in Beziehung zu setzen, aber sie erlauben uns nicht, die Bahnen selbst zu berechnen. Bereits im 18. Jahrhundert wurde eine empirische Formel für die Radien der Umlaufbahnen der Planeten des Sonnensystems vorgeschlagen:

, ist der Radius der Erdumlaufbahn. Im Gegensatz zu den Keplerschen Gesetzen folgt die Beziehung (4) in keiner Weise aus den Newtonschen Gesetzen und ist noch nicht erhalten theoretische Begründung, obwohl die Bahnen aller derzeit bekannten Planeten durch diese Formel zufriedenstellend beschrieben werden. Einzige Ausnahme ist der Wert n=3, bei dem sich kein Planet auf der errechneten Umlaufbahn befindet. Stattdessen wurde ein Gürtel aus Asteroiden entdeckt – unregelmäßig geformte Körper, klein im planetaren Maßstab. Empirische Gesetze, nicht unterstützt durch die verfügbare Theorie, spielen kann positive Rolle in Studien, da sie auch die objektive Realität widerspiegeln (vielleicht in nicht ganz richtiger und sogar etwas verzerrter Form).

Die Hypothese eines bereits existierenden fünften Planeten, Phaethon, wurde von einem Riesen in Stücke gerissen Erdanziehungskraft sein massiver Nachbar - Jupiter, jedoch zeigte eine quantitative Analyse der Bewegung des Riesenplaneten die Widersprüchlichkeit dieser Annahme. Anscheinend kann das genannte Problem nur auf der Grundlage einer vollständigen Theorie über die Entstehung und Entwicklung der Planeten des Sonnensystems gelöst werden, die es noch nicht gibt. Eine sehr attraktive Theorie des gemeinsamen Ursprungs von Sonne und Planeten aus einer einzigen Gaswolke, die unter dem Einfluss von Gravitationskräften komprimiert wird, steht im Widerspruch zu der beobachteten ungleichmäßigen Verteilung des Rotationsmoments (Impuls) zwischen dem Stern und den Planeten. Modelle der Entstehung von Planeten als Ergebnis des gravitativen Einfangens von Körpern aus dem fernen Weltraum durch die Sonne, die Auswirkungen der Explosion von Supernovae werden diskutiert. In den meisten "Szenarien" der Entwicklung des Sonnensystems ist die Existenz des Asteroidengürtels irgendwie mit seiner Nähe zum massereichsten Planeten des Systems verbunden.

Die derzeit bekannten Eigenschaften der Planeten des Sonnensystems erlauben es uns, sie in zwei Gruppen zu unterteilen. Die ersten vier Planeten der Erdgruppe zeichnen sich durch relativ geringe Massen und hohe Dichten ihrer Bestandteile aus. Sie bestehen aus einem geschmolzenen Eisenkern, der von einer Silikathülle – der Rinde – umgeben ist. Die Planeten haben gasförmige Atmosphären. Ihre Temperaturen werden hauptsächlich durch den Abstand zur Sonne bestimmt und nehmen mit deren Zunahme ab. Die von Jupiter ausgehende Gruppe der Riesenplaneten besteht hauptsächlich aus leichten Elementen (Wasserstoff und Helium), deren Druck in den inneren Schichten durch Gravitationskompression auf enorme Werte ansteigt. Infolgedessen gehen die Gase, wenn sie sich dem Zentrum nähern, allmählich in einen flüssigen und möglicherweise in einen festen Zustand über. Es wird vermutet, dass in den zentralen Regionen der Druck so hoch ist, dass Wasserstoff in einer metallischen Phase vorliegt, was auf der Erde auch unter Laborbedingungen noch nicht beobachtet wurde. Die Planeten der zweiten Gruppe haben eine große Anzahl von Satelliten. Beim Saturn ist ihre Zahl so groß, dass der Planet bei ungenügender Vergrößerung von einem System durchgehender Ringe umgeben zu sein scheint (Abb. 6_3).