Slnečná sústava

Slnečná sústava vznikla asi pred 4,6 mld. rokov z rozsiahlej plynovo-prachovej hmloviny. Vzájomné gravitačné zhlukovanie jednotlivých častíc hmloviny postupne sformovalo centrálnu hviezdu (Slnko), deväť planét, ich 66 doteraz známych mesiacov, 6 veľkých planétok ako aj veľké množstvo menších planétok, komét a meteoroidov. Priestor medzi jednotlivými telesami sústavy nazývame medziplanetárna hmota – plyn a prach, teda zvyšky po plynovo-prachovej hmlovine, ako aj unikajúce atómy a molekuly z atmosfér planét a ich mesiacov, vyparený materiál z telies prechádzajúcich blízkym okolím Slnka i materiál uvoľňujúci sa z telies pri ich vzájomných zrážkach. Takmer celá hmotnosť slnečnej sústavy pripadá na Slnko. Obsahuje z nej 99,866%

1.1 Slnko

Je našou najbližšou hviezdou. Stredná vzdialenosť Zeme od Slnka je 149 597 892 km (teda 1 AU). Slnečné žiarenie ovplyvňuje celú slnečnú sústavu. Bez Slnka by neexistovali planéty ani život na Zemi. Slnko rozmerom a žiarením patrí k priemerným hviezdam hlavnej postupnosti, spektrálnej triedy G2V. Hmotnosť slnka je 1,989.1030 Kg, priemer 1 391 960 km. Gravitačné zrýchlenie na povrchu Slnka dosahuje 274,96 m/s2, úniková rýchlosť je 618,67 km/s

Slnko je obrovská rotujúca plynová guľa s priemernou hustotou látky 1,41 g/cm3. Teplota v strede Slnka dosahuje 19 miliónov stupňov a hustota 130 g/cm3. Slnko sa skladá zo 70 % vodíka, 2 % hélia a zvyšné 2 % pripadajú na ostatné prvky. Povrchové vrstvy Slnka nerotujú ako tuhé teleso. Na rovníku je rotačný pohyb najrýchlejší, na póloch najpomalší. Perióda rotácie klesá z 25 dní na rovníku až na 35 dní v blízkosti pólov. Naše súčasné poznatky o vnútornej stavbe hviezd nám predstavujú Slnko ako obrovskú nukleárnu pec, v ktorej sa vodík mení na hélium. Pri takejto premene sa uvoľní veľké množstvo energie. Z 1g vodíka vznikne nielen hélium, ale aj 1012 J energie.

Tento zdroj žiarivej energie Slnka produkuje už 5 mld. rokov a bude produkovať najmenej ešte raz toľko. Každý štvorcový meter povrchu Slnka vyžiari za sekundu do priestoru 62,86.106 J energie, celý povrch 3,826.1026 J. Slnečné svetlo je biele so spektrom zloženým od červenej až po fialovú.

1.1.1 Povrch Slnka

Najnižšiu vrstvu slnečnej atmosféry, v ktorej sa utvára pozorované spojité a čiarové slnečné spektrum, nazývame fotosféra. Hrúbka fotosféry neprevyšuje 200 až 300 km. Priemerná teplota fotosféry dosahuje 5 512 stupňov. Charakteristickou črtou fotosféry je jej zrnitosť, granulácia. Jednotlivé zrná majú priemer od 200 do 1800 km, najčastejšie asi 700 km a oddelené tmavšími miestami. Škvrny na povrchu Slnka (viditeľné už voľným okom) sú oblasti s nižšou teplotou ako okolie (4000 až 4500 stupňov). Škvrny vznikajú v oblastiach so silnými mag. poľami, ktorých indukcia dosahuje až niekoľko 100 mT (čo je 1000-krát silnejšia ako v okolitom plyne). Priemer škvŕn je od 100 do 90 000 km. Najväčšie majú životnosť niekoľkých mesiacov.

Iným znakom aktívnych oblastí na povrchu Slnka sú zjasnené miesta fotosféry, ktoré nazývame fakulové polia. Predchádzajú vzniku slnečných škvŕn a trvajú aj po ich zániku. Jednotlivé vlákna fakulových polí, tzv. fakuly, vznikajú anomálnym chodom teploty v aktívnych oblastiach. Vyššie vrstvy sú teplejšie, nižšie vrstvy zasa chladnejšie ako okolie.

Vrstvu slnečnej atmosféry nad fotosférou nazývame chromosféra. Jej hustota je taká nízka, že pri pozorovaní slnečného disku žiarenie chromosféry zaniká v jeho jase. Chromosféra siaha do výšky 12 000 až 14 000 km nad fotosféru. Má jasno červené sfarbenie. Chromosféra je husto popretkávaná prúdmi vystupujúcich plynov, ktorých rýchlosť dosahuje asi 20 km/s, nazývame ich spikuly. Obrovské chladné oblaky, prevažne vodíkovej plazmy, vyvrhnuté z povrchu, nazývame protuberancie. Teplota protuberancii je v priemere 100-krát nižšia, a hustota 100-krát vyššia ako okolia. Kostrou protuberancie je silné mag. pole, intenzita ktorého je až asi 10-krát vyššia ako celkové mag. pole Slnka. Niektoré dosahujú výšky až 30 000 km nad povrch Slnka.

Medzi aktívne protuberancie patria výtrysky. Predstavujú koncentrovaný chromosférický materiál, vyvrhnutý rýchlosťou 100 až 250 km/s pozdĺž mag. siločiar, v ktorých intenzita mag. poľa vystupuje až na 10-2 T. Výtrysky dosahujú výšku až 200 000 km nad povrchom Slnka. Ich životnosť je len niekoľko desiatok minút. Slnko je okrem elektromag. žiarenia aj zdrojom korpuskulárneho žiarenia, známeho pod názvom slnečný vietor. Častice, elektróny a ióny atómov, z ktorých sa korpuskulárne žiarenie skladá, unikajú zo Slnka a v oblasti Zeme dosahujú rýchlosť 300 až 400 km/s (rýchlosť vzdialenosťou od Slnka mierne vzrastá). Častice pri styku so zemskou atmosférou vyvolávajú polárne žiary a sú zdrojom porúch mag. pola Zeme. V medziplanetárnom priestore sa podieľajú na formovaní tvarov chvostov komét.

Poslednú, najvyššiu vrstvu slnečnej atmosféry, korónu, môžeme pozorovať iba pri úplnom zatmení Slnka. Kovovomodré studené svetlo koróny vzniká rozptylom fotosférického svetla na voľných elektrónoch a prachových časticiach medziplanetárnej látky. Koróna sa začína nad chromosférou a rozprestiera sa ďaleko do medziplanetárneho priestoru. Niektorí astronómovia sa domnievajú, že siaha dokonca až za dráhu Zeme. Počas 11-ročného slnečného cyklu maní svoj tvar, veľkosť aj intenzitu žiarenia. Najväčšia môže byť až 13 000 000 km (teda 15 až 20 násobok polomeru Slnka).

1.1.2 Zatmenie Slnka

Zatmenie Slnka patrí k nápadným, ale pomerne zriedkavým prírodným úkazom. Ľudia mu venovali veľkú pozornosť od najstarších čias. Zatmenie súvisí s pohybom Mesiaca okolo Zeme. Nastáva, keď Mesiac vojde sčasti alebo celkom do spojnice Slnka a Zeme. Ak by sa Slnko, Zem a Mesiac pohybovali v jednej rovine, zatmenie Slnka by nastávalo pri každom nove. Mesiac sa však pohybuje v rovine k nej sklonenej pod uhlom 5,15 stupňa. Preto zatmenie nastane iba keď je Mesiac v nove a súčastne aj v rovine dráhy Zeme, alebo aspoň blízko nej. Rotácia Zeme, jej pohyb okolo Slnka ako i pohyb Mesiaca okolo Zeme zapríčiňujú posun mesačného tieňa po Zemskom povrchu od západu na východ rýchlosťou asi 0,6 km/s. Miesta, ktorými prechádza mesačný tieň, nazývame pásom totality. V jednom roku môže byť maximálne 5 a minimálne 2 slnečné zatmenia.2.1 Merkúr

Merkúr je najbližšou a druhou najmenšou planétou sústavy. Veľká polos dráhy Merkúra je 57 900 000 km. Planéta obehne Slnko priemernou rýchlosťou 47,87 km/s za 87,969 dňa (najkratší „rok“ v sústave). Planéta rotuje okolo svojej osi veľmi pomaly, jedna otáčka trvá 58,646 pozemských dní. Merkúr má zo všetkých planét slnečnej sústavy najväčší teplotný rozsah (vyše 600 stupňov). Vysoká hustota Merkúra, aj keď veľmi slabé, no predsa prítomné mag. pole planéty svedčia, že planéta má veľmi masívne jadro, zložené prevažne z niklu a železa. Je pravdepodobne celé alebo aspoň sčasti roztavené (inak by pomalá rotácia Merkúra nestačila na utvorenie mag. poľa). Merkúr má primalú hmotnosť na to, aby dokázal udržať silnejšiu vrstvu atmosféry. Gravitačné zrýchlenie na povrchu je 3,75 m/s2, teda iba tretina zrýchlenia na povrchu Zeme, úniková rýchlosť je 4,27 km/s. Nemá prakticky nijakú atmosféru. Vo výške 1500 km nad povrchom planéty je koncentrácia plazmy o niečo väčšia ako v slnečnom vetre, čo nasvedčuje, že planéta má magnetosféru.

2.2 Venuša

Venuša je v poradí druhou od Slnka, vzdialená od neho 108 200 000 km. Rozmerom a hmotnosťou sa zo všetkých planét najviac podobá Zemi. Priemer má 12 104 km. Okolo Slnka obieha po takmer kruhovej dráhe s rýchlosťou 35 km/s. Jeden rok na Venuši trvá 224,7 dní. Gravitačné zrýchlenie na povrchu planéty dosahuje 8,85 m/s2, úniková rýchlosť 10,35 km/s. Venuša na rozdiel od Zeme nemá mag. pole (a teda ani magnetosféru). Venuša sa okolo rotačnej osi otáča zo všetkých planét najpomalšie, raz za 243,16 dňa. Z toho vyplýva, že jeden rok je tu kratší ako jeden deň. Okrem toho sa podobne ako Urán a Pluto otáča opačným smerom (retrográdne). Venuša je po Slnku a Mesiaci najjasnejším objektom na oblohe. Povrch Venuše zakrýva hustá vrstva nepriehľadných mrakov, ktoré odrážajú 60 % slnečného žiarenia. Atmosféra Venuše sa končí vo výške 1000 km nad povrchom planéty vodíkovou korónou. Tá tvorí rozhranie medzi atmosférou planéty a medziplanetárnym priestorom. Asi 300 km nad povrchom prevláda v atmosfére hélium, nižšie je to 97 % oxidu uhličitého, 3% dusíka 0,1 % kyslíka a kyseliny sírovej, ktorá spôsobuje špinavo žltý odtieň atmosféry.

Slnečné žiarenie spôsobuje rozpad molekúl atmosféry na atómy. Cirkuláciou horných vrstiev atmosféry sú atómy unášané zo slnečnej strany Venuše na stranu odvrátenú od Slnka. Tak prichádza k ochladeniu, pričom sa opäť spájajú na molekuly. Pri tomto procese dochádza k uvoľneniu množstva žiarenia, ktoré pozorujeme ako žiariacu auróru nad nočnou stranou Venuše. Venuša má zo všetkých planét najvyššiu povrchovú teplotu. Od výšky asi 100 km nad povrchom Venuše začína teplota smerom dolu stúpať. Na povrchu dosahuje 460 až 480 stupňov. Tlak na povrchu Venuše predstavuje 90 atmosfér (teda 9 MPa). Asi 70% povrchu utvára rovinatý terén, ktorý neprevyšuje stredný polomer planéty. Rovinaté, kruhovité plochy v priemere niekoľkých 100 km pokrývajú ďalších 20% povrchu Iba 10 % povrchu tvoria pohoria.2.3 Zem

Zem je takmer guľovitého tvaru, so sploštenými pólmi. Rovníkový priemer Zeme, 12 756, 284 km, je o 42,77 km väčší ako priemer Zeme medzi pólmi. Hmotnosť Zeme je 5,974.1024 Kg. Gravitačné zrýchlenie na rovníku má hodnotu 9,78 m/s2 a úniková rýchlosť zo Zeme je 11,17 km/s. Zem je najbližšie k Slnku začiatkom januára – 147 097 149 km, najďalej začiatkom júla – 152 098 704 km.

Pohybuje sa priemernou rýchlosťou 29,79 km/s. Vek Zeme sa odhaduje na 4,6 mld rokov. Pravdepodobne vznikla spojením viacerých planetosimál (malé telesá), ktoré sa prvé sformovali v ranom štádiu vývoja slnečnej sústavy. Teplo, ktoré vzniklo pri zrážkach planetosimál a neskôr teplo z rozpadu rádioaktívnych látok, roztavilo väčšiu časť materiálu formujúcej sa Zeme. V takomto štádiu Zem zotrvala prvú miliardu rokov. Počas tohto obdobia sa diferencoval zemský materiál. Ťažké prvky klesali do stredu telesa, kde sa utvorilo jadro. Ľahší materiál utvoril plášť okolo jadra, prchavé prvky zase prvotnú atmosféru.

Vnútro Zeme delíme na päť vrstiev s odlišnými štrukturálnymi, fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami. Najvrchnejšou z nich je zemská kôra. Jej hrúbka na kontinentoch dosahuje 30 až 60km, pod oceánmi menej, 4 až 8 km. Skladá sa prevažne zo žuly a čadiča so strednou hustotou 2,8 g/cm3. Pod kôrou sa rozprestiera až do hĺbky 2900 km zemský plášť. Ten sa rozdeľuje na vrchný a spodný plášť. Plášť obklopuje jadro, ktoré sa tiež z vonkajšieho a vnútorného. Polomer jadra je 2080 km, pričom vonkajšie tekuté jadro obklopuje tuhé vnútorné jadro. Hustota v strede Zeme dosahuje 17g/cm3, tlak 3,5.105 MPa a teplota 2000 až 4000 stupňov.

Zem je jedinou planétou, ktorej povrch pokrýva voda (70% povrchu). Oceány spolu s kontinentmi a atmosférou utvárajú biosféru – prostredie, ktorom vznikol život. Atmosféru tvoria prevažne molekuly dusíka (78 %), kyslíka (21 %) a vzácne plyny, CO2, H a He. Spodné vrstvy sú presýtené vodnými parami, ktoré sa kondenzujú na prachových časticiach a utvárajú oblaky. Atmosferický tlak pri povrchu má hodnotu 100 KPa (teda 1 atmosféra). Prvý primitívny život vznikol na Zemi krátko pred 4 mld rokov. V tomto období bol ešte voľný vodík, ktorý bol nutný pre vznik organických látok. Z častíc kyslíka sa časom slnečným žiarením utvorila ozónová vrstva, ktorá začala chrániť povrch Zeme pred škodlivým ultrafialovým žiarením. Atmosféra sa začala obohacovať o dusík z rozkladu org. látok. Počas prvých dvoch miliárd rokov sa tak utvorili špecifické podmienky pre rozvoj vyššej formy života na Zemi. Stála cirkulácia ovzdušia v nižších vrstvách atmosféry spôsobuje, že zloženie atmosféry sa do výšok 100 až 150 km prakticky nemení.

Vyššie sa menia molekuly dusíka a kyslíka na atómy. Od 800 km začína v atmosfére prevládať He a od 1600 km H. Atmosféra končí 4000 km nad povrchom. Atmosféru delíme na 5 vrstiev. Tesne nad povrchom je troposféra. Tvorí takmer 80 % hmotnosti celej atmosféry. Nachádzajú sa v nej takmer všetky vodné pary a prachové častice. Typickou črtou pre troposféru je pokles teploty o 6 stupňov na km. Priemerná teplota na povrchu je 15 stupňov (najnižšia -89,2 stupňov a najvyššia 57,8). Hustota vzduchu dosahuje na Zemi 1,22.10-3 g/cm3 (teda 2,55.1019 molekúl na 1 cm3). Troposféru vo výškach 9 až 12 km strieda stratosféra (do výšky 35 až 40 km). Jej charakteristickou črtou je stála teplota -55 stupňov. Ďalšia vrstva je mezosféra, jej teplota najprv vzrastá do 0 stupňov a potom klesá na -65 stupňov. Vo výške 60 až 80 km sa začína ionosféra. Ionizáciu atmosféry spôsobuje krátkovlnne a korpuskulárne slnečné žiarenie.

Oblasť nad 800 až 1000 km nazývame exosférou. Z tejto sféry neustále unikajú atómy do medziplanetárneho priestoru. Magnetosféra je ochranný štít proti vysokoenergetickými časticami slnečného vetra a kozmickému žiareniu. Začína sa vo výškach 1000 km2.3.1 Mesiac

Druhý najjasnejší objekt na oblohe je Mesiac. Náš Mesiac je 5. najväčší mesiac v sústave. Pri najväčšom zblížení je vzdialený 362 400 km. Rotácia mesiaca okolo vlastnej osi je viazaná, teda jej dĺžka sa rovná dĺžke obehu okolo Zeme, čo spôsobuje, že vidíme stále len jednu stranu. Stredný priemer Mesiaca je 3476 km, hmotnosť 7,35.1022 Kg, gravitačné zrýchlenie je 1,62m/s2, úniková rýchlosť je 2,4 km/s. Mesiac nemá mag. pole ani atmosféru (iba pseudosféru). Dnes sa predpokladá, že Mesiac vznikol zrážkou planetosimály veľkosti Marsu s mladou Zemou (pred 4,6 mld. rokmi).

2.4 Mars

Vzdialenosť Marsu od Slnka sa mení od 1,38 AU po 1,55 AU. Mars obieha okolo Slnka strednou rýchlosťou 24,13 km/s raz za 686,98 dňa. Priemer Marsu je 6768 km, teda iba niečo vyše polovičného priemeru Zeme. Jeho hmotnosť je 6,42.1023 Kg, gravitačné zrýchlenie je 3,77 m/s2 a úniková rýchlosť 5,03 km/s. Teploty na Marse sú pre jeho veľkú vzdialenosť od Slnka nižšie ako na Zemi a pre riedku atmosféru veľmi kolíšu -130 až +30 stupňov. Mars sa otočí raz za 24 h 37 min 22,66 s okolo osi. Vzdušný obal Marsa je oveľa menší a redší ako Zeme. Pri povrchu dosahuje tlak 400 až 700 Pa. V atmosfére Marsa je až 95 % oxidu uhličitého, ďalej argón, kyslík, vodná para, kryptón a xenón. Charakteristickými oblakmi červenej planéty sú žlté prachové oblaky z prachových častíc, ktoré vietor dvíha do niekoľkokilometrových výšok nad povrch.

Mars je po Zemi najvhodnejšou planétou na vznik a vývoj života. V istom období svojho vývoja v minulosti mal na to celkom dobré podmienky. No zdá sa, že boli prikrátke na vznik živej hmoty. Mars bude hlavnou planétou slnečnej sústavy, na ktorú sa v budúcnosti zameria vedecký výskum. Táto planéta poskytuje najlepšie podmienky na kolonizáciu.

2.5 Jupiter

Jupiter je s hmotnosťou 1,9.1027 Kg najhmotnejšia planéta. Od Slnka je priemerne vzdialený 5,2 AU a obehne ho s rýchlosťou 13,06 km/s za 11,86 roka. Jupiter sa formoval pravdepodobne ako hviezda. No pre malú hmotnosť sa do štádia hviezdy nikdy nedostala. Jupiter sa podobne ako Slnko skladá z vodíka a hélia v pomere 5:1. Gravitačné zrýchlenie tu dosahuje 23,64 m/s2 a úniková rýchlosť 59,48 km/h.

Pod atmosférou Jupitera sa rozkladá vodíkový oceán, kde hĺbka siaha do tretiny planéty. Jadro Jupitera je pravdepodobne skalisté, obsahuje všetky ťažké kovy. Mraky v horných vrstvách atmosféry sa pohybujú rýchlosťou až 45 000 km/h. Atmosféra je hrubá asi 4000 km. Jupiter má zo všetkých planét najsilnejšie mag. pole. Generuje ho hydromagnetické dynamo tekutého vnútra planéty. Jupiter má oficiálne 16, neoficiálne 28 mesiacov. Z mesiacov Jupitera sú pre nás zaujímavé najväčšie 4: Io (geologicky najaktívnejší v sústave), Európa, Ganymedes (najväčší v sústave) a Kalisto. Ostatné sú malé objekty zložené z vodného ľadu a skalných fragmentov.2.6 Saturn

Saturn je planéta s najmenšou strednou hustotou v slnečnej sústave, jeho hustota je 0,69g/cm3. Planétu tvorí z 2/3 vodík a zvyšok pripadá na hélium a metán. Veľká hmotnosť planéty (5,68.1026 Kg) a nízka teplota (- 140 stupňov) neumožňujú únik molekulám planéty. Keďže sa Saturn neotáča ako ostatné planéty, ale rovníková oblasť rýchlejšie ako oblasť na póloch, je to najviac sploštená planéta. Jeden obeh okolo Slnka trvá 29,46 roka.

Saturn sa pohybuje vo vzdialenosti 9,54 AU s rýchlosťou 9,66 km/s. Saturn je svojím pôvodom podobný Jupiteru. Má 18 pomenovaných mesiacov (neoficiálne 30). Najcharakteristickejším znakom Sturnu sú jeho prstence. Ležia v rovine Saturnovho rovníka. Prstence majú jemnú štruktúru, ktorá sa neustále mení. Skladajú sa z niekoľkých stoviek samostatných prstencov. Prstence sú buď zvyškami materiálu protoplanetárneho mraku, ktorý sa v blízkosti hmotnej planéty nemohol sformovať na mesiac, alebo ide o časť mesiaca (alebo mesiacov), ktoré Saturn slapovými silami postupne sťahoval a rozdrvil.

2.7 Urán

Sklon rovníka tejto planéty k rovine jeho dráhy je až 97,86 stupňov (najväčší sklon). Urán obehne Slnko raz za 84,01 roka s rýchlosťou 6,8 km/s. Urán s rotačnou dobou 17 h 14 min 24 s patrí k planétam s rýchlou rotáciou. Atmosféra planéty sa skladá z vodíka, hélia, čpavku a metánu. Povrch planéty je pravdepodobne pokrytý hrubou vrstvou ľadu z vody a amoniaku. Hmotnosť má 8,68.1025 Kg. Urán nemá vlastný zdroj tepla, tým do priestoru nevyžaruje viacej energie ako dostáva zo Slnka. Mag. pole Urána je tri razy silnejšie ako mag. pole Zeme. Sklon jeho osi k rotačnej osi planéty je až 55 stupňov. Urán má 21 doteraz objavených mesiacov (20 pomenovaných).

2.8 Neptún

Neptún patrí rozmermi k planétam obrom. Má hmotnosť 1,02.1026 Kg. Okolo Slnka obieha vo vzdialenosti 30 AU s obežnou dobou 164,79 roka. Neptún sa otočí okolo svojej osi za 16 h 3 min. Atmosféra Neptúnu je oveľa redšia ako Uránu, je najredšia z atmosfér veľkých planét. Tvoria ju vodík, metán a čpavok. Neptún má slabé mag. pole.

Podobne ako u Uránu je jeho os sklonená k rotačnej osi planéty o 55 stupňov. Neptún sprevádza 8 mesiacov.

2.9 Pluto

Pluto je najvzdialenejšia, najmenšia a najmenej jasná planéta v našej sústave. Má priemer iba 2274 km. Vzdialenosť planéty od Slnka je 39,53 AU. Slnko obehne za 248,54 roka. Okolo vlastnej osi sa otočí za 6,38 dňa. I keď je Pluto najvzdialenejšou planétou od Slnka, časť jeho dráhy leží vnútri dráhy Neptúna. Atmosféra Pluta je rozsiahla, ale veľmi riedka. Skladá sa prevažne z metánu.

3.0 Planétky

Okolo Slnka obieha okrem planét aj veľa tisíc malých telies, znýmych ako planétky (nazývame ich aj asteroidy). Veľkosti planétok su rozmanité. Od najväčšieho Ceres, s priemerom 1025 km, až po veľkosti väčších meteoroidov (zo známych planétok ma iba 28 priemer nad 200 km). Tvar planétok je nepravidelný. Malá hmotnosť planétok nestačí na utvorenie guľovitého tvaru s vlastnou gravitáciou a atmosférou. Povrch sa dotvaroval vzájomnými zrážkami a samovoľným rozpadom. V súčasnosti evidujeme vyše 20 000 planétok s presnými dráhami.