Układ SłonecznyUkład Słoneczny to Słońce, planety i inne obiekty związane grawitacyjnie ze Słońcem. Planety to: Merkury, Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn, Uran, Neptun, Pluton. Dookoła planet krążą księżyce o budowie zbliżonej do planet ziemskich, ponadto Jowisz, Saturn, Uran i Neptun posiadają pierścienie. Między orbitami Marsa i Jowisza znajduje się większość orbit planetoid. Innym rodzajem ciał układu słonecznego są komety, poruszające się po wydłużonych orbitach w rozległym obszarze nazywanym obłokiem Oorta. Oprócz tego nasz układ przemierzają liczne kosmolity i meteroidy w tzw. rojach lub pojedynczo.Układ Słoneczny jest elementem Drogi Mlecznej, czyli naszej galaktyki i jest położony w odległości ponad 30 tysięcy lat świetlnych od jej centrum. Powstał około 5 miliardów lat temu w wyniku grawitacyjnej kondensacji obłoku pyłowo-gazowego, w którego centrum utworzyło się Słońce. Początkowo wokół Słońca powstał dysk materii międzygwiezdnej, z którego po pewnym czasie, również pod wpływem grawitacji utworzyły się planety, planetoidy i komety. Formowanie się układu trwało kilkadziesiąt milionów lat.W znanych poglądowych modelach Układu Słonecznego każda planeta krąży wokół Słońca po ściśle określonej orbicie, zachowując stosowny dystans do swoich sąsiadów. Na tej niebiańskiej karuzeli planety się kręcą, odkąd astronomowie zaczęli rejestrować ich ruchy, a z modeli matematycznych wynika, że ta bardzo stabilna konfiguracja utrzymuje się przez większość liczącej 4.5 miliarda lat historii Układu Słonecznego. Kuszące jest więc założenie, że planety "narodziły się" na orbitach, na których dzisiaj je obserwujemy.Z pewnością jest to najprostsza hipoteza. Współcześni astronomowie sądzili na ogół, że obserwowane odległości planet od Słońca wskazują na miejsca ich narodzin w mgławicy protosłonecznej - pierwotnym dysku gazowo - pyłowym, który dał początek Układowi Słonecznemu. Z promieni orbit planet wnioskowano o rozkładzie masy wewnątrz tego obiektu. Dysponując tą podstawową informacją, teoretycy nałożyli ograniczenia na charakter i skale czasowe formowania się planet. Wskutek tego większość naszej wiedzy o prehistorii Układu Słonecznego oparta jest na założeniu, że planety narodziły się na swych obecnych orbitach.Przyjmuje się jednak powszechnie, że wiele mniejszych ciał Układu Słonecznego planetoidy, komety i księżyce planet zmieniło swoje orbity w ciągu ostatnich 4.5 mld lat, i to niekiedy w nader dramatyczny sposób. Dobitnym świadectwem dynamicznego zachowania niektórych obiektów w Układzie Słonecznym była zagłada komety Shoemaker-Levy 9, która w 1994 roku uderzyła w Jowisza. Jeszcze mniejsze obiekty cząstki międzyplanetarne o rozmiarach mili- i mikrometrów, wytrząsane z komet i planetoid ewoluują bardziej płynnie, łagodnie przesuwając się w stronę Słońca i opadając deszczem meteorytów na napotkane planety.Ponadto wiele księżyców planet znacznie zmieniło swoje orbity od czasu narodzin. Przypuszcza się na przykład, że Księżyc powstał 30 tys. km od Ziemi lecz teraz krąży po orbicie odległej o 384 tys. km. Wskutek działania sił pływowych (niewielkich momentów sił grawitacyjnych), wywieranych przez naszą planetę, oddalił się w ciągu ostatniego miliarda lat o prawie 100 tys. km. Ponadto wiele naturalnych satelitów planet zewnętrznych krąży po orbitach ściśle ze sobą sprzężonych: na przykład okres orbitalny Ganimedesa, największego księżyca Jowisza, jest dwa razy dłuższy niż Euro py, a tej z kolei dwa razy dłuższy niż Io. Tę dokładną synchronizację uważa się za wynik stopniowej ewolucji orbit satelitów na skutek działania sił pływowych wywieranych przez planetę, wokół której krążą.Aż do niedawna niewiele przemawiało za tym, że układ orbit planet zmienił się znacznie od czasów ich powstania. Lecz pewne nowe godne uwagi wydarzenia w ciągu ostatnich pięciu lat wskazują na to, że planety mogły rzeczywiście przewędrować ze swych pierwotnych orbit. Odkrycie pasa Kuipera dowiodło, że nasz Układ Słoneczny nie kończy się na Plutonie. Mniej więcej 100 tys. lodowych planetek (o średnicach 100 - 1000 km) i jeszcze liczniejsza grupa mniejszych ciał rozciąga się od orbity Neptuna około 4.5 mld km od Słońca na co najmniej dwukrotnie większą odległość.
Rozkład tych obiektów wykazuje wyraźnie nieprzypadkowe cechy, których nie da się łatwo wyjaśnić za pomocą obecnego modelu Układu Słonecznego. Z modeli teoretycznych źródeł takich osobliwości wynika interesująca ewentualność: w pasie Kuipera mogły zachować się ślady historii orbitalnej gazowych planet olbrzymów, a głównie świadectwa powolnego poszerzania się orbit tych planet, będącego następstwem ich formowania się.Co więcej, ostatnie odkrycia kilku obiektów wielkości Jowisza, krążących po wyjątkowo ciasnych orbitach wokół podobnych do Słońca gwiazd, zwróciły także uwagę na sprawę migracji planet. Trudno wytłumaczyć powstanie tych domniemanych planet w tak niewielkich odległościach od swych rodzicielskich gwiazd. W hipotezach o ich pochodzeniu przyjmuje się, że wzrastały w bardziej dogodnych do tego strefach mniej więcej w odległości Jowisza od Słońca a następnie przewędrowały na obecne pozycje. Jeszcze kilka lat temu jedynym znanym obiektem planetarnym za orbitą Neptuna był Pluton ze swym księżycem Charonem. W obowiązujących teoriach powstania Układu Słonecznego Pluton zawsze był odszczepieńcem: jest tysiące razy mniej masywny od czterech zewnętrznych gazowych planet olbrzymów, a jego orbita różni się bardzo od dobrze rozdzielonych, prawie kołowych i położonych w jednej płaszczyźnie orbit pozostałych ośmiu głównych planet. Orbita Plutona jest wydłużona: podczas jednego pełnego obiegu odległość planety od Słońca zmienia się z 29.7 do 49.5 j.a. (jednostka astronomiczna równa się średniej odległości między Ziemią a Słońcem i wynosi około 150 mln km). Pluton jednocześnie wznosi się na 8 j.a. powyżej i opuszcza na 13 j.a. poniżej średniej płaszczyzny orbitalnej pozostałych planet. Przez niemal 20 lat swego 248-letniego okresu orbitalnego to Pluton bywa bliżej Słońca niż Neptun.Odkąd w 1930 roku odkryto Plutona, sprawa planet stawała się coraz bardziej tajemnicza. Astronomowie zauważyli, że większość orbit przecinających orbitę Neptuna jest niestabilna ciało znajdujące się na nich albo zderzy się z Neptunem, albo w stosunkowo krótkim czasie, zazwyczaj poniżej 1% wieku Układu Słonecznego, zostanie wyrzucone poza jego granice. Lecz ta szczególna, przecinająca tor Neptuna orbita, po której wędruje Pluton, jest chroniona przed zbyt bliskimi przejściami w pobliżu gazowego olbrzyma dzięki zjawisku zwanemu libracją rezonansową. W czasie gdy Pluton dwukrotnie okrąży Słońce, Neptun obiegnie je trzykrotnie; mówi się, że orbita Plutona jest w rezonansie 3:2 z orbitą Neptuna. Względne ruchy tych dwóch planet gwarantują, że gdy Pluton przecina orbitę Neptuna, ten znajduje się bardzo daleko. Rzeczywiście, odległość Plutona od Neptuna nigdy nie spada poniżej 17 j.a. W dodatku peryhelium Plutona miejsce jego największego zbliżenia do Słońca znajduje się zawsze wysoko ponad płaszczyzną orbity Neptuna, utrzymując w ten sposób długoterminową stabilność orbity. Z komputerowych symulacji ruchów orbitalnych planet zewnętrznych, uwzględniających konsekwencje ich wzajemnych zaburzeń, wynika, że wzajemny związek orbit Plutona i Neptuna istnieje od miliardów lat i utrzyma się jeszcze drugie tyle. Pluton, wplątany w ten wytworny kosmiczny taniec z Neptunem, przez cały żywot Układu Słonecznego unika kolizji z gazowym olbrzymem. W jaki sposób Pluton dostał się na tę szczególną orbitę? Próbując odpowiedzieć na to pytanie, naukowcy niejednokrotnie w przeszłości konstruowali naprędce różne spekulatywne wyjaśnienia, uwzględniające zazwyczaj spotkania planet. Jednakże ostatnio dokonano istotnego postępu w zrozumieniu złożonej dynamiki rezonansów orbitalnych i ustaleniu ich podwójnej roli, zarówno w powodowaniu chaosu, jak i tworzeniu wyjątkowej stabilności w Układzie Słonecznym. Opierając się na tych doniesieniach, w 1993 roku wysunęłam hipotezę, że Pluton narodził się gdzieś za Neptunem i początkowo poruszał się po prawie kołowej orbicie o małym nachyleniu, podobnej do orbit innych planet, a dopiero rezonansowe oddziaływania grawitacyjne z Neptunem przekształciły ją w orbitę dzisiejszą. Główną cechą charakterystyczną tej teorii jest fakt, iż nie zakłada ona, że gazowe planety olbrzymy powstały w obecnej odległości od Słońca. Wręcz przeciwnie, postuluje, że w początkach Układu Słonecznego istniała epoka, w której orbity planet zmieniały swoje położenie, a niezwykła orbita Plutona byłaby dowodem na taką migrację.
Historia zaczyna się w momencie, gdy proces formowania się planet miał się już ku końcowi. Gazowe olbrzymy Jowisz, Saturn, Uran i Neptun niemal wykształciły się z prasłonecznej mgławicy, lecz pośród nich uchowała się jeszcze resztkowa populacja niewielkich planetozymali skalistych i lodowych ciał, w większości o średnicach poniżej kilkudziesięciu kilometrów. Na następującą potem powolniejszą ewolucję Układu Słonecznego składało się rozpraszanie bądź zbieranie planetozymali przez właściwe. Ponieważ rozpraszanie przez planety powodowało wyrzucanie większości szczątków planetozymali na odległe lub nie związane orbity w istocie usuwając te ciała poza Układ Słoneczny prowadziło to do utraty energii i momentu pędu z orbit planet olbrzymów. Lecz ze względu na różnicę w ich masach i odległościach od Słońca straty te nie rozkładały się pomiędzy nie równomiernie. Rozważmy w szczególności ewolucję orbity najbardziej zewnętrznej z nich Neptuna, gdy rozpraszał rój planetozymali ze swojego sąsiedztwa. Po pierwsze, średnia orbitalna energia własna planetozymali (energia orbitalna na jednostkę masy) była równa tej, którą miał sam Neptun, tak więc na skutek oddziaływań grawitacyjnych z tymi ciałami nie zyskiwał on ani nie tracił energii. W późniejszym czasie jednak z roju planetozymali w okolicach Neptuna zostały usunięte obiekty o mniejszej energii, weszły one bowiem w zasięg oddziaływań grawitacyjnych innych planet olbrzymów. Większość tych planetozymali w końcu wyrzucił z Układu Słonecznego Jowisz, najcięższa z planet. Tak więc orbitalna energia własna planetozymali, które napotykał Neptun, stała się z czasem większa niż ta, którą sam miał. Podczas kolejnych aktów rozpraszania Neptun uzyskiwał energię orbitalną i wędrował na zewnątrz. To samo działo się z Saturnem i Uranem. W przeciwieństwie do nich Jowisz tracił energię orbitalną. Strata ta równoważyła zysk innych planet i planetozymali, skutkiem czego całkowita energia układu była zachowana. Lecz ponieważ Jowisz ma wielką masę i dysponował dużymi początkowymi zasobami energii orbitalnej i momentu pędu, jego orbita zmniejszyła się tylko nieznacznie. Możliwość takiego subtelnego dopasowania orbit planet olbrzymów po raz pierwszy opisali w 1984 roku Julio A. Fernandez i Wing-Huen Ip, dwójka astronomów z Urugwaju i Tajwanu pracująca w Instytucie Maxa Plancka w Niemczech. Ich praca uszła jednak uwagi specjalistów zajmujących się powstawaniem planet i dość długo była jedynie ciekawostką. Może przyczynił się do tego brak potwierdzających obserwacji lub teoretycznych skutków.
Tomasz Szewczyk Klasa: IIIti
Inne Galaktyki Galaktyki są ogromnymi układami gwiazd i materii międzygwiezdnej. Najmniejsze z nich zawierają 100 tys. gwiazd, podczas gdy w największych może ich być do 3 bilionów. Galaktyki wyglądają w różny sposób w zależności od tego, jakie mają rozmiary, jak szybko się obracają, ile zawierają ciemnej materii i pod jakim kątem są do nas zwrócone. Podwaliny pod współczesne badania genezy galaktyk położył Edwin Hubble, gdy odkrył, że Droga Mleczna nie jest we wszechświecie jedyna. Nad ranem 6 października 1923r. w obserwatorium na Mount Wilson w Kalifornii robił fotografię spiralnego kształtu gromady gwiazd, znanej jako M31 lub Wielka Mgławica w Andromedzie, co do której wszyscy zakładali, że wchodzi w skład Drogi Mlecznej. Wkrótce zdał sobie sprawę, że w tym zbiorowisku gwiazd znalazł maleńki klejnot- gwiazdę zmienną, należącą do typu zwanego cefeidami. Gwiazdy te mają niezwykłą właściwość- ich jasność zwiększa się i zmniejsza jak w zegarku, a im dłuższy jest okres wahań jasności, tym większa jest jasność rzeczywista gwiazdy. To znaczy zaś, że taka gwiazda może posłużyć do mierzenia odległości w kosmosie. Porównując wydedukowaną na podstawie okresu wahań jasności rzeczywistą jasność cefeidy w mgławicy M31 z jej jasnością obserwowaną, Hubble mógł wyliczyć, że gwiazda, a zatem i mgławica, w której się ona znajduje, położone są w odległości miliona lat świetlnych- trzykrotnie dalej niż szacowana wtedy średnica wszechświata. Jasne więc było, że ta gromada gwiazd znajduje się poza granicami Drogi Mlecznej. Hubble wkrótce ustalił, że są trzy rodzaje galaktyk. Galaktyki eliptyczne, w których większość gazu zamieniła się w gwiazdy dawno temu, przypominają kształtem piłkę do rugby. Galaktyki eliptyczne to olbrzymie skupiska gwiazd i sama nazwa wskazuje, jaki mają kształt. Najlepiej znaną galaktyką eliptyczną jest zapewne M87. jednocześnie to jedna z największych znanych nam galaktyk- zawiera pięć bilionów (5x 10 ²) gwiazd. Galaktyki te nie mają zbyt wiele pyłu międzygwiezdnego, dlatego też nie widać w nich na ogół efektownych pasm i zagęszczeń, charakterystycznych dla galaktyk spiralnych. Spiralne, w tym Droga Mleczna, stanowiące 2/3 wszystkich znanych galaktyk we wszechświecie, mają mniej więcej kuliste jądro, złożone ze starych gwiazd, przypominające galaktyki eliptyczne, otoczone dyskiem, składającym się z wąskich ramion spiralnych, rozświetlonych przez nowo narodzone gwiazdy. Galaktyki spiralne mogą wykazywać dość szczególne cechy; M64 ma olbrzymią plamę ciemnej materii w pobliżu swego środka, co sprawia tak niezwykłe wrażenie, że nazwana została „Czarnym Okiem”. Znacznie częściej wzdłuż średnicy galaktyki mogą przebiegać wąskie, ciemne pasma pyłu. Przy sprzyjających warunkach obserwacji już teleskop o średnicy 20 cm może ukazać takie pasmo w Wielkiej Mgławicy w Andromedzie, przypominający dysk z jajkiem sadzonym pośrodku. Niektóre galaktyki mogą na skutek rotacji wykształcić w jądrze charakterystyczne wydłużenie, z którego końców wychodzą ich ramiona. Takie galaktyki nazywamy galaktykami spiralnymi z poprzeczką.Trzecią grupą są galaktyki nieregularne, w których gwiazdy powstają w stałym, powolnym tempie. Klasa galaktyk nieregularnych obejmuje galaktyki o różnorodnych kształtach: od Małego Obłoku Magellana, galaktyki sąsiadującej z Drogą Mleczną, do M82 w Wielkiej Niedźwiedzicy.Edwin Hubble podzielił galaktyki na kilka klas, wykorzystując wyniki swych obserwacji, wykonanych teleskopami o średnicy 2,5 i 5 m. Klasyfikacja ta wygląda następująco:E- eliptyczne, z podpodziałem od 0 do 7,S- spiralne: a) jasne jądro, słabo rozwinięte ramiona,b)mniejsze jądro, dobrze rozwinięte ramiona,c)słabe jądro, wyróżniające się ramiona,p)osobliwaSb- spiralne z poprzeczką,I- nieregularne.Na podstawie zdjęć z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a astronomowie odkryli taką rozmaitość otaczających nas dziś galaktyk, że aż dech w piersiach zapiera- od ogromnych wirujących galaktyk spiralnych, lśniących błękitnym światłem nowo narodzonych gwiazd, do niekształtnych galaktyk eliptycznych żarzących się czerwonawym blaskiem gwiazd narodzonych miliardy lat temu; i jeszcze dalej- postrzępionych galaktyk, za którymi ciągną się strugi gwiazd wyrwanych w wyniku zderzeń z inną galaktyką. Jeszcze przed stu laty astronomowie wiedzieli o istnieniu tylko naszej galaktyki, zwanej Drogą Mleczną. Sądzili, że składa się ona z około 100 mln gwiazd. Potem odkryto, że niektóre rozmyte plamki na niebie same są galaktykami. Teraz wiemy, że Drogę Mleczną tworzy ponad 100 mld gwiazd, i że we wszechświecie jest jakieś 100 mld galaktyk. Czasami galaktyka jest zdeformowana przez zderzenie z inną. Kwazary (ang. quasi-stellar- gwiazdopodobny) są uważane za aktywne jądra galaktyk, ale wciąż ich natura jest niejasna. Są one obiektami astronomicznymi o najwyższej mocy promieniowania. Ich optyczne obrazy są punktowe i na tym polega ich podobieństwo do gwiazd. Można je obserwować nawet na peryferiach Wszechświata, w odległości 15 mld lat świetlnych, podczas gdy najdalsze typowe galaktyki są 10 mld lat świetlnych od nas. Aktywne galaktyki Seyferta i radiogalaktyki są silnymi źródłami promieniowania. W radiogalaktykach promieniują również rozległe obłoki radiowe, ale i do nich energia dostarczana jest z jądra za pośrednictwem strumieni cząstek. Uważa się, że duża moc promieniowania kwazarów i aktywnych galaktyk jest bezpośrednio związana z obecnością czarnych dziur. Bardzo ważna jest geneza odkrycia tzw. „ciemnej materii”, która utrwala kształt galaktyk. W 1993 Fritz Zwicky zwrócił uwagę na bliską gromadę galaktyk w gwiazdozbiorze Warkocz Bereniki i ustalił, że wcale nie powinna istnieć. Poszczególne galaktyki w tej gromadzie obiegały jej centrum tak prędko, że siła ciążenia wywierana przez obserwowane obiekty była zbyt mała, by gromada się nie rozleciała. Zwicky zaproponował więc, by uznać, że materia widzialna tej gromady to tylko fragment jej zawartości. Resztę, której nie widać, nazwał „ciemną materią”. Początkowo nie chciano uznać, iż Zwicky ma rację. Po kilkudziesięciu latach astronomowie przekonali się, że koncepcja ciemnej materii pozwala wyjaśnić wiele tajemnic. W 1973 roku kosmolodzy z Princeton Jim Peebles i Jerry Ostriker stwierdzili, że zagadkowa materia jest niezbędna, by galaktyki spiralne, w tym i Droga Mleczna, nie rozpadły się na kawałki. Doszli do wniosku, że galaktyki spiralne muszą być osadzone w otoczce z ciemnej materii. Tylko w ten sposób można wyjaśnić fakt, że gwiazdy na zewnętrznym skraju galaktyki spiralnej poruszają się nie wolniej niż te w pobliżu jądra. Co więcej, ciemna materia rozwiązuje podstawową zagadkę powstania galaktyk- w jaki sposób wszechświat zmienił się z homogenicznej, gorącej zupy cząsteczek w mieszaninę galaktyk. Musiało wcześniej istnieć coś więcej, sama „zwyczajna” materia- protony, elektrony i neutrony- nie mogła takich zagęszczeń utworzyć. Było jej za mało i nie mogła zacząć się zbijać w grudy, póki wszechświat nie ostygł. Tymczasem ciemnej materii było pod dostatkiem i nie podlegała żadnym siłom poza grawitacją. Mogła się zagęszczać wkrótce po narodzinach wszechświata, dając zwyczajnej materii oparcie do tworzenia galaktyk. Ku zaskoczeniu astronomów odległe galaktyki łączyły się w wyraźne zgrupowania. Ujawniało to, jak rozmieszczona jest ciemna materia. Okazało się, że pierwsze galaktyki utworzyły się w najbardziej zagęszczonych rejonach wszechświata. Odpowiada to mniej więcej najbardziej zagęszczonym rejonom dzisiejszego kosmosu, czyli miejscom, gdzie obserwuje się skupiska i gromady galaktyk. W miarę upływu czasu i wskutek nieubłaganego wpływu grawitacji w rejonach o niższym zagęszczeniu materii także zaczęły się rodzić galaktyki jarzące się nowo narodzonymi gwiazdami. W 2001 roku odkryto, że z galaktyk „z przerwą Lymana” wiały potężne wiatry. Dowodziło to, że poza ciemną materią w tworzeniu się galaktyk bierze udział coś jeszcze. Wiatry te, wywołane przez wybuchy supernowych, są tak silne, że powodują wydostanie się zwykłej materii z uchwytu ciemnej materii, na którą te wiatry nie działają. Wiatry oczyszczają „pęcherz” wokół macierzystej galaktyki, a także wysyłają wodór i inne pierwiastki w przestrzeń. Cięższe pierwiastki, które tworzą się wyłącznie we wnętrzach gwiazd, stają się podstawą dla następnego pokolenia galaktyk. Droga Mleczna to nazwa słabo świecącego pasa, który rozciąga się przez nocne niebo. To światło pochodzi z gwiazd i mgławic należących do naszej Galaktyki. Nasza Droga Mleczna jest galaktyką spiralną: jej owalne centrum otaczają olbrzymie ramiona, jakby nawijając się na jądro. Prawie sferyczne zgrubienie centralne jest też otoczone przez gwiazdy tworzące rzadkie halo. Nie możemy bezpośrednio obserwować jej spiralnej struktury, ponieważ Układ Słoneczny znajduje się w jednym z ramion (Ramię Oriona, zwane też Lokalnym). Centrum Galaktyki zasłaniają nam zupełnie obłoki pyłowe; w rezultacie nasz optyczny obraz Galaktyki jest silnie ograniczony. Bardziej kompletny obraz można uzyskać za pośrednictwem fal radiowych, podczerwieni i w innych zakresach. W zgrubieniu centralnym znajdują się dość stare czerwone i żółte gwiazdy. W halo można spotkać najstarsze gwiazdy- niektóre z nich mają 15 mld lat i dorównują wiekiem Galaktyce. W ramionach spiralnych znajdują się głównie gwiazdy młode i gorące oraz złożone z gazu i pyłu mgławice, wewnątrz których gwiazdy się rodzą. Galaktyka jest rozległa, ma około 100 tys. lat świetlnych średnicy. Dla porównania Układ Słoneczny wygląda na mały, mając rozmiary 12 godzin świetlnych. Nasza Galaktyka (odległość dwóch trzecich promienia od centrum Galaktyki) obraca się wokół środka raz na około 220 mln lat, przy czym gwiazdy bliższe centrum szybciej dokonują pełnego obiegu. Pomyśl o dinozaurach w triasie wędrujących po Ziemi jeden galaktyczny rok temu, a będziesz miał pojęcie, co oznacza ta skala czasowa. Bardzo bliska nam jest Wielka Mgławica w Andromedzie, która pędzi w naszą stronę z prędkością 500 tys. km/h i za kilka miliardów lat zderzy się z Drogą Mleczną.
iwonahm