منظومه‌ شمسی

 

مقدمه
شکل گیری منظومه شمسی حدود 5 میلیارد سال پیش ، از ابری متشکل از گاز و غبار بین ستاره‌ای ، آغاز گردید. جاذبه باعث انقباض ابر شده و کره متراکمی از گاز در مرکز ابر بوجود آورد. جاذبه همچنین باعث دوران هر چه سریعتر ابر شد. هنگام دوران، مواد موجود در ابر، پهن شده و حلقه ای به وجود آمد که نواحی متراکم مرکزی را در بر می گرفت. سرانجام در این ناحیه متراکم ، گرمای لازم برای وقوع واکنشهای هسته‌ای فراهم گشت و بدین ترتیب ، ستاره خورشید بوجود آمد. اعضای کوچکتر منظومه شمسی از مواد موجود در این حلقه بوجود آمدند. این اعضاء عبارتند از سیارات ، سیارکها و ستاره دنباله دار.






میلیونها سال طول کشید تا منظومه شمسی از ابری متشکل ازگاز و غبار ، پدید آمد.
خانواده منظومه شمسی
تمام اجرام آسمانی که در یک منظومه مداری قرار دارند، تحت تأثیر جاذبه‌ای دو جانبه به دور یک جرم مشترک مرکزی می‌چرخند. در منظومه زمین _ ماه مرکز جرم مشترک در فاصله 4748 کیلومتری (2950مایلی) هسته زمین قرار داشته و از سطح زمین خارج نشده است. در مورد منظومه شمسی ، مرکز جرم مشترک همواره با تغییر موقعیت نسبی سیاره‌ها ، در حال تغییر است. این مرکز در فاصله‌ای حدود 300000 کیلومتر (186000 مایل) خارج از سطح خورشید قرار دارد.
سیارات منظومه شمسی
• سیاره ماه
• سیاره عطارد
• سیاره زهره
• سیاره زمین
• سیاره مریخ
• سیاره مشتری
• سیاره زحل
• سیاره اورانوس
• سیاره نپتون
• سیاره پلوتون
• سیاره سدنا
تمام خصوصیات زیر در مقایسه با زمین می‌باشد.
سیاره قطر
استوا جرم شعاع
مدار سال روز
عطارد
0.382 0.06 0.38 0.241 58.6
زهره
0.949 0.82 0.72 0.615 -243
زمین
1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
مریخ
0.53 0.11 1.52 1.88 1.03
مشتری
11.2 318 5.20 11.86 0.414
زحل
9.41 95 9.54 29.46 0.426
اورانوس
3.98 14.6 19.22 84.01 0.718
نپتون
3.81 17.2 30.06 164.79 0.671
پلوتون*
0.24 0.0017 39.5 248.5 6.5
سدنا*
- - - - -

منشأ سیارات چه بوده؟
در آن هنگام که برای نخستین بار می‌خواستند از راه علایم درباره منشأ جهان فکر کنند، توجه بیشتر مردم به اصل زمین و سایر سیارات منظومه شمسی معطوف بود. و این مایه کمال تعجب است که در زمان حاضر که این همه درباره اصل و منشأ انواع مختلف ستارگان می‌دانیم و با کمال صراحت و جدیت درباره مسائل مربوط به پیدایش کل جهان بحث می‌کنیم، هنوز مسئله تشکیل زمین چنانکه که باید طرح و حل نشده است. فیلسوف بزرگ آلمانی ایمانوئل کانت (Immanuel Kant) نخستین فرضیه قابل قبول علمی را درباره اصل پیدایش منظومه شمسی طرح ریخت و پس از وی ریاضیدان بزرگ فرانسوی بنام پریسمون دو لاپلاس (Pierre Summoned Lap lace) آن فرضیه را تکیمل کرد.
بنابر این فرضیه ، ستارگان منظومه شمسی همه از یک حلقه گازی بوجود آمده‌اند که در نتیجه نیروی گریز از مرکز از جرم مرکزی و اصلی این منظومه ، یعنی خورشید ، در ابتدای انقباض آن جدا شده است. نخستین اشکال در این است که با تحلیل ریاضی معلوم شده است که هر حلقه گازی که احتمال تشکیل شدن آن بر گرد خورشید گردنده در حالت انقباض می‌رود، هرگز بصورت سیاره ساده‌ای در نخواهد آمد، بلکه از آن عده زیادتری اجسام کوچکتر شبیه حلقه‌های زحل تولید می‌شود.
دشواری دیگر و مهمتر در برابر فرض لاپلاس - کانت این است که 98 درصد از گشتاور دورانی منظومه شمسی همراه با حرکت سیارات است و فقط 2 درصد آن به دوران خود خورشید مربوط می‌شود و محال است که بتوان گفت چرا چنین در صد بزرگ از گشتاور دورانی در حلقه‌های جدا شده مانده عملا چیزی برای جرم گردنده اولی باقی نمانده است.
فرضیه چمبرلین و مولتون (Chamberlin and Muhon)
گشتاور دورانی از خارج به منظومه سیارات داده شده و به این ترتیب تشکیل سیارات را نتیجه تصادم خورشید خودمان با جرم آسمانی دیگری به بزرگی آن تصور کنیم. در آن هنگام که خورشید تنها بوده و خانواده سیاراتی همراه خود نداشته ، با جرم مشابه خود در آسمان تلاقی کرده است. برای تولد سیارات برخورد و تلاقی فیزیکی ضرورت نداشته ، بلکه نیروی متقابل از فاصله دور هم می‌توانسته است بر هر دو ستاره برجستگیهای عظیمی ایجاد کند که به طرف یکدیگر متوجه باشند. هنگامی که این برآمدگیها که عملا مدهای غول پیکری بوده ، از ارتفاع معین حدی تجاوز کرده‌اند، ناچار در امتداد خطی که هر دو ستاره را به یکدیگر متصل می‌کرده ، بریدگی پیدا کرده و از آنها قطرات چند جدا از یکدیگر بوجود آمده است.
حرکت نسبی این دو پدر و مادر سیارات نسبت به هم بایستی به این سیارات گازی ابتدایی دوران شدیدی داده باشد و در آن هنگام که دو ستاره از یکدیگر دور می‌شدند، با هر یک دسته‌ای از سیارات که دورانی سریع داشته اند همراه شده است. امواج مدی سطح آن دو ستاره همچنین سبب آن شده است که خود آنها نیز ناچارا به کندی در همان جهت سیارتشان حرکت دورانی پیدا کنند و این خود نشان می‌دهد که چرا محور دوران خورشید ما این اندازه با محور مدارهای سیارات انطباق نزدیک دارد. با در نظر گرفتن فاصله عظیم موجود میان ستارگان و شعاع نسبی کوچک آنها ، به آسانی می‌توان حساب کرد که در طول مدت چند بیلیون سالی که از تشکیل آنها گذشته ، احتمال چنین برخوردی برای هر یک از ستارگان تنها یک چند بیلیونیوم است.
نتیجه گیری
ناچارا چنین نتیجه گیری می‌شود که منظومه‌های سیاره‌ای از نمودهای نادر جهان به شمار می‌رود و خورشید ما خوشبخت است که یکی از چنین منظومه‌ها را همراه خود دارد. ولی با فرض اینکه تشکیل سیارات مربوط به اوایل تکامل جهان و هنگامی باشد که هنوز خود ستاره‌ها ساخته شده بودند، همه این اشکالات از میان برداشته می‌شود.
سیارات منظومه شمسی
بزرگترین آنها به نام مشتری است که جرمی معادل یک هزارم جرم خورشید را دارد، در صورتی که مجموعه جرم اعضای خانواده خورشید فقط کمی بیشتر از یک دهم درصد جرم خود خورشید است. تا بحال سیستم سیاره‌ای نظیر آنچه به خورشید مربوط است کشف نشده است. سیارات ، اجرام سماوی سرد بوده و انعکاس نور خورشید باعث مرئی شدن آنها می‌گردد. بعضی از آنها را با چشم غیر مسلح می‌توان رویت کرد ولی سه سیاره اورانوس ، نپتون و پلوتو را بدون تلسکوپ نمی‌توان رویت کرد. در مورد تشخیص سیارات از ستارگان در آسمان شب می‌توان گفت که سیارات با نور پایدار می‌درخشند، ولی نور ستارگان هم از لحاظ رنگ و هم از لحاظ روشنایی به شدت تغییر می‌کند. سیارات در آسمان حرکت کرده و محل آنها تغییر می‌کند، ولی ستارگان نسبت به هم دارای مکانهای تقریبا ثابتی هستند.
به علت زیادی جرم خورشید ، تمامی سیارات ، سیارکها ، ستارگان دنباله دار و شهابها با تقریب زیاد ، حول خورشید حرکت می‌کنند و بطور جداگانه به سمت خورشید جذب می‌شوند. مدار هر کدام از آنها به شکل بیضیهایی با اندازه‌های متفاوتند که خورشید در کانون این بیضیها واقع شده است. در مورد کلیه حالت سیارات ، خروج از مرکز آنها کوچک بوده و از 0.1 تجاوز نمی‌کند و به غیر از مدارهای سیاره‌های عطارد و پلوتو که برای آن دو مقدار خروج از مرکز به ترتیب 5.206 و 5.250 است.





محل استقرار و مدارات سیارات منظومه شمسی
سیارات به ترتیب فاصله از خورشید عبارتند از: عطارد (تیر) ، زهره (ناهید) ، زمین ، مریخ ، مشتری ، زحل ، اورانوس ، نپتون و پلوتو. اخیرا کشف دهمین سیاره منظومه شمسی نیز تأیید شده است. انجمن بین المللی اختر شناسی کشف دهمین سیاره گردنده به دور خورشید که در مرز منظومه شمسی قرار دارد را تأیید کرده است. این شی ابتدا در سال 2003 کشف شده بود، اما سیاره بودن آن اخیرا تأیید شده است. فاصله این شی از خورشید بیش از دو برابر فاصله پلوتون از خورشید است. این بزرگترین جرم آسمانی است که از زمان کشف نپتون در سال 1846 در مدار خورشید کشف می‌شود و در فاصله 97 واحد نجومی (فاصله متوسط زمین - خورشید) از ما کشف شده است. همه سیارات بجز عطارد و زهره دارای یک چند قمر هستند.
منظومه شمسی از دیدگاه کپلر
اما یوهان کپلر ، دستیار تیکو براهه نظریه کوپرنیکی را پذیرفت. کپلر که یک ریاضیدان بود، سه قانون در مورد مدار سیاره‌ها تدوین کرد. او با بررسی دقیق مشاهده‌های براهه از مریخ ، به این نتیجه رسید که مریخ در مداری بیضی شکل حرکت می‌کند، نه دایره‌ای. قانون اول حرکت سیاره‌ای کپلر می‌گوید: هر سیاره در مداری به شکل بیضی حرکت می‌کند، که
خورشید در یکی از کانونهای آن قرار دارد.
قانون دوم کپلر سرعت متغیر سیاره را در مدارش توصیف می‌کند: هر قدر سیاره به خورشید نزدیکتر باشد، سرعت آن بیشتر است و هر قدر سیاره از خورشید دورتر باشد، سرعت آن در مدارش کمتر است. کپلر به فکر (گرانش(جاذبه)) ، نزدیک می‌شد بی آنکه به وضوح آن را بیان کند.
قانون سوم کپلر فاصله سیاره از خورشید را با دوره تناوب آن ارتباط می‌دهد: زمانی را که طول می کشد تا یک بار به دور خورشید گردش کند، دوره تناوب سیاره می‌نامند. این قانون می‌گوید که توان دوم دوره تناوب ، یعنی I2 برابر با توان سوم فاصله یا D3 است.
منظومه شمسی از دیدگاه گالیله
در همان حال که کپلر این قانونها را بیان می کرد، گالیله ئو دانشمند ایتالیایی ، گام بزرگ دیگری در راه پیشترفت اختر شناسی بر می‌داشت. او با استفاده از تلسکوپ که به تازگی اختراع شده بود، به سیاره‌ها ، ماه و خورشید نگاه کرد. (کار اخیر او ، یعنی نگاه کردن به خورشید اشتباه بود.
او با تلسکوپ مستقیماً به خورشید نگاه کرد و برای مدتی بینایی خود را از دست داد). آنچه او در آسمان می‌دید، با آموزشهای یونانیان باستان سازگار نبود. مثلاً او مشاهده کرد که ماه به هیچ وجه کره کامل نیست و مانند زمین دارای کوه و دره است.
گالیله همچنین کشف کرد که زهره ، مانند ماه ، صور مختلف دارد. او نخستین کسی بود که چشمش به قمرهای مشتری افتاد و با تلسکوپ خود متوجه شد که شمار ستارگان ، بیشتر از آن است که با چشم برهنه (غیر مسلح) دیده می‌شود.


منظومه شمسی از دیدگاه نیوتن
در اواخر قرن هفدهم یک دانشمند بزرگ انگلیسی ، به نام آیزاک نیوتن ، قانون نیروی جاذبه (گرانش) را کشف کرد. این قانون می‌گوید که اشیاء با نیروی جاذبه ، به طرف یکدیگر کشیده می‌شوند. قدرت این نیرو بستگی به مقدار جرم اشیاء و فاصله آنها از یکدیگر دارد. قانون جاذبه توضیح می‌دهد که چرا مدارهای سیاره‌ای و قمری به شکل بیضی هستند. این قانون حرکت همه اشیاء را در جهان تبیین می‌کند.