منظومه شمسی

سن	۴٫۵۶۸ میلیارد سال
مکان	ابر میان‌ستاره‌ای محلی، حباب محلی، بازوی شکارچی، کهکشان راه شیری
جرم	۱٫۰۰۱۴ جرم خورشیدی
نزدیک‌ترین ستاره	پروکسیما قنطورس (۴٫۲۲ سال نوری) آلفا قنطورس (۴٫۳۷ سال نوری)
نزدیک‌ترین سیاره	اپسیلون جوی (۱۰٫۴۹ سال نوری)
ویژگی‌های اجرام
انحراف محوری	نپتون: ۴٫۵۰۳ میلیارد کیلومتر (۳۰٫۱۰ واحد نجومی)
فاصله تا کمربند کویپر	۵۰ واحد نجومی
تعداد ستارگان	۱ (خورشید)
تعداد سیارات	۸ (عطارد، ناهید، زمین، مریخ، مشتری، زحل، اورانوس، نپتون)
تعداد سیارات کوتوله	۵ (سرس، پلوتو، ماکی‌ماکی، هائومیا، اریس)
تعداد ماه‌ها	۴۰۳ (۱۷۶ سیاره و ۲۲۷ سیاره کوچک)
تعداد ریز سیارات	۵۸۹٫۴۳۳
تعداد دنباله‌دارها	۳٫۱۵۷
تعداد ماه‌های کروی	۱۹
مرکز کهکشانی
تمایل به کهکشان	۶۰٫۱۹° (دایرةالبروج)
فاصله تا مرکز کهکشان	۲۷۰۰۰±۱۰۰۰ سال نوری
سرعت مداری	۲۲۰ کیلومتر بر ثانیه
دورهٔ حرکت مداری	۲۲۵-۲۵۰ میلیون سال نوری

منظومه شمسی سامانه‌ای متشکل از خورشید و آن دسته از اجرام آسمانی است که براثر جاذبه خورشید در مدارهایی پیرامون آن به دام افتاده‌ و می‌گردند.

این منظومه با فروپاشی یک ابر مولکولی غول‌پیکر در حدود ۴٫۶ میلیارد سال پیش به وجود آمد. بیشتر جرم این سامانه در خورشید متمرکز شده‌است. ۸ سیاره و ۴ سیاره کوتوله دور خورشید می‌چرخند که همه آن‌ها روی یک دیسک تقریباً مسطح به نام دایرةالبروج قرار دارند. در میان این ۸ سیاره، ۴ سیاره زمین‌سان (درونی) وجود دارد که شامل عطارد، ناهید، زمین، و مریخ می‌شود که از سنگ و فلز ساخته شده‌اند و از سیارات گازی کوچکترند. چهار سیاره دیگر که به غول‌های گازی معروف اند شامل مشتری، زحل، اورانوس، و نپتون می‌شوند. مشتری و زحل به طور عمده از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده‌اند در حالی که اورانوس و نپتون تا حد زیادی از یخ، آب، آمونیاک، و متان تشکیل شده‌اند و به "غول‌های یخی" معروف اند.

منظومه شمسی دارای اجرام بسیار کوچکتر از سیارات است. کمربند سیارکی که بین مریخ و مشتری نهفته‌است، به طور عمده از سنگ و فلز تشکیل شده‌است. فراتر از مدار نپتون، کمربند کویپر قرار داد که شامل اجسام فرا نپتونی است و عمدتاً از آب، آمونیاک و متان تشکیل شده‌است. در این میان، پنج سیاره کوتوله قرار دارد که به بزرگی سیارات نمی‌رسند اما بسیار بزرگ اند و شامل سرس، پلوتو، هائومیا، ماکی‌ماکی، و اریس می‌شوند. علاوه بر این، هزاران اجرام کوچک آسمانی در منظومه شمسی قرار دارند. در این میان می‌توان به دنباله‌دار، شهاب‌سنگ، و ماه اشاره کرد. هر یک از سیارات بیرونی توسط حلقه سیاره‌ای شامل گرد و غبار و ذرات دیگر محاصره شده‌اند.

باد خورشیدی، یک جریان پلاسما است که به ایجاد حباب باد ستاره‌ای میان ستارگان و کرات می‌پردازد. احتمال می‌رود که سرچشمهٔ دنباله‌دارها ابر اورت باشد که هزاران بار از منظومه شمسی دور است. منظومه شمسی یکی از بازوهای کهکشانی به نام کهکشان راه شیری است که حدود ۲۰۰ میلیارد ستاره دارد.

 تشکیل و تکامل

مراحل تشکیل و نابودی خورشید

منظومه شمسی از فروپاشی گرانشی یک ابر مولکولی غول پیکر چرخان حدود ۴٫۵۶۸ میلیارد سال پیش تشکیل شد. این ابر به احتمال زیاد چند سال نوری طول دارد و در مرکز آن ستاره‌ای به نام خورشید وجود دارد. این ستاره شروع به داغ شدن کرد. با استفاده از تکانه زاویه‌ای سرعت چرخش آن بسیار افزایش یافت.بسیاری از توده‌های این ابر در مرکز هسته جمع آوری شدند و هسته داغ و داغ تر شد. با انقباض چرخش ابری، یک دیسک گازی چرخان صاف با ۲۰۰ واحد نجومی به وجود آمد.پیش‌ستاره در مرکز این دیسک قرار گرفت و مواد سنگین تر، سیارات را تشکیل دادند و سرانجام منظومه شمسی تشکیل شد.

طی ۵۰ میلیون سال، بر اثر فشار و چگالی، هیدروژن در مرکز ستاره قرار گرفت و سبب همجوشی هسته‌ای گردید. دما، سرعت واکنش، فشار و چگالی تا هیدرواستاتیک ادامه یافت و تعادل مناسبی بین فشار حرارتی و نیروی گرانش به وجود آمد. در این مرحله، خورشید به یک ستارهٔ رشته اصلی تبدیل شد.

یک مدل خوب نشان می‌دهند که تاریخ و ساختار منظومه شمسی ویژگی‌های گیج‌کننده‌ای دارد. در این مدل، سیارات غول پیکر گازی (مشتری، زحل، اورانوس، نپتون) بین ۵٫۵ تا ۱۷ واحد نجومی از خورشید فاصله دارند. یک دیسک این سیارات، حدود ۳۵ برابر جرم زمین هستند. تعاملات گرانشی بین این سیارات ناشی از تغییرات مداری آن‌ها است. در طول یک دورهٔ چند صد میلیون ساله، زحل، اورانوس، و نپتون فاصله زیادی از خورشید گرفتند در حالی که مشتری اندکی به خورشید نزدیک شد.

منظومه شمسی تا زمانی که هیدروژن هستهٔ خورشید به طور کامل به هلیوم تبدیل شود، تا حدود ۵٫۴ میلیارد سال آینده پابرجا خواهد ماند. پایان زندگی خورشید به نوعی پایان زندگی منظومه شمسی است. هنگامی که خورشید نابود شود، حدود ۸ دقیقه بعد متوجه می‌شویم چون خورشید حدود ۸ دقیقهٔ نوری با زمین فاصله دارد و در آن زمان، نورش از زمین قطع خواهد شد. در آن هنگام، هستهٔ خورشید سقوط خواهد کرد و خروجی انرژی بسیار بیشتر از حال حاضر خواهد بود. لایه‌های بیرونی خورشید حدود ۲۶۰۰ برابر قطر فعلی خود گسرش خواهد یافت و سرانجام به یک غول سرخ تبدیل خواهد شد. با افزایش یافتن سطح خورشید، سطح آن به صورت چشم‌گیری سرد خواهد شد. در نهایت، هسته برای همجوشی هسته‌ای هلیوم آماده خواهد شد و هیدروژن خواهد سوخت. این گسترش یافتن برای آغاز همجوشی عناصر سنگین تر و واکنش‌های هسته‌ای بسیار شدید تر کفایت خواهد کرد. لایه‌های بیرونی خورشید سقوط خواهد کرد و در فضا و حتی فراتر از سیارات کوتوله پراکنده خواهد شد و یک بخش بسیار بزرگ پراکنده شدهٔ آن، حدود نیمی از جرم اولیهٔ خورشید به اندازهٔ زمین خواهد شد. لایه‌های بیرونی خورشید، سیارات ابری را تشکیل خواهند داد و عناصر سنگین فلزیگی آن کربن در فضای میان ستاره‌ای خواهند شد.

کشف

حدود هزاران سال پیش، انسان‌ها با چند مورد چشم‌گیر، منظومه شمسی را به رسمیت نشناختند. مردم معتقد بودند که زمین در مرکز گیتی ثابت مانده‌است و اجرام آسمانی در آسمان حرکت می‌کنند. اگر چه یک فیلسوف یونان باستان به نام آریستارخوس ساموسی بر این باور بود که خورشید در مرکز کیهان قرار دارد.^[۱۱] نیکلاس کوپرنیک برای نخستین بار به منظور توسعهٔ یک سیستم ریاضی پیش بینی کرد که خورشید در مرکز کیهان قرار دارد.^[۱۲] جانشینان او در قرن هفدهم، از جمله گالیلئو گالیله، یوهان کپلر، و آیزاک نیوتن با درک فیزیک، پذیرفتند که زمین به دور خورشید می‌چرخد. علاوه بر این، اختراع تلسکوپ کمک بزرگی به کشف سیارات و ماه‌ها کرد. در زمان‌های اخیر، تلسکوپ با استفاده از فضاپیمای بدون سرنشین برای کشف پدیده‌های زمین‌شناسی مانند کوه، دهانه برخوردی، پدیده‌های هواشناسی از جمله ابر، طوفان شن و یخ در سیارات به فضا فرستاده می‌شد.

ساختار

مدار اجرام آسمانی با مقیاس در منظومه شمسی (در جهت عقربه‌های ساعت از چپ به بالا)

اصلی‌ترین جزء منظومه شمسی، خورشید است. ۹۹٫۸۶% جرم و غالب گرانشی خورشید، ستاره نوع جی است. چهار غول گازی بسیار بزرگ به دور خورشید می‌چرخند که ۹۹% اجرام گردش‌گر به دور خورشید هستند که ۹۰% آن‌ها را مشتری و زحل تشکیل می‌دهند.

اجرام زیادی دور خورشید می‌چرخند که به عنوان دایرةالبروج شناخته می‌شوند. سیارات بسیاری در دایرةالبروج وجو دارند، در حالی که ستاره‌های دنباله‌دار و کمربند کویپر، میزان چشم‌گیری به دایرةالبروج تمایل دارند.بسیاری از سیارات و دیگر اجرامی که به دور خورشید می‌چرخند، در جهت چرخش خورشید در حال چرخش‌اند. (بر خلاف جهت عقربه‌های ساعت.)استثناهایی مانند حرکت بازگشتی ستارهٔ دنباله‌دار هالی وجود دارد.

ساختار کلی مناطق ترسیم‌شدهٔ منظومه شمسی شامل خورشید، چهار سیارهٔ محاصره‌شده توسط یک کمربند سیارکی سنگی، و چهار غول گازی محاصره‌شده توسط کمربند کویپر شامل اجرام یخی است. ستاره‌شناسان گاهی اوقات این مناطق را به شکل غیررسمی به مناطق مجزا تقسیم می‌کنند. بخش درونی منظومه شمسی شامل چهار سیاره زمین‌سان و کمربند سیارکی می‌شود. بخش بیرونی منظومه شمسی نیز شامل چهار غول گازی فراتر از کمربند سیارکی است. کمربند کویپر خارجی‌ترین بخش منظومه شمسی است که یک منطقهٔ متمایز و متشکل از اجرام فرانپتونی است.

بسیاری از سیارات شامل کراتی به نام ماه هستند که به دور سیارات می‌چرخند. دو ماه بزرگ منظومه شمسی یعنی گانمید و تیتان، از عطارد بزرگ‌تر هستند. هر چهار غول گازی نیز دارای حلقه‌های سیاره‌ای هستند که حلقه‌های زحل از حلقه‌های دیگر غول‌های گازی بزرگ‌تر است. این حلقه‌ها از ذرات معلق فضا تشکیل می‌شوند. بسیاری از بزرگ‌ترین ماه‌ها در چرخش با سیارهٔ خود هم‌گام هستند.

وانین حرکت سیاره‌ای کپلر، مدار اجرام پیرامون خورشید را توصیف می‌کند. طبق قوانین کپلر، هر جسم در امتداد یک مدار بیضی‌شکل به دور خورشید می‌چرخد. اجرام نزدیک به خورشید (با نیم‌قطر بزرگ) بیشتر تحت تاثیر گرانش خورشید قرار می‌گیرند و در نتیجه، با سرعت بیشتری دور خورشید می‌چرخند. فاصلهٔ یک سیاره از خورشید در یک مدار بیضی‌شکل تغییر می‌کند. نزدیک‌ترین فاصلهٔ یک سیاره در یک مدار بیضی‌شکل به خورشید را حضیض و دورترین فاصله در این مدار را اوج می‌نامند. مدار سیارات تقریباً دایره است، اما بسیاری از دنباله‌دارها، سیارک‌ها، و اجرام کمربند کویپر مدار بیضی‌شکل دارند. موقعیت اجرام در منظومه شمسی را می توان با استفاده از مدل عددی پیش‌بینی کرد.

با توجه به فاصلهٔ زیاد برخی از اجرام آسمانی از خورشید، دو یا چند جسم با برخورد به یک‌دیگر از خورشید دورتر می‌شوند. در واقع، در چند مورد استثنا، مدار فعلی سیاره یا سیارک‌های کمربند سیارکی، بزرگ‌تر از مدار پیشین آن است. برای مثال، ناهید حدود ۰٫۳۳ واحد نجومی نسبت به عطارد از خورشید دورتر است؛ در حالی که زحل، ۴٫۳ واحد نجومی از مشتری، و نپتون ۱۰٫۵ واحد نجومی از اورانوس فاصله گرفته‌اند. تلاش‌های زیادی برای تعیین ارتباط بین این فاصلهٔ مداری (به عنوان مثال، قانون بده) انجام گرفته‌است اما هیچ نظریه‌ای پذیرفته نشده‌است.

تعدادی از مدل‌های منظومه شمسی بر روی زمین تلاش کرده‌اند تا مقیاس‌های نسبی خوبی را ارائه دهند که در آن‌ها، منظومه شمسی تحت شرایط انسانی است. برخی از مدل‌های مکانیک - که اورریز نامیده می‌شوند - سراسر شهرها و مناطق را دربر گرفته‌است. بزرگ‌ترین مدل، منظومه شمسی سوئد است که ۱۱۰ متر است که در آن استکهلم جایگزین خورشید است و مشتری ۴۰ کیلومتر از خورشید فاصله دارد و ۷٫۵ متر است. در حالی که دورترین جسم آن یعنی سدنا، یک کرهٔ ۱۰ سانتی‌متری است و ۹۱۲ کیلومتر از خورشید فاصله دارد و در لولئا قرار دارد.

ترکیب

خورشید که تقریباً تمام مواد منظومه شمسی را تشکیل می‌دهد، ۹۸% از هیدروژن و هلیوم ساخته شده‌است. مشتری که تقریباً تمام مواد باقی‌مانده را تشکیل می‌دهند، ۹۹% از همان عناصر ساخته شده‌اند. توسط فشار، گرما، و نور خورشید، ترکیب شیب‌داری در منظومه شمسی ایجاد شده‌است. اجرام دورتر از خورشید، تا حد زیادی از مواد با نقطه ذوب پایین تشکیل شده‌اند. مرز سامانه خورشید فراتر از آن است که این اجرام پراکنده شوند.

اجرام بخش درونی منظومه شمسی عمدتاً از سنگ ساخته شده‌اند. برخی از ترکیبات با نقطه ذوب بالا از جمله سیلیکات، آهن و نیکل که جامد هستند، تحت شرایط خاصی به ابر گازی تبدیل شده‌اند.مشتری و زحل عمدتاً از گاز تشکیل شده‌اند، نقطه ذوب پایین و فشار بخار بالایی مانند هیدروژن مولکولی، هلیوم و نئون دارند. سیارات یخی، از یخ، آب، متان، آمونیاک، سولفید هیدروژن، و کربن دی‌اکسید تشکیل شده‌اند؛ دارای نقطه ذوب تا چند درجهٔ کلوین هستند، در حالی که فشار و درجه حرارت آن‌ها به محیط‌شان بستگی دارد. این‌گونه سیارات را می توان در مکان‌های مختلف منظومه شمسی یافت. مواد یخی بیشتر ماه‌های سیاره‌های غول‌پیکر مانند اورانوس و نپتون (به اصطلاح "غول یخی") و اجرام فراتر از نپتون را تشکیل می‌دهند. با یک‌دیگر، گازها و یخ‌ها به عنوان مواد فرار نامیده می‌شوند.