Розширення розмірів планет: Чому сонячна система ніколи не відповідає одній шкалі

Розмір Сонячної Системи: Незбагненно в масштабі

Найскладніше, що можна передати про Сонячну систему – це те, що розмір і відстані використовують абсолютно різні масштаби. Якщо зменшити Землю до розміру марлі (приблизно 1,3 см), то Сонце стане м’ячем діаметром приблизно 1,4 м, який знаходиться на відстані близько 150 метрів – а Нептун, найвіддаленіша планета, закінчиться більше ніж за 4,5 км від цього м’яча. Майже кожна плакат у класі та додаток, що показує планети поруч один з одним у масштабі, який можна побачити, є, в необхідності, дуже неточними щодо відстаней між ними, оскільки справжній пропорційний макет потребував би коридору довжиною більше, ніж більшість шкіл.

Розміри чисел і їх нерівномірність

З урахуванням екваторіального радіусу, Юпітер (приблизно 69 911 км) становить приблизно 11,2 рази радіус Землі (приблизно 6 371 км) і містить приблизно 1 300 Земель за об’ємом. Сатурн (приблизно 58 232 км), Уран (приблизно 25 362 км) та Нептун (приблизно 24 622 км) утворюють решту газових і лідoвих гігантів. Чотири внутрішні, каменисті світи значно менші: Меркурій (приблизно 2 440 км), Венера (приблизно 6 052 км), Земля та Марс (приблизно 3 390 км). Сонце перевершує всі їх – його радіус, приблизно 696 000 км, становить приблизно 109 земних радіусів, а об’єм може вмістити близько 1,3 мільйона Земель.

body      radius (km)   × Earth radii
Mercury      2,440          0.38
Venus        6,052          0.95
Earth        6,371          1.00
Mars         3,390          0.53
Jupiter     69,911         10.97
Saturn      58,232          9.14
Uranus      25,362          3.98
Neptune     24,622          3.86
Sun        696,000        109.2

Чому планети набули такої форми

Розділення розмірів між невеликими каменистими планетами та великими газові гіганти пояснюється лінією замороженого льоду – відстанню від молодого Сонця, де вода, аміак і метан могли замерзнути у твердих кристалічних формах замість того, щоб залишатися парами. Всередині цієї лінії конденсувалися лише метали та силікатні породи, тому внутрішні планети сформувалися з відносно невеликого бюджету твердого матеріалу і залишилися невеликими. Поза лінією замороженого льоду крижана маса приблизно вчетверо збільшила кількість твердого матеріалу, що дозволило протопланетам рости більше десяти земних мас – порогу, при якій гравітація ядра стає достатньо сильною, щоб притягнути та утримати навколо себе газ з сонячного диму, процес безперервного зростання, відомий як аккрешення ядра. Тому Юпітер і Сатурн переважно складаються з водню та гелію, а Уран і Нептун, які сформувалися повільніше на більших відстанях із меншою кількістю газу для утримання, закінчили свою долю як менші «лідні гіганти», що складаються з води, аміаку та метану льоду навколо твердого ядра.

Кільця, супутники та масштаб, що приховується

Навіть модель з точним розміром потребує уваги до кілець і супутників. Система кілець Сатурна має приблизно 280 000 км у діаметрі, але в більшості місць становить лише близько 10 м завтовшки - такий екстремальний відношення означає, що на практично будь-якій фізичній моделі кільця будуть тоншими за аркуш паперу. Супутники створюють власну проблему масштабу: Ганімед, найбільший супутник Юпітера, більший за Меркурій, а Тітан, найбільший супутник Сатурна, також більший за Меркурій, що часто здивує людей, які припускають, що «супутник» означає «малий».

Як правильно читати шкалу моделі

При порівнянні розмірів планет у моделі, як ця на сторінці, слід пам’ятати про два числа: коефіцієнт діаметра вказує, наскільки великою виглядає планета відносно Землі, а справжня орбітальна відстань – майже завжди стиснута або відсутня у демонстрації розміру – вказує, наскільки далеко вони розташовані одна від одної. Зіткнення цих двох показників є найпоширенішою помилкою щодо Сонячної системи, і варто перевіряти обидва масштаби кожного разу, коли ви розглядаєте будь-яку діаграму, включаючи цю.

Frequently asked questions

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Planet Size Explorer і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.