دردشة تعاونية عرض توضيحي

النظام الشمسي

النظام الشمسي هو النظام المرتبط جاذبيًا بالشمس والأجرام التي تدور حولها. تشكّل قبل 4.6 مليار سنة نتيجة انهيار جاذبي لسحابة جزيئية عملاقة بين النجوم. تتركز الغالبية العظمى (99.86%) من كتلة النظام في الشمس، بينما تتركز معظم الكتلة المتبقية في كوكب المشتري. يحتوي النظام الكوكبي حول الشمس على ثمانية كواكب. الكواكب الأربعة الداخلية للنظام، عطارد والزهرة والأرض والمريخ، هي كواكب أرضية، تتكون أساسًا من الصخور والمعادن. أما الكواكب العملاقة الأربعة الخارجية للنظام فهي أكبر حجمًا وأكثر كتلة من الكواكب الأرضية. أكبرها، المشتري وزحل، هما عملاقان غازيان، يتكونان بشكل رئيسي من الهيدروجين والهيليوم؛ أما الكوكبان التاليان، أورانوس ونبتون، فهما عملاقان جليديان، يتكونان في الغالب من مواد متطايرة ذات درجات انصهار عالية نسبيًا مقارنة بالهيدروجين والهيليوم، مثل الماء والأمونيا والميثان. جميع الكواكب الثمانية لها مدارات دائرية تقريبًا تقع بالقرب من مستوى مدار الأرض، المسمى دائرة البروج.

يوجد عدد غير معروف من الكواكب القزمة الصغيرة، بالإضافة إلى عدد لا يُحصى من الأجرام الصغيرة في النظام الشمسي التي تدور حول الشمس. ستة من الكواكب الرئيسية، وأكبر ستة كواكب قزمة محتملة، والعديد من الأجرام الأصغر، تدور حولها أقمار طبيعية، تُعرف عادةً باسم "الأقمار" نسبةً إلى قمر الأرض. قمران طبيعيان، هما قمر غانيميد التابع للمشتري وقمر تيتان التابع لزحل، أكبر من عطارد، أصغر الكواكب الأرضية، على الرغم من أنهما أقل كتلة، وقمر كاليستو التابع للمشتري يكاد يكون بنفس حجمه. كل كوكب من الكواكب العملاقة وبعض الأجرام الأصغر محاط بحلقات كوكبية من الجليد والغبار والأقمار الصغيرة. حزام الكويكبات، الذي يقع بين مداري المريخ والمشتري، يحتوي على أجسام تتكون من الصخور والمعادن والجليد. وراء مدار نبتون يقع حزام كايبر والقرص المتناثر، وهما عبارة عن تجمعات من الأجسام تتكون في الغالب من الجليد والصخور.

في أطراف النظام الشمسي، توجد فئة من الكواكب الصغيرة تُسمى الأجسام المنفصلة. وهناك جدل كبير حول عدد هذه الأجسام. بعض هذه الأجسام كبير بما يكفي ليصبح كرويًا بفعل جاذبيته، وبالتالي يُصنف ككواكب قزمة. يُجمع علماء الفلك عمومًا على وجود تسعة أجسام ككواكب قزمة: الكويكب سيريس، وأجسام حزام كايبر: بلوتو، وأوركوس، وهاوميا، وكواوار، وماكيماكي، وأجسام القرص المتناثر: غونغونغ، وإيريس، وسيدنا. وتتحرك مجموعات متنوعة من الأجسام الصغيرة، بما في ذلك المذنبات والقناطير وسحب الغبار بين الكواكب، بحرية بين مناطق النظام الشمسي.

تُشكّل الرياح الشمسية، وهي تيار من الجسيمات المشحونة المتدفقة من الشمس، منطقةً شبيهةً بالفقاعة من الوسط بين الكواكب داخل الوسط بين النجوم، تُعرف بالغلاف الشمسي. وحد الغلاف الشمسي (الهليوبوز) هو النقطة التي يتساوى عندها ضغط الرياح الشمسية مع الضغط المعاكس للوسط بين النجوم، ويمتد حتى حافة القرص المتناثر. وقد توجد سحابة أورت، التي يُعتقد أنها مصدر المذنبات طويلة الدورة، على مسافة تُقارب ألف ضعف مسافة الغلاف الشمسي. يقع النظام الشمسي على بُعد 26,000 سنة ضوئية من مركز مجرة درب التبانة في ذراع الجبار، الذي يضم معظم النجوم المرئية في سماء الليل. وتقع أقرب النجوم ضمن ما يُسمى بالفقاعة المحلية، وأقربها نجم بروكسيما سنتوري، الذي يبعد 4.2441 سنة ضوئية.

البنية والتركيب

كلمة "شمسي" تعني "متعلق بالشمس"، وهي مشتقة من الكلمة اللاتينية "sol" التي تعني الشمس. الشمس هي العضو المهيمن من حيث الجاذبية في النظام الشمسي، ويتم الحفاظ على نظامها الكوكبي في حالة مستقرة نسبياً وبطيئة التطور من خلال اتباع مدارات معزولة مرتبطة جاذبياً حول الشمس.

المدارات

تقع الكواكب والأجرام الكبيرة الأخرى التي تدور حول الشمس بالقرب من مستوى مدار الأرض، المعروف بدائرة البروج. أما الأجرام الجليدية الأصغر حجمًا، كالمذنبات، فتدور غالبًا بزوايا أكبر بكثير بالنسبة لهذا المستوى. تمتلك معظم كواكب المجموعة الشمسية أنظمة ثانوية خاصة بها، تدور حولها أقمار طبيعية. وتدور العديد من أكبر الأقمار الطبيعية بشكل متزامن، حيث يكون أحد أوجهها دائمًا مواجهًا لكوكبها الأم. أما الكواكب العملاقة الأربعة، فلها حلقات كوكبية، وهي عبارة عن نطاقات رقيقة من جسيمات دقيقة تدور حولها في تناغم تام.

نتيجةً لتكوّن النظام الشمسي، تدور الكواكب ومعظم الأجرام الأخرى حول الشمس في نفس اتجاه دورانها، أي عكس اتجاه عقارب الساعة عند النظر إليها من فوق القطب الشمالي للأرض. وهناك استثناءات، مثل مذنب هالي. تدور معظم الأقمار الكبيرة حول كواكبها في اتجاه دورانها، متوافقةً مع دوران الكوكب؛ أما قمر نبتون، تريتون، فهو الأكبر الذي يدور في الاتجاه المعاكس، أي عكس اتجاه دوران الكوكب. تدور معظم الأجرام الكبيرة حول محاورها في اتجاه دورانها بالنسبة لمدارها، باستثناء كوكب الزهرة الذي يدور عكس اتجاه دوران الكوكب.

تصف قوانين كبلر لحركة الكواكب، كتقريب أولي جيد، مدارات الأجرام حول الشمس. تنص هذه القوانين على أن كل جرم يتحرك على مسار إهليلجي، وتقع الشمس في إحدى بؤرتيه، مما يؤدي إلى تغير بُعد الجرم عن الشمس على مدار السنة. تُسمى أقرب نقطة للجرم من الشمس بالحضيض، بينما تُسمى أبعد نقطة له عنها بالأوج. 9-6 مدارات الكواكب دائرية تقريبًا، لكن العديد من المذنبات والكويكبات وأجرام حزام كايبر تتبع مدارات إهليلجية للغاية. لا تأخذ قوانين كبلر في الحسبان سوى تأثير جاذبية الشمس على الجرم الدائر، وليس قوى الجذب المتبادلة بين الأجرام المختلفة. على المدى الزمني البشري، يمكن مراعاة هذه الاضطرابات الإضافية باستخدام النماذج العددية، 9-6 لكن النظام الكوكبي قد يتغير بشكل فوضوي على مدى مليارات السنين.

الزخم الزاوي للنظام الشمسي هو مقياس لمجموع الزخم المداري والدوراني الذي تمتلكه جميع مكوناته المتحركة. ورغم أن الشمس تهيمن على النظام من حيث الكتلة، إلا أنها لا تمثل سوى 2% تقريبًا من الزخم الزاوي. أما الكواكب، وعلى رأسها المشتري، فتمثل معظم الزخم الزاوي المتبقي نتيجة لتضافر كتلتها ومدارها وبعدها عن الشمس، مع احتمال وجود مساهمة كبيرة من المذنبات.

التركيب

يتألف الهيكل العام للمناطق المحددة في النظام الشمسي من الشمس، وأربعة كواكب داخلية أصغر حجماً محاطة بحزام من الكويكبات الصخرية في الغالب، وأربعة كواكب عملاقة محاطة بحزام كايبر من الأجسام الجليدية في الغالب. يقسم علماء الفلك هذا الهيكل أحيانًا بشكل غير رسمي إلى مناطق منفصلة. يشمل النظام الشمسي الداخلي الكواكب الأرضية الأربعة وحزام الكويكبات. أما النظام الشمسي الخارجي فيقع وراء الكويكبات، ويشمل الكواكب العملاقة الأربعة. منذ اكتشاف حزام كايبر، تُعتبر الأجزاء الخارجية من النظام الشمسي منطقة مستقلة تتكون من الأجسام الواقعة وراء نبتون.

الشمس هي المكون الرئيسي للنظام الشمسي، وهي نجم منخفض الكتلة يحتوي على 99.86% من كتلة النظام المعروفة، ويهيمن عليه جاذبياً. أما الكواكب العملاقة، وهي أكبر أربعة أجرام تدور حول الشمس، فتشكل 99% من الكتلة المتبقية، حيث يمثل كوكب المشتري وزحل معاً أكثر من 90%. وتشكل الأجرام المتبقية في النظام الشمسي (بما في ذلك الكواكب الأرضية الأربعة، والكواكب القزمة، والأقمار، والكويكبات، والمذنبات) مجتمعةً أقل من 0.002% من إجمالي كتلة النظام الشمسي.

تتكون الشمس من حوالي 98% من الهيدروجين والهيليوم، وكذلك كوكب المشتري وزحل. يوجد تدرج في التركيب الكيميائي للنظام الشمسي، ناتج عن ضغط الحرارة والضوء المنبعث من الشمس في بداياتها؛ فالأجسام الأقرب إلى الشمس، والتي تتأثر أكثر بضغط الحرارة والضوء، تتكون من عناصر ذات درجات انصهار عالية. أما الأجسام الأبعد عن الشمس فتتكون في الغالب من مواد ذات درجات انصهار منخفضة. يُعرف الحد الفاصل في النظام الشمسي الذي يمكن أن تتجمع عنده هذه المواد المتطايرة بخط الصقيع، ويقع على مسافة تعادل خمسة أضعاف المسافة بين الأرض والشمس تقريبًا.

تتكون أجرام النظام الشمسي الداخلي في الغالب من مواد صخرية، مثل السيليكات والحديد والنيكل. أما كوكب المشتري وزحل فيتكونان أساسًا من غازات ذات درجات انصهار منخفضة للغاية وضغط بخاري مرتفع، مثل الهيدروجين والهيليوم والنيون. وتصل درجات انصهار الجليد، كالماء والميثان والأمونيا وكبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون، إلى بضع مئات من الكلفن. ويمكن العثور عليها في حالات جليدية أو سائلة أو غازية في أماكن متفرقة من النظام الشمسي. وتشكل المواد الجليدية غالبية أقمار الكواكب العملاقة، بالإضافة إلى معظم أجرام أورانوس ونبتون (المعروفة باسم "العمالقة الجليدية") والعديد من الأجرام الصغيرة التي تقع خارج مدار نبتون. ويُطلق على الغازات والجليد معًا اسم المواد المتطايرة.