7.1: Maelezo ya jumla ya Mfumo wetu wa Sayari

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza jinsi vitu katika mfumo wetu wa jua ni kutambuliwa, kuchunguzwa, na sifa
• Eleza aina ya miili midogo katika mfumo wetu wa jua, maeneo yao, na jinsi walivyounda
• Mfano mfumo wa jua na umbali kutoka maisha ya kila siku ili uelewe vizuri umbali katika nafasi

Mfumo wa jua ¹ una Jua na vitu vingi vidogo: sayari, miezi yao na pete, na “uchafu” kama vile asteroids, comets, na vumbi. Miongo kadhaa ya uchunguzi na spacecraft utafutaji umebaini kuwa wengi wa vitu hivi viliumbwa pamoja na Jua kuhusu miaka bilioni 4.5 iliyopita. Wao huwakilisha clumps ya nyenzo ambazo zimehifadhiwa kutoka kwa wingu kubwa la gesi na vumbi. Sehemu ya kati ya wingu hili ikawa Jua, na sehemu ndogo ya nyenzo katika sehemu za nje hatimaye ikaunda vitu vingine.

Katika kipindi cha miaka 50 iliyopita, tumejifunza zaidi kuhusu mfumo wa jua kuliko mtu yeyote aliyefikiria kabla ya umri wa nafasi. Mbali na kukusanya taarifa na darubini mpya za nguvu, tumetuma spacecraft moja kwa moja kwa wanachama wengi wa mfumo wa sayari. (Astronomia ya sayari ni tawi pekee la sayansi yetu ambalo tunaweza, angalau vicariously, kusafiri kwenye vitu tunavyotaka kujifunza.) Kwa majina ya kuvutia kama vile Voyager, Pioneer, Udadisi, na Pathfinder, wapelelezi wetu wa robot wamepita, wamezunguka, au kutua kwenye kila sayari, wakirudisha picha na data ambazo zimewavutia wanaastronomia na umma. Katika mchakato huo, tumechunguza sayari mbili za kibete, mamia ya miezi ya kuvutia, mifumo minne ya pete, asteroids kadhaa, na comets kadhaa (wanachama wadogo wa mfumo wetu wa jua ambao tutajadili baadaye).

Probes yetu imepenya anga ya Jupiter na nanga juu ya nyuso za Venus, Mars, Mwezi wetu, mwezi wa Saturn Titan, asteroids Eros na Itokawa, na Comet Churyumov-Gerasimenko (kawaida hujulikana kama 67P). Binadamu wameweka mguu juu ya Mwezi na kurudi sampuli za udongo wake uso kwa ajili ya uchambuzi wa maabara (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Tumegundua hata maeneo mengine katika mfumo wetu wa jua ambayo inaweza kuwa na uwezo wa kusaidia aina fulani ya maisha.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\) Astronauts juu ya Mwezi. Lander lunar na uso Rover kutoka Apollo 15 ujumbe ni kuonekana katika mtazamo huu wa sehemu moja zaidi ya Dunia ambayo imekuwa kuchunguzwa moja kwa moja na binadamu.

Tazama nyumba hii ya sanaa ya picha za NASA zinazofuatilia historia ya ujumbe wa Apollo.

Mali

Jua, nyota iliyo nyepesi kuliko asilimia 80 ya nyota katika galaxi, ni mwanachama mkubwa zaidi wa mfumo wa jua, kama inavyoonekana katika Jedwali\(\PageIndex{1}\). Ni mpira mkubwa kuhusu kilomita milioni 1.4 kwa kipenyo, na tabaka za uso za gesi ya incandescent na joto la ndani la mamilioni ya digrii. Jua litajadiliwa katika sura za baadaye kama mfano wetu wa kwanza, na uliojifunza vizuri, wa nyota.

Jedwali\(\PageIndex{1}\) Misa ya Wanachama wa mfumo wa jua

Kitu	Asilimia ya Misa Jumla ya Mfumo wa Jua
Sun	99.80
Jupita	0.10
Comets	0.0005—0.03 (makadirio)
Sayari nyingine zote na sayari kibete	0.04
Miezi na pete	0.00005
Asteroids	0.000002 (makadirio)
Cosmic udongo	0.0000001 (makadirio)

Jedwali\(\PageIndex{1}\) pia linaonyesha kwamba wengi wa vifaa vya sayari ni kweli kujilimbikizia katika moja kubwa, Jupiter, ambayo ni kubwa zaidi kuliko sayari zote zilizounganishwa. Wanaastronomia waliweza kuamua raia wa sayari karne zilizopita kwa kutumia sheria za Kepler za mwendo wa sayari na sheria ya Newton ya mvuto kupima athari za mvuto wa sayari kwa kila mmoja au juu ya miezi inayozizunguka (tazama Orbits na Gravity). Leo, tunafanya vipimo sahihi zaidi vya raia wao kwa kufuatilia madhara yao ya mvuto juu ya mwendo wa spacecraft ambayo hupita karibu nao.

Kando ya Dunia, sayari nyingine tano zilijulikana kwa wazei-Mercury, Venus, Mars, Jupiter, na Saturn-na mbili ziligunduliwa baada ya uvumbuzi wa darubini: Uranus na Neptune. Sayari nane zote zinazunguka mwelekeo uleule kuzunguka Jua. Wao obiti katika takriban ndege moja, kama magari kusafiri juu ya nyimbo makini juu ya giant, gorofa uwanja wa mashindano. Kila sayari inakaa katika “njia ya trafiki” yake, ikifuata obiti karibu ya mviringo kuhusu Jua na kutii sheria za “trafiki” zilizogunduliwa na Galileo, Kepler, na Newton. Mbali na sayari hizi, tumekuwa tukigundua ulimwengu mdogo zaidi ya Neptune ambazo huitwa vitu vya Trans-Neptunian au TNO (angalia Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Ya kwanza kupatikana, mwaka 1930, ilikuwa Pluto, lakini wengine wamegunduliwa wakati wa karne ya ishirini na moja. Mmoja wao, Eris, ni takriban ukubwa sawa na Pluto na ana angalau mwezi mmoja (Pluto ina miezi mitano inayojulikana.) TNO kubwa zaidi zinawekwa pia kama sayari kibete, kama ilivyo asteroidi kubwa, Ceres. (Sayari za kibete zitajadiliwa zaidi katika sura ya pete, Miezi, na Pluto). Hadi sasa, zaidi ya 1750 ya TNO hizi zimegunduliwa.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\) Orbits ya Sayari. Sayari zote nane kuu zinazunguka Jua katika takribani ndege moja. Sayari tano za kibete zinazojulikana kwa sasa zinaonyeshwa pia: Eris, Haumea, Pluto, Ceres, na Makemake. Kumbuka kwamba obiti ya Pluto haipo katika ndege ya sayari.

Kila sayari na sayari kibete huzunguka pia (huzunguka) kuhusu mhimili unaopitia, na mara nyingi mwelekeo wa mzunguko ni sawa na mwelekeo wa mapinduzi kuhusu Jua. Isipokuwa ni Venus, ambayo inazunguka nyuma polepole sana (yaani, katika mwelekeo wa retrograde), na Uranus na Pluto, ambazo pia zina mzunguko wa ajabu, kila mmoja huzunguka juu ya mhimili uliowekwa karibu upande wake. Hatujui mwelekeo wa spin wa Eris, Haumea, na Makemake.

Sayari nne zilizo karibu na Jua (Mercury kupitia Mars) zinaitwa sayari za ndani au duniani. Mara nyingi, Mwezi pia unajadiliwa kama sehemu ya kundi hili, na kuleta jumla ya vitu duniani hadi tano. (Kwa ujumla tunaita satellite ya Dunia “Mwezi,” na mji mkuu M, na satelaiti nyingine “miezi,” na lowercase m.) Sayari za duniani ni ulimwengu mdogo, unaojumuisha hasa mwamba na chuma. Wote wana nyuso imara ambazo zinabeba kumbukumbu za historia yao ya kijiolojia kwa namna ya craters, milima, na volkano (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{3}\) Surface ya Mercury. Uso uliowekwa wa ulimwengu wa dunia ya Mercury ni kawaida zaidi ya sayari za ndani kuliko uso wa maji wa Dunia. Picha hii nyeusi-na-nyeupe, iliyochukuliwa na chombo cha ndege cha Mariner 10, inaonyesha eneo lenye upana wa kilomita 400.

Sayari nne zifuatazo (Jupiter kupitia Neptune) ni kubwa zaidi na zinajumuisha hasa ices nyepesi, vinywaji, na gesi. Tunaita hizi nne sayari jovian (baada ya “Jove,” jina jingine kwa ajili ya Jupiter katika hadithi) au sayari kubwa -jina wao utajiri wanastahili (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Zaidi ya 1400 Dunia inaweza kufaa ndani ya Jupiter, kwa mfano. Sayari hizi hazina nyuso imara ambazo wapelelezi wa baadaye wanaweza kutua. Wao ni kama bahari kubwa, spherical na ndogo sana, cores mnene.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\) Nne Giant Sayari.. Montage hii inaonyesha sayari nne kubwa: Jupiter, Saturn, Uranus, na Neptune. Chini yao, Dunia inaonyeshwa kwa kiwango.

Karibu na makali ya nje ya mfumo huo ni Pluto, ambayo ilikuwa ya kwanza ya ulimwengu wa mbali wa barafu kugunduliwa zaidi ya Neptune (Pluto ilitembelewa na spacecraft, ujumbe wa NASA New Horizons, mwaka 2015 [tazama Kielelezo\(\PageIndex{5}\)]). \(\PageIndex{2}\)Jedwali linafupisha baadhi ya ukweli kuu kuhusu sayari.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\) Pluto Karibu. Picha hii intriguing kutoka New Horizons spacecraft, kuchukuliwa wakati akaruka na sayari kibete mwezi Julai 2015, inaonyesha baadhi ya vipengele yake tata uso. Eneo nyeupe la mviringo linaitwa Plain ya Sputnik, baada ya spacecraft ya kwanza ya ubinadamu. (mikopo: muundo wa kazi na NASA/Johns Hopkins University Applied Fizikia Laboratory/Southwest

Jedwali\(\PageIndex{2}\): Sayari

Jina	Umbali kutoka Jua (AU) ^2	Kipindi cha Mapinduzi (y)	Kipenyo (km)	Misa (10 kilo ^23)	Uzito (g/cm ^3)
Mercury	0.39	0.24	4,878	3.3	5.4
zuhura	0.72	0.62	12,120	48.7	5.2
Dunia	1.00	1.00	12,756	59.8	5.5
Mirihi	1.52	1.88	6,787	6.4	3.9
Jupita	5.20	11.86	142,984	18,991	1.3
Saturn	9.54	29.46	120,536	5686	0.7
Uranus	19.18	84.07	51,118	866	1.3
Neptune	30.06	164.82	49,660	1030	1.6

Mfano\(\PageIndex{1}\): Kulinganisha densities

Hebu tulinganishe densities ya wanachama kadhaa wa mfumo wa jua. Uzito wa kitu ni sawa na wingi wake umegawanyika na kiasi chake. Kiasi (V) cha tufe (kama sayari) kinahesabiwa kwa kutumia equation

\[V=\dfrac{4}{3} \pi R^3 \nonumber\]

ambapo\(\pi\) (barua ya Kigiriki pi) ina thamani ya takriban 3.14. Ingawa sayari si nyanja kamili, equation hii inafanya kazi vizuri. Misa na kipenyo cha sayari hutolewa katika Jedwali\(\PageIndex{2}\). Kwa data juu ya miezi iliyochaguliwa, angalia Kiambatisho G. hebu tumia Mima ya mwezi wa Saturn kama mfano wetu, na uzito wa kilo 4 × 1019 na kipenyo cha kilomita 400 (radius, km 200 = 2 × 105m).

Suluhisho

Kiasi cha Mimas ni

\[ \frac{4}{3} \times 3.14 \times \left( 2×10^5 \text{ m} \right)^3=3.3 \times 10^{16} \text{ m}^3 \nonumber\]

Uzito wiani ni wingi umegawanyika na kiasi:

\[ \frac{4 \times 10^{19} \text{ kg}}{3.3 \times 10^{16} \text{ m}^3} =1.2 \times 10^3 \text{ kg/m}^3. \nonumber\]

Kumbuka kwamba wiani wa maji katika vitengo hivi ni 1000 kg/m ³, hivyo Mimas lazima ifanyike hasa ya barafu, si mwamba. (Kumbuka kwamba wiani wa Mimas iliyotolewa katika Kiambatisho G ni 1.2, lakini vitengo vilivyotumiwa huko ni tofauti. Katika meza hiyo, tunatoa wiani katika vitengo vya g/cm ³, ambayo wiani wa maji ni sawa na 1. Je, unaweza kuonyesha, kwa kubadili vitengo, kwamba 1 g/cm ³ ni sawa na 1000 kg/m ³?)

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

Tumia wiani wa wastani wa sayari yetu, Dunia. Onyesha kazi yako. Inalinganishaje na wiani wa mwezi wa barafu kama Mimas? Angalia Jedwali\(\PageIndex{2}\) kwa data.

Jibu

Kwa nyanja,

\[ \text{density } = \frac{ \text{mass}}{ \left( \frac{4}{3} \pi R^3 \right)} \text{ kg/m}^3. \nonumber\]

Kwa Dunia, basi,

\[ \text{density } = \frac{6 \times 10^{24} \text{ kg}}{4.2 \times 2.6 \times 10^{20} \text{ m}^3} = 5.5 \times 10^3 \text{ kg/m}^3. \nonumber\]

Uzito huu ni mara nne hadi tano zaidi ya Mimas. Kwa kweli, Dunia ni densest ya sayari.

Jifunze zaidi kuhusu utume wa NASA kuelekea Pluto na uone picha za azimio za mwezi wa Pluto Charon.

Wanachama wadogo wa mfumo wa jua

Sayari nyingi zinaambatana na mwezi mmoja au zaidi; Mercury na Venus pekee hupitia nafasi pekee. Kuna zaidi ya miezi 180 inayojulikana inayozunguka sayari na sayari za kibete (tazama Kiambatisho G kwa orodha ya kubwa), na bila shaka ndogo nyingine nyingi hazijatambuliwa. Kubwa zaidi ya mwezi ni kubwa kama sayari ndogo na kama ya kuvutia. Mbali na Mwezi wetu, wao ni pamoja na miezi minne kubwa ya Jupiter (inayoitwa miezi ya Galilaya, baada ya mvumbuzi wao) na miezi kubwa ya Saturn na Neptune (inayoitwa Titan na Triton).

Kila moja ya sayari kubwa pia ina pete zenye miili midogo isitoshe kuanzia milima hadi punje tu za vumbi, vyote vilivyo katika obiti kuhusu ikweta ya sayari. Pete za mkali za Saturn ni, kwa mbali, rahisi kuona. Wao ni miongoni mwa vituko vyema zaidi katika mfumo wa jua (Kielelezo\(\PageIndex{6}\)). Lakini, mifumo yote ya pete nne ni ya kuvutia kwa wanasayansi kwa sababu ya aina zao ngumu, kusukumwa na kuvuta kwa miezi ambayo pia obiti sayari hizi kubwa.

Kielelezo\(\PageIndex{6}\) Saturn na pete zake. Picha hii ya Cassini ya 2007 inaonyesha Saturn na mfumo wake tata wa pete, kuchukuliwa kutoka umbali wa kilomita milioni 1.2. Picha hii ya rangi ya asili ni kipande cha picha 36 zilizochukuliwa zaidi ya masaa 2.5.

Mfumo wa jua una wanachama wengine wengi wasiojulikana. Kundi jingine ni asteroids, miili miamba ambayo obiti Sun kama sayari miniature, hasa katika nafasi kati ya Mars na Jupiter (ingawa baadhi ya kufanya kuvuka orbits ya sayari kama Dunia-tazama Kielelezo\(\PageIndex{7}\)). Asteroids nyingi ni mabaki ya idadi ya awali ya mfumo wa jua iliyokuwepo kabla ya sayari wenyewe kuundwa. Baadhi ya miezi ndogo zaidi ya sayari, kama vile miezi ya Mars, ni uwezekano mkubwa wa kutekwa asteroids.

Kielelezo\(\PageIndex{7}\) Asteroid Eros.Picha ndogo ya kuvuka dunia ya asteroid ilichukuliwa na spacecraft ya karibu-shoemaker kutoka urefu wa kilomita 100. Mtazamo huu wa uso uliojaa sana ni urefu wa kilomita 10. Spacecraft ilizunguka Eros kwa mwaka kabla ya kutua kwa upole juu ya uso wake.

Darasa jingine la miili midogo linajumuisha zaidi ya barafu, iliyofanywa kwa gesi zilizohifadhiwa kama vile maji, dioksidi kaboni, na monoxide ya kaboni; vitu hivi huitwa comets (tazama Kielelezo\(\PageIndex{8}\)). Comets pia ni mabaki kutokana na malezi ya mfumo wa jua, lakini yalitengenezwa na kuendelea (isipokuwa nadra) kuizunguka Jua katika maeneo ya mbali, baridi- kuhifadhiwa katika aina ya cosmic kina kufungia. Hii pia ni eneo la ulimwengu mkubwa wa barafu, unaoitwa sayari za kibete.

Kielelezo\(\PageIndex{8}\) Comet Churyumov-Gerasimenko (67P). Picha hii inaonyesha Comet Churyumov-Gerasimenko, pia inajulikana kama 67P, karibu na mbinu yake ya karibu zaidi ya Jua mwaka 2015, kama inavyoonekana kutoka kwenye chombo cha angani cha Rosetta. Kumbuka jets ya gesi kukimbia kutoka uso imara.

Hatimaye, kuna nafaka nyingi za mwamba uliovunjika, ambao tunaita vumbi vya cosmic, waliotawanyika katika mfumo wa jua. Wakati chembe hizi zinaingia katika anga ya Dunia (kama mamilioni wanavyofanya kila siku) zinawaka, huzalisha flash fupi ya nuru katika anga ya usiku inayojulikana kama vimondo (vimondo mara nyingi hujulikana kama nyota za risasi). Mara kwa mara, baadhi ya chunk kubwa ya vifaa vya miamba au metali huishi kifungu chake kupitia anga na ardhi duniani. Kipande chochote kinachopiga ardhi kinajulikana kama meteorite. (Unaweza kuona meteorites juu ya kuonyesha katika makumbusho mengi ya historia ya asili na wakati mwingine hata kununua vipande yao kutoka gem na madini wafanyabiashara.)

carl sagan: mfumo wa jua wakili

Astronomer anayejulikana zaidi duniani wakati wa miaka ya 1970 na 1980, Carl Saganalitoa zaidi ya kazi yake ya kitaaluma ya kusoma sayari na nishati kubwa ya kuongeza ufahamu wa umma wa nini tunaweza kujifunza kutokana na kuchunguza mfumo wa jua (angalia Kielelezo\(\PageIndex{9}\)). Alizaliwa huko Brooklyn, New York, mwaka wa 1934, Sagan alivutiwa na astronomia akiwa kijana; pia anatoa hadithi za sayansi za uongo kwa kudumisha msisimko wake na kile kilichotokea ulimwenguni.

Kielelezo\(\PageIndex{9}\) Carl Sagan (1934—1996) na Neil DeGrasse Tyson. Sagan alikuwa msukumo wa Tyson kuwa mwanasayansi.

Mapema miaka ya 1960, wakati wanasayansi wengi bado walidhani Venus inaweza kugeuka kuwa mahali pa ukarimu, Sagan alihesabu kwamba hali nyembamba ya Venus inaweza kutenda kama chafu kubwa, kuweka joto ndani na kuongeza joto kwa kiasi kikubwa. Alionyesha kuwa mabadiliko ya msimu wanaastronomia waliyoyaona Mars yalisababishwa, si kwa uoto wa mimea, bali kwa vumbi vilivyopigwa na upepo. Alikuwa mwanachama wa timu za kisayansi kwa misioni nyingi za roboti zilizochunguza mfumo wa jua na alikuwa muhimu katika kupata NASA kuweka plaque yenye kuzaa ujumbe ndani ya spacecraft ya Pioneer, pamoja na rekodi za sauti na video kwenye spacecraft ya Voyager-zote zinazopelekwa kuondoka kwenye mfumo wetu wa jua kabisa na kutuma vipande hivi vidogo vya teknolojia ya Dunia kati ya nyota.

Ili kuhamasisha maslahi ya umma na usaidizi wa umma wa utafutaji wa sayari, Sagan alisaidia kupatikana The Planetary Society, sasa shirika kubwa zaidi la nafasi duniani. Alikuwa mtetezi asiye na bidii na mwenye ufasaha wa haja ya kujifunza mfumo wa jua karibu na thamani ya kujifunza kuhusu ulimwengu mwingine ili kutunza vizuri zaidi.

Sagan simulated hali katika dunia mapema kuonyesha jinsi baadhi ya vitalu vya msingi ya maisha inaweza kuwa sumu kutoka “supu primordial” ya misombo ya asili katika dunia yetu. Aidha, yeye na wenzake walitengeneza mifano ya kompyuta inayoonyesha matokeo ya vita vya nyuklia kwa Dunia ingekuwa makubwa zaidi kuliko mtu yeyote aliyefikiria (hii sasa inaitwa hypothesis ya nyuklia ya baridi) na kuonyesha baadhi ya madhara makubwa ya uchafuzi wa mazingira uliendelea wa anga yetu.

Sagan labda anajulikana zaidi, hata hivyo, kama popularizer kipaji wa astronomia na mwandishi wa vitabu vingi juu ya sayansi, ikiwa ni pamoja na Cosmos bora kuuza, na tributes kadhaa evocative kwa utafutaji wa mfumo wa jua kama vile Cosmic Connection na Pale Blue Dot. Kitabu chake The Demon Haunted World, kukamilika kabla ya kifo chake mwaka 1996, labda ni makata bora ya kufikiri fuzzy kuhusu pseudo-sayansi na irrationality katika magazeti leo. Riwaya ya kusisimua ya sayansi aliyoandika, yenye jina la Mawasiliano, ambayo ikawa filamu yenye mafanikio vilevile, bado inapendekezwa na waalimu wengi wa sayansi kama mazingira ya kufanya mawasiliano na maisha mahali pengine ambayo ni ya busara zaidi kuliko wengi wa sayansi ya uongo.

Sagan alikuwa bwana, pia, wa kati ya televisheni. Mfululizo wake wa televisheni wa umma wa sehemu 13, Cosmos, ulionekana na wastani wa watu milioni 500 katika nchi 60 na umekuwa moja ya mfululizo unaoonekana zaidi katika historia ya utangazaji wa umma. Wanaastronomia wachache walimdhihaki mwanasayansi aliyetumia muda mwingi katika macho ya umma, lakini pengine ni haki kusema kuwa shauku na ujuzi wa Sagan kama mfafanuzi ulishinda marafiki zaidi kwa sayansi ya astronomia kuliko mtu yeyote au kitu kingine chochote katika nusu ya pili ya karne ya ishirini.

Katika miongo miwili tangu kifo cha Sagan, hakuna mwanasayansi mwingine aliyefanikiwa kiwango sawa cha utambuzi wa umma. Labda karibu zaidi ni mkurugenzi wa Sayari ya Hayden, Neil DeGrasse Tyson, ambaye alifuata nyayo za Sagan kwa kufanya toleo jipya la programu ya Cosmos mwaka 2014. Tyson anaharakisha kusema kwamba Sagan alikuwa msukumo wake wa kuwa mwanasayansi, akielezea jinsi Sagan alimualika kutembelea kwa siku moja huko Cornell alipokuwa mwanafunzi wa shule ya sekondari akitafuta kazi. Hata hivyo, mazingira ya vyombo vya habari yamegawanyika sana tangu wakati wa Sagan. Inashangaza kubashiri kama Sagan angeweza kubadilishwa mtindo wake wa mawasiliano kwa ulimwengu wa televisheni ya cable, Twitter, Facebook, na podcasts.

Video mbili za ubunifu hutoa ziara ya vitu vya mfumo wa jua ambavyo tumekuwa tukizungumzia. Shane Gellert's I Need Some Space anatumia kupiga picha na mifano ya NASA kuonyesha ulimwengu mbalimbali ambao tunashirikisha mfumo wetu. Katika zaidi sayansi fiction-oriented Wanderers video, tunaona baadhi ya sayari na miezi kama kivutio utalii kwa ajili ya wapelelezi baadaye, na ufafanuzi kuchukuliwa kutoka rekodi na Carl Sagan.

Mfano wa Kiwango cha Mfumo wa Jua

Mara nyingi astronomia inahusika na vipimo na umbali ambao huzidi uzoefu wetu wa kawaida. Je, umbali wa kilomita bilioni 1.4—umbali kutoka Jua hadi Saturn—unamaanisha kwa mtu yeyote? Inaweza kuwa na manufaa kutazama mifumo hiyo kubwa kwa mujibu wa mfano wa kiwango.

Katika mawazo yetu, hebu tujenge mfano wa kiwango cha mfumo wa jua, kupitisha kipengee cha kiwango cha bilioni 1 (109) —yaani kupunguza mfumo halisi wa jua kwa kugawa kila mwelekeo kwa sababu ya 109. Dunia, basi, ina kipenyo cha sentimita 1.3, kuhusu ukubwa wa zabibu. Mwezi ni pea inayozunguka hii kwa umbali wa sentimita 40, au kidogo zaidi ya mguu mbali. Mfumo wa Dunia-Moon unafanana na mkoba wa kawaida.

Katika mfano huu, Jua lina karibu mita 1.5 kwa kipenyo, takriban urefu wa wastani wa mtu mzima, na Dunia yetu iko umbali wa mita 150—kuhusu kizuizi kimoja cha mji —kutoka Jua. Jupiter ni vitalu tano mbali na Jua, na kipenyo chake ni sentimita 15, kuhusu ukubwa wa mazabibu makubwa sana. Saturn ni vitalu 10 kutoka Jua; Uranus, vitalu 20; na Neptune, vitalu 30. Pluto, kwa umbali ambao unatofautiana kidogo kabisa wakati wa obiti yake ya miaka 249, kwa sasa ni zaidi ya vitalu 30 na kupata mbali zaidi na wakati. Miezi mingi ya mfumo wa jua wa nje ni ukubwa wa aina mbalimbali za mbegu zinazozunguka mazabibu, machungwa, na mandimu zinazowakilisha sayari za nje.

Katika mfano wetu wadogo, binadamu ni kupunguzwa kwa vipimo vya atomi moja, na magari na spacecraft kwa ukubwa wa molekuli. Kutuma chombo cha ndege cha Voyager kwenda Neptune kunahusisha kusafiri molekuli moja kutoka duniani—zabibu kuelekea lemon kilomita 5 mbali na usahihi sawa na upana wa thread katika mtandao wa buibui.

Ikiwa mfano huo unawakilisha mfumo wa jua, nyota zilizo karibu zitakuwa wapi? Kama sisi kuweka kiwango sawa, nyota karibu itakuwa makumi ya maelfu ya kilomita mbali. Ikiwa umejenga mfano huu wa kiwango katika mji unayoishi, ungelazimika kuweka uwakilishi wa nyota hizi upande wa pili wa Dunia au ng'ambo.

Kwa njia, mfano wa mifumo ya jua kama ile tuliyowasilisha tu imejengwa katika miji duniani kote. Kwa Sweden, kwa mfano, uwanja mkubwa wa Globe wa Stockholm umekuwa mfano wa Jua, na Pluto inawakilishwa na uchongaji wa sentimita 12 katika mji mdogo wa Delsbo, umbali wa kilomita 300. Mwingine mfano mfumo wa jua ni katika Washington juu ya Mall kati ya White House na Congress (labda kuthibitisha wao ni walimwengu mbali?).

MAJINA KATIKA MFUMO WA JUA

Sisi binadamu hatujisikii vizuri mpaka kitu kina jina. Aina ya vipepeo, vipengele vipya, na milima ya Venus wote wanahitaji majina kwa sisi kujisikia tunawajua. Tunawezaje kutoa majina ya vitu na vipengele katika mfumo wa jua?

Sayari na miezi ni jina la miungu na mashujaa katika hadithi za Kigiriki na Kirumi (isipokuwa chache kati ya miezi ya Uranus, ambayo ina majina inayotokana na fasihi ya Kiingereza). Wakati William Herschel, mhamiaji wa Ujerumani kwenda Uingereza, aligundua kwanza sayari tunayoiita Uranus, alitaka kuitaja Georgium Sidus (nyota ya George) baada ya Mfalme George III wa nchi yake iliyopitishwa. Hii ilisababisha kilio kama hicho kati ya wanaastronomia katika mataifa mengine, hata hivyo, kwamba utamaduni wa kawaida ulipandwa-na umehifadhiwa tangu wakati huo. Kwa bahati nzuri, kulikuwa na miungu mingi madogo katika pantheon ya kale, hivyo majina mengi yameachwa kwa miezi mingi ndogo tunayogundua karibu na sayari kubwa. (Kiambatisho G kinataja miezi kubwa).

Comets mara nyingi huitwa jina la wavumbuzi wao (kutoa motisha ya ziada kwa wawindaji wa comet). Asteroids huitwa jina la wavumbuzi wao baada ya mtu yeyote au chochote wanachotaka. Hivi karibuni, majina ya asteroidi yametumika kutambua watu ambao wamefanya michango muhimu kwa astronomia, ikiwa ni pamoja na waandishi watatu wa awali wa kitabu hiki.

Hilo lilikuwa ni jina lolote lililohitajika wakati utafiti wetu wa mfumo wa jua ulifungwa kwenye Dunia. Lakini sasa, spacecraft yetu imechunguza na kupiga picha dunia nyingi kwa undani zaidi, na kila dunia ina mwenyeji wa vipengele ambavyo pia vinahitaji majina. Ili kuhakikisha kuwa kutaja vitu angani bado ni vya kimataifa, vya busara, na kwa kiasi fulani vyema, wanaastronomia wametoa wajibu wa kuidhinisha majina kwa kamati maalumu ya Umoja wa Kimataifa wa Astronomia (IAU), mwili unaojumuisha wanasayansi kutoka kila nchi inayofanya astronomia.

Kamati hii ya IAU imeanzisha seti ya sheria za kumtaja vipengele kwenye ulimwengu mwingine. Kwa mfano, craters juu ya Venus ni jina kwa wanawake ambao wamefanya michango muhimu kwa ujuzi wa binadamu na ustawi. Vipengele vya volkeno kwenye mwezi wa Jupiter Io, ambayo iko katika hali ya mara kwa mara ya shughuli za volkeno, huitwa jina la miungu ya moto na radi kutoka kwa hadithi za tamaduni nyingi. Craters juu ya Mercury huadhimisha waandishi maarufu, waandishi wa kucheza, wasanii, na watunzi. Katika mwezi wa Tethys wa Saturn, vipengele vyote vinatajwa baada ya wahusika na maeneo katika shairi kubwa ya Epic ya Homer, The Odyssey. Tunapochunguza zaidi, inaweza kugeuka kuwa maeneo mengi katika mfumo wa jua yanahitaji majina kuliko historia ya Dunia inayoweza kutoa. Labda kwa wakati huo, wapelelezi na walowezi katika ulimwengu huu watakuwa tayari kuendeleza majina yao wenyewe kwa maeneo ambayo wanaweza (ikiwa lakini kwa muda) wito nyumbani.

Unaweza kushangaa kujua kwamba maana ya neno sayari hivi karibuni imekuwa na utata kwa sababu tumegundua mifumo mingine mingi ya sayari ambayo haionekani sana kama yetu. Hata ndani ya mfumo wetu wa jua, sayari zinatofautiana sana kwa ukubwa na mali za kemikali. Mgogoro mkubwa unahusisha Pluto, ambayo ni ndogo sana kuliko sayari nyingine nane kuu. Jamii ya sayari ya kibete ilitengenezwa ili kujumuisha Pluto na vitu vilivyofanana vya barafu zaidi ya Neptune. Lakini sayari kibete pia ni sayari? Kimantiki, ni lazima iwe, lakini hata suala hili rahisi la sarufi limekuwa suala la mjadala mkali kati ya wanaastronomia na umma kwa ujumla.

Muhtasari

Mfumo wetu wa jua kwa sasa una Jua, sayari nane, sayari kibete tano, karibu miezi 200 inayojulikana, na jeshi la vitu vidogo. Sayari zinaweza kugawanywa katika makundi mawili: sayari za ndani duniani na sayari kubwa za nje. Pluto, Eris, Haumea, na Makemake hazifanani na jamii yoyote; kama sayari za kibete za barafu, zipo katika eneo la barafu kwenye pindo la mfumo mkuu wa sayari. Sayari kubwa zinajumuisha zaidi ya vinywaji na gesi. Wanachama wadogo wa mfumo wa jua ni pamoja na asteroidi (ikiwa ni pamoja na sayari kibete Ceres), ambayo ni vitu vya miamba na metali vinavyopatikana hasa kati ya Mars na Jupiter; comets, ambazo hutengenezwa zaidi ya gesi zilizohifadhiwa na kwa ujumla obiti mbali na Jua; na nafaka ndogo nyingi za vumbi vya cosmic. Wakati meteor inakabiliwa na kifungu chake kupitia anga yetu na huanguka duniani, tunaiita meteorite.

maelezo ya chini

¹ Neno la kawaida kwa kundi la sayari na miili mingine inayozunguka nyota ni mfumo wa sayari. Yetu inaitwa mfumo wa jua kwa sababu Jua letu wakati mwingine huitwa Sol. Kwa kusema, basi, kuna mfumo mmoja wa jua tu; sayari zinazozunguka nyota nyingine ziko katika mifumo ya sayari.

² AU (au kitengo cha astronomia) ni umbali kutoka Dunia hadi Jua.

³ Tunatoa densities katika vitengo ambapo wiani wa maji ni 1 g/cm3. Ili kupata densities katika vitengo vya kg/m3, kuzidisha thamani iliyotolewa na 1000.

faharasa

asteroid

kitu cha mawe au metali kinachozunguka Jua ambacho ni ndogo kuliko sayari kubwa lakini haionyeshi ushahidi wa anga au aina nyingine za shughuli zinazohusiana na comets.

nyotamkia

mwili mdogo wa jambo la barafu na vumbi ambalo linahusu Jua; wakati comet inakuja karibu na Jua, baadhi ya vifaa vyake vaporizes, kutengeneza kichwa kikubwa cha gesi kali na mara nyingi mkia

sayari kubwa

yoyote ya sayari Jupiter, Saturn, Uranus, na Neptune katika mfumo wetu wa jua, au sayari ya takribani kwamba wingi na muundo katika mifumo mingine ya sayari

meteor

kipande kidogo cha jambo imara kinachoingia katika anga ya Dunia na kuchoma moto, maarufu kama nyota ya risasi kwa sababu inaonekana kama flash ndogo ya mwanga

kimondo

sehemu ya Meteor kwamba aliyesalia kifungu kwa njia ya anga na mgomo wa ardhi

sayari ya duniani

yoyote ya sayari Mercury, Venus, Dunia, au Mars; wakati mwingine Mwezi umejumuishwa kwenye orodha