O Układzie Słonecznym | Grawitacja Newtona w ruchu

Układ Słoneczny w miniaturze

Słońce w aplikacji ma masę 1000, a każda planeta, księżyc i planeta karłowata zachowuje względem niego swoją prawdziwą masę, więc Jowisz, z masą 1, ma mniej więcej prawdziwy stosunek 1 do 1047. Planety zachowują prawdziwą kolejność i nachylenia, a planety karłowate swoje prawdziwe orbity, ale odległości są ściśnięte, aby Merkury i Neptun zmieściły się razem na ekranie: Neptun jest 4,5 razy dalej od Słońca niż Ziemia zamiast 30 razy. Każde ciało jest przyciągane przez wszystkie pozostałe zgodnie z prawem Newtona, więc orbity wynikają z tej samej reguły, która utrzymuje prawdziwe orbity. Słaby pył między Marsem a Jowiszem to pas planetoid: 1500 planetoid, zbyt małych, by cokolwiek przyciągać, i zbyt licznych, by je obliczać, więc każda po prostu porusza się po stałej elipsie wokół Słońca. Ich orbity są wydłużone i nachylone jak prawdziwe, dlatego pas jest grubym pierścieniem, i omijają przerwy Kirkwooda, które przyciąganie Jowisza utrzymuje puste. Między nimi lecą jako małe ikony trzy sondy kosmiczne: Parker Solar Probe, która nurkuje na 6,9 mln km od Słońca, bliżej niż cokolwiek innego kiedykolwiek zbudowanego, po orbicie sięgającej Wenus; Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, krążący wokół punktu L2 1,5 mln km za Ziemią, rysowany 18 razy dalej, tuż za Księżycem; oraz Voyager 1, najdalsza sonda, 171 au od Słońca, oddalająca się o 3,6 au rocznie, tak daleko, że wskazuje ją strzałka na brzegu. Nie mają masy i poruszają się po swoich prawdziwych torach według wzorów, bo Webb utrzymuje swój punkt równowagi tylko dzięki silnikom.

Montaż Słońca i planet Układu Słonecznego — Montaż Układu Słonecznego. Obraz: NASA/JPL, domena publiczna

Dokąd zabierają cię Ulubione

Każda pozycja z Ulubionych przenosi kamerę w inne miejsce tego samego, wciąż działającego Układu Słonecznego, a ciała nie przestają się poruszać. Cały Układ Słoneczny i planety wewnętrzne widać ukośnie. Ziemia i Księżyc, Mars, Jowisz, Saturn, Uran, Neptun oraz Pluton i Charon lecą razem z danym ciałem, w kadrze dobranym tak, by zmieściły się jego księżyce. Pas Kuipera pokazuje z góry zewnętrzną część Układu Słonecznego, a czas płynie w nim piętnaście razy szybciej, więc Neptun robi okrążenie w niecałą minutę. Losuj przenosi cię z bliska do przypadkowo wybranego ciała.

Ziemia widziana z Apollo 17, Blue Marble — Ziemia z Apollo 17. Obraz: NASA, domena publiczna

Orbity w trzech wymiarach

Planety nie krążą w jednej płaszczyźnie. Każda orbita jest nieco nachylona względem orbity Ziemi, której płaszczyznę nazywamy ekliptyką: orbita Merkurego o 7°, Wenus o 3,4°, Saturna o 2,5°, a pozostałe o mniej niż 2°. Miniukład słoneczny używa tych rzeczywistych nachyleń, a jego Księżyc krąży wokół Ziemi po orbicie nachylonej o 5,1°, jak prawdziwy. Nachylenie i w odczycie to właśnie ten kąt. Przeciągnij obraz, aby go obrócić, albo wybierz Z boku w menu Widok, aby spojrzeć na orbity z boku. Przybliż widok do dowolnej z ośmiu planet lub do Księżyca, a zobaczysz glob obracający się wokół swojej prawdziwej, nachylonej osi: Ziemię z jej prawdziwymi liniami brzegowymi, chmurami, czapami lodowymi i światłami miast po nocnej stronie oraz Marsa z ciemnymi plamami i białymi czapami polarnymi. Z Wenus widać tylko wierzch jej gęstych, bladożółtych chmur, które okrążają planetę wstecz w cztery ziemskie doby. Jowisz pokazuje swoje pasy i strefy oraz Wielką Czerwoną Plamę, a Saturn łagodniejsze pasy, sześciokąt wokół bieguna północnego i cień swoich pierścieni. Uran, leżący na boku, to bladobłękitna kula z jasną mgiełką nad jednym biegunem, a Neptun ma głębszy błękit, białe chmury i Wielką Ciemną Plamę, którą Voyager 2 zobaczył w 1989 roku. W porównaniu z ich rokiem ich doby są znacznie dłuższe niż naprawdę, aby obrót łatwo było śledzić. Dwa ciała zachowują prawdziwą dobę: szary, pokryty kraterami Merkury, który obraca się trzy razy wokół własnej osi na każde dwa okrążenia Słońca, i Księżyc, który obraca się raz na każde okrążenie Ziemi, więc zawsze pokazuje jej tę samą stronę, z ciemnymi morzami i jasnymi promieniami krateru Tycho. Tytan, największy księżyc Saturna, to kula pomarańczowej mgiełki, smogu jego gęstej azotowej atmosfery, obrzeżona cienką niebieską warstwą, i on także zawsze zwraca się do swojej planety tą samą stroną. Księżyce Urana wyglądają tak, jak zobaczył je Voyager 2 w 1986 roku: szara Miranda, upstrzona koronami, wielkimi owalami w jasne i ciemne pasy, z których jedna ma jasny szewron; Tytania, gęsto pokryta kraterami i poprzecinana długimi kanionami; oraz ciemniejszy Oberon, którego największe kratery mają ciemne dna pośród jasnych promieni. Tryton, największy księżyc Neptuna, wygląda tak, jak zobaczył go Voyager 2 w 1989 roku: lekko różowa czapa szronu azotowego nad biegunem południowym, porysowana ciemnymi smugami z pióropuszy jego gejzerów, a za nią szarszy grunt, pełen dołków jak skórka melona kantalupa, z gładkimi równinami, które dawno temu zalała lodowa lawa. Dwa małe księżyce Marsa nie są kulami: Fobos, długi na 27 km, to ciemna bryła pełna kraterów i poprzecinana równoległymi bruzdami, z wielkim kraterem Stickney na jednym końcu; Deimos, o połowę mniejszy, jest gładszy, a jego kratery zatarł pył. Oba zwracają się do Marsa dłuższym końcem. Przybliż widok do Słońca, a zobaczysz jego powierzchnię: najjaśniejszą pośrodku, ciemniejszą i bardziej czerwoną ku brzegowi, gdzie widać tylko jego chłodniejszy górny gaz, drobno cętkowaną, z kilkoma grupami plam słonecznych, które przesuwają się po niej, gdy Słońce obraca się raz na 25 dni. Pierścienie Saturna odpowiadają pomiarom sondy Cassini: blady, przejrzysty pierścień C, jasny pierścień B, ciemna przerwa Cassiniego i pierścień A z przerwą Enckego, z bliska drobno żłobione. Pada na nie cień Saturna, a oglądane od nieoświetlonej strony gęsty pierścień B ciemnieje, podczas gdy przez cieńsze pierścienie prześwituje światło Słońca. Z bliska chmury Jowisza kłębią się tak, jak pokazują je Juno i Hubble: ciemne gorące plamy wzdłuż północnego pasa równikowego ciągną za sobą niebieskoszare festony, Wielka Czerwona Plama, skurczona do około 16 000 km, wiruje w swoim jasnym zagłębieniu obok owalu BA i sznura białych owali, a niebieskoszare burze tłoczą się przy jego biegunach. Z bliska jasna czapa polarna Urana ma ciemniejszy pas wokół brzegu, a za nią kilka małych burz, a jego wąskie, ciemne pierścienie widać jako blade, cienkie linie, z najjaśniejszym pierścieniem ε, tak jak widzi je Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Błękit Neptuna to jego prawdziwy kolor, łagodny lazur tylko trochę głębszy niż u Urana, jak pokazują zdjęcia Voyagera 2 po cofnięciu ich wzmocnionego kontrastu. Z bliska jego wysokie białe chmury rzucają słabe cienie, jasny wir wieńczy jego biegun południowy, a otaczają go blade, pyłowe pierścienie, w tym pierścień Adamsa z jaśniejszymi łukami, które krążą razem z nim. Z bliska Merkury pokazuje to, co zmapowała sonda MESSENGER: ogromny basen Caloris o gładkim, jasnym dnie otoczonym górami, gładkie równiny na dalekiej północy, długie skarpy w miejscach, gdzie planeta skurczyła się, stygnąc, i jasne, niebieskawe zagłębienia, gdzie skała odparowała. Chmury Wenus wydają się gołym okiem niemal jednolite, więc ich wzory są narysowane delikatnie: ciemne Y widoczne dla kamer ultrafioletowych, łukowate smugi, cętkowane komórki wokół równika i jasny kołnierz wokół każdego bieguna. Z bliska morza Księżyca łączą się ze sobą postrzępionymi brzegami, a każdy potok lawy ma nieco inny odcień, odrobinę bardziej niebieski tam, gdzie jest bogaty w tytan, jak w Morzu Spokoju; Platon i Grimaldi mają ciemne dna, a pierścienie Morza Wschodniego tworzą tarczę strzelniczą na jego zachodnim skraju.

Planety karłowate i Pas Kuipera

Astronomowie uznawali Plutona za dziewiątą planetę od jego odkrycia w 1930 roku do 2006 roku, gdy Międzynarodowa Unia Astronomiczna zaliczyła go do planet karłowatych. Leży w Pasie Kuipera, obszarze lodowych ciał za orbitą Neptuna. Obiekty Pasa Kuipera to małe ciała z lodu i skał, pozostałości z wczesnego Układu Słonecznego. W miniukładzie słonecznym Pluton porusza się po swojej prawdziwej orbicie: mimośród 0,25, nachylenie 17°, a peryhelium leży tuż wewnątrz orbity Neptuna. Okrąża Słońce dwa razy, gdy Neptun robi to trzy razy, a ten rezonans 3:2 trzyma je daleko od siebie. Największy księżyc Plutona, Charon, ma swoją prawdziwą masę, jedną ósmą masy Plutona, więc oba ciała krążą wokół punktu między sobą, i prawdziwą, niemal pionową płaszczyznę orbity. Prawdziwy Charon okrąża Plutona co 6,4 dnia, zbyt szybko, by liczyć to tutaj, więc krąży dalej, około 50 razy na rok Plutona, a tak jak Księżyc jest rysowany 60 razy dalej. Pozostałe nazwane planety karłowate również poruszają się po swoich prawdziwych orbitach według JPL i startują tam, gdzie były 9 czerwca 2026 roku: Ceres w pasie planetoid, z odległością ściśniętą jak u planet, Haumea i Makemake w Pasie Kuipera oraz Eris, która oddala się aż na 97 au po orbicie nachylonej o 44°. Wokół krąży 160 obiektów Pasa Kuipera, stworzonych na wzór prawdziwego pasa. Większość porusza się po niemal kołowych orbitach w odległości od 42 do 48 au od Słońca, niektóre są silnie nachylone, a jedna czwarta, plutonki, dzieli rezonans Plutona. Za Neptunem obraz zachowuje skalę Neptuna, więc te orbity zachowują swoje prawdziwe okresy w porównaniu z okresem Neptuna. Przybliż widok do Plutona i Charona, a zobaczysz je tak, jak New Horizons w 2015 roku: jasne serce Plutona z lodową równiną Sputnik Planitia i ciemnoczerwony obszar Cthulhu oraz szarego Charona z czerwonawą czapą nad biegunem północnym. Oba zawsze zwracają się do siebie tą samą stroną. Pozostałe planety karłowate też można obejrzeć z bliska: Ceres, ciemną i pełną kraterów, taką, jaką widziała ją sonda Dawn, z jasnymi plamami soli w kraterze Occator; Haumeę, lodowe jajo z ciemnoczerwoną plamą, które obraca się co 3,9 godziny wewnątrz cienkiego pierścienia; czerwonawobrązową Makemake; i Eris, prawie białą, jedno z najjaśniejszych ciał Układu Słonecznego. Obiekty Pasa Kuipera wyglądają jak prawdziwe: od szarych po głęboko czerwone, i ciemne. Przybliż widok do jednego z nich, a zobaczysz mały, nieregularny świat albo dwa sklejone ze sobą płaty, jak Arrokoth, obok którego New Horizons przeleciała w 2019 roku.

Księżyce galileuszowe Jowisza

Galileusz po raz pierwszy zobaczył cztery największe księżyce Jowisza w 1610 roku i razem skupiają one prawie całą masę układu księżyców Jowisza. Io to najbardziej aktywne wulkanicznie ciało w Układzie Słonecznym, podgrzewane przez pływy Jowisza. Gładka lodowa skorupa Europy prawdopodobnie skrywa ocean ciekłej wody. Ganimedes to największy księżyc w Układzie Słonecznym, większy od planety Merkury, i jedyny znany księżyc, który wytwarza własne pole magnetyczne. Kallisto ma prastarą, gęsto pokrytą kraterami powierzchnię z lodu i skał, może z oceanem pod spodem. W miniukładzie słonecznym mają swoje prawdziwe masy i krążą w płaszczyźnie równika Jowisza. Prawdziwe okrążają go w 1,8–16,7 dnia, zbyt szybko, by liczyć to tutaj, więc krążą dalej, ale z zachowaniem prawdziwych proporcji odległości: Io wciąż robi dwa okrążenia na jedno okrążenie Europy i cztery na jedno okrążenie Ganimedesa, rezonans Laplace'a. Są rysowane 14 razy dalej. Przybliż widok, a zobaczysz je tak, jak sonda Galileo: Io żółtą od siarki, czerwonobrązową przy biegunach i usianą ciemnymi wulkanami, niektórymi otoczonymi czerwonym pierścieniem; jasny lód Europy poprzecinany czerwonawymi pęknięciami; ciemne, stare obszary Ganimedesa wśród jaśniejszego, bruzdowanego terenu, ze szronem nad biegunami; i ciemną Kallisto, gęsto pokrytą kraterami wokół pierścieniowego basenu Valhalla. Każdy z nich zawsze zwraca się do Jowisza tą samą stroną.

Często zadawane pytania

Czy masa Słońca jest realistyczna?

W miniukładzie słonecznym Słońce ma 1000, a Jowisz 1. Prawdziwy Jowisz ma około 1/1047 masy Słońca, więc ten stosunek jest bliski. Księżyc ma 1/81 masy Ziemi i krąży w odległości równej 1/389 odległości Ziemi od Słońca, jak prawdziwy. To za blisko, by zobaczyć go obok Ziemi, więc jest rysowany 60 razy dalej. Mars ma swoje dwa małe księżyce, Fobosa i Deimosa, o prawdziwych masach, na równiku Marsa, nachylonym o 26,7° do orbity Ziemi. Prawdziwe okrążają go w 7,7 i 30 godzin, zbyt szybko, by liczyć to tutaj, więc krążą dalej, ale z zachowaniem prawdziwych proporcji odległości, tak że Fobos wciąż robi cztery okrążenia na jedno okrążenie Deimosa, a oba są rysowane 120 razy dalej. Tytan, największy księżyc Saturna i jedyny księżyc z gęstą atmosferą, ma swoją prawdziwą masę i krąży w płaszczyźnie równika Saturna, w płaszczyźnie jego pierścieni. Prawdziwy Tytan okrąża Saturna co 16 dni, więc on też krąży dalej i jest rysowany 12 razy dalej. Tryton, największy księżyc Neptuna, krąży wstecz, przeciwnie do obrotu Neptuna, i prawdopodobnie został przechwycony z Pasa Kuipera. Ma swoją prawdziwą masę i orbitę nachyloną o 130° do orbity Ziemi, jak prawdziwy, ale prawdziwy Tryton okrąża Neptuna co 5,9 dnia, więc on też krąży dalej i jest rysowany 30 razy dalej. Uran leży na boku, więc jego księżyce Miranda, Tytania i Oberon krążą wokół niego w niemal pionowej płaszczyźnie, nachylonej o 98° do orbity Ziemi. Mają swoje prawdziwe masy. Tytania i Oberon zachowują prawdziwy odstęp, Oberon o jedną trzecią dalej; prawdziwe okrążają Urana w 8,7 i 13,5 dnia, więc one też krążą dalej. Miranda, najbliższa, okrąża go w zaledwie 1,4 dnia, dlatego leży bliżej Tytanii niż prawdziwa. Wszystkie trzy są rysowane 50 razy dalej.

Czy planety startują tam, gdzie są dzisiaj?

Planety karłowate tak: startują tam, gdzie były 9 czerwca 2026 roku, na podstawie elementów orbitalnych z JPL. Planety startują z ustalonych miejsc wokół Słońca, na niemal kołowych orbitach, więc obraz pokazuje, jak się poruszają, a nie, jak wygląda dziś wieczorem niebo.

Czy PictorX przesyła symulację?

Nie. Działa na płótnie w Twojej przeglądarce. Zapisz pobiera plik PNG, a Edytuj otwiera ten obraz w edytorze PictorX.

Dlaczego Pluton nie jest już planetą?

W 2006 roku Międzynarodowa Unia Astronomiczna określiła, że planeta krąży wokół Słońca, ma dość dużą masę, by własna grawitacja nadała jej kulisty kształt, i oczyściła otoczenie swojej orbity. Pluton spełnia dwa pierwsze warunki, ale dzieli swój obszar z obiektami Pasa Kuipera, dlatego jest teraz planetą karłowatą. W aplikacji podlega prawu Newtona jak każde inne ciało.