Układ Słoneczny na tle Galaktyki: porządek wielkości

Potrzebne wiadomości: Grawitacja, jednostka astronomiczna i rok świetlny.

Mapa potrzebuje hierarchii i skali

Słońce jest gwiazdą, Ziemia planetą, a Księżyc jej naturalnym satelitą. Te trzy nazwy nie oznaczają trzech kolejnych rozmiarów tego samego obiektu. Mówią o budowie, źródle energii i miejscu w układzie. Układ Słoneczny obejmuje Słońce i związane z nim grawitacyjnie ciała; jest częścią Drogi Mlecznej, która zawiera ogromną liczbę gwiazd, gaz i pył oraz masę ujawnianą przez jej oddziaływanie grawitacyjne.

Osiem planet, licząc od Słońca, to Merkury, Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn, Uran i Neptun. Pierwsze cztery są skaliste. Jowisz i Saturn to gazowe olbrzymy, Uran i Neptun bywają nazywane lodowymi olbrzymami; „lodowy” opisuje skład i klasyfikację, a nie zamarzniętą powierzchnię podobną do lodowiska. Planety karłowate, planetoidy i komety nie są dodatkowymi nazwami wszystkich małych planet.

Jednostkę wybieramy do pytania

Jednostka astronomiczna, au, jest zdefiniowaną długością; w oszacowaniach przyjmiemy 150 milionów kilometrów. Rok świetlny to droga światła w próżni w ciągu roku, nie jednostka wieku. Przyjmując 1 rok świetlny ≈ 63 241 au, możemy przeliczać obie miary bez zmiany fizycznej odległości.

Skala modelu jest ilorazem długości na modelu i w rzeczywistości. Ten sam współczynnik trzeba zastosować do wszystkich przedstawianych odległości. Jeżeli użyjemy innego powiększenia dla rozmiarów ciał, należy je osobno podpisać.

Model na boisku szybko wychodzi poza boisko

Niech 1 au odpowiada 1 m. Orbita o promieniu 30 au ma wtedy promień 30 m, a średnicę 60 m. Gwiazda odległa o 4 lata świetlne znalazłaby się w odległości 4·63 241 m = 252 964 m, czyli około 253 km. Nie da się jej domalować tuż za ostatnią planetą i nadal twierdzić, że zachowano jedną skalę.

Sprawdźmy również rozmiary. Dla umownej średnicy Słońca 1 392 000 km i Ziemi 12 742 km, przy naszej skali, otrzymujemy około 9,28 mm oraz 0,0849 mm. Słońce mieści się więc w centymetrze, a Ziemia jest drobiną mniejszą od dziesiątej części milimetra. Duża kropka planety na szkolnej mapie jest znacznikiem położenia, nie jej średnicą w skali.

Jeżeli cały model pomniejszymy jeszcze sto razy, do 1 cm na au, orbita 30 au zmieści się na stole: ma promień 30 cm. Ta sama gwiazda pozostanie jednak około 2,53 km dalej. Zmiana skali nie usuwa wielkiej różnicy między odległościami planetarnymi a międzygwiazdowymi.

Odległość jest również opóźnieniem informacji

Dzieląc 150 milionów kilometrów przez około 300 000 km/s, dostajemy 500 s, czyli około 8 minut 20 sekund. Taką skalę czasu ma przelot światła przez 1 au przy podanych zaokrągleniach. Światło z gwiazdy odległej o 4 lata świetlne biegnie do nas około czterech lat w tym prostym lokalnym obrazie. Widzimy stan z chwili emisji, a nie wiadomość dostarczoną natychmiast.

Co jeszcze upraszcza rysunek?

Orbity nie są w rzeczywistości zbiorem nieruchomych okręgów na jednej kartce; planety krążą, mają różne nachylenia i orbity eliptyczne. Księżyc świeci w świetle widzialnym przede wszystkim dzięki odbijaniu światła Słońca. Kometa może podczas ogrzewania wytwarzać otoczkę i warkocze, których kierunek nie jest po prostu śladem jej ruchu. Każdy schemat powinien wskazywać, czy porządkuje klasy obiektów, odległości, czy rozmiary. Jednym nieskalowanym obrazkiem nie odpowiemy dokładnie na wszystkie trzy pytania.

Zadania do tego tematu

• Skala, w której jednostka astronomiczna ma dwa centymetry
• Układ planetarny a galaktyka
• Gwiazda na modelu odległości między planetami

Dalsza lektura

Materiał referencyjny