Из какого вещества состоит светящееся тело, говорят нам посылаемые им лучи света, если только уметь их надлежащим образом «допросить» при помощи спектрального анализа.
Именно таким путём учёные узнали, из чего состоят Солнце и звёзды. Оказывается, все эти небесные тела, как бы далеко они от нас ни находились, состоят из одних и тех же простейших химических веществ — так называемых химических элементов, которые встречаются на нашей Земле. Все остальные вещества, как бы сложны они ни были, представляют собой соединения этих простейших веществ. Различных химических элементов сейчас известно около 100, но многие из них встречаются на Земле очень редко; такие редкие химические элементы встречаются редко и на других небесных светилах. К химическим элементам относятся водород, кислород и азот, находящиеся на Земле обычно в состоянии газа. Металлы — железо, медь, никель — это тоже химические элементы, находящиеся на Земле в твёрдом состоянии. При высокой температуре все металлы плавятся и становятся жидкими, как ртуть. При ещё более высокой температуре они превращаются даже в пар.
Другие химические вещества, например, соль и вода, не являются элементами, — это уже сложные химические вещества — химические соединения, элементов. Соль — это химическое соединение двух элементов: газа хлора и металла натрия; вода — химическое соединение двух газов — водорода и кислорода. При очень высокой температуре химические соединения распадаются на свои составные части. Таким образом, при высокой температуре не могут существовать не только живые организмы, представляющие собой очень сложные образования, но даже и простейшие химические соединения неживой природы (такие, как соль, вода и т. п.).
Рис. 5. Один из упавших метеоритов. Для представления об его огромных размерах на нем помещены мальчики.
Спектральный анализ не обнаружил на небесных светилах ни одного химического элемента, который не был бы известен на Земле!
То, что Земля и другие небесные тела имеют один и тот же химический состав, подтверждается ещё следующим. Иногда в разных местах на Землю с неба падают камни, называемые метеоритами (рис. 5 и 6). Некоторые из таких камней, странствуя миллионы лет в мировом пространстве, сталкиваются с Землёй. На этом их странствования кончаются. Метеориты — это осколки небесных тел, которые мы можем взять в руки и изучать так же, как мы изучаем любые земные предметы. Химический анализ метеоритов опять-таки показывает нам, что они состоят из известных на Земле химических элементов и не содержат никаких новых элементов, которых не существует на Земле.
3. Солнечная система
Наша Земля — одна из девяти известных нам планет, входящих в солнечную систему. Планеты — это огромные холодные и твёрдые шары, которые вращаются вокруг Солнца. Мы видим их с Земли не потому, что они раскалены, как Солнце и звёзды, а потому, что их освещает Солнце. С Земли планеты видны невооружённому глазу в виде звёздочек; если бы нашу Землю рассматривали с другой планеты, то она представилась бы тоже в виде звёздочки.
Земля — третья по счёту планета, если считать от Солнца. Ближе, чем она, к Солнцу расположены планеты Меркурий и Венера. За Землёй следуют планеты Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон (рис. 7).
Рис. 6. Падение метеорита.
Самая большая из планет — Юпитер. По поперечнику он в И раз больше Земли и в 10 раз меньше, чем Солнце (рис. 8). Все планеты, и Земля в том числе, вращаются вокруг Солнца по той же самой причине, по которой Луна вращается вокруг Земли, т. е. вследствие всемирного тяготения.
У некоторых планет имеются так называемые спутники, как бы планеты меньшего размера, которые вращаются вокруг своих планет так же, как сами планеты вращаются вокруг Солнца. Луна — это спутник Земли.
Рис. 7. План солнечной системы. Кривые линии изображают пути, по которым движутся вокруг Солнца разные планеты. Так как пути некоторых планет не уместились на рисунке, они изображены не полностью, а путь планеты Плутон не изображен вовсе.
Больше всего спутников у Юпитера. Их у него целая свита в одиннадцать штук. Самый большой из спутников Юпитера немного меньше Меркурия — самостоятельной планеты солнечной системы.
Рис. 8. Сравнительные размеры Солнца и планет.
Некоторые планеты окружены газом; этот газ удерживается около них силой тяготения, образуя слой, который называется атмосферой. Атмосферу Земли составляет воздух, которым мы дышим. Самые большие и тяжёлые планеты — Юпитер и Сатурн — окружены обширной густой атмосферой, в которой плавают мощные гряды облаков. Планеты среднего размера — Земля, Венера и Марс — окружены сравнительно менее плотной атмосферой, Причина этого в том, что по закону всемирного тяготения меньшие планеты притягивают газы с меньшей силой; если притяжение планеты недостаточно велико, то более лёгкие газы постепенно улетучиваются с планеты и рассеиваются в пространстве. Более тяжёлые и менее летучие газы, как кислород, азот и углекислота, тоже должны рассеяться, если притяжение планеты недостаточно сильно. Это мы и наблюдаем в действительности. Например, маленькие по сравнению с Землёй Меркурий и Луна совершенно лишены атмосферы.
Солнечная система обладает рядом замечательных особенностей.
Первая из этих особенностей та, что пути всех планет около Солнца и пути всех спутников около своих планет мало отличаются от кругов.
Вторая особенность состоит в том, что все эти планеты, за отдельными немногими исключениями, обращаются около Солнца почти в одной плоскости. Солнечную систему можно, таким образом, сравнить с тонким грандиозным блином, имеющим поперечник приблизительно шесть миллиардов километров (таков поперечник пути Плутона — самой далёкой из известных нам планет).
Рис. 9. Сравнительный вес Солнца и планет изображён здесь гирями.
Третья особенность солнечной системы состоит в том, что все планеты обращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении. Почти все спутники планет, сами планеты вокруг своей оси и даже само Солнце вокруг своей оси тоже вращаются в ту же самую сторону.
Наконец, интересно отметить, что почти всё вещество солнечной системы заключено в самом Солнце. На долю всех планет вместе взятых приходится (по весу) немногим больше одной тысячной доли всего вещества, заключённого во всей солнечной системе (рис. 9). Если всё вещество Солнца представить себе в виде ведра пшеницы, то вещество, заключённое в нашей Земле, представится только одним единственным зёрнышком.
4. Солнце — одна из звезд
В центре нашей солнечной системы находится Солнце — его можно считать ближайшей к нам звездой. И Солнце, и звёзды состоят из раскалённых газов, нагретых на поверхности до нескольких тысяч градусов. Например, поверхность Солнца накалена до 6000º, так что там даже самые тугоплавкие металлы — железо, никель и другие — находятся в виде пара. Внутри же Солнца и звёзд температура доходит до десятков миллионов градусов. Температура поверхности Солнца и звёзд измеряется различными способами и приборами. В частности, при этом применяются те же способы и приборы, что и при определении температуры расплавленной стали в мартеновских печах. Для того чтобы определить температуру в мартеновской печи, мы не должны непременно совать в неё термометр — это невозможно сделать, да и температура такая большая, что обычный термометр её показать не может. Эту температуру определяют на расстоянии, исследуя состав света, который излучает раскалённое тело. Температура Солнца и звёзд определяется так же уверенно и точно, как температура мартеновской печи.