Nauka o Zemi Teoretická část Vesmír V souvislosti s tímto tématem si jistě mnoho z nás kladlo otázku, jak  vesmír vznikl a jak je velký, jakou má stavbu či tvar, zda existuje i jiný  vesmír nebo zda přijde doba, kdy vesmír zanikne. Těmito a mnoha dalšími  otázkami na pomezí astronomie, fyziky a filozofie se zabývá  interdisciplinární obor kosmologie. Na základě poznatků z fyziky,  astronomie, astrofyziky, částicové a atomové fyziky se v rámci kosmologie  vytváří modely, pomocí kterých se snažíme vysvětlit vznik vesmírných  těles nejen v naší galaxii, ale i za hranicí našeho pozorování. Pomocí  mnoha kosmologických modelů můžeme popsat velmi složitý a  komplikovaný systém jakým je vesmír. Při podstatném zjednodušení  můžeme říci, že tyto modely vychází z Einsteinovy obecné teorie relativity  a Koperníkových (kosmologických) principů. Předpokládá se, že ve všech  bodech vesmíru platí stejné fyzikální zákony. Tedy děje probíhající na  Zemi se řídí v podstatě stejnými jednoduchými fyzikálními zákony jako  platí ve vesmíru. Díky těmto a mnoha dalším objevům byl vytvořen tzv.  standardní kosmologický model vzniku a vývoje vesmíru. Pozornost  budeme věnovat obecně přijatým teoriím a základním objektům, jež se  nalézají ve známém vesmírů. Za známý vesmír považujeme část vesmíru,  která je dostupná našemu vnímání a pozorování.  Obr. 1-1: Whirlpool galaxie M51 je reprezentantem spirální galaxie podobné naší Mléčné dráze. Standardní kosmologický model vzniku a vývoje vesmíru    Standardní kosmologický model vychází z předpokladu, že zhruba před 13,7 miliardami let byl celý  vesmír koncentrován v nekonečně malém bodě, kde působil nekonečně velký tlak a teplota. Protože  čas je vázán na hmotu a ta v tomto stádiu vesmíru označované za singularitu ještě neexistoval,  neexistoval ani čas. Čas stejně jako náš vesmír začal existovat až po události označované velký třesk.  Tedy, všechny objekty ve vesmíru vznikly po počáteční explozi hmotné singularity, kdy došlo k  prudkému rozpínání a chladnutí vesmíru (obr. 1-2). Obr. 1-2: Schéma standardního modelu vzniku a vývoje vesmíru. Teorie velkého třesku (Big bang) je založena na obecné teorii relativity, která je zkombinovaná s  pozorováním galaxií vzdalujících se od sebe. Pokud se galaxie neustále vzdalují, pak se vesmír rozpíná. V minulosti tedy byly všechny objekty vesmíru blíže u sebe. Tedy, musel existovat okamžik, kdy veškerá hmota byla obsažena v nekonečně malém bodě s nekonečně velkou hustotou a teplotou - počáteční  singularita. Počáteční stav vzniku vesmíru - singularia, kdy neplatily známé fyzikální zákony,  označujeme za Planckovu éru. Velkým třeskem (obrovskou explozí) začíná existovat vesmír. Jeho zrod můžeme rozdělit na další čtyři éry, hadronovou éru, leptonovou éru, éru záření a éru látky.   Počáteční éry probíhaly velmi rychle. Během první desetitisíciny sekundy (hadronova éra) dochází  k bouřlivému exponenciálnímu rozpínání vesmíru. Toto období kdy teplota přesahoval 10¹² K a střední  hustota vesmíru byla na úrovni cca 10¹⁷ kg m^-3 označujeme za inflaci. Ze záření vzniká hmota tvořená kvark-gluonovým plazmatem. Rozpínáním klesá teplota a začínají vznikat kvarky (základní stavební  částice protonů a neutronů) a gluony (částice mezi kvarky) viz obr. 1-3. Silná jaderná interakce se  stává silnou přitažlivou silou a z kvarků a antikvarků se začaly vytvářet hadrony. Z hadronů se stávají  nukleony (protony a neutrony).       Následným poklesem teploty vesmíru až  na 5 GK vznikají leptony (leptonova éra).  Leptony (elektron a pozitron) jsou v této fázi  nejrychleji se pohybujícími částicemi.  Leptonové páry anihilují na fotony záření  gama a to se stává dominující složkou  vesmíru. Po 10 s nastává éra záření. Asi 100 tisíc let po velkém třesku se záření oddělilo od hmoty a vesmír se stává pro záření průhledný.  Záření z této doby se tak zachovalo až do dneška a můžeme ho dnes pozorovat jako reliktní záření. Teplota klesla na asi 10 000 ˚C. Období přibližně 300 tisíc let po velkém třesku označujeme za éru látky. Teplota vesmíru díky jeho rozpínání klesá na takovou  úroveň, že se volné elektrony slučují s kladně nabitými atomovými jádry a vznikají neutrální atomy. Snižuje se množství srážek částic s fotony a elektromagnetické záření se odděluje od látky.  Asi 1 miliardu let po velkém třesku se v hustějších částech takřka homogenního vesmíru začínají díky gravitaci zhušťovat vodíkové  a heliové plyny. Vytváří se první galaxie. Teplota postupně klesla na 3 K. 3 miliardy let po velkém třesku vzniká naše galaxie - Mléčná  dráha. V galaxiích vznikají hvězdy a ostatní vesmírné objekty. 9 miliard let po velkém třesku vzniká naše Sluneční soustava a cca před  5 miliardami let vzniká naše planeta Země.       Energeticky dominantní úlohu převzaly pozitrony (antičástice elektronu), fotony (elementární částice kvanta elektromagnetické  energie) a neutrina (částice ze skupiny leptonů). V tomto období vesmír obsahuje 87% protonů a 13% neutronů. Převážná většina  protonů vesmíru jsou jádra vodíku. Protony a neutrony se začaly slučovat na jádra deuteria, které dále interaguje s protony až  postupně vznikají jádra helia, jehož zastoupení v této vesmírné směsi činí asi 25%. Po 250 s je teplota vesmíru tak nízká, že se volné  neutrony začaly samovolně rozpadat na protony, elektrony a antineutrina.  Obr. 1-3: Schéma složení atomu. Důkazy velkého třesku Teorie velkého třesku se opírá o tři důkazy pozorování - Hubbleův zákon rozpínání, který vzešel z pozorování  rudého posuvu galaxií, přesné měření reliktního záření a četnost lehkých prvků. Habbleův zákon nebo také rudý posuv dokazuje rozpínání vesmíru. Pozorováním vzdálených galaxií a kvazarů bylo  zjištěno, že jejich světelná spektra jsou posunuta k červenému konci spektra. Tedy k delším vlnovým délkám. Tento  posuv se dává do souvislosti s Dopplerůvým posuvem (tělesa, která se vzdalují, mají posuv spektra do červené viz  obr. 1-4) a rychlostí vzdalování. Z měření rychlostí a vzdáleností těles bylo zjištěno, že mezi rychlostí a vzdáleností  je lineární vztah. Na základě toho byla stanovena rychlost rozpínání vesmíru Ho = 70 km.s^-1/ Mpc^-1 (Mpc -  megaparsek). 1) Obr. 1-4: Schéma rudého posuvu. 2) Reliktní nebo také zbytkové záření je mikrovlnné záření, které přichází ze všech směrů a má charakter záření absolutně černého tělesa. Jde o pozůstatek z doby, kdy se vesmír stal průhledným pro elektromagnetické  záření. Díky rozpínání vesmíru jeho teplota klesla z přibližně 3 000 K na dnešních 2,7 K. Toto záření bylo  objeveno víceméně náhodou, když Arno Penzias a Robert Wilson při testování mikrovlnného detektoru objevili  šum, který byl dosti silný, nezávislý na nasměrování detektoru, neměnil se ve dne, v noci ani v průběhu roku.  Usoudili, že toto záření musí mít zdroj mimo sluneční soustavu. Později zjistili, že zachytili zbytkové záření po  velkém třesku. V roce 1989 NASA vypustila sondu COBE (Cosmic Background Explorer), která ověřila existenci  reliktního záření. V roce 2003 byly získány výsledky z měření sondy WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy  Probe). Byl ověřen předpoklad anizotropního reliktního záření (obr. 1-5). Reliktní záření je teplejší ve  vzdálených mracích plynů, které vznikly v rannějších etapách vzniku vesmíru, kdy byl vesmír hustší a teplejší.  Obr. 1-5: Reliktní záření. Zjištěná hojnost deuteria, helia a lithia ve vesmíru přesahuje množství, které by za celou existenci vesmíru  vyprodukovaly hvězdné reakce. Množství 25% odpovídá primární syntéze proběhlé během prvních třech minut  existence vesmíru. 3) Objekty ve vesmíru    Vesmír se skládá z galaxií, hvězd, planet, jejich satelitů, asteroidů, kosmického prachu  a elementárních částic. Mezihvězdný prostor je vyplněn plynem s hustotou 3-7 atomů na  1 cm³. Pohybující se plyn nazýváme hvězdný vítr. Obr. 1-6: Schéma Habblovi klasifikace galaxií podle tvaru, nahoře příklady skutečných galaxií. Temná hmota Temná hmota nebo také neviditelná hmota, tvoří až z 99% veškerého galaktického a  vesmírného materiálu. Její existence se předpokládá na základě měřením galaktických  rotačních křivek, rychlosti rozptylu galaktických kup, anizotropii reliktního záření, atd.  Byla objevena jen díky jejímu gravitačnímu působení. Ve vesmíru není dostatek viditelné  hmoty, která by byla zodpovědná za velikosti gravitačních sil uvnitř a mezi galaxiemi. Temná energie Veškerá viditelná i temná hmota tvoří pouhou třetinu hustoty hmoty vesmíru, která je nutná pro platnost kosmologické teorie. Zbylých 70% hustoty vesmíry je nevysvětlených a  připisují se temné energii. Sledováním světla přicházejícího z velkého třesku, z  explodujících hvězd i z galaxií na samých hranicích pozorovaného vesmíru bylo zjištěno,  že se vesmír nerozpíná lineárně. Předpokládá se, že urychlování jeho expanze je  způsobeno negativním tlakem převažující temné energie. Galaxie     Galaxie je seskupení milionů až miliard hvězd, hvězdokup, mlhovin, mezihvězdné  hmoty a tmavé hmoty. Vše je spolu vázáno gravitací všech hmotných složek galaxie.  Galaxie se velice liší podle seskupení hvězd. Podle jejich celkového tvaru je dělíme na  spirální, spirální s příčkou, eliptické, čočkové a nepravidelné (obr. 1-6). Ve většině galaxií  všechny částice obíhají kolem středu, kde se předpokládá existence obří hvězdy, někdy  označované za černou díru. Galaxie, ve které se nachází naše sluneční soustava, se označuje jako galaxie Mléčná dráha. Jde o rozsáhlou spirální galaxii ve  tvaru rotačního disku, jehož průměr je 100 tisíc světelných let a tloušťka 3 tisíce světelných let. Celkový počet hvězd se odhaduje  mezi 250-300 miliardami hvězd. Naše Slunce je od jádra Mléčné dráhy vzdáleno asi 32 500 světelných let a nachází se na vnitřním  okraji jednoho ze spirálních ramen. Kolem středu Galaxie se pohybuje rychlostí cca 220 km/s, takže jeden oběh ji trvá asi 225  milionů let – tzv. galaktický rok. Nejbližší hvězda k našemu Slunci je Alfa (Proxima) Centauri, vzdálená zhruba 4,25 světelného roku.  Spirálová ramena jsou oblastmi tvorby nových hvězd. Mají tvar logaritmické spirály. Hvězdy i spirální ramena rotují kolem  společného středu (supermasivní černé díry) konstantní úhlovou rychlostí. To znamená, že hvězdy vstupují a vystupují do/ze  spirálních ramen. Předpokládá se, že spirální ramena jsou oblastmi s vysokou hustotou. Mlhovina Mlhovina je viditelná látka řídkého mezihvězdného prachu a plynu. Je-li v mlhovině dostatečně veliký tlak, mohou se z mlhovin  formovat nové hvězdy. Mlhoviny dělíme do tří základních skupin:  • emisní - tvořené vnitřně osvětleným mrakem ionizovaného plynu, který září; • reflexní - tvořené prachem, který odráží světlo blízkých hvězd;  • difúzní - tvořené prachem a plynem (obr. 1-7). Obr. 1-7: Příklad difúzní mlhoviny M16. Hvězda  Hvězda je plazmový kulovitý objekt zářící vlastním světlem, jehož vlastnosti popisují stavové veličiny: hmotnost, svítivost,  poloměr, povrchová teplota a spektrální typ. Hmotnost hvězdy je tak velká, že uvnitř byla zažehnuta termonukleární reakce. Díky  tomu hvězda vyzařuje velké množství spektra záření. Na Zemi nejintenzivněji vnímáme přes atmosféru procházející viditelné a  infračervené spektrum záření. Na Zemi ovšem dopadá také rentgenové záření, UV záření či radiové vlny. Atmosféra nás před jejich nežádoucím vlivem chrání. Zářením hvězda ztrácí energii a tím se mění. Množství energie (paliva) hvězdy je omezené, takže i  životnost hvězdy je konečná.  Pro zařazení hvězd se nejčastěji používá spektrální klasifikace, která vychází ze stanovení teploty její fotosféry. Jinak řečeno,  stanovuje se pomocí hvězdné spektrometrie barevné spektrum vyzařovaného světla (tab. 1-1). Hvězdy jsou řazeny do tříd, které se  dále dělí na podtřídy s číslicemi 0-9 (např. B2). Tab. 1-1: Klasifikace hvězd podle spektra vyzařovaného světla.    Hvězdy mohou dosahovat různých velikosti. Přitom  jejich velikost je závislá na spektrální třídě. Tuto  závislost vyjadřuje Hertzsprung–Russellův diagram (obr. 1- 8). Z tohoto diagramu vyplývá, že většina hvězd leží v  diagonálním pásu nazvaného hlavní posloupnost, který se  táhne napříč diagramem od nejteplejších a nejmenších  hvězd k nejchladnějším obrovským hvězdám. Mimo tuto  hlavní posloupnost se nacházejí trpasličí hvězdy a obři či  veleobři. Pro rozčlenění hvězd podle velikosti existuje  stupnice od 0-7, kde 0 je hyperobr, 1 - veleobr, 2 - jasný  obr, 3 - normální obr, 4 -   podobr, 5 - hvězdy hlavní  posloupnosti (trpaslíci), 6 - podtrpaslíci, 7 - bílí trpaslíci.  Obr. 1-8: Hertzsprung–Russellův diagram vyjadřující závislost mezi velikostí hvězdy a spektrem vyzařovaného světla. Vznik hvězdy    Hvězdy vznikají z oblaků prachu a plynu mezihvězdné hmoty. V gigantických velmi řídkých mlhovinách (nejčastěji tvořených  vodíkem) dochází k usměrnění pohybu chaoticky se pohybujících částic. Vlivem neznámého působení (např. vlivem jiného  vesmírného objektu) se začnou dílčí části mlhoviny shlukovat. Ve středu shluku se začne zvyšovat hustota a rodí se hvězda. Rodící se hvězda se vlivem gravitace smršťuje do stále menšího objemu. Má-li dostatečně velkou hmotnost (alespoň desetinu hmotnosti  Slunce), dojde vlivem zvyšování tlaku a teploty v jejím jádře k zažehnutí termonukleární reakce. Při dosažení teplotní hladiny  přibližně 10 milionů ˚K se začnou atomy vodíku spojovat a tvořit jádra hélia. Přebytečnou energii vzniklou touto syntézou hvězda  začne vyzařovat do okolí (obr. 1-9). Při nukleární reakci působí uvnitř hvězdy dvě síly. Gravitační síla přitahuje hmotu hvězdy ke  středu, zatímco proti působí tlak teplem uvolněného plazmatu. Pokud tlak plazmatu je menší, hvězda se smršťuje do doby, než  mezi oběmi silami nastane rovnováha. Pak se hvězda ocitá na hlavní posloupnosti Hertzsprung–Russellůvém diagramu (obr. 1-8).  Pokud rodící se těleso nemá dostatečnou hmotnost, postupně chladne a stává se z něj tzv. hnědý trpaslík (viz. Jupiter).  Obr. 1-9: Vznik hvězd v rameni Perseus naší galaxie. Hvězdokupa IC 1805 se skládá z  horkých, mladých hvězd, které se tvoří v mlhovině, která je za nimi. Vývoj a zánik hvězdy Hlavní období existence hvězdy provází termonukleární reakce, kdy dochází k syntéze atomů vodíku na hélium. Ke konci tohoto hlavního stádia existence hvězdy začne docházet palivo - vodík. Termonukleární reakce budou ustávat, tepelný tok bude slábnout a gravitace začne dominovat. Dojde k porušení rovnováhy mezi tepelným tokem a gravitací. Vlivem vyšší gravitace se začne hvězda smršťovat při současném nárůstu tlaku a teploty. Další vývoj hvězdy závisí na její hmotnosti. U malých hvězd dojde ke smrštění na červeného trpaslíka  (spektrální typ K až M), který postupně vychladne (obr. 1-10a). U větších hvězd (0,5 - 5 násobek Slunce) dojde vlivem smršťování k nárůstu tlaku a teploty. Ve vnějších částech hvězdy zbylý vodík přechází na hélium, ovšem při podstatně vyšších teplotách. To vede ke zvýšení zářivého výkonu (tepelného toku), který způsobí prudké zvětšovaní velikosti hvězdy, ovšem při zachování stálé hmotnosti. Z hvězdy se stává rudý či červený obr (obr. 1-10). Červená barva obra je způsobena nižším zářivým výkonem na jednotkovou plochu, což vede ke snížení povrchové teploty hvězdy. Vlivem pokračujícího smršťování jádra hvězdy narůstá tlak a teplota. Pokut teplota dosáhne úrovně přibližně 100 milionů K zažehne se nová termonukleární reakce, kdy se původní "popel" jádra helia začnou fúzovat na uhlík. Po vyhoření vodíku dojde k odhození vnějších vrstev (vznik planetární mlhoviny) a zbude malé neaktivní jádro tvořené především uhlíkem - bílí trpaslík. Pokud je hvězda přibližně velká jako naše Slunce zůstane stlačená v rovnovážném stavu. Po vyzáření zbylé energie se změní v černého trpaslíka. I naše Slunce přibližně za 5 miliard let bude čekat fáze prudké expanze až na takovou velikost, že zasáhne do oběžné dráhy Venuše. Následně po vyhoření zbylého vodíku odhodí vnější vrstvy a zbude z něj bílí trpaslík. Po vyzáření veškeré energie se změní na černého trpaslíka. Obr. 1-10a: Schéma poměru velikosti mezi dnešní velikostí Slunce a velikostí po expanzi na rudého obra či ve srovnání s červeným trpaslíkem.     U velkých hvězd vývoj stádiem bílého trpaslíka nekončí. Pokud bílý trpaslík odebírá hmotu z některého svého  hvězdného průvodce (například rudého obra - viz Video) tlak elektronového plynu bílého trpaslíka nestačí vyrovnat  gravitační síly, nastává další hroucení vedoucí k výbuchu supernovy typu I (obr.1-10b). Obr. 1-10b: Výbuch supernovy typu I - V838 Mon Light Echo. U jiného druhu velkých bílých trpaslíků může dojít vlivem stlačování k nárůstu tlaku a teploty na takovou mez,  že dojde k fůzi uhlíku na těžší jádra. Postupnými fůzemi se vytváří hvězda s cibulovitou strukturou, mající směrem  k jádru těžší a těžší jádra. Proces fúzování končí vznikem jader železa. Pak mluvíme o supernově typu II (obr. 1-  11). Obr. 1-11: Keplerova supernova.      U velmi hmotných hvězd může dojít k překročení fáze  neutronové hvězdy gravitačním kolapsem. Gravitační  kolaps hvězdy nastává při poklesu tlakového gradientu a  hvězda se neudrží v hydrostatické rovnováze. Kolaps takové  hvězdy pak není možno zastavit - povrch hvězdy se zhroutí  pod horizont událostí a nevyhnutelně skončí v singularitě. V  takovém případě vzniká černá díra. Gravitace černé díry  může být natolik silná, že nedovolí světlu z povrchu tělesa  uniknout (obr. 1-12). Následuje slučování elektronů s protony a vzniku  neutronů a neutrin. Proces probíhá velmi rychle až dojde ke  gravitačnímu zhroucení hvězdy, přičemž se všechny protony  a elektrony sloučí na neutrony. V tomto stadiu může nastat  rovnováha a vznikne neutronová hvězda o průměru  několika desítek km a hustotě přesahující 10¹⁴ g.cm-3 (tj.  stejný řád jako je hustota v atomových jádrech). Pokud se  hvězda vyzařující kužel směrovaného elektromagnetického  záření velmi rychle otáčí je označena za pulzar. Obr. 1-12: Gravitační čočka vzniklá díky černé díře. Složení hvězd - Slunce    Hvězdy hlavní posloupnosti mají stejnou vnitřní strukturu. Uvnitř hvězdy je jádro, kde probíhá termonukleární  syntéza vodíku na hélium. Kolem jádra je vrstva v zářivé rovnováze (zářivá zóna). Kolem je konvektivní vrstva  tvořící její jednu třetinu. Kolem hvězdy je fotosféra. Zde jsou viditelné vrcholky vzestupných a sestupných  proudů z konvektivní vrstvy. Vnější vrstva "atmosféry" hvězdy se nazývá chromosféra. Nejsvrchnější část tvoří  korona.     Stejné vrstvy obsahuje i naše Slunce (obr. 1-13), které je ve střední fázi svého vývoje. Jádro je tvořeno z  92,2% vodíkem a 7,8% heliem. Zaujímá čtvrtinu poloměru Slunce. Uvnitř probíhá termonukleární fúze vodíku na  helium při teplotě 15-40 milionu K. Celkem Slunce soustřeďuje 99,9% hmoty celé sluneční soustavy. Tenká  fotosféra, která obepíná Slunce má průměrnou teplotu 5770 K. Chladná místa s teplotou cca 4000 K a životností  od několika hodin po týdny se nazývají sluneční skvrny. Místy můžeme vidět výbuchy plazmatu, které vystupují  do velkých výšek nad povrch Slunce. Tyto výbuchy plazmatu označujeme za protuberance. Protuberance  probíhají podél magnetických siločar ve tvaru oblouků (video). Jsou vyvolány narušením magnetického pole  Slunce. Jejich stabilita trvá hodiny až týdny. Část částic není staženo zpátky do Slunce, ale uniká rychlostí  několika set km/s do volného prostoru. Tento proud nabitých částic označujeme za sluneční vítr. Pokud tento  proud narazí na Zemi, dojde k ovlivnění magnetosféry Země a vzniku magnetických bouří či polární záře. Slunce  kromě viditelného spektra záření vyzařuje infračervené záření (teplo), ultrafialové záření, rentgenové záření a  radiové vlny. Před nežádoucím účinkem těchto záření nás chrání zemská atmosféra. Obr. 1-13: Schéma struktury Slunce. Sluneční soustava    Sluneční soustava je planetární systém hvězdy Slunce, jehož  stáří se uvádí v rozmezí 4,55 - 5 miliard let. Je součástí galaxie  označené Mléčná dráha. Sluneční soustavu tvoří 8 planet (obr. 1-  14), dosud objevených 5 trpasličích planet (počet se může  zvyšovat), přes 150 měsíců (především planet Jupiter, Saturn,  Uran, Neptun) a další menší materiál (komety, meteoroidy  apod.). Všechny planety obíhají stejným směrem v rovině  eliptiky po eliptických drahách kolem Slunce, které je ve  společném ohnisku oběžných elips. Většina planet rotuje kolem  svých os ve směru jejich oběhu kolem Slunce, jen Venuše a Uran  ve směru opačném. Osy rotace většiny planet jsou přibližně  kolmé k ekliptice. Kolem planet obíhají jejich satelity - měsíce.  Obr. 1-14: Schéma sluneční soustavy s vyznačením vzdáleností jednotlivých planet od Slunce. Slunce je největším tělesem sluneční soustavy (obr. 1-15), které zaujímá 99,866 % celkové hmotnosti sluneční soustavy.  Zbylých 0,133 % připadá na planety a jiná tělesa, která jsou udržovány ve sluneční soustavě gravitační silou Slunce. Soustava se rozkládá do vzdálenosti přibližně 2 světelných let. Na této hranicí je pásmo komet a ledových zbytků. Obr. 1-15: Schéma znázorňuje poměr velikostí jednotlivých planet (včetně trpasličí planety Pluta) ke Slunci.     Planety sluneční soustavy rozdělujeme na planety zemského - terestrického typu (Merkur, Venuše, Země, Mars) a  planety joviánské (Jupiter, Saturn, Uran, Neptun). Tyto dva typy planet jsou od sebe odděleny hlavním pásem asteroidů.  Za oběžnou dráhou Neptunu se nachází pásmo ledových zbytků a asteroidů tzv. Kuipertův pás. Na úplném okraji sluneční  soustavy je tzv. Oortův oblak, jež je zásobárnou obrovského množství jader komet. Do roku 2006 měla sluneční soustava 9 planet. Devátá planeta Pluto byla ze seznamu vyškrtnuta, protože nesplňuje  kritéria definice planety. Podle této definice z roku 2006 je planeta takové těleso, které obíhá kolem Slunce a má  dostatečnou hmotnost, aby vlivem své gravitace mělo kulový tvar. Zároveň nesmí být družicí. Musí být také ve svém  prostoru do takové míry dominantní, že pročistí své okolí od ostatních těles. Tento poslední bod definice Pluto ani zbylé  trpasličí planety nesplňují.  Vznik sluneční soustavy    Vznik sluneční soustavy je spojen s přeměnou některé dávné hvězdy na supernovu, která při svých fúzových přeměnách  (viz vznik supernovy II) uvolňovala rázovými vlnami plynné a prachové částice. Mlhovinu chaoticky se pohybujících částic  (tvořenou z 98% vodíkem a heliem) obohatila o další prvky a usměrnila jejich pohyb. Z tohoto mraku, který obsahoval až  99% všech známých prvků, se zhruba před 5 miliardami let začalo rodit Slunce a v jeho okolí následně planety. Chaotický  pohyb částic plynu a prachu tohoto mračna se usměrnil v pohyb rotační. Částice se začaly shlukovat a vlivem gravitace  migrovat do středu rotačního disku, kde narůstala hustota a tlak. Vlivem gravitačního kolapsu středu mračna se zvýšila  teplota až se jádro zahřálo natolik, že byla zažehnuta termonukleátní reakce. Vzniklo Slunce, které začalo vyzařovat  energii (obr. 1-16). Vzniklý tepelný tok odvrhl zbylý materiál mračna na okraj rotačního disku. Se vzrůstající vzdáleností  od Slunce klesá teplota. Postupně dochází ke kondenzaci plynů. V menší vzdálenosti od Slunce, kde je vyšší teplota se v  dílčích rotačních vírech rotačního disku sluneční soustavy rodí zárodky terestrických planet. Ve větší vzdálenosti, kde je  teplota nižší, vznikají joviánské planety tvořené vodíkem, héliem, čpavkem, metanem atd. Obr. 1-16: Boční pohled na rotační disk prachových částic planetární soustavy po zažehnutí  (zrodu) hvězdy.     Prachové částice rotují v dílčích vírech a působí na sebe gravitací. Navzájem se přitahují, narážejí do  sebe a spojují se do větších shluků, které míří do centra dílčího rotačního víru, kde se formuje  protoplaneta (video). Působením gravitace protoplaneta přitahuje větší a větší množství různě velkých  částic. Zvětšuje svůj objem a gravitační dosah. Působením vlastní gravitace dojde k jejímu zformování do  kulovitého tvaru. Postupně vzniklé planety gravitací vyčistí prostor kolem sebe (stáhly veškerý materiál) a  rotační disk sluneční soustavy se zprůhlední (obr. 1-17). Obr. 1-17: Schéma formování planet v rotačním disku sluneční soustavy. Legenda: A - výbuch supernovy a počátek formování Slunce v důsledku gravitačního kolapsu; B - vznik Slunce a odvržení zbylé hmoty do okolních částí rotačního disku; C - diferenciace a kondenzace odvržených částic mlhoviny podle vzdálenosti a teploty; D - vznik planet v dílčích rotačních celcích a pročištění rotačního disku. Planety Základní údaje o planetách sluneční soustavy jsou shrnuty v tabulce 1.2. Některé charakteristiky jsou  vztahovány pro srovnání k planetě Zemi. Náklon osy Venuše je uváděn ve smyslu přetočení do původního  směru rotace. Jak již bylo zmíněno výše, Venuše a Uran se otáčejí opačně než ostatní planety.  Tab. 1-2: Základní údaje planet sluneční soustavy podle Guinesse 1992. Vnitřní (terestrické) planety       Vnitřní planety (obr. 1-18) se nacházejí do vzdálenosti 230 milionů km, kde teplota slunečního záření brání kondenzaci vody, metanu a dalších plynů. V této vzdálenosti se planety formovaly z látek s vysokým bodem tání (kovy a křemičitany). Částice v dílčích rotačních vírech se začaly přitahovat a vytvářely shluky podobné dnešním chondritickým meteoritům (obr. 1-21). Jak se shlukovaly, vytvářely se planetesimály, které se začaly srážet a vytvářely zárodek planety. V důsledku působení gravitace dochází ke smršťování protoplanety a zvyšování teploty. Další teplo protoplaneta získává přeměnou dynamické energie při dopadu větších těles na její povrch. Těleso se zahřívá až dochází především nastartováním termojaderné reakce k jeho tavení a diferenciaci na vnitřní sféry tvořené různým materiálem. Těžší kovy v důsledku gravitace migrovaly směrem ke středu planety zatímco silikátové látky s nižší hustotou byly vytlačovány do vnějších sfér (tvoří plášť a kůru). Proto jádra většiny terestrických planet jsou kovová a obalové sféry jsou horninové. Obr. 1-18: Vnitřní (terestrické) planety sluneční soustavy. Vnější (joviánské) planety       Vnější planety se od vnitřních liší nejen vzdáleností od  Slunce, ale především svým složením a velikostí. Jupiter,  Saturn, Uran a Neptun jsou obrovské plynné planety bez  pevného povrchu. Vznikali ve vzdálenosti, kde teplota je tak  nízká, že dochází ke kondenzaci prchavých látek. Jejich  jádra se vytvořila nahromaděním ledových útvarů tvořených  především atomy vodíku a hélia, kterých bylo v odvrženém  mračnu největší množství. Zárodky planet přitahovaly další  a další vodík a helium z okolního prostředí. Nárůst planet  byl exponenciální. Odhaduje se, že plynný obr Jupiter mohl  za 1000 let dosáhnout až poloviny své konečné hmotnosti.  Základní údaje o joviánských planetách jsou uvedeny v  tabulce 1-2.  Obr. 1-19: Vnější (joviánské) planety sluneční soustavy. Další objekty sluneční soustavy      Ve sluneční soustavě se kromě planet vyskytuje obrovské množství menších objektů. Kolem většiny planet krouží jejich  měsíce. Celkem jich je přibližně 150. Kromě nich obíhá kolem Slunce obrovské množství různých částic velikosti asteroidů či  komet po písková zrna. Mezi největší měsíce patří Ganyméde (5262 km), Titan (5150 km), Callisto (4806 km), Io (3642 km),  Měsíc (3476 km), Europa (3138 km), Triton (2706 km) a Titania (1580 km). Prvé dva převyšují svou velikostí planetku Pluto. Měsíc Měsíc obíhá kolem Země a jeho rotace je se Zemí synchronní – vidíme pouze jednu jeho stranu. Svým  gravitačním působením způsobuje slapové jevy a tím ovlivňuje přírodní procesy na zemském povrchu. V  delším časovém měřítku způsobuje zpomalování rotace Země, což má za následek změnu tvaru Země a  prodlužování dne.  Obr. 1-20: Měsíc. Podle poslední teorie Měsíc vznikl oddělením ze Země nárazem obří komety (velikosti Marsu) v dobách formování naší planety. Tento  náraz způsobil mimo jiné i naklonění zemské osy. Předpokládá se, že před 4,5 mld. lety na povrchu Měsíce byl oceán magmatu. Vznikly  tmavé a relativně jednotvárné měsíční pláně, označované jako moře – čedičové lávové příkrovy. Povrch Měsíce je pokryt desítkami tisíc  kráterů (obr. 1-20) o průměru větším než 1 kilometr. Většina je stará stovky miliónů nebo miliardy let. Nepřítomnost atmosféry, počasí a  nových geologických procesů zajišťuje, že většina z nich zůstane navždy zachována. Nejsvrchnější část měsíční kůry tvoří nesoudržná  kamenná vrstva rozdrcených hornin a prachu, zvaná regolit. Mocnost kůry kolísá od 60 km na přivrácené straně do 100 km na odvrácené  straně. Tloušťka regolitu se pohybuje od 3 do 5 m v mořích a od 10 do 20 m ve vrchovinách. Z odebraných vzorků bylo zjištěno složení  regolitu (uran, thorium, draslík, kyslík, křemík, hořčík, železo, titan, vápník, hliník a vodík). Asteroidy (planetky) Asteroidy jsou horninové nebo kovové objekty obíhající kolem Slunce. Z dosud  evidovaného celkového počtu přibližně 20 tisíc objektů se většina nachází mezi  Marsem a Jupiterem v tzv. planetovém pásu. Jejich velikost je nedostatečná k  tomu, aby byly považovány za planety. Nejčastěji nesplňují podmínku kulatého  tvaru a především svojí gravitací nevyčistily vesmírný prostor kolem sebe. Většina  astronomů se domnívá, že k zformování planety z těchto asteroidů nemůže dojít  vlivem rušivé gravitační činnosti Jupitera. Podle chemického složení rozlišujeme tři typy meteoritů:  • chondritický meteorit složený především ze silikátů (obr. 1-21); • železo niklový (obr. 1-22); • kombinace dvou předchozích. 92,8 % meteoritů dopadnutých na Zem je složení silikátového, 5,7 %  železo niklového a zbylých 1,5 % tvoří meteority třetího typu. Největší dosud popsaný objekt byl pojmenován Ceres. Ovšem většina asteroidů má velikost mezi 1000 km až oblázku. Největší  množství materiálu, které obíhá kolem Slunce má velikost pískového zrna. Denně je naše Země vystavena přibližně 40 miliony zásahů  těmito tělísky. Díky tření o atmosféru se tělíska zahřejí na takovou teplotu, že shoří. Takovéto tělesa označujeme za meteory. Pokud je  těleso větší, nemusí celé shořet v atmosféře. Jeho zbytek, který dopadne na zemský povrch označujeme jako meteorit.  Obr. 1-21: Chondritický typ meteoritu. Obr. 1-22: Železo niklový typ meteoritu. Komety      Komety představují malá, křehká tělesa nepravidelného tvaru, složená ze směsi  pevných částeček a plynů. Původně kroužily ve vzdálenosti asi jednoho světelného  roku od sluneční soustavy. Jejich kometární jádra vznikla během gravitačního  smršťování z ledových zárodků planet na okraji sluneční soustavy - v oblasti tzv.  Oortova oblaku. Celkový počet komet se odhaduje řádově 10¹². Gravitačním  působením planet Jupitera, Saturnu (novější názory předpokládají kombinované  působení Jupitera a Marsu) se dostanou do sluneční soustavy, kde se pohybují po  vysoce eliptických drahách kolem Slunce rychlostí až 100 m/s. Jakmile se kometa  dostane na dráhu uvnitř sluneční soustavy, vytvoří se kolem zmrzlého jádra prachová a plynná koma (tedy plynný a prachový obal jádra) o průměru desítek až stovek tisíc  km (obr. 1-23). Současně vzniká odrazem světla na ledových krystalcích vodíkové  halo o průměru až 10⁷ km a prachový a plazmový chvost délky až stovek milionů km. Obr. 1-23: Kometa se svým chvostem.