# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Hidrogen

Luminescență purpurie în stare plasmatică

Liniile spectrale ale hidrogenului

Informații generale

Nume, Simbol, Număr

Hidrogen, H, 1

Grupă, Perioadă, Bloc

1, 1, s

Proprietăți atomice

Configurație electronică

1s ¹

Electroni pe nivelul de energie

1

Proprietăți fizice

Punct de topire

-259,1 °C ; 14,025 K

Punct de fierbere

-252,9 °C ; 20,268 K

Volum molar

22,42×10⁻³ m³/kmol

Viteza sunetului

1270 m/s la 20 °C

Informații diverse

Electronegativitate (Pauling)

2,2

Cei mai stabili izotopi

Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

Hidrogenul este elementul chimic în tabelul periodic al elementelor cu simbolul H și numărul atomic 1. Este un gaz ușor inflamabil, incolor, insipid, inodor, iar în natură se întâlnește mai ales sub formă de moleculă diatomică, H ₂. Având masa atomică egală cu 1,00794 u.a.m., hidrogenul este cel mai ușor element chimic. Etimologic, cuvântul hidrogen este o combinație a două cuvinte grecești, având semnificația de „a produce apă".

Hidrogenul elementar este principala componentă a Universului, având o pondere de 75% din masa acestuia. În starea de plasmă, se găsește ca element majoritar în alcătuirea stelelor. Hidrogenul elementar este foarte puțin răspândit pe Pământ.

Pentru necesități industriale există diferite procedee de producere, puse la punct din punct de vedere tehnologic sau aflate în fază de laborator. Hidrogenul poate fi obținut prin electroliza apei, procesul necesitând costuri mai mari decât cel de producere prin procesarea gazelor naturale.

Cel mai răspândit izotop al hidrogenului este protiul, care este alcătuit dintr-un singur proton în nucleu și un electron în învelișul electronic. În compușii ionici poate avea sarcină negativă ( anion cunoscut sub numele de hidrură, H⁻) sau sarcină pozitivă H⁺ ( hidron). Hidrogenul formează compuși chimici cu majoritatea elementelor din sistemul periodic și este prezent în apă și în mulți dintre compușii organici. Are un rol important în reacțiile acido-bazice, acestea bazându-se pe schimbul de protoni între molecule. Fiind singurul atom pentru care soluția analitică a ecuației lui Schrödinger este pe deplin cunoscută, prezintă un rol major în fundamentarea teoriei mecanicii cuantice.

Hidrogenul este un gaz puternic reactiv și își găsește aplicații datorită capacității sale chimice de reducător. Hidrogenul se folosește în industria petrochimică la producerea benzinelor, în industria chimico-alimentară pentru hidrogenarea grăsimilor (de exemplu producerea margarinei), în prelucrările mecanice ale metalelor și în tratamentul termic al acestora.

Hidrogenul a fost testat pentru folosirea alternativă în vehiculele echipate cu motoare cu ardere internă. Avantajul său principal constă în faptul că este ecologic, din arderea sa rezultând vapori de apă. Dezavantajele constau în pericolul mare de explozie, dificultatea stocării în vehicule și lipsa unei infrastructuri de stații de alimentare cu hidrogen. Poate fi folosit pentru producerea directă a electricității, prin intermediul pilelor de combustie.

In anul 2019 a fost descoperit primul compus format în univers la cca 300.000 ani după Big Bang, ionul hidrură de heliu (HeH+) (în engleză „helium hydride ion"). Este o combinație între un atom de heliu și un proton (atom de hidrogen fără electroni). Descoperirea s-a făcut ajutorul observatorului astronomic SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, plasat în stratosferă, o cooperare germano-americană) în nebuloasa planetară NGC 7027.

Descoperire

Hidrogenul a fost descoperit de către chimistul și fizicianul englez Henry Cavendish în 1766, în urma unui experiment în care studia reacțiile dintre mercur și un acid. La amestecarea celor două substanțe, observa apariția unor mici bule de gaz în amestec. Acest aspect l-a determinat să efectueze o cercetare suplimentară, numind substanța necunoscută „aer inflamabil". În 1781 a descoperit că acest element produce apă atunci când arde. O analiză mai detaliată a fost făcută de către Antoine Lavoisier, care descoperă gazul independent de Cavendish în urma unui experiment ce urmărea determinarea masei pierdute sau create în urma unei reacții chimice. Cercetătorul a încălzit apa într-un recipient închis, vaporii formați condensându-i într-un alt recipient. Cantitatea pierdută a fost atribuită degajării unui gaz (H ₂). Chimistul francez a observat că „aerul inflamabil" al lui Cavendish în combinație cu oxigenul formează picături de apă, conform lui Joseph Priestley. Lavoisier a numit gazul „hidrogen", nomeclatura fiind de origine greacă ( ὕδωρ, hydro înseamnă apă, iar γίγνομαι, gignomai înseamnă a naște, a crea).

Rolul în teoria cuantică

Datorită structurii atomice relativ simple, constituit dintr-un proton și un electron, atomul de hidrogen împreună cu spectrul luminii emise de el, au reprezentat un domeniu central al dezvoltării teoriei structurii atomice. În plus, simplitatea moleculei de H ₂ și a cationului H⁺ au condus la înțelegerea completă a naturii legăturii chimice ce a urmat imediat după dezvoltarea studiului atomului de hidrogen în mecanica cuantică (mijlocul anilor 1920).

Maxwell a observat că la H 2, sub temperatura mediului ambiant, valoarea căldurii molare se abate inexplicabil de la aceea a unui gaz diatomic, iar la temperaturi criogenice se apropie din ce în ce mai mult de cea a unui gaz monoatomic. Conform teoriei cuantice, această comportare rezultă din distribuția spațială ale nivelelor de energie de rotație, care la H ₂ sunt foarte îndepărtate, datorită masei sale mici. Aceste nivele îndepărtate împiedică la temperaturi mici partiția egală (între cei doi atomi ai moleculei) a energiei termice în energie de rotație. Compușii diatomici gazoși formați din atomi mai grei nu au diferențe mari între nivelele energetice de rotație și nu prezintă același efect.

Hidrogenul este elementul cu cea mai mică densitate. În formă moleculară (H ₂) este de aproximativ 14,4 ori mai ușor decât aerul. La presiune normală punctul său de topire este de 14,02 K, iar cel de fierbere este de 20,27 K. Punctul său triplu este la 13,81 K, și 7,042 kPa, iar cel critic la 33,2 K și 1,29 MPa. Solubilitatea în apă este de 1,6 mg/l. Unele proprietăți termodinamice (legate de fenomenele de transport) sunt datorate masei moleculare mici și vitezei termice a unei molecule de 1770 m/s la 25 °C. La temperatura camerei, hidrogenul difuzează cel mai rapid, are cea mai înaltă conductivitate termică și cea mai mare efuziune dintre toate gazele. O vâscozitate mai mică au doar trei gaze poliatomice, unul dintre ele fiind n-butan.

Mobilitatea hidrogenului într-o masă solidă este, de asemenea, foarte mare. Astfel, acesta difuzează prin diverse materiale, cum ar fi polietilena și cuarțul. Un important fenomen este acela de difuzie în fier, platină și în alte metale tranziționale. Aceste proprietăți conduc la utilizări tehnice numeroase, dar de asemenea, și la dificultăți legate de transportul, depozitarea și de prelucrare a amestecurilor de hidrogen.

Hidrogenul gazos (în stare de moleculă diatomică) este extrem de inflamabil și la presiune atmosferică se aprinde în aer la concentrații volumetrice cuprinse între 4% și 75%, iar în contact cu oxigenul pur între 4,65% și 93,9%. Limitele între care apare detonația sunt între 18,2% și 58,9% în aer, respectiv între 15% și 90% în oxigen. Variația entalpiei în urma combustiei ( puterea calorifică, căldura de ardere) este de −286 kJ/mol:

[23]

Amestecul dintre oxigen și hidrogen în diferite proporții este exploziv. Hidrogenul se autoaprinde și explodează în contact cu aerul în intervalul de concentrații cuprins între 4% și 75%, temperatura de autoaprindere fiind de 560 °C. Flacăra unui amestec pur hidrogen-oxigen emite radiații ultraviolete invizibile cu ochiul liber.

H ₂ reacționează cu toate elementele oxidante. Acesta poate reacționa spontan și violent la temperatura camerei cu clorul și fluorul, formând HCl și HF.

Hidrogenul este cel mai răspândit element în univers, reprezentând mai mult de 75% în masă și mai mult de 90% după numărul de atomi. Se găsește în cantități mari în compoziția stelelor și a planetelor gigantice gazoase. Norii moleculari de H ₂ sunt asociați cu formarea stelelor. Hidrogenul joacă un rol-cheie și în exploziile stelare datorate reacțiilor de fuziune nucleară dintre protoni.

În Univers, hidrogenul este întâlnit mai ales sub forma de atom și în stare de plasmă. Proprietățile acestora sunt diferite față de cele ale moleculei de hidrogen. Electronul și protonul de hidrogen nu formează legături în starea de plasmă, din cauza conductivității electrice diferite și a unei emisii radiative mari (originea luminii emise de Soare și alte stele). Particulele încărcate cu sarcini electrice sunt puternic influențate de câmpurile magnetice și electrice. De exemplu, în vânturile solare particulele interacționează cu magnetosfera terestră, generând curenți Birkeland și produc fenomenul cunoscut sub denumirea de auroră boreală. Hidrogenul se găsește în stare atomică neutră în mediul interstelar, iar cea mai mare cantitate este întâlnită la sistemele Lyman-alpha.

În condiții normale, hidrogenul există pe Pământ sub formă de moleculă diatomică, H ₂, însă nu este foarte răspândit în atmosfera terestră (în concentrație medie de 1 ppm de volum) din cauza masei mici, astfel forța gravitațională a planetei are un efect foarte slab asupra sa. Totuși, hidrogenul (prin compușii săi) este cel mai răspândit element de la suprafața Terrei. Cei mai întâlniți compuși chimici ai săi sunt hidrocarburile și apa. Hidrogenul gazos este produs de anumite specii de bacterii și alge, acesta fiind componentul principal al flatulenței. Metanul este o importantă sursă de hidrogen.

Atomul de hidrogen

Nivelul energetic fundamental al electronului în atomul de hidrogen are energia egală cu -13,6 eV. Nivelele superioare se numesc nivele excitate, energia acestora crescând până la 0 eV (valoarea nivelului energetic aflat la infinit), ele se calculează folosind modelul lui Bohr. Acesta consideră că nucleul este fix, iar electronul are o traiectorie circulară în jurul acestuia asemănătoare cu planetele ce gravitează în jurul Soarelui (de unde provine denumirea alternativă de model planetar). Forța electromagnetică atrage electronul și protonul unul spre celălalt, în timp ce corpurile cerești se atrag datorită gravitației. Potrivit condiției de cuantificare a momentului cinetic postulat de Bohr, valoarea momentului cinetic al electronului este multiplu întreg al constantei reduse al lui Planck, de unde rezultă că în cadrul atomului, electronului îi sunt permise anumite orbite cu raze bine stabilite. Această relație de cuantificare explică spectrul discret al nivelelor energetice.

O descriere mai exactă a atomului de hidrogen este dată în fizica cuantică unde se calculează densitatea de probabilitate prin norma funcției de undă a electronului în jurul protonului pe baza ecuației lui Schrödinger sau a formulării lui Feynman cu integrală de drum.

Hidrogenul are trei izotopi naturali, ¹H, ²H și ³H. Alții, ce au nucleele foarte instabile ( ⁴H până la ⁷ H), au fost sintetizați în laborator dar nu au fost observați în natură.

este cel mai răspândit izotop al hidrogenului, având o pondere de peste 99,98% în compoziția izotopică naturală al acestui element. Datorită faptului că acesta are în nucleul un singur proton, a fost numit protiu, această denumire fiind însă rar utilizată.

, celălalt izotop stabil al hidrogenului, este cunoscut și sub numele de . Conține în nucleu un proton și un neutron, acest izotop provenind de la Big Bang, continuând să existe până acum datorită stabilității sale. Nu este radioactiv și nu reprezintă o sursă periculoasă de poluare. Apa ce este bogată în dioxid de deuteriu se mai numește și apă grea. Deuteriul și compușii săi sunt utilizați ca etalon în experimente neradioactive și ca solvent în procedeele de spectroscopie RMN. Apa grea este utilizată ca moderator de neutron și ca lichid de răcire pentru reactorii nucleari. Deuteriul este de asemenea folosit drept combustibil pentru fuziune nucleară de larg consum.

se mai numește și (mai rar: trițiu); conține în nucleu un proton și doi neutroni. Este radioactiv, rezultând din izotopul Heliu-3 prin dezintegrarea beta și are un timp de înjumătățire de 12,32 ani. Cantități mici din acest izotop sunt răspândite și în natură, acesta rezultând din interacțiunea razelor cosmice cu gazele atmosferice; tritiul este eliberat și în timpul testelor nucleare. Este folosit și în reacții de fuziune nucleară, și pentru evidențierea și studiul de geochimia izotopilor și în dispozitive autogeneratoare de lumină. Tritiul se mai utilizează și în marcarea radioizotopică, în special în domeniul biologiei, medicinei sau geologiei. Dioxidul de tritiu se mai numește și apă supergrea.

Hidrogenul este singurul element care are nume diferite pentru izotopii săi cei mai răspândiți. Simbolurile D și T (în loc de ²H și ³H) sunt folosite pentru deuteriu și tritiu, dar P este utilizat pentru fosfor, deci nu se poate folosi pentru simbolizarea protiului. IUPAC acceptă atât ambele variante, dar ²H și ³ H sunt preferate.

Emisia spectrală a atomului de hidrogen este caracterizată prin linii spectrale date de formula lui Rydbeg. Studiul liniilor spectrale este important în mecanica cuantică și la studiul prezenței hidrogenului pentru determinarea deplasării spre roșu.

Există doi izomeri de spin ai moleculei de hidrogen care diferă prin spinii relativi ai nucleului. În forma de ortohidrogen, spinii celor doi protoni sunt paraleli și formează un triplet; în forma de parahidrogen, spinii sunt antiparaleli și formează un singlet. La temperatură și presiune standard, hidrogenul gazos conține 25% parahidrogen și 75% ortohidrogen („starea normală" a hidrogenului). Proporțiile în care se găsesc orto și parahidrogenul depind de temperatură, dar forma orto este excitată și are o energie mai mare, deci este instabilă și nu poate fi purificată. La temperaturi foarte joase, starea de echilibru e formată aproape în întregime din parahidrogen. Proprietățile fizice ale parahidrogenului pur diferă puțin de cele ale hidrogenului în stare normală. Diferențele dintre formele orto și para se manifestă și în compușii care conțin hidrogen, cum ar fi apa sau metilenul.

Transformarea între orto și parahidrogen ce are loc fără catalizator se desfășoară mai rapid la temperaturi mari, astfel H ₂ condensat rapid conține o cantitate mare de ortohidrogen care se convertește în parahidrogen foarte încet. Proporția de orto/para în hidrogenul molecular (H ₂) condensat este un factor important în prepararea și stocarea hidrogenului lichid; conversia din orto în parahidrogen este un proces exoterm, prin care se degajă suficientă căldură pentru a evapora hidrogenul lichid, astfel pierzându-se materialului lichefiat. Catalizatorii utilizați la această transformare, cum ar fi oxidul feric, carbonul activat, azbestul platinizat, compuși ai uraniului, metale rare, oxidul de crom, câțiva compuși ai nichelului, sunt utilizați în timpul răcirii hidrogenului.

O formă moleculară numită molecula protonată de hidrogen sau H ₃⁺ este întâlnită în mediul interstelar, fiind produsă prin ionizarea moleculei de hidrogen de către razele cosmice. De asemenea, a fost observată și în straturile superioare ale planetei Jupiter. Această moleculă este relativ stabilă în afara Terrei datorită temperaturii scăzute și a densității ridicate. H ₃⁺ este unul din cei mai răspândiți ioni din Univers, jucând un rol important în chimia mediului interstelar.

În general, hidrogenul este considerat drept un nemetal, însă la temperaturi joase și la presiuni mari unele din proprietățile sale se aseamănă cu cele ale metalelor. Hidrogenul metalic a fost obținut pentru prima oară în 1973 la o presiune de 2,8 Mbar și la 20 K. Aliajul SiH ₄ cu structură metalică a fost obținut în 2008, descoperindu-se că este un foarte bun conductor electric, în conformitate cu predicțiile anterioare ale lui lui N. W. Ashcroft. În acest compus, chiar și la presiuni moderate, hidrogenul are o structură cu o densitate ce corespunde cu cea a hidrogenului metalic.

Compușii covalenți și cei organici

Chiar dacă H ₂ nu este foarte reactiv în condiții obișnuite, el formează compuși cu majoritatea elementelor. Se cunosc milioane de hidrocarburi, dar acestea nu se obțin prin reacția directă dintre elemente (carbon și hidrogen), deși producerea gazului de sinteză în procedeul Fischer-Tropsch poate fi considerată aproape o excepție deoarece procesul folosește carbonul din cărbunele, iar hidrogenul poate fi generat în proces din apă. Hidrogenul poate forma compuși cu elementele mai electronegative decât el, cum ar fi halogenii; în acest tip de compuși, hidrogenul prezintă o sarcină pozitivă parțială. Când se leagă de fluor, oxigen sau azot, hidrogenul participă la formarea unei legături puternice numite legătură de hidrogen, ce este un factor important în stabilitatea multor molecule biologice. Hidrogenul poate forma compuși și cu elementele mai puțin electronegative, cum ar fi metalele sau semimetalele, având o sarcină parțial negativă. Acești compuși sunt cunoscuți sub numele de hidruri. Hidrogenul formează o varietate de compuși cu carbonul. Datorita asocierii în general a acestora cu organismele vii, aceștia sunt numiți compuși organici; cu studierea lor se ocupă chimia organică, iar cu studiul rolului lor în organismele vii - biochimia. În unele definiții „organic" se referă doar la un compus ce conține carbon. Însă majoritatea substanțelor organice prezintă și hidrogen, iar legătura carbon-hidrogen determină multe din particularitățile lor. De aceea, legăturile carbon-hidrogen sunt prezente în unele definiții ale cuvântului „organic". În chimia anorganică hidrurile pot reprezenta catene de legături între doi ioni metalici ai unei combinații complexe. Această funcție se întâlnește la elementele din grupa 13, cu precădere la boruri și compușii complecși ai aluminiului.

Compușii hidrogenului sunt adesea numiți „hidruri", acest termen fiind uneori impropriu utilizat. „Hidrură" definește o substanță în care atomul de H are caracter anionic sau sarcină negativă, deci H −, fiind utilizat pentru compușii hidrogenului cu un element mai electropozitiv. Existența anionului hidrură, sugerată de Gilbert N. Lewis în 1916 pentru elementele din prima grupă și a doua principală, a fost pusă în evidență în 1920 de către Moers prin electroliza topiturii de hidrură de litiu (LiH), când a fost produsă o cantitate stoechiometrică de hidrogen la anod. Pentru hidrurile altor elemente, termenul este ambiguu, luând în considerare electronegativitatea hidrogenului. Excepție face BeH ₂, care este un polimer. În hidrura de litiu și aluminiu, anionul AlH ₄− are centre de hidrură atașate puternic de aluminiu. Chiar dacă hidrogenul poate forma hidruri cu toate elementele din grupele principale, numărul și combinațiile posibile diferă de la o grupă la alta. Hidrura de indiu nu a fost încă identificată, însă există o multitudine de compuși complecși ai săi.

Protoni și acizi

Oxidarea hidrogenului, adică îndepărtarea electronului său, decurge teoretic cu formarea H⁺, ion ce nu conține niciun electron în învelișul electronic și un proton în nucleu. De aceea, H⁺ este adesea numit „proton" și are un rol important în teoria protonică a acizilor. Conform teoriei Bronsted-Lowry, acizii sunt acele substanțe care cedează protoni, iar bazele sunt acceptori de protoni. Protonul H⁺ nu poate exista liber, ci doar în soluții sau în cristale ionice, datorită afinității foarte mari pentru electronii altor elemente. Uneori, termenul de „proton" este utilizat impropriu pentru a se referi la hidrogenul cu sarcină pozitivă sau cationul de hidrogen legat de alte specii moleculare. Pentru a se evita implicarea existența unică a „protonului solvatat" în soluții, se consideră că soluțiile apoase cu caracter acid conțin ionul hidroniu (H ₃O⁺). Totuși, unii cationi solvatați ai hidrogenului sunt mai degrabă organizați în molecule de tipul celei de H ₉O ₄⁺. Alți ioni oxoniu se formează când apa formează soluții cu alți solvenți. Deși nu se întâlnește pe Pământ, ionul H ₃⁺ (cunoscut sub numele de hidrogen molecular protonat sau cationul triatomic de hidrogen) este una dintre cele mai răspândite specii chimice în restul universului.

H ₂ este produs în laboratoarele de chimie și cele de biologie, fiind adesea un produs secundar al unei reacții; în industrie pentru hidrogenarea substanțelor nesaturate; în natură ca metodă de a reduce echivalenții în reacțiile biochimice.

În laborator, H ₂ este de obicei obținut prin reacția metalelor cu acizii în aparatul Kipp.

Aluminiul poate produce H ₂ prin tratarea cu baze:

Electroliza apei este o metodă simplă de a produce hidrogen. Un curent de joasă tensiune trece prin apă, iar oxigenul gazos se formează la anod, în timp ce hidrogenul gazos apare la catod. De obicei la producerea hidrogenului, catodul este confecționat din platină. Dacă se realizează și arderea, oxigenul este preferat pentru combustie, astfel ambii electrozi sunt confecționați din metale inerte. Eficiența maximă (electricitatea utilizată raportată la cantitatea de hidrogen produsă) este de 80% - 94%.

În 2007 s-a descoperit că un aliaj format din aluminiu și galiu în forma granulară în reacție cu apa poate fi folosit pentru a produce hidrogen. Din acest proces mai rezultă de asemenea și alumină, însă galiul scump, ce previne apariția stratului de oxid, poate fi refolosit. Acest lucru are o mare importanță în economia hidrogenului, deoarece acesta poate fi produs la locul de lucru și nu trebuie transportat.

Cea mai importantă (din punct de vedere economic) metodă de obținere a hidrogenului este extragerea acestuia din hidrocarburi. Cea mai mare parte a hidrogenului obținut în mod industrial provine din reformarea vaporilor gazelor naturale. La temperaturi ridicate (700 - 1100 °C; 1300 - 2000 °F), apa în stare de vapori reacționează cu metanul, rezultând monoxid de carbon și H ₂:

Această reacție se realizează ușor la presiune joasă, dar de obicei se realizează la presiuni mari (20 bar), deoarece la aceste presiuni se desfășoară aplicațiile uzuale ale hidrogenul astfel obținut. Amestecul rezultat se numește gaz de sinteză deoarece este utilizat pentru obținerea directă a metanolului și a compușilor săi. Și alte hidrocarburi în afară de metan pot produce gaz de sinteză în diferite proporții. O problemă ce apare în această tehnologie este formarea cocsului sau a carbonului:

Această reacție decurge de obicei cu formarea unui exces de H ₂O. Hidrogenul adițional poate fi recuperat din vapori utilizându-se monoxidul de carbon în reacție cu gazul de apă pe un catalizator de oxid de fier. Procesul este și o metodă de obținere a dioxidului de carbon:

Alte metode importante de obținere a H ₂ sunt oxidarea parțială a hidrocarburilor:

și reacția cărbunelui cu apa:

Uneori, hidrogenul este fabricat și consumat în timpul aceluiași proces, fără a mai fi separat. În procedeul Haber pentru obținerea amoniacului, hidrogenul provine din la gazul natural. Din electroliza saramurii pentru a produce clor se obține și hidrogen ca produs secundar.

Există mai mult de 200 de cicluri termochimice care pot fi folosite pentru descompunerea apei. Sunt studiate unele dintre acestea, cum ar fi ciclul oxidului de fier, ciclul oxid de ceriu (IV)-ceriu (III), ciclul zinc-oxid de zinc, ciclul sulfură-iod, ciclul cupru-clor și ciclul sulfurii hibride, fiind în stadiul de testări pentru a produce hidrogen și oxigen din apă folosind căldura, fără a se utiliza electricitatea. Numeroase laboratoare (inclusiv în Franța, Germania, Grecia, Japonia și Statele Unite ale Americii) dezvoltă metode termochimice de producere a hidrogenului din energie solară și apă.

H ₂ se obține în urma unor metabolisme anaerobe și este produs de anumite microorganisme, de obicei prin cataliza enzimelor ce conțin fier sau nichel. Cu ajutorul acestor enzime, numite hidrogenaze, se obține hidrogen în urma procesului de fotosinteză. Gena introdusă ajută frunza să descompună molecula de apă în elementele componente. Algele folosite sunt plante unicelulare care produc, în mod natural, cantități mici de hidrogen în timp ce își extrag energia necesară din lumina Soarelui. David Tiede, unul dintre inventatorii acestei metode, afirmă că algele produc hidrogen ca să se apere de radicalii liberi rezultați în urma fotosintezei, care altfel le-ar oxida părți vitale ale celulei. Dar, dacă hidrogenaza este stimulată chimic și dacă algele sunt plasate în recipiente de sticlă și expuse luminii solare, ele produc mai mult hidrogen, iar acesta poate fi recoltat, iar apoi îmbuteliat cu ajutorul unei pompe. Profesorul Thomas Rauchfuss, de la Universitatea din Illinois, cel care a propus tipul exact de proteină sintetică necesar procesului, a declarat: „Cultivarea algelor modificate genetic, în care s-a introdus proteina sintetică, s-a dovedit a fi extrem de stabilă. Algele nu degenerează și nu revin la specia anterioară. Procesul are o mulțime de beneficii în comparație cu obținerea altor plante din care se extrag biocombustibili. Algele pot fi crescute în recipiente transparente plasate în deșert sau pe acoperișul caselor. Ele nu au nevoie de teren și nu intră în competiție cu producția de alimente". La unele specii de alge, cum ar fi Chlamydomonas reinhardtii sau cyanobacteria, la întuneric, protonii și electronii sunt reduși pentru a forma H ₂ gazos cu ajutorul hidrogenazei în cloroplast.

Anual se înregistrează un consum mondial de hidrogen de peste 500 miliarde metri cubi normali în diverse scopuri și în diferite domenii. În afara utilizării ca reactant, hidrogenul are multe aplicații în inginerie și fizică. Se utilizează la sudură, iar datorită bunei conductivități termice este folosit ca agent de răcire în generatoare electrice din centralele electrice. are un rol important în cercetările din criogenie, inclusiv în studiile legate de superconductivitate. Molecula de hidrogen, având o densitate de 15 ori mai mică decât cea a aerului, a fost întrebuințată drept gaz portant pentru baloane și dirijabile. De asemenea, este materie primă în diverse tehnologii: de reducere a minereurilor, de fabricare a amoniacului și în procedeele de hidrogenare. Hidrogenul are aplicații și în industria automobilelor, chimică, aerospațială și de telecomunicații.

Izotopii hidrogenului au aplicații specifice. Deuteriul din compoziția apei grele este utilizat în reacțiile de fisiune nucleară ca moderator pentru încetinirea neutronilor. Compușii acestuia se folosesc în cadrul studiilor ce urmăresc efectele reacțiilor izotopice. Tritiul, produs în reactoarele nucleare, se folosește în producerea bombelor cu hidrogen, în marcare izotopică și ca sursa de iradiere pentru vopselele fosforescente.

Hidrogenul poate forma amestecuri explozive cu aerul și reacționează violent cu oxidanții. În cazul inhalării în cantități foarte mari, poate produce asfixierea, pierderea mobilității motrice și a cunoștinței. Scurgerea hidrogenului gazos în atmosferă poate cauza autoaprinderea sa. Flacăra de hidrogen este invizibilă, acest lucru putând produce arsuri accidentale.

Multe proprietăți fizice și chimice ale hidrogenului depind de proporția de orto/parahidrogen. Uneori durează săptămâni pentru a atinge starea de echilibru a acestor alotropi. Valorile critice de temperatură și presiune la care are loc deflagrația hidrogenului depind de forma recipientului.

1. de ^ Hidrogen - Noul purtător de energie Despre rolul hidrogenului în sistemele energetice existente și viitoare în Asociația Germană a Hidrogenului și Pilelor de Combustie (DWBV). Accesat la 6 iunie 2009.

2. ^ „Hydrogen". Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wylie-Interscience. . pp. 797-799. ISBN 0-471-61525-0.

3. ^ Emsley, John (). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 183-191. ISBN 0-19-850341-5.

4. ^ Stwertka, Albert (). A Guide to the Elements. Oxford University Press. pp. 16-21. ISBN 0-19-508083-1.

5. en ^ Crepeau, Bob (). „Niels Bohr: The Atomic Model". Great Scientific Minds. Great Neck Publishing. ISBN 1-4298-0723-7.

6. ^ Information Specific to Liquid Hydrogen, harvard.edu, accesat 12 iunie 2009

7. ^ Carcassi, M. N. (). „Deflagrations of H₂-air and CH₄-air lean mixtures in a vented multi-compartment environment". Energy. 30 (8): 1439-1451. doi:10.1016/j.energy.2004.02.012.

8. ^ Energy is per mole of the combustible material, Hydrogen. 286 kJ/mol

9. en ^ „Jefferson Lab - Hydrogen".

10. en ^ Storrie-Lombardi, Lisa J. (). „Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas". Astrophysical Journal. 543: 552-576. arXiv:astro-ph/0006044  . doi:10.1086/317138+.

11. en ^ Dresselhaus, Mildred; et al. (). „Basic Research Needs for the Hydrogen Economy" (PDF). Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy, Office of Science Laboratory.

12. ^ Miessler, Gary L. (). Inorganic Chemistry (ed. 3rd edition). Prentice Hall. ISBN 0130354716.

13. ^

14. ^ Korsheninnikov; A. A.; et al. (). „Experimental Evidence for the Existence of ⁷H and for a Specific Structure of ⁸He". Physical Review Letters. 90 (8): 082501. doi:10.1103/PhysRevLett.90.082501.

15. en ^ Urey, Harold C. (). „Names for the Hydrogen Isotopes". Science. 78 (2035): 602-603. doi:10.1126/science.78.2035.602. PMID 17797765.

16. en ^ Oda, Y (). „1H NMR studies of deuterated ribonuclease HI selectively labeled with protonated amino acids". Journal of Biomolecular NMR. 2 (2): 137-47. doi:10.1007/BF01875525+. PMID 1330130.

17. en ^ „The Tritium Laboratory". University of Miami. .

18. ^

19. en ^ Staff (). „Hydrogen (H₂) Properties, Uses, Applications: Hydrogen Gas and Liquid Hydrogen". Universal Industrial Gases, Inc.

20. en ^ Tikhonov, Vladimir I. (). „Separation of Water into Its Ortho and Para Isomers". Science. 296 (5577): 2363. doi:10.1126/science.1069513. PMID 12089435.

21. en ^ Hritz, James (). „CH. 6 - Hydrogen" (PDF). NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual, Document GRC-MQSA.001. NASA.

22. en ^ Shinitzky, Meir; Elitzur, Avshalom C. (10 ianuarie). „Ortho-para spin isomers of the protons in the methylene group". Chirality. Rehovot, Israel: Weizmann Institute of Science. 18 (9): 754-756. doi:10.1002/chir.20319. PMID 16856167.

23. en ^ „Ortho-Para conversion. Pag. 13" (PDF).

24. M. I. Eremets, I. A. Trojan, S. A. Medvedev, J. S. Tse, Y. Yao. ^ Superconductivity in Hydrogen Dominant Materials. Silane Science 14 martie 2008 Vol. 319. no. 5869, pp. 1506-1509, rezumat accesat 2009-06-08

25. en ^ „Structure and Nomenclature of Hydrocarbons". Purdue University.

26. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

27. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

28. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

29. ^

30. ^ Hibbs, David E. (). „A remarkably stable indium trihydride complex: synthesis and characterisation of [InH₃{P(C₆H₁₁)₃}]". Chemical Communications: 185-186. doi:10.1039/a809279f.

31. ^ Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991), p167-169

32. Luminița Vlădescu, ^ Echilibre chimice în chimia analitică. Editura: Didactică și Pedagogică - 2004

33. ^ Okumura, Anthony M. (). „Infrared spectra of the solvated hydronium ion: vibrational predissociation spectroscopy of mass-selected H₃O+*(H₂O)n*(H₂)m". Journal of Physical Chemistry. 94 (9): 3416-3427. doi:10.1021/j100372a014.

34. ^ Carrington, Alan (). „The infrared predissociation spectrum of triatomic hydrogen cation (H₃⁺)". Accounts of Chemical Research. 22 (6): 218-222. doi:10.1021/ar00162a004.

35. en ^ Acid-Base Behaviour of the Period 3 Oxides. chemguide.co.uk. accesat la 12 mai 2009.

36. en ^ Kruse, B. (). „Hydrogen Status og Muligheter" (PDF). Bellona.

37. ^ Oxtoby, D. W. (). Principles of Modern Chemistry (ed. 5th edition). Thomson Brooks/Cole. ISBN 0030353734.

38. ^ en [

39. en ^ „Hydrogen Properties, Uses, Applications". Universal Industrial Gases, Inc. .

40. en ^ Lees, Andrew (). „Chemicals from salt". BBC. Arhivat din original la .

41. en ^ „Development of solar-powered thermochemical production of hydrogen from water" (PDF).

42. en ^ Robert Perret. „Development of Solar-Powered Thermochemical Production of Hydrogen from Water, DOE Hydrogen Program, 2007" (PDF).

43. ^ Florin, L., Tsokoglou, A. and Happe, T. (). „A novel type of iron hydrogenase in the green alga Scenedesmus obliquus is linked to the photosynthetic electron transport chain". J. Biol. Chem. 276 (9): 6125-6132. doi:10.1074/jbc.M008470200. PMID 11096090.

44. ^ Alge care produc hidrogen combustibil. ecomagazin.ro. Accesat la 6 iunie 2009.

45. ^ Ulei pentru motoare diesel obținut din alge. Adevărul. Accesat la 6 mai 2009.

46. ^ Kruse, O.; Rupprecht, J.; Bader, K.-P.; Thomas-Hall, S.; Schenk, P. M.; Finazzi, G.; Hankamer, B (2005). „Improved photobiological H2 production in engineered green algal cells". The Journal of Biological Chemistry 280 (40): 34170-7.

47. ^

48. ^ „Atomic Hydrogen Welding". Specialty Welds. .

49. en ^ Hardy, Walter N. (). „From H2 to cryogenic H masers to HiTc superconductors: An unlikely but rewarding path". Physica C: Superconductivity. Vancouver, Canada: University of British Columbia. 388-389: 1-6. doi:10.1016/S0921-4534(02)02591-1.

50. en ^ Block, Matthias. „Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection". 16th WCNDT 2004. Montreal, Canada: Sensistor Technologies.

51. ^ en

52. ^

53. ^

54. ^ en Smith, H. O. (). „Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems" (PDF). NASA.

55. en ^ „Hydrogen Safety". Humboldt State University.

I. G. Deac, Elemente de criogenie, Editura Napoca Star, 2010, p14

Raluca Ripan, I. Ceteanu, Manual de lucrări practice de chimie anorganică - vol I Metaloizi, Editura de stat didactică și pedagogică, București, 1961

# data[].attributes.attachment_link.description
Hidrogen Luminescență purpurie în stare plasmatică Liniile spectrale ale hidrogenului Informații generale Nume, Simbol, Număr Hidrogen, H, 1 Grupă, Perioadă, Bloc 1, 1, s Proprietăți atomice Configurație electronică 1s 1 Electroni pe nivelul de energie 1 Proprietăți fizice Punct de topire -259,1 °C ; 14,025 K Punct de fierbere -252,9 °C ; 20,268 K Volum molar 22,42×10-3 m³/kmol Viteza sunetului 1270 m/s la 20 °C Informații diverse Electronegativitate (Pauling) 2,2 Cei mai stabili izotopi Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Hidrogen

Luminescență purpurie în stare plasmatică

Liniile spectrale ale hidrogenului

Informații generale

Nume, Simbol, Număr

Hidrogen, H, 1

Grupă, Perioadă, Bloc

1, 1, s

Proprietăți atomice

Configurație electronică

1s ¹

Electroni pe nivelul de energie

1

Proprietăți fizice

Punct de topire

-259,1 °C ; 14,025 K

Punct de fierbere

-252,9 °C ; 20,268 K

Volum molar

22,42×10⁻³ m³/kmol

Viteza sunetului

1270 m/s la 20 °C

Informații diverse

Electronegativitate (Pauling)

2,2

Cei mai stabili izotopi

Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

Hidrogenul este elementul chimic în tabelul periodic al elementelor cu simbolul H și numărul atomic 1. Este un gaz ușor inflamabil, incolor, insipid, inodor, iar în natură se întâlnește mai ales sub formă de moleculă diatomică, H ₂. Având masa atomică egală cu 1,00794 u.a.m., hidrogenul este cel mai ușor element chimic. Etimologic, cuvântul hidrogen este o combinație a două cuvinte grecești, având semnificația de „a produce apă".

Hidrogenul elementar este principala componentă a Universului, având o pondere de 75% din masa acestuia. În starea de plasmă, se găsește ca element majoritar în alcătuirea stelelor. Hidrogenul elementar este foarte puțin răspândit pe Pământ.

Pentru necesități industriale există diferite procedee de producere, puse la punct din punct de vedere tehnologic sau aflate în fază de laborator. Hidrogenul poate fi obținut prin electroliza apei, procesul necesitând costuri mai mari decât cel de producere prin procesarea gazelor naturale.

Cel mai răspândit izotop al hidrogenului este protiul, care este alcătuit dintr-un singur proton în nucleu și un electron în învelișul electronic. În compușii ionici poate avea sarcină negativă ( anion cunoscut sub numele de hidrură, H⁻) sau sarcină pozitivă H⁺ ( hidron). Hidrogenul formează compuși chimici cu majoritatea elementelor din sistemul periodic și este prezent în apă și în mulți dintre compușii organici. Are un rol important în reacțiile acido-bazice, acestea bazându-se pe schimbul de protoni între molecule. Fiind singurul atom pentru care soluția analitică a ecuației lui Schrödinger este pe deplin cunoscută, prezintă un rol major în fundamentarea teoriei mecanicii cuantice.

Hidrogenul este un gaz puternic reactiv și își găsește aplicații datorită capacității sale chimice de reducător. Hidrogenul se folosește în industria petrochimică la producerea benzinelor, în industria chimico-alimentară pentru hidrogenarea grăsimilor (de exemplu producerea margarinei), în prelucrările mecanice ale metalelor și în tratamentul termic al acestora.

Hidrogenul a fost testat pentru folosirea alternativă în vehiculele echipate cu motoare cu ardere internă. Avantajul său principal constă în faptul că este ecologic, din arderea sa rezultând vapori de apă. Dezavantajele constau în pericolul mare de explozie, dificultatea stocării în vehicule și lipsa unei infrastructuri de stații de alimentare cu hidrogen. Poate fi folosit pentru producerea directă a electricității, prin intermediul pilelor de combustie.

In anul 2019 a fost descoperit primul compus format în univers la cca 300.000 ani după Big Bang, ionul hidrură de heliu (HeH+) (în engleză „helium hydride ion"). Este o combinație între un atom de heliu și un proton (atom de hidrogen fără electroni). Descoperirea s-a făcut ajutorul observatorului astronomic SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, plasat în stratosferă, o cooperare germano-americană) în nebuloasa planetară NGC 7027.

Descoperire

Hidrogenul a fost descoperit de către chimistul și fizicianul englez Henry Cavendish în 1766, în urma unui experiment în care studia reacțiile dintre mercur și un acid. La amestecarea celor două substanțe, observa apariția unor mici bule de gaz în amestec. Acest aspect l-a determinat să efectueze o cercetare suplimentară, numind substanța necunoscută „aer inflamabil". În 1781 a descoperit că acest element produce apă atunci când arde. O analiză mai detaliată a fost făcută de către Antoine Lavoisier, care descoperă gazul independent de Cavendish în urma unui experiment ce urmărea determinarea masei pierdute sau create în urma unei reacții chimice. Cercetătorul a încălzit apa într-un recipient închis, vaporii formați condensându-i într-un alt recipient. Cantitatea pierdută a fost atribuită degajării unui gaz (H ₂). Chimistul francez a observat că „aerul inflamabil" al lui Cavendish în combinație cu oxigenul formează picături de apă, conform lui Joseph Priestley. Lavoisier a numit gazul „hidrogen", nomeclatura fiind de origine greacă ( ὕδωρ, hydro înseamnă apă, iar γίγνομαι, gignomai înseamnă a naște, a crea).

Rolul în teoria cuantică

Datorită structurii atomice relativ simple, constituit dintr-un proton și un electron, atomul de hidrogen împreună cu spectrul luminii emise de el, au reprezentat un domeniu central al dezvoltării teoriei structurii atomice. În plus, simplitatea moleculei de H ₂ și a cationului H⁺ au condus la înțelegerea completă a naturii legăturii chimice ce a urmat imediat după dezvoltarea studiului atomului de hidrogen în mecanica cuantică (mijlocul anilor 1920).

Maxwell a observat că la H 2, sub temperatura mediului ambiant, valoarea căldurii molare se abate inexplicabil de la aceea a unui gaz diatomic, iar la temperaturi criogenice se apropie din ce în ce mai mult de cea a unui gaz monoatomic. Conform teoriei cuantice, această comportare rezultă din distribuția spațială ale nivelelor de energie de rotație, care la H ₂ sunt foarte îndepărtate, datorită masei sale mici. Aceste nivele îndepărtate împiedică la temperaturi mici partiția egală (între cei doi atomi ai moleculei) a energiei termice în energie de rotație. Compușii diatomici gazoși formați din atomi mai grei nu au diferențe mari între nivelele energetice de rotație și nu prezintă același efect.

Hidrogenul este elementul cu cea mai mică densitate. În formă moleculară (H ₂) este de aproximativ 14,4 ori mai ușor decât aerul. La presiune normală punctul său de topire este de 14,02 K, iar cel de fierbere este de 20,27 K. Punctul său triplu este la 13,81 K, și 7,042 kPa, iar cel critic la 33,2 K și 1,29 MPa. Solubilitatea în apă este de 1,6 mg/l. Unele proprietăți termodinamice (legate de fenomenele de transport) sunt datorate masei moleculare mici și vitezei termice a unei molecule de 1770 m/s la 25 °C. La temperatura camerei, hidrogenul difuzează cel mai rapid, are cea mai înaltă conductivitate termică și cea mai mare efuziune dintre toate gazele. O vâscozitate mai mică au doar trei gaze poliatomice, unul dintre ele fiind n-butan.

Mobilitatea hidrogenului într-o masă solidă este, de asemenea, foarte mare. Astfel, acesta difuzează prin diverse materiale, cum ar fi polietilena și cuarțul. Un important fenomen este acela de difuzie în fier, platină și în alte metale tranziționale. Aceste proprietăți conduc la utilizări tehnice numeroase, dar de asemenea, și la dificultăți legate de transportul, depozitarea și de prelucrare a amestecurilor de hidrogen.

Hidrogenul gazos (în stare de moleculă diatomică) este extrem de inflamabil și la presiune atmosferică se aprinde în aer la concentrații volumetrice cuprinse între 4% și 75%, iar în contact cu oxigenul pur între 4,65% și 93,9%. Limitele între care apare detonația sunt între 18,2% și 58,9% în aer, respectiv între 15% și 90% în oxigen. Variația entalpiei în urma combustiei ( puterea calorifică, căldura de ardere) este de −286 kJ/mol:

[23]

Amestecul dintre oxigen și hidrogen în diferite proporții este exploziv. Hidrogenul se autoaprinde și explodează în contact cu aerul în intervalul de concentrații cuprins între 4% și 75%, temperatura de autoaprindere fiind de 560 °C. Flacăra unui amestec pur hidrogen-oxigen emite radiații ultraviolete invizibile cu ochiul liber.

H ₂ reacționează cu toate elementele oxidante. Acesta poate reacționa spontan și violent la temperatura camerei cu clorul și fluorul, formând HCl și HF.

Hidrogenul este cel mai răspândit element în univers, reprezentând mai mult de 75% în masă și mai mult de 90% după numărul de atomi. Se găsește în cantități mari în compoziția stelelor și a planetelor gigantice gazoase. Norii moleculari de H ₂ sunt asociați cu formarea stelelor. Hidrogenul joacă un rol-cheie și în exploziile stelare datorate reacțiilor de fuziune nucleară dintre protoni.

În Univers, hidrogenul este întâlnit mai ales sub forma de atom și în stare de plasmă. Proprietățile acestora sunt diferite față de cele ale moleculei de hidrogen. Electronul și protonul de hidrogen nu formează legături în starea de plasmă, din cauza conductivității electrice diferite și a unei emisii radiative mari (originea luminii emise de Soare și alte stele). Particulele încărcate cu sarcini electrice sunt puternic influențate de câmpurile magnetice și electrice. De exemplu, în vânturile solare particulele interacționează cu magnetosfera terestră, generând curenți Birkeland și produc fenomenul cunoscut sub denumirea de auroră boreală. Hidrogenul se găsește în stare atomică neutră în mediul interstelar, iar cea mai mare cantitate este întâlnită la sistemele Lyman-alpha.

În condiții normale, hidrogenul există pe Pământ sub formă de moleculă diatomică, H ₂, însă nu este foarte răspândit în atmosfera terestră (în concentrație medie de 1 ppm de volum) din cauza masei mici, astfel forța gravitațională a planetei are un efect foarte slab asupra sa. Totuși, hidrogenul (prin compușii săi) este cel mai răspândit element de la suprafața Terrei. Cei mai întâlniți compuși chimici ai săi sunt hidrocarburile și apa. Hidrogenul gazos este produs de anumite specii de bacterii și alge, acesta fiind componentul principal al flatulenței. Metanul este o importantă sursă de hidrogen.

Atomul de hidrogen

Nivelul energetic fundamental al electronului în atomul de hidrogen are energia egală cu -13,6 eV. Nivelele superioare se numesc nivele excitate, energia acestora crescând până la 0 eV (valoarea nivelului energetic aflat la infinit), ele se calculează folosind modelul lui Bohr. Acesta consideră că nucleul este fix, iar electronul are o traiectorie circulară în jurul acestuia asemănătoare cu planetele ce gravitează în jurul Soarelui (de unde provine denumirea alternativă de model planetar). Forța electromagnetică atrage electronul și protonul unul spre celălalt, în timp ce corpurile cerești se atrag datorită gravitației. Potrivit condiției de cuantificare a momentului cinetic postulat de Bohr, valoarea momentului cinetic al electronului este multiplu întreg al constantei reduse al lui Planck, de unde rezultă că în cadrul atomului, electronului îi sunt permise anumite orbite cu raze bine stabilite. Această relație de cuantificare explică spectrul discret al nivelelor energetice.

O descriere mai exactă a atomului de hidrogen este dată în fizica cuantică unde se calculează densitatea de probabilitate prin norma funcției de undă a electronului în jurul protonului pe baza ecuației lui Schrödinger sau a formulării lui Feynman cu integrală de drum.

Hidrogenul are trei izotopi naturali, ¹H, ²H și ³H. Alții, ce au nucleele foarte instabile ( ⁴H până la ⁷ H), au fost sintetizați în laborator dar nu au fost observați în natură.

este cel mai răspândit izotop al hidrogenului, având o pondere de peste 99,98% în compoziția izotopică naturală al acestui element. Datorită faptului că acesta are în nucleul un singur proton, a fost numit protiu, această denumire fiind însă rar utilizată.

, celălalt izotop stabil al hidrogenului, este cunoscut și sub numele de . Conține în nucleu un proton și un neutron, acest izotop provenind de la Big Bang, continuând să existe până acum datorită stabilității sale. Nu este radioactiv și nu reprezintă o sursă periculoasă de poluare. Apa ce este bogată în dioxid de deuteriu se mai numește și apă grea. Deuteriul și compușii săi sunt utilizați ca etalon în experimente neradioactive și ca solvent în procedeele de spectroscopie RMN. Apa grea este utilizată ca moderator de neutron și ca lichid de răcire pentru reactorii nucleari. Deuteriul este de asemenea folosit drept combustibil pentru fuziune nucleară de larg consum.

se mai numește și (mai rar: trițiu); conține în nucleu un proton și doi neutroni. Este radioactiv, rezultând din izotopul Heliu-3 prin dezintegrarea beta și are un timp de înjumătățire de 12,32 ani. Cantități mici din acest izotop sunt răspândite și în natură, acesta rezultând din interacțiunea razelor cosmice cu gazele atmosferice; tritiul este eliberat și în timpul testelor nucleare. Este folosit și în reacții de fuziune nucleară, și pentru evidențierea și studiul de geochimia izotopilor și în dispozitive autogeneratoare de lumină. Tritiul se mai utilizează și în marcarea radioizotopică, în special în domeniul biologiei, medicinei sau geologiei. Dioxidul de tritiu se mai numește și apă supergrea.

Hidrogenul este singurul element care are nume diferite pentru izotopii săi cei mai răspândiți. Simbolurile D și T (în loc de ²H și ³H) sunt folosite pentru deuteriu și tritiu, dar P este utilizat pentru fosfor, deci nu se poate folosi pentru simbolizarea protiului. IUPAC acceptă atât ambele variante, dar ²H și ³ H sunt preferate.

Emisia spectrală a atomului de hidrogen este caracterizată prin linii spectrale date de formula lui Rydbeg. Studiul liniilor spectrale este important în mecanica cuantică și la studiul prezenței hidrogenului pentru determinarea deplasării spre roșu.

Există doi izomeri de spin ai moleculei de hidrogen care diferă prin spinii relativi ai nucleului. În forma de ortohidrogen, spinii celor doi protoni sunt paraleli și formează un triplet; în forma de parahidrogen, spinii sunt antiparaleli și formează un singlet. La temperatură și presiune standard, hidrogenul gazos conține 25% parahidrogen și 75% ortohidrogen („starea normală" a hidrogenului). Proporțiile în care se găsesc orto și parahidrogenul depind de temperatură, dar forma orto este excitată și are o energie mai mare, deci este instabilă și nu poate fi purificată. La temperaturi foarte joase, starea de echilibru e formată aproape în întregime din parahidrogen. Proprietățile fizice ale parahidrogenului pur diferă puțin de cele ale hidrogenului în stare normală. Diferențele dintre formele orto și para se manifestă și în compușii care conțin hidrogen, cum ar fi apa sau metilenul.

Transformarea între orto și parahidrogen ce are loc fără catalizator se desfășoară mai rapid la temperaturi mari, astfel H ₂ condensat rapid conține o cantitate mare de ortohidrogen care se convertește în parahidrogen foarte încet. Proporția de orto/para în hidrogenul molecular (H ₂) condensat este un factor important în prepararea și stocarea hidrogenului lichid; conversia din orto în parahidrogen este un proces exoterm, prin care se degajă suficientă căldură pentru a evapora hidrogenul lichid, astfel pierzându-se materialului lichefiat. Catalizatorii utilizați la această transformare, cum ar fi oxidul feric, carbonul activat, azbestul platinizat, compuși ai uraniului, metale rare, oxidul de crom, câțiva compuși ai nichelului, sunt utilizați în timpul răcirii hidrogenului.

O formă moleculară numită molecula protonată de hidrogen sau H ₃⁺ este întâlnită în mediul interstelar, fiind produsă prin ionizarea moleculei de hidrogen de către razele cosmice. De asemenea, a fost observată și în straturile superioare ale planetei Jupiter. Această moleculă este relativ stabilă în afara Terrei datorită temperaturii scăzute și a densității ridicate. H ₃⁺ este unul din cei mai răspândiți ioni din Univers, jucând un rol important în chimia mediului interstelar.

În general, hidrogenul este considerat drept un nemetal, însă la temperaturi joase și la presiuni mari unele din proprietățile sale se aseamănă cu cele ale metalelor. Hidrogenul metalic a fost obținut pentru prima oară în 1973 la o presiune de 2,8 Mbar și la 20 K. Aliajul SiH ₄ cu structură metalică a fost obținut în 2008, descoperindu-se că este un foarte bun conductor electric, în conformitate cu predicțiile anterioare ale lui lui N. W. Ashcroft. În acest compus, chiar și la presiuni moderate, hidrogenul are o structură cu o densitate ce corespunde cu cea a hidrogenului metalic.

Compușii covalenți și cei organici

Chiar dacă H ₂ nu este foarte reactiv în condiții obișnuite, el formează compuși cu majoritatea elementelor. Se cunosc milioane de hidrocarburi, dar acestea nu se obțin prin reacția directă dintre elemente (carbon și hidrogen), deși producerea gazului de sinteză în procedeul Fischer-Tropsch poate fi considerată aproape o excepție deoarece procesul folosește carbonul din cărbunele, iar hidrogenul poate fi generat în proces din apă. Hidrogenul poate forma compuși cu elementele mai electronegative decât el, cum ar fi halogenii; în acest tip de compuși, hidrogenul prezintă o sarcină pozitivă parțială. Când se leagă de fluor, oxigen sau azot, hidrogenul participă la formarea unei legături puternice numite legătură de hidrogen, ce este un factor important în stabilitatea multor molecule biologice. Hidrogenul poate forma compuși și cu elementele mai puțin electronegative, cum ar fi metalele sau semimetalele, având o sarcină parțial negativă. Acești compuși sunt cunoscuți sub numele de hidruri. Hidrogenul formează o varietate de compuși cu carbonul. Datorita asocierii în general a acestora cu organismele vii, aceștia sunt numiți compuși organici; cu studierea lor se ocupă chimia organică, iar cu studiul rolului lor în organismele vii - biochimia. În unele definiții „organic" se referă doar la un compus ce conține carbon. Însă majoritatea substanțelor organice prezintă și hidrogen, iar legătura carbon-hidrogen determină multe din particularitățile lor. De aceea, legăturile carbon-hidrogen sunt prezente în unele definiții ale cuvântului „organic". În chimia anorganică hidrurile pot reprezenta catene de legături între doi ioni metalici ai unei combinații complexe. Această funcție se întâlnește la elementele din grupa 13, cu precădere la boruri și compușii complecși ai aluminiului.

Compușii hidrogenului sunt adesea numiți „hidruri", acest termen fiind uneori impropriu utilizat. „Hidrură" definește o substanță în care atomul de H are caracter anionic sau sarcină negativă, deci H −, fiind utilizat pentru compușii hidrogenului cu un element mai electropozitiv. Existența anionului hidrură, sugerată de Gilbert N. Lewis în 1916 pentru elementele din prima grupă și a doua principală, a fost pusă în evidență în 1920 de către Moers prin electroliza topiturii de hidrură de litiu (LiH), când a fost produsă o cantitate stoechiometrică de hidrogen la anod. Pentru hidrurile altor elemente, termenul este ambiguu, luând în considerare electronegativitatea hidrogenului. Excepție face BeH ₂, care este un polimer. În hidrura de litiu și aluminiu, anionul AlH ₄− are centre de hidrură atașate puternic de aluminiu. Chiar dacă hidrogenul poate forma hidruri cu toate elementele din grupele principale, numărul și combinațiile posibile diferă de la o grupă la alta. Hidrura de indiu nu a fost încă identificată, însă există o multitudine de compuși complecși ai săi.

Protoni și acizi

Oxidarea hidrogenului, adică îndepărtarea electronului său, decurge teoretic cu formarea H⁺, ion ce nu conține niciun electron în învelișul electronic și un proton în nucleu. De aceea, H⁺ este adesea numit „proton" și are un rol important în teoria protonică a acizilor. Conform teoriei Bronsted-Lowry, acizii sunt acele substanțe care cedează protoni, iar bazele sunt acceptori de protoni. Protonul H⁺ nu poate exista liber, ci doar în soluții sau în cristale ionice, datorită afinității foarte mari pentru electronii altor elemente. Uneori, termenul de „proton" este utilizat impropriu pentru a se referi la hidrogenul cu sarcină pozitivă sau cationul de hidrogen legat de alte specii moleculare. Pentru a se evita implicarea existența unică a „protonului solvatat" în soluții, se consideră că soluțiile apoase cu caracter acid conțin ionul hidroniu (H ₃O⁺). Totuși, unii cationi solvatați ai hidrogenului sunt mai degrabă organizați în molecule de tipul celei de H ₉O ₄⁺. Alți ioni oxoniu se formează când apa formează soluții cu alți solvenți. Deși nu se întâlnește pe Pământ, ionul H ₃⁺ (cunoscut sub numele de hidrogen molecular protonat sau cationul triatomic de hidrogen) este una dintre cele mai răspândite specii chimice în restul universului.

H ₂ este produs în laboratoarele de chimie și cele de biologie, fiind adesea un produs secundar al unei reacții; în industrie pentru hidrogenarea substanțelor nesaturate; în natură ca metodă de a reduce echivalenții în reacțiile biochimice.

În laborator, H ₂ este de obicei obținut prin reacția metalelor cu acizii în aparatul Kipp.

Aluminiul poate produce H ₂ prin tratarea cu baze:

Electroliza apei este o metodă simplă de a produce hidrogen. Un curent de joasă tensiune trece prin apă, iar oxigenul gazos se formează la anod, în timp ce hidrogenul gazos apare la catod. De obicei la producerea hidrogenului, catodul este confecționat din platină. Dacă se realizează și arderea, oxigenul este preferat pentru combustie, astfel ambii electrozi sunt confecționați din metale inerte. Eficiența maximă (electricitatea utilizată raportată la cantitatea de hidrogen produsă) este de 80% - 94%.

În 2007 s-a descoperit că un aliaj format din aluminiu și galiu în forma granulară în reacție cu apa poate fi folosit pentru a produce hidrogen. Din acest proces mai rezultă de asemenea și alumină, însă galiul scump, ce previne apariția stratului de oxid, poate fi refolosit. Acest lucru are o mare importanță în economia hidrogenului, deoarece acesta poate fi produs la locul de lucru și nu trebuie transportat.

Cea mai importantă (din punct de vedere economic) metodă de obținere a hidrogenului este extragerea acestuia din hidrocarburi. Cea mai mare parte a hidrogenului obținut în mod industrial provine din reformarea vaporilor gazelor naturale. La temperaturi ridicate (700 - 1100 °C; 1300 - 2000 °F), apa în stare de vapori reacționează cu metanul, rezultând monoxid de carbon și H ₂:

Această reacție se realizează ușor la presiune joasă, dar de obicei se realizează la presiuni mari (20 bar), deoarece la aceste presiuni se desfășoară aplicațiile uzuale ale hidrogenul astfel obținut. Amestecul rezultat se numește gaz de sinteză deoarece este utilizat pentru obținerea directă a metanolului și a compușilor săi. Și alte hidrocarburi în afară de metan pot produce gaz de sinteză în diferite proporții. O problemă ce apare în această tehnologie este formarea cocsului sau a carbonului:

Această reacție decurge de obicei cu formarea unui exces de H ₂O. Hidrogenul adițional poate fi recuperat din vapori utilizându-se monoxidul de carbon în reacție cu gazul de apă pe un catalizator de oxid de fier. Procesul este și o metodă de obținere a dioxidului de carbon:

Alte metode importante de obținere a H ₂ sunt oxidarea parțială a hidrocarburilor:

și reacția cărbunelui cu apa:

Uneori, hidrogenul este fabricat și consumat în timpul aceluiași proces, fără a mai fi separat. În procedeul Haber pentru obținerea amoniacului, hidrogenul provine din la gazul natural. Din electroliza saramurii pentru a produce clor se obține și hidrogen ca produs secundar.

Există mai mult de 200 de cicluri termochimice care pot fi folosite pentru descompunerea apei. Sunt studiate unele dintre acestea, cum ar fi ciclul oxidului de fier, ciclul oxid de ceriu (IV)-ceriu (III), ciclul zinc-oxid de zinc, ciclul sulfură-iod, ciclul cupru-clor și ciclul sulfurii hibride, fiind în stadiul de testări pentru a produce hidrogen și oxigen din apă folosind căldura, fără a se utiliza electricitatea. Numeroase laboratoare (inclusiv în Franța, Germania, Grecia, Japonia și Statele Unite ale Americii) dezvoltă metode termochimice de producere a hidrogenului din energie solară și apă.

H ₂ se obține în urma unor metabolisme anaerobe și este produs de anumite microorganisme, de obicei prin cataliza enzimelor ce conțin fier sau nichel. Cu ajutorul acestor enzime, numite hidrogenaze, se obține hidrogen în urma procesului de fotosinteză. Gena introdusă ajută frunza să descompună molecula de apă în elementele componente. Algele folosite sunt plante unicelulare care produc, în mod natural, cantități mici de hidrogen în timp ce își extrag energia necesară din lumina Soarelui. David Tiede, unul dintre inventatorii acestei metode, afirmă că algele produc hidrogen ca să se apere de radicalii liberi rezultați în urma fotosintezei, care altfel le-ar oxida părți vitale ale celulei. Dar, dacă hidrogenaza este stimulată chimic și dacă algele sunt plasate în recipiente de sticlă și expuse luminii solare, ele produc mai mult hidrogen, iar acesta poate fi recoltat, iar apoi îmbuteliat cu ajutorul unei pompe. Profesorul Thomas Rauchfuss, de la Universitatea din Illinois, cel care a propus tipul exact de proteină sintetică necesar procesului, a declarat: „Cultivarea algelor modificate genetic, în care s-a introdus proteina sintetică, s-a dovedit a fi extrem de stabilă. Algele nu degenerează și nu revin la specia anterioară. Procesul are o mulțime de beneficii în comparație cu obținerea altor plante din care se extrag biocombustibili. Algele pot fi crescute în recipiente transparente plasate în deșert sau pe acoperișul caselor. Ele nu au nevoie de teren și nu intră în competiție cu producția de alimente". La unele specii de alge, cum ar fi Chlamydomonas reinhardtii sau cyanobacteria, la întuneric, protonii și electronii sunt reduși pentru a forma H ₂ gazos cu ajutorul hidrogenazei în cloroplast.

Anual se înregistrează un consum mondial de hidrogen de peste 500 miliarde metri cubi normali în diverse scopuri și în diferite domenii. În afara utilizării ca reactant, hidrogenul are multe aplicații în inginerie și fizică. Se utilizează la sudură, iar datorită bunei conductivități termice este folosit ca agent de răcire în generatoare electrice din centralele electrice. are un rol important în cercetările din criogenie, inclusiv în studiile legate de superconductivitate. Molecula de hidrogen, având o densitate de 15 ori mai mică decât cea a aerului, a fost întrebuințată drept gaz portant pentru baloane și dirijabile. De asemenea, este materie primă în diverse tehnologii: de reducere a minereurilor, de fabricare a amoniacului și în procedeele de hidrogenare. Hidrogenul are aplicații și în industria automobilelor, chimică, aerospațială și de telecomunicații.

Izotopii hidrogenului au aplicații specifice. Deuteriul din compoziția apei grele este utilizat în reacțiile de fisiune nucleară ca moderator pentru încetinirea neutronilor. Compușii acestuia se folosesc în cadrul studiilor ce urmăresc efectele reacțiilor izotopice. Tritiul, produs în reactoarele nucleare, se folosește în producerea bombelor cu hidrogen, în marcare izotopică și ca sursa de iradiere pentru vopselele fosforescente.

Hidrogenul poate forma amestecuri explozive cu aerul și reacționează violent cu oxidanții. În cazul inhalării în cantități foarte mari, poate produce asfixierea, pierderea mobilității motrice și a cunoștinței. Scurgerea hidrogenului gazos în atmosferă poate cauza autoaprinderea sa. Flacăra de hidrogen este invizibilă, acest lucru putând produce arsuri accidentale.

Multe proprietăți fizice și chimice ale hidrogenului depind de proporția de orto/parahidrogen. Uneori durează săptămâni pentru a atinge starea de echilibru a acestor alotropi. Valorile critice de temperatură și presiune la care are loc deflagrația hidrogenului depind de forma recipientului.

1. de ^ Hidrogen - Noul purtător de energie Despre rolul hidrogenului în sistemele energetice existente și viitoare în Asociația Germană a Hidrogenului și Pilelor de Combustie (DWBV). Accesat la 6 iunie 2009.

2. ^ „Hydrogen". Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wylie-Interscience. . pp. 797-799. ISBN 0-471-61525-0.

3. ^ Emsley, John (). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 183-191. ISBN 0-19-850341-5.

4. ^ Stwertka, Albert (). A Guide to the Elements. Oxford University Press. pp. 16-21. ISBN 0-19-508083-1.

5. en ^ Crepeau, Bob (). „Niels Bohr: The Atomic Model". Great Scientific Minds. Great Neck Publishing. ISBN 1-4298-0723-7.

6. ^ Information Specific to Liquid Hydrogen, harvard.edu, accesat 12 iunie 2009

7. ^ Carcassi, M. N. (). „Deflagrations of H₂-air and CH₄-air lean mixtures in a vented multi-compartment environment". Energy. 30 (8): 1439-1451. doi:10.1016/j.energy.2004.02.012.

8. ^ Energy is per mole of the combustible material, Hydrogen. 286 kJ/mol

9. en ^ „Jefferson Lab - Hydrogen".

10. en ^ Storrie-Lombardi, Lisa J. (). „Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas". Astrophysical Journal. 543: 552-576. arXiv:astro-ph/0006044  . doi:10.1086/317138+.

11. en ^ Dresselhaus, Mildred; et al. (). „Basic Research Needs for the Hydrogen Economy" (PDF). Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy, Office of Science Laboratory.

12. ^ Miessler, Gary L. (). Inorganic Chemistry (ed. 3rd edition). Prentice Hall. ISBN 0130354716.

13. ^

14. ^ Korsheninnikov; A. A.; et al. (). „Experimental Evidence for the Existence of ⁷H and for a Specific Structure of ⁸He". Physical Review Letters. 90 (8): 082501. doi:10.1103/PhysRevLett.90.082501.

15. en ^ Urey, Harold C. (). „Names for the Hydrogen Isotopes". Science. 78 (2035): 602-603. doi:10.1126/science.78.2035.602. PMID 17797765.

16. en ^ Oda, Y (). „1H NMR studies of deuterated ribonuclease HI selectively labeled with protonated amino acids". Journal of Biomolecular NMR. 2 (2): 137-47. doi:10.1007/BF01875525+. PMID 1330130.

17. en ^ „The Tritium Laboratory". University of Miami. .

18. ^

19. en ^ Staff (). „Hydrogen (H₂) Properties, Uses, Applications: Hydrogen Gas and Liquid Hydrogen". Universal Industrial Gases, Inc.

20. en ^ Tikhonov, Vladimir I. (). „Separation of Water into Its Ortho and Para Isomers". Science. 296 (5577): 2363. doi:10.1126/science.1069513. PMID 12089435.

21. en ^ Hritz, James (). „CH. 6 - Hydrogen" (PDF). NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual, Document GRC-MQSA.001. NASA.

22. en ^ Shinitzky, Meir; Elitzur, Avshalom C. (10 ianuarie). „Ortho-para spin isomers of the protons in the methylene group". Chirality. Rehovot, Israel: Weizmann Institute of Science. 18 (9): 754-756. doi:10.1002/chir.20319. PMID 16856167.

23. en ^ „Ortho-Para conversion. Pag. 13" (PDF).

24. M. I. Eremets, I. A. Trojan, S. A. Medvedev, J. S. Tse, Y. Yao. ^ Superconductivity in Hydrogen Dominant Materials. Silane Science 14 martie 2008 Vol. 319. no. 5869, pp. 1506-1509, rezumat accesat 2009-06-08

25. en ^ „Structure and Nomenclature of Hydrocarbons". Purdue University.

26. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

27. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

28. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

29. ^

30. ^ Hibbs, David E. (). „A remarkably stable indium trihydride complex: synthesis and characterisation of [InH₃{P(C₆H₁₁)₃}]". Chemical Communications: 185-186. doi:10.1039/a809279f.

31. ^ Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991), p167-169

32. Luminița Vlădescu, ^ Echilibre chimice în chimia analitică. Editura: Didactică și Pedagogică - 2004

33. ^ Okumura, Anthony M. (). „Infrared spectra of the solvated hydronium ion: vibrational predissociation spectroscopy of mass-selected H₃O+*(H₂O)n*(H₂)m". Journal of Physical Chemistry. 94 (9): 3416-3427. doi:10.1021/j100372a014.

34. ^ Carrington, Alan (). „The infrared predissociation spectrum of triatomic hydrogen cation (H₃⁺)". Accounts of Chemical Research. 22 (6): 218-222. doi:10.1021/ar00162a004.

35. en ^ Acid-Base Behaviour of the Period 3 Oxides. chemguide.co.uk. accesat la 12 mai 2009.

36. en ^ Kruse, B. (). „Hydrogen Status og Muligheter" (PDF). Bellona.

37. ^ Oxtoby, D. W. (). Principles of Modern Chemistry (ed. 5th edition). Thomson Brooks/Cole. ISBN 0030353734.

38. ^ en [

39. en ^ „Hydrogen Properties, Uses, Applications". Universal Industrial Gases, Inc. .

40. en ^ Lees, Andrew (). „Chemicals from salt". BBC. Arhivat din original la .

41. en ^ „Development of solar-powered thermochemical production of hydrogen from water" (PDF).

42. en ^ Robert Perret. „Development of Solar-Powered Thermochemical Production of Hydrogen from Water, DOE Hydrogen Program, 2007" (PDF).

43. ^ Florin, L., Tsokoglou, A. and Happe, T. (). „A novel type of iron hydrogenase in the green alga Scenedesmus obliquus is linked to the photosynthetic electron transport chain". J. Biol. Chem. 276 (9): 6125-6132. doi:10.1074/jbc.M008470200. PMID 11096090.

44. ^ Alge care produc hidrogen combustibil. ecomagazin.ro. Accesat la 6 iunie 2009.

45. ^ Ulei pentru motoare diesel obținut din alge. Adevărul. Accesat la 6 mai 2009.

46. ^ Kruse, O.; Rupprecht, J.; Bader, K.-P.; Thomas-Hall, S.; Schenk, P. M.; Finazzi, G.; Hankamer, B (2005). „Improved photobiological H2 production in engineered green algal cells". The Journal of Biological Chemistry 280 (40): 34170-7.

47. ^

48. ^ „Atomic Hydrogen Welding". Specialty Welds. .

49. en ^ Hardy, Walter N. (). „From H2 to cryogenic H masers to HiTc superconductors: An unlikely but rewarding path". Physica C: Superconductivity. Vancouver, Canada: University of British Columbia. 388-389: 1-6. doi:10.1016/S0921-4534(02)02591-1.

50. en ^ Block, Matthias. „Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection". 16th WCNDT 2004. Montreal, Canada: Sensistor Technologies.

51. ^ en

52. ^

53. ^

54. ^ en Smith, H. O. (). „Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems" (PDF). NASA.

55. en ^ „Hydrogen Safety". Humboldt State University.

I. G. Deac, Elemente de criogenie, Editura Napoca Star, 2010, p14

Raluca Ripan, I. Ceteanu, Manual de lucrări practice de chimie anorganică - vol I Metaloizi, Editura de stat didactică și pedagogică, București, 1961

# data[].attributes.attachment_link.description
Hidrogen Luminescență purpurie în stare plasmatică Liniile spectrale ale hidrogenului Informații generale Nume, Simbol, Număr Hidrogen, H, 1 Grupă, Perioadă, Bloc 1, 1, s Proprietăți atomice Configurație electronică 1s 1 Electroni pe nivelul de energie 1 Proprietăți fizice Punct de topire -259,1 °C ; 14,025 K Punct de fierbere -252,9 °C ; 20,268 K Volum molar 22,42×10-3 m³/kmol Viteza sunetului 1270 m/s la 20 °C Informații diverse Electronegativitate (Pauling) 2,2 Cei mai stabili izotopi Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Acest articol sau această secțiune are bibliografia incompletă sau inexistentă.
Puteți contribui prin adăugarea de referințe în vederea susținerii bibliografice a afirmațiilor pe care le conține.

Greaca (Ελληνικά, citit simplificat /elini'ka/) este o limbă indo-europeană, vorbită în Grecia începând cel puțin cu secolul XVII î.Hr.. Încă din primele timpuri de când s-au păstrat documente scrise, adică începând cu epopeile lui Homer, limba greacă apare împărțită în mai multe dialecte. Iliada și Odiseea, deși este alcătuită în dialectul ionic, conțin numeroase elemente eolice. La origine a existat o mare varietate de dialecte, sistematizate azi în patru grupuri : arcado-cipriot, occidental, eolian și ionian-atic. Alfabetul grec a stat la baza celui latin, chirilic, armean și a multor alte sisteme de scriere.

Varietatea dialectelor grecești se poate urmări în timp și spațiu cel mai bine cu ajutorul inscripțiilor, care s-au păstrat într-un număr foarte mare. Dintre aceste însă numai câteva au ajuns sa fie întrebuințate și în literatură. Aceste sunt dialectul ionic, atic, doric și eolic.

Dialectul ionic este vorbit în Ionia, în Ciclade, pe insula Eubea și în coloniile ionice. În acest dialect sunt scrise epopeile homerice, poemele lui Hesiod, operele poetice ale acelora care i-au imitat, poezia elegiacă și cea iambică, opera istorică a lui Herodot și scrierile despre medicină ale lui Hippocrate.

Strâns înrudit cu dialectul ionic este dialectul atic, ai cărui scriitori principali sunt tragicii Eschil, Sofocle și Euripide, comicul Aristofan, istoricii Tucidide și Xenophon,filosoful Platon, oratorii Lysias, Demostene și Eschine. Datorită supremației politice a Atenei și a superiorității literaturii atice, dialectul atic devine cel mai imsemnat al limbii grecești.

Dialectul doric se vorbea de dorienii din Peloponez, în Creta si Macedonia , în insulele dorice ale Mării Egee, precum și în coloniile doriene ale Siciliei și Italiei de Sud. În dialectul doric sunt scrise odele lui Pindar și ale lui Bacchylide și idilele lui Teocrit. Corurile din tragedia atică conțin de asemenea elemente dorice.

Dialectul eolic este întrebuințat de Eolienii din Eolida(în Asia Mică, la nord de Ionia), în Tesalia și în Beoția. În acest dialect și-au scris celebrele lor ode Alceu și poeta Sappho.

Aceste dialecte au dispărut treptat în diferite epoci, în schimb dialectul atic s-a răspîndit încă. din secolul al V-lea î.Hr. cu mult peste granițele sale, fiind întrebuințat de toți grecii culți. În urma cuceririlor lui Alexandru cel Mare, limba atică devine limba universală a Orientului, din care cauză fu numită koine, adică limba comună a lumii helenice.

Primul document păstrat în greacă folosea silabarul linear B pentru a nota vechiul dialect arhaic sau micenian. Scrierea lineară B nu a putut fi descifrată până în 1953. După căderea civilizației miceniene a existat o perioadă tulbure de aproximativ cinci sute de ani ( times of troubles după interpretarea lui Arnold Toynbee), numită Marea Migrație Miceniană. În timpul acesteia ori nu s-a folosit scrierea (puțin probabil), ori nu a rămas nimic scris până în zilele noastre drept dovadă a scrierilor grecești pre-homerice. De la începuturile perioadei clasice, greaca a fost scrisă în alfabetul grec, despre care se spunea că ar fi derivat din cel fenician. Trecerea la acest alfabet ar fi avut loc în timpul lui Homer. Cum nu există nici o referință, cât de ambiguă în poezia lui Homer care să sugereze că el ar fi știut de această metodă de scriere și cum scrierile vechi europene le preced pe cele aramaice, fiind răspândite inclusiv în Anatolia, este de presupus ipoteza contrară, mult mai plauzibilă: paradigma alfabetului grecesc, despre care se credea că ar fi derivat din cel fenician a fost efectiv inversată prin studii mai serioase. Fenicienii fiind la origine navigatori proto-ionieni, stabiliți în cetăți-stat sau doar "capete de pod" comerciale în Palestina, Liban și apusul Siriei, au adus cu ei alfabetul grec, din care a derivat cel fenician. Mai mult, teoria lui Jean Faucounau, cel ce a descifrat scrierea hieroglifică a discului din Phaistos, împinge cronologia înaltă a proto-ionienilor până spre Cicladicul Vechi, Troia II, Troia I și în orice caz cu mult înainte de thalassocrația minoică. Se pune astfel problema raportului dintre alfabetele vechi europene, scrierile fonetice în general și contribuția limbilor indo-europene (mai ales proto-hitite, din faza pre-anatoliană) la etimologiile pre-grecești din limba greacă (după indo-europeniștii Frisk și Beekes).

Atica (dialect al grupului ionian-atic), limbă vorbită la Atena, constituie limba în care s-a scris cea mai mare parte a literaturii grecești clasice. Sub Alexandru cel Mare utilizarea dialectelor grecești a fost restrânsă, în așa fel ca lumea greacă să folosească , limbă comună rezultată din mai multe dialecte ale grupului ionian-atic. Astfel, el a putut comunica cu armata sa heteroclită, iar limba a fost învățată de locuitorii regiunilor cucerite, devenind o așa-numită lingua franca din Antichitate. Limba greacă a fost în concurență cu latina. Koina, devenită limbă oficială a imperiului roman de răsărit, continuând să evolueze pentru a da naștere limbii grecești moderne de astăzi a fost extrem de răspândită.

Faptul că Vechiul Testament a fost tradus în versiunea Septuagintei iar Noul Testament a fost redactat în limba greacă, a făcut din aceasta o limbă de cult, dar și de cultură pan-europeană.

Greaca, ca și multe alte limbi indo-europene, este o limbă flexionară neaglutinantă și ne-ergativă. De exemplu, substantivele au cinci cazuri, trei genuri și trei numere, verbele au trei voci, trei persoane și trei numere ca și multe alte forme.

Mai jos se află declinarea articolului hotărât în greaca veche:

Greaca modernă nu are cazul dativ, cu excepția unor expresii precum en taxei. Restul formelor sunt puțin schimbate față de greaca veche:

Un mare număr de cuvinte din latină, română, franceză și engleză sunt de origine greacă. Transliterarea în ASCII a alfabetului grecesc se face prin codul beta care folosește numai șapte biți dar redă corect toate subtilitățile accentelor, spiritelor și combinaților pre-formate ale acestora.

# data[].attributes.attachment_link.description
Acest articol sau această secțiune are bibliografia incompletă sau inexistentă. Puteți contribui prin adăugarea de referințe în vederea susținerii bibliografice a afirmațiilor pe care le conține. Greaca (Ελληνικά, citit simplificat /elini'ka/) este o limbă indo-europeană, vorbită în Grecia începând cel puțin cu secolul XVII î.Hr..

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Cromosfera solară (literal sferă colorată) este un strat din atmosfera Soarelui, chiar deasupra fotosferei și sub coroana solară. Cromosfera are o grosime de cca. 10.000 km și o temperatură care crește spre exterior, de la 4.500 K la 20.000 K. În comparație, fotosfera are o grosime de câteva sute de kilometri și temperaturi de 6.000 K, iar coroana solară se întinde în jurul cromosferei cu o grosime de sute de mii de kilometri sau mai mult și are o temperatură paradoxală de un milion de K. Structura cromosferei este foare erogenă: în cromosferă, între petele unor grupuri apar scânteieri luminoase de scurtă durată, numite erupții cromosferice, regiuni de nori albi numiți floculi (care sunt nori din calciu). Spre marginea discului solar apar niște limbi de flăcări ce ies din cromosferă, numite protuberanțe. Aceste protuberanțe sunt liniștite sau eruptive. Cele liniștite persistă într-o formă puțin schimbată timp de mai multe săptămâni terestre. Cele eruptive în câteva ore terestre evoluează și dispar. Ele au o periodicitate de 11 ani, care se acordă bine cu cea a petelor solare.

Cromosfera apare ca un cerc roșu în jurul Soarelui eclipsat. După descoperirea filtrului monocromatic de către B. Lyot, cromosfera a putut fi vizibilă pe tot discul solar și este în continuu urmărită prin stațiile solare plasate pe tot globul terestru. Culoarea roșie se datorează emisiei intense a cromosferei în linia H(alfa) a hidrogenului.

Din studiul spectrului cromosferei la înălțimi diferite față de marginea Soarelui s-a obținut structura cromosferei și mai ales profilul temperaturii și densității materiei. Densitatea scade mult cu înălțimea, în timp ce temperatura crește.

Temperatura efectivă a soarelui este de 5.770 K în imediata apropiere a suprafeței Soarelui. La marginea superioară a fotosferei temperatura scade la 5.000 K și continuă să scadă în primele sute de kilometri în cromosferă, când atinge un minim de cca. 4.000 km. După acest minim temperatura solară crește încet de la 10.000 la 50.000 K la o înălțime sub 1.000 km. Mai sus, la câteva mii de kilometri, temperatura cromosferei ajunge la 500.000 K. Creșterea aceasta rapidă, cu alte cuvinte încălzirea bruscă a cromosferei, reprezintă o problemă iritantă în fizica solară. Deasupra acestei regiuni temperatura continuă să se mărească, astfel încât la peste 20.000 km valoarea temperaturii coronale este de cca. 1.000.000 K.

Când este proiectată pe discul solar, cromosfera formată dintr-un strat de materie rarefiată devine transparentă, așadar invizibilă. Numai în interiorul unor benzi înguste a unor linii de absorție ( Hα - hidrogen sau H și K ale calciului ionizat) de ordinul 1 Å, cromosfera devine opacă și vizibilă. Cromosfera poate fi studiată la aceste lungimi de undă, unde liniile spectrale care apar nu sunt complet negre. Centrul fiecărei linii este mai negru decât fondul continuu alăturat, dar se emit încă unii fotoni de la cromosferă spre pământ pe care cercetătorii îl recepționează cu ajutorul filtrelor monocromatice în benzi înguste ale liniilor spectrale menționate mai sus. Pe fotografiile monocromatice (adică pe filtograme) în Hα sau K (Ca II) se pot observa formațiunile cromosferei. Dintre acestea se remarcă:

regiunile faculare sau plăjile, care sunt porțiuni luminoase asociate centrelor active solare

filamentele porțiunii alungite întunecate, care la marginea discului se transformă în protuberanțe

Cromosfera este și sediul erupțiilor solare, de unde rezultă și importanța urmăririi sale continue.

Studierea cromosferei este deosebit de interesantă prin problemele pe care le pune structura și transportul de energie dintre fotosferă și coroană, cromosfera având rol de intermediar, ca și pentru fenomenele pe care le generează, cel mai important fiind erupția cromosferică.

Structura definitorie a cromosferei o constituie o rețea de formații conice mici luminoase (ca o iarbă), spiculele. fiecare con care reprezintă o spiculă are cca. 5.000 km înălțime și o rază de cca. 500 km. Spiculele sunt într-o permanentă mișcare, apar și dispar în medie în 5 minute.

Emilia Țifrea - Soarele. Editura științifică și enciclopedică. Buc., 1978

Legături externe

# data[].attributes.attachment_link.description
Cromosfera solară (literal sferă colorată) este un strat din atmosfera Soarelui, chiar deasupra fotosferei și sub coroana solară. Cromosfera are o grosime de cca. 10.000 km și o temperatură care crește spre exterior, de la 4.500 K la 20.000 K.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Sistemul solar

Planetele și planetele pitice din sistemul solar. Dimensiunile sunt la scară. Distanțele de la Soare nu sunt la scară.

Caracteristici generale

Vârstă

4,568 Ga

Localizare

Norul Interstelar Local, Bula Locală, Brațul Orion, Calea Lactee

Masă

1,9919x101,0014 ³⁰ kg
( M☉)

Cea mai apropiată stea

Proxima Centauri (4,22 al), sistemul Alpha Centauri (4,37 al)

Cel mai apropiat sistem planetar

Sistemul Alpha Centauri (4,37 al)

Sistem

Semiaxa mare a celei mai îndepărtate planete
(Neptun)

4,503 miliarde de km
(30,10 ua)

Stele

1: Soarele

Planete

8: Mercur, Venus, Pământ, Marte, Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun

Planete pitice

5 ( UAI): Ceres, Pluto, Haumea, Makemake și Eris; sute de candidați suplimentari[1]

Nr. sateliților naturali cunoscuți

≈ 420 (173 ai planetelor[2], 8 ai planetelor pitice și 240 de corpuri pitice[3])

Nr. planetelor minore catalogate

624.731 (16 iulie 2013)[4]
625.782 (13 septembrie 2013)[2]

622.545, dintre care 369.956 fiind numerotați (13 septembrie 2013)[2]

3.263, dintre care 364 fiind numerotate (15 aprilie 2014)[2]

Nr. sateliților sferici identificați

19

Orbita în jurul centrului galactic

Înclinarea planului invariabil în raport cu planul galactic

60,19°

Distanța de la centrul galaxiei

(27 000 ± 1 000) al

Viteză orbitală

220 km/s

Perioadă orbitală

225-250 Ma

Proprietățile stelei (stelelor)

Tip spectral

G2V

Distanța liniei de gheață

≈ 5 ua[5]

Distanța falezei Kuiper

≈ 50 ua

Distanța șocului terminal

≈ 75 - 90 ua

Distanța heliopauzei

≈ 120 ua

Raza sferei lui Hill

≈ 1-2 al

Sistemul solar (scris și Sistemul Solar) este format din Soare împreună cu sistemul său planetar (care cuprinde opt planete împreună cu sateliții lor naturali) și alte obiecte non-stelare.

În afară de cele opt planete, oamenii de știință au emis ipoteza existenței unei alte planete, denumită provizoriu A noua planetă. Această ipotetică planetă gigantă s-ar afla la marginea Sistemului Solar. Existența planetei ar explica configurarea orbitală neobișnuită a unui grup de obiecte transneptuniene (OTN). La 20 ianuarie 2016, cercetătorii Konstantin Batygin și Michael E. Brown de la Institutul de Tehnologie din California au anunțat că există dovezi suplimentare indirecte privind existența unei a noua planete dincolo de orbita planetei Neptun. Aceasta ar orbita în jurul Soarelui între 10.000 și 20.000 de ani. Conform studiului publicat în Astronomical Journal, „Planeta Nouă" ar avea o masă de aproximativ 10 ori mai mare decât Terra și s-ar afla la minim 200 UA.

Sistemul este situat într-unul dintre brațele exterioare ale galaxiei Calea Lactee (mai precis în Brațul Orion), galaxie care are cca. 200 de miliarde de stele.

El s-a format acum 4,6 miliarde de ani, ca urmare a colapsului gravitațional al unui gigant nor molecular. Cel mai masiv obiect este steaua centrală - Soarele, al doilea obiect ca masă fiind planeta Jupiter. Cele patru planete interioare mici, Mercur, Venus, Pământul și Marte, numite planete terestre / planete telurice, sunt compuse în principal din roci și metal. Cele patru planete exterioare, numite giganți gazoși, sunt mult mai masive decât cele telurice. Cele mai mari două planete, Jupiter și Saturn, sunt compuse în principal din hidrogen și heliu; cele două planete mai îndepărtate, Uranus și Neptun, sunt compuse în mare parte din substanțe cu o temperatură de topire relativ ridicată (comparativ cu hidrogenul și heliu), numite , cum ar fi apa, amoniacul și metanul. Ele sunt denumite „giganți de gheață" (termen distinct de cel de „gigant gazos"). Toate planetele au orbite aproape circulare dispuse într-un disc aproape plat numit plan ecliptic.

Sistemul solar prezintă câteva regiuni unde se află diferite obiecte mici. Centura de asteroizi, situată între Marte și Jupiter, este similară din punct de vedere al compoziției cu planetele terestre, deoarece o mare parte dintre obiecte sunt compuse din rocă și metal. Dincolo de orbita lui Neptun se află centura Kuiper și discul împrăștiat; multe dintre obiectele transneptuniene sunt în mare parte compuse din ghețuri. Printre aceste obiecte, de la câteva zeci până la mai mult de zece mii de obiecte pot fi suficient de mari pentru a fi fost rotunjite de propria gravitație. Astfel de obiecte sunt denumite planete pitice. Planetele pitice identificate până în prezent includ asteroidul Ceres și obiectele transneptuniene: Pluto, Eris, Haumea și Makemake. În plus, în aceste două regiuni se află diferite alte corpuri mici, cum ar fi comete, centauri și materie interplanetară. Șase planete, cel puțin trei planete pitice și multe alte corpuri mici au sateliți naturali care se rotesc în jurul lor. Fiecare planetă exterioară este înconjurată de inele planetare alcătuite din praf și alte obiecte mici.

Vântul solar (un flux de plasmă de la Soare) creează în mediul interstelar o bulă cunoscută ca heliosferă, care se extinde până la marginea discului împrăștiat. La limita sa exterioară se află Norul lui Oort, care reprezintă doar un câmp de resturi rămase după crearea planetelor, fiind considerat a fi sursa pentru cometele cu perioadă lungă. El se întinde până la o distanță aproximativ de o mie de ori mai mare decât heliosfera. Heliopauza este punctul în care presiunea vântului solar este egală cu presiunea opusă a vântului interstelar.

Descoperire și explorare

Timp de câteva mii de ani umanitatea, cu puține excepții, nu a recunoscut existența sistemului solar. Oamenii credeau că Pământul se află în centrul Universului și este cu totul diferit de celelalte obiecte divine și eterice care se mișcă pe cer. Deși filozoful grec Aristarh din Samos a speculat despre reorganizarea heliocentrică a cosmosului, Nicolaus Copernicus a fost primul astronom care a dezvoltat un sistem matematic heliocentric predictiv. Succesorii săi din secolul al XVII-lea ( Galileo Galilei, Johannes Kepler și Isaac Newton) au avut o înțelegere a fizicii care i-a condus la admiterea graduală a ideii că Pământul se rotește de fapt în jurul Soarelui și că celelalte planete sunt guvernate de aceleași legi ale fizicii care guvernează și Pământul. În plus, inventarea telescopului a condus la descoperirea unor planete și sateliți noi. În timpurile mai recente, îmbunătățiri ale telescoapelor și folosirea navelor spațiale fără echipaj au deschis drumul studierii fenomenelor geologice din sistemul solar (studiul munților și craterelor de impact) și a fenomenelor meteorologice sezoniere de pe unele planete (cum ar fi norii, furtunile de nisip și calotele de gheață).

Structură și compoziție

Componentul principal al sistemului solar este Soarele, o stea de tip G2 din secvența principală ce conține 99,86% din masa cunoscută a sistemului și îl domină din punct de vedere gravitațional. Cele mai mari patru corpuri ce orbitează în jurul Soarelui, giganții gazoși, constituie circa 99% din masa rămasă, Jupiter și Saturn deținând împreună mai mult de 90%.

Majoritatea obiectelor mari care orbitează în jurul Soarelui se află în apropierea planului orbitei Pământului, cunoscut și ca ecliptică. Orbitele planetelor sunt foarte apropiate de ecliptică în timp ce orbitele cometelor și ale obiectelor din centura Kuiper au adesea unghiuri de intersecție cu ecliptica destul de mari. Toate planetele și majoritatea celorlalte obiecte orbitează în jurul Soarelui în aceeași direcție în care se rotește acesta (în sens invers acelor de ceasornic, privit de deasupra polului nordic solar). Există excepții, cum ar fi cometa Halley.

Structura generală a regiunilor cartografiate ale sistemului solar constă din: steaua centrală - Soarele, patru planete interioare relativ mici înconjurate de o centură de asteroizi din rocă și, alți patru giganți de gaz - înconjurați la rândul lor de centura Kuiper și alte obiecte înghețate. Sistemul Solar interior include primele patru planete terestre și centura de asteroizi. Sistemul solar exterior se află dincolo de centura de asteroizi, incluzând cei patru giganți gazoși (cunoscuți și ca planete joviene). După descoperirea centurii Kuiper, zonele mărginașe ale sistemului solar sunt considerate a fi o regiune distinctă, aflată dincolo de orbita planetei Neptun.

Majoritatea planetelor din sistemul solar posedă un sistem secundar propriu, fiind orbitate de obiecte planetare denumite sateliți naturali, sau luni (dintre care două sunt mai mari decât planeta Mercur) sau, în cazul giganților gazoși, de către inele planetare (benzi subțiri de particule mici care gravitează în jurul planetei la unison). Majoritatea celor mai mari sateliți naturali se află în rotație sincronă cu perioada lor de revoluție, una dintre fețele lor fiind totdeauna îndreptată către planeta orbitată.

Legile lui Kepler cu privire la mișcarea planetară descriu orbitele obiectelor din jurul Soarelui. Urmând legile lui Kepler, fiecare dintre aceste obiecte se mișcă de-a lungul unei elipse, într-unul dintre focarele acesteia aflându-se Soarele. Obiectele mai apropiate de Soare (cu o semiaxă majoră mai mică) se deplasează mai repede, fiind influențate mai puternic de către gravitația Soarelui. Pe o orbită eliptică, distanța unui corp față de Soare variază de-a lungul perioadei sale de revoluție (denumită „an"). Cel mai apropiat punct față de Soare de pe orbita unui obiect este numit , în timp ce punctul cel mai îndepărtat se numește . Orbitele planetelor sunt aproape circulare, dar multe comete, asteroizi și obiecte din cadrul centurii Kuiper au orbite foarte eliptice. Pozițiile corpurilor în sistemul solar pot fi prezise folosindu-se modele numerice.

Deși Soarele domină sistemul prin masa sa, el măsoară doar 2% din momentul cinetic, datorat rotației diferențiale din interiorul Soarelui gazos. Planetele, dominate de Jupiter, măsoară cea mai mare parte din restul momentului cinetic datorat combinației dintre masele, orbitele și distanțele lor față de Soare, cometele având cel mai probabil și ele o contribuție semnificativă la total.

Datorită distanțelor vaste implicate, multe reprezentări ale sistemului solar arată orbitele la aceeași depărtare. În realitate cu cât o planetă sau o centură este mai departe de Soare, cu atât distanța dintre ea și orbita precedentă este mai mare, existând totuși și unele excepții. De exemplu, Venus se află la aproximativ 0,33 unități astronomice (UA) mai departe de Soare decât Mercur, în timp ce Saturn se află la 4,3 UA depărtare de Jupiter, iar Neptun la 10,5 UA de Uranus. Au fost făcute încercări pentru a determina relația dintre aceste distanțe orbitale (de exemplu, legea Titius-Bode), dar nu a fost acceptată nicio teorie de acest fel.

Soarele - ce cuprinde aproape toată materia din sistemul solar - este compus în proporție de aproximativ 98% din hidrogen și heliu. Jupiter și Saturn, care cuprind aproape întreaga materie rămasă, au în compoziția atmosferei circa 98% din aceleași elemente. Există un gradient al compoziției în sistemul solar, determinat de căldura și presiunea de radiație a luminii care provin de la Soare; obiectele care sunt mai aproapiate de Soare, sunt mult mai afectate de căldură și presiunea luminii, fiind compuse din elemente cu temperaturi de topire ridicate. Obiectele care sunt mai depărtate de Soare sunt compuse în mare parte din materiale cu temperaturi de topire mai mici. Granița din sistemul solar, dincolo de care aceste substanțe volatile se pot condensa este cunoscută sub numele de linia de îngheț și se află la aproximativ 5 UA de la Soare.

Obiectele din sistemul solar interior sunt compuse în mare parte din roci, materiale ce conțin compuși cu puncte de topire ridicate cum sunt silicații, fierul sau nichelul, care au rămas în stare solidă în aproape toate condițiile din nebuloasa protoplanetară. Jupiter și Saturn sunt compuși în mare parte din gaze, materiale cu puncte de topire extrem de scăzute și presiunea de vapori mare, cum ar fi hidrogenul molecular, heliul și neonul, care s-au aflat întotdeauna în fază gazoasă în nebuloasa inițială. Ghețurile, ca apa înghețată, metanul, amoniacul, hidrogenul sulfurat și dioxidul de carbon, au puncte de topire de până la câteva sute de grade kelvin, în timp ce stările lor depind de presiunea și temperatura ambiante. Ele pot fi găsite sub formă de gheață, lichide sau gaze, în diferite locuri din sistemul solar, în timp ce în nebuloasa inițială ele erau fie în stare solidă, fie în stare gazoasă. Substanțe înghețate se găsesc în compoziția majorității sateliților planetelor gigante, precum și în cea a planetelor Uranus și Neptun (așa-numiții giganți de gheață) și în numeroase obiecte mici care se află dincolo de orbita lui Neptun. Împreună, gazele și ghețurile sunt cunoscute și ca volatile.

Un număr de modele ale sistemului solar de pe Pământ au încercat să redea la scară relativă obiectele sistemului solar, dar în mediul antropic. Unele astfel de modele sunt mecanice - cunoscute și ca planetarii - în timp ce altele se pot extinde de-a lungul mai multor orașe sau regiuni. Cel mai mare model la scară, Sistemul Solar Suedez, folosește arena Ericsson Globe de 110 metri amplasată în Stockholm drept Soare și, respectând scara, un Jupiter de 7,5 metri la Aeroportul Internațional Arlanda, de la 40 km depărtare, în timp ce cel mai depărtat obiect, Sedna, este o sferă de 10 cm din Luleå, de la 912 km depărtare.

Geneză și evoluție

Sistemul solar s-a format acum 4,568 miliarde de ani, în urma colapsului gravitațional al unei regiuni din cadrul unui vast nor molecular. Acest nor inițial avea un diametru de mai mulți ani-lumină și a dat naștere, probabil, mai multor stele. La fel ca și majoritatea norilor moleculari, acesta era constituit, în principal, din hidrogen, mai puțin heliu și cantități mici de elemente mai grele formate în generațiile anterioare de stele. Când regiunea care avea să devină sistemul solar, denumită și nebuloasă pre-solară, a suferit un colaps, conservarea momentului cinetic a determinat-o să se rotească mai repede. Centrul, unde s-a concentrat cea mai mare parte a masei, a devenit din ce în ce mai fierbinte în raport cu discul din jur. Nebuloasa în contracție, rotindu-se tot mai repede, a început să se aplatizeze și a luat forma unui disc protoplanetar cu un diametru de aproximativ 200 UA, având o protostea fierbinte și densă în centru. Protoplanetele formate în urma acreției din acest disc de praf și gaz interacționau gravitațional, formând - prin contopire - corpuri din ce în ce mai mari. Sute de protoplanete au putut exista în sistemul solar timpuriu, dar acestea fie au fuzionat, fie au fost distruse, formând planete și planete pitice, iar resturile devenind obiecte minore.

Din cauza punctului lor de fierbere foarte mare, numai metalele și silicații au putut rezista în sistemul solar interior fierbinte, aproape de Soare, iar acestea au format planetele de rocă Mercur, Venus, Terra și Marte. Deoarece elementele metalice constituiau doar o fracțiune foarte mică din nebuloasa solară, planetele terestre nu au putut deveni foarte mari. Giganții gazoși (Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun) s-au format mai departe de Soare, dincolo de linia de îngheț: punctul dintre orbita lui Marte și a lui Jupiter începând de la care materia este suficient de rece pentru a permite compușilor volatili să rămână solizi. Ghețurile care formau aceste planete au fost mai numeroase decât metalele și silicații, care formau planetele terestre interioare, permițându-le să devină destul de masive pentru a capta atmosfere mari de hidrogen și heliu, elementele cele mai ușoare și mai abundente. Resturile care nu au devenit planete s-au concentrat în regiuni ca centura de asteroizi, centura Kuiper și norul lui Oort. Modelul de la Nisa este o explicație a creării acestor regiuni, precum și a modului în care planetele exterioare s-au putut forma în poziții diferite și au migrat, ajungând să aibă orbitele lor actuale prin diverse interacțiuni gravitaționale.

După 50 de milioane de ani, presiunea și densitatea hidrogenului din centrul protostelei au devenit suficient de mari pentru ca să înceapă fuziunea termonucleară. Temperatura, viteza de reacție, presiunea, precum și densitatea au crescut până când a fost atins echilibrul hidrostatic: presiunea termică a egalat forța gravitațională. În acel moment, Soarele a devenit o stea din secvența principală de stele. Vântul solar a creat heliosfera și a măturat gazul și praful rămase din discul protoplanetar în spațiul interstelar, punând capăt procesului de formare a planetelor.

Sistemul solar va rămâne aproximativ așa cum îl știm astăzi până când hidrogenul din nucleul Soarelui va fi complet transformat în heliu, eveniment ce va avea loc peste 5,4 miliarde de ani. Acest lucru va pune sfârșit perioadei principale de viață a Soarelui. În acel moment, nucleul Soarelui va suferi un colaps, iar energia produsă va fi mult mai mare decât în prezent. Straturile exterioare ale Soarelui se vor extinde, diametrul ajungând de circa 260 de ori mai mare decât în momentul actual și Soarele va deveni o gigantă roșie. Din cauza faptului că suprafața sa va crește foarte mult, ea va fi considerabil mai rece decât va fi fost în perioada principală a vieții lui (cu maximum 2600 K). În urma măririi Soarelui, Mercur și Venus se vor vaporiza iar planeta Pământ va deveni nelocuibilă, zona locuibilă mutându-se la orbita lui Marte. În cele din urmă, nucleul nu va mai fi suficient de fierbinte pentru fuziunea heliului; Soarele va arde heliul pentru o fracțiune a timpului în care a ars hidrogenul din nucleu. Soarele nu este destul de masiv pentru a începe fuziunea elementelor mai grele, și reacțiile nucleare din nucleu vor scădea. Straturile sale exterioare vor fi ejectate în spațiu, lăsând în urmă o pitică albă, un obiect extraordinar de dens, având jumătate din masa inițială a Soarelui (de mărimea Pământului). Straturile exterioare ejectate vor forma ceea ce este cunoscut sub numele de nebuloasă planetară, împrăștiind în mediul interstelar unele din materialele din care s-a format Soarele, dar și elemente mai grele, cum ar fi carbonul, create în Soare.

Soarele este steaua sistemului solar și de departe cel mai important component al acestuia. Masa sa mare (egală cu 332.900 de mase terestre) produce în nucleul său temperaturi și densități suficient de ridicate ca să susțină fuziunea nucleară, care eliberează o cantitate enormă de energie, din care cea mai mare parte radiază în restul sistemului sub formă de radiații electromagnetice, cu vârful situat în spectrul de 400-700 nm al luminii vizibile.

Soarele este clasificat ca fiind o pitică galbenă de tipul G2, dar acest nume poate induce în eroare, din moment ce comparativ cu majoritatea stelelor din galaxia noastră, Soarele este mai mare și mai luminos. Stelele sunt clasificate cu ajutorul diagramei Hertzsprung-Russell, o diagramă care reprezintă grafic luminozitatea stelelor împreună cu temperatura de la suprafața lor. În general, stelele mai fierbinți sunt mai luminoase. Stelele care satisfac această relație sunt denumite stele din secvența principală, iar Soarele se află chiar în mijlocul acestei secvențe. Totuși, stelele mai luminoase și mai fierbinți decât Soarele sunt rare, în timp ce stelele cu mult mai fade și mai reci, cunoscute și ca pitice roșii, sunt comune, reprezentând 85% din totalul stelelor din galaxie.

Unele dovezi sugerează că poziția Soarelui în secvența principală poate înseamna că acesta se află la mijlocul ciclului de viață al unei stele, pentru că nu și-a consumat încă rezerva de hidrogen folosit pentru fuziunea nucleară. Soarele devine tot mai luminos; mai devreme în evoluția sa, luminozitatea era doar 70% din cea actuală.

Soarele face parte din populația I de stele; a luat naștere în faza târzie a evoluției universului și astfel conține mai multe elemente mai grele decât hidrogenul și heliul (numite „ metale", în context astronomic) decât stelele mai vechi ce fac parte din populația a II-a. Elementele chimice mai grele decât hidrogenul și heliul s-au format în nucleele stelelor vechi care au explodat, așadar prima generație de stele a trebuit să dispară pentru ca universul să se poată îmbogăți cu aceste elemente. Stelele mai vechi conțin mai puține metale, în timp ce stelele născute mai târziu conțin mai multe. Se crede că acest conținut mai bogat în metale a fost crucial pentru ca Soarele să dezvolte un sistem planetar, deoarece planetele se formează prin acreția „metalelor".

Mediul interplanetar

Împreună cu lumina, Soarele radiază un flux continuu de particule încărcate ( plasmă) cunoscute ca vânt solar. Acest flux de particule se răspândește spre exterior, cu o viteză de aproximativ 1,5 milioane de kilometri pe oră, creând o atmosferă fragilă (heliosfera) care pătrunde în sistemul solar până la cel puțin 100 UA (vezi heliopauză). Această materie extrem de rarefiată este cunoscută sub numele de mediu interplanetar. Activitatea de pe suprafața Soarelui, cum ar fi erupțiile solare și ejecția masei coronale, perturbă heliosfera, generând vremea cosmică și cauzând furtuni geomagnetice. Cea mai mare structură din cadrul heliosferei este stratul de curent heliosferic, în formă de spirală, creat de acțiunea câmpului magnetic rotativ al Soarelui asupra mediului interplanetar.

Câmpul magnetic al Pământului împiedică atmosfera sa de a fi deposedată de vântul solar. Venus și Marte nu au câmp magnetic și ca rezultat, vântul solar face ca atmosferele lor să se împrăștie treptat în spațiu. Ejecțiile masei coronale și alte fenomene similare aruncă în spațiu un câmp magnetic și cantități imense de materie de pe suprafața Soarelui. Interacțiunea acestui câmp magnetic și a materialelor cu câmpul magnetic al Pământului provoacă apariția de particule încărcate în atmosfera superioară a Pământului, unde interacțiunea lor creează aurorele observabile în apropierea polilor magnetici.

Radiațiile cosmice provin din afara sistemului solar. Heliosfera și câmpurile magnetice planetare (pentru planetele care le au) apără parțial sistemul solar de particulele interstelare cu înaltă energie care formează razele cosmice. Densitatea razelor cosmice în mediul interstelar și puterea câmpului magnetic al Soarelui se schimbă în perioade lungi de timp, astfel încât nivelul de penetrare a radiațiilor cosmice în sistemul solar variază, deși este necunoscut cât de mult.

Mediul interplanetar conține cel puțin două regiuni în formă de disc alcătuite din praf cosmic. Prima, norul de praf zodiacal, se află în sistemul solar interior și cauzează lumina zodiacală. Probabil ea s-a format în urma coliziunilor din centura de asteroizi provocate de interacțiunea cu planetele. Cea de-a doua se întinde de la aproximativ 10 UA până la aproximativ 40 UA și a fost creată, probabil, de coliziuni similare din cadrul centurii Kuiper.

Sistemul solar interior

Sistemul solar interior este numele tradițional pentru regiunea care cuprinde planetele terestre și asteroizii. Obiectele din această regiune sunt compuse în mare parte din silicați și metale, fiind relativ aproape de Soare; raza întregii regiuni este mai mică decât distanța dintre orbitele lui Jupiter și Saturn.

Planete interioare

Cele patru planete interioare sau telurice / terestre au o compoziție densă, de roci, cu puțini sau chiar fără sateliți și fără sisteme de inele. Ele sunt compuse în mare parte din minerale refractare, cum ar fi silicații, care formează scoarțele și mantalele planetelor, și metale ca fierul și nichelul, care formează nucleele planetare. Trei din cele patru planete interioare (Venus, Terra și Marte) au o atmosferă destul de densă pentru a genera vremea; toate au cratere de impact și caracteristici tectonice de suprafață, cum ar fi rifturi și vulcani. Termenul de „planetă interioară" nu trebuie confundat cu termenul de „ planetă inferioară ", care desemnează planetele mai apropiate de Soare decât Pământul (adică Mercur și Venus).

Mercur (0,4 UA de la Soare) este cea mai apropiată planetă de Soare și cea mai mică planetă din sistemul solar (0,055 mase terestre). Mercur nu are niciun satelit natural, iar singurele caracteristici geologice cunoscute, în afara craterelor de impact, sunt crestăturile din scoarță, care cel mai probabil se datorează unei perioade timpurii de contracție din trecutul său. Atmosfera planetei Mercur este aproape neobservabilă și este formată din atomi desprinși de pe suprafața sa de către vântul solar. Apariția nucleului său de fier relativ mare și mantaua subțire nu au fost încă suficient explicate. Ipotezele includ faptul că straturile exterioare au fost dezagregate în urma impactului cu un obiect gigantic și că acreția completă a fost împiedicată de energia Soarelui tânăr.

Planeta Venus (0,7 UA de la Soare) este asemănătoare ca mărime cu Pământul (0,815 mase terestre) și, la fel ca și Terra, are o manta subțire de silicat deasupra unui nucleu de fier, o atmosferă substanțială și indicii ale unei activități geologice interne. Totuși, planeta este mult mai uscată decât Pământul iar atmosfera sa este de nouăzeci de ori mai densă. Venus nu are niciun satelit natural. Este cea mai fierbinte planetă, temperaturile de la suprafață depășind 400 °C, cel mai probabil din cauza cantității de gaze cu efect de seră din atmosferă. Nu a fost detectată nici o dovadă definitivă a unei activități geologice la momentul actual pe Venus, dar planeta nu are un câmp magnetic care să prevină epuizarea atmosferei sale substanțiale, ceea ce sugerează că aceasta este încontinuu alimentată de către erupțiile vulcanice.

Pământul (de asemena și Terra; 1 UA de la Soare) este cea mai mare și cea mai densă planetă interioară, singura despre care se cunoaște la momentul actual că este geologic activă și singurul loc din sistemul solar unde se cunoaște că există viață. Hidrosfera sa lichidă este unică printre planetele terestre, iar Terra este singura planetă unde au fost observate plăci tectonice. Atmosfera Pământului diferă radical față de cea a altor planete, fiind shimbată de prezența vieții și conținând aproximativ 21% de oxigen liber. Planeta Pământ are doar un satelit natural, Luna, care este singurul satelit mare al unei planete terestre din sistemul solar.

Marte (1,52 UA de la Soare) este mai mic decât Terra și Venus (are 0,107 mase terestre). Planeta posedă o atmosferă formată în mare parte din dioxid de carbon, cu o presiune la suprafață de 6,1 milibari (aproximativ 0,6% din presiunea atmosferică de la suprafața Pământului). Suprafața sa, brăzdată de vulcani vaști ca Olympus Mons și rifturi cum ar fi Valles Marineris, reprezintă o dovadă a activităților geologice care au persistat până relativ recent, cu două milioane de ani în urmă. Culoarea sa roșiatică provine de la oxizii de fier (rugină) din sol. Marte are doi sateliți naturali foarte mici ( Deimos și Phobos) despre care se crede că au fost asteroizi capturați de gravitația planetei.

Centura de asteroizi

Asteroizii sunt obiecte mici din sistemul solar, compuse în mare parte din roci refractare și minerale metalice, la care se mai adăugă gheața.

Centura de asteroizi se află între planetele Marte și Jupiter, la o distanță cuprinsă între 2,3 și 3,3 UA de la Soare. Se crede ea e alcătuită din resturile rămase în urma formării sistemului solar, care nu au reușit să se unească din cauza interferenței gravitaționale a lui Jupiter.

Mărimea asteroizilor variază de la câteva sute de kilometri până la mărimi microscopice. Toți asteroizii, cu excepția celui mai mare, Ceres, sunt clasificați ca obiecte mici ale sistemului solar.

Centura de asteroizi conține zeci de mii, posibil milioane, de obiecte ce au un diametru mai mare de un kilometru. Cu toate acestea, masa totală a centurii de asteroizi măsoară în jur de o miime din masa terestră. În centura de asteroizi, obiectele sunt foarte rarefiate; navele spațiale au trecut cu ușurință prin aceasta fără niciun incident. Asteroizii cu diametre între 10 și 10 −4 metri sunt denumiți meteoroizi.

Ceres (2,77 UA de la Soare) este cel mai mare asteroid, o protoplanetă și o planetă pitică. Are un diametru puțin mai mic de 1000 km și o masă destul de mare pentru ca propria gravitație să-i confere o formă sferică. Când a fost descoperită în secolul al XIX-lea, Ceres a fost considerată o planetă, dar a fost reclasificată ca asteroid în anii 1850, când observațiile mai ample au dezvăluit existența altor asteroizi asemănători. În anul 2006 a fost clasificată ca planetă pitică.

Grupuri de asteroizi

Asteroizii din centura de asteroizi sunt divizați în grupuri de asteroizi și familii de asteroizi, în funcție de caracteristicile orbitale pe care le au. Sateliții asteroidali sunt asteroizii care orbitează în jurul unor asteroizi mai mari. Ei nu sunt distinși atât de clar ca și sateliții planetari, câteodată fiind la fel de mari ca și asteroidul în jurul căruia gravitează. Centura de asteroizi conține de asemenea și comete de centură principală, care se poate să fi fost sursa de apă a Pământului.

Troienii lui Jupiter sunt localizați în punctele Lagrange L₄ sau L₅ ale lui Jupiter (regiuni stabile din punct de vedere gravitațional care precedă sau urmează planeta pe orbita sa); termenul de este folosit de asemenea pentru a desemna corpuri mici din orice punct Lagrange al unei planete sau unui satelit. Asteroizii din familia Hilda sunt într-o rezonanță de 2:3 cu planeta Jupiter; aceasta înseamnă că ei orbitează în jurul Soarelui de trei ori la fiecare două orbitări ale lui Jupiter.

În sistemul solar interior există de asemenea asteroizi hoinari, mulți dintre ei traversând orbitele planetelor interioare.

Sistemul solar exterior

Regiunea exterioară a sistemului solar este locul unde se află giganții gazoși și sateliții lor. Multe comete cu perioadă scurtă, inclusiv centaurii, orbitează de asemenea în această regiune. Din cauza distanței foarte mari de la Soare, obiectele solide din sistemul solar exterior conțin o proporție mai mare de substanțe volatile cum ar fi apa, amoniacul și metanul, decât planetele de roci din sistemul solar interior, deoarece temperaturile mai reci permit menținerea acestor compuși în stare solidă.

Planetele exterioare

Cele patru planete exterioare sau giganții gazoși (uneori numite planete joviene), dețin împreună 99% din masa care orbitează în jurul Soarelui. Jupiter și Saturn au, fiecare, o masă de zeci de ori mai mare decât cea a Pământului și sunt formate preponderent din hidrogen și heliu; Uranus și Neptun sunt mai puțin masive (având sub 20 de mase terestre) și sunt compuși mai mult din ghețuri. Din această cauză, mulți astronomi cred că ei fac parte dintr-o categorie aparte, „giganții de gheață". Toți cei patru giganți gazoși au inele, deși doar sistemul de inele al lui Saturn este ușor de observat de pe Pământ. Termenul de planetă exterioară nu trebuie confundat cu cel de planetă superioară, care desemnează planete din afara orbitei Pământului și include, astfel, atât planetele exterioare cât și pe Marte.

Jupiter (5,2 UA), cu o masă de 318 ori mai mare ca cea a Pământului, este de 2,5 mai masiv decât toate celelalte planete din sistemul solar laolaltă. El este compus în mare parte din hidrogen și heliu. Căldura sa internă destul de mare creează un număr de caracteristici semi-permanente ale atmosferei sale, cum ar fi benzile de nori și Marea Pată Roșie.

Jupiter are 67 de sateliți cunoscuți. Cei mai mari patru sateliți, Ganymede, Callisto, Io și Europa prezintă similarități cu planetele terestre, cum ar fi vulcanismul și încălzirea internă. Ganymede, cel mai mare satelit din sistemul solar, este mai mare decât planeta Mercur.

Saturn (9,5 UA), care se distinge prin sistemul său de inele ușor de observat de pe Pământ, este asemănător cu Jupiter din punctul de vedere al compoziției atmosferice și al magnetosferei. Deși Saturn are 60% ​​din volumul lui Jupiter, el are mai puțin de o treime din masa acestuia (95 de mese terestre), fiind cea mai puțin densă planetă din sistemul solar. Inelele lui Saturn sunt alcătuite din particule mici de rocă și gheață.

Saturn are 62 de sateliți confirmați; doi dintre ei, Titan și Enceladus, poartă semne de activitate geologică, deși aceștia sunt în mare parte alcătuiți din gheață (criovulcani). Titan, al doilea satelit ca mărime din sistemul solar, este mai mare decât Mercur și singurul satelit din sistemul solar care posedă o atmosferă substanțială.

Uranus (19,6 UA), de 14 ori mai masiv ca Pământul, are masa cea mai mică dintre toate planetele exterioare. Este singura planetă care orbitează în jurul Soarelui înclinată „pe o parte"; înclinația axei de rotație este de peste nouăzeci de grade față de normala la ecliptică. Planeta are un nucleu mult mai rece decât ceilalți giganți gazoși și cantitatea de căldură radiată în spațiu este foarte mică.

Uranus are 27 de sateliți cunoscuți, cei mai mari fiind Titania, Oberon, Umbriel, Ariel și Miranda.

Neptun (30 UA), deși este puțin mai mic decât Uranus, este mult mai masiv (aproximativ 17 mase terestre) și prin urmare, mult mai dens. El radiază mai multă căldură internă, dar nu la fel de multă ca Jupiter sau Saturn.

Neptun are 13 sateliți cunoscuți. Cel mai mare, Triton, este geologic activ, având probabil gheizere de azot lichid. Triton este singurul satelit mare cu o orbită retrogradă. Neptun este însoțit pe orbita sa de o mulțime de planete minore, numite troienii lui Neptun, care au o rezonanță orbitală de 1:1 cu el.

Centaurii sunt obiecte de gheață asemănătoare cometelor, cu o semiaxă mare mai mare decât cea al lui Jupiter (5,5 UA) și mai mică decât cea a lui Neptun (30 UA). Cel mai mare centaur cunoscut, 10199 Chariklo, are un diametru de aproximativ 250 km. Primul centaur descoperit, 2060 Chiron, a fost, de asemenea, clasificat drept cometă (95P) deoarece acesta dezvoltă o coadă ca și cometele, atunci când se apropie de Soare.

Cometele sunt obiecte mici din sistemul solar, de obicei cu dimensiuni de doar câțiva kilometri, compuse în mare parte din gheață volatilă. Au orbite puternic excentrice și în general periheliul lor se află între orbitele planetelor interioare iar afeliul, la mare distanță dincolo de planeta pitică Pluto. Când o cometă intră în sistemul solar interior, apropierea sa de Soare cauzează sublimarea și ionizarea suprafeței sale înghețate, creându-se astfel o coamă, urmată de o coadă lungă de gaz și praf care este adesea vizibilă cu ochiul liber.

Cometele de perioadă scurtă au perioada orbitală mai scurtă de două sute de ani, iar cele de perioadă lungă au perioade orbitale de ordinul miilor de ani. Se crede că cometele de perioadă scurtă își au originea în centura Kuiper, în timp ce cele de perioadă lungă (cum ar fi Hale-Bopp), în norul lui Oort. Multe grupuri de comete, ca Kreutz Sungrazers, s-au format prin fragmentarea unei comete-părinte. Unele comete cu orbite hiperbolice pot să provină din afara sistemului solar, dar determinarea precisă a orbitelor lor este dificilă. Cometele bătrâne, care și-au consumat mare parte a materialului volatil datorită încălzirii solare, sunt categorizate de obicei ca asteroizi.

Regiunea transneptuniană

Zona de dincolo de Neptun sau „regiunea transneptuniană" este în mare parte neexplorată. Ea conține o mulțime de lumi mici (cea mai mare având un diametru de doar o cincime din cel al Pământului și o masă mult mai mică decât cea a Lunii), compuse în principal din roci și gheață. Această regiune este uneori cunoscută sub numele de „sistemul solar exterior", deși alții folosesc acest termen pentru a desemna regiunea de dincolo de centura de asteroizi. În literatura astronomică internațională, corpurile cerești situate în regiunea transneptuniană sunt abreviate, de obicei, ca TNO ( Trans-Neptunian Object).

Centura Kuiper

Centura Kuiper este un inel mare, plin cu resturi, similar cu centura de asteroizi, în el fiind în principal obiecte care sunt compuse în primul rând din gheață. Aceasta se întinde între 30 și 50 UA de la Soare. Deși se consideră că conține zeci de planete pitice, ea este compusă în principal din corpuri mici ale sistemului solar. Multe dintre obiectele mai mari din centura Kuiper, ca Quaoar, Varuna și Orcus, pot fi recunoscute ca planete pitice dacă vor fi date suplimentare despre ele. Se estimează că acolo sunt peste 100.000 de obiecte cu un diametru mai mare de 50 km, dar masa totală a centurii Kuiper se consideră a fi doar o zecime sau chiar o sutime din masa Pământului. Multe obiecte din centura Kuiper au mai mulți sateliți, iar cele mai multe au orbite care le duc în afara planului ecliptic.

Centura Kuiper poate fi împărțită în centura clasică și rezonantă. Obiectele rezonante au o orbită legată de cea a lui Neptun (de exemplu, orbitează în jurul Soarelui de două ori pentru fiecare trei orbitări ale lui Neptun, sau o dată la fiecare două). Prima rezonanță are loc în orbita lui Neptun. Centura clasică constă în obiecte care nu au rezonanță cu Neptun, și se întinde de la aproximativ 39,4 UA până la 47,7 UA. Obiectele din centura clasică Kuiper se clasifică ca cubewano, după ce a fost descoperit primul obiect de acest fel, , și până acum au o orbită asemănătoare cu orbita lor inițială care avea o excentricitate mică.

Pluto și Charon

Planeta pitică Pluto (distanța medie de la Soare: aprox. 39 UA) este cel mai mare obiect cunoscut din centura Kuiper. Când a fost descoperit în 1930, era considerat a noua planetă; această clasificare s-a schimbat în 2006, când s-a adoptat o definție formală mai riguroasă a unei planete. Pluto are o orbită relativ excentrică, înclinată la 17 grade față de planul eclipticei, iar distanța sa față de Soare variază între 29,7 UA la periheliu (situat în interiorul orbitei lui Neptun) și 49,5 UA la afeliu.

Charon, cel mai mare satelit al lui Pluto, este câteodată descris ca alcătuind un sistem binar cu Pluto, deoarece cele două corpuri orbitează în jurul unui baricentru gravitațional comun situat deasupra suprafețelor lor (aceasta înseamnă că ele par a se „orbita reciproc"). În afară de Charon, sunt cunoscuți alți patru sateliți mai mici care orbitează în jurul planetei Pluto, și anume: P5, Nix, P4, și Hydra.

Pluto are un raport de rezonanță orbitală de 3:2 cu Neptun, aceasta însemnând că Pluto efectuează două revoluții complete în jurul Soarelui la fiecare trei revoluții complete ale lui Neptun. Obiectele din centura Kuiper care posedă aceeași rezonanță orbitală sunt cunoscute ca obiecte obiecte plutino.

Makemake și Haumea

Planeta pitică Makemake (distanța medie de la Soare: 45,79 UA), deși este mai mică decât Pluto, este cel mai mare obiect cunoscut din centura Kuiper clasică (adică el nu prezintă un raport confirmat de rezonanță orbitală cu Neptun). Makemake este cel mai luminos obiect din centura Kuiper după Pluto. A fost denumită și desemnată ca planetă pitică în 2008. Orbita sa este mult mai înclinată decât cea a lui Pluto, la 29°.

Haumea (distanța medie de la Soare: 43,13 UA) are o orbită similară cu cea a lui Makemake, cu excepția faptului că prezintă o rezonanță orbitală de 7:12 cu Neptun. Este de aproape aceeași mărime ca și Makemake și are doi sateliți naturali. O rotație rapidă, cu o perioadă de 3,9 ore, îi conferă o formă alungită și aplatizată. A fost denumită și desemnată ca planetă pitică în 2008.

Discul împrăștiat

Discul împrăștiat, ce se suprapune peste centura lui Kuiper dar se extinde mult în afara acesteia, este posibila sursă a cometelor de perioadă scurtă. Se crede că obiectele din discul împrăștiat au fost transformate în obiecte neregulate datorită influenței gravitaționale a migrației timpurii a lui Neptun. Multe astfel de obiecte au periheliul undeva în centura Kuiper dar afeliul mult în afara sa (unele obiecte au afeliul și la 150 UA depărtare de Soare). Orbitele obiectelor din discul împrăștiat sunt de asemenea foarte înclinate față de planul eclipticei, și adesea sunt chiar perpendiculare pe acesta. Unii astronomi consideră discul împrăștiat a fi pur și simplu o altă regiune a centurii Kuiper, iar obiectele discului împrăștiat sunt considerate „obiecte împrăștiate din centura Kuiper". Unii astronomi de asemenea clasifică centaurii ca obiecte împrăștiate de interior ale centurii Kuiper împreună cu obiectele împrăștiate din discul împrăștiat.

Eris (68 UA distanță medie față de Soare) este cel mai mare obiect cunoscut din discul împrăștiat și a provocat incertitudini în ceea ce privește definirea unei planete, deoarece este cu 25% mai masiv decât Pluto și are aproximativ același diametru. Este cea mai masivă dintre planetele pitice cunoscute. Are un singur satelit, Dysnomia. Ca și în cazul lui Pluto, orbita sa este foarte excentrică, cu periheliul situat la 38,2 UA (aproximativ distanța de la Pluto la Soare) și afeliul la 97,6 UA, fiind de asemenea puternic înclinată față de planul eclipticei.

Regiuni mai îndepărtate

Punctul în care se încheie sistemul solar și începe spațiul interstelar nu este definit cu precizie, deoarece granițele sale exterioare sunt modelate de două forțe distincte: vântul solar și gravitația Soarelui. Limita exterioară a influenței vântului solar este de aproximativ de patru ori distanța de la Pluto la Soare; această heliopauză este considerată începutul mediului interstelar. Cu toate acestea, sfera lui Hill a Soarelui, raza efectivă de dominație gravitațională a sa, se crede că se extinde până la o mie de ori mai departe.

Heliopauză

Heliosfera este împărțită în două regiuni distincte. Vântul solar călătorește cu o viteză de până la aproximativ 400 km/s până când se ciocnește cu vântul interstelar; un flux de plasmă în mediul interstelar. Coliziunea are loc la încetarea șocului, care este aproximativ de 80-100 UA de la Soare din direcția opusă vântului mediului interstelar și aproximativ 200 UA de la Soare din direcția vântului. Aici vântul încetinește dramatic, se condensează și devine mai turbulent, formând o structură ovală mare cunoscută sub numele de helioînveliș. Această structură se crede că arată și se comportă foarte mult ca coada unei comete și se extinde în exterior până la 40 UA în partea direcției opuse vântului, dar coada este de mai multe ori că distanța decât distanța direcției vântului; dar probele de pe Cassini și nava spațială Interstellar Boundary Explorer sugerează că aceasta este, de fapt, forțată într-o formă de bule sub acțiunea de constrângere a câmpului magnetic interstelar. și au raportat că au trecut încetarea șocului și au intrat în helioînveliș, la 94 UA și respectiv 84 UA de la Soare. Limita exterioară a heliosferei, heliopauza, este punctul în care vântul solar în cele din urmă se termină și se începe spațiului interstelar.

Forma și marginea exterioară a heliosferei sunt probabil afectate de dinamica fluidelor a interacțiunilor cu mediul interstelar precum și de câmpuri magnetice solare existente la sud, de exemplu este direct modelat de emisfera nordică care se extinde cu 9 UA mai departe decât emisfera sudică. Dincolo de heliopauza, în jurul valorii de 230 UA, se află arcul de șoc, o „urmă" de plasmă lăsată de Soare când acesta călătorește prin Calea Lactee.

Nici o navă spațială încă nu a depășit heliopauza, așa că este imposibil să cunoaște condițiile din spațiul interstelar local. Se așteaptă ca nava spațială Voyager NASA va trece în următorul deceniu heliopauza și va transmite date valoroase privind nivelurile de radiații și vântul solar ce se întoarce spre Pământ. Cât de bine Heliosfera apără sistemul solar de razele cosmice este încă rău cunoscut. O echipă finanțată de NASA a dezvoltat un concept de „Misiune Viziune", care are scopul de a trimite o sondă spre heliosferă.

90377 Sedna (525,86 UA mediu) eu un obiect mare, roșiatic, cu o orbită eliptică care este de aproximativ 76 UA la periheliu și 928 UA la afeliu și care durează 12.050 de ani. Mike Brown, omul care a descoperit acest obiect în 2003, afirmă că aceast obiect nu poate face parte din discul împrăștiat sau centura Kuiper astfel cum periheliu este prea îndepărtat ca să poată fi afectat de migrațiea lui Neptun. El și alți astronomi consideră că acest obiect este de un tip cu totul nou, în care mai poate fi inclus obiectul , care are un periheliu de 45 UA și un afeliu de 415 UA, și o perioadă orbitală de 3.420 de ani. Brown denumește această populație ca „norul lui Oort interior", așa cum este posibil să se fi format printr-un proces similar, deși este mult mai aproape de Soare. Sedna este foarte asemănătoare cu o planetă pitică, deși forma sa încă nu este determinată.

Norul lui Oort

Norul lui Oort este un nor ipotetic de formă sferică cu până la un trilion de obiecte de gheață, care este considerat a fi sursa pentru toate comete de lungă durată și înconjoară sistemul solar la o distastanță de aproximativ 50.000 UA (în jur de 1 an-lumină (al)), și posibil până la 100.000 UA (1,87 al). Acesta este considerat a fi compus din comete care au fost aruncate din sistemul solar interior de interacțiunile gravitaționale cu planetele exterioare. Obiectele din norul lui Oort se mișcă foarte încet, și pot fi perturbate de evenimente rare, cum ar fi coliziunile, efectele gravitaționale ale unei stele în trecere sau mareea galactică, o forță mareică exercitată de către Calea Lactee.

O mare parte din sistemul solar este încă necunoscut. Câmpul gravitațional al Soarelui este estimat să domine forțele gravitaționale ale stelelor din apropierea de 2 ani-lumină (125.000 UA). Estimările mai mici pentru raza norului lui Oort, ca contrast, nu-l pun mai departe de 50.000 UA. În ciuda descoperirilor cum ar fi Sedna, regiunea dintre centura Kuiper și norul lui Oort, o zonă cu raza de zeci de mii de UA, este încă practic necunoscută. Există, de asemenea, studii în curs de desfășurare ale regiunii dintre Mercur și Soare. Mai pot fi descoperite obiecte în regiunile neexplorate ale sistemului solar.

În noiembrie 2012, NASA a anunțat că Voyager 1 a abordat zona de tranzit cu limita exterioară a sistemului solar, instrumentele sale detectând o intensificare bruscă a câmpului magnetic. Nici o schimbare în direcția câmpului magnetic n-a avut loc, ceea ce oamenii de știință din NASA interpretează în a indica că Voyager 1 nu a părăsit sistemul solar.

Contextul galactic

Sistemul solar este localizat în galaxia Calea Lactee, o galaxie spiralată cu un diametru de aproximativ 100 000 de ani-lumină, ce conține în total circa 200 de miliarde de stele. Ca localizare generală, Soarele se află în cadrul uneia dintre brațele (sau spiralele) exterioare ale Căii Lactee, cunoscut ca Brațul Orion, sau „Pintenul Local". Soarele se află la aproximativ 25 000 și 28 000 de ani lumină distanță de Centrul Galactic, iar viteza sa în raport cu galaxia este de aproximativ 220 de kilometri pe secundă, astfel completează o revoluție galactică odată la 225-250 de milioane de ani. Această revoluție este cunoscută în limbajul științific ca an galactic al sistemului solar. Apexul solar, punctul spre care Soarele se deplasează în mișcarea lui prin Calea Lactee, se află în apropierea stelei strălucitoare Vega, dar la zona mărginașă dintre constelațiile Lira și Hercule. Planul eclipticei se află la un unghi de aproximativ 60° față de planul galactic.

Localizarea sistemului solar în galaxie este factorul care a determinat evoluția vieții pe Pământ. Orbita sa este aproape circulară, și vitezele orbitale din apropierea Soarelui sunt aproape la fel de rapide ca și cele ale brațelor spirale. Prin urmare, Soarele tranzitează brațele galaxiei foarte rar. Deoarece în zona orbitală a Soarelui (adică în zona brațelor spirale) există mai puține supernove, instabilități gravitaționale și radiații care ar putea distruge sistemul solar, astfel Pământul a avut lungi perioade de stabilitate în care viața a putut să prospere. De asemenea, sistemul solar se află poziționat cu mult în afara zonelor foarte aglomerate cu stele ale centrului galactic. În apropierea centrului, forțele gravitaționale venite de la alte stele ar putea smulge obiectele afla în Norul lui Oort și să trimită multe comete înspre sistemul solar interior, producând coliziune cu probabile implicații catastrofale pentru viața de pe Pământ. Radiațiile intense ale centrului galactic ar putea, de asemenea, să perturbe evoluția formelor de viață complexe. Chiar și pentru localizarea curentă a sistemului solar, unii savanți au presupus ca acum 35 000 de ani, unele supernove să fi afectat negativ viața de pe Pământ, prin aruncarea unor fragmente de nucleu stelar spre Soare sub forma unor fire de praf radioactive și chiar obiecte mai mari, asemănătoare cometelor.

Vecinătate

În imediata vecinătate galactică a sistemului solar se află Norul Local Interstelar, un nor astronomic dens dintr-o altă regiune împrăștiată cunoscută ca Bula Locală, o cavitate în formă de clepsidră din mediul interstelar de cel puțin 300 de ani lumină în lungime. Bula este saturată cu plasmă de temperatură înaltă ceea ce sugerează că a fost produsă recent de unele supernove.

Sunt relativ câteva stele aflate la mai puțin de zece ani lumină (95 de trilioane de km) de Soare. Cel mai apropiat este sistemul triplu stele Alfa Centauri, din constelația Centaurul, aflat la 4,4 ani lumină distanță și compus dintr-o pereche de stele (Alfa Centauri A și B) asemănătoare Soarelui, în jurul cărora gravitează la o distanță de 0,2 ani-lumină pitica roșie Alfa Centauri C, de o luminozitate relativ mică. Aceasta din urmă este steaua cea mai apropiată de Soare, la o distanță de 4,24 ani-lumină, motiv pentru care mai este numită „ Proxima Centauri". Următoarele cele mai apropiate stele față de Soare sunt piticele roșii Steaua lui Barnard (la 5,9 ani lumină), Wolf 359 (7,8 ani lumină) și Lalande 21185 (8,3 ani lumină). Cea mai mare stea din lista celor mai apropiate este de departe Sirius, o stea luminoasă din secvența principală de stele a cărei masă este asemănătoare cu cea a Soarelui și orbitată de către o pitică albă denumită Sirius B. Se află la aproximativ 8,6 ani lumină distanță. Celelalte sisteme stelare mai apropiate de zece ani lumină sunt sistemul binar Luyten 726-8 dintre două stele pitice albe și roșii (la 8,7 ani lumină) și pitica roșie solitară Ross 154 (9,7 ani lumină). Cea mai apropiată stea solitară asemănătoare Soarelui este Tau Ceti, localizată la 11,9 ani lumină depărtare. Ea are aproximativ 80% din masa Soarelui, dar doar 60% din luminozitatea sa. Cea mai apropiată planetă extrasolară de sistemul solar se află în preajma stelei Alpha Centauri B. Una dintre planetele confirmate ale acesteia, Alpha Centauri Bb, are cel puțin 1,1 din masa Pământului și orbitează steaua la fiecare 3,236 zile.

Sistemul Solar în imagini

Câteva exemple vizuale ale celor mai apropiate obiecte din Sistemul Solar, selectate după mărime și detalii și sortate după volum. Soarele este de aproximativ 10 000 de ori mai mare și de 41 de trilioane de ori mai voluminos decât cele mai mic obiect prezentat (Prometeu). Listele mai includ: lista obiectelor din Sistemul Solar după mărime, listă de sateliți naturali, lista planetelor minore și listă de comete.

1. Scrierea numelui cu inițiale majuscule nu este unanim acceptată. ^ UAI, organul care deține autoritatea în domeniul nomenclaturii astronomice, specifică că trebuie scrise cu majuscule numele tuturor obiectelor individuale astronomice (Sistemul solar). Cu toate acestea, numele este frecvent scris cu litere mici (sistemul solar) - de exemplu în Dicționarul Oxford al limbii engleze și Merriam-Webster's 11th Dicționarul enciclopedic

2. Vezi ^ Lista de sateliți naturali, pentru o listă completă a sateliților naturali ai celor opt planete și ai primelor cinci planete pitice.

3. Măsurătorile astronomice ale distanței în cadrul sistemului solar se fac în ^ unități astronomice (UA). O UA este egală cu distanța medie dintre Pământ și Soare, sau 149,598,000 km. În medie, Pluto se află la 39 de UA de Soare iar Jupiter la aproximativ 5,2 UA. Un an lumină este echivalent cu 63,241 UA.

4. Dacă ψ reprezintă unghiul dintre ^ polul nord al eclipticei și polul nord galactic, atunci:

,

unde 27° 07′ 42.01″ și 12h 51m 26.282 reprezintă declinația și ascensia dreaptă a polului nord galactic,[136] în timp ce 66° 33′ 38.6″ și 18h 0m 00 sunt cele pentru polul nord al eclipticei. (Ambele perechi de coordonate sunt pentru epoca J2000.) Rezultatul calculului este de 60.19°.

1. ^ Mike Brown (). „"Free the dwarf planets!"". "Mike Brown's Planets (self-published)" (în engleză).

2. ^

3. ^ Minor Planet Center, Uniunea Astronomică Internațională. Accesat pe 4 martie 2013.

4. ^ doi:10.1016/S0273-1177(03)00578-7 10.1016/S0273-1177(03)00578-7

5. ^

6. ^ „Plutoid chosen as name for Solar System objects like Pluto". International Astronomical Union. 11 iunie 2008, Paris.

7. ^ Achenbach, Joel; Feltman, Rachel (). „New evidence suggests a ninth planet lurking at the edge of the solar system". The Washington Post. ISSN 0190-8286.

8. ^ Batygin, Konstantin; Brown, Michael E. (). „Evidence for a distant giant planet in the Solar system". The Astronomical Journal. 151 (2). doi:10.3847/0004-6256/151/2/22.

9. ro ^ „Planeta Nouă" a Sistemului Solar ar fi un Super-Pământ

10. "Today we know of more than a dozen dwarf planets in the solar system".^ The PI's Perspective

11. ^ Weinert, Friedel (). Copernicus, Darwin, & Freud: revolutions in the history and philosophy of science. Wiley-Blackwell. p. 21. ISBN 978-1-4051-8183-9.

12. ^ Davoust, Emmanuel. "A hundred years of science at the Pic du Midi Observatory". arXiv:astro-ph/9707201

13. ^ Audrey Delsanti and David Jewitt (). „The Solar System Beyond The Planets" (PDF). Institute for Astronomy, University of Hawaii. Arhivat din original (PDF) la .

14. ^ Krasinsky, G. A. (). „Hidden Mass in the Asteroid Belt". Icarus. 158 (1): 98-105. Bibcode:2002Icar..158...98K. doi:10.1006/icar.2002.6837.

15. ^ Levison, H. F. (). „Formarea Centurii Kuiper prin transportul exterior al corpurilor în timpul migrației planetei Neptun". Nature. 426 (6965): 419-421. doi:10.1038/nature02120. PMID 14647375.

16. ^ Amir Alexander (). „New Horizons Set to Launch on 9-Year Voyage to Pluto and the Kuiper Belt". The Planetary Society. Arhivat din original la .

17. ^ Marochnik, L. and Mukhin, L. (). „"Is Solar System Evolution Cometary Dominated?". În Shostak, G. S. Progress in the Search for Extraterrestrial Life. Astronomical Society of the Pacific Conference Series. 74. p. 83.

18. ^ „Dawn: A Journey to the Beginning of the Solar System". Space Physics Center: UCLA. . Arhivat din original la .

19. , citând ^ Eddy, J. (). A New Sun: The Solar Results From Skylab. NASA. p. 37. NASA SP-402.

20. ^ Paul Robert Weissman, Torrence V. Johnson (). Encyclopedia of the solar system. Academic Press. p. 615. ISBN 0-12-088589-1.

21. ^

22. ^

23. ^ Michael Zellik (). Astronomy: The Evolving Universe (ed. 9th). Cambridge University Press. p. 240. ISBN 0-521-80090-0. OCLC 223304585 46685453 .

24. ^ Placxo, Kevin W. (). Astrobiology: a brief introduction. JHU Press. p. 66. ISBN 978-0-8018-8367-5.

25. Data se bazează pe cele mai vechi incluziuni identificate în ^ meteoriți și se consideră a fi data de formare a primului material solid în perioada colapsului nebuloasei.
A. Bouvier and M. Wadhwa. "The age of the solar system redefined by the oldest Pb-Pb age of a meteoritic inclusion." Nature Geoscience, în presă, 2010. doi:10.1038/NGEO941

26. ^ Greaves, Jane S. (). „Disks Around Stars and the Growth of Planetary Systems". Science. 307 (5706): 68-71. Bibcode:2005Sci...307...68G. doi:10.1126/science.1101979. PMID 15637266.

27. ^ Sukyoung Yi; Pierre Demarque; Yong-Cheol Kim; Young-Wook Lee; Chang H. Ree; Thibault Lejeune; Sydney Barnes (). „Toward Better Age Estimates for Stellar Populations: The Isochrones for Solar Mixture". Astrophysical Journal Supplement. 136: 417. arXiv:astro-ph/0104292  . Bibcode:2001ApJS..136..417Y. doi:10.1086/321795.

28. ^ Pogge, Richard W. (). „The Once & Future Sun". New Vistas in Astronomy. Arhivat din original (lecture notes) la .

29. ^ „Sun: Facts & Figures". NASA. Arhivat din original la .

30. ^ Zirker, Jack B. (). Journey from the Center of the Sun. Princeton University Press. pp. 120-127. ISBN 978-0-691-05781-1.

31. ^

32. ^ Smart, R. L.; Carollo, D.; Lattanzi, M. G.; McLean, B.; Spagna, A. (). „The Second Guide Star Catalogue and Cool Stars". În Hugh R. A. Jones and Iain A. Steele. Ultracool Dwarfs: New Spectral Types L and T. Springer. p. 119. Bibcode:2001udns.conf..119S.

33. ^ A Star with two North Poles, 22 aprilie 2003, Science @ NASA

34. Schenk P., Melosh H. J. (1994), ^ Lobate Thrust Scarps and the Thickness of Mercury's Lithosphere, Abstracts of the 25th Lunar and Planetary Science Conference, 1994LPI....25.1203S

35. Benz, W., Slattery, W. L., Cameron, A. G. W. (1988), ^ Collisional stripping of Mercury's mantle, Icarus, v. 74, p. 516-528.

36. Cameron, A. G. W. (1985), ^ The partial volatilization of Mercury, Icarus, v. 64, p. 285-294.

37. ^ Mark Alan Bullock (). „The Stability of Climate on Venus" (PDF). Southwest Research Institute.

38. ^ Paul Rincon (). „Climate Change as a Regulator of Tectonics on Venus" (PDF). Johnson Space Center Houston, TX, Institute of Meteoritics, University of New Mexico, Albuquerque, NM.

39. ^ David C. Gatling, Conway Leovy (). „Mars Atmosphere: History and Surface Interactions". În Lucy-Ann McFadden et. al. Encyclopaedia of the Solar System. pp. 301-314.

40. ^ Scott S. Sheppard, David Jewitt, and Jan Kleyna (). „A Survey for Outer Satellites of Mars: Limits to Completeness" (PDF). Astronomical Journal.

41. ^ „Are Kuiper Belt Objects asteroids? Are large Kuiper Belt Objects planets?". Cornell University.

42. ^

43. ^ „History and Discovery of Asteroids" (DOC). NASA.

44. ^ Barucci, M. A. (). „Physical Properties of Trojan and Centaur Asteroids". Asteroids III. Tucson, Arizona: University of Arizona Press. pp. 273-87.

45. ^ A. Morbidelli, W. F. Bottke Jr., Ch. Froeschlé, P. Michel; Bottke; Froeschlé; Michel (). W. F. Bottke Jr., A. Cellino, P. Paolicchi, and R. P. Binzel, ed. „Origin and Evolution of Near-Earth Objects" (PDF). Asteroids III. University of Arizona Press: 409-422. Bibcode:2002aste.conf..409M.

46. ^ Jack J. Lissauer, David J. Stevenson (). „Formation of Giant Planets" (PDF). NASA Ames Research Center; California Institute of Technology.

47. ^ John Stansberry, Will Grundy, Mike Brown, Dale Cruikshank, John Spencer, David Trilling, Jean-Luc Margot (). „Physical Properties of Kuiper Belt and Centaur Objects: Constraints from Spitzer Space Telescope". The Solar System Beyond Neptune. p. 161. arXiv:astro-ph/0702538  . Bibcode:2008ssbn.book..161S.

48. ^ Królikowska, M. (). „A study of the original orbits of hyperbolic comets". Astronomy & Astrophysics. 376 (1): 316-324. Bibcode:2001A&A...376..316K. doi:10.1051/0004-6361:20010945.

49. Ovidiu C. Furdui, ^ Evoluția orbitală a corpurilor transneptuniene. Teză de doctorat, Universitatea Babeș-Bolyai din Cluj-Napoca, 2011. Rezumat disponibil on-line, accesat la 24 septembrie 2013.

50. ^ Stephen C. Tegler (). „Kuiper Belt Objects: Physical Studies". În Lucy-Ann McFadden et. al. Encyclopedia of the Solar System. pp. 605-620.

51. ^ E. Dotto1, M. A. Barucci2, and M. Fulchignoni (). „Beyond Neptune, the new frontier of the Solar System" (PDF).

52. ^ Fajans, J. (). „Autoresonant (nonstationary) excitation of pendulums, Plutinos, plasmas, and other nonlinear oscillators" (PDF). American Journal of Physics. 69 (10): 1096-1102. doi:10.1119/1.1389278.

53. ^ Marc W. Buie (). „Orbit Fit and Astrometric record for 136472". SwRI (Space Science Department).

54. ^ Michael E. Brown. „The largest Kuiper belt objects" (PDF). CalTech.

55. ^ Littmann, Mark (). Planets Beyond: Discovering the Outer Solar System. Courier Dover Publications. pp. 162-163. ISBN 978-0-486-43602-9.

56. ^ Stone, E. C.; Cummings, A. C.; McDonald, F. B.; Heikkila, B. C.; Lal, N.; Webber, W. R. (). „Voyager 1 explores the termination shock region and the heliosheath beyond". Science. 309 (5743): 2017-20. Bibcode:2005Sci...309.2017S. doi:10.1126/science.1117684. PMID 16179468.

57. ^ P. C. Frisch (University of Chicago) (). „The Sun's Heliosphere & Heliopause". Astronomy Picture of the Day.

58. ^

59. ^ David Jewitt (). „Sedna - 2003 VB₁₂". University of Hawaii.

60. ^ T. Encrenaz, JP. Bibring, M. Blanc, MA. Barucci, F. Roques, PH. Zarka (). The Solar System: Third edition. Springer. p. 1.

61. ^

Bibliografie

Martin Rees, Universul, ghid vizual complet, coordonator [...], Traducere din limba engleză de Ana-Maria Negrilă-Chisega, Liana Stan, Enciclopedia RAO 2008, București, 512 de pagini. ISBN 978-973-717-319-5

Legături externe

# data[].attributes.attachment_link.description
Sistemul solar Planetele și planetele pitice din sistemul solar. Dimensiunile sunt la scară. Distanțele de la Soare nu sunt la scară.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Sistemul solar

Planetele și planetele pitice din sistemul solar. Dimensiunile sunt la scară. Distanțele de la Soare nu sunt la scară.

Caracteristici generale

Vârstă

4,568 Ga

Localizare

Norul Interstelar Local, Bula Locală, Brațul Orion, Calea Lactee

Masă

1,9919x101,0014 ³⁰ kg
( M☉)

Cea mai apropiată stea

Proxima Centauri (4,22 al), sistemul Alpha Centauri (4,37 al)

Cel mai apropiat sistem planetar

Sistemul Alpha Centauri (4,37 al)

Sistem

Semiaxa mare a celei mai îndepărtate planete
(Neptun)

4,503 miliarde de km
(30,10 ua)

Stele

1: Soarele

Planete

8: Mercur, Venus, Pământ, Marte, Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun

Planete pitice

5 ( UAI): Ceres, Pluto, Haumea, Makemake și Eris; sute de candidați suplimentari[1]

Nr. sateliților naturali cunoscuți

≈ 420 (173 ai planetelor[2], 8 ai planetelor pitice și 240 de corpuri pitice[3])

Nr. planetelor minore catalogate

624.731 (16 iulie 2013)[4]
625.782 (13 septembrie 2013)[2]

622.545, dintre care 369.956 fiind numerotați (13 septembrie 2013)[2]

3.263, dintre care 364 fiind numerotate (15 aprilie 2014)[2]

Nr. sateliților sferici identificați

19

Orbita în jurul centrului galactic

Înclinarea planului invariabil în raport cu planul galactic

60,19°

Distanța de la centrul galaxiei

(27 000 ± 1 000) al

Viteză orbitală

220 km/s

Perioadă orbitală

225-250 Ma

Proprietățile stelei (stelelor)

Tip spectral

G2V

Distanța liniei de gheață

≈ 5 ua[5]

Distanța falezei Kuiper

≈ 50 ua

Distanța șocului terminal

≈ 75 - 90 ua

Distanța heliopauzei

≈ 120 ua

Raza sferei lui Hill

≈ 1-2 al

Sistemul solar (scris și Sistemul Solar) este format din Soare împreună cu sistemul său planetar (care cuprinde opt planete împreună cu sateliții lor naturali) și alte obiecte non-stelare.

În afară de cele opt planete, oamenii de știință au emis ipoteza existenței unei alte planete, denumită provizoriu A noua planetă. Această ipotetică planetă gigantă s-ar afla la marginea Sistemului Solar. Existența planetei ar explica configurarea orbitală neobișnuită a unui grup de obiecte transneptuniene (OTN). La 20 ianuarie 2016, cercetătorii Konstantin Batygin și Michael E. Brown de la Institutul de Tehnologie din California au anunțat că există dovezi suplimentare indirecte privind existența unei a noua planete dincolo de orbita planetei Neptun. Aceasta ar orbita în jurul Soarelui între 10.000 și 20.000 de ani. Conform studiului publicat în Astronomical Journal, „Planeta Nouă" ar avea o masă de aproximativ 10 ori mai mare decât Terra și s-ar afla la minim 200 UA.

Sistemul este situat într-unul dintre brațele exterioare ale galaxiei Calea Lactee (mai precis în Brațul Orion), galaxie care are cca. 200 de miliarde de stele.

El s-a format acum 4,6 miliarde de ani, ca urmare a colapsului gravitațional al unui gigant nor molecular. Cel mai masiv obiect este steaua centrală - Soarele, al doilea obiect ca masă fiind planeta Jupiter. Cele patru planete interioare mici, Mercur, Venus, Pământul și Marte, numite planete terestre / planete telurice, sunt compuse în principal din roci și metal. Cele patru planete exterioare, numite giganți gazoși, sunt mult mai masive decât cele telurice. Cele mai mari două planete, Jupiter și Saturn, sunt compuse în principal din hidrogen și heliu; cele două planete mai îndepărtate, Uranus și Neptun, sunt compuse în mare parte din substanțe cu o temperatură de topire relativ ridicată (comparativ cu hidrogenul și heliu), numite , cum ar fi apa, amoniacul și metanul. Ele sunt denumite „giganți de gheață" (termen distinct de cel de „gigant gazos"). Toate planetele au orbite aproape circulare dispuse într-un disc aproape plat numit plan ecliptic.

Sistemul solar prezintă câteva regiuni unde se află diferite obiecte mici. Centura de asteroizi, situată între Marte și Jupiter, este similară din punct de vedere al compoziției cu planetele terestre, deoarece o mare parte dintre obiecte sunt compuse din rocă și metal. Dincolo de orbita lui Neptun se află centura Kuiper și discul împrăștiat; multe dintre obiectele transneptuniene sunt în mare parte compuse din ghețuri. Printre aceste obiecte, de la câteva zeci până la mai mult de zece mii de obiecte pot fi suficient de mari pentru a fi fost rotunjite de propria gravitație. Astfel de obiecte sunt denumite planete pitice. Planetele pitice identificate până în prezent includ asteroidul Ceres și obiectele transneptuniene: Pluto, Eris, Haumea și Makemake. În plus, în aceste două regiuni se află diferite alte corpuri mici, cum ar fi comete, centauri și materie interplanetară. Șase planete, cel puțin trei planete pitice și multe alte corpuri mici au sateliți naturali care se rotesc în jurul lor. Fiecare planetă exterioară este înconjurată de inele planetare alcătuite din praf și alte obiecte mici.

Vântul solar (un flux de plasmă de la Soare) creează în mediul interstelar o bulă cunoscută ca heliosferă, care se extinde până la marginea discului împrăștiat. La limita sa exterioară se află Norul lui Oort, care reprezintă doar un câmp de resturi rămase după crearea planetelor, fiind considerat a fi sursa pentru cometele cu perioadă lungă. El se întinde până la o distanță aproximativ de o mie de ori mai mare decât heliosfera. Heliopauza este punctul în care presiunea vântului solar este egală cu presiunea opusă a vântului interstelar.

Descoperire și explorare

Timp de câteva mii de ani umanitatea, cu puține excepții, nu a recunoscut existența sistemului solar. Oamenii credeau că Pământul se află în centrul Universului și este cu totul diferit de celelalte obiecte divine și eterice care se mișcă pe cer. Deși filozoful grec Aristarh din Samos a speculat despre reorganizarea heliocentrică a cosmosului, Nicolaus Copernicus a fost primul astronom care a dezvoltat un sistem matematic heliocentric predictiv. Succesorii săi din secolul al XVII-lea ( Galileo Galilei, Johannes Kepler și Isaac Newton) au avut o înțelegere a fizicii care i-a condus la admiterea graduală a ideii că Pământul se rotește de fapt în jurul Soarelui și că celelalte planete sunt guvernate de aceleași legi ale fizicii care guvernează și Pământul. În plus, inventarea telescopului a condus la descoperirea unor planete și sateliți noi. În timpurile mai recente, îmbunătățiri ale telescoapelor și folosirea navelor spațiale fără echipaj au deschis drumul studierii fenomenelor geologice din sistemul solar (studiul munților și craterelor de impact) și a fenomenelor meteorologice sezoniere de pe unele planete (cum ar fi norii, furtunile de nisip și calotele de gheață).

Structură și compoziție

Componentul principal al sistemului solar este Soarele, o stea de tip G2 din secvența principală ce conține 99,86% din masa cunoscută a sistemului și îl domină din punct de vedere gravitațional. Cele mai mari patru corpuri ce orbitează în jurul Soarelui, giganții gazoși, constituie circa 99% din masa rămasă, Jupiter și Saturn deținând împreună mai mult de 90%.

Majoritatea obiectelor mari care orbitează în jurul Soarelui se află în apropierea planului orbitei Pământului, cunoscut și ca ecliptică. Orbitele planetelor sunt foarte apropiate de ecliptică în timp ce orbitele cometelor și ale obiectelor din centura Kuiper au adesea unghiuri de intersecție cu ecliptica destul de mari. Toate planetele și majoritatea celorlalte obiecte orbitează în jurul Soarelui în aceeași direcție în care se rotește acesta (în sens invers acelor de ceasornic, privit de deasupra polului nordic solar). Există excepții, cum ar fi cometa Halley.

Structura generală a regiunilor cartografiate ale sistemului solar constă din: steaua centrală - Soarele, patru planete interioare relativ mici înconjurate de o centură de asteroizi din rocă și, alți patru giganți de gaz - înconjurați la rândul lor de centura Kuiper și alte obiecte înghețate. Sistemul Solar interior include primele patru planete terestre și centura de asteroizi. Sistemul solar exterior se află dincolo de centura de asteroizi, incluzând cei patru giganți gazoși (cunoscuți și ca planete joviene). După descoperirea centurii Kuiper, zonele mărginașe ale sistemului solar sunt considerate a fi o regiune distinctă, aflată dincolo de orbita planetei Neptun.

Majoritatea planetelor din sistemul solar posedă un sistem secundar propriu, fiind orbitate de obiecte planetare denumite sateliți naturali, sau luni (dintre care două sunt mai mari decât planeta Mercur) sau, în cazul giganților gazoși, de către inele planetare (benzi subțiri de particule mici care gravitează în jurul planetei la unison). Majoritatea celor mai mari sateliți naturali se află în rotație sincronă cu perioada lor de revoluție, una dintre fețele lor fiind totdeauna îndreptată către planeta orbitată.

Legile lui Kepler cu privire la mișcarea planetară descriu orbitele obiectelor din jurul Soarelui. Urmând legile lui Kepler, fiecare dintre aceste obiecte se mișcă de-a lungul unei elipse, într-unul dintre focarele acesteia aflându-se Soarele. Obiectele mai apropiate de Soare (cu o semiaxă majoră mai mică) se deplasează mai repede, fiind influențate mai puternic de către gravitația Soarelui. Pe o orbită eliptică, distanța unui corp față de Soare variază de-a lungul perioadei sale de revoluție (denumită „an"). Cel mai apropiat punct față de Soare de pe orbita unui obiect este numit , în timp ce punctul cel mai îndepărtat se numește . Orbitele planetelor sunt aproape circulare, dar multe comete, asteroizi și obiecte din cadrul centurii Kuiper au orbite foarte eliptice. Pozițiile corpurilor în sistemul solar pot fi prezise folosindu-se modele numerice.

Deși Soarele domină sistemul prin masa sa, el măsoară doar 2% din momentul cinetic, datorat rotației diferențiale din interiorul Soarelui gazos. Planetele, dominate de Jupiter, măsoară cea mai mare parte din restul momentului cinetic datorat combinației dintre masele, orbitele și distanțele lor față de Soare, cometele având cel mai probabil și ele o contribuție semnificativă la total.

Datorită distanțelor vaste implicate, multe reprezentări ale sistemului solar arată orbitele la aceeași depărtare. În realitate cu cât o planetă sau o centură este mai departe de Soare, cu atât distanța dintre ea și orbita precedentă este mai mare, existând totuși și unele excepții. De exemplu, Venus se află la aproximativ 0,33 unități astronomice (UA) mai departe de Soare decât Mercur, în timp ce Saturn se află la 4,3 UA depărtare de Jupiter, iar Neptun la 10,5 UA de Uranus. Au fost făcute încercări pentru a determina relația dintre aceste distanțe orbitale (de exemplu, legea Titius-Bode), dar nu a fost acceptată nicio teorie de acest fel.

Soarele - ce cuprinde aproape toată materia din sistemul solar - este compus în proporție de aproximativ 98% din hidrogen și heliu. Jupiter și Saturn, care cuprind aproape întreaga materie rămasă, au în compoziția atmosferei circa 98% din aceleași elemente. Există un gradient al compoziției în sistemul solar, determinat de căldura și presiunea de radiație a luminii care provin de la Soare; obiectele care sunt mai aproapiate de Soare, sunt mult mai afectate de căldură și presiunea luminii, fiind compuse din elemente cu temperaturi de topire ridicate. Obiectele care sunt mai depărtate de Soare sunt compuse în mare parte din materiale cu temperaturi de topire mai mici. Granița din sistemul solar, dincolo de care aceste substanțe volatile se pot condensa este cunoscută sub numele de linia de îngheț și se află la aproximativ 5 UA de la Soare.

Obiectele din sistemul solar interior sunt compuse în mare parte din roci, materiale ce conțin compuși cu puncte de topire ridicate cum sunt silicații, fierul sau nichelul, care au rămas în stare solidă în aproape toate condițiile din nebuloasa protoplanetară. Jupiter și Saturn sunt compuși în mare parte din gaze, materiale cu puncte de topire extrem de scăzute și presiunea de vapori mare, cum ar fi hidrogenul molecular, heliul și neonul, care s-au aflat întotdeauna în fază gazoasă în nebuloasa inițială. Ghețurile, ca apa înghețată, metanul, amoniacul, hidrogenul sulfurat și dioxidul de carbon, au puncte de topire de până la câteva sute de grade kelvin, în timp ce stările lor depind de presiunea și temperatura ambiante. Ele pot fi găsite sub formă de gheață, lichide sau gaze, în diferite locuri din sistemul solar, în timp ce în nebuloasa inițială ele erau fie în stare solidă, fie în stare gazoasă. Substanțe înghețate se găsesc în compoziția majorității sateliților planetelor gigante, precum și în cea a planetelor Uranus și Neptun (așa-numiții giganți de gheață) și în numeroase obiecte mici care se află dincolo de orbita lui Neptun. Împreună, gazele și ghețurile sunt cunoscute și ca volatile.

Un număr de modele ale sistemului solar de pe Pământ au încercat să redea la scară relativă obiectele sistemului solar, dar în mediul antropic. Unele astfel de modele sunt mecanice - cunoscute și ca planetarii - în timp ce altele se pot extinde de-a lungul mai multor orașe sau regiuni. Cel mai mare model la scară, Sistemul Solar Suedez, folosește arena Ericsson Globe de 110 metri amplasată în Stockholm drept Soare și, respectând scara, un Jupiter de 7,5 metri la Aeroportul Internațional Arlanda, de la 40 km depărtare, în timp ce cel mai depărtat obiect, Sedna, este o sferă de 10 cm din Luleå, de la 912 km depărtare.

Geneză și evoluție

Sistemul solar s-a format acum 4,568 miliarde de ani, în urma colapsului gravitațional al unei regiuni din cadrul unui vast nor molecular. Acest nor inițial avea un diametru de mai mulți ani-lumină și a dat naștere, probabil, mai multor stele. La fel ca și majoritatea norilor moleculari, acesta era constituit, în principal, din hidrogen, mai puțin heliu și cantități mici de elemente mai grele formate în generațiile anterioare de stele. Când regiunea care avea să devină sistemul solar, denumită și nebuloasă pre-solară, a suferit un colaps, conservarea momentului cinetic a determinat-o să se rotească mai repede. Centrul, unde s-a concentrat cea mai mare parte a masei, a devenit din ce în ce mai fierbinte în raport cu discul din jur. Nebuloasa în contracție, rotindu-se tot mai repede, a început să se aplatizeze și a luat forma unui disc protoplanetar cu un diametru de aproximativ 200 UA, având o protostea fierbinte și densă în centru. Protoplanetele formate în urma acreției din acest disc de praf și gaz interacționau gravitațional, formând - prin contopire - corpuri din ce în ce mai mari. Sute de protoplanete au putut exista în sistemul solar timpuriu, dar acestea fie au fuzionat, fie au fost distruse, formând planete și planete pitice, iar resturile devenind obiecte minore.

Din cauza punctului lor de fierbere foarte mare, numai metalele și silicații au putut rezista în sistemul solar interior fierbinte, aproape de Soare, iar acestea au format planetele de rocă Mercur, Venus, Terra și Marte. Deoarece elementele metalice constituiau doar o fracțiune foarte mică din nebuloasa solară, planetele terestre nu au putut deveni foarte mari. Giganții gazoși (Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun) s-au format mai departe de Soare, dincolo de linia de îngheț: punctul dintre orbita lui Marte și a lui Jupiter începând de la care materia este suficient de rece pentru a permite compușilor volatili să rămână solizi. Ghețurile care formau aceste planete au fost mai numeroase decât metalele și silicații, care formau planetele terestre interioare, permițându-le să devină destul de masive pentru a capta atmosfere mari de hidrogen și heliu, elementele cele mai ușoare și mai abundente. Resturile care nu au devenit planete s-au concentrat în regiuni ca centura de asteroizi, centura Kuiper și norul lui Oort. Modelul de la Nisa este o explicație a creării acestor regiuni, precum și a modului în care planetele exterioare s-au putut forma în poziții diferite și au migrat, ajungând să aibă orbitele lor actuale prin diverse interacțiuni gravitaționale.

După 50 de milioane de ani, presiunea și densitatea hidrogenului din centrul protostelei au devenit suficient de mari pentru ca să înceapă fuziunea termonucleară. Temperatura, viteza de reacție, presiunea, precum și densitatea au crescut până când a fost atins echilibrul hidrostatic: presiunea termică a egalat forța gravitațională. În acel moment, Soarele a devenit o stea din secvența principală de stele. Vântul solar a creat heliosfera și a măturat gazul și praful rămase din discul protoplanetar în spațiul interstelar, punând capăt procesului de formare a planetelor.

Sistemul solar va rămâne aproximativ așa cum îl știm astăzi până când hidrogenul din nucleul Soarelui va fi complet transformat în heliu, eveniment ce va avea loc peste 5,4 miliarde de ani. Acest lucru va pune sfârșit perioadei principale de viață a Soarelui. În acel moment, nucleul Soarelui va suferi un colaps, iar energia produsă va fi mult mai mare decât în prezent. Straturile exterioare ale Soarelui se vor extinde, diametrul ajungând de circa 260 de ori mai mare decât în momentul actual și Soarele va deveni o gigantă roșie. Din cauza faptului că suprafața sa va crește foarte mult, ea va fi considerabil mai rece decât va fi fost în perioada principală a vieții lui (cu maximum 2600 K). În urma măririi Soarelui, Mercur și Venus se vor vaporiza iar planeta Pământ va deveni nelocuibilă, zona locuibilă mutându-se la orbita lui Marte. În cele din urmă, nucleul nu va mai fi suficient de fierbinte pentru fuziunea heliului; Soarele va arde heliul pentru o fracțiune a timpului în care a ars hidrogenul din nucleu. Soarele nu este destul de masiv pentru a începe fuziunea elementelor mai grele, și reacțiile nucleare din nucleu vor scădea. Straturile sale exterioare vor fi ejectate în spațiu, lăsând în urmă o pitică albă, un obiect extraordinar de dens, având jumătate din masa inițială a Soarelui (de mărimea Pământului). Straturile exterioare ejectate vor forma ceea ce este cunoscut sub numele de nebuloasă planetară, împrăștiind în mediul interstelar unele din materialele din care s-a format Soarele, dar și elemente mai grele, cum ar fi carbonul, create în Soare.

Soarele este steaua sistemului solar și de departe cel mai important component al acestuia. Masa sa mare (egală cu 332.900 de mase terestre) produce în nucleul său temperaturi și densități suficient de ridicate ca să susțină fuziunea nucleară, care eliberează o cantitate enormă de energie, din care cea mai mare parte radiază în restul sistemului sub formă de radiații electromagnetice, cu vârful situat în spectrul de 400-700 nm al luminii vizibile.

Soarele este clasificat ca fiind o pitică galbenă de tipul G2, dar acest nume poate induce în eroare, din moment ce comparativ cu majoritatea stelelor din galaxia noastră, Soarele este mai mare și mai luminos. Stelele sunt clasificate cu ajutorul diagramei Hertzsprung-Russell, o diagramă care reprezintă grafic luminozitatea stelelor împreună cu temperatura de la suprafața lor. În general, stelele mai fierbinți sunt mai luminoase. Stelele care satisfac această relație sunt denumite stele din secvența principală, iar Soarele se află chiar în mijlocul acestei secvențe. Totuși, stelele mai luminoase și mai fierbinți decât Soarele sunt rare, în timp ce stelele cu mult mai fade și mai reci, cunoscute și ca pitice roșii, sunt comune, reprezentând 85% din totalul stelelor din galaxie.

Unele dovezi sugerează că poziția Soarelui în secvența principală poate înseamna că acesta se află la mijlocul ciclului de viață al unei stele, pentru că nu și-a consumat încă rezerva de hidrogen folosit pentru fuziunea nucleară. Soarele devine tot mai luminos; mai devreme în evoluția sa, luminozitatea era doar 70% din cea actuală.

Soarele face parte din populația I de stele; a luat naștere în faza târzie a evoluției universului și astfel conține mai multe elemente mai grele decât hidrogenul și heliul (numite „ metale", în context astronomic) decât stelele mai vechi ce fac parte din populația a II-a. Elementele chimice mai grele decât hidrogenul și heliul s-au format în nucleele stelelor vechi care au explodat, așadar prima generație de stele a trebuit să dispară pentru ca universul să se poată îmbogăți cu aceste elemente. Stelele mai vechi conțin mai puține metale, în timp ce stelele născute mai târziu conțin mai multe. Se crede că acest conținut mai bogat în metale a fost crucial pentru ca Soarele să dezvolte un sistem planetar, deoarece planetele se formează prin acreția „metalelor".

Mediul interplanetar

Împreună cu lumina, Soarele radiază un flux continuu de particule încărcate ( plasmă) cunoscute ca vânt solar. Acest flux de particule se răspândește spre exterior, cu o viteză de aproximativ 1,5 milioane de kilometri pe oră, creând o atmosferă fragilă (heliosfera) care pătrunde în sistemul solar până la cel puțin 100 UA (vezi heliopauză). Această materie extrem de rarefiată este cunoscută sub numele de mediu interplanetar. Activitatea de pe suprafața Soarelui, cum ar fi erupțiile solare și ejecția masei coronale, perturbă heliosfera, generând vremea cosmică și cauzând furtuni geomagnetice. Cea mai mare structură din cadrul heliosferei este stratul de curent heliosferic, în formă de spirală, creat de acțiunea câmpului magnetic rotativ al Soarelui asupra mediului interplanetar.

Câmpul magnetic al Pământului împiedică atmosfera sa de a fi deposedată de vântul solar. Venus și Marte nu au câmp magnetic și ca rezultat, vântul solar face ca atmosferele lor să se împrăștie treptat în spațiu. Ejecțiile masei coronale și alte fenomene similare aruncă în spațiu un câmp magnetic și cantități imense de materie de pe suprafața Soarelui. Interacțiunea acestui câmp magnetic și a materialelor cu câmpul magnetic al Pământului provoacă apariția de particule încărcate în atmosfera superioară a Pământului, unde interacțiunea lor creează aurorele observabile în apropierea polilor magnetici.

Radiațiile cosmice provin din afara sistemului solar. Heliosfera și câmpurile magnetice planetare (pentru planetele care le au) apără parțial sistemul solar de particulele interstelare cu înaltă energie care formează razele cosmice. Densitatea razelor cosmice în mediul interstelar și puterea câmpului magnetic al Soarelui se schimbă în perioade lungi de timp, astfel încât nivelul de penetrare a radiațiilor cosmice în sistemul solar variază, deși este necunoscut cât de mult.

Mediul interplanetar conține cel puțin două regiuni în formă de disc alcătuite din praf cosmic. Prima, norul de praf zodiacal, se află în sistemul solar interior și cauzează lumina zodiacală. Probabil ea s-a format în urma coliziunilor din centura de asteroizi provocate de interacțiunea cu planetele. Cea de-a doua se întinde de la aproximativ 10 UA până la aproximativ 40 UA și a fost creată, probabil, de coliziuni similare din cadrul centurii Kuiper.

Sistemul solar interior

Sistemul solar interior este numele tradițional pentru regiunea care cuprinde planetele terestre și asteroizii. Obiectele din această regiune sunt compuse în mare parte din silicați și metale, fiind relativ aproape de Soare; raza întregii regiuni este mai mică decât distanța dintre orbitele lui Jupiter și Saturn.

Planete interioare

Cele patru planete interioare sau telurice / terestre au o compoziție densă, de roci, cu puțini sau chiar fără sateliți și fără sisteme de inele. Ele sunt compuse în mare parte din minerale refractare, cum ar fi silicații, care formează scoarțele și mantalele planetelor, și metale ca fierul și nichelul, care formează nucleele planetare. Trei din cele patru planete interioare (Venus, Terra și Marte) au o atmosferă destul de densă pentru a genera vremea; toate au cratere de impact și caracteristici tectonice de suprafață, cum ar fi rifturi și vulcani. Termenul de „planetă interioară" nu trebuie confundat cu termenul de „ planetă inferioară ", care desemnează planetele mai apropiate de Soare decât Pământul (adică Mercur și Venus).

Mercur (0,4 UA de la Soare) este cea mai apropiată planetă de Soare și cea mai mică planetă din sistemul solar (0,055 mase terestre). Mercur nu are niciun satelit natural, iar singurele caracteristici geologice cunoscute, în afara craterelor de impact, sunt crestăturile din scoarță, care cel mai probabil se datorează unei perioade timpurii de contracție din trecutul său. Atmosfera planetei Mercur este aproape neobservabilă și este formată din atomi desprinși de pe suprafața sa de către vântul solar. Apariția nucleului său de fier relativ mare și mantaua subțire nu au fost încă suficient explicate. Ipotezele includ faptul că straturile exterioare au fost dezagregate în urma impactului cu un obiect gigantic și că acreția completă a fost împiedicată de energia Soarelui tânăr.

Planeta Venus (0,7 UA de la Soare) este asemănătoare ca mărime cu Pământul (0,815 mase terestre) și, la fel ca și Terra, are o manta subțire de silicat deasupra unui nucleu de fier, o atmosferă substanțială și indicii ale unei activități geologice interne. Totuși, planeta este mult mai uscată decât Pământul iar atmosfera sa este de nouăzeci de ori mai densă. Venus nu are niciun satelit natural. Este cea mai fierbinte planetă, temperaturile de la suprafață depășind 400 °C, cel mai probabil din cauza cantității de gaze cu efect de seră din atmosferă. Nu a fost detectată nici o dovadă definitivă a unei activități geologice la momentul actual pe Venus, dar planeta nu are un câmp magnetic care să prevină epuizarea atmosferei sale substanțiale, ceea ce sugerează că aceasta este încontinuu alimentată de către erupțiile vulcanice.

Pământul (de asemena și Terra; 1 UA de la Soare) este cea mai mare și cea mai densă planetă interioară, singura despre care se cunoaște la momentul actual că este geologic activă și singurul loc din sistemul solar unde se cunoaște că există viață. Hidrosfera sa lichidă este unică printre planetele terestre, iar Terra este singura planetă unde au fost observate plăci tectonice. Atmosfera Pământului diferă radical față de cea a altor planete, fiind shimbată de prezența vieții și conținând aproximativ 21% de oxigen liber. Planeta Pământ are doar un satelit natural, Luna, care este singurul satelit mare al unei planete terestre din sistemul solar.

Marte (1,52 UA de la Soare) este mai mic decât Terra și Venus (are 0,107 mase terestre). Planeta posedă o atmosferă formată în mare parte din dioxid de carbon, cu o presiune la suprafață de 6,1 milibari (aproximativ 0,6% din presiunea atmosferică de la suprafața Pământului). Suprafața sa, brăzdată de vulcani vaști ca Olympus Mons și rifturi cum ar fi Valles Marineris, reprezintă o dovadă a activităților geologice care au persistat până relativ recent, cu două milioane de ani în urmă. Culoarea sa roșiatică provine de la oxizii de fier (rugină) din sol. Marte are doi sateliți naturali foarte mici ( Deimos și Phobos) despre care se crede că au fost asteroizi capturați de gravitația planetei.

Centura de asteroizi

Asteroizii sunt obiecte mici din sistemul solar, compuse în mare parte din roci refractare și minerale metalice, la care se mai adăugă gheața.

Centura de asteroizi se află între planetele Marte și Jupiter, la o distanță cuprinsă între 2,3 și 3,3 UA de la Soare. Se crede ea e alcătuită din resturile rămase în urma formării sistemului solar, care nu au reușit să se unească din cauza interferenței gravitaționale a lui Jupiter.

Mărimea asteroizilor variază de la câteva sute de kilometri până la mărimi microscopice. Toți asteroizii, cu excepția celui mai mare, Ceres, sunt clasificați ca obiecte mici ale sistemului solar.

Centura de asteroizi conține zeci de mii, posibil milioane, de obiecte ce au un diametru mai mare de un kilometru. Cu toate acestea, masa totală a centurii de asteroizi măsoară în jur de o miime din masa terestră. În centura de asteroizi, obiectele sunt foarte rarefiate; navele spațiale au trecut cu ușurință prin aceasta fără niciun incident. Asteroizii cu diametre între 10 și 10 −4 metri sunt denumiți meteoroizi.

Ceres (2,77 UA de la Soare) este cel mai mare asteroid, o protoplanetă și o planetă pitică. Are un diametru puțin mai mic de 1000 km și o masă destul de mare pentru ca propria gravitație să-i confere o formă sferică. Când a fost descoperită în secolul al XIX-lea, Ceres a fost considerată o planetă, dar a fost reclasificată ca asteroid în anii 1850, când observațiile mai ample au dezvăluit existența altor asteroizi asemănători. În anul 2006 a fost clasificată ca planetă pitică.

Grupuri de asteroizi

Asteroizii din centura de asteroizi sunt divizați în grupuri de asteroizi și familii de asteroizi, în funcție de caracteristicile orbitale pe care le au. Sateliții asteroidali sunt asteroizii care orbitează în jurul unor asteroizi mai mari. Ei nu sunt distinși atât de clar ca și sateliții planetari, câteodată fiind la fel de mari ca și asteroidul în jurul căruia gravitează. Centura de asteroizi conține de asemenea și comete de centură principală, care se poate să fi fost sursa de apă a Pământului.

Troienii lui Jupiter sunt localizați în punctele Lagrange L₄ sau L₅ ale lui Jupiter (regiuni stabile din punct de vedere gravitațional care precedă sau urmează planeta pe orbita sa); termenul de este folosit de asemenea pentru a desemna corpuri mici din orice punct Lagrange al unei planete sau unui satelit. Asteroizii din familia Hilda sunt într-o rezonanță de 2:3 cu planeta Jupiter; aceasta înseamnă că ei orbitează în jurul Soarelui de trei ori la fiecare două orbitări ale lui Jupiter.

În sistemul solar interior există de asemenea asteroizi hoinari, mulți dintre ei traversând orbitele planetelor interioare.

Sistemul solar exterior

Regiunea exterioară a sistemului solar este locul unde se află giganții gazoși și sateliții lor. Multe comete cu perioadă scurtă, inclusiv centaurii, orbitează de asemenea în această regiune. Din cauza distanței foarte mari de la Soare, obiectele solide din sistemul solar exterior conțin o proporție mai mare de substanțe volatile cum ar fi apa, amoniacul și metanul, decât planetele de roci din sistemul solar interior, deoarece temperaturile mai reci permit menținerea acestor compuși în stare solidă.

Planetele exterioare

Cele patru planete exterioare sau giganții gazoși (uneori numite planete joviene), dețin împreună 99% din masa care orbitează în jurul Soarelui. Jupiter și Saturn au, fiecare, o masă de zeci de ori mai mare decât cea a Pământului și sunt formate preponderent din hidrogen și heliu; Uranus și Neptun sunt mai puțin masive (având sub 20 de mase terestre) și sunt compuși mai mult din ghețuri. Din această cauză, mulți astronomi cred că ei fac parte dintr-o categorie aparte, „giganții de gheață". Toți cei patru giganți gazoși au inele, deși doar sistemul de inele al lui Saturn este ușor de observat de pe Pământ. Termenul de planetă exterioară nu trebuie confundat cu cel de planetă superioară, care desemnează planete din afara orbitei Pământului și include, astfel, atât planetele exterioare cât și pe Marte.

Jupiter (5,2 UA), cu o masă de 318 ori mai mare ca cea a Pământului, este de 2,5 mai masiv decât toate celelalte planete din sistemul solar laolaltă. El este compus în mare parte din hidrogen și heliu. Căldura sa internă destul de mare creează un număr de caracteristici semi-permanente ale atmosferei sale, cum ar fi benzile de nori și Marea Pată Roșie.

Jupiter are 67 de sateliți cunoscuți. Cei mai mari patru sateliți, Ganymede, Callisto, Io și Europa prezintă similarități cu planetele terestre, cum ar fi vulcanismul și încălzirea internă. Ganymede, cel mai mare satelit din sistemul solar, este mai mare decât planeta Mercur.

Saturn (9,5 UA), care se distinge prin sistemul său de inele ușor de observat de pe Pământ, este asemănător cu Jupiter din punctul de vedere al compoziției atmosferice și al magnetosferei. Deși Saturn are 60% ​​din volumul lui Jupiter, el are mai puțin de o treime din masa acestuia (95 de mese terestre), fiind cea mai puțin densă planetă din sistemul solar. Inelele lui Saturn sunt alcătuite din particule mici de rocă și gheață.

Saturn are 62 de sateliți confirmați; doi dintre ei, Titan și Enceladus, poartă semne de activitate geologică, deși aceștia sunt în mare parte alcătuiți din gheață (criovulcani). Titan, al doilea satelit ca mărime din sistemul solar, este mai mare decât Mercur și singurul satelit din sistemul solar care posedă o atmosferă substanțială.

Uranus (19,6 UA), de 14 ori mai masiv ca Pământul, are masa cea mai mică dintre toate planetele exterioare. Este singura planetă care orbitează în jurul Soarelui înclinată „pe o parte"; înclinația axei de rotație este de peste nouăzeci de grade față de normala la ecliptică. Planeta are un nucleu mult mai rece decât ceilalți giganți gazoși și cantitatea de căldură radiată în spațiu este foarte mică.

Uranus are 27 de sateliți cunoscuți, cei mai mari fiind Titania, Oberon, Umbriel, Ariel și Miranda.

Neptun (30 UA), deși este puțin mai mic decât Uranus, este mult mai masiv (aproximativ 17 mase terestre) și prin urmare, mult mai dens. El radiază mai multă căldură internă, dar nu la fel de multă ca Jupiter sau Saturn.

Neptun are 13 sateliți cunoscuți. Cel mai mare, Triton, este geologic activ, având probabil gheizere de azot lichid. Triton este singurul satelit mare cu o orbită retrogradă. Neptun este însoțit pe orbita sa de o mulțime de planete minore, numite troienii lui Neptun, care au o rezonanță orbitală de 1:1 cu el.

Centaurii sunt obiecte de gheață asemănătoare cometelor, cu o semiaxă mare mai mare decât cea al lui Jupiter (5,5 UA) și mai mică decât cea a lui Neptun (30 UA). Cel mai mare centaur cunoscut, 10199 Chariklo, are un diametru de aproximativ 250 km. Primul centaur descoperit, 2060 Chiron, a fost, de asemenea, clasificat drept cometă (95P) deoarece acesta dezvoltă o coadă ca și cometele, atunci când se apropie de Soare.

Cometele sunt obiecte mici din sistemul solar, de obicei cu dimensiuni de doar câțiva kilometri, compuse în mare parte din gheață volatilă. Au orbite puternic excentrice și în general periheliul lor se află între orbitele planetelor interioare iar afeliul, la mare distanță dincolo de planeta pitică Pluto. Când o cometă intră în sistemul solar interior, apropierea sa de Soare cauzează sublimarea și ionizarea suprafeței sale înghețate, creându-se astfel o coamă, urmată de o coadă lungă de gaz și praf care este adesea vizibilă cu ochiul liber.

Cometele de perioadă scurtă au perioada orbitală mai scurtă de două sute de ani, iar cele de perioadă lungă au perioade orbitale de ordinul miilor de ani. Se crede că cometele de perioadă scurtă își au originea în centura Kuiper, în timp ce cele de perioadă lungă (cum ar fi Hale-Bopp), în norul lui Oort. Multe grupuri de comete, ca Kreutz Sungrazers, s-au format prin fragmentarea unei comete-părinte. Unele comete cu orbite hiperbolice pot să provină din afara sistemului solar, dar determinarea precisă a orbitelor lor este dificilă. Cometele bătrâne, care și-au consumat mare parte a materialului volatil datorită încălzirii solare, sunt categorizate de obicei ca asteroizi.

Regiunea transneptuniană

Zona de dincolo de Neptun sau „regiunea transneptuniană" este în mare parte neexplorată. Ea conține o mulțime de lumi mici (cea mai mare având un diametru de doar o cincime din cel al Pământului și o masă mult mai mică decât cea a Lunii), compuse în principal din roci și gheață. Această regiune este uneori cunoscută sub numele de „sistemul solar exterior", deși alții folosesc acest termen pentru a desemna regiunea de dincolo de centura de asteroizi. În literatura astronomică internațională, corpurile cerești situate în regiunea transneptuniană sunt abreviate, de obicei, ca TNO ( Trans-Neptunian Object).

Centura Kuiper

Centura Kuiper este un inel mare, plin cu resturi, similar cu centura de asteroizi, în el fiind în principal obiecte care sunt compuse în primul rând din gheață. Aceasta se întinde între 30 și 50 UA de la Soare. Deși se consideră că conține zeci de planete pitice, ea este compusă în principal din corpuri mici ale sistemului solar. Multe dintre obiectele mai mari din centura Kuiper, ca Quaoar, Varuna și Orcus, pot fi recunoscute ca planete pitice dacă vor fi date suplimentare despre ele. Se estimează că acolo sunt peste 100.000 de obiecte cu un diametru mai mare de 50 km, dar masa totală a centurii Kuiper se consideră a fi doar o zecime sau chiar o sutime din masa Pământului. Multe obiecte din centura Kuiper au mai mulți sateliți, iar cele mai multe au orbite care le duc în afara planului ecliptic.

Centura Kuiper poate fi împărțită în centura clasică și rezonantă. Obiectele rezonante au o orbită legată de cea a lui Neptun (de exemplu, orbitează în jurul Soarelui de două ori pentru fiecare trei orbitări ale lui Neptun, sau o dată la fiecare două). Prima rezonanță are loc în orbita lui Neptun. Centura clasică constă în obiecte care nu au rezonanță cu Neptun, și se întinde de la aproximativ 39,4 UA până la 47,7 UA. Obiectele din centura clasică Kuiper se clasifică ca cubewano, după ce a fost descoperit primul obiect de acest fel, , și până acum au o orbită asemănătoare cu orbita lor inițială care avea o excentricitate mică.

Pluto și Charon

Planeta pitică Pluto (distanța medie de la Soare: aprox. 39 UA) este cel mai mare obiect cunoscut din centura Kuiper. Când a fost descoperit în 1930, era considerat a noua planetă; această clasificare s-a schimbat în 2006, când s-a adoptat o definție formală mai riguroasă a unei planete. Pluto are o orbită relativ excentrică, înclinată la 17 grade față de planul eclipticei, iar distanța sa față de Soare variază între 29,7 UA la periheliu (situat în interiorul orbitei lui Neptun) și 49,5 UA la afeliu.

Charon, cel mai mare satelit al lui Pluto, este câteodată descris ca alcătuind un sistem binar cu Pluto, deoarece cele două corpuri orbitează în jurul unui baricentru gravitațional comun situat deasupra suprafețelor lor (aceasta înseamnă că ele par a se „orbita reciproc"). În afară de Charon, sunt cunoscuți alți patru sateliți mai mici care orbitează în jurul planetei Pluto, și anume: P5, Nix, P4, și Hydra.

Pluto are un raport de rezonanță orbitală de 3:2 cu Neptun, aceasta însemnând că Pluto efectuează două revoluții complete în jurul Soarelui la fiecare trei revoluții complete ale lui Neptun. Obiectele din centura Kuiper care posedă aceeași rezonanță orbitală sunt cunoscute ca obiecte obiecte plutino.

Makemake și Haumea

Planeta pitică Makemake (distanța medie de la Soare: 45,79 UA), deși este mai mică decât Pluto, este cel mai mare obiect cunoscut din centura Kuiper clasică (adică el nu prezintă un raport confirmat de rezonanță orbitală cu Neptun). Makemake este cel mai luminos obiect din centura Kuiper după Pluto. A fost denumită și desemnată ca planetă pitică în 2008. Orbita sa este mult mai înclinată decât cea a lui Pluto, la 29°.

Haumea (distanța medie de la Soare: 43,13 UA) are o orbită similară cu cea a lui Makemake, cu excepția faptului că prezintă o rezonanță orbitală de 7:12 cu Neptun. Este de aproape aceeași mărime ca și Makemake și are doi sateliți naturali. O rotație rapidă, cu o perioadă de 3,9 ore, îi conferă o formă alungită și aplatizată. A fost denumită și desemnată ca planetă pitică în 2008.

Discul împrăștiat

Discul împrăștiat, ce se suprapune peste centura lui Kuiper dar se extinde mult în afara acesteia, este posibila sursă a cometelor de perioadă scurtă. Se crede că obiectele din discul împrăștiat au fost transformate în obiecte neregulate datorită influenței gravitaționale a migrației timpurii a lui Neptun. Multe astfel de obiecte au periheliul undeva în centura Kuiper dar afeliul mult în afara sa (unele obiecte au afeliul și la 150 UA depărtare de Soare). Orbitele obiectelor din discul împrăștiat sunt de asemenea foarte înclinate față de planul eclipticei, și adesea sunt chiar perpendiculare pe acesta. Unii astronomi consideră discul împrăștiat a fi pur și simplu o altă regiune a centurii Kuiper, iar obiectele discului împrăștiat sunt considerate „obiecte împrăștiate din centura Kuiper". Unii astronomi de asemenea clasifică centaurii ca obiecte împrăștiate de interior ale centurii Kuiper împreună cu obiectele împrăștiate din discul împrăștiat.

Eris (68 UA distanță medie față de Soare) este cel mai mare obiect cunoscut din discul împrăștiat și a provocat incertitudini în ceea ce privește definirea unei planete, deoarece este cu 25% mai masiv decât Pluto și are aproximativ același diametru. Este cea mai masivă dintre planetele pitice cunoscute. Are un singur satelit, Dysnomia. Ca și în cazul lui Pluto, orbita sa este foarte excentrică, cu periheliul situat la 38,2 UA (aproximativ distanța de la Pluto la Soare) și afeliul la 97,6 UA, fiind de asemenea puternic înclinată față de planul eclipticei.

Regiuni mai îndepărtate

Punctul în care se încheie sistemul solar și începe spațiul interstelar nu este definit cu precizie, deoarece granițele sale exterioare sunt modelate de două forțe distincte: vântul solar și gravitația Soarelui. Limita exterioară a influenței vântului solar este de aproximativ de patru ori distanța de la Pluto la Soare; această heliopauză este considerată începutul mediului interstelar. Cu toate acestea, sfera lui Hill a Soarelui, raza efectivă de dominație gravitațională a sa, se crede că se extinde până la o mie de ori mai departe.

Heliopauză

Heliosfera este împărțită în două regiuni distincte. Vântul solar călătorește cu o viteză de până la aproximativ 400 km/s până când se ciocnește cu vântul interstelar; un flux de plasmă în mediul interstelar. Coliziunea are loc la încetarea șocului, care este aproximativ de 80-100 UA de la Soare din direcția opusă vântului mediului interstelar și aproximativ 200 UA de la Soare din direcția vântului. Aici vântul încetinește dramatic, se condensează și devine mai turbulent, formând o structură ovală mare cunoscută sub numele de helioînveliș. Această structură se crede că arată și se comportă foarte mult ca coada unei comete și se extinde în exterior până la 40 UA în partea direcției opuse vântului, dar coada este de mai multe ori că distanța decât distanța direcției vântului; dar probele de pe Cassini și nava spațială Interstellar Boundary Explorer sugerează că aceasta este, de fapt, forțată într-o formă de bule sub acțiunea de constrângere a câmpului magnetic interstelar. și au raportat că au trecut încetarea șocului și au intrat în helioînveliș, la 94 UA și respectiv 84 UA de la Soare. Limita exterioară a heliosferei, heliopauza, este punctul în care vântul solar în cele din urmă se termină și se începe spațiului interstelar.

Forma și marginea exterioară a heliosferei sunt probabil afectate de dinamica fluidelor a interacțiunilor cu mediul interstelar precum și de câmpuri magnetice solare existente la sud, de exemplu este direct modelat de emisfera nordică care se extinde cu 9 UA mai departe decât emisfera sudică. Dincolo de heliopauza, în jurul valorii de 230 UA, se află arcul de șoc, o „urmă" de plasmă lăsată de Soare când acesta călătorește prin Calea Lactee.

Nici o navă spațială încă nu a depășit heliopauza, așa că este imposibil să cunoaște condițiile din spațiul interstelar local. Se așteaptă ca nava spațială Voyager NASA va trece în următorul deceniu heliopauza și va transmite date valoroase privind nivelurile de radiații și vântul solar ce se întoarce spre Pământ. Cât de bine Heliosfera apără sistemul solar de razele cosmice este încă rău cunoscut. O echipă finanțată de NASA a dezvoltat un concept de „Misiune Viziune", care are scopul de a trimite o sondă spre heliosferă.

90377 Sedna (525,86 UA mediu) eu un obiect mare, roșiatic, cu o orbită eliptică care este de aproximativ 76 UA la periheliu și 928 UA la afeliu și care durează 12.050 de ani. Mike Brown, omul care a descoperit acest obiect în 2003, afirmă că aceast obiect nu poate face parte din discul împrăștiat sau centura Kuiper astfel cum periheliu este prea îndepărtat ca să poată fi afectat de migrațiea lui Neptun. El și alți astronomi consideră că acest obiect este de un tip cu totul nou, în care mai poate fi inclus obiectul , care are un periheliu de 45 UA și un afeliu de 415 UA, și o perioadă orbitală de 3.420 de ani. Brown denumește această populație ca „norul lui Oort interior", așa cum este posibil să se fi format printr-un proces similar, deși este mult mai aproape de Soare. Sedna este foarte asemănătoare cu o planetă pitică, deși forma sa încă nu este determinată.

Norul lui Oort

Norul lui Oort este un nor ipotetic de formă sferică cu până la un trilion de obiecte de gheață, care este considerat a fi sursa pentru toate comete de lungă durată și înconjoară sistemul solar la o distastanță de aproximativ 50.000 UA (în jur de 1 an-lumină (al)), și posibil până la 100.000 UA (1,87 al). Acesta este considerat a fi compus din comete care au fost aruncate din sistemul solar interior de interacțiunile gravitaționale cu planetele exterioare. Obiectele din norul lui Oort se mișcă foarte încet, și pot fi perturbate de evenimente rare, cum ar fi coliziunile, efectele gravitaționale ale unei stele în trecere sau mareea galactică, o forță mareică exercitată de către Calea Lactee.

O mare parte din sistemul solar este încă necunoscut. Câmpul gravitațional al Soarelui este estimat să domine forțele gravitaționale ale stelelor din apropierea de 2 ani-lumină (125.000 UA). Estimările mai mici pentru raza norului lui Oort, ca contrast, nu-l pun mai departe de 50.000 UA. În ciuda descoperirilor cum ar fi Sedna, regiunea dintre centura Kuiper și norul lui Oort, o zonă cu raza de zeci de mii de UA, este încă practic necunoscută. Există, de asemenea, studii în curs de desfășurare ale regiunii dintre Mercur și Soare. Mai pot fi descoperite obiecte în regiunile neexplorate ale sistemului solar.

În noiembrie 2012, NASA a anunțat că Voyager 1 a abordat zona de tranzit cu limita exterioară a sistemului solar, instrumentele sale detectând o intensificare bruscă a câmpului magnetic. Nici o schimbare în direcția câmpului magnetic n-a avut loc, ceea ce oamenii de știință din NASA interpretează în a indica că Voyager 1 nu a părăsit sistemul solar.

Contextul galactic

Sistemul solar este localizat în galaxia Calea Lactee, o galaxie spiralată cu un diametru de aproximativ 100 000 de ani-lumină, ce conține în total circa 200 de miliarde de stele. Ca localizare generală, Soarele se află în cadrul uneia dintre brațele (sau spiralele) exterioare ale Căii Lactee, cunoscut ca Brațul Orion, sau „Pintenul Local". Soarele se află la aproximativ 25 000 și 28 000 de ani lumină distanță de Centrul Galactic, iar viteza sa în raport cu galaxia este de aproximativ 220 de kilometri pe secundă, astfel completează o revoluție galactică odată la 225-250 de milioane de ani. Această revoluție este cunoscută în limbajul științific ca an galactic al sistemului solar. Apexul solar, punctul spre care Soarele se deplasează în mișcarea lui prin Calea Lactee, se află în apropierea stelei strălucitoare Vega, dar la zona mărginașă dintre constelațiile Lira și Hercule. Planul eclipticei se află la un unghi de aproximativ 60° față de planul galactic.

Localizarea sistemului solar în galaxie este factorul care a determinat evoluția vieții pe Pământ. Orbita sa este aproape circulară, și vitezele orbitale din apropierea Soarelui sunt aproape la fel de rapide ca și cele ale brațelor spirale. Prin urmare, Soarele tranzitează brațele galaxiei foarte rar. Deoarece în zona orbitală a Soarelui (adică în zona brațelor spirale) există mai puține supernove, instabilități gravitaționale și radiații care ar putea distruge sistemul solar, astfel Pământul a avut lungi perioade de stabilitate în care viața a putut să prospere. De asemenea, sistemul solar se află poziționat cu mult în afara zonelor foarte aglomerate cu stele ale centrului galactic. În apropierea centrului, forțele gravitaționale venite de la alte stele ar putea smulge obiectele afla în Norul lui Oort și să trimită multe comete înspre sistemul solar interior, producând coliziune cu probabile implicații catastrofale pentru viața de pe Pământ. Radiațiile intense ale centrului galactic ar putea, de asemenea, să perturbe evoluția formelor de viață complexe. Chiar și pentru localizarea curentă a sistemului solar, unii savanți au presupus ca acum 35 000 de ani, unele supernove să fi afectat negativ viața de pe Pământ, prin aruncarea unor fragmente de nucleu stelar spre Soare sub forma unor fire de praf radioactive și chiar obiecte mai mari, asemănătoare cometelor.

Vecinătate

În imediata vecinătate galactică a sistemului solar se află Norul Local Interstelar, un nor astronomic dens dintr-o altă regiune împrăștiată cunoscută ca Bula Locală, o cavitate în formă de clepsidră din mediul interstelar de cel puțin 300 de ani lumină în lungime. Bula este saturată cu plasmă de temperatură înaltă ceea ce sugerează că a fost produsă recent de unele supernove.

Sunt relativ câteva stele aflate la mai puțin de zece ani lumină (95 de trilioane de km) de Soare. Cel mai apropiat este sistemul triplu stele Alfa Centauri, din constelația Centaurul, aflat la 4,4 ani lumină distanță și compus dintr-o pereche de stele (Alfa Centauri A și B) asemănătoare Soarelui, în jurul cărora gravitează la o distanță de 0,2 ani-lumină pitica roșie Alfa Centauri C, de o luminozitate relativ mică. Aceasta din urmă este steaua cea mai apropiată de Soare, la o distanță de 4,24 ani-lumină, motiv pentru care mai este numită „ Proxima Centauri". Următoarele cele mai apropiate stele față de Soare sunt piticele roșii Steaua lui Barnard (la 5,9 ani lumină), Wolf 359 (7,8 ani lumină) și Lalande 21185 (8,3 ani lumină). Cea mai mare stea din lista celor mai apropiate este de departe Sirius, o stea luminoasă din secvența principală de stele a cărei masă este asemănătoare cu cea a Soarelui și orbitată de către o pitică albă denumită Sirius B. Se află la aproximativ 8,6 ani lumină distanță. Celelalte sisteme stelare mai apropiate de zece ani lumină sunt sistemul binar Luyten 726-8 dintre două stele pitice albe și roșii (la 8,7 ani lumină) și pitica roșie solitară Ross 154 (9,7 ani lumină). Cea mai apropiată stea solitară asemănătoare Soarelui este Tau Ceti, localizată la 11,9 ani lumină depărtare. Ea are aproximativ 80% din masa Soarelui, dar doar 60% din luminozitatea sa. Cea mai apropiată planetă extrasolară de sistemul solar se află în preajma stelei Alpha Centauri B. Una dintre planetele confirmate ale acesteia, Alpha Centauri Bb, are cel puțin 1,1 din masa Pământului și orbitează steaua la fiecare 3,236 zile.

Sistemul Solar în imagini

Câteva exemple vizuale ale celor mai apropiate obiecte din Sistemul Solar, selectate după mărime și detalii și sortate după volum. Soarele este de aproximativ 10 000 de ori mai mare și de 41 de trilioane de ori mai voluminos decât cele mai mic obiect prezentat (Prometeu). Listele mai includ: lista obiectelor din Sistemul Solar după mărime, listă de sateliți naturali, lista planetelor minore și listă de comete.

1. Scrierea numelui cu inițiale majuscule nu este unanim acceptată. ^ UAI, organul care deține autoritatea în domeniul nomenclaturii astronomice, specifică că trebuie scrise cu majuscule numele tuturor obiectelor individuale astronomice (Sistemul solar). Cu toate acestea, numele este frecvent scris cu litere mici (sistemul solar) - de exemplu în Dicționarul Oxford al limbii engleze și Merriam-Webster's 11th Dicționarul enciclopedic

2. Vezi ^ Lista de sateliți naturali, pentru o listă completă a sateliților naturali ai celor opt planete și ai primelor cinci planete pitice.

3. Măsurătorile astronomice ale distanței în cadrul sistemului solar se fac în ^ unități astronomice (UA). O UA este egală cu distanța medie dintre Pământ și Soare, sau 149,598,000 km. În medie, Pluto se află la 39 de UA de Soare iar Jupiter la aproximativ 5,2 UA. Un an lumină este echivalent cu 63,241 UA.

4. Dacă ψ reprezintă unghiul dintre ^ polul nord al eclipticei și polul nord galactic, atunci:

,

unde 27° 07′ 42.01″ și 12h 51m 26.282 reprezintă declinația și ascensia dreaptă a polului nord galactic,[136] în timp ce 66° 33′ 38.6″ și 18h 0m 00 sunt cele pentru polul nord al eclipticei. (Ambele perechi de coordonate sunt pentru epoca J2000.) Rezultatul calculului este de 60.19°.

1. ^ Mike Brown (). „"Free the dwarf planets!"". "Mike Brown's Planets (self-published)" (în engleză).

2. ^

3. ^ Minor Planet Center, Uniunea Astronomică Internațională. Accesat pe 4 martie 2013.

4. ^ doi:10.1016/S0273-1177(03)00578-7 10.1016/S0273-1177(03)00578-7

5. ^

6. ^ „Plutoid chosen as name for Solar System objects like Pluto". International Astronomical Union. 11 iunie 2008, Paris.

7. ^ Achenbach, Joel; Feltman, Rachel (). „New evidence suggests a ninth planet lurking at the edge of the solar system". The Washington Post. ISSN 0190-8286.

8. ^ Batygin, Konstantin; Brown, Michael E. (). „Evidence for a distant giant planet in the Solar system". The Astronomical Journal. 151 (2). doi:10.3847/0004-6256/151/2/22.

9. ro ^ „Planeta Nouă" a Sistemului Solar ar fi un Super-Pământ

10. "Today we know of more than a dozen dwarf planets in the solar system".^ The PI's Perspective

11. ^ Weinert, Friedel (). Copernicus, Darwin, & Freud: revolutions in the history and philosophy of science. Wiley-Blackwell. p. 21. ISBN 978-1-4051-8183-9.

12. ^ Davoust, Emmanuel. "A hundred years of science at the Pic du Midi Observatory". arXiv:astro-ph/9707201

13. ^ Audrey Delsanti and David Jewitt (). „The Solar System Beyond The Planets" (PDF). Institute for Astronomy, University of Hawaii. Arhivat din original (PDF) la .

14. ^ Krasinsky, G. A. (). „Hidden Mass in the Asteroid Belt". Icarus. 158 (1): 98-105. Bibcode:2002Icar..158...98K. doi:10.1006/icar.2002.6837.

15. ^ Levison, H. F. (). „Formarea Centurii Kuiper prin transportul exterior al corpurilor în timpul migrației planetei Neptun". Nature. 426 (6965): 419-421. doi:10.1038/nature02120. PMID 14647375.

16. ^ Amir Alexander (). „New Horizons Set to Launch on 9-Year Voyage to Pluto and the Kuiper Belt". The Planetary Society. Arhivat din original la .

17. ^ Marochnik, L. and Mukhin, L. (). „"Is Solar System Evolution Cometary Dominated?". În Shostak, G. S. Progress in the Search for Extraterrestrial Life. Astronomical Society of the Pacific Conference Series. 74. p. 83.

18. ^ „Dawn: A Journey to the Beginning of the Solar System". Space Physics Center: UCLA. . Arhivat din original la .

19. , citând ^ Eddy, J. (). A New Sun: The Solar Results From Skylab. NASA. p. 37. NASA SP-402.

20. ^ Paul Robert Weissman, Torrence V. Johnson (). Encyclopedia of the solar system. Academic Press. p. 615. ISBN 0-12-088589-1.

21. ^

22. ^

23. ^ Michael Zellik (). Astronomy: The Evolving Universe (ed. 9th). Cambridge University Press. p. 240. ISBN 0-521-80090-0. OCLC 223304585 46685453 .

24. ^ Placxo, Kevin W. (). Astrobiology: a brief introduction. JHU Press. p. 66. ISBN 978-0-8018-8367-5.

25. Data se bazează pe cele mai vechi incluziuni identificate în ^ meteoriți și se consideră a fi data de formare a primului material solid în perioada colapsului nebuloasei.
A. Bouvier and M. Wadhwa. "The age of the solar system redefined by the oldest Pb-Pb age of a meteoritic inclusion." Nature Geoscience, în presă, 2010. doi:10.1038/NGEO941

26. ^ Greaves, Jane S. (). „Disks Around Stars and the Growth of Planetary Systems". Science. 307 (5706): 68-71. Bibcode:2005Sci...307...68G. doi:10.1126/science.1101979. PMID 15637266.

27. ^ Sukyoung Yi; Pierre Demarque; Yong-Cheol Kim; Young-Wook Lee; Chang H. Ree; Thibault Lejeune; Sydney Barnes (). „Toward Better Age Estimates for Stellar Populations: The Isochrones for Solar Mixture". Astrophysical Journal Supplement. 136: 417. arXiv:astro-ph/0104292  . Bibcode:2001ApJS..136..417Y. doi:10.1086/321795.

28. ^ Pogge, Richard W. (). „The Once & Future Sun". New Vistas in Astronomy. Arhivat din original (lecture notes) la .

29. ^ „Sun: Facts & Figures". NASA. Arhivat din original la .

30. ^ Zirker, Jack B. (). Journey from the Center of the Sun. Princeton University Press. pp. 120-127. ISBN 978-0-691-05781-1.

31. ^

32. ^ Smart, R. L.; Carollo, D.; Lattanzi, M. G.; McLean, B.; Spagna, A. (). „The Second Guide Star Catalogue and Cool Stars". În Hugh R. A. Jones and Iain A. Steele. Ultracool Dwarfs: New Spectral Types L and T. Springer. p. 119. Bibcode:2001udns.conf..119S.

33. ^ A Star with two North Poles, 22 aprilie 2003, Science @ NASA

34. Schenk P., Melosh H. J. (1994), ^ Lobate Thrust Scarps and the Thickness of Mercury's Lithosphere, Abstracts of the 25th Lunar and Planetary Science Conference, 1994LPI....25.1203S

35. Benz, W., Slattery, W. L., Cameron, A. G. W. (1988), ^ Collisional stripping of Mercury's mantle, Icarus, v. 74, p. 516-528.

36. Cameron, A. G. W. (1985), ^ The partial volatilization of Mercury, Icarus, v. 64, p. 285-294.

37. ^ Mark Alan Bullock (). „The Stability of Climate on Venus" (PDF). Southwest Research Institute.

38. ^ Paul Rincon (). „Climate Change as a Regulator of Tectonics on Venus" (PDF). Johnson Space Center Houston, TX, Institute of Meteoritics, University of New Mexico, Albuquerque, NM.

39. ^ David C. Gatling, Conway Leovy (). „Mars Atmosphere: History and Surface Interactions". În Lucy-Ann McFadden et. al. Encyclopaedia of the Solar System. pp. 301-314.

40. ^ Scott S. Sheppard, David Jewitt, and Jan Kleyna (). „A Survey for Outer Satellites of Mars: Limits to Completeness" (PDF). Astronomical Journal.

41. ^ „Are Kuiper Belt Objects asteroids? Are large Kuiper Belt Objects planets?". Cornell University.

42. ^

43. ^ „History and Discovery of Asteroids" (DOC). NASA.

44. ^ Barucci, M. A. (). „Physical Properties of Trojan and Centaur Asteroids". Asteroids III. Tucson, Arizona: University of Arizona Press. pp. 273-87.

45. ^ A. Morbidelli, W. F. Bottke Jr., Ch. Froeschlé, P. Michel; Bottke; Froeschlé; Michel (). W. F. Bottke Jr., A. Cellino, P. Paolicchi, and R. P. Binzel, ed. „Origin and Evolution of Near-Earth Objects" (PDF). Asteroids III. University of Arizona Press: 409-422. Bibcode:2002aste.conf..409M.

46. ^ Jack J. Lissauer, David J. Stevenson (). „Formation of Giant Planets" (PDF). NASA Ames Research Center; California Institute of Technology.

47. ^ John Stansberry, Will Grundy, Mike Brown, Dale Cruikshank, John Spencer, David Trilling, Jean-Luc Margot (). „Physical Properties of Kuiper Belt and Centaur Objects: Constraints from Spitzer Space Telescope". The Solar System Beyond Neptune. p. 161. arXiv:astro-ph/0702538  . Bibcode:2008ssbn.book..161S.

48. ^ Królikowska, M. (). „A study of the original orbits of hyperbolic comets". Astronomy & Astrophysics. 376 (1): 316-324. Bibcode:2001A&A...376..316K. doi:10.1051/0004-6361:20010945.

49. Ovidiu C. Furdui, ^ Evoluția orbitală a corpurilor transneptuniene. Teză de doctorat, Universitatea Babeș-Bolyai din Cluj-Napoca, 2011. Rezumat disponibil on-line, accesat la 24 septembrie 2013.

50. ^ Stephen C. Tegler (). „Kuiper Belt Objects: Physical Studies". În Lucy-Ann McFadden et. al. Encyclopedia of the Solar System. pp. 605-620.

51. ^ E. Dotto1, M. A. Barucci2, and M. Fulchignoni (). „Beyond Neptune, the new frontier of the Solar System" (PDF).

52. ^ Fajans, J. (). „Autoresonant (nonstationary) excitation of pendulums, Plutinos, plasmas, and other nonlinear oscillators" (PDF). American Journal of Physics. 69 (10): 1096-1102. doi:10.1119/1.1389278.

53. ^ Marc W. Buie (). „Orbit Fit and Astrometric record for 136472". SwRI (Space Science Department).

54. ^ Michael E. Brown. „The largest Kuiper belt objects" (PDF). CalTech.

55. ^ Littmann, Mark (). Planets Beyond: Discovering the Outer Solar System. Courier Dover Publications. pp. 162-163. ISBN 978-0-486-43602-9.

56. ^ Stone, E. C.; Cummings, A. C.; McDonald, F. B.; Heikkila, B. C.; Lal, N.; Webber, W. R. (). „Voyager 1 explores the termination shock region and the heliosheath beyond". Science. 309 (5743): 2017-20. Bibcode:2005Sci...309.2017S. doi:10.1126/science.1117684. PMID 16179468.

57. ^ P. C. Frisch (University of Chicago) (). „The Sun's Heliosphere & Heliopause". Astronomy Picture of the Day.

58. ^

59. ^ David Jewitt (). „Sedna - 2003 VB₁₂". University of Hawaii.

60. ^ T. Encrenaz, JP. Bibring, M. Blanc, MA. Barucci, F. Roques, PH. Zarka (). The Solar System: Third edition. Springer. p. 1.

61. ^

Bibliografie

Martin Rees, Universul, ghid vizual complet, coordonator [...], Traducere din limba engleză de Ana-Maria Negrilă-Chisega, Liana Stan, Enciclopedia RAO 2008, București, 512 de pagini. ISBN 978-973-717-319-5

Legături externe

# data[].attributes.attachment_link.description
Sistemul solar Planetele și planetele pitice din sistemul solar. Dimensiunile sunt la scară. Distanțele de la Soare nu sunt la scară.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Sistemul solar

Planetele și planetele pitice din sistemul solar. Dimensiunile sunt la scară. Distanțele de la Soare nu sunt la scară.

Caracteristici generale

Vârstă

4,568 Ga

Localizare

Norul Interstelar Local, Bula Locală, Brațul Orion, Calea Lactee

Masă

1,9919x101,0014 ³⁰ kg
( M☉)

Cea mai apropiată stea

Proxima Centauri (4,22 al), sistemul Alpha Centauri (4,37 al)

Cel mai apropiat sistem planetar

Sistemul Alpha Centauri (4,37 al)

Sistem

Semiaxa mare a celei mai îndepărtate planete
(Neptun)

4,503 miliarde de km
(30,10 ua)

Stele

1: Soarele

Planete

8: Mercur, Venus, Pământ, Marte, Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun

Planete pitice

5 ( UAI): Ceres, Pluto, Haumea, Makemake și Eris; sute de candidați suplimentari[1]

Nr. sateliților naturali cunoscuți

≈ 420 (173 ai planetelor[2], 8 ai planetelor pitice și 240 de corpuri pitice[3])

Nr. planetelor minore catalogate

624.731 (16 iulie 2013)[4]
625.782 (13 septembrie 2013)[2]

622.545, dintre care 369.956 fiind numerotați (13 septembrie 2013)[2]

3.263, dintre care 364 fiind numerotate (15 aprilie 2014)[2]

Nr. sateliților sferici identificați

19

Orbita în jurul centrului galactic

Înclinarea planului invariabil în raport cu planul galactic

60,19°

Distanța de la centrul galaxiei

(27 000 ± 1 000) al

Viteză orbitală

220 km/s

Perioadă orbitală

225-250 Ma

Proprietățile stelei (stelelor)

Tip spectral

G2V

Distanța liniei de gheață

≈ 5 ua[5]

Distanța falezei Kuiper

≈ 50 ua

Distanța șocului terminal

≈ 75 - 90 ua

Distanța heliopauzei

≈ 120 ua

Raza sferei lui Hill

≈ 1-2 al

Sistemul solar (scris și Sistemul Solar) este format din Soare împreună cu sistemul său planetar (care cuprinde opt planete împreună cu sateliții lor naturali) și alte obiecte non-stelare.

În afară de cele opt planete, oamenii de știință au emis ipoteza existenței unei alte planete, denumită provizoriu A noua planetă. Această ipotetică planetă gigantă s-ar afla la marginea Sistemului Solar. Existența planetei ar explica configurarea orbitală neobișnuită a unui grup de obiecte transneptuniene (OTN). La 20 ianuarie 2016, cercetătorii Konstantin Batygin și Michael E. Brown de la Institutul de Tehnologie din California au anunțat că există dovezi suplimentare indirecte privind existența unei a noua planete dincolo de orbita planetei Neptun. Aceasta ar orbita în jurul Soarelui între 10.000 și 20.000 de ani. Conform studiului publicat în Astronomical Journal, „Planeta Nouă" ar avea o masă de aproximativ 10 ori mai mare decât Terra și s-ar afla la minim 200 UA.

Sistemul este situat într-unul dintre brațele exterioare ale galaxiei Calea Lactee (mai precis în Brațul Orion), galaxie care are cca. 200 de miliarde de stele.

El s-a format acum 4,6 miliarde de ani, ca urmare a colapsului gravitațional al unui gigant nor molecular. Cel mai masiv obiect este steaua centrală - Soarele, al doilea obiect ca masă fiind planeta Jupiter. Cele patru planete interioare mici, Mercur, Venus, Pământul și Marte, numite planete terestre / planete telurice, sunt compuse în principal din roci și metal. Cele patru planete exterioare, numite giganți gazoși, sunt mult mai masive decât cele telurice. Cele mai mari două planete, Jupiter și Saturn, sunt compuse în principal din hidrogen și heliu; cele două planete mai îndepărtate, Uranus și Neptun, sunt compuse în mare parte din substanțe cu o temperatură de topire relativ ridicată (comparativ cu hidrogenul și heliu), numite , cum ar fi apa, amoniacul și metanul. Ele sunt denumite „giganți de gheață" (termen distinct de cel de „gigant gazos"). Toate planetele au orbite aproape circulare dispuse într-un disc aproape plat numit plan ecliptic.

Sistemul solar prezintă câteva regiuni unde se află diferite obiecte mici. Centura de asteroizi, situată între Marte și Jupiter, este similară din punct de vedere al compoziției cu planetele terestre, deoarece o mare parte dintre obiecte sunt compuse din rocă și metal. Dincolo de orbita lui Neptun se află centura Kuiper și discul împrăștiat; multe dintre obiectele transneptuniene sunt în mare parte compuse din ghețuri. Printre aceste obiecte, de la câteva zeci până la mai mult de zece mii de obiecte pot fi suficient de mari pentru a fi fost rotunjite de propria gravitație. Astfel de obiecte sunt denumite planete pitice. Planetele pitice identificate până în prezent includ asteroidul Ceres și obiectele transneptuniene: Pluto, Eris, Haumea și Makemake. În plus, în aceste două regiuni se află diferite alte corpuri mici, cum ar fi comete, centauri și materie interplanetară. Șase planete, cel puțin trei planete pitice și multe alte corpuri mici au sateliți naturali care se rotesc în jurul lor. Fiecare planetă exterioară este înconjurată de inele planetare alcătuite din praf și alte obiecte mici.

Vântul solar (un flux de plasmă de la Soare) creează în mediul interstelar o bulă cunoscută ca heliosferă, care se extinde până la marginea discului împrăștiat. La limita sa exterioară se află Norul lui Oort, care reprezintă doar un câmp de resturi rămase după crearea planetelor, fiind considerat a fi sursa pentru cometele cu perioadă lungă. El se întinde până la o distanță aproximativ de o mie de ori mai mare decât heliosfera. Heliopauza este punctul în care presiunea vântului solar este egală cu presiunea opusă a vântului interstelar.

Descoperire și explorare

Timp de câteva mii de ani umanitatea, cu puține excepții, nu a recunoscut existența sistemului solar. Oamenii credeau că Pământul se află în centrul Universului și este cu totul diferit de celelalte obiecte divine și eterice care se mișcă pe cer. Deși filozoful grec Aristarh din Samos a speculat despre reorganizarea heliocentrică a cosmosului, Nicolaus Copernicus a fost primul astronom care a dezvoltat un sistem matematic heliocentric predictiv. Succesorii săi din secolul al XVII-lea ( Galileo Galilei, Johannes Kepler și Isaac Newton) au avut o înțelegere a fizicii care i-a condus la admiterea graduală a ideii că Pământul se rotește de fapt în jurul Soarelui și că celelalte planete sunt guvernate de aceleași legi ale fizicii care guvernează și Pământul. În plus, inventarea telescopului a condus la descoperirea unor planete și sateliți noi. În timpurile mai recente, îmbunătățiri ale telescoapelor și folosirea navelor spațiale fără echipaj au deschis drumul studierii fenomenelor geologice din sistemul solar (studiul munților și craterelor de impact) și a fenomenelor meteorologice sezoniere de pe unele planete (cum ar fi norii, furtunile de nisip și calotele de gheață).

Structură și compoziție

Componentul principal al sistemului solar este Soarele, o stea de tip G2 din secvența principală ce conține 99,86% din masa cunoscută a sistemului și îl domină din punct de vedere gravitațional. Cele mai mari patru corpuri ce orbitează în jurul Soarelui, giganții gazoși, constituie circa 99% din masa rămasă, Jupiter și Saturn deținând împreună mai mult de 90%.

Majoritatea obiectelor mari care orbitează în jurul Soarelui se află în apropierea planului orbitei Pământului, cunoscut și ca ecliptică. Orbitele planetelor sunt foarte apropiate de ecliptică în timp ce orbitele cometelor și ale obiectelor din centura Kuiper au adesea unghiuri de intersecție cu ecliptica destul de mari. Toate planetele și majoritatea celorlalte obiecte orbitează în jurul Soarelui în aceeași direcție în care se rotește acesta (în sens invers acelor de ceasornic, privit de deasupra polului nordic solar). Există excepții, cum ar fi cometa Halley.

Structura generală a regiunilor cartografiate ale sistemului solar constă din: steaua centrală - Soarele, patru planete interioare relativ mici înconjurate de o centură de asteroizi din rocă și, alți patru giganți de gaz - înconjurați la rândul lor de centura Kuiper și alte obiecte înghețate. Sistemul Solar interior include primele patru planete terestre și centura de asteroizi. Sistemul solar exterior se află dincolo de centura de asteroizi, incluzând cei patru giganți gazoși (cunoscuți și ca planete joviene). După descoperirea centurii Kuiper, zonele mărginașe ale sistemului solar sunt considerate a fi o regiune distinctă, aflată dincolo de orbita planetei Neptun.

Majoritatea planetelor din sistemul solar posedă un sistem secundar propriu, fiind orbitate de obiecte planetare denumite sateliți naturali, sau luni (dintre care două sunt mai mari decât planeta Mercur) sau, în cazul giganților gazoși, de către inele planetare (benzi subțiri de particule mici care gravitează în jurul planetei la unison). Majoritatea celor mai mari sateliți naturali se află în rotație sincronă cu perioada lor de revoluție, una dintre fețele lor fiind totdeauna îndreptată către planeta orbitată.

Legile lui Kepler cu privire la mișcarea planetară descriu orbitele obiectelor din jurul Soarelui. Urmând legile lui Kepler, fiecare dintre aceste obiecte se mișcă de-a lungul unei elipse, într-unul dintre focarele acesteia aflându-se Soarele. Obiectele mai apropiate de Soare (cu o semiaxă majoră mai mică) se deplasează mai repede, fiind influențate mai puternic de către gravitația Soarelui. Pe o orbită eliptică, distanța unui corp față de Soare variază de-a lungul perioadei sale de revoluție (denumită „an"). Cel mai apropiat punct față de Soare de pe orbita unui obiect este numit , în timp ce punctul cel mai îndepărtat se numește . Orbitele planetelor sunt aproape circulare, dar multe comete, asteroizi și obiecte din cadrul centurii Kuiper au orbite foarte eliptice. Pozițiile corpurilor în sistemul solar pot fi prezise folosindu-se modele numerice.

Deși Soarele domină sistemul prin masa sa, el măsoară doar 2% din momentul cinetic, datorat rotației diferențiale din interiorul Soarelui gazos. Planetele, dominate de Jupiter, măsoară cea mai mare parte din restul momentului cinetic datorat combinației dintre masele, orbitele și distanțele lor față de Soare, cometele având cel mai probabil și ele o contribuție semnificativă la total.

Datorită distanțelor vaste implicate, multe reprezentări ale sistemului solar arată orbitele la aceeași depărtare. În realitate cu cât o planetă sau o centură este mai departe de Soare, cu atât distanța dintre ea și orbita precedentă este mai mare, existând totuși și unele excepții. De exemplu, Venus se află la aproximativ 0,33 unități astronomice (UA) mai departe de Soare decât Mercur, în timp ce Saturn se află la 4,3 UA depărtare de Jupiter, iar Neptun la 10,5 UA de Uranus. Au fost făcute încercări pentru a determina relația dintre aceste distanțe orbitale (de exemplu, legea Titius-Bode), dar nu a fost acceptată nicio teorie de acest fel.

Soarele - ce cuprinde aproape toată materia din sistemul solar - este compus în proporție de aproximativ 98% din hidrogen și heliu. Jupiter și Saturn, care cuprind aproape întreaga materie rămasă, au în compoziția atmosferei circa 98% din aceleași elemente. Există un gradient al compoziției în sistemul solar, determinat de căldura și presiunea de radiație a luminii care provin de la Soare; obiectele care sunt mai aproapiate de Soare, sunt mult mai afectate de căldură și presiunea luminii, fiind compuse din elemente cu temperaturi de topire ridicate. Obiectele care sunt mai depărtate de Soare sunt compuse în mare parte din materiale cu temperaturi de topire mai mici. Granița din sistemul solar, dincolo de care aceste substanțe volatile se pot condensa este cunoscută sub numele de linia de îngheț și se află la aproximativ 5 UA de la Soare.

Obiectele din sistemul solar interior sunt compuse în mare parte din roci, materiale ce conțin compuși cu puncte de topire ridicate cum sunt silicații, fierul sau nichelul, care au rămas în stare solidă în aproape toate condițiile din nebuloasa protoplanetară. Jupiter și Saturn sunt compuși în mare parte din gaze, materiale cu puncte de topire extrem de scăzute și presiunea de vapori mare, cum ar fi hidrogenul molecular, heliul și neonul, care s-au aflat întotdeauna în fază gazoasă în nebuloasa inițială. Ghețurile, ca apa înghețată, metanul, amoniacul, hidrogenul sulfurat și dioxidul de carbon, au puncte de topire de până la câteva sute de grade kelvin, în timp ce stările lor depind de presiunea și temperatura ambiante. Ele pot fi găsite sub formă de gheață, lichide sau gaze, în diferite locuri din sistemul solar, în timp ce în nebuloasa inițială ele erau fie în stare solidă, fie în stare gazoasă. Substanțe înghețate se găsesc în compoziția majorității sateliților planetelor gigante, precum și în cea a planetelor Uranus și Neptun (așa-numiții giganți de gheață) și în numeroase obiecte mici care se află dincolo de orbita lui Neptun. Împreună, gazele și ghețurile sunt cunoscute și ca volatile.

Un număr de modele ale sistemului solar de pe Pământ au încercat să redea la scară relativă obiectele sistemului solar, dar în mediul antropic. Unele astfel de modele sunt mecanice - cunoscute și ca planetarii - în timp ce altele se pot extinde de-a lungul mai multor orașe sau regiuni. Cel mai mare model la scară, Sistemul Solar Suedez, folosește arena Ericsson Globe de 110 metri amplasată în Stockholm drept Soare și, respectând scara, un Jupiter de 7,5 metri la Aeroportul Internațional Arlanda, de la 40 km depărtare, în timp ce cel mai depărtat obiect, Sedna, este o sferă de 10 cm din Luleå, de la 912 km depărtare.

Geneză și evoluție

Sistemul solar s-a format acum 4,568 miliarde de ani, în urma colapsului gravitațional al unei regiuni din cadrul unui vast nor molecular. Acest nor inițial avea un diametru de mai mulți ani-lumină și a dat naștere, probabil, mai multor stele. La fel ca și majoritatea norilor moleculari, acesta era constituit, în principal, din hidrogen, mai puțin heliu și cantități mici de elemente mai grele formate în generațiile anterioare de stele. Când regiunea care avea să devină sistemul solar, denumită și nebuloasă pre-solară, a suferit un colaps, conservarea momentului cinetic a determinat-o să se rotească mai repede. Centrul, unde s-a concentrat cea mai mare parte a masei, a devenit din ce în ce mai fierbinte în raport cu discul din jur. Nebuloasa în contracție, rotindu-se tot mai repede, a început să se aplatizeze și a luat forma unui disc protoplanetar cu un diametru de aproximativ 200 UA, având o protostea fierbinte și densă în centru. Protoplanetele formate în urma acreției din acest disc de praf și gaz interacționau gravitațional, formând - prin contopire - corpuri din ce în ce mai mari. Sute de protoplanete au putut exista în sistemul solar timpuriu, dar acestea fie au fuzionat, fie au fost distruse, formând planete și planete pitice, iar resturile devenind obiecte minore.

Din cauza punctului lor de fierbere foarte mare, numai metalele și silicații au putut rezista în sistemul solar interior fierbinte, aproape de Soare, iar acestea au format planetele de rocă Mercur, Venus, Terra și Marte. Deoarece elementele metalice constituiau doar o fracțiune foarte mică din nebuloasa solară, planetele terestre nu au putut deveni foarte mari. Giganții gazoși (Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun) s-au format mai departe de Soare, dincolo de linia de îngheț: punctul dintre orbita lui Marte și a lui Jupiter începând de la care materia este suficient de rece pentru a permite compușilor volatili să rămână solizi. Ghețurile care formau aceste planete au fost mai numeroase decât metalele și silicații, care formau planetele terestre interioare, permițându-le să devină destul de masive pentru a capta atmosfere mari de hidrogen și heliu, elementele cele mai ușoare și mai abundente. Resturile care nu au devenit planete s-au concentrat în regiuni ca centura de asteroizi, centura Kuiper și norul lui Oort. Modelul de la Nisa este o explicație a creării acestor regiuni, precum și a modului în care planetele exterioare s-au putut forma în poziții diferite și au migrat, ajungând să aibă orbitele lor actuale prin diverse interacțiuni gravitaționale.

După 50 de milioane de ani, presiunea și densitatea hidrogenului din centrul protostelei au devenit suficient de mari pentru ca să înceapă fuziunea termonucleară. Temperatura, viteza de reacție, presiunea, precum și densitatea au crescut până când a fost atins echilibrul hidrostatic: presiunea termică a egalat forța gravitațională. În acel moment, Soarele a devenit o stea din secvența principală de stele. Vântul solar a creat heliosfera și a măturat gazul și praful rămase din discul protoplanetar în spațiul interstelar, punând capăt procesului de formare a planetelor.

Sistemul solar va rămâne aproximativ așa cum îl știm astăzi până când hidrogenul din nucleul Soarelui va fi complet transformat în heliu, eveniment ce va avea loc peste 5,4 miliarde de ani. Acest lucru va pune sfârșit perioadei principale de viață a Soarelui. În acel moment, nucleul Soarelui va suferi un colaps, iar energia produsă va fi mult mai mare decât în prezent. Straturile exterioare ale Soarelui se vor extinde, diametrul ajungând de circa 260 de ori mai mare decât în momentul actual și Soarele va deveni o gigantă roșie. Din cauza faptului că suprafața sa va crește foarte mult, ea va fi considerabil mai rece decât va fi fost în perioada principală a vieții lui (cu maximum 2600 K). În urma măririi Soarelui, Mercur și Venus se vor vaporiza iar planeta Pământ va deveni nelocuibilă, zona locuibilă mutându-se la orbita lui Marte. În cele din urmă, nucleul nu va mai fi suficient de fierbinte pentru fuziunea heliului; Soarele va arde heliul pentru o fracțiune a timpului în care a ars hidrogenul din nucleu. Soarele nu este destul de masiv pentru a începe fuziunea elementelor mai grele, și reacțiile nucleare din nucleu vor scădea. Straturile sale exterioare vor fi ejectate în spațiu, lăsând în urmă o pitică albă, un obiect extraordinar de dens, având jumătate din masa inițială a Soarelui (de mărimea Pământului). Straturile exterioare ejectate vor forma ceea ce este cunoscut sub numele de nebuloasă planetară, împrăștiind în mediul interstelar unele din materialele din care s-a format Soarele, dar și elemente mai grele, cum ar fi carbonul, create în Soare.

Soarele este steaua sistemului solar și de departe cel mai important component al acestuia. Masa sa mare (egală cu 332.900 de mase terestre) produce în nucleul său temperaturi și densități suficient de ridicate ca să susțină fuziunea nucleară, care eliberează o cantitate enormă de energie, din care cea mai mare parte radiază în restul sistemului sub formă de radiații electromagnetice, cu vârful situat în spectrul de 400-700 nm al luminii vizibile.

Soarele este clasificat ca fiind o pitică galbenă de tipul G2, dar acest nume poate induce în eroare, din moment ce comparativ cu majoritatea stelelor din galaxia noastră, Soarele este mai mare și mai luminos. Stelele sunt clasificate cu ajutorul diagramei Hertzsprung-Russell, o diagramă care reprezintă grafic luminozitatea stelelor împreună cu temperatura de la suprafața lor. În general, stelele mai fierbinți sunt mai luminoase. Stelele care satisfac această relație sunt denumite stele din secvența principală, iar Soarele se află chiar în mijlocul acestei secvențe. Totuși, stelele mai luminoase și mai fierbinți decât Soarele sunt rare, în timp ce stelele cu mult mai fade și mai reci, cunoscute și ca pitice roșii, sunt comune, reprezentând 85% din totalul stelelor din galaxie.

Unele dovezi sugerează că poziția Soarelui în secvența principală poate înseamna că acesta se află la mijlocul ciclului de viață al unei stele, pentru că nu și-a consumat încă rezerva de hidrogen folosit pentru fuziunea nucleară. Soarele devine tot mai luminos; mai devreme în evoluția sa, luminozitatea era doar 70% din cea actuală.

Soarele face parte din populația I de stele; a luat naștere în faza târzie a evoluției universului și astfel conține mai multe elemente mai grele decât hidrogenul și heliul (numite „ metale", în context astronomic) decât stelele mai vechi ce fac parte din populația a II-a. Elementele chimice mai grele decât hidrogenul și heliul s-au format în nucleele stelelor vechi care au explodat, așadar prima generație de stele a trebuit să dispară pentru ca universul să se poată îmbogăți cu aceste elemente. Stelele mai vechi conțin mai puține metale, în timp ce stelele născute mai târziu conțin mai multe. Se crede că acest conținut mai bogat în metale a fost crucial pentru ca Soarele să dezvolte un sistem planetar, deoarece planetele se formează prin acreția „metalelor".

Mediul interplanetar

Împreună cu lumina, Soarele radiază un flux continuu de particule încărcate ( plasmă) cunoscute ca vânt solar. Acest flux de particule se răspândește spre exterior, cu o viteză de aproximativ 1,5 milioane de kilometri pe oră, creând o atmosferă fragilă (heliosfera) care pătrunde în sistemul solar până la cel puțin 100 UA (vezi heliopauză). Această materie extrem de rarefiată este cunoscută sub numele de mediu interplanetar. Activitatea de pe suprafața Soarelui, cum ar fi erupțiile solare și ejecția masei coronale, perturbă heliosfera, generând vremea cosmică și cauzând furtuni geomagnetice. Cea mai mare structură din cadrul heliosferei este stratul de curent heliosferic, în formă de spirală, creat de acțiunea câmpului magnetic rotativ al Soarelui asupra mediului interplanetar.

Câmpul magnetic al Pământului împiedică atmosfera sa de a fi deposedată de vântul solar. Venus și Marte nu au câmp magnetic și ca rezultat, vântul solar face ca atmosferele lor să se împrăștie treptat în spațiu. Ejecțiile masei coronale și alte fenomene similare aruncă în spațiu un câmp magnetic și cantități imense de materie de pe suprafața Soarelui. Interacțiunea acestui câmp magnetic și a materialelor cu câmpul magnetic al Pământului provoacă apariția de particule încărcate în atmosfera superioară a Pământului, unde interacțiunea lor creează aurorele observabile în apropierea polilor magnetici.

Radiațiile cosmice provin din afara sistemului solar. Heliosfera și câmpurile magnetice planetare (pentru planetele care le au) apără parțial sistemul solar de particulele interstelare cu înaltă energie care formează razele cosmice. Densitatea razelor cosmice în mediul interstelar și puterea câmpului magnetic al Soarelui se schimbă în perioade lungi de timp, astfel încât nivelul de penetrare a radiațiilor cosmice în sistemul solar variază, deși este necunoscut cât de mult.

Mediul interplanetar conține cel puțin două regiuni în formă de disc alcătuite din praf cosmic. Prima, norul de praf zodiacal, se află în sistemul solar interior și cauzează lumina zodiacală. Probabil ea s-a format în urma coliziunilor din centura de asteroizi provocate de interacțiunea cu planetele. Cea de-a doua se întinde de la aproximativ 10 UA până la aproximativ 40 UA și a fost creată, probabil, de coliziuni similare din cadrul centurii Kuiper.

Sistemul solar interior

Sistemul solar interior este numele tradițional pentru regiunea care cuprinde planetele terestre și asteroizii. Obiectele din această regiune sunt compuse în mare parte din silicați și metale, fiind relativ aproape de Soare; raza întregii regiuni este mai mică decât distanța dintre orbitele lui Jupiter și Saturn.

Planete interioare

Cele patru planete interioare sau telurice / terestre au o compoziție densă, de roci, cu puțini sau chiar fără sateliți și fără sisteme de inele. Ele sunt compuse în mare parte din minerale refractare, cum ar fi silicații, care formează scoarțele și mantalele planetelor, și metale ca fierul și nichelul, care formează nucleele planetare. Trei din cele patru planete interioare (Venus, Terra și Marte) au o atmosferă destul de densă pentru a genera vremea; toate au cratere de impact și caracteristici tectonice de suprafață, cum ar fi rifturi și vulcani. Termenul de „planetă interioară" nu trebuie confundat cu termenul de „ planetă inferioară ", care desemnează planetele mai apropiate de Soare decât Pământul (adică Mercur și Venus).

Mercur (0,4 UA de la Soare) este cea mai apropiată planetă de Soare și cea mai mică planetă din sistemul solar (0,055 mase terestre). Mercur nu are niciun satelit natural, iar singurele caracteristici geologice cunoscute, în afara craterelor de impact, sunt crestăturile din scoarță, care cel mai probabil se datorează unei perioade timpurii de contracție din trecutul său. Atmosfera planetei Mercur este aproape neobservabilă și este formată din atomi desprinși de pe suprafața sa de către vântul solar. Apariția nucleului său de fier relativ mare și mantaua subțire nu au fost încă suficient explicate. Ipotezele includ faptul că straturile exterioare au fost dezagregate în urma impactului cu un obiect gigantic și că acreția completă a fost împiedicată de energia Soarelui tânăr.

Planeta Venus (0,7 UA de la Soare) este asemănătoare ca mărime cu Pământul (0,815 mase terestre) și, la fel ca și Terra, are o manta subțire de silicat deasupra unui nucleu de fier, o atmosferă substanțială și indicii ale unei activități geologice interne. Totuși, planeta este mult mai uscată decât Pământul iar atmosfera sa este de nouăzeci de ori mai densă. Venus nu are niciun satelit natural. Este cea mai fierbinte planetă, temperaturile de la suprafață depășind 400 °C, cel mai probabil din cauza cantității de gaze cu efect de seră din atmosferă. Nu a fost detectată nici o dovadă definitivă a unei activități geologice la momentul actual pe Venus, dar planeta nu are un câmp magnetic care să prevină epuizarea atmosferei sale substanțiale, ceea ce sugerează că aceasta este încontinuu alimentată de către erupțiile vulcanice.

Pământul (de asemena și Terra; 1 UA de la Soare) este cea mai mare și cea mai densă planetă interioară, singura despre care se cunoaște la momentul actual că este geologic activă și singurul loc din sistemul solar unde se cunoaște că există viață. Hidrosfera sa lichidă este unică printre planetele terestre, iar Terra este singura planetă unde au fost observate plăci tectonice. Atmosfera Pământului diferă radical față de cea a altor planete, fiind shimbată de prezența vieții și conținând aproximativ 21% de oxigen liber. Planeta Pământ are doar un satelit natural, Luna, care este singurul satelit mare al unei planete terestre din sistemul solar.

Marte (1,52 UA de la Soare) este mai mic decât Terra și Venus (are 0,107 mase terestre). Planeta posedă o atmosferă formată în mare parte din dioxid de carbon, cu o presiune la suprafață de 6,1 milibari (aproximativ 0,6% din presiunea atmosferică de la suprafața Pământului). Suprafața sa, brăzdată de vulcani vaști ca Olympus Mons și rifturi cum ar fi Valles Marineris, reprezintă o dovadă a activităților geologice care au persistat până relativ recent, cu două milioane de ani în urmă. Culoarea sa roșiatică provine de la oxizii de fier (rugină) din sol. Marte are doi sateliți naturali foarte mici ( Deimos și Phobos) despre care se crede că au fost asteroizi capturați de gravitația planetei.

Centura de asteroizi

Asteroizii sunt obiecte mici din sistemul solar, compuse în mare parte din roci refractare și minerale metalice, la care se mai adăugă gheața.

Centura de asteroizi se află între planetele Marte și Jupiter, la o distanță cuprinsă între 2,3 și 3,3 UA de la Soare. Se crede ea e alcătuită din resturile rămase în urma formării sistemului solar, care nu au reușit să se unească din cauza interferenței gravitaționale a lui Jupiter.

Mărimea asteroizilor variază de la câteva sute de kilometri până la mărimi microscopice. Toți asteroizii, cu excepția celui mai mare, Ceres, sunt clasificați ca obiecte mici ale sistemului solar.

Centura de asteroizi conține zeci de mii, posibil milioane, de obiecte ce au un diametru mai mare de un kilometru. Cu toate acestea, masa totală a centurii de asteroizi măsoară în jur de o miime din masa terestră. În centura de asteroizi, obiectele sunt foarte rarefiate; navele spațiale au trecut cu ușurință prin aceasta fără niciun incident. Asteroizii cu diametre între 10 și 10 −4 metri sunt denumiți meteoroizi.

Ceres (2,77 UA de la Soare) este cel mai mare asteroid, o protoplanetă și o planetă pitică. Are un diametru puțin mai mic de 1000 km și o masă destul de mare pentru ca propria gravitație să-i confere o formă sferică. Când a fost descoperită în secolul al XIX-lea, Ceres a fost considerată o planetă, dar a fost reclasificată ca asteroid în anii 1850, când observațiile mai ample au dezvăluit existența altor asteroizi asemănători. În anul 2006 a fost clasificată ca planetă pitică.

Grupuri de asteroizi

Asteroizii din centura de asteroizi sunt divizați în grupuri de asteroizi și familii de asteroizi, în funcție de caracteristicile orbitale pe care le au. Sateliții asteroidali sunt asteroizii care orbitează în jurul unor asteroizi mai mari. Ei nu sunt distinși atât de clar ca și sateliții planetari, câteodată fiind la fel de mari ca și asteroidul în jurul căruia gravitează. Centura de asteroizi conține de asemenea și comete de centură principală, care se poate să fi fost sursa de apă a Pământului.

Troienii lui Jupiter sunt localizați în punctele Lagrange L₄ sau L₅ ale lui Jupiter (regiuni stabile din punct de vedere gravitațional care precedă sau urmează planeta pe orbita sa); termenul de este folosit de asemenea pentru a desemna corpuri mici din orice punct Lagrange al unei planete sau unui satelit. Asteroizii din familia Hilda sunt într-o rezonanță de 2:3 cu planeta Jupiter; aceasta înseamnă că ei orbitează în jurul Soarelui de trei ori la fiecare două orbitări ale lui Jupiter.

În sistemul solar interior există de asemenea asteroizi hoinari, mulți dintre ei traversând orbitele planetelor interioare.

Sistemul solar exterior

Regiunea exterioară a sistemului solar este locul unde se află giganții gazoși și sateliții lor. Multe comete cu perioadă scurtă, inclusiv centaurii, orbitează de asemenea în această regiune. Din cauza distanței foarte mari de la Soare, obiectele solide din sistemul solar exterior conțin o proporție mai mare de substanțe volatile cum ar fi apa, amoniacul și metanul, decât planetele de roci din sistemul solar interior, deoarece temperaturile mai reci permit menținerea acestor compuși în stare solidă.

Planetele exterioare

Cele patru planete exterioare sau giganții gazoși (uneori numite planete joviene), dețin împreună 99% din masa care orbitează în jurul Soarelui. Jupiter și Saturn au, fiecare, o masă de zeci de ori mai mare decât cea a Pământului și sunt formate preponderent din hidrogen și heliu; Uranus și Neptun sunt mai puțin masive (având sub 20 de mase terestre) și sunt compuși mai mult din ghețuri. Din această cauză, mulți astronomi cred că ei fac parte dintr-o categorie aparte, „giganții de gheață". Toți cei patru giganți gazoși au inele, deși doar sistemul de inele al lui Saturn este ușor de observat de pe Pământ. Termenul de planetă exterioară nu trebuie confundat cu cel de planetă superioară, care desemnează planete din afara orbitei Pământului și include, astfel, atât planetele exterioare cât și pe Marte.

Jupiter (5,2 UA), cu o masă de 318 ori mai mare ca cea a Pământului, este de 2,5 mai masiv decât toate celelalte planete din sistemul solar laolaltă. El este compus în mare parte din hidrogen și heliu. Căldura sa internă destul de mare creează un număr de caracteristici semi-permanente ale atmosferei sale, cum ar fi benzile de nori și Marea Pată Roșie.

Jupiter are 67 de sateliți cunoscuți. Cei mai mari patru sateliți, Ganymede, Callisto, Io și Europa prezintă similarități cu planetele terestre, cum ar fi vulcanismul și încălzirea internă. Ganymede, cel mai mare satelit din sistemul solar, este mai mare decât planeta Mercur.

Saturn (9,5 UA), care se distinge prin sistemul său de inele ușor de observat de pe Pământ, este asemănător cu Jupiter din punctul de vedere al compoziției atmosferice și al magnetosferei. Deși Saturn are 60% ​​din volumul lui Jupiter, el are mai puțin de o treime din masa acestuia (95 de mese terestre), fiind cea mai puțin densă planetă din sistemul solar. Inelele lui Saturn sunt alcătuite din particule mici de rocă și gheață.

Saturn are 62 de sateliți confirmați; doi dintre ei, Titan și Enceladus, poartă semne de activitate geologică, deși aceștia sunt în mare parte alcătuiți din gheață (criovulcani). Titan, al doilea satelit ca mărime din sistemul solar, este mai mare decât Mercur și singurul satelit din sistemul solar care posedă o atmosferă substanțială.

Uranus (19,6 UA), de 14 ori mai masiv ca Pământul, are masa cea mai mică dintre toate planetele exterioare. Este singura planetă care orbitează în jurul Soarelui înclinată „pe o parte"; înclinația axei de rotație este de peste nouăzeci de grade față de normala la ecliptică. Planeta are un nucleu mult mai rece decât ceilalți giganți gazoși și cantitatea de căldură radiată în spațiu este foarte mică.

Uranus are 27 de sateliți cunoscuți, cei mai mari fiind Titania, Oberon, Umbriel, Ariel și Miranda.

Neptun (30 UA), deși este puțin mai mic decât Uranus, este mult mai masiv (aproximativ 17 mase terestre) și prin urmare, mult mai dens. El radiază mai multă căldură internă, dar nu la fel de multă ca Jupiter sau Saturn.

Neptun are 13 sateliți cunoscuți. Cel mai mare, Triton, este geologic activ, având probabil gheizere de azot lichid. Triton este singurul satelit mare cu o orbită retrogradă. Neptun este însoțit pe orbita sa de o mulțime de planete minore, numite troienii lui Neptun, care au o rezonanță orbitală de 1:1 cu el.

Centaurii sunt obiecte de gheață asemănătoare cometelor, cu o semiaxă mare mai mare decât cea al lui Jupiter (5,5 UA) și mai mică decât cea a lui Neptun (30 UA). Cel mai mare centaur cunoscut, 10199 Chariklo, are un diametru de aproximativ 250 km. Primul centaur descoperit, 2060 Chiron, a fost, de asemenea, clasificat drept cometă (95P) deoarece acesta dezvoltă o coadă ca și cometele, atunci când se apropie de Soare.

Cometele sunt obiecte mici din sistemul solar, de obicei cu dimensiuni de doar câțiva kilometri, compuse în mare parte din gheață volatilă. Au orbite puternic excentrice și în general periheliul lor se află între orbitele planetelor interioare iar afeliul, la mare distanță dincolo de planeta pitică Pluto. Când o cometă intră în sistemul solar interior, apropierea sa de Soare cauzează sublimarea și ionizarea suprafeței sale înghețate, creându-se astfel o coamă, urmată de o coadă lungă de gaz și praf care este adesea vizibilă cu ochiul liber.

Cometele de perioadă scurtă au perioada orbitală mai scurtă de două sute de ani, iar cele de perioadă lungă au perioade orbitale de ordinul miilor de ani. Se crede că cometele de perioadă scurtă își au originea în centura Kuiper, în timp ce cele de perioadă lungă (cum ar fi Hale-Bopp), în norul lui Oort. Multe grupuri de comete, ca Kreutz Sungrazers, s-au format prin fragmentarea unei comete-părinte. Unele comete cu orbite hiperbolice pot să provină din afara sistemului solar, dar determinarea precisă a orbitelor lor este dificilă. Cometele bătrâne, care și-au consumat mare parte a materialului volatil datorită încălzirii solare, sunt categorizate de obicei ca asteroizi.

Regiunea transneptuniană

Zona de dincolo de Neptun sau „regiunea transneptuniană" este în mare parte neexplorată. Ea conține o mulțime de lumi mici (cea mai mare având un diametru de doar o cincime din cel al Pământului și o masă mult mai mică decât cea a Lunii), compuse în principal din roci și gheață. Această regiune este uneori cunoscută sub numele de „sistemul solar exterior", deși alții folosesc acest termen pentru a desemna regiunea de dincolo de centura de asteroizi. În literatura astronomică internațională, corpurile cerești situate în regiunea transneptuniană sunt abreviate, de obicei, ca TNO ( Trans-Neptunian Object).

Centura Kuiper

Centura Kuiper este un inel mare, plin cu resturi, similar cu centura de asteroizi, în el fiind în principal obiecte care sunt compuse în primul rând din gheață. Aceasta se întinde între 30 și 50 UA de la Soare. Deși se consideră că conține zeci de planete pitice, ea este compusă în principal din corpuri mici ale sistemului solar. Multe dintre obiectele mai mari din centura Kuiper, ca Quaoar, Varuna și Orcus, pot fi recunoscute ca planete pitice dacă vor fi date suplimentare despre ele. Se estimează că acolo sunt peste 100.000 de obiecte cu un diametru mai mare de 50 km, dar masa totală a centurii Kuiper se consideră a fi doar o zecime sau chiar o sutime din masa Pământului. Multe obiecte din centura Kuiper au mai mulți sateliți, iar cele mai multe au orbite care le duc în afara planului ecliptic.

Centura Kuiper poate fi împărțită în centura clasică și rezonantă. Obiectele rezonante au o orbită legată de cea a lui Neptun (de exemplu, orbitează în jurul Soarelui de două ori pentru fiecare trei orbitări ale lui Neptun, sau o dată la fiecare două). Prima rezonanță are loc în orbita lui Neptun. Centura clasică constă în obiecte care nu au rezonanță cu Neptun, și se întinde de la aproximativ 39,4 UA până la 47,7 UA. Obiectele din centura clasică Kuiper se clasifică ca cubewano, după ce a fost descoperit primul obiect de acest fel, , și până acum au o orbită asemănătoare cu orbita lor inițială care avea o excentricitate mică.

Pluto și Charon

Planeta pitică Pluto (distanța medie de la Soare: aprox. 39 UA) este cel mai mare obiect cunoscut din centura Kuiper. Când a fost descoperit în 1930, era considerat a noua planetă; această clasificare s-a schimbat în 2006, când s-a adoptat o definție formală mai riguroasă a unei planete. Pluto are o orbită relativ excentrică, înclinată la 17 grade față de planul eclipticei, iar distanța sa față de Soare variază între 29,7 UA la periheliu (situat în interiorul orbitei lui Neptun) și 49,5 UA la afeliu.

Charon, cel mai mare satelit al lui Pluto, este câteodată descris ca alcătuind un sistem binar cu Pluto, deoarece cele două corpuri orbitează în jurul unui baricentru gravitațional comun situat deasupra suprafețelor lor (aceasta înseamnă că ele par a se „orbita reciproc"). În afară de Charon, sunt cunoscuți alți patru sateliți mai mici care orbitează în jurul planetei Pluto, și anume: P5, Nix, P4, și Hydra.

Pluto are un raport de rezonanță orbitală de 3:2 cu Neptun, aceasta însemnând că Pluto efectuează două revoluții complete în jurul Soarelui la fiecare trei revoluții complete ale lui Neptun. Obiectele din centura Kuiper care posedă aceeași rezonanță orbitală sunt cunoscute ca obiecte obiecte plutino.

Makemake și Haumea

Planeta pitică Makemake (distanța medie de la Soare: 45,79 UA), deși este mai mică decât Pluto, este cel mai mare obiect cunoscut din centura Kuiper clasică (adică el nu prezintă un raport confirmat de rezonanță orbitală cu Neptun). Makemake este cel mai luminos obiect din centura Kuiper după Pluto. A fost denumită și desemnată ca planetă pitică în 2008. Orbita sa este mult mai înclinată decât cea a lui Pluto, la 29°.

Haumea (distanța medie de la Soare: 43,13 UA) are o orbită similară cu cea a lui Makemake, cu excepția faptului că prezintă o rezonanță orbitală de 7:12 cu Neptun. Este de aproape aceeași mărime ca și Makemake și are doi sateliți naturali. O rotație rapidă, cu o perioadă de 3,9 ore, îi conferă o formă alungită și aplatizată. A fost denumită și desemnată ca planetă pitică în 2008.

Discul împrăștiat

Discul împrăștiat, ce se suprapune peste centura lui Kuiper dar se extinde mult în afara acesteia, este posibila sursă a cometelor de perioadă scurtă. Se crede că obiectele din discul împrăștiat au fost transformate în obiecte neregulate datorită influenței gravitaționale a migrației timpurii a lui Neptun. Multe astfel de obiecte au periheliul undeva în centura Kuiper dar afeliul mult în afara sa (unele obiecte au afeliul și la 150 UA depărtare de Soare). Orbitele obiectelor din discul împrăștiat sunt de asemenea foarte înclinate față de planul eclipticei, și adesea sunt chiar perpendiculare pe acesta. Unii astronomi consideră discul împrăștiat a fi pur și simplu o altă regiune a centurii Kuiper, iar obiectele discului împrăștiat sunt considerate „obiecte împrăștiate din centura Kuiper". Unii astronomi de asemenea clasifică centaurii ca obiecte împrăștiate de interior ale centurii Kuiper împreună cu obiectele împrăștiate din discul împrăștiat.

Eris (68 UA distanță medie față de Soare) este cel mai mare obiect cunoscut din discul împrăștiat și a provocat incertitudini în ceea ce privește definirea unei planete, deoarece este cu 25% mai masiv decât Pluto și are aproximativ același diametru. Este cea mai masivă dintre planetele pitice cunoscute. Are un singur satelit, Dysnomia. Ca și în cazul lui Pluto, orbita sa este foarte excentrică, cu periheliul situat la 38,2 UA (aproximativ distanța de la Pluto la Soare) și afeliul la 97,6 UA, fiind de asemenea puternic înclinată față de planul eclipticei.

Regiuni mai îndepărtate

Punctul în care se încheie sistemul solar și începe spațiul interstelar nu este definit cu precizie, deoarece granițele sale exterioare sunt modelate de două forțe distincte: vântul solar și gravitația Soarelui. Limita exterioară a influenței vântului solar este de aproximativ de patru ori distanța de la Pluto la Soare; această heliopauză este considerată începutul mediului interstelar. Cu toate acestea, sfera lui Hill a Soarelui, raza efectivă de dominație gravitațională a sa, se crede că se extinde până la o mie de ori mai departe.

Heliopauză

Heliosfera este împărțită în două regiuni distincte. Vântul solar călătorește cu o viteză de până la aproximativ 400 km/s până când se ciocnește cu vântul interstelar; un flux de plasmă în mediul interstelar. Coliziunea are loc la încetarea șocului, care este aproximativ de 80-100 UA de la Soare din direcția opusă vântului mediului interstelar și aproximativ 200 UA de la Soare din direcția vântului. Aici vântul încetinește dramatic, se condensează și devine mai turbulent, formând o structură ovală mare cunoscută sub numele de helioînveliș. Această structură se crede că arată și se comportă foarte mult ca coada unei comete și se extinde în exterior până la 40 UA în partea direcției opuse vântului, dar coada este de mai multe ori că distanța decât distanța direcției vântului; dar probele de pe Cassini și nava spațială Interstellar Boundary Explorer sugerează că aceasta este, de fapt, forțată într-o formă de bule sub acțiunea de constrângere a câmpului magnetic interstelar. și au raportat că au trecut încetarea șocului și au intrat în helioînveliș, la 94 UA și respectiv 84 UA de la Soare. Limita exterioară a heliosferei, heliopauza, este punctul în care vântul solar în cele din urmă se termină și se începe spațiului interstelar.

Forma și marginea exterioară a heliosferei sunt probabil afectate de dinamica fluidelor a interacțiunilor cu mediul interstelar precum și de câmpuri magnetice solare existente la sud, de exemplu este direct modelat de emisfera nordică care se extinde cu 9 UA mai departe decât emisfera sudică. Dincolo de heliopauza, în jurul valorii de 230 UA, se află arcul de șoc, o „urmă" de plasmă lăsată de Soare când acesta călătorește prin Calea Lactee.

Nici o navă spațială încă nu a depășit heliopauza, așa că este imposibil să cunoaște condițiile din spațiul interstelar local. Se așteaptă ca nava spațială Voyager NASA va trece în următorul deceniu heliopauza și va transmite date valoroase privind nivelurile de radiații și vântul solar ce se întoarce spre Pământ. Cât de bine Heliosfera apără sistemul solar de razele cosmice este încă rău cunoscut. O echipă finanțată de NASA a dezvoltat un concept de „Misiune Viziune", care are scopul de a trimite o sondă spre heliosferă.

90377 Sedna (525,86 UA mediu) eu un obiect mare, roșiatic, cu o orbită eliptică care este de aproximativ 76 UA la periheliu și 928 UA la afeliu și care durează 12.050 de ani. Mike Brown, omul care a descoperit acest obiect în 2003, afirmă că aceast obiect nu poate face parte din discul împrăștiat sau centura Kuiper astfel cum periheliu este prea îndepărtat ca să poată fi afectat de migrațiea lui Neptun. El și alți astronomi consideră că acest obiect este de un tip cu totul nou, în care mai poate fi inclus obiectul , care are un periheliu de 45 UA și un afeliu de 415 UA, și o perioadă orbitală de 3.420 de ani. Brown denumește această populație ca „norul lui Oort interior", așa cum este posibil să se fi format printr-un proces similar, deși este mult mai aproape de Soare. Sedna este foarte asemănătoare cu o planetă pitică, deși forma sa încă nu este determinată.

Norul lui Oort

Norul lui Oort este un nor ipotetic de formă sferică cu până la un trilion de obiecte de gheață, care este considerat a fi sursa pentru toate comete de lungă durată și înconjoară sistemul solar la o distastanță de aproximativ 50.000 UA (în jur de 1 an-lumină (al)), și posibil până la 100.000 UA (1,87 al). Acesta este considerat a fi compus din comete care au fost aruncate din sistemul solar interior de interacțiunile gravitaționale cu planetele exterioare. Obiectele din norul lui Oort se mișcă foarte încet, și pot fi perturbate de evenimente rare, cum ar fi coliziunile, efectele gravitaționale ale unei stele în trecere sau mareea galactică, o forță mareică exercitată de către Calea Lactee.

O mare parte din sistemul solar este încă necunoscut. Câmpul gravitațional al Soarelui este estimat să domine forțele gravitaționale ale stelelor din apropierea de 2 ani-lumină (125.000 UA). Estimările mai mici pentru raza norului lui Oort, ca contrast, nu-l pun mai departe de 50.000 UA. În ciuda descoperirilor cum ar fi Sedna, regiunea dintre centura Kuiper și norul lui Oort, o zonă cu raza de zeci de mii de UA, este încă practic necunoscută. Există, de asemenea, studii în curs de desfășurare ale regiunii dintre Mercur și Soare. Mai pot fi descoperite obiecte în regiunile neexplorate ale sistemului solar.

În noiembrie 2012, NASA a anunțat că Voyager 1 a abordat zona de tranzit cu limita exterioară a sistemului solar, instrumentele sale detectând o intensificare bruscă a câmpului magnetic. Nici o schimbare în direcția câmpului magnetic n-a avut loc, ceea ce oamenii de știință din NASA interpretează în a indica că Voyager 1 nu a părăsit sistemul solar.

Contextul galactic

Sistemul solar este localizat în galaxia Calea Lactee, o galaxie spiralată cu un diametru de aproximativ 100 000 de ani-lumină, ce conține în total circa 200 de miliarde de stele. Ca localizare generală, Soarele se află în cadrul uneia dintre brațele (sau spiralele) exterioare ale Căii Lactee, cunoscut ca Brațul Orion, sau „Pintenul Local". Soarele se află la aproximativ 25 000 și 28 000 de ani lumină distanță de Centrul Galactic, iar viteza sa în raport cu galaxia este de aproximativ 220 de kilometri pe secundă, astfel completează o revoluție galactică odată la 225-250 de milioane de ani. Această revoluție este cunoscută în limbajul științific ca an galactic al sistemului solar. Apexul solar, punctul spre care Soarele se deplasează în mișcarea lui prin Calea Lactee, se află în apropierea stelei strălucitoare Vega, dar la zona mărginașă dintre constelațiile Lira și Hercule. Planul eclipticei se află la un unghi de aproximativ 60° față de planul galactic.

Localizarea sistemului solar în galaxie este factorul care a determinat evoluția vieții pe Pământ. Orbita sa este aproape circulară, și vitezele orbitale din apropierea Soarelui sunt aproape la fel de rapide ca și cele ale brațelor spirale. Prin urmare, Soarele tranzitează brațele galaxiei foarte rar. Deoarece în zona orbitală a Soarelui (adică în zona brațelor spirale) există mai puține supernove, instabilități gravitaționale și radiații care ar putea distruge sistemul solar, astfel Pământul a avut lungi perioade de stabilitate în care viața a putut să prospere. De asemenea, sistemul solar se află poziționat cu mult în afara zonelor foarte aglomerate cu stele ale centrului galactic. În apropierea centrului, forțele gravitaționale venite de la alte stele ar putea smulge obiectele afla în Norul lui Oort și să trimită multe comete înspre sistemul solar interior, producând coliziune cu probabile implicații catastrofale pentru viața de pe Pământ. Radiațiile intense ale centrului galactic ar putea, de asemenea, să perturbe evoluția formelor de viață complexe. Chiar și pentru localizarea curentă a sistemului solar, unii savanți au presupus ca acum 35 000 de ani, unele supernove să fi afectat negativ viața de pe Pământ, prin aruncarea unor fragmente de nucleu stelar spre Soare sub forma unor fire de praf radioactive și chiar obiecte mai mari, asemănătoare cometelor.

Vecinătate

În imediata vecinătate galactică a sistemului solar se află Norul Local Interstelar, un nor astronomic dens dintr-o altă regiune împrăștiată cunoscută ca Bula Locală, o cavitate în formă de clepsidră din mediul interstelar de cel puțin 300 de ani lumină în lungime. Bula este saturată cu plasmă de temperatură înaltă ceea ce sugerează că a fost produsă recent de unele supernove.

Sunt relativ câteva stele aflate la mai puțin de zece ani lumină (95 de trilioane de km) de Soare. Cel mai apropiat este sistemul triplu stele Alfa Centauri, din constelația Centaurul, aflat la 4,4 ani lumină distanță și compus dintr-o pereche de stele (Alfa Centauri A și B) asemănătoare Soarelui, în jurul cărora gravitează la o distanță de 0,2 ani-lumină pitica roșie Alfa Centauri C, de o luminozitate relativ mică. Aceasta din urmă este steaua cea mai apropiată de Soare, la o distanță de 4,24 ani-lumină, motiv pentru care mai este numită „ Proxima Centauri". Următoarele cele mai apropiate stele față de Soare sunt piticele roșii Steaua lui Barnard (la 5,9 ani lumină), Wolf 359 (7,8 ani lumină) și Lalande 21185 (8,3 ani lumină). Cea mai mare stea din lista celor mai apropiate este de departe Sirius, o stea luminoasă din secvența principală de stele a cărei masă este asemănătoare cu cea a Soarelui și orbitată de către o pitică albă denumită Sirius B. Se află la aproximativ 8,6 ani lumină distanță. Celelalte sisteme stelare mai apropiate de zece ani lumină sunt sistemul binar Luyten 726-8 dintre două stele pitice albe și roșii (la 8,7 ani lumină) și pitica roșie solitară Ross 154 (9,7 ani lumină). Cea mai apropiată stea solitară asemănătoare Soarelui este Tau Ceti, localizată la 11,9 ani lumină depărtare. Ea are aproximativ 80% din masa Soarelui, dar doar 60% din luminozitatea sa. Cea mai apropiată planetă extrasolară de sistemul solar se află în preajma stelei Alpha Centauri B. Una dintre planetele confirmate ale acesteia, Alpha Centauri Bb, are cel puțin 1,1 din masa Pământului și orbitează steaua la fiecare 3,236 zile.

Sistemul Solar în imagini

Câteva exemple vizuale ale celor mai apropiate obiecte din Sistemul Solar, selectate după mărime și detalii și sortate după volum. Soarele este de aproximativ 10 000 de ori mai mare și de 41 de trilioane de ori mai voluminos decât cele mai mic obiect prezentat (Prometeu). Listele mai includ: lista obiectelor din Sistemul Solar după mărime, listă de sateliți naturali, lista planetelor minore și listă de comete.

1. Scrierea numelui cu inițiale majuscule nu este unanim acceptată. ^ UAI, organul care deține autoritatea în domeniul nomenclaturii astronomice, specifică că trebuie scrise cu majuscule numele tuturor obiectelor individuale astronomice (Sistemul solar). Cu toate acestea, numele este frecvent scris cu litere mici (sistemul solar) - de exemplu în Dicționarul Oxford al limbii engleze și Merriam-Webster's 11th Dicționarul enciclopedic

2. Vezi ^ Lista de sateliți naturali, pentru o listă completă a sateliților naturali ai celor opt planete și ai primelor cinci planete pitice.

3. Măsurătorile astronomice ale distanței în cadrul sistemului solar se fac în ^ unități astronomice (UA). O UA este egală cu distanța medie dintre Pământ și Soare, sau 149,598,000 km. În medie, Pluto se află la 39 de UA de Soare iar Jupiter la aproximativ 5,2 UA. Un an lumină este echivalent cu 63,241 UA.

4. Dacă ψ reprezintă unghiul dintre ^ polul nord al eclipticei și polul nord galactic, atunci:

,

unde 27° 07′ 42.01″ și 12h 51m 26.282 reprezintă declinația și ascensia dreaptă a polului nord galactic,[136] în timp ce 66° 33′ 38.6″ și 18h 0m 00 sunt cele pentru polul nord al eclipticei. (Ambele perechi de coordonate sunt pentru epoca J2000.) Rezultatul calculului este de 60.19°.

1. ^ Mike Brown (). „"Free the dwarf planets!"". "Mike Brown's Planets (self-published)" (în engleză).

2. ^

3. ^ Minor Planet Center, Uniunea Astronomică Internațională. Accesat pe 4 martie 2013.

4. ^ doi:10.1016/S0273-1177(03)00578-7 10.1016/S0273-1177(03)00578-7

5. ^

6. ^ „Plutoid chosen as name for Solar System objects like Pluto". International Astronomical Union. 11 iunie 2008, Paris.

7. ^ Achenbach, Joel; Feltman, Rachel (). „New evidence suggests a ninth planet lurking at the edge of the solar system". The Washington Post. ISSN 0190-8286.

8. ^ Batygin, Konstantin; Brown, Michael E. (). „Evidence for a distant giant planet in the Solar system". The Astronomical Journal. 151 (2). doi:10.3847/0004-6256/151/2/22.

9. ro ^ „Planeta Nouă" a Sistemului Solar ar fi un Super-Pământ

10. "Today we know of more than a dozen dwarf planets in the solar system".^ The PI's Perspective

11. ^ Weinert, Friedel (). Copernicus, Darwin, & Freud: revolutions in the history and philosophy of science. Wiley-Blackwell. p. 21. ISBN 978-1-4051-8183-9.

12. ^ Davoust, Emmanuel. "A hundred years of science at the Pic du Midi Observatory". arXiv:astro-ph/9707201

13. ^ Audrey Delsanti and David Jewitt (). „The Solar System Beyond The Planets" (PDF). Institute for Astronomy, University of Hawaii. Arhivat din original (PDF) la .

14. ^ Krasinsky, G. A. (). „Hidden Mass in the Asteroid Belt". Icarus. 158 (1): 98-105. Bibcode:2002Icar..158...98K. doi:10.1006/icar.2002.6837.

15. ^ Levison, H. F. (). „Formarea Centurii Kuiper prin transportul exterior al corpurilor în timpul migrației planetei Neptun". Nature. 426 (6965): 419-421. doi:10.1038/nature02120. PMID 14647375.

16. ^ Amir Alexander (). „New Horizons Set to Launch on 9-Year Voyage to Pluto and the Kuiper Belt". The Planetary Society. Arhivat din original la .

17. ^ Marochnik, L. and Mukhin, L. (). „"Is Solar System Evolution Cometary Dominated?". În Shostak, G. S. Progress in the Search for Extraterrestrial Life. Astronomical Society of the Pacific Conference Series. 74. p. 83.

18. ^ „Dawn: A Journey to the Beginning of the Solar System". Space Physics Center: UCLA. . Arhivat din original la .

19. , citând ^ Eddy, J. (). A New Sun: The Solar Results From Skylab. NASA. p. 37. NASA SP-402.

20. ^ Paul Robert Weissman, Torrence V. Johnson (). Encyclopedia of the solar system. Academic Press. p. 615. ISBN 0-12-088589-1.

21. ^

22. ^

23. ^ Michael Zellik (). Astronomy: The Evolving Universe (ed. 9th). Cambridge University Press. p. 240. ISBN 0-521-80090-0. OCLC 223304585 46685453 .

24. ^ Placxo, Kevin W. (). Astrobiology: a brief introduction. JHU Press. p. 66. ISBN 978-0-8018-8367-5.

25. Data se bazează pe cele mai vechi incluziuni identificate în ^ meteoriți și se consideră a fi data de formare a primului material solid în perioada colapsului nebuloasei.
A. Bouvier and M. Wadhwa. "The age of the solar system redefined by the oldest Pb-Pb age of a meteoritic inclusion." Nature Geoscience, în presă, 2010. doi:10.1038/NGEO941

26. ^ Greaves, Jane S. (). „Disks Around Stars and the Growth of Planetary Systems". Science. 307 (5706): 68-71. Bibcode:2005Sci...307...68G. doi:10.1126/science.1101979. PMID 15637266.

27. ^ Sukyoung Yi; Pierre Demarque; Yong-Cheol Kim; Young-Wook Lee; Chang H. Ree; Thibault Lejeune; Sydney Barnes (). „Toward Better Age Estimates for Stellar Populations: The Isochrones for Solar Mixture". Astrophysical Journal Supplement. 136: 417. arXiv:astro-ph/0104292  . Bibcode:2001ApJS..136..417Y. doi:10.1086/321795.

28. ^ Pogge, Richard W. (). „The Once & Future Sun". New Vistas in Astronomy. Arhivat din original (lecture notes) la .

29. ^ „Sun: Facts & Figures". NASA. Arhivat din original la .

30. ^ Zirker, Jack B. (). Journey from the Center of the Sun. Princeton University Press. pp. 120-127. ISBN 978-0-691-05781-1.

31. ^

32. ^ Smart, R. L.; Carollo, D.; Lattanzi, M. G.; McLean, B.; Spagna, A. (). „The Second Guide Star Catalogue and Cool Stars". În Hugh R. A. Jones and Iain A. Steele. Ultracool Dwarfs: New Spectral Types L and T. Springer. p. 119. Bibcode:2001udns.conf..119S.

33. ^ A Star with two North Poles, 22 aprilie 2003, Science @ NASA

34. Schenk P., Melosh H. J. (1994), ^ Lobate Thrust Scarps and the Thickness of Mercury's Lithosphere, Abstracts of the 25th Lunar and Planetary Science Conference, 1994LPI....25.1203S

35. Benz, W., Slattery, W. L., Cameron, A. G. W. (1988), ^ Collisional stripping of Mercury's mantle, Icarus, v. 74, p. 516-528.

36. Cameron, A. G. W. (1985), ^ The partial volatilization of Mercury, Icarus, v. 64, p. 285-294.

37. ^ Mark Alan Bullock (). „The Stability of Climate on Venus" (PDF). Southwest Research Institute.

38. ^ Paul Rincon (). „Climate Change as a Regulator of Tectonics on Venus" (PDF). Johnson Space Center Houston, TX, Institute of Meteoritics, University of New Mexico, Albuquerque, NM.

39. ^ David C. Gatling, Conway Leovy (). „Mars Atmosphere: History and Surface Interactions". În Lucy-Ann McFadden et. al. Encyclopaedia of the Solar System. pp. 301-314.

40. ^ Scott S. Sheppard, David Jewitt, and Jan Kleyna (). „A Survey for Outer Satellites of Mars: Limits to Completeness" (PDF). Astronomical Journal.

41. ^ „Are Kuiper Belt Objects asteroids? Are large Kuiper Belt Objects planets?". Cornell University.

42. ^

43. ^ „History and Discovery of Asteroids" (DOC). NASA.

44. ^ Barucci, M. A. (). „Physical Properties of Trojan and Centaur Asteroids". Asteroids III. Tucson, Arizona: University of Arizona Press. pp. 273-87.

45. ^ A. Morbidelli, W. F. Bottke Jr., Ch. Froeschlé, P. Michel; Bottke; Froeschlé; Michel (). W. F. Bottke Jr., A. Cellino, P. Paolicchi, and R. P. Binzel, ed. „Origin and Evolution of Near-Earth Objects" (PDF). Asteroids III. University of Arizona Press: 409-422. Bibcode:2002aste.conf..409M.

46. ^ Jack J. Lissauer, David J. Stevenson (). „Formation of Giant Planets" (PDF). NASA Ames Research Center; California Institute of Technology.

47. ^ John Stansberry, Will Grundy, Mike Brown, Dale Cruikshank, John Spencer, David Trilling, Jean-Luc Margot (). „Physical Properties of Kuiper Belt and Centaur Objects: Constraints from Spitzer Space Telescope". The Solar System Beyond Neptune. p. 161. arXiv:astro-ph/0702538  . Bibcode:2008ssbn.book..161S.

48. ^ Królikowska, M. (). „A study of the original orbits of hyperbolic comets". Astronomy & Astrophysics. 376 (1): 316-324. Bibcode:2001A&A...376..316K. doi:10.1051/0004-6361:20010945.

49. Ovidiu C. Furdui, ^ Evoluția orbitală a corpurilor transneptuniene. Teză de doctorat, Universitatea Babeș-Bolyai din Cluj-Napoca, 2011. Rezumat disponibil on-line, accesat la 24 septembrie 2013.

50. ^ Stephen C. Tegler (). „Kuiper Belt Objects: Physical Studies". În Lucy-Ann McFadden et. al. Encyclopedia of the Solar System. pp. 605-620.

51. ^ E. Dotto1, M. A. Barucci2, and M. Fulchignoni (). „Beyond Neptune, the new frontier of the Solar System" (PDF).

52. ^ Fajans, J. (). „Autoresonant (nonstationary) excitation of pendulums, Plutinos, plasmas, and other nonlinear oscillators" (PDF). American Journal of Physics. 69 (10): 1096-1102. doi:10.1119/1.1389278.

53. ^ Marc W. Buie (). „Orbit Fit and Astrometric record for 136472". SwRI (Space Science Department).

54. ^ Michael E. Brown. „The largest Kuiper belt objects" (PDF). CalTech.

55. ^ Littmann, Mark (). Planets Beyond: Discovering the Outer Solar System. Courier Dover Publications. pp. 162-163. ISBN 978-0-486-43602-9.

56. ^ Stone, E. C.; Cummings, A. C.; McDonald, F. B.; Heikkila, B. C.; Lal, N.; Webber, W. R. (). „Voyager 1 explores the termination shock region and the heliosheath beyond". Science. 309 (5743): 2017-20. Bibcode:2005Sci...309.2017S. doi:10.1126/science.1117684. PMID 16179468.

57. ^ P. C. Frisch (University of Chicago) (). „The Sun's Heliosphere & Heliopause". Astronomy Picture of the Day.

58. ^

59. ^ David Jewitt (). „Sedna - 2003 VB₁₂". University of Hawaii.

60. ^ T. Encrenaz, JP. Bibring, M. Blanc, MA. Barucci, F. Roques, PH. Zarka (). The Solar System: Third edition. Springer. p. 1.

61. ^

Bibliografie

Martin Rees, Universul, ghid vizual complet, coordonator [...], Traducere din limba engleză de Ana-Maria Negrilă-Chisega, Liana Stan, Enciclopedia RAO 2008, București, 512 de pagini. ISBN 978-973-717-319-5

Legături externe

# data[].attributes.attachment_link.description
Sistemul solar Planetele și planetele pitice din sistemul solar. Dimensiunile sunt la scară. Distanțele de la Soare nu sunt la scară.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Sistemul solar

Planetele și planetele pitice din sistemul solar. Dimensiunile sunt la scară. Distanțele de la Soare nu sunt la scară.

Caracteristici generale

Vârstă

4,568 Ga

Localizare

Norul Interstelar Local, Bula Locală, Brațul Orion, Calea Lactee

Masă

1,9919x101,0014 ³⁰ kg
( M☉)

Cea mai apropiată stea

Proxima Centauri (4,22 al), sistemul Alpha Centauri (4,37 al)

Cel mai apropiat sistem planetar

Sistemul Alpha Centauri (4,37 al)

Sistem

Semiaxa mare a celei mai îndepărtate planete
(Neptun)

4,503 miliarde de km
(30,10 ua)

Stele

1: Soarele

Planete

8: Mercur, Venus, Pământ, Marte, Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun

Planete pitice

5 ( UAI): Ceres, Pluto, Haumea, Makemake și Eris; sute de candidați suplimentari[1]

Nr. sateliților naturali cunoscuți

≈ 420 (173 ai planetelor[2], 8 ai planetelor pitice și 240 de corpuri pitice[3])

Nr. planetelor minore catalogate

624.731 (16 iulie 2013)[4]
625.782 (13 septembrie 2013)[2]

622.545, dintre care 369.956 fiind numerotați (13 septembrie 2013)[2]

3.263, dintre care 364 fiind numerotate (15 aprilie 2014)[2]

Nr. sateliților sferici identificați

19

Orbita în jurul centrului galactic

Înclinarea planului invariabil în raport cu planul galactic

60,19°

Distanța de la centrul galaxiei

(27 000 ± 1 000) al

Viteză orbitală

220 km/s

Perioadă orbitală

225-250 Ma

Proprietățile stelei (stelelor)

Tip spectral

G2V

Distanța liniei de gheață

≈ 5 ua[5]

Distanța falezei Kuiper

≈ 50 ua

Distanța șocului terminal

≈ 75 - 90 ua

Distanța heliopauzei

≈ 120 ua

Raza sferei lui Hill

≈ 1-2 al

Sistemul solar (scris și Sistemul Solar) este format din Soare împreună cu sistemul său planetar (care cuprinde opt planete împreună cu sateliții lor naturali) și alte obiecte non-stelare.

În afară de cele opt planete, oamenii de știință au emis ipoteza existenței unei alte planete, denumită provizoriu A noua planetă. Această ipotetică planetă gigantă s-ar afla la marginea Sistemului Solar. Existența planetei ar explica configurarea orbitală neobișnuită a unui grup de obiecte transneptuniene (OTN). La 20 ianuarie 2016, cercetătorii Konstantin Batygin și Michael E. Brown de la Institutul de Tehnologie din California au anunțat că există dovezi suplimentare indirecte privind existența unei a noua planete dincolo de orbita planetei Neptun. Aceasta ar orbita în jurul Soarelui între 10.000 și 20.000 de ani. Conform studiului publicat în Astronomical Journal, „Planeta Nouă" ar avea o masă de aproximativ 10 ori mai mare decât Terra și s-ar afla la minim 200 UA.

Sistemul este situat într-unul dintre brațele exterioare ale galaxiei Calea Lactee (mai precis în Brațul Orion), galaxie care are cca. 200 de miliarde de stele.

El s-a format acum 4,6 miliarde de ani, ca urmare a colapsului gravitațional al unui gigant nor molecular. Cel mai masiv obiect este steaua centrală - Soarele, al doilea obiect ca masă fiind planeta Jupiter. Cele patru planete interioare mici, Mercur, Venus, Pământul și Marte, numite planete terestre / planete telurice, sunt compuse în principal din roci și metal. Cele patru planete exterioare, numite giganți gazoși, sunt mult mai masive decât cele telurice. Cele mai mari două planete, Jupiter și Saturn, sunt compuse în principal din hidrogen și heliu; cele două planete mai îndepărtate, Uranus și Neptun, sunt compuse în mare parte din substanțe cu o temperatură de topire relativ ridicată (comparativ cu hidrogenul și heliu), numite , cum ar fi apa, amoniacul și metanul. Ele sunt denumite „giganți de gheață" (termen distinct de cel de „gigant gazos"). Toate planetele au orbite aproape circulare dispuse într-un disc aproape plat numit plan ecliptic.

Sistemul solar prezintă câteva regiuni unde se află diferite obiecte mici. Centura de asteroizi, situată între Marte și Jupiter, este similară din punct de vedere al compoziției cu planetele terestre, deoarece o mare parte dintre obiecte sunt compuse din rocă și metal. Dincolo de orbita lui Neptun se află centura Kuiper și discul împrăștiat; multe dintre obiectele transneptuniene sunt în mare parte compuse din ghețuri. Printre aceste obiecte, de la câteva zeci până la mai mult de zece mii de obiecte pot fi suficient de mari pentru a fi fost rotunjite de propria gravitație. Astfel de obiecte sunt denumite planete pitice. Planetele pitice identificate până în prezent includ asteroidul Ceres și obiectele transneptuniene: Pluto, Eris, Haumea și Makemake. În plus, în aceste două regiuni se află diferite alte corpuri mici, cum ar fi comete, centauri și materie interplanetară. Șase planete, cel puțin trei planete pitice și multe alte corpuri mici au sateliți naturali care se rotesc în jurul lor. Fiecare planetă exterioară este înconjurată de inele planetare alcătuite din praf și alte obiecte mici.

Vântul solar (un flux de plasmă de la Soare) creează în mediul interstelar o bulă cunoscută ca heliosferă, care se extinde până la marginea discului împrăștiat. La limita sa exterioară se află Norul lui Oort, care reprezintă doar un câmp de resturi rămase după crearea planetelor, fiind considerat a fi sursa pentru cometele cu perioadă lungă. El se întinde până la o distanță aproximativ de o mie de ori mai mare decât heliosfera. Heliopauza este punctul în care presiunea vântului solar este egală cu presiunea opusă a vântului interstelar.

Descoperire și explorare

Timp de câteva mii de ani umanitatea, cu puține excepții, nu a recunoscut existența sistemului solar. Oamenii credeau că Pământul se află în centrul Universului și este cu totul diferit de celelalte obiecte divine și eterice care se mișcă pe cer. Deși filozoful grec Aristarh din Samos a speculat despre reorganizarea heliocentrică a cosmosului, Nicolaus Copernicus a fost primul astronom care a dezvoltat un sistem matematic heliocentric predictiv. Succesorii săi din secolul al XVII-lea ( Galileo Galilei, Johannes Kepler și Isaac Newton) au avut o înțelegere a fizicii care i-a condus la admiterea graduală a ideii că Pământul se rotește de fapt în jurul Soarelui și că celelalte planete sunt guvernate de aceleași legi ale fizicii care guvernează și Pământul. În plus, inventarea telescopului a condus la descoperirea unor planete și sateliți noi. În timpurile mai recente, îmbunătățiri ale telescoapelor și folosirea navelor spațiale fără echipaj au deschis drumul studierii fenomenelor geologice din sistemul solar (studiul munților și craterelor de impact) și a fenomenelor meteorologice sezoniere de pe unele planete (cum ar fi norii, furtunile de nisip și calotele de gheață).

Structură și compoziție

Componentul principal al sistemului solar este Soarele, o stea de tip G2 din secvența principală ce conține 99,86% din masa cunoscută a sistemului și îl domină din punct de vedere gravitațional. Cele mai mari patru corpuri ce orbitează în jurul Soarelui, giganții gazoși, constituie circa 99% din masa rămasă, Jupiter și Saturn deținând împreună mai mult de 90%.

Majoritatea obiectelor mari care orbitează în jurul Soarelui se află în apropierea planului orbitei Pământului, cunoscut și ca ecliptică. Orbitele planetelor sunt foarte apropiate de ecliptică în timp ce orbitele cometelor și ale obiectelor din centura Kuiper au adesea unghiuri de intersecție cu ecliptica destul de mari. Toate planetele și majoritatea celorlalte obiecte orbitează în jurul Soarelui în aceeași direcție în care se rotește acesta (în sens invers acelor de ceasornic, privit de deasupra polului nordic solar). Există excepții, cum ar fi cometa Halley.

Structura generală a regiunilor cartografiate ale sistemului solar constă din: steaua centrală - Soarele, patru planete interioare relativ mici înconjurate de o centură de asteroizi din rocă și, alți patru giganți de gaz - înconjurați la rândul lor de centura Kuiper și alte obiecte înghețate. Sistemul Solar interior include primele patru planete terestre și centura de asteroizi. Sistemul solar exterior se află dincolo de centura de asteroizi, incluzând cei patru giganți gazoși (cunoscuți și ca planete joviene). După descoperirea centurii Kuiper, zonele mărginașe ale sistemului solar sunt considerate a fi o regiune distinctă, aflată dincolo de orbita planetei Neptun.

Majoritatea planetelor din sistemul solar posedă un sistem secundar propriu, fiind orbitate de obiecte planetare denumite sateliți naturali, sau luni (dintre care două sunt mai mari decât planeta Mercur) sau, în cazul giganților gazoși, de către inele planetare (benzi subțiri de particule mici care gravitează în jurul planetei la unison). Majoritatea celor mai mari sateliți naturali se află în rotație sincronă cu perioada lor de revoluție, una dintre fețele lor fiind totdeauna îndreptată către planeta orbitată.

Legile lui Kepler cu privire la mișcarea planetară descriu orbitele obiectelor din jurul Soarelui. Urmând legile lui Kepler, fiecare dintre aceste obiecte se mișcă de-a lungul unei elipse, într-unul dintre focarele acesteia aflându-se Soarele. Obiectele mai apropiate de Soare (cu o semiaxă majoră mai mică) se deplasează mai repede, fiind influențate mai puternic de către gravitația Soarelui. Pe o orbită eliptică, distanța unui corp față de Soare variază de-a lungul perioadei sale de revoluție (denumită „an"). Cel mai apropiat punct față de Soare de pe orbita unui obiect este numit , în timp ce punctul cel mai îndepărtat se numește . Orbitele planetelor sunt aproape circulare, dar multe comete, asteroizi și obiecte din cadrul centurii Kuiper au orbite foarte eliptice. Pozițiile corpurilor în sistemul solar pot fi prezise folosindu-se modele numerice.

Deși Soarele domină sistemul prin masa sa, el măsoară doar 2% din momentul cinetic, datorat rotației diferențiale din interiorul Soarelui gazos. Planetele, dominate de Jupiter, măsoară cea mai mare parte din restul momentului cinetic datorat combinației dintre masele, orbitele și distanțele lor față de Soare, cometele având cel mai probabil și ele o contribuție semnificativă la total.

Datorită distanțelor vaste implicate, multe reprezentări ale sistemului solar arată orbitele la aceeași depărtare. În realitate cu cât o planetă sau o centură este mai departe de Soare, cu atât distanța dintre ea și orbita precedentă este mai mare, existând totuși și unele excepții. De exemplu, Venus se află la aproximativ 0,33 unități astronomice (UA) mai departe de Soare decât Mercur, în timp ce Saturn se află la 4,3 UA depărtare de Jupiter, iar Neptun la 10,5 UA de Uranus. Au fost făcute încercări pentru a determina relația dintre aceste distanțe orbitale (de exemplu, legea Titius-Bode), dar nu a fost acceptată nicio teorie de acest fel.

Soarele - ce cuprinde aproape toată materia din sistemul solar - este compus în proporție de aproximativ 98% din hidrogen și heliu. Jupiter și Saturn, care cuprind aproape întreaga materie rămasă, au în compoziția atmosferei circa 98% din aceleași elemente. Există un gradient al compoziției în sistemul solar, determinat de căldura și presiunea de radiație a luminii care provin de la Soare; obiectele care sunt mai aproapiate de Soare, sunt mult mai afectate de căldură și presiunea luminii, fiind compuse din elemente cu temperaturi de topire ridicate. Obiectele care sunt mai depărtate de Soare sunt compuse în mare parte din materiale cu temperaturi de topire mai mici. Granița din sistemul solar, dincolo de care aceste substanțe volatile se pot condensa este cunoscută sub numele de linia de îngheț și se află la aproximativ 5 UA de la Soare.

Obiectele din sistemul solar interior sunt compuse în mare parte din roci, materiale ce conțin compuși cu puncte de topire ridicate cum sunt silicații, fierul sau nichelul, care au rămas în stare solidă în aproape toate condițiile din nebuloasa protoplanetară. Jupiter și Saturn sunt compuși în mare parte din gaze, materiale cu puncte de topire extrem de scăzute și presiunea de vapori mare, cum ar fi hidrogenul molecular, heliul și neonul, care s-au aflat întotdeauna în fază gazoasă în nebuloasa inițială. Ghețurile, ca apa înghețată, metanul, amoniacul, hidrogenul sulfurat și dioxidul de carbon, au puncte de topire de până la câteva sute de grade kelvin, în timp ce stările lor depind de presiunea și temperatura ambiante. Ele pot fi găsite sub formă de gheață, lichide sau gaze, în diferite locuri din sistemul solar, în timp ce în nebuloasa inițială ele erau fie în stare solidă, fie în stare gazoasă. Substanțe înghețate se găsesc în compoziția majorității sateliților planetelor gigante, precum și în cea a planetelor Uranus și Neptun (așa-numiții giganți de gheață) și în numeroase obiecte mici care se află dincolo de orbita lui Neptun. Împreună, gazele și ghețurile sunt cunoscute și ca volatile.

Un număr de modele ale sistemului solar de pe Pământ au încercat să redea la scară relativă obiectele sistemului solar, dar în mediul antropic. Unele astfel de modele sunt mecanice - cunoscute și ca planetarii - în timp ce altele se pot extinde de-a lungul mai multor orașe sau regiuni. Cel mai mare model la scară, Sistemul Solar Suedez, folosește arena Ericsson Globe de 110 metri amplasată în Stockholm drept Soare și, respectând scara, un Jupiter de 7,5 metri la Aeroportul Internațional Arlanda, de la 40 km depărtare, în timp ce cel mai depărtat obiect, Sedna, este o sferă de 10 cm din Luleå, de la 912 km depărtare.

Geneză și evoluție

Sistemul solar s-a format acum 4,568 miliarde de ani, în urma colapsului gravitațional al unei regiuni din cadrul unui vast nor molecular. Acest nor inițial avea un diametru de mai mulți ani-lumină și a dat naștere, probabil, mai multor stele. La fel ca și majoritatea norilor moleculari, acesta era constituit, în principal, din hidrogen, mai puțin heliu și cantități mici de elemente mai grele formate în generațiile anterioare de stele. Când regiunea care avea să devină sistemul solar, denumită și nebuloasă pre-solară, a suferit un colaps, conservarea momentului cinetic a determinat-o să se rotească mai repede. Centrul, unde s-a concentrat cea mai mare parte a masei, a devenit din ce în ce mai fierbinte în raport cu discul din jur. Nebuloasa în contracție, rotindu-se tot mai repede, a început să se aplatizeze și a luat forma unui disc protoplanetar cu un diametru de aproximativ 200 UA, având o protostea fierbinte și densă în centru. Protoplanetele formate în urma acreției din acest disc de praf și gaz interacționau gravitațional, formând - prin contopire - corpuri din ce în ce mai mari. Sute de protoplanete au putut exista în sistemul solar timpuriu, dar acestea fie au fuzionat, fie au fost distruse, formând planete și planete pitice, iar resturile devenind obiecte minore.

Din cauza punctului lor de fierbere foarte mare, numai metalele și silicații au putut rezista în sistemul solar interior fierbinte, aproape de Soare, iar acestea au format planetele de rocă Mercur, Venus, Terra și Marte. Deoarece elementele metalice constituiau doar o fracțiune foarte mică din nebuloasa solară, planetele terestre nu au putut deveni foarte mari. Giganții gazoși (Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun) s-au format mai departe de Soare, dincolo de linia de îngheț: punctul dintre orbita lui Marte și a lui Jupiter începând de la care materia este suficient de rece pentru a permite compușilor volatili să rămână solizi. Ghețurile care formau aceste planete au fost mai numeroase decât metalele și silicații, care formau planetele terestre interioare, permițându-le să devină destul de masive pentru a capta atmosfere mari de hidrogen și heliu, elementele cele mai ușoare și mai abundente. Resturile care nu au devenit planete s-au concentrat în regiuni ca centura de asteroizi, centura Kuiper și norul lui Oort. Modelul de la Nisa este o explicație a creării acestor regiuni, precum și a modului în care planetele exterioare s-au putut forma în poziții diferite și au migrat, ajungând să aibă orbitele lor actuale prin diverse interacțiuni gravitaționale.

După 50 de milioane de ani, presiunea și densitatea hidrogenului din centrul protostelei au devenit suficient de mari pentru ca să înceapă fuziunea termonucleară. Temperatura, viteza de reacție, presiunea, precum și densitatea au crescut până când a fost atins echilibrul hidrostatic: presiunea termică a egalat forța gravitațională. În acel moment, Soarele a devenit o stea din secvența principală de stele. Vântul solar a creat heliosfera și a măturat gazul și praful rămase din discul protoplanetar în spațiul interstelar, punând capăt procesului de formare a planetelor.

Sistemul solar va rămâne aproximativ așa cum îl știm astăzi până când hidrogenul din nucleul Soarelui va fi complet transformat în heliu, eveniment ce va avea loc peste 5,4 miliarde de ani. Acest lucru va pune sfârșit perioadei principale de viață a Soarelui. În acel moment, nucleul Soarelui va suferi un colaps, iar energia produsă va fi mult mai mare decât în prezent. Straturile exterioare ale Soarelui se vor extinde, diametrul ajungând de circa 260 de ori mai mare decât în momentul actual și Soarele va deveni o gigantă roșie. Din cauza faptului că suprafața sa va crește foarte mult, ea va fi considerabil mai rece decât va fi fost în perioada principală a vieții lui (cu maximum 2600 K). În urma măririi Soarelui, Mercur și Venus se vor vaporiza iar planeta Pământ va deveni nelocuibilă, zona locuibilă mutându-se la orbita lui Marte. În cele din urmă, nucleul nu va mai fi suficient de fierbinte pentru fuziunea heliului; Soarele va arde heliul pentru o fracțiune a timpului în care a ars hidrogenul din nucleu. Soarele nu este destul de masiv pentru a începe fuziunea elementelor mai grele, și reacțiile nucleare din nucleu vor scădea. Straturile sale exterioare vor fi ejectate în spațiu, lăsând în urmă o pitică albă, un obiect extraordinar de dens, având jumătate din masa inițială a Soarelui (de mărimea Pământului). Straturile exterioare ejectate vor forma ceea ce este cunoscut sub numele de nebuloasă planetară, împrăștiind în mediul interstelar unele din materialele din care s-a format Soarele, dar și elemente mai grele, cum ar fi carbonul, create în Soare.

Soarele este steaua sistemului solar și de departe cel mai important component al acestuia. Masa sa mare (egală cu 332.900 de mase terestre) produce în nucleul său temperaturi și densități suficient de ridicate ca să susțină fuziunea nucleară, care eliberează o cantitate enormă de energie, din care cea mai mare parte radiază în restul sistemului sub formă de radiații electromagnetice, cu vârful situat în spectrul de 400-700 nm al luminii vizibile.

Soarele este clasificat ca fiind o pitică galbenă de tipul G2, dar acest nume poate induce în eroare, din moment ce comparativ cu majoritatea stelelor din galaxia noastră, Soarele este mai mare și mai luminos. Stelele sunt clasificate cu ajutorul diagramei Hertzsprung-Russell, o diagramă care reprezintă grafic luminozitatea stelelor împreună cu temperatura de la suprafața lor. În general, stelele mai fierbinți sunt mai luminoase. Stelele care satisfac această relație sunt denumite stele din secvența principală, iar Soarele se află chiar în mijlocul acestei secvențe. Totuși, stelele mai luminoase și mai fierbinți decât Soarele sunt rare, în timp ce stelele cu mult mai fade și mai reci, cunoscute și ca pitice roșii, sunt comune, reprezentând 85% din totalul stelelor din galaxie.

Unele dovezi sugerează că poziția Soarelui în secvența principală poate înseamna că acesta se află la mijlocul ciclului de viață al unei stele, pentru că nu și-a consumat încă rezerva de hidrogen folosit pentru fuziunea nucleară. Soarele devine tot mai luminos; mai devreme în evoluția sa, luminozitatea era doar 70% din cea actuală.

Soarele face parte din populația I de stele; a luat naștere în faza târzie a evoluției universului și astfel conține mai multe elemente mai grele decât hidrogenul și heliul (numite „ metale", în context astronomic) decât stelele mai vechi ce fac parte din populația a II-a. Elementele chimice mai grele decât hidrogenul și heliul s-au format în nucleele stelelor vechi care au explodat, așadar prima generație de stele a trebuit să dispară pentru ca universul să se poată îmbogăți cu aceste elemente. Stelele mai vechi conțin mai puține metale, în timp ce stelele născute mai târziu conțin mai multe. Se crede că acest conținut mai bogat în metale a fost crucial pentru ca Soarele să dezvolte un sistem planetar, deoarece planetele se formează prin acreția „metalelor".

Mediul interplanetar

Împreună cu lumina, Soarele radiază un flux continuu de particule încărcate ( plasmă) cunoscute ca vânt solar. Acest flux de particule se răspândește spre exterior, cu o viteză de aproximativ 1,5 milioane de kilometri pe oră, creând o atmosferă fragilă (heliosfera) care pătrunde în sistemul solar până la cel puțin 100 UA (vezi heliopauză). Această materie extrem de rarefiată este cunoscută sub numele de mediu interplanetar. Activitatea de pe suprafața Soarelui, cum ar fi erupțiile solare și ejecția masei coronale, perturbă heliosfera, generând vremea cosmică și cauzând furtuni geomagnetice. Cea mai mare structură din cadrul heliosferei este stratul de curent heliosferic, în formă de spirală, creat de acțiunea câmpului magnetic rotativ al Soarelui asupra mediului interplanetar.

Câmpul magnetic al Pământului împiedică atmosfera sa de a fi deposedată de vântul solar. Venus și Marte nu au câmp magnetic și ca rezultat, vântul solar face ca atmosferele lor să se împrăștie treptat în spațiu. Ejecțiile masei coronale și alte fenomene similare aruncă în spațiu un câmp magnetic și cantități imense de materie de pe suprafața Soarelui. Interacțiunea acestui câmp magnetic și a materialelor cu câmpul magnetic al Pământului provoacă apariția de particule încărcate în atmosfera superioară a Pământului, unde interacțiunea lor creează aurorele observabile în apropierea polilor magnetici.

Radiațiile cosmice provin din afara sistemului solar. Heliosfera și câmpurile magnetice planetare (pentru planetele care le au) apără parțial sistemul solar de particulele interstelare cu înaltă energie care formează razele cosmice. Densitatea razelor cosmice în mediul interstelar și puterea câmpului magnetic al Soarelui se schimbă în perioade lungi de timp, astfel încât nivelul de penetrare a radiațiilor cosmice în sistemul solar variază, deși este necunoscut cât de mult.

Mediul interplanetar conține cel puțin două regiuni în formă de disc alcătuite din praf cosmic. Prima, norul de praf zodiacal, se află în sistemul solar interior și cauzează lumina zodiacală. Probabil ea s-a format în urma coliziunilor din centura de asteroizi provocate de interacțiunea cu planetele. Cea de-a doua se întinde de la aproximativ 10 UA până la aproximativ 40 UA și a fost creată, probabil, de coliziuni similare din cadrul centurii Kuiper.

Sistemul solar interior

Sistemul solar interior este numele tradițional pentru regiunea care cuprinde planetele terestre și asteroizii. Obiectele din această regiune sunt compuse în mare parte din silicați și metale, fiind relativ aproape de Soare; raza întregii regiuni este mai mică decât distanța dintre orbitele lui Jupiter și Saturn.

Planete interioare

Cele patru planete interioare sau telurice / terestre au o compoziție densă, de roci, cu puțini sau chiar fără sateliți și fără sisteme de inele. Ele sunt compuse în mare parte din minerale refractare, cum ar fi silicații, care formează scoarțele și mantalele planetelor, și metale ca fierul și nichelul, care formează nucleele planetare. Trei din cele patru planete interioare (Venus, Terra și Marte) au o atmosferă destul de densă pentru a genera vremea; toate au cratere de impact și caracteristici tectonice de suprafață, cum ar fi rifturi și vulcani. Termenul de „planetă interioară" nu trebuie confundat cu termenul de „ planetă inferioară ", care desemnează planetele mai apropiate de Soare decât Pământul (adică Mercur și Venus).

Mercur (0,4 UA de la Soare) este cea mai apropiată planetă de Soare și cea mai mică planetă din sistemul solar (0,055 mase terestre). Mercur nu are niciun satelit natural, iar singurele caracteristici geologice cunoscute, în afara craterelor de impact, sunt crestăturile din scoarță, care cel mai probabil se datorează unei perioade timpurii de contracție din trecutul său. Atmosfera planetei Mercur este aproape neobservabilă și este formată din atomi desprinși de pe suprafața sa de către vântul solar. Apariția nucleului său de fier relativ mare și mantaua subțire nu au fost încă suficient explicate. Ipotezele includ faptul că straturile exterioare au fost dezagregate în urma impactului cu un obiect gigantic și că acreția completă a fost împiedicată de energia Soarelui tânăr.

Planeta Venus (0,7 UA de la Soare) este asemănătoare ca mărime cu Pământul (0,815 mase terestre) și, la fel ca și Terra, are o manta subțire de silicat deasupra unui nucleu de fier, o atmosferă substanțială și indicii ale unei activități geologice interne. Totuși, planeta este mult mai uscată decât Pământul iar atmosfera sa este de nouăzeci de ori mai densă. Venus nu are niciun satelit natural. Este cea mai fierbinte planetă, temperaturile de la suprafață depășind 400 °C, cel mai probabil din cauza cantității de gaze cu efect de seră din atmosferă. Nu a fost detectată nici o dovadă definitivă a unei activități geologice la momentul actual pe Venus, dar planeta nu are un câmp magnetic care să prevină epuizarea atmosferei sale substanțiale, ceea ce sugerează că aceasta este încontinuu alimentată de către erupțiile vulcanice.

Pământul (de asemena și Terra; 1 UA de la Soare) este cea mai mare și cea mai densă planetă interioară, singura despre care se cunoaște la momentul actual că este geologic activă și singurul loc din sistemul solar unde se cunoaște că există viață. Hidrosfera sa lichidă este unică printre planetele terestre, iar Terra este singura planetă unde au fost observate plăci tectonice. Atmosfera Pământului diferă radical față de cea a altor planete, fiind shimbată de prezența vieții și conținând aproximativ 21% de oxigen liber. Planeta Pământ are doar un satelit natural, Luna, care este singurul satelit mare al unei planete terestre din sistemul solar.

Marte (1,52 UA de la Soare) este mai mic decât Terra și Venus (are 0,107 mase terestre). Planeta posedă o atmosferă formată în mare parte din dioxid de carbon, cu o presiune la suprafață de 6,1 milibari (aproximativ 0,6% din presiunea atmosferică de la suprafața Pământului). Suprafața sa, brăzdată de vulcani vaști ca Olympus Mons și rifturi cum ar fi Valles Marineris, reprezintă o dovadă a activităților geologice care au persistat până relativ recent, cu două milioane de ani în urmă. Culoarea sa roșiatică provine de la oxizii de fier (rugină) din sol. Marte are doi sateliți naturali foarte mici ( Deimos și Phobos) despre care se crede că au fost asteroizi capturați de gravitația planetei.

Centura de asteroizi

Asteroizii sunt obiecte mici din sistemul solar, compuse în mare parte din roci refractare și minerale metalice, la care se mai adăugă gheața.

Centura de asteroizi se află între planetele Marte și Jupiter, la o distanță cuprinsă între 2,3 și 3,3 UA de la Soare. Se crede ea e alcătuită din resturile rămase în urma formării sistemului solar, care nu au reușit să se unească din cauza interferenței gravitaționale a lui Jupiter.

Mărimea asteroizilor variază de la câteva sute de kilometri până la mărimi microscopice. Toți asteroizii, cu excepția celui mai mare, Ceres, sunt clasificați ca obiecte mici ale sistemului solar.

Centura de asteroizi conține zeci de mii, posibil milioane, de obiecte ce au un diametru mai mare de un kilometru. Cu toate acestea, masa totală a centurii de asteroizi măsoară în jur de o miime din masa terestră. În centura de asteroizi, obiectele sunt foarte rarefiate; navele spațiale au trecut cu ușurință prin aceasta fără niciun incident. Asteroizii cu diametre între 10 și 10 −4 metri sunt denumiți meteoroizi.

Ceres (2,77 UA de la Soare) este cel mai mare asteroid, o protoplanetă și o planetă pitică. Are un diametru puțin mai mic de 1000 km și o masă destul de mare pentru ca propria gravitație să-i confere o formă sferică. Când a fost descoperită în secolul al XIX-lea, Ceres a fost considerată o planetă, dar a fost reclasificată ca asteroid în anii 1850, când observațiile mai ample au dezvăluit existența altor asteroizi asemănători. În anul 2006 a fost clasificată ca planetă pitică.

Grupuri de asteroizi

Asteroizii din centura de asteroizi sunt divizați în grupuri de asteroizi și familii de asteroizi, în funcție de caracteristicile orbitale pe care le au. Sateliții asteroidali sunt asteroizii care orbitează în jurul unor asteroizi mai mari. Ei nu sunt distinși atât de clar ca și sateliții planetari, câteodată fiind la fel de mari ca și asteroidul în jurul căruia gravitează. Centura de asteroizi conține de asemenea și comete de centură principală, care se poate să fi fost sursa de apă a Pământului.

Troienii lui Jupiter sunt localizați în punctele Lagrange L₄ sau L₅ ale lui Jupiter (regiuni stabile din punct de vedere gravitațional care precedă sau urmează planeta pe orbita sa); termenul de este folosit de asemenea pentru a desemna corpuri mici din orice punct Lagrange al unei planete sau unui satelit. Asteroizii din familia Hilda sunt într-o rezonanță de 2:3 cu planeta Jupiter; aceasta înseamnă că ei orbitează în jurul Soarelui de trei ori la fiecare două orbitări ale lui Jupiter.

În sistemul solar interior există de asemenea asteroizi hoinari, mulți dintre ei traversând orbitele planetelor interioare.

Sistemul solar exterior

Regiunea exterioară a sistemului solar este locul unde se află giganții gazoși și sateliții lor. Multe comete cu perioadă scurtă, inclusiv centaurii, orbitează de asemenea în această regiune. Din cauza distanței foarte mari de la Soare, obiectele solide din sistemul solar exterior conțin o proporție mai mare de substanțe volatile cum ar fi apa, amoniacul și metanul, decât planetele de roci din sistemul solar interior, deoarece temperaturile mai reci permit menținerea acestor compuși în stare solidă.

Planetele exterioare

Cele patru planete exterioare sau giganții gazoși (uneori numite planete joviene), dețin împreună 99% din masa care orbitează în jurul Soarelui. Jupiter și Saturn au, fiecare, o masă de zeci de ori mai mare decât cea a Pământului și sunt formate preponderent din hidrogen și heliu; Uranus și Neptun sunt mai puțin masive (având sub 20 de mase terestre) și sunt compuși mai mult din ghețuri. Din această cauză, mulți astronomi cred că ei fac parte dintr-o categorie aparte, „giganții de gheață". Toți cei patru giganți gazoși au inele, deși doar sistemul de inele al lui Saturn este ușor de observat de pe Pământ. Termenul de planetă exterioară nu trebuie confundat cu cel de planetă superioară, care desemnează planete din afara orbitei Pământului și include, astfel, atât planetele exterioare cât și pe Marte.

Jupiter (5,2 UA), cu o masă de 318 ori mai mare ca cea a Pământului, este de 2,5 mai masiv decât toate celelalte planete din sistemul solar laolaltă. El este compus în mare parte din hidrogen și heliu. Căldura sa internă destul de mare creează un număr de caracteristici semi-permanente ale atmosferei sale, cum ar fi benzile de nori și Marea Pată Roșie.

Jupiter are 67 de sateliți cunoscuți. Cei mai mari patru sateliți, Ganymede, Callisto, Io și Europa prezintă similarități cu planetele terestre, cum ar fi vulcanismul și încălzirea internă. Ganymede, cel mai mare satelit din sistemul solar, este mai mare decât planeta Mercur.

Saturn (9,5 UA), care se distinge prin sistemul său de inele ușor de observat de pe Pământ, este asemănător cu Jupiter din punctul de vedere al compoziției atmosferice și al magnetosferei. Deși Saturn are 60% ​​din volumul lui Jupiter, el are mai puțin de o treime din masa acestuia (95 de mese terestre), fiind cea mai puțin densă planetă din sistemul solar. Inelele lui Saturn sunt alcătuite din particule mici de rocă și gheață.

Saturn are 62 de sateliți confirmați; doi dintre ei, Titan și Enceladus, poartă semne de activitate geologică, deși aceștia sunt în mare parte alcătuiți din gheață (criovulcani). Titan, al doilea satelit ca mărime din sistemul solar, este mai mare decât Mercur și singurul satelit din sistemul solar care posedă o atmosferă substanțială.

Uranus (19,6 UA), de 14 ori mai masiv ca Pământul, are masa cea mai mică dintre toate planetele exterioare. Este singura planetă care orbitează în jurul Soarelui înclinată „pe o parte"; înclinația axei de rotație este de peste nouăzeci de grade față de normala la ecliptică. Planeta are un nucleu mult mai rece decât ceilalți giganți gazoși și cantitatea de căldură radiată în spațiu este foarte mică.

Uranus are 27 de sateliți cunoscuți, cei mai mari fiind Titania, Oberon, Umbriel, Ariel și Miranda.

Neptun (30 UA), deși este puțin mai mic decât Uranus, este mult mai masiv (aproximativ 17 mase terestre) și prin urmare, mult mai dens. El radiază mai multă căldură internă, dar nu la fel de multă ca Jupiter sau Saturn.

Neptun are 13 sateliți cunoscuți. Cel mai mare, Triton, este geologic activ, având probabil gheizere de azot lichid. Triton este singurul satelit mare cu o orbită retrogradă. Neptun este însoțit pe orbita sa de o mulțime de planete minore, numite troienii lui Neptun, care au o rezonanță orbitală de 1:1 cu el.

Centaurii sunt obiecte de gheață asemănătoare cometelor, cu o semiaxă mare mai mare decât cea al lui Jupiter (5,5 UA) și mai mică decât cea a lui Neptun (30 UA). Cel mai mare centaur cunoscut, 10199 Chariklo, are un diametru de aproximativ 250 km. Primul centaur descoperit, 2060 Chiron, a fost, de asemenea, clasificat drept cometă (95P) deoarece acesta dezvoltă o coadă ca și cometele, atunci când se apropie de Soare.

Cometele sunt obiecte mici din sistemul solar, de obicei cu dimensiuni de doar câțiva kilometri, compuse în mare parte din gheață volatilă. Au orbite puternic excentrice și în general periheliul lor se află între orbitele planetelor interioare iar afeliul, la mare distanță dincolo de planeta pitică Pluto. Când o cometă intră în sistemul solar interior, apropierea sa de Soare cauzează sublimarea și ionizarea suprafeței sale înghețate, creându-se astfel o coamă, urmată de o coadă lungă de gaz și praf care este adesea vizibilă cu ochiul liber.

Cometele de perioadă scurtă au perioada orbitală mai scurtă de două sute de ani, iar cele de perioadă lungă au perioade orbitale de ordinul miilor de ani. Se crede că cometele de perioadă scurtă își au originea în centura Kuiper, în timp ce cele de perioadă lungă (cum ar fi Hale-Bopp), în norul lui Oort. Multe grupuri de comete, ca Kreutz Sungrazers, s-au format prin fragmentarea unei comete-părinte. Unele comete cu orbite hiperbolice pot să provină din afara sistemului solar, dar determinarea precisă a orbitelor lor este dificilă. Cometele bătrâne, care și-au consumat mare parte a materialului volatil datorită încălzirii solare, sunt categorizate de obicei ca asteroizi.

Regiunea transneptuniană

Zona de dincolo de Neptun sau „regiunea transneptuniană" este în mare parte neexplorată. Ea conține o mulțime de lumi mici (cea mai mare având un diametru de doar o cincime din cel al Pământului și o masă mult mai mică decât cea a Lunii), compuse în principal din roci și gheață. Această regiune este uneori cunoscută sub numele de „sistemul solar exterior", deși alții folosesc acest termen pentru a desemna regiunea de dincolo de centura de asteroizi. În literatura astronomică internațională, corpurile cerești situate în regiunea transneptuniană sunt abreviate, de obicei, ca TNO ( Trans-Neptunian Object).

Centura Kuiper

Centura Kuiper este un inel mare, plin cu resturi, similar cu centura de asteroizi, în el fiind în principal obiecte care sunt compuse în primul rând din gheață. Aceasta se întinde între 30 și 50 UA de la Soare. Deși se consideră că conține zeci de planete pitice, ea este compusă în principal din corpuri mici ale sistemului solar. Multe dintre obiectele mai mari din centura Kuiper, ca Quaoar, Varuna și Orcus, pot fi recunoscute ca planete pitice dacă vor fi date suplimentare despre ele. Se estimează că acolo sunt peste 100.000 de obiecte cu un diametru mai mare de 50 km, dar masa totală a centurii Kuiper se consideră a fi doar o zecime sau chiar o sutime din masa Pământului. Multe obiecte din centura Kuiper au mai mulți sateliți, iar cele mai multe au orbite care le duc în afara planului ecliptic.

Centura Kuiper poate fi împărțită în centura clasică și rezonantă. Obiectele rezonante au o orbită legată de cea a lui Neptun (de exemplu, orbitează în jurul Soarelui de două ori pentru fiecare trei orbitări ale lui Neptun, sau o dată la fiecare două). Prima rezonanță are loc în orbita lui Neptun. Centura clasică constă în obiecte care nu au rezonanță cu Neptun, și se întinde de la aproximativ 39,4 UA până la 47,7 UA. Obiectele din centura clasică Kuiper se clasifică ca cubewano, după ce a fost descoperit primul obiect de acest fel, , și până acum au o orbită asemănătoare cu orbita lor inițială care avea o excentricitate mică.

Pluto și Charon

Planeta pitică Pluto (distanța medie de la Soare: aprox. 39 UA) este cel mai mare obiect cunoscut din centura Kuiper. Când a fost descoperit în 1930, era considerat a noua planetă; această clasificare s-a schimbat în 2006, când s-a adoptat o definție formală mai riguroasă a unei planete. Pluto are o orbită relativ excentrică, înclinată la 17 grade față de planul eclipticei, iar distanța sa față de Soare variază între 29,7 UA la periheliu (situat în interiorul orbitei lui Neptun) și 49,5 UA la afeliu.

Charon, cel mai mare satelit al lui Pluto, este câteodată descris ca alcătuind un sistem binar cu Pluto, deoarece cele două corpuri orbitează în jurul unui baricentru gravitațional comun situat deasupra suprafețelor lor (aceasta înseamnă că ele par a se „orbita reciproc"). În afară de Charon, sunt cunoscuți alți patru sateliți mai mici care orbitează în jurul planetei Pluto, și anume: P5, Nix, P4, și Hydra.

Pluto are un raport de rezonanță orbitală de 3:2 cu Neptun, aceasta însemnând că Pluto efectuează două revoluții complete în jurul Soarelui la fiecare trei revoluții complete ale lui Neptun. Obiectele din centura Kuiper care posedă aceeași rezonanță orbitală sunt cunoscute ca obiecte obiecte plutino.

Makemake și Haumea

Planeta pitică Makemake (distanța medie de la Soare: 45,79 UA), deși este mai mică decât Pluto, este cel mai mare obiect cunoscut din centura Kuiper clasică (adică el nu prezintă un raport confirmat de rezonanță orbitală cu Neptun). Makemake este cel mai luminos obiect din centura Kuiper după Pluto. A fost denumită și desemnată ca planetă pitică în 2008. Orbita sa este mult mai înclinată decât cea a lui Pluto, la 29°.

Haumea (distanța medie de la Soare: 43,13 UA) are o orbită similară cu cea a lui Makemake, cu excepția faptului că prezintă o rezonanță orbitală de 7:12 cu Neptun. Este de aproape aceeași mărime ca și Makemake și are doi sateliți naturali. O rotație rapidă, cu o perioadă de 3,9 ore, îi conferă o formă alungită și aplatizată. A fost denumită și desemnată ca planetă pitică în 2008.

Discul împrăștiat

Discul împrăștiat, ce se suprapune peste centura lui Kuiper dar se extinde mult în afara acesteia, este posibila sursă a cometelor de perioadă scurtă. Se crede că obiectele din discul împrăștiat au fost transformate în obiecte neregulate datorită influenței gravitaționale a migrației timpurii a lui Neptun. Multe astfel de obiecte au periheliul undeva în centura Kuiper dar afeliul mult în afara sa (unele obiecte au afeliul și la 150 UA depărtare de Soare). Orbitele obiectelor din discul împrăștiat sunt de asemenea foarte înclinate față de planul eclipticei, și adesea sunt chiar perpendiculare pe acesta. Unii astronomi consideră discul împrăștiat a fi pur și simplu o altă regiune a centurii Kuiper, iar obiectele discului împrăștiat sunt considerate „obiecte împrăștiate din centura Kuiper". Unii astronomi de asemenea clasifică centaurii ca obiecte împrăștiate de interior ale centurii Kuiper împreună cu obiectele împrăștiate din discul împrăștiat.

Eris (68 UA distanță medie față de Soare) este cel mai mare obiect cunoscut din discul împrăștiat și a provocat incertitudini în ceea ce privește definirea unei planete, deoarece este cu 25% mai masiv decât Pluto și are aproximativ același diametru. Este cea mai masivă dintre planetele pitice cunoscute. Are un singur satelit, Dysnomia. Ca și în cazul lui Pluto, orbita sa este foarte excentrică, cu periheliul situat la 38,2 UA (aproximativ distanța de la Pluto la Soare) și afeliul la 97,6 UA, fiind de asemenea puternic înclinată față de planul eclipticei.

Regiuni mai îndepărtate

Punctul în care se încheie sistemul solar și începe spațiul interstelar nu este definit cu precizie, deoarece granițele sale exterioare sunt modelate de două forțe distincte: vântul solar și gravitația Soarelui. Limita exterioară a influenței vântului solar este de aproximativ de patru ori distanța de la Pluto la Soare; această heliopauză este considerată începutul mediului interstelar. Cu toate acestea, sfera lui Hill a Soarelui, raza efectivă de dominație gravitațională a sa, se crede că se extinde până la o mie de ori mai departe.

Heliopauză

Heliosfera este împărțită în două regiuni distincte. Vântul solar călătorește cu o viteză de până la aproximativ 400 km/s până când se ciocnește cu vântul interstelar; un flux de plasmă în mediul interstelar. Coliziunea are loc la încetarea șocului, care este aproximativ de 80-100 UA de la Soare din direcția opusă vântului mediului interstelar și aproximativ 200 UA de la Soare din direcția vântului. Aici vântul încetinește dramatic, se condensează și devine mai turbulent, formând o structură ovală mare cunoscută sub numele de helioînveliș. Această structură se crede că arată și se comportă foarte mult ca coada unei comete și se extinde în exterior până la 40 UA în partea direcției opuse vântului, dar coada este de mai multe ori că distanța decât distanța direcției vântului; dar probele de pe Cassini și nava spațială Interstellar Boundary Explorer sugerează că aceasta este, de fapt, forțată într-o formă de bule sub acțiunea de constrângere a câmpului magnetic interstelar. și au raportat că au trecut încetarea șocului și au intrat în helioînveliș, la 94 UA și respectiv 84 UA de la Soare. Limita exterioară a heliosferei, heliopauza, este punctul în care vântul solar în cele din urmă se termină și se începe spațiului interstelar.

Forma și marginea exterioară a heliosferei sunt probabil afectate de dinamica fluidelor a interacțiunilor cu mediul interstelar precum și de câmpuri magnetice solare existente la sud, de exemplu este direct modelat de emisfera nordică care se extinde cu 9 UA mai departe decât emisfera sudică. Dincolo de heliopauza, în jurul valorii de 230 UA, se află arcul de șoc, o „urmă" de plasmă lăsată de Soare când acesta călătorește prin Calea Lactee.

Nici o navă spațială încă nu a depășit heliopauza, așa că este imposibil să cunoaște condițiile din spațiul interstelar local. Se așteaptă ca nava spațială Voyager NASA va trece în următorul deceniu heliopauza și va transmite date valoroase privind nivelurile de radiații și vântul solar ce se întoarce spre Pământ. Cât de bine Heliosfera apără sistemul solar de razele cosmice este încă rău cunoscut. O echipă finanțată de NASA a dezvoltat un concept de „Misiune Viziune", care are scopul de a trimite o sondă spre heliosferă.

90377 Sedna (525,86 UA mediu) eu un obiect mare, roșiatic, cu o orbită eliptică care este de aproximativ 76 UA la periheliu și 928 UA la afeliu și care durează 12.050 de ani. Mike Brown, omul care a descoperit acest obiect în 2003, afirmă că aceast obiect nu poate face parte din discul împrăștiat sau centura Kuiper astfel cum periheliu este prea îndepărtat ca să poată fi afectat de migrațiea lui Neptun. El și alți astronomi consideră că acest obiect este de un tip cu totul nou, în care mai poate fi inclus obiectul , care are un periheliu de 45 UA și un afeliu de 415 UA, și o perioadă orbitală de 3.420 de ani. Brown denumește această populație ca „norul lui Oort interior", așa cum este posibil să se fi format printr-un proces similar, deși este mult mai aproape de Soare. Sedna este foarte asemănătoare cu o planetă pitică, deși forma sa încă nu este determinată.

Norul lui Oort

Norul lui Oort este un nor ipotetic de formă sferică cu până la un trilion de obiecte de gheață, care este considerat a fi sursa pentru toate comete de lungă durată și înconjoară sistemul solar la o distastanță de aproximativ 50.000 UA (în jur de 1 an-lumină (al)), și posibil până la 100.000 UA (1,87 al). Acesta este considerat a fi compus din comete care au fost aruncate din sistemul solar interior de interacțiunile gravitaționale cu planetele exterioare. Obiectele din norul lui Oort se mișcă foarte încet, și pot fi perturbate de evenimente rare, cum ar fi coliziunile, efectele gravitaționale ale unei stele în trecere sau mareea galactică, o forță mareică exercitată de către Calea Lactee.

O mare parte din sistemul solar este încă necunoscut. Câmpul gravitațional al Soarelui este estimat să domine forțele gravitaționale ale stelelor din apropierea de 2 ani-lumină (125.000 UA). Estimările mai mici pentru raza norului lui Oort, ca contrast, nu-l pun mai departe de 50.000 UA. În ciuda descoperirilor cum ar fi Sedna, regiunea dintre centura Kuiper și norul lui Oort, o zonă cu raza de zeci de mii de UA, este încă practic necunoscută. Există, de asemenea, studii în curs de desfășurare ale regiunii dintre Mercur și Soare. Mai pot fi descoperite obiecte în regiunile neexplorate ale sistemului solar.

În noiembrie 2012, NASA a anunțat că Voyager 1 a abordat zona de tranzit cu limita exterioară a sistemului solar, instrumentele sale detectând o intensificare bruscă a câmpului magnetic. Nici o schimbare în direcția câmpului magnetic n-a avut loc, ceea ce oamenii de știință din NASA interpretează în a indica că Voyager 1 nu a părăsit sistemul solar.

Contextul galactic

Sistemul solar este localizat în galaxia Calea Lactee, o galaxie spiralată cu un diametru de aproximativ 100 000 de ani-lumină, ce conține în total circa 200 de miliarde de stele. Ca localizare generală, Soarele se află în cadrul uneia dintre brațele (sau spiralele) exterioare ale Căii Lactee, cunoscut ca Brațul Orion, sau „Pintenul Local". Soarele se află la aproximativ 25 000 și 28 000 de ani lumină distanță de Centrul Galactic, iar viteza sa în raport cu galaxia este de aproximativ 220 de kilometri pe secundă, astfel completează o revoluție galactică odată la 225-250 de milioane de ani. Această revoluție este cunoscută în limbajul științific ca an galactic al sistemului solar. Apexul solar, punctul spre care Soarele se deplasează în mișcarea lui prin Calea Lactee, se află în apropierea stelei strălucitoare Vega, dar la zona mărginașă dintre constelațiile Lira și Hercule. Planul eclipticei se află la un unghi de aproximativ 60° față de planul galactic.

Localizarea sistemului solar în galaxie este factorul care a determinat evoluția vieții pe Pământ. Orbita sa este aproape circulară, și vitezele orbitale din apropierea Soarelui sunt aproape la fel de rapide ca și cele ale brațelor spirale. Prin urmare, Soarele tranzitează brațele galaxiei foarte rar. Deoarece în zona orbitală a Soarelui (adică în zona brațelor spirale) există mai puține supernove, instabilități gravitaționale și radiații care ar putea distruge sistemul solar, astfel Pământul a avut lungi perioade de stabilitate în care viața a putut să prospere. De asemenea, sistemul solar se află poziționat cu mult în afara zonelor foarte aglomerate cu stele ale centrului galactic. În apropierea centrului, forțele gravitaționale venite de la alte stele ar putea smulge obiectele afla în Norul lui Oort și să trimită multe comete înspre sistemul solar interior, producând coliziune cu probabile implicații catastrofale pentru viața de pe Pământ. Radiațiile intense ale centrului galactic ar putea, de asemenea, să perturbe evoluția formelor de viață complexe. Chiar și pentru localizarea curentă a sistemului solar, unii savanți au presupus ca acum 35 000 de ani, unele supernove să fi afectat negativ viața de pe Pământ, prin aruncarea unor fragmente de nucleu stelar spre Soare sub forma unor fire de praf radioactive și chiar obiecte mai mari, asemănătoare cometelor.

Vecinătate

În imediata vecinătate galactică a sistemului solar se află Norul Local Interstelar, un nor astronomic dens dintr-o altă regiune împrăștiată cunoscută ca Bula Locală, o cavitate în formă de clepsidră din mediul interstelar de cel puțin 300 de ani lumină în lungime. Bula este saturată cu plasmă de temperatură înaltă ceea ce sugerează că a fost produsă recent de unele supernove.

Sunt relativ câteva stele aflate la mai puțin de zece ani lumină (95 de trilioane de km) de Soare. Cel mai apropiat este sistemul triplu stele Alfa Centauri, din constelația Centaurul, aflat la 4,4 ani lumină distanță și compus dintr-o pereche de stele (Alfa Centauri A și B) asemănătoare Soarelui, în jurul cărora gravitează la o distanță de 0,2 ani-lumină pitica roșie Alfa Centauri C, de o luminozitate relativ mică. Aceasta din urmă este steaua cea mai apropiată de Soare, la o distanță de 4,24 ani-lumină, motiv pentru care mai este numită „ Proxima Centauri". Următoarele cele mai apropiate stele față de Soare sunt piticele roșii Steaua lui Barnard (la 5,9 ani lumină), Wolf 359 (7,8 ani lumină) și Lalande 21185 (8,3 ani lumină). Cea mai mare stea din lista celor mai apropiate este de departe Sirius, o stea luminoasă din secvența principală de stele a cărei masă este asemănătoare cu cea a Soarelui și orbitată de către o pitică albă denumită Sirius B. Se află la aproximativ 8,6 ani lumină distanță. Celelalte sisteme stelare mai apropiate de zece ani lumină sunt sistemul binar Luyten 726-8 dintre două stele pitice albe și roșii (la 8,7 ani lumină) și pitica roșie solitară Ross 154 (9,7 ani lumină). Cea mai apropiată stea solitară asemănătoare Soarelui este Tau Ceti, localizată la 11,9 ani lumină depărtare. Ea are aproximativ 80% din masa Soarelui, dar doar 60% din luminozitatea sa. Cea mai apropiată planetă extrasolară de sistemul solar se află în preajma stelei Alpha Centauri B. Una dintre planetele confirmate ale acesteia, Alpha Centauri Bb, are cel puțin 1,1 din masa Pământului și orbitează steaua la fiecare 3,236 zile.

Sistemul Solar în imagini

Câteva exemple vizuale ale celor mai apropiate obiecte din Sistemul Solar, selectate după mărime și detalii și sortate după volum. Soarele este de aproximativ 10 000 de ori mai mare și de 41 de trilioane de ori mai voluminos decât cele mai mic obiect prezentat (Prometeu). Listele mai includ: lista obiectelor din Sistemul Solar după mărime, listă de sateliți naturali, lista planetelor minore și listă de comete.

1. Scrierea numelui cu inițiale majuscule nu este unanim acceptată. ^ UAI, organul care deține autoritatea în domeniul nomenclaturii astronomice, specifică că trebuie scrise cu majuscule numele tuturor obiectelor individuale astronomice (Sistemul solar). Cu toate acestea, numele este frecvent scris cu litere mici (sistemul solar) - de exemplu în Dicționarul Oxford al limbii engleze și Merriam-Webster's 11th Dicționarul enciclopedic

2. Vezi ^ Lista de sateliți naturali, pentru o listă completă a sateliților naturali ai celor opt planete și ai primelor cinci planete pitice.

3. Măsurătorile astronomice ale distanței în cadrul sistemului solar se fac în ^ unități astronomice (UA). O UA este egală cu distanța medie dintre Pământ și Soare, sau 149,598,000 km. În medie, Pluto se află la 39 de UA de Soare iar Jupiter la aproximativ 5,2 UA. Un an lumină este echivalent cu 63,241 UA.

4. Dacă ψ reprezintă unghiul dintre ^ polul nord al eclipticei și polul nord galactic, atunci:

,

unde 27° 07′ 42.01″ și 12h 51m 26.282 reprezintă declinația și ascensia dreaptă a polului nord galactic,[136] în timp ce 66° 33′ 38.6″ și 18h 0m 00 sunt cele pentru polul nord al eclipticei. (Ambele perechi de coordonate sunt pentru epoca J2000.) Rezultatul calculului este de 60.19°.

1. ^ Mike Brown (). „"Free the dwarf planets!"". "Mike Brown's Planets (self-published)" (în engleză).

2. ^

3. ^ Minor Planet Center, Uniunea Astronomică Internațională. Accesat pe 4 martie 2013.

4. ^ doi:10.1016/S0273-1177(03)00578-7 10.1016/S0273-1177(03)00578-7

5. ^

6. ^ „Plutoid chosen as name for Solar System objects like Pluto". International Astronomical Union. 11 iunie 2008, Paris.

7. ^ Achenbach, Joel; Feltman, Rachel (). „New evidence suggests a ninth planet lurking at the edge of the solar system". The Washington Post. ISSN 0190-8286.

8. ^ Batygin, Konstantin; Brown, Michael E. (). „Evidence for a distant giant planet in the Solar system". The Astronomical Journal. 151 (2). doi:10.3847/0004-6256/151/2/22.

9. ro ^ „Planeta Nouă" a Sistemului Solar ar fi un Super-Pământ

10. "Today we know of more than a dozen dwarf planets in the solar system".^ The PI's Perspective

11. ^ Weinert, Friedel (). Copernicus, Darwin, & Freud: revolutions in the history and philosophy of science. Wiley-Blackwell. p. 21. ISBN 978-1-4051-8183-9.

12. ^ Davoust, Emmanuel. "A hundred years of science at the Pic du Midi Observatory". arXiv:astro-ph/9707201

13. ^ Audrey Delsanti and David Jewitt (). „The Solar System Beyond The Planets" (PDF). Institute for Astronomy, University of Hawaii. Arhivat din original (PDF) la .

14. ^ Krasinsky, G. A. (). „Hidden Mass in the Asteroid Belt". Icarus. 158 (1): 98-105. Bibcode:2002Icar..158...98K. doi:10.1006/icar.2002.6837.

15. ^ Levison, H. F. (). „Formarea Centurii Kuiper prin transportul exterior al corpurilor în timpul migrației planetei Neptun". Nature. 426 (6965): 419-421. doi:10.1038/nature02120. PMID 14647375.

16. ^ Amir Alexander (). „New Horizons Set to Launch on 9-Year Voyage to Pluto and the Kuiper Belt". The Planetary Society. Arhivat din original la .

17. ^ Marochnik, L. and Mukhin, L. (). „"Is Solar System Evolution Cometary Dominated?". În Shostak, G. S. Progress in the Search for Extraterrestrial Life. Astronomical Society of the Pacific Conference Series. 74. p. 83.

18. ^ „Dawn: A Journey to the Beginning of the Solar System". Space Physics Center: UCLA. . Arhivat din original la .

19. , citând ^ Eddy, J. (). A New Sun: The Solar Results From Skylab. NASA. p. 37. NASA SP-402.

20. ^ Paul Robert Weissman, Torrence V. Johnson (). Encyclopedia of the solar system. Academic Press. p. 615. ISBN 0-12-088589-1.

21. ^

22. ^

23. ^ Michael Zellik (). Astronomy: The Evolving Universe (ed. 9th). Cambridge University Press. p. 240. ISBN 0-521-80090-0. OCLC 223304585 46685453 .

24. ^ Placxo, Kevin W. (). Astrobiology: a brief introduction. JHU Press. p. 66. ISBN 978-0-8018-8367-5.

25. Data se bazează pe cele mai vechi incluziuni identificate în ^ meteoriți și se consideră a fi data de formare a primului material solid în perioada colapsului nebuloasei.
A. Bouvier and M. Wadhwa. "The age of the solar system redefined by the oldest Pb-Pb age of a meteoritic inclusion." Nature Geoscience, în presă, 2010. doi:10.1038/NGEO941

26. ^ Greaves, Jane S. (). „Disks Around Stars and the Growth of Planetary Systems". Science. 307 (5706): 68-71. Bibcode:2005Sci...307...68G. doi:10.1126/science.1101979. PMID 15637266.

27. ^ Sukyoung Yi; Pierre Demarque; Yong-Cheol Kim; Young-Wook Lee; Chang H. Ree; Thibault Lejeune; Sydney Barnes (). „Toward Better Age Estimates for Stellar Populations: The Isochrones for Solar Mixture". Astrophysical Journal Supplement. 136: 417. arXiv:astro-ph/0104292  . Bibcode:2001ApJS..136..417Y. doi:10.1086/321795.

28. ^ Pogge, Richard W. (). „The Once & Future Sun". New Vistas in Astronomy. Arhivat din original (lecture notes) la .

29. ^ „Sun: Facts & Figures". NASA. Arhivat din original la .

30. ^ Zirker, Jack B. (). Journey from the Center of the Sun. Princeton University Press. pp. 120-127. ISBN 978-0-691-05781-1.

31. ^

32. ^ Smart, R. L.; Carollo, D.; Lattanzi, M. G.; McLean, B.; Spagna, A. (). „The Second Guide Star Catalogue and Cool Stars". În Hugh R. A. Jones and Iain A. Steele. Ultracool Dwarfs: New Spectral Types L and T. Springer. p. 119. Bibcode:2001udns.conf..119S.

33. ^ A Star with two North Poles, 22 aprilie 2003, Science @ NASA

34. Schenk P., Melosh H. J. (1994), ^ Lobate Thrust Scarps and the Thickness of Mercury's Lithosphere, Abstracts of the 25th Lunar and Planetary Science Conference, 1994LPI....25.1203S

35. Benz, W., Slattery, W. L., Cameron, A. G. W. (1988), ^ Collisional stripping of Mercury's mantle, Icarus, v. 74, p. 516-528.

36. Cameron, A. G. W. (1985), ^ The partial volatilization of Mercury, Icarus, v. 64, p. 285-294.

37. ^ Mark Alan Bullock (). „The Stability of Climate on Venus" (PDF). Southwest Research Institute.

38. ^ Paul Rincon (). „Climate Change as a Regulator of Tectonics on Venus" (PDF). Johnson Space Center Houston, TX, Institute of Meteoritics, University of New Mexico, Albuquerque, NM.

39. ^ David C. Gatling, Conway Leovy (). „Mars Atmosphere: History and Surface Interactions". În Lucy-Ann McFadden et. al. Encyclopaedia of the Solar System. pp. 301-314.

40. ^ Scott S. Sheppard, David Jewitt, and Jan Kleyna (). „A Survey for Outer Satellites of Mars: Limits to Completeness" (PDF). Astronomical Journal.

41. ^ „Are Kuiper Belt Objects asteroids? Are large Kuiper Belt Objects planets?". Cornell University.

42. ^

43. ^ „History and Discovery of Asteroids" (DOC). NASA.

44. ^ Barucci, M. A. (). „Physical Properties of Trojan and Centaur Asteroids". Asteroids III. Tucson, Arizona: University of Arizona Press. pp. 273-87.

45. ^ A. Morbidelli, W. F. Bottke Jr., Ch. Froeschlé, P. Michel; Bottke; Froeschlé; Michel (). W. F. Bottke Jr., A. Cellino, P. Paolicchi, and R. P. Binzel, ed. „Origin and Evolution of Near-Earth Objects" (PDF). Asteroids III. University of Arizona Press: 409-422. Bibcode:2002aste.conf..409M.

46. ^ Jack J. Lissauer, David J. Stevenson (). „Formation of Giant Planets" (PDF). NASA Ames Research Center; California Institute of Technology.

47. ^ John Stansberry, Will Grundy, Mike Brown, Dale Cruikshank, John Spencer, David Trilling, Jean-Luc Margot (). „Physical Properties of Kuiper Belt and Centaur Objects: Constraints from Spitzer Space Telescope". The Solar System Beyond Neptune. p. 161. arXiv:astro-ph/0702538  . Bibcode:2008ssbn.book..161S.

48. ^ Królikowska, M. (). „A study of the original orbits of hyperbolic comets". Astronomy & Astrophysics. 376 (1): 316-324. Bibcode:2001A&A...376..316K. doi:10.1051/0004-6361:20010945.

49. Ovidiu C. Furdui, ^ Evoluția orbitală a corpurilor transneptuniene. Teză de doctorat, Universitatea Babeș-Bolyai din Cluj-Napoca, 2011. Rezumat disponibil on-line, accesat la 24 septembrie 2013.

50. ^ Stephen C. Tegler (). „Kuiper Belt Objects: Physical Studies". În Lucy-Ann McFadden et. al. Encyclopedia of the Solar System. pp. 605-620.

51. ^ E. Dotto1, M. A. Barucci2, and M. Fulchignoni (). „Beyond Neptune, the new frontier of the Solar System" (PDF).

52. ^ Fajans, J. (). „Autoresonant (nonstationary) excitation of pendulums, Plutinos, plasmas, and other nonlinear oscillators" (PDF). American Journal of Physics. 69 (10): 1096-1102. doi:10.1119/1.1389278.

53. ^ Marc W. Buie (). „Orbit Fit and Astrometric record for 136472". SwRI (Space Science Department).

54. ^ Michael E. Brown. „The largest Kuiper belt objects" (PDF). CalTech.

55. ^ Littmann, Mark (). Planets Beyond: Discovering the Outer Solar System. Courier Dover Publications. pp. 162-163. ISBN 978-0-486-43602-9.

56. ^ Stone, E. C.; Cummings, A. C.; McDonald, F. B.; Heikkila, B. C.; Lal, N.; Webber, W. R. (). „Voyager 1 explores the termination shock region and the heliosheath beyond". Science. 309 (5743): 2017-20. Bibcode:2005Sci...309.2017S. doi:10.1126/science.1117684. PMID 16179468.

57. ^ P. C. Frisch (University of Chicago) (). „The Sun's Heliosphere & Heliopause". Astronomy Picture of the Day.

58. ^

59. ^ David Jewitt (). „Sedna - 2003 VB₁₂". University of Hawaii.

60. ^ T. Encrenaz, JP. Bibring, M. Blanc, MA. Barucci, F. Roques, PH. Zarka (). The Solar System: Third edition. Springer. p. 1.

61. ^

Bibliografie

Martin Rees, Universul, ghid vizual complet, coordonator [...], Traducere din limba engleză de Ana-Maria Negrilă-Chisega, Liana Stan, Enciclopedia RAO 2008, București, 512 de pagini. ISBN 978-973-717-319-5

Legături externe

# data[].attributes.attachment_link.description
Sistemul solar Planetele și planetele pitice din sistemul solar. Dimensiunile sunt la scară. Distanțele de la Soare nu sunt la scară.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Praful este materialul format din particule solide foarte fine, provenite din fărâmițarea naturală a scoarței terestre, a unor corpuri solide, din unele procese biologice ale viețuitoarelor. Praful se găsește peste tot.

Praful atmosferic

Praful provine din zone aride, adică din regiuni unde vânturile bat cu viteze mari și au puterea de a toci și roade majoritatea compușilor minerali.

Componente

Praful conține mai multe elemente, printre care resturi de piele umană, bacterii și resturi de animale moarte.

Curiozități

Cei alergici la praf sunt alergici și la acarieni.

Legături externe

# data[].attributes.attachment_link.description
Praful este materialul format din particule solide foarte fine, provenite din fărâmițarea naturală a scoarței terestre, a unor corpuri solide, din unele procese biologice ale viețuitoarelor. Praful se găsește peste tot. Praful provine din zone aride, adică din regiuni unde vânturile bat cu viteze mari și au puterea de a toci și roade majoritatea compușilor minerali.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Praful este materialul format din particule solide foarte fine, provenite din fărâmițarea naturală a scoarței terestre, a unor corpuri solide, din unele procese biologice ale viețuitoarelor. Praful se găsește peste tot.

Praful atmosferic

Praful provine din zone aride, adică din regiuni unde vânturile bat cu viteze mari și au puterea de a toci și roade majoritatea compușilor minerali.

Componente

Praful conține mai multe elemente, printre care resturi de piele umană, bacterii și resturi de animale moarte.

Curiozități

Cei alergici la praf sunt alergici și la acarieni.

Legături externe

# data[].attributes.attachment_link.description
Praful este materialul format din particule solide foarte fine, provenite din fărâmițarea naturală a scoarței terestre, a unor corpuri solide, din unele procese biologice ale viețuitoarelor. Praful se găsește peste tot. Praful provine din zone aride, adică din regiuni unde vânturile bat cu viteze mari și au puterea de a toci și roade majoritatea compușilor minerali.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Sistemul solar

Planetele și planetele pitice din sistemul solar. Dimensiunile sunt la scară. Distanțele de la Soare nu sunt la scară.

Caracteristici generale

Vârstă

4,568 Ga

Localizare

Norul Interstelar Local, Bula Locală, Brațul Orion, Calea Lactee

Masă

1,9919x101,0014 ³⁰ kg
( M☉)

Cea mai apropiată stea

Proxima Centauri (4,22 al), sistemul Alpha Centauri (4,37 al)

Cel mai apropiat sistem planetar

Sistemul Alpha Centauri (4,37 al)

Sistem

Semiaxa mare a celei mai îndepărtate planete
(Neptun)

4,503 miliarde de km
(30,10 ua)

Stele

1: Soarele

Planete

8: Mercur, Venus, Pământ, Marte, Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun

Planete pitice

5 ( UAI): Ceres, Pluto, Haumea, Makemake și Eris; sute de candidați suplimentari[1]

Nr. sateliților naturali cunoscuți

≈ 420 (173 ai planetelor[2], 8 ai planetelor pitice și 240 de corpuri pitice[3])

Nr. planetelor minore catalogate

624.731 (16 iulie 2013)[4]
625.782 (13 septembrie 2013)[2]

622.545, dintre care 369.956 fiind numerotați (13 septembrie 2013)[2]

3.263, dintre care 364 fiind numerotate (15 aprilie 2014)[2]

Nr. sateliților sferici identificați

19

Orbita în jurul centrului galactic

Înclinarea planului invariabil în raport cu planul galactic

60,19°

Distanța de la centrul galaxiei

(27 000 ± 1 000) al

Viteză orbitală

220 km/s

Perioadă orbitală

225-250 Ma

Proprietățile stelei (stelelor)

Tip spectral

G2V

Distanța liniei de gheață

≈ 5 ua[5]

Distanța falezei Kuiper

≈ 50 ua

Distanța șocului terminal

≈ 75 - 90 ua

Distanța heliopauzei

≈ 120 ua

Raza sferei lui Hill

≈ 1-2 al

Sistemul solar (scris și Sistemul Solar) este format din Soare împreună cu sistemul său planetar (care cuprinde opt planete împreună cu sateliții lor naturali) și alte obiecte non-stelare.

În afară de cele opt planete, oamenii de știință au emis ipoteza existenței unei alte planete, denumită provizoriu A noua planetă. Această ipotetică planetă gigantă s-ar afla la marginea Sistemului Solar. Existența planetei ar explica configurarea orbitală neobișnuită a unui grup de obiecte transneptuniene (OTN). La 20 ianuarie 2016, cercetătorii Konstantin Batygin și Michael E. Brown de la Institutul de Tehnologie din California au anunțat că există dovezi suplimentare indirecte privind existența unei a noua planete dincolo de orbita planetei Neptun. Aceasta ar orbita în jurul Soarelui între 10.000 și 20.000 de ani. Conform studiului publicat în Astronomical Journal, „Planeta Nouă" ar avea o masă de aproximativ 10 ori mai mare decât Terra și s-ar afla la minim 200 UA.

Sistemul este situat într-unul dintre brațele exterioare ale galaxiei Calea Lactee (mai precis în Brațul Orion), galaxie care are cca. 200 de miliarde de stele.

El s-a format acum 4,6 miliarde de ani, ca urmare a colapsului gravitațional al unui gigant nor molecular. Cel mai masiv obiect este steaua centrală - Soarele, al doilea obiect ca masă fiind planeta Jupiter. Cele patru planete interioare mici, Mercur, Venus, Pământul și Marte, numite planete terestre / planete telurice, sunt compuse în principal din roci și metal. Cele patru planete exterioare, numite giganți gazoși, sunt mult mai masive decât cele telurice. Cele mai mari două planete, Jupiter și Saturn, sunt compuse în principal din hidrogen și heliu; cele două planete mai îndepărtate, Uranus și Neptun, sunt compuse în mare parte din substanțe cu o temperatură de topire relativ ridicată (comparativ cu hidrogenul și heliu), numite , cum ar fi apa, amoniacul și metanul. Ele sunt denumite „giganți de gheață" (termen distinct de cel de „gigant gazos"). Toate planetele au orbite aproape circulare dispuse într-un disc aproape plat numit plan ecliptic.

Sistemul solar prezintă câteva regiuni unde se află diferite obiecte mici. Centura de asteroizi, situată între Marte și Jupiter, este similară din punct de vedere al compoziției cu planetele terestre, deoarece o mare parte dintre obiecte sunt compuse din rocă și metal. Dincolo de orbita lui Neptun se află centura Kuiper și discul împrăștiat; multe dintre obiectele transneptuniene sunt în mare parte compuse din ghețuri. Printre aceste obiecte, de la câteva zeci până la mai mult de zece mii de obiecte pot fi suficient de mari pentru a fi fost rotunjite de propria gravitație. Astfel de obiecte sunt denumite planete pitice. Planetele pitice identificate până în prezent includ asteroidul Ceres și obiectele transneptuniene: Pluto, Eris, Haumea și Makemake. În plus, în aceste două regiuni se află diferite alte corpuri mici, cum ar fi comete, centauri și materie interplanetară. Șase planete, cel puțin trei planete pitice și multe alte corpuri mici au sateliți naturali care se rotesc în jurul lor. Fiecare planetă exterioară este înconjurată de inele planetare alcătuite din praf și alte obiecte mici.

Vântul solar (un flux de plasmă de la Soare) creează în mediul interstelar o bulă cunoscută ca heliosferă, care se extinde până la marginea discului împrăștiat. La limita sa exterioară se află Norul lui Oort, care reprezintă doar un câmp de resturi rămase după crearea planetelor, fiind considerat a fi sursa pentru cometele cu perioadă lungă. El se întinde până la o distanță aproximativ de o mie de ori mai mare decât heliosfera. Heliopauza este punctul în care presiunea vântului solar este egală cu presiunea opusă a vântului interstelar.

Descoperire și explorare

Timp de câteva mii de ani umanitatea, cu puține excepții, nu a recunoscut existența sistemului solar. Oamenii credeau că Pământul se află în centrul Universului și este cu totul diferit de celelalte obiecte divine și eterice care se mișcă pe cer. Deși filozoful grec Aristarh din Samos a speculat despre reorganizarea heliocentrică a cosmosului, Nicolaus Copernicus a fost primul astronom care a dezvoltat un sistem matematic heliocentric predictiv. Succesorii săi din secolul al XVII-lea ( Galileo Galilei, Johannes Kepler și Isaac Newton) au avut o înțelegere a fizicii care i-a condus la admiterea graduală a ideii că Pământul se rotește de fapt în jurul Soarelui și că celelalte planete sunt guvernate de aceleași legi ale fizicii care guvernează și Pământul. În plus, inventarea telescopului a condus la descoperirea unor planete și sateliți noi. În timpurile mai recente, îmbunătățiri ale telescoapelor și folosirea navelor spațiale fără echipaj au deschis drumul studierii fenomenelor geologice din sistemul solar (studiul munților și craterelor de impact) și a fenomenelor meteorologice sezoniere de pe unele planete (cum ar fi norii, furtunile de nisip și calotele de gheață).

Structură și compoziție

Componentul principal al sistemului solar este Soarele, o stea de tip G2 din secvența principală ce conține 99,86% din masa cunoscută a sistemului și îl domină din punct de vedere gravitațional. Cele mai mari patru corpuri ce orbitează în jurul Soarelui, giganții gazoși, constituie circa 99% din masa rămasă, Jupiter și Saturn deținând împreună mai mult de 90%.

Majoritatea obiectelor mari care orbitează în jurul Soarelui se află în apropierea planului orbitei Pământului, cunoscut și ca ecliptică. Orbitele planetelor sunt foarte apropiate de ecliptică în timp ce orbitele cometelor și ale obiectelor din centura Kuiper au adesea unghiuri de intersecție cu ecliptica destul de mari. Toate planetele și majoritatea celorlalte obiecte orbitează în jurul Soarelui în aceeași direcție în care se rotește acesta (în sens invers acelor de ceasornic, privit de deasupra polului nordic solar). Există excepții, cum ar fi cometa Halley.

Structura generală a regiunilor cartografiate ale sistemului solar constă din: steaua centrală - Soarele, patru planete interioare relativ mici înconjurate de o centură de asteroizi din rocă și, alți patru giganți de gaz - înconjurați la rândul lor de centura Kuiper și alte obiecte înghețate. Sistemul Solar interior include primele patru planete terestre și centura de asteroizi. Sistemul solar exterior se află dincolo de centura de asteroizi, incluzând cei patru giganți gazoși (cunoscuți și ca planete joviene). După descoperirea centurii Kuiper, zonele mărginașe ale sistemului solar sunt considerate a fi o regiune distinctă, aflată dincolo de orbita planetei Neptun.

Majoritatea planetelor din sistemul solar posedă un sistem secundar propriu, fiind orbitate de obiecte planetare denumite sateliți naturali, sau luni (dintre care două sunt mai mari decât planeta Mercur) sau, în cazul giganților gazoși, de către inele planetare (benzi subțiri de particule mici care gravitează în jurul planetei la unison). Majoritatea celor mai mari sateliți naturali se află în rotație sincronă cu perioada lor de revoluție, una dintre fețele lor fiind totdeauna îndreptată către planeta orbitată.

Legile lui Kepler cu privire la mișcarea planetară descriu orbitele obiectelor din jurul Soarelui. Urmând legile lui Kepler, fiecare dintre aceste obiecte se mișcă de-a lungul unei elipse, într-unul dintre focarele acesteia aflându-se Soarele. Obiectele mai apropiate de Soare (cu o semiaxă majoră mai mică) se deplasează mai repede, fiind influențate mai puternic de către gravitația Soarelui. Pe o orbită eliptică, distanța unui corp față de Soare variază de-a lungul perioadei sale de revoluție (denumită „an"). Cel mai apropiat punct față de Soare de pe orbita unui obiect este numit , în timp ce punctul cel mai îndepărtat se numește . Orbitele planetelor sunt aproape circulare, dar multe comete, asteroizi și obiecte din cadrul centurii Kuiper au orbite foarte eliptice. Pozițiile corpurilor în sistemul solar pot fi prezise folosindu-se modele numerice.

Deși Soarele domină sistemul prin masa sa, el măsoară doar 2% din momentul cinetic, datorat rotației diferențiale din interiorul Soarelui gazos. Planetele, dominate de Jupiter, măsoară cea mai mare parte din restul momentului cinetic datorat combinației dintre masele, orbitele și distanțele lor față de Soare, cometele având cel mai probabil și ele o contribuție semnificativă la total.

Datorită distanțelor vaste implicate, multe reprezentări ale sistemului solar arată orbitele la aceeași depărtare. În realitate cu cât o planetă sau o centură este mai departe de Soare, cu atât distanța dintre ea și orbita precedentă este mai mare, existând totuși și unele excepții. De exemplu, Venus se află la aproximativ 0,33 unități astronomice (UA) mai departe de Soare decât Mercur, în timp ce Saturn se află la 4,3 UA depărtare de Jupiter, iar Neptun la 10,5 UA de Uranus. Au fost făcute încercări pentru a determina relația dintre aceste distanțe orbitale (de exemplu, legea Titius-Bode), dar nu a fost acceptată nicio teorie de acest fel.

Soarele - ce cuprinde aproape toată materia din sistemul solar - este compus în proporție de aproximativ 98% din hidrogen și heliu. Jupiter și Saturn, care cuprind aproape întreaga materie rămasă, au în compoziția atmosferei circa 98% din aceleași elemente. Există un gradient al compoziției în sistemul solar, determinat de căldura și presiunea de radiație a luminii care provin de la Soare; obiectele care sunt mai aproapiate de Soare, sunt mult mai afectate de căldură și presiunea luminii, fiind compuse din elemente cu temperaturi de topire ridicate. Obiectele care sunt mai depărtate de Soare sunt compuse în mare parte din materiale cu temperaturi de topire mai mici. Granița din sistemul solar, dincolo de care aceste substanțe volatile se pot condensa este cunoscută sub numele de linia de îngheț și se află la aproximativ 5 UA de la Soare.

Obiectele din sistemul solar interior sunt compuse în mare parte din roci, materiale ce conțin compuși cu puncte de topire ridicate cum sunt silicații, fierul sau nichelul, care au rămas în stare solidă în aproape toate condițiile din nebuloasa protoplanetară. Jupiter și Saturn sunt compuși în mare parte din gaze, materiale cu puncte de topire extrem de scăzute și presiunea de vapori mare, cum ar fi hidrogenul molecular, heliul și neonul, care s-au aflat întotdeauna în fază gazoasă în nebuloasa inițială. Ghețurile, ca apa înghețată, metanul, amoniacul, hidrogenul sulfurat și dioxidul de carbon, au puncte de topire de până la câteva sute de grade kelvin, în timp ce stările lor depind de presiunea și temperatura ambiante. Ele pot fi găsite sub formă de gheață, lichide sau gaze, în diferite locuri din sistemul solar, în timp ce în nebuloasa inițială ele erau fie în stare solidă, fie în stare gazoasă. Substanțe înghețate se găsesc în compoziția majorității sateliților planetelor gigante, precum și în cea a planetelor Uranus și Neptun (așa-numiții giganți de gheață) și în numeroase obiecte mici care se află dincolo de orbita lui Neptun. Împreună, gazele și ghețurile sunt cunoscute și ca volatile.

Un număr de modele ale sistemului solar de pe Pământ au încercat să redea la scară relativă obiectele sistemului solar, dar în mediul antropic. Unele astfel de modele sunt mecanice - cunoscute și ca planetarii - în timp ce altele se pot extinde de-a lungul mai multor orașe sau regiuni. Cel mai mare model la scară, Sistemul Solar Suedez, folosește arena Ericsson Globe de 110 metri amplasată în Stockholm drept Soare și, respectând scara, un Jupiter de 7,5 metri la Aeroportul Internațional Arlanda, de la 40 km depărtare, în timp ce cel mai depărtat obiect, Sedna, este o sferă de 10 cm din Luleå, de la 912 km depărtare.

Geneză și evoluție

Sistemul solar s-a format acum 4,568 miliarde de ani, în urma colapsului gravitațional al unei regiuni din cadrul unui vast nor molecular. Acest nor inițial avea un diametru de mai mulți ani-lumină și a dat naștere, probabil, mai multor stele. La fel ca și majoritatea norilor moleculari, acesta era constituit, în principal, din hidrogen, mai puțin heliu și cantități mici de elemente mai grele formate în generațiile anterioare de stele. Când regiunea care avea să devină sistemul solar, denumită și nebuloasă pre-solară, a suferit un colaps, conservarea momentului cinetic a determinat-o să se rotească mai repede. Centrul, unde s-a concentrat cea mai mare parte a masei, a devenit din ce în ce mai fierbinte în raport cu discul din jur. Nebuloasa în contracție, rotindu-se tot mai repede, a început să se aplatizeze și a luat forma unui disc protoplanetar cu un diametru de aproximativ 200 UA, având o protostea fierbinte și densă în centru. Protoplanetele formate în urma acreției din acest disc de praf și gaz interacționau gravitațional, formând - prin contopire - corpuri din ce în ce mai mari. Sute de protoplanete au putut exista în sistemul solar timpuriu, dar acestea fie au fuzionat, fie au fost distruse, formând planete și planete pitice, iar resturile devenind obiecte minore.

Din cauza punctului lor de fierbere foarte mare, numai metalele și silicații au putut rezista în sistemul solar interior fierbinte, aproape de Soare, iar acestea au format planetele de rocă Mercur, Venus, Terra și Marte. Deoarece elementele metalice constituiau doar o fracțiune foarte mică din nebuloasa solară, planetele terestre nu au putut deveni foarte mari. Giganții gazoși (Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun) s-au format mai departe de Soare, dincolo de linia de îngheț: punctul dintre orbita lui Marte și a lui Jupiter începând de la care materia este suficient de rece pentru a permite compușilor volatili să rămână solizi. Ghețurile care formau aceste planete au fost mai numeroase decât metalele și silicații, care formau planetele terestre interioare, permițându-le să devină destul de masive pentru a capta atmosfere mari de hidrogen și heliu, elementele cele mai ușoare și mai abundente. Resturile care nu au devenit planete s-au concentrat în regiuni ca centura de asteroizi, centura Kuiper și norul lui Oort. Modelul de la Nisa este o explicație a creării acestor regiuni, precum și a modului în care planetele exterioare s-au putut forma în poziții diferite și au migrat, ajungând să aibă orbitele lor actuale prin diverse interacțiuni gravitaționale.

După 50 de milioane de ani, presiunea și densitatea hidrogenului din centrul protostelei au devenit suficient de mari pentru ca să înceapă fuziunea termonucleară. Temperatura, viteza de reacție, presiunea, precum și densitatea au crescut până când a fost atins echilibrul hidrostatic: presiunea termică a egalat forța gravitațională. În acel moment, Soarele a devenit o stea din secvența principală de stele. Vântul solar a creat heliosfera și a măturat gazul și praful rămase din discul protoplanetar în spațiul interstelar, punând capăt procesului de formare a planetelor.

Sistemul solar va rămâne aproximativ așa cum îl știm astăzi până când hidrogenul din nucleul Soarelui va fi complet transformat în heliu, eveniment ce va avea loc peste 5,4 miliarde de ani. Acest lucru va pune sfârșit perioadei principale de viață a Soarelui. În acel moment, nucleul Soarelui va suferi un colaps, iar energia produsă va fi mult mai mare decât în prezent. Straturile exterioare ale Soarelui se vor extinde, diametrul ajungând de circa 260 de ori mai mare decât în momentul actual și Soarele va deveni o gigantă roșie. Din cauza faptului că suprafața sa va crește foarte mult, ea va fi considerabil mai rece decât va fi fost în perioada principală a vieții lui (cu maximum 2600 K). În urma măririi Soarelui, Mercur și Venus se vor vaporiza iar planeta Pământ va deveni nelocuibilă, zona locuibilă mutându-se la orbita lui Marte. În cele din urmă, nucleul nu va mai fi suficient de fierbinte pentru fuziunea heliului; Soarele va arde heliul pentru o fracțiune a timpului în care a ars hidrogenul din nucleu. Soarele nu este destul de masiv pentru a începe fuziunea elementelor mai grele, și reacțiile nucleare din nucleu vor scădea. Straturile sale exterioare vor fi ejectate în spațiu, lăsând în urmă o pitică albă, un obiect extraordinar de dens, având jumătate din masa inițială a Soarelui (de mărimea Pământului). Straturile exterioare ejectate vor forma ceea ce este cunoscut sub numele de nebuloasă planetară, împrăștiind în mediul interstelar unele din materialele din care s-a format Soarele, dar și elemente mai grele, cum ar fi carbonul, create în Soare.

Soarele este steaua sistemului solar și de departe cel mai important component al acestuia. Masa sa mare (egală cu 332.900 de mase terestre) produce în nucleul său temperaturi și densități suficient de ridicate ca să susțină fuziunea nucleară, care eliberează o cantitate enormă de energie, din care cea mai mare parte radiază în restul sistemului sub formă de radiații electromagnetice, cu vârful situat în spectrul de 400-700 nm al luminii vizibile.

Soarele este clasificat ca fiind o pitică galbenă de tipul G2, dar acest nume poate induce în eroare, din moment ce comparativ cu majoritatea stelelor din galaxia noastră, Soarele este mai mare și mai luminos. Stelele sunt clasificate cu ajutorul diagramei Hertzsprung-Russell, o diagramă care reprezintă grafic luminozitatea stelelor împreună cu temperatura de la suprafața lor. În general, stelele mai fierbinți sunt mai luminoase. Stelele care satisfac această relație sunt denumite stele din secvența principală, iar Soarele se află chiar în mijlocul acestei secvențe. Totuși, stelele mai luminoase și mai fierbinți decât Soarele sunt rare, în timp ce stelele cu mult mai fade și mai reci, cunoscute și ca pitice roșii, sunt comune, reprezentând 85% din totalul stelelor din galaxie.

Unele dovezi sugerează că poziția Soarelui în secvența principală poate înseamna că acesta se află la mijlocul ciclului de viață al unei stele, pentru că nu și-a consumat încă rezerva de hidrogen folosit pentru fuziunea nucleară. Soarele devine tot mai luminos; mai devreme în evoluția sa, luminozitatea era doar 70% din cea actuală.

Soarele face parte din populația I de stele; a luat naștere în faza târzie a evoluției universului și astfel conține mai multe elemente mai grele decât hidrogenul și heliul (numite „ metale", în context astronomic) decât stelele mai vechi ce fac parte din populația a II-a. Elementele chimice mai grele decât hidrogenul și heliul s-au format în nucleele stelelor vechi care au explodat, așadar prima generație de stele a trebuit să dispară pentru ca universul să se poată îmbogăți cu aceste elemente. Stelele mai vechi conțin mai puține metale, în timp ce stelele născute mai târziu conțin mai multe. Se crede că acest conținut mai bogat în metale a fost crucial pentru ca Soarele să dezvolte un sistem planetar, deoarece planetele se formează prin acreția „metalelor".

Mediul interplanetar

Împreună cu lumina, Soarele radiază un flux continuu de particule încărcate ( plasmă) cunoscute ca vânt solar. Acest flux de particule se răspândește spre exterior, cu o viteză de aproximativ 1,5 milioane de kilometri pe oră, creând o atmosferă fragilă (heliosfera) care pătrunde în sistemul solar până la cel puțin 100 UA (vezi heliopauză). Această materie extrem de rarefiată este cunoscută sub numele de mediu interplanetar. Activitatea de pe suprafața Soarelui, cum ar fi erupțiile solare și ejecția masei coronale, perturbă heliosfera, generând vremea cosmică și cauzând furtuni geomagnetice. Cea mai mare structură din cadrul heliosferei este stratul de curent heliosferic, în formă de spirală, creat de acțiunea câmpului magnetic rotativ al Soarelui asupra mediului interplanetar.

Câmpul magnetic al Pământului împiedică atmosfera sa de a fi deposedată de vântul solar. Venus și Marte nu au câmp magnetic și ca rezultat, vântul solar face ca atmosferele lor să se împrăștie treptat în spațiu. Ejecțiile masei coronale și alte fenomene similare aruncă în spațiu un câmp magnetic și cantități imense de materie de pe suprafața Soarelui. Interacțiunea acestui câmp magnetic și a materialelor cu câmpul magnetic al Pământului provoacă apariția de particule încărcate în atmosfera superioară a Pământului, unde interacțiunea lor creează aurorele observabile în apropierea polilor magnetici.

Radiațiile cosmice provin din afara sistemului solar. Heliosfera și câmpurile magnetice planetare (pentru planetele care le au) apără parțial sistemul solar de particulele interstelare cu înaltă energie care formează razele cosmice. Densitatea razelor cosmice în mediul interstelar și puterea câmpului magnetic al Soarelui se schimbă în perioade lungi de timp, astfel încât nivelul de penetrare a radiațiilor cosmice în sistemul solar variază, deși este necunoscut cât de mult.

Mediul interplanetar conține cel puțin două regiuni în formă de disc alcătuite din praf cosmic. Prima, norul de praf zodiacal, se află în sistemul solar interior și cauzează lumina zodiacală. Probabil ea s-a format în urma coliziunilor din centura de asteroizi provocate de interacțiunea cu planetele. Cea de-a doua se întinde de la aproximativ 10 UA până la aproximativ 40 UA și a fost creată, probabil, de coliziuni similare din cadrul centurii Kuiper.

Sistemul solar interior

Sistemul solar interior este numele tradițional pentru regiunea care cuprinde planetele terestre și asteroizii. Obiectele din această regiune sunt compuse în mare parte din silicați și metale, fiind relativ aproape de Soare; raza întregii regiuni este mai mică decât distanța dintre orbitele lui Jupiter și Saturn.

Planete interioare

Cele patru planete interioare sau telurice / terestre au o compoziție densă, de roci, cu puțini sau chiar fără sateliți și fără sisteme de inele. Ele sunt compuse în mare parte din minerale refractare, cum ar fi silicații, care formează scoarțele și mantalele planetelor, și metale ca fierul și nichelul, care formează nucleele planetare. Trei din cele patru planete interioare (Venus, Terra și Marte) au o atmosferă destul de densă pentru a genera vremea; toate au cratere de impact și caracteristici tectonice de suprafață, cum ar fi rifturi și vulcani. Termenul de „planetă interioară" nu trebuie confundat cu termenul de „ planetă inferioară ", care desemnează planetele mai apropiate de Soare decât Pământul (adică Mercur și Venus).

Mercur (0,4 UA de la Soare) este cea mai apropiată planetă de Soare și cea mai mică planetă din sistemul solar (0,055 mase terestre). Mercur nu are niciun satelit natural, iar singurele caracteristici geologice cunoscute, în afara craterelor de impact, sunt crestăturile din scoarță, care cel mai probabil se datorează unei perioade timpurii de contracție din trecutul său. Atmosfera planetei Mercur este aproape neobservabilă și este formată din atomi desprinși de pe suprafața sa de către vântul solar. Apariția nucleului său de fier relativ mare și mantaua subțire nu au fost încă suficient explicate. Ipotezele includ faptul că straturile exterioare au fost dezagregate în urma impactului cu un obiect gigantic și că acreția completă a fost împiedicată de energia Soarelui tânăr.

Planeta Venus (0,7 UA de la Soare) este asemănătoare ca mărime cu Pământul (0,815 mase terestre) și, la fel ca și Terra, are o manta subțire de silicat deasupra unui nucleu de fier, o atmosferă substanțială și indicii ale unei activități geologice interne. Totuși, planeta este mult mai uscată decât Pământul iar atmosfera sa este de nouăzeci de ori mai densă. Venus nu are niciun satelit natural. Este cea mai fierbinte planetă, temperaturile de la suprafață depășind 400 °C, cel mai probabil din cauza cantității de gaze cu efect de seră din atmosferă. Nu a fost detectată nici o dovadă definitivă a unei activități geologice la momentul actual pe Venus, dar planeta nu are un câmp magnetic care să prevină epuizarea atmosferei sale substanțiale, ceea ce sugerează că aceasta este încontinuu alimentată de către erupțiile vulcanice.

Pământul (de asemena și Terra; 1 UA de la Soare) este cea mai mare și cea mai densă planetă interioară, singura despre care se cunoaște la momentul actual că este geologic activă și singurul loc din sistemul solar unde se cunoaște că există viață. Hidrosfera sa lichidă este unică printre planetele terestre, iar Terra este singura planetă unde au fost observate plăci tectonice. Atmosfera Pământului diferă radical față de cea a altor planete, fiind shimbată de prezența vieții și conținând aproximativ 21% de oxigen liber. Planeta Pământ are doar un satelit natural, Luna, care este singurul satelit mare al unei planete terestre din sistemul solar.

Marte (1,52 UA de la Soare) este mai mic decât Terra și Venus (are 0,107 mase terestre). Planeta posedă o atmosferă formată în mare parte din dioxid de carbon, cu o presiune la suprafață de 6,1 milibari (aproximativ 0,6% din presiunea atmosferică de la suprafața Pământului). Suprafața sa, brăzdată de vulcani vaști ca Olympus Mons și rifturi cum ar fi Valles Marineris, reprezintă o dovadă a activităților geologice care au persistat până relativ recent, cu două milioane de ani în urmă. Culoarea sa roșiatică provine de la oxizii de fier (rugină) din sol. Marte are doi sateliți naturali foarte mici ( Deimos și Phobos) despre care se crede că au fost asteroizi capturați de gravitația planetei.

Centura de asteroizi

Asteroizii sunt obiecte mici din sistemul solar, compuse în mare parte din roci refractare și minerale metalice, la care se mai adăugă gheața.

Centura de asteroizi se află între planetele Marte și Jupiter, la o distanță cuprinsă între 2,3 și 3,3 UA de la Soare. Se crede ea e alcătuită din resturile rămase în urma formării sistemului solar, care nu au reușit să se unească din cauza interferenței gravitaționale a lui Jupiter.

Mărimea asteroizilor variază de la câteva sute de kilometri până la mărimi microscopice. Toți asteroizii, cu excepția celui mai mare, Ceres, sunt clasificați ca obiecte mici ale sistemului solar.

Centura de asteroizi conține zeci de mii, posibil milioane, de obiecte ce au un diametru mai mare de un kilometru. Cu toate acestea, masa totală a centurii de asteroizi măsoară în jur de o miime din masa terestră. În centura de asteroizi, obiectele sunt foarte rarefiate; navele spațiale au trecut cu ușurință prin aceasta fără niciun incident. Asteroizii cu diametre între 10 și 10 −4 metri sunt denumiți meteoroizi.

Ceres (2,77 UA de la Soare) este cel mai mare asteroid, o protoplanetă și o planetă pitică. Are un diametru puțin mai mic de 1000 km și o masă destul de mare pentru ca propria gravitație să-i confere o formă sferică. Când a fost descoperită în secolul al XIX-lea, Ceres a fost considerată o planetă, dar a fost reclasificată ca asteroid în anii 1850, când observațiile mai ample au dezvăluit existența altor asteroizi asemănători. În anul 2006 a fost clasificată ca planetă pitică.

Grupuri de asteroizi

Asteroizii din centura de asteroizi sunt divizați în grupuri de asteroizi și familii de asteroizi, în funcție de caracteristicile orbitale pe care le au. Sateliții asteroidali sunt asteroizii care orbitează în jurul unor asteroizi mai mari. Ei nu sunt distinși atât de clar ca și sateliții planetari, câteodată fiind la fel de mari ca și asteroidul în jurul căruia gravitează. Centura de asteroizi conține de asemenea și comete de centură principală, care se poate să fi fost sursa de apă a Pământului.

Troienii lui Jupiter sunt localizați în punctele Lagrange L₄ sau L₅ ale lui Jupiter (regiuni stabile din punct de vedere gravitațional care precedă sau urmează planeta pe orbita sa); termenul de este folosit de asemenea pentru a desemna corpuri mici din orice punct Lagrange al unei planete sau unui satelit. Asteroizii din familia Hilda sunt într-o rezonanță de 2:3 cu planeta Jupiter; aceasta înseamnă că ei orbitează în jurul Soarelui de trei ori la fiecare două orbitări ale lui Jupiter.

În sistemul solar interior există de asemenea asteroizi hoinari, mulți dintre ei traversând orbitele planetelor interioare.

Sistemul solar exterior

Regiunea exterioară a sistemului solar este locul unde se află giganții gazoși și sateliții lor. Multe comete cu perioadă scurtă, inclusiv centaurii, orbitează de asemenea în această regiune. Din cauza distanței foarte mari de la Soare, obiectele solide din sistemul solar exterior conțin o proporție mai mare de substanțe volatile cum ar fi apa, amoniacul și metanul, decât planetele de roci din sistemul solar interior, deoarece temperaturile mai reci permit menținerea acestor compuși în stare solidă.

Planetele exterioare

Cele patru planete exterioare sau giganții gazoși (uneori numite planete joviene), dețin împreună 99% din masa care orbitează în jurul Soarelui. Jupiter și Saturn au, fiecare, o masă de zeci de ori mai mare decât cea a Pământului și sunt formate preponderent din hidrogen și heliu; Uranus și Neptun sunt mai puțin masive (având sub 20 de mase terestre) și sunt compuși mai mult din ghețuri. Din această cauză, mulți astronomi cred că ei fac parte dintr-o categorie aparte, „giganții de gheață". Toți cei patru giganți gazoși au inele, deși doar sistemul de inele al lui Saturn este ușor de observat de pe Pământ. Termenul de planetă exterioară nu trebuie confundat cu cel de planetă superioară, care desemnează planete din afara orbitei Pământului și include, astfel, atât planetele exterioare cât și pe Marte.

Jupiter (5,2 UA), cu o masă de 318 ori mai mare ca cea a Pământului, este de 2,5 mai masiv decât toate celelalte planete din sistemul solar laolaltă. El este compus în mare parte din hidrogen și heliu. Căldura sa internă destul de mare creează un număr de caracteristici semi-permanente ale atmosferei sale, cum ar fi benzile de nori și Marea Pată Roșie.

Jupiter are 67 de sateliți cunoscuți. Cei mai mari patru sateliți, Ganymede, Callisto, Io și Europa prezintă similarități cu planetele terestre, cum ar fi vulcanismul și încălzirea internă. Ganymede, cel mai mare satelit din sistemul solar, este mai mare decât planeta Mercur.

Saturn (9,5 UA), care se distinge prin sistemul său de inele ușor de observat de pe Pământ, este asemănător cu Jupiter din punctul de vedere al compoziției atmosferice și al magnetosferei. Deși Saturn are 60% ​​din volumul lui Jupiter, el are mai puțin de o treime din masa acestuia (95 de mese terestre), fiind cea mai puțin densă planetă din sistemul solar. Inelele lui Saturn sunt alcătuite din particule mici de rocă și gheață.

Saturn are 62 de sateliți confirmați; doi dintre ei, Titan și Enceladus, poartă semne de activitate geologică, deși aceștia sunt în mare parte alcătuiți din gheață (criovulcani). Titan, al doilea satelit ca mărime din sistemul solar, este mai mare decât Mercur și singurul satelit din sistemul solar care posedă o atmosferă substanțială.

Uranus (19,6 UA), de 14 ori mai masiv ca Pământul, are masa cea mai mică dintre toate planetele exterioare. Este singura planetă care orbitează în jurul Soarelui înclinată „pe o parte"; înclinația axei de rotație este de peste nouăzeci de grade față de normala la ecliptică. Planeta are un nucleu mult mai rece decât ceilalți giganți gazoși și cantitatea de căldură radiată în spațiu este foarte mică.

Uranus are 27 de sateliți cunoscuți, cei mai mari fiind Titania, Oberon, Umbriel, Ariel și Miranda.

Neptun (30 UA), deși este puțin mai mic decât Uranus, este mult mai masiv (aproximativ 17 mase terestre) și prin urmare, mult mai dens. El radiază mai multă căldură internă, dar nu la fel de multă ca Jupiter sau Saturn.

Neptun are 13 sateliți cunoscuți. Cel mai mare, Triton, este geologic activ, având probabil gheizere de azot lichid. Triton este singurul satelit mare cu o orbită retrogradă. Neptun este însoțit pe orbita sa de o mulțime de planete minore, numite troienii lui Neptun, care au o rezonanță orbitală de 1:1 cu el.

Centaurii sunt obiecte de gheață asemănătoare cometelor, cu o semiaxă mare mai mare decât cea al lui Jupiter (5,5 UA) și mai mică decât cea a lui Neptun (30 UA). Cel mai mare centaur cunoscut, 10199 Chariklo, are un diametru de aproximativ 250 km. Primul centaur descoperit, 2060 Chiron, a fost, de asemenea, clasificat drept cometă (95P) deoarece acesta dezvoltă o coadă ca și cometele, atunci când se apropie de Soare.

Cometele sunt obiecte mici din sistemul solar, de obicei cu dimensiuni de doar câțiva kilometri, compuse în mare parte din gheață volatilă. Au orbite puternic excentrice și în general periheliul lor se află între orbitele planetelor interioare iar afeliul, la mare distanță dincolo de planeta pitică Pluto. Când o cometă intră în sistemul solar interior, apropierea sa de Soare cauzează sublimarea și ionizarea suprafeței sale înghețate, creându-se astfel o coamă, urmată de o coadă lungă de gaz și praf care este adesea vizibilă cu ochiul liber.

Cometele de perioadă scurtă au perioada orbitală mai scurtă de două sute de ani, iar cele de perioadă lungă au perioade orbitale de ordinul miilor de ani. Se crede că cometele de perioadă scurtă își au originea în centura Kuiper, în timp ce cele de perioadă lungă (cum ar fi Hale-Bopp), în norul lui Oort. Multe grupuri de comete, ca Kreutz Sungrazers, s-au format prin fragmentarea unei comete-părinte. Unele comete cu orbite hiperbolice pot să provină din afara sistemului solar, dar determinarea precisă a orbitelor lor este dificilă. Cometele bătrâne, care și-au consumat mare parte a materialului volatil datorită încălzirii solare, sunt categorizate de obicei ca asteroizi.

Regiunea transneptuniană

Zona de dincolo de Neptun sau „regiunea transneptuniană" este în mare parte neexplorată. Ea conține o mulțime de lumi mici (cea mai mare având un diametru de doar o cincime din cel al Pământului și o masă mult mai mică decât cea a Lunii), compuse în principal din roci și gheață. Această regiune este uneori cunoscută sub numele de „sistemul solar exterior", deși alții folosesc acest termen pentru a desemna regiunea de dincolo de centura de asteroizi. În literatura astronomică internațională, corpurile cerești situate în regiunea transneptuniană sunt abreviate, de obicei, ca TNO ( Trans-Neptunian Object).

Centura Kuiper

Centura Kuiper este un inel mare, plin cu resturi, similar cu centura de asteroizi, în el fiind în principal obiecte care sunt compuse în primul rând din gheață. Aceasta se întinde între 30 și 50 UA de la Soare. Deși se consideră că conține zeci de planete pitice, ea este compusă în principal din corpuri mici ale sistemului solar. Multe dintre obiectele mai mari din centura Kuiper, ca Quaoar, Varuna și Orcus, pot fi recunoscute ca planete pitice dacă vor fi date suplimentare despre ele. Se estimează că acolo sunt peste 100.000 de obiecte cu un diametru mai mare de 50 km, dar masa totală a centurii Kuiper se consideră a fi doar o zecime sau chiar o sutime din masa Pământului. Multe obiecte din centura Kuiper au mai mulți sateliți, iar cele mai multe au orbite care le duc în afara planului ecliptic.

Centura Kuiper poate fi împărțită în centura clasică și rezonantă. Obiectele rezonante au o orbită legată de cea a lui Neptun (de exemplu, orbitează în jurul Soarelui de două ori pentru fiecare trei orbitări ale lui Neptun, sau o dată la fiecare două). Prima rezonanță are loc în orbita lui Neptun. Centura clasică constă în obiecte care nu au rezonanță cu Neptun, și se întinde de la aproximativ 39,4 UA până la 47,7 UA. Obiectele din centura clasică Kuiper se clasifică ca cubewano, după ce a fost descoperit primul obiect de acest fel, , și până acum au o orbită asemănătoare cu orbita lor inițială care avea o excentricitate mică.

Pluto și Charon

Planeta pitică Pluto (distanța medie de la Soare: aprox. 39 UA) este cel mai mare obiect cunoscut din centura Kuiper. Când a fost descoperit în 1930, era considerat a noua planetă; această clasificare s-a schimbat în 2006, când s-a adoptat o definție formală mai riguroasă a unei planete. Pluto are o orbită relativ excentrică, înclinată la 17 grade față de planul eclipticei, iar distanța sa față de Soare variază între 29,7 UA la periheliu (situat în interiorul orbitei lui Neptun) și 49,5 UA la afeliu.

Charon, cel mai mare satelit al lui Pluto, este câteodată descris ca alcătuind un sistem binar cu Pluto, deoarece cele două corpuri orbitează în jurul unui baricentru gravitațional comun situat deasupra suprafețelor lor (aceasta înseamnă că ele par a se „orbita reciproc"). În afară de Charon, sunt cunoscuți alți patru sateliți mai mici care orbitează în jurul planetei Pluto, și anume: P5, Nix, P4, și Hydra.

Pluto are un raport de rezonanță orbitală de 3:2 cu Neptun, aceasta însemnând că Pluto efectuează două revoluții complete în jurul Soarelui la fiecare trei revoluții complete ale lui Neptun. Obiectele din centura Kuiper care posedă aceeași rezonanță orbitală sunt cunoscute ca obiecte obiecte plutino.

Makemake și Haumea

Planeta pitică Makemake (distanța medie de la Soare: 45,79 UA), deși este mai mică decât Pluto, este cel mai mare obiect cunoscut din centura Kuiper clasică (adică el nu prezintă un raport confirmat de rezonanță orbitală cu Neptun). Makemake este cel mai luminos obiect din centura Kuiper după Pluto. A fost denumită și desemnată ca planetă pitică în 2008. Orbita sa este mult mai înclinată decât cea a lui Pluto, la 29°.

Haumea (distanța medie de la Soare: 43,13 UA) are o orbită similară cu cea a lui Makemake, cu excepția faptului că prezintă o rezonanță orbitală de 7:12 cu Neptun. Este de aproape aceeași mărime ca și Makemake și are doi sateliți naturali. O rotație rapidă, cu o perioadă de 3,9 ore, îi conferă o formă alungită și aplatizată. A fost denumită și desemnată ca planetă pitică în 2008.

Discul împrăștiat

Discul împrăștiat, ce se suprapune peste centura lui Kuiper dar se extinde mult în afara acesteia, este posibila sursă a cometelor de perioadă scurtă. Se crede că obiectele din discul împrăștiat au fost transformate în obiecte neregulate datorită influenței gravitaționale a migrației timpurii a lui Neptun. Multe astfel de obiecte au periheliul undeva în centura Kuiper dar afeliul mult în afara sa (unele obiecte au afeliul și la 150 UA depărtare de Soare). Orbitele obiectelor din discul împrăștiat sunt de asemenea foarte înclinate față de planul eclipticei, și adesea sunt chiar perpendiculare pe acesta. Unii astronomi consideră discul împrăștiat a fi pur și simplu o altă regiune a centurii Kuiper, iar obiectele discului împrăștiat sunt considerate „obiecte împrăștiate din centura Kuiper". Unii astronomi de asemenea clasifică centaurii ca obiecte împrăștiate de interior ale centurii Kuiper împreună cu obiectele împrăștiate din discul împrăștiat.

Eris (68 UA distanță medie față de Soare) este cel mai mare obiect cunoscut din discul împrăștiat și a provocat incertitudini în ceea ce privește definirea unei planete, deoarece este cu 25% mai masiv decât Pluto și are aproximativ același diametru. Este cea mai masivă dintre planetele pitice cunoscute. Are un singur satelit, Dysnomia. Ca și în cazul lui Pluto, orbita sa este foarte excentrică, cu periheliul situat la 38,2 UA (aproximativ distanța de la Pluto la Soare) și afeliul la 97,6 UA, fiind de asemenea puternic înclinată față de planul eclipticei.

Regiuni mai îndepărtate

Punctul în care se încheie sistemul solar și începe spațiul interstelar nu este definit cu precizie, deoarece granițele sale exterioare sunt modelate de două forțe distincte: vântul solar și gravitația Soarelui. Limita exterioară a influenței vântului solar este de aproximativ de patru ori distanța de la Pluto la Soare; această heliopauză este considerată începutul mediului interstelar. Cu toate acestea, sfera lui Hill a Soarelui, raza efectivă de dominație gravitațională a sa, se crede că se extinde până la o mie de ori mai departe.

Heliopauză

Heliosfera este împărțită în două regiuni distincte. Vântul solar călătorește cu o viteză de până la aproximativ 400 km/s până când se ciocnește cu vântul interstelar; un flux de plasmă în mediul interstelar. Coliziunea are loc la încetarea șocului, care este aproximativ de 80-100 UA de la Soare din direcția opusă vântului mediului interstelar și aproximativ 200 UA de la Soare din direcția vântului. Aici vântul încetinește dramatic, se condensează și devine mai turbulent, formând o structură ovală mare cunoscută sub numele de helioînveliș. Această structură se crede că arată și se comportă foarte mult ca coada unei comete și se extinde în exterior până la 40 UA în partea direcției opuse vântului, dar coada este de mai multe ori că distanța decât distanța direcției vântului; dar probele de pe Cassini și nava spațială Interstellar Boundary Explorer sugerează că aceasta este, de fapt, forțată într-o formă de bule sub acțiunea de constrângere a câmpului magnetic interstelar. și au raportat că au trecut încetarea șocului și au intrat în helioînveliș, la 94 UA și respectiv 84 UA de la Soare. Limita exterioară a heliosferei, heliopauza, este punctul în care vântul solar în cele din urmă se termină și se începe spațiului interstelar.

Forma și marginea exterioară a heliosferei sunt probabil afectate de dinamica fluidelor a interacțiunilor cu mediul interstelar precum și de câmpuri magnetice solare existente la sud, de exemplu este direct modelat de emisfera nordică care se extinde cu 9 UA mai departe decât emisfera sudică. Dincolo de heliopauza, în jurul valorii de 230 UA, se află arcul de șoc, o „urmă" de plasmă lăsată de Soare când acesta călătorește prin Calea Lactee.

Nici o navă spațială încă nu a depășit heliopauza, așa că este imposibil să cunoaște condițiile din spațiul interstelar local. Se așteaptă ca nava spațială Voyager NASA va trece în următorul deceniu heliopauza și va transmite date valoroase privind nivelurile de radiații și vântul solar ce se întoarce spre Pământ. Cât de bine Heliosfera apără sistemul solar de razele cosmice este încă rău cunoscut. O echipă finanțată de NASA a dezvoltat un concept de „Misiune Viziune", care are scopul de a trimite o sondă spre heliosferă.

90377 Sedna (525,86 UA mediu) eu un obiect mare, roșiatic, cu o orbită eliptică care este de aproximativ 76 UA la periheliu și 928 UA la afeliu și care durează 12.050 de ani. Mike Brown, omul care a descoperit acest obiect în 2003, afirmă că aceast obiect nu poate face parte din discul împrăștiat sau centura Kuiper astfel cum periheliu este prea îndepărtat ca să poată fi afectat de migrațiea lui Neptun. El și alți astronomi consideră că acest obiect este de un tip cu totul nou, în care mai poate fi inclus obiectul , care are un periheliu de 45 UA și un afeliu de 415 UA, și o perioadă orbitală de 3.420 de ani. Brown denumește această populație ca „norul lui Oort interior", așa cum este posibil să se fi format printr-un proces similar, deși este mult mai aproape de Soare. Sedna este foarte asemănătoare cu o planetă pitică, deși forma sa încă nu este determinată.

Norul lui Oort

Norul lui Oort este un nor ipotetic de formă sferică cu până la un trilion de obiecte de gheață, care este considerat a fi sursa pentru toate comete de lungă durată și înconjoară sistemul solar la o distastanță de aproximativ 50.000 UA (în jur de 1 an-lumină (al)), și posibil până la 100.000 UA (1,87 al). Acesta este considerat a fi compus din comete care au fost aruncate din sistemul solar interior de interacțiunile gravitaționale cu planetele exterioare. Obiectele din norul lui Oort se mișcă foarte încet, și pot fi perturbate de evenimente rare, cum ar fi coliziunile, efectele gravitaționale ale unei stele în trecere sau mareea galactică, o forță mareică exercitată de către Calea Lactee.

O mare parte din sistemul solar este încă necunoscut. Câmpul gravitațional al Soarelui este estimat să domine forțele gravitaționale ale stelelor din apropierea de 2 ani-lumină (125.000 UA). Estimările mai mici pentru raza norului lui Oort, ca contrast, nu-l pun mai departe de 50.000 UA. În ciuda descoperirilor cum ar fi Sedna, regiunea dintre centura Kuiper și norul lui Oort, o zonă cu raza de zeci de mii de UA, este încă practic necunoscută. Există, de asemenea, studii în curs de desfășurare ale regiunii dintre Mercur și Soare. Mai pot fi descoperite obiecte în regiunile neexplorate ale sistemului solar.

În noiembrie 2012, NASA a anunțat că Voyager 1 a abordat zona de tranzit cu limita exterioară a sistemului solar, instrumentele sale detectând o intensificare bruscă a câmpului magnetic. Nici o schimbare în direcția câmpului magnetic n-a avut loc, ceea ce oamenii de știință din NASA interpretează în a indica că Voyager 1 nu a părăsit sistemul solar.

Contextul galactic

Sistemul solar este localizat în galaxia Calea Lactee, o galaxie spiralată cu un diametru de aproximativ 100 000 de ani-lumină, ce conține în total circa 200 de miliarde de stele. Ca localizare generală, Soarele se află în cadrul uneia dintre brațele (sau spiralele) exterioare ale Căii Lactee, cunoscut ca Brațul Orion, sau „Pintenul Local". Soarele se află la aproximativ 25 000 și 28 000 de ani lumină distanță de Centrul Galactic, iar viteza sa în raport cu galaxia este de aproximativ 220 de kilometri pe secundă, astfel completează o revoluție galactică odată la 225-250 de milioane de ani. Această revoluție este cunoscută în limbajul științific ca an galactic al sistemului solar. Apexul solar, punctul spre care Soarele se deplasează în mișcarea lui prin Calea Lactee, se află în apropierea stelei strălucitoare Vega, dar la zona mărginașă dintre constelațiile Lira și Hercule. Planul eclipticei se află la un unghi de aproximativ 60° față de planul galactic.

Localizarea sistemului solar în galaxie este factorul care a determinat evoluția vieții pe Pământ. Orbita sa este aproape circulară, și vitezele orbitale din apropierea Soarelui sunt aproape la fel de rapide ca și cele ale brațelor spirale. Prin urmare, Soarele tranzitează brațele galaxiei foarte rar. Deoarece în zona orbitală a Soarelui (adică în zona brațelor spirale) există mai puține supernove, instabilități gravitaționale și radiații care ar putea distruge sistemul solar, astfel Pământul a avut lungi perioade de stabilitate în care viața a putut să prospere. De asemenea, sistemul solar se află poziționat cu mult în afara zonelor foarte aglomerate cu stele ale centrului galactic. În apropierea centrului, forțele gravitaționale venite de la alte stele ar putea smulge obiectele afla în Norul lui Oort și să trimită multe comete înspre sistemul solar interior, producând coliziune cu probabile implicații catastrofale pentru viața de pe Pământ. Radiațiile intense ale centrului galactic ar putea, de asemenea, să perturbe evoluția formelor de viață complexe. Chiar și pentru localizarea curentă a sistemului solar, unii savanți au presupus ca acum 35 000 de ani, unele supernove să fi afectat negativ viața de pe Pământ, prin aruncarea unor fragmente de nucleu stelar spre Soare sub forma unor fire de praf radioactive și chiar obiecte mai mari, asemănătoare cometelor.

Vecinătate

În imediata vecinătate galactică a sistemului solar se află Norul Local Interstelar, un nor astronomic dens dintr-o altă regiune împrăștiată cunoscută ca Bula Locală, o cavitate în formă de clepsidră din mediul interstelar de cel puțin 300 de ani lumină în lungime. Bula este saturată cu plasmă de temperatură înaltă ceea ce sugerează că a fost produsă recent de unele supernove.

Sunt relativ câteva stele aflate la mai puțin de zece ani lumină (95 de trilioane de km) de Soare. Cel mai apropiat este sistemul triplu stele Alfa Centauri, din constelația Centaurul, aflat la 4,4 ani lumină distanță și compus dintr-o pereche de stele (Alfa Centauri A și B) asemănătoare Soarelui, în jurul cărora gravitează la o distanță de 0,2 ani-lumină pitica roșie Alfa Centauri C, de o luminozitate relativ mică. Aceasta din urmă este steaua cea mai apropiată de Soare, la o distanță de 4,24 ani-lumină, motiv pentru care mai este numită „ Proxima Centauri". Următoarele cele mai apropiate stele față de Soare sunt piticele roșii Steaua lui Barnard (la 5,9 ani lumină), Wolf 359 (7,8 ani lumină) și Lalande 21185 (8,3 ani lumină). Cea mai mare stea din lista celor mai apropiate este de departe Sirius, o stea luminoasă din secvența principală de stele a cărei masă este asemănătoare cu cea a Soarelui și orbitată de către o pitică albă denumită Sirius B. Se află la aproximativ 8,6 ani lumină distanță. Celelalte sisteme stelare mai apropiate de zece ani lumină sunt sistemul binar Luyten 726-8 dintre două stele pitice albe și roșii (la 8,7 ani lumină) și pitica roșie solitară Ross 154 (9,7 ani lumină). Cea mai apropiată stea solitară asemănătoare Soarelui este Tau Ceti, localizată la 11,9 ani lumină depărtare. Ea are aproximativ 80% din masa Soarelui, dar doar 60% din luminozitatea sa. Cea mai apropiată planetă extrasolară de sistemul solar se află în preajma stelei Alpha Centauri B. Una dintre planetele confirmate ale acesteia, Alpha Centauri Bb, are cel puțin 1,1 din masa Pământului și orbitează steaua la fiecare 3,236 zile.

Sistemul Solar în imagini

Câteva exemple vizuale ale celor mai apropiate obiecte din Sistemul Solar, selectate după mărime și detalii și sortate după volum. Soarele este de aproximativ 10 000 de ori mai mare și de 41 de trilioane de ori mai voluminos decât cele mai mic obiect prezentat (Prometeu). Listele mai includ: lista obiectelor din Sistemul Solar după mărime, listă de sateliți naturali, lista planetelor minore și listă de comete.

1. Scrierea numelui cu inițiale majuscule nu este unanim acceptată. ^ UAI, organul care deține autoritatea în domeniul nomenclaturii astronomice, specifică că trebuie scrise cu majuscule numele tuturor obiectelor individuale astronomice (Sistemul solar). Cu toate acestea, numele este frecvent scris cu litere mici (sistemul solar) - de exemplu în Dicționarul Oxford al limbii engleze și Merriam-Webster's 11th Dicționarul enciclopedic

2. Vezi ^ Lista de sateliți naturali, pentru o listă completă a sateliților naturali ai celor opt planete și ai primelor cinci planete pitice.

3. Măsurătorile astronomice ale distanței în cadrul sistemului solar se fac în ^ unități astronomice (UA). O UA este egală cu distanța medie dintre Pământ și Soare, sau 149,598,000 km. În medie, Pluto se află la 39 de UA de Soare iar Jupiter la aproximativ 5,2 UA. Un an lumină este echivalent cu 63,241 UA.

4. Dacă ψ reprezintă unghiul dintre ^ polul nord al eclipticei și polul nord galactic, atunci:

,

unde 27° 07′ 42.01″ și 12h 51m 26.282 reprezintă declinația și ascensia dreaptă a polului nord galactic,[136] în timp ce 66° 33′ 38.6″ și 18h 0m 00 sunt cele pentru polul nord al eclipticei. (Ambele perechi de coordonate sunt pentru epoca J2000.) Rezultatul calculului este de 60.19°.

1. ^ Mike Brown (). „"Free the dwarf planets!"". "Mike Brown's Planets (self-published)" (în engleză).

2. ^

3. ^ Minor Planet Center, Uniunea Astronomică Internațională. Accesat pe 4 martie 2013.

4. ^ doi:10.1016/S0273-1177(03)00578-7 10.1016/S0273-1177(03)00578-7

5. ^

6. ^ „Plutoid chosen as name for Solar System objects like Pluto". International Astronomical Union. 11 iunie 2008, Paris.

7. ^ Achenbach, Joel; Feltman, Rachel (). „New evidence suggests a ninth planet lurking at the edge of the solar system". The Washington Post. ISSN 0190-8286.

8. ^ Batygin, Konstantin; Brown, Michael E. (). „Evidence for a distant giant planet in the Solar system". The Astronomical Journal. 151 (2). doi:10.3847/0004-6256/151/2/22.

9. ro ^ „Planeta Nouă" a Sistemului Solar ar fi un Super-Pământ

10. "Today we know of more than a dozen dwarf planets in the solar system".^ The PI's Perspective

11. ^ Weinert, Friedel (). Copernicus, Darwin, & Freud: revolutions in the history and philosophy of science. Wiley-Blackwell. p. 21. ISBN 978-1-4051-8183-9.

12. ^ Davoust, Emmanuel. "A hundred years of science at the Pic du Midi Observatory". arXiv:astro-ph/9707201

13. ^ Audrey Delsanti and David Jewitt (). „The Solar System Beyond The Planets" (PDF). Institute for Astronomy, University of Hawaii. Arhivat din original (PDF) la .

14. ^ Krasinsky, G. A. (). „Hidden Mass in the Asteroid Belt". Icarus. 158 (1): 98-105. Bibcode:2002Icar..158...98K. doi:10.1006/icar.2002.6837.

15. ^ Levison, H. F. (). „Formarea Centurii Kuiper prin transportul exterior al corpurilor în timpul migrației planetei Neptun". Nature. 426 (6965): 419-421. doi:10.1038/nature02120. PMID 14647375.

16. ^ Amir Alexander (). „New Horizons Set to Launch on 9-Year Voyage to Pluto and the Kuiper Belt". The Planetary Society. Arhivat din original la .

17. ^ Marochnik, L. and Mukhin, L. (). „"Is Solar System Evolution Cometary Dominated?". În Shostak, G. S. Progress in the Search for Extraterrestrial Life. Astronomical Society of the Pacific Conference Series. 74. p. 83.

18. ^ „Dawn: A Journey to the Beginning of the Solar System". Space Physics Center: UCLA. . Arhivat din original la .

19. , citând ^ Eddy, J. (). A New Sun: The Solar Results From Skylab. NASA. p. 37. NASA SP-402.

20. ^ Paul Robert Weissman, Torrence V. Johnson (). Encyclopedia of the solar system. Academic Press. p. 615. ISBN 0-12-088589-1.

21. ^

22. ^

23. ^ Michael Zellik (). Astronomy: The Evolving Universe (ed. 9th). Cambridge University Press. p. 240. ISBN 0-521-80090-0. OCLC 223304585 46685453 .

24. ^ Placxo, Kevin W. (). Astrobiology: a brief introduction. JHU Press. p. 66. ISBN 978-0-8018-8367-5.

25. Data se bazează pe cele mai vechi incluziuni identificate în ^ meteoriți și se consideră a fi data de formare a primului material solid în perioada colapsului nebuloasei.
A. Bouvier and M. Wadhwa. "The age of the solar system redefined by the oldest Pb-Pb age of a meteoritic inclusion." Nature Geoscience, în presă, 2010. doi:10.1038/NGEO941

26. ^ Greaves, Jane S. (). „Disks Around Stars and the Growth of Planetary Systems". Science. 307 (5706): 68-71. Bibcode:2005Sci...307...68G. doi:10.1126/science.1101979. PMID 15637266.

27. ^ Sukyoung Yi; Pierre Demarque; Yong-Cheol Kim; Young-Wook Lee; Chang H. Ree; Thibault Lejeune; Sydney Barnes (). „Toward Better Age Estimates for Stellar Populations: The Isochrones for Solar Mixture". Astrophysical Journal Supplement. 136: 417. arXiv:astro-ph/0104292  . Bibcode:2001ApJS..136..417Y. doi:10.1086/321795.

28. ^ Pogge, Richard W. (). „The Once & Future Sun". New Vistas in Astronomy. Arhivat din original (lecture notes) la .

29. ^ „Sun: Facts & Figures". NASA. Arhivat din original la .

30. ^ Zirker, Jack B. (). Journey from the Center of the Sun. Princeton University Press. pp. 120-127. ISBN 978-0-691-05781-1.

31. ^

32. ^ Smart, R. L.; Carollo, D.; Lattanzi, M. G.; McLean, B.; Spagna, A. (). „The Second Guide Star Catalogue and Cool Stars". În Hugh R. A. Jones and Iain A. Steele. Ultracool Dwarfs: New Spectral Types L and T. Springer. p. 119. Bibcode:2001udns.conf..119S.

33. ^ A Star with two North Poles, 22 aprilie 2003, Science @ NASA

34. Schenk P., Melosh H. J. (1994), ^ Lobate Thrust Scarps and the Thickness of Mercury's Lithosphere, Abstracts of the 25th Lunar and Planetary Science Conference, 1994LPI....25.1203S

35. Benz, W., Slattery, W. L., Cameron, A. G. W. (1988), ^ Collisional stripping of Mercury's mantle, Icarus, v. 74, p. 516-528.

36. Cameron, A. G. W. (1985), ^ The partial volatilization of Mercury, Icarus, v. 64, p. 285-294.

37. ^ Mark Alan Bullock (). „The Stability of Climate on Venus" (PDF). Southwest Research Institute.

38. ^ Paul Rincon (). „Climate Change as a Regulator of Tectonics on Venus" (PDF). Johnson Space Center Houston, TX, Institute of Meteoritics, University of New Mexico, Albuquerque, NM.

39. ^ David C. Gatling, Conway Leovy (). „Mars Atmosphere: History and Surface Interactions". În Lucy-Ann McFadden et. al. Encyclopaedia of the Solar System. pp. 301-314.

40. ^ Scott S. Sheppard, David Jewitt, and Jan Kleyna (). „A Survey for Outer Satellites of Mars: Limits to Completeness" (PDF). Astronomical Journal.

41. ^ „Are Kuiper Belt Objects asteroids? Are large Kuiper Belt Objects planets?". Cornell University.

42. ^

43. ^ „History and Discovery of Asteroids" (DOC). NASA.

44. ^ Barucci, M. A. (). „Physical Properties of Trojan and Centaur Asteroids". Asteroids III. Tucson, Arizona: University of Arizona Press. pp. 273-87.

45. ^ A. Morbidelli, W. F. Bottke Jr., Ch. Froeschlé, P. Michel; Bottke; Froeschlé; Michel (). W. F. Bottke Jr., A. Cellino, P. Paolicchi, and R. P. Binzel, ed. „Origin and Evolution of Near-Earth Objects" (PDF). Asteroids III. University of Arizona Press: 409-422. Bibcode:2002aste.conf..409M.

46. ^ Jack J. Lissauer, David J. Stevenson (). „Formation of Giant Planets" (PDF). NASA Ames Research Center; California Institute of Technology.

47. ^ John Stansberry, Will Grundy, Mike Brown, Dale Cruikshank, John Spencer, David Trilling, Jean-Luc Margot (). „Physical Properties of Kuiper Belt and Centaur Objects: Constraints from Spitzer Space Telescope". The Solar System Beyond Neptune. p. 161. arXiv:astro-ph/0702538  . Bibcode:2008ssbn.book..161S.

48. ^ Królikowska, M. (). „A study of the original orbits of hyperbolic comets". Astronomy & Astrophysics. 376 (1): 316-324. Bibcode:2001A&A...376..316K. doi:10.1051/0004-6361:20010945.

49. Ovidiu C. Furdui, ^ Evoluția orbitală a corpurilor transneptuniene. Teză de doctorat, Universitatea Babeș-Bolyai din Cluj-Napoca, 2011. Rezumat disponibil on-line, accesat la 24 septembrie 2013.

50. ^ Stephen C. Tegler (). „Kuiper Belt Objects: Physical Studies". În Lucy-Ann McFadden et. al. Encyclopedia of the Solar System. pp. 605-620.

51. ^ E. Dotto1, M. A. Barucci2, and M. Fulchignoni (). „Beyond Neptune, the new frontier of the Solar System" (PDF).

52. ^ Fajans, J. (). „Autoresonant (nonstationary) excitation of pendulums, Plutinos, plasmas, and other nonlinear oscillators" (PDF). American Journal of Physics. 69 (10): 1096-1102. doi:10.1119/1.1389278.

53. ^ Marc W. Buie (). „Orbit Fit and Astrometric record for 136472". SwRI (Space Science Department).

54. ^ Michael E. Brown. „The largest Kuiper belt objects" (PDF). CalTech.

55. ^ Littmann, Mark (). Planets Beyond: Discovering the Outer Solar System. Courier Dover Publications. pp. 162-163. ISBN 978-0-486-43602-9.

56. ^ Stone, E. C.; Cummings, A. C.; McDonald, F. B.; Heikkila, B. C.; Lal, N.; Webber, W. R. (). „Voyager 1 explores the termination shock region and the heliosheath beyond". Science. 309 (5743): 2017-20. Bibcode:2005Sci...309.2017S. doi:10.1126/science.1117684. PMID 16179468.

57. ^ P. C. Frisch (University of Chicago) (). „The Sun's Heliosphere & Heliopause". Astronomy Picture of the Day.

58. ^

59. ^ David Jewitt (). „Sedna - 2003 VB₁₂". University of Hawaii.

60. ^ T. Encrenaz, JP. Bibring, M. Blanc, MA. Barucci, F. Roques, PH. Zarka (). The Solar System: Third edition. Springer. p. 1.

61. ^

Bibliografie

Martin Rees, Universul, ghid vizual complet, coordonator [...], Traducere din limba engleză de Ana-Maria Negrilă-Chisega, Liana Stan, Enciclopedia RAO 2008, București, 512 de pagini. ISBN 978-973-717-319-5

Legături externe

# data[].attributes.attachment_link.description
Sistemul solar Planetele și planetele pitice din sistemul solar. Dimensiunile sunt la scară. Distanțele de la Soare nu sunt la scară.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Hidrogen

Luminescență purpurie în stare plasmatică

Liniile spectrale ale hidrogenului

Informații generale

Nume, Simbol, Număr

Hidrogen, H, 1

Grupă, Perioadă, Bloc

1, 1, s

Proprietăți atomice

Configurație electronică

1s ¹

Electroni pe nivelul de energie

1

Proprietăți fizice

Punct de topire

-259,1 °C ; 14,025 K

Punct de fierbere

-252,9 °C ; 20,268 K

Volum molar

22,42×10⁻³ m³/kmol

Viteza sunetului

1270 m/s la 20 °C

Informații diverse

Electronegativitate (Pauling)

2,2

Cei mai stabili izotopi

Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

Hidrogenul este elementul chimic în tabelul periodic al elementelor cu simbolul H și numărul atomic 1. Este un gaz ușor inflamabil, incolor, insipid, inodor, iar în natură se întâlnește mai ales sub formă de moleculă diatomică, H ₂. Având masa atomică egală cu 1,00794 u.a.m., hidrogenul este cel mai ușor element chimic. Etimologic, cuvântul hidrogen este o combinație a două cuvinte grecești, având semnificația de „a produce apă".

Hidrogenul elementar este principala componentă a Universului, având o pondere de 75% din masa acestuia. În starea de plasmă, se găsește ca element majoritar în alcătuirea stelelor. Hidrogenul elementar este foarte puțin răspândit pe Pământ.

Pentru necesități industriale există diferite procedee de producere, puse la punct din punct de vedere tehnologic sau aflate în fază de laborator. Hidrogenul poate fi obținut prin electroliza apei, procesul necesitând costuri mai mari decât cel de producere prin procesarea gazelor naturale.

Cel mai răspândit izotop al hidrogenului este protiul, care este alcătuit dintr-un singur proton în nucleu și un electron în învelișul electronic. În compușii ionici poate avea sarcină negativă ( anion cunoscut sub numele de hidrură, H⁻) sau sarcină pozitivă H⁺ ( hidron). Hidrogenul formează compuși chimici cu majoritatea elementelor din sistemul periodic și este prezent în apă și în mulți dintre compușii organici. Are un rol important în reacțiile acido-bazice, acestea bazându-se pe schimbul de protoni între molecule. Fiind singurul atom pentru care soluția analitică a ecuației lui Schrödinger este pe deplin cunoscută, prezintă un rol major în fundamentarea teoriei mecanicii cuantice.

Hidrogenul este un gaz puternic reactiv și își găsește aplicații datorită capacității sale chimice de reducător. Hidrogenul se folosește în industria petrochimică la producerea benzinelor, în industria chimico-alimentară pentru hidrogenarea grăsimilor (de exemplu producerea margarinei), în prelucrările mecanice ale metalelor și în tratamentul termic al acestora.

Hidrogenul a fost testat pentru folosirea alternativă în vehiculele echipate cu motoare cu ardere internă. Avantajul său principal constă în faptul că este ecologic, din arderea sa rezultând vapori de apă. Dezavantajele constau în pericolul mare de explozie, dificultatea stocării în vehicule și lipsa unei infrastructuri de stații de alimentare cu hidrogen. Poate fi folosit pentru producerea directă a electricității, prin intermediul pilelor de combustie.

In anul 2019 a fost descoperit primul compus format în univers la cca 300.000 ani după Big Bang, ionul hidrură de heliu (HeH+) (în engleză „helium hydride ion"). Este o combinație între un atom de heliu și un proton (atom de hidrogen fără electroni). Descoperirea s-a făcut ajutorul observatorului astronomic SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, plasat în stratosferă, o cooperare germano-americană) în nebuloasa planetară NGC 7027.

Descoperire

Hidrogenul a fost descoperit de către chimistul și fizicianul englez Henry Cavendish în 1766, în urma unui experiment în care studia reacțiile dintre mercur și un acid. La amestecarea celor două substanțe, observa apariția unor mici bule de gaz în amestec. Acest aspect l-a determinat să efectueze o cercetare suplimentară, numind substanța necunoscută „aer inflamabil". În 1781 a descoperit că acest element produce apă atunci când arde. O analiză mai detaliată a fost făcută de către Antoine Lavoisier, care descoperă gazul independent de Cavendish în urma unui experiment ce urmărea determinarea masei pierdute sau create în urma unei reacții chimice. Cercetătorul a încălzit apa într-un recipient închis, vaporii formați condensându-i într-un alt recipient. Cantitatea pierdută a fost atribuită degajării unui gaz (H ₂). Chimistul francez a observat că „aerul inflamabil" al lui Cavendish în combinație cu oxigenul formează picături de apă, conform lui Joseph Priestley. Lavoisier a numit gazul „hidrogen", nomeclatura fiind de origine greacă ( ὕδωρ, hydro înseamnă apă, iar γίγνομαι, gignomai înseamnă a naște, a crea).

Rolul în teoria cuantică

Datorită structurii atomice relativ simple, constituit dintr-un proton și un electron, atomul de hidrogen împreună cu spectrul luminii emise de el, au reprezentat un domeniu central al dezvoltării teoriei structurii atomice. În plus, simplitatea moleculei de H ₂ și a cationului H⁺ au condus la înțelegerea completă a naturii legăturii chimice ce a urmat imediat după dezvoltarea studiului atomului de hidrogen în mecanica cuantică (mijlocul anilor 1920).

Maxwell a observat că la H 2, sub temperatura mediului ambiant, valoarea căldurii molare se abate inexplicabil de la aceea a unui gaz diatomic, iar la temperaturi criogenice se apropie din ce în ce mai mult de cea a unui gaz monoatomic. Conform teoriei cuantice, această comportare rezultă din distribuția spațială ale nivelelor de energie de rotație, care la H ₂ sunt foarte îndepărtate, datorită masei sale mici. Aceste nivele îndepărtate împiedică la temperaturi mici partiția egală (între cei doi atomi ai moleculei) a energiei termice în energie de rotație. Compușii diatomici gazoși formați din atomi mai grei nu au diferențe mari între nivelele energetice de rotație și nu prezintă același efect.

Hidrogenul este elementul cu cea mai mică densitate. În formă moleculară (H ₂) este de aproximativ 14,4 ori mai ușor decât aerul. La presiune normală punctul său de topire este de 14,02 K, iar cel de fierbere este de 20,27 K. Punctul său triplu este la 13,81 K, și 7,042 kPa, iar cel critic la 33,2 K și 1,29 MPa. Solubilitatea în apă este de 1,6 mg/l. Unele proprietăți termodinamice (legate de fenomenele de transport) sunt datorate masei moleculare mici și vitezei termice a unei molecule de 1770 m/s la 25 °C. La temperatura camerei, hidrogenul difuzează cel mai rapid, are cea mai înaltă conductivitate termică și cea mai mare efuziune dintre toate gazele. O vâscozitate mai mică au doar trei gaze poliatomice, unul dintre ele fiind n-butan.

Mobilitatea hidrogenului într-o masă solidă este, de asemenea, foarte mare. Astfel, acesta difuzează prin diverse materiale, cum ar fi polietilena și cuarțul. Un important fenomen este acela de difuzie în fier, platină și în alte metale tranziționale. Aceste proprietăți conduc la utilizări tehnice numeroase, dar de asemenea, și la dificultăți legate de transportul, depozitarea și de prelucrare a amestecurilor de hidrogen.

Hidrogenul gazos (în stare de moleculă diatomică) este extrem de inflamabil și la presiune atmosferică se aprinde în aer la concentrații volumetrice cuprinse între 4% și 75%, iar în contact cu oxigenul pur între 4,65% și 93,9%. Limitele între care apare detonația sunt între 18,2% și 58,9% în aer, respectiv între 15% și 90% în oxigen. Variația entalpiei în urma combustiei ( puterea calorifică, căldura de ardere) este de −286 kJ/mol:

[23]

Amestecul dintre oxigen și hidrogen în diferite proporții este exploziv. Hidrogenul se autoaprinde și explodează în contact cu aerul în intervalul de concentrații cuprins între 4% și 75%, temperatura de autoaprindere fiind de 560 °C. Flacăra unui amestec pur hidrogen-oxigen emite radiații ultraviolete invizibile cu ochiul liber.

H ₂ reacționează cu toate elementele oxidante. Acesta poate reacționa spontan și violent la temperatura camerei cu clorul și fluorul, formând HCl și HF.

Hidrogenul este cel mai răspândit element în univers, reprezentând mai mult de 75% în masă și mai mult de 90% după numărul de atomi. Se găsește în cantități mari în compoziția stelelor și a planetelor gigantice gazoase. Norii moleculari de H ₂ sunt asociați cu formarea stelelor. Hidrogenul joacă un rol-cheie și în exploziile stelare datorate reacțiilor de fuziune nucleară dintre protoni.

În Univers, hidrogenul este întâlnit mai ales sub forma de atom și în stare de plasmă. Proprietățile acestora sunt diferite față de cele ale moleculei de hidrogen. Electronul și protonul de hidrogen nu formează legături în starea de plasmă, din cauza conductivității electrice diferite și a unei emisii radiative mari (originea luminii emise de Soare și alte stele). Particulele încărcate cu sarcini electrice sunt puternic influențate de câmpurile magnetice și electrice. De exemplu, în vânturile solare particulele interacționează cu magnetosfera terestră, generând curenți Birkeland și produc fenomenul cunoscut sub denumirea de auroră boreală. Hidrogenul se găsește în stare atomică neutră în mediul interstelar, iar cea mai mare cantitate este întâlnită la sistemele Lyman-alpha.

În condiții normale, hidrogenul există pe Pământ sub formă de moleculă diatomică, H ₂, însă nu este foarte răspândit în atmosfera terestră (în concentrație medie de 1 ppm de volum) din cauza masei mici, astfel forța gravitațională a planetei are un efect foarte slab asupra sa. Totuși, hidrogenul (prin compușii săi) este cel mai răspândit element de la suprafața Terrei. Cei mai întâlniți compuși chimici ai săi sunt hidrocarburile și apa. Hidrogenul gazos este produs de anumite specii de bacterii și alge, acesta fiind componentul principal al flatulenței. Metanul este o importantă sursă de hidrogen.

Atomul de hidrogen

Nivelul energetic fundamental al electronului în atomul de hidrogen are energia egală cu -13,6 eV. Nivelele superioare se numesc nivele excitate, energia acestora crescând până la 0 eV (valoarea nivelului energetic aflat la infinit), ele se calculează folosind modelul lui Bohr. Acesta consideră că nucleul este fix, iar electronul are o traiectorie circulară în jurul acestuia asemănătoare cu planetele ce gravitează în jurul Soarelui (de unde provine denumirea alternativă de model planetar). Forța electromagnetică atrage electronul și protonul unul spre celălalt, în timp ce corpurile cerești se atrag datorită gravitației. Potrivit condiției de cuantificare a momentului cinetic postulat de Bohr, valoarea momentului cinetic al electronului este multiplu întreg al constantei reduse al lui Planck, de unde rezultă că în cadrul atomului, electronului îi sunt permise anumite orbite cu raze bine stabilite. Această relație de cuantificare explică spectrul discret al nivelelor energetice.

O descriere mai exactă a atomului de hidrogen este dată în fizica cuantică unde se calculează densitatea de probabilitate prin norma funcției de undă a electronului în jurul protonului pe baza ecuației lui Schrödinger sau a formulării lui Feynman cu integrală de drum.

Hidrogenul are trei izotopi naturali, ¹H, ²H și ³H. Alții, ce au nucleele foarte instabile ( ⁴H până la ⁷ H), au fost sintetizați în laborator dar nu au fost observați în natură.

este cel mai răspândit izotop al hidrogenului, având o pondere de peste 99,98% în compoziția izotopică naturală al acestui element. Datorită faptului că acesta are în nucleul un singur proton, a fost numit protiu, această denumire fiind însă rar utilizată.

, celălalt izotop stabil al hidrogenului, este cunoscut și sub numele de . Conține în nucleu un proton și un neutron, acest izotop provenind de la Big Bang, continuând să existe până acum datorită stabilității sale. Nu este radioactiv și nu reprezintă o sursă periculoasă de poluare. Apa ce este bogată în dioxid de deuteriu se mai numește și apă grea. Deuteriul și compușii săi sunt utilizați ca etalon în experimente neradioactive și ca solvent în procedeele de spectroscopie RMN. Apa grea este utilizată ca moderator de neutron și ca lichid de răcire pentru reactorii nucleari. Deuteriul este de asemenea folosit drept combustibil pentru fuziune nucleară de larg consum.

se mai numește și (mai rar: trițiu); conține în nucleu un proton și doi neutroni. Este radioactiv, rezultând din izotopul Heliu-3 prin dezintegrarea beta și are un timp de înjumătățire de 12,32 ani. Cantități mici din acest izotop sunt răspândite și în natură, acesta rezultând din interacțiunea razelor cosmice cu gazele atmosferice; tritiul este eliberat și în timpul testelor nucleare. Este folosit și în reacții de fuziune nucleară, și pentru evidențierea și studiul de geochimia izotopilor și în dispozitive autogeneratoare de lumină. Tritiul se mai utilizează și în marcarea radioizotopică, în special în domeniul biologiei, medicinei sau geologiei. Dioxidul de tritiu se mai numește și apă supergrea.

Hidrogenul este singurul element care are nume diferite pentru izotopii săi cei mai răspândiți. Simbolurile D și T (în loc de ²H și ³H) sunt folosite pentru deuteriu și tritiu, dar P este utilizat pentru fosfor, deci nu se poate folosi pentru simbolizarea protiului. IUPAC acceptă atât ambele variante, dar ²H și ³ H sunt preferate.

Emisia spectrală a atomului de hidrogen este caracterizată prin linii spectrale date de formula lui Rydbeg. Studiul liniilor spectrale este important în mecanica cuantică și la studiul prezenței hidrogenului pentru determinarea deplasării spre roșu.

Există doi izomeri de spin ai moleculei de hidrogen care diferă prin spinii relativi ai nucleului. În forma de ortohidrogen, spinii celor doi protoni sunt paraleli și formează un triplet; în forma de parahidrogen, spinii sunt antiparaleli și formează un singlet. La temperatură și presiune standard, hidrogenul gazos conține 25% parahidrogen și 75% ortohidrogen („starea normală" a hidrogenului). Proporțiile în care se găsesc orto și parahidrogenul depind de temperatură, dar forma orto este excitată și are o energie mai mare, deci este instabilă și nu poate fi purificată. La temperaturi foarte joase, starea de echilibru e formată aproape în întregime din parahidrogen. Proprietățile fizice ale parahidrogenului pur diferă puțin de cele ale hidrogenului în stare normală. Diferențele dintre formele orto și para se manifestă și în compușii care conțin hidrogen, cum ar fi apa sau metilenul.

Transformarea între orto și parahidrogen ce are loc fără catalizator se desfășoară mai rapid la temperaturi mari, astfel H ₂ condensat rapid conține o cantitate mare de ortohidrogen care se convertește în parahidrogen foarte încet. Proporția de orto/para în hidrogenul molecular (H ₂) condensat este un factor important în prepararea și stocarea hidrogenului lichid; conversia din orto în parahidrogen este un proces exoterm, prin care se degajă suficientă căldură pentru a evapora hidrogenul lichid, astfel pierzându-se materialului lichefiat. Catalizatorii utilizați la această transformare, cum ar fi oxidul feric, carbonul activat, azbestul platinizat, compuși ai uraniului, metale rare, oxidul de crom, câțiva compuși ai nichelului, sunt utilizați în timpul răcirii hidrogenului.

O formă moleculară numită molecula protonată de hidrogen sau H ₃⁺ este întâlnită în mediul interstelar, fiind produsă prin ionizarea moleculei de hidrogen de către razele cosmice. De asemenea, a fost observată și în straturile superioare ale planetei Jupiter. Această moleculă este relativ stabilă în afara Terrei datorită temperaturii scăzute și a densității ridicate. H ₃⁺ este unul din cei mai răspândiți ioni din Univers, jucând un rol important în chimia mediului interstelar.

În general, hidrogenul este considerat drept un nemetal, însă la temperaturi joase și la presiuni mari unele din proprietățile sale se aseamănă cu cele ale metalelor. Hidrogenul metalic a fost obținut pentru prima oară în 1973 la o presiune de 2,8 Mbar și la 20 K. Aliajul SiH ₄ cu structură metalică a fost obținut în 2008, descoperindu-se că este un foarte bun conductor electric, în conformitate cu predicțiile anterioare ale lui lui N. W. Ashcroft. În acest compus, chiar și la presiuni moderate, hidrogenul are o structură cu o densitate ce corespunde cu cea a hidrogenului metalic.

Compușii covalenți și cei organici

Chiar dacă H ₂ nu este foarte reactiv în condiții obișnuite, el formează compuși cu majoritatea elementelor. Se cunosc milioane de hidrocarburi, dar acestea nu se obțin prin reacția directă dintre elemente (carbon și hidrogen), deși producerea gazului de sinteză în procedeul Fischer-Tropsch poate fi considerată aproape o excepție deoarece procesul folosește carbonul din cărbunele, iar hidrogenul poate fi generat în proces din apă. Hidrogenul poate forma compuși cu elementele mai electronegative decât el, cum ar fi halogenii; în acest tip de compuși, hidrogenul prezintă o sarcină pozitivă parțială. Când se leagă de fluor, oxigen sau azot, hidrogenul participă la formarea unei legături puternice numite legătură de hidrogen, ce este un factor important în stabilitatea multor molecule biologice. Hidrogenul poate forma compuși și cu elementele mai puțin electronegative, cum ar fi metalele sau semimetalele, având o sarcină parțial negativă. Acești compuși sunt cunoscuți sub numele de hidruri. Hidrogenul formează o varietate de compuși cu carbonul. Datorita asocierii în general a acestora cu organismele vii, aceștia sunt numiți compuși organici; cu studierea lor se ocupă chimia organică, iar cu studiul rolului lor în organismele vii - biochimia. În unele definiții „organic" se referă doar la un compus ce conține carbon. Însă majoritatea substanțelor organice prezintă și hidrogen, iar legătura carbon-hidrogen determină multe din particularitățile lor. De aceea, legăturile carbon-hidrogen sunt prezente în unele definiții ale cuvântului „organic". În chimia anorganică hidrurile pot reprezenta catene de legături între doi ioni metalici ai unei combinații complexe. Această funcție se întâlnește la elementele din grupa 13, cu precădere la boruri și compușii complecși ai aluminiului.

Compușii hidrogenului sunt adesea numiți „hidruri", acest termen fiind uneori impropriu utilizat. „Hidrură" definește o substanță în care atomul de H are caracter anionic sau sarcină negativă, deci H −, fiind utilizat pentru compușii hidrogenului cu un element mai electropozitiv. Existența anionului hidrură, sugerată de Gilbert N. Lewis în 1916 pentru elementele din prima grupă și a doua principală, a fost pusă în evidență în 1920 de către Moers prin electroliza topiturii de hidrură de litiu (LiH), când a fost produsă o cantitate stoechiometrică de hidrogen la anod. Pentru hidrurile altor elemente, termenul este ambiguu, luând în considerare electronegativitatea hidrogenului. Excepție face BeH ₂, care este un polimer. În hidrura de litiu și aluminiu, anionul AlH ₄− are centre de hidrură atașate puternic de aluminiu. Chiar dacă hidrogenul poate forma hidruri cu toate elementele din grupele principale, numărul și combinațiile posibile diferă de la o grupă la alta. Hidrura de indiu nu a fost încă identificată, însă există o multitudine de compuși complecși ai săi.

Protoni și acizi

Oxidarea hidrogenului, adică îndepărtarea electronului său, decurge teoretic cu formarea H⁺, ion ce nu conține niciun electron în învelișul electronic și un proton în nucleu. De aceea, H⁺ este adesea numit „proton" și are un rol important în teoria protonică a acizilor. Conform teoriei Bronsted-Lowry, acizii sunt acele substanțe care cedează protoni, iar bazele sunt acceptori de protoni. Protonul H⁺ nu poate exista liber, ci doar în soluții sau în cristale ionice, datorită afinității foarte mari pentru electronii altor elemente. Uneori, termenul de „proton" este utilizat impropriu pentru a se referi la hidrogenul cu sarcină pozitivă sau cationul de hidrogen legat de alte specii moleculare. Pentru a se evita implicarea existența unică a „protonului solvatat" în soluții, se consideră că soluțiile apoase cu caracter acid conțin ionul hidroniu (H ₃O⁺). Totuși, unii cationi solvatați ai hidrogenului sunt mai degrabă organizați în molecule de tipul celei de H ₉O ₄⁺. Alți ioni oxoniu se formează când apa formează soluții cu alți solvenți. Deși nu se întâlnește pe Pământ, ionul H ₃⁺ (cunoscut sub numele de hidrogen molecular protonat sau cationul triatomic de hidrogen) este una dintre cele mai răspândite specii chimice în restul universului.

H ₂ este produs în laboratoarele de chimie și cele de biologie, fiind adesea un produs secundar al unei reacții; în industrie pentru hidrogenarea substanțelor nesaturate; în natură ca metodă de a reduce echivalenții în reacțiile biochimice.

În laborator, H ₂ este de obicei obținut prin reacția metalelor cu acizii în aparatul Kipp.

Aluminiul poate produce H ₂ prin tratarea cu baze:

Electroliza apei este o metodă simplă de a produce hidrogen. Un curent de joasă tensiune trece prin apă, iar oxigenul gazos se formează la anod, în timp ce hidrogenul gazos apare la catod. De obicei la producerea hidrogenului, catodul este confecționat din platină. Dacă se realizează și arderea, oxigenul este preferat pentru combustie, astfel ambii electrozi sunt confecționați din metale inerte. Eficiența maximă (electricitatea utilizată raportată la cantitatea de hidrogen produsă) este de 80% - 94%.

În 2007 s-a descoperit că un aliaj format din aluminiu și galiu în forma granulară în reacție cu apa poate fi folosit pentru a produce hidrogen. Din acest proces mai rezultă de asemenea și alumină, însă galiul scump, ce previne apariția stratului de oxid, poate fi refolosit. Acest lucru are o mare importanță în economia hidrogenului, deoarece acesta poate fi produs la locul de lucru și nu trebuie transportat.

Cea mai importantă (din punct de vedere economic) metodă de obținere a hidrogenului este extragerea acestuia din hidrocarburi. Cea mai mare parte a hidrogenului obținut în mod industrial provine din reformarea vaporilor gazelor naturale. La temperaturi ridicate (700 - 1100 °C; 1300 - 2000 °F), apa în stare de vapori reacționează cu metanul, rezultând monoxid de carbon și H ₂:

Această reacție se realizează ușor la presiune joasă, dar de obicei se realizează la presiuni mari (20 bar), deoarece la aceste presiuni se desfășoară aplicațiile uzuale ale hidrogenul astfel obținut. Amestecul rezultat se numește gaz de sinteză deoarece este utilizat pentru obținerea directă a metanolului și a compușilor săi. Și alte hidrocarburi în afară de metan pot produce gaz de sinteză în diferite proporții. O problemă ce apare în această tehnologie este formarea cocsului sau a carbonului:

Această reacție decurge de obicei cu formarea unui exces de H ₂O. Hidrogenul adițional poate fi recuperat din vapori utilizându-se monoxidul de carbon în reacție cu gazul de apă pe un catalizator de oxid de fier. Procesul este și o metodă de obținere a dioxidului de carbon:

Alte metode importante de obținere a H ₂ sunt oxidarea parțială a hidrocarburilor:

și reacția cărbunelui cu apa:

Uneori, hidrogenul este fabricat și consumat în timpul aceluiași proces, fără a mai fi separat. În procedeul Haber pentru obținerea amoniacului, hidrogenul provine din la gazul natural. Din electroliza saramurii pentru a produce clor se obține și hidrogen ca produs secundar.

Există mai mult de 200 de cicluri termochimice care pot fi folosite pentru descompunerea apei. Sunt studiate unele dintre acestea, cum ar fi ciclul oxidului de fier, ciclul oxid de ceriu (IV)-ceriu (III), ciclul zinc-oxid de zinc, ciclul sulfură-iod, ciclul cupru-clor și ciclul sulfurii hibride, fiind în stadiul de testări pentru a produce hidrogen și oxigen din apă folosind căldura, fără a se utiliza electricitatea. Numeroase laboratoare (inclusiv în Franța, Germania, Grecia, Japonia și Statele Unite ale Americii) dezvoltă metode termochimice de producere a hidrogenului din energie solară și apă.

H ₂ se obține în urma unor metabolisme anaerobe și este produs de anumite microorganisme, de obicei prin cataliza enzimelor ce conțin fier sau nichel. Cu ajutorul acestor enzime, numite hidrogenaze, se obține hidrogen în urma procesului de fotosinteză. Gena introdusă ajută frunza să descompună molecula de apă în elementele componente. Algele folosite sunt plante unicelulare care produc, în mod natural, cantități mici de hidrogen în timp ce își extrag energia necesară din lumina Soarelui. David Tiede, unul dintre inventatorii acestei metode, afirmă că algele produc hidrogen ca să se apere de radicalii liberi rezultați în urma fotosintezei, care altfel le-ar oxida părți vitale ale celulei. Dar, dacă hidrogenaza este stimulată chimic și dacă algele sunt plasate în recipiente de sticlă și expuse luminii solare, ele produc mai mult hidrogen, iar acesta poate fi recoltat, iar apoi îmbuteliat cu ajutorul unei pompe. Profesorul Thomas Rauchfuss, de la Universitatea din Illinois, cel care a propus tipul exact de proteină sintetică necesar procesului, a declarat: „Cultivarea algelor modificate genetic, în care s-a introdus proteina sintetică, s-a dovedit a fi extrem de stabilă. Algele nu degenerează și nu revin la specia anterioară. Procesul are o mulțime de beneficii în comparație cu obținerea altor plante din care se extrag biocombustibili. Algele pot fi crescute în recipiente transparente plasate în deșert sau pe acoperișul caselor. Ele nu au nevoie de teren și nu intră în competiție cu producția de alimente". La unele specii de alge, cum ar fi Chlamydomonas reinhardtii sau cyanobacteria, la întuneric, protonii și electronii sunt reduși pentru a forma H ₂ gazos cu ajutorul hidrogenazei în cloroplast.

Anual se înregistrează un consum mondial de hidrogen de peste 500 miliarde metri cubi normali în diverse scopuri și în diferite domenii. În afara utilizării ca reactant, hidrogenul are multe aplicații în inginerie și fizică. Se utilizează la sudură, iar datorită bunei conductivități termice este folosit ca agent de răcire în generatoare electrice din centralele electrice. are un rol important în cercetările din criogenie, inclusiv în studiile legate de superconductivitate. Molecula de hidrogen, având o densitate de 15 ori mai mică decât cea a aerului, a fost întrebuințată drept gaz portant pentru baloane și dirijabile. De asemenea, este materie primă în diverse tehnologii: de reducere a minereurilor, de fabricare a amoniacului și în procedeele de hidrogenare. Hidrogenul are aplicații și în industria automobilelor, chimică, aerospațială și de telecomunicații.

Izotopii hidrogenului au aplicații specifice. Deuteriul din compoziția apei grele este utilizat în reacțiile de fisiune nucleară ca moderator pentru încetinirea neutronilor. Compușii acestuia se folosesc în cadrul studiilor ce urmăresc efectele reacțiilor izotopice. Tritiul, produs în reactoarele nucleare, se folosește în producerea bombelor cu hidrogen, în marcare izotopică și ca sursa de iradiere pentru vopselele fosforescente.

Hidrogenul poate forma amestecuri explozive cu aerul și reacționează violent cu oxidanții. În cazul inhalării în cantități foarte mari, poate produce asfixierea, pierderea mobilității motrice și a cunoștinței. Scurgerea hidrogenului gazos în atmosferă poate cauza autoaprinderea sa. Flacăra de hidrogen este invizibilă, acest lucru putând produce arsuri accidentale.

Multe proprietăți fizice și chimice ale hidrogenului depind de proporția de orto/parahidrogen. Uneori durează săptămâni pentru a atinge starea de echilibru a acestor alotropi. Valorile critice de temperatură și presiune la care are loc deflagrația hidrogenului depind de forma recipientului.

1. de ^ Hidrogen - Noul purtător de energie Despre rolul hidrogenului în sistemele energetice existente și viitoare în Asociația Germană a Hidrogenului și Pilelor de Combustie (DWBV). Accesat la 6 iunie 2009.

2. ^ „Hydrogen". Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wylie-Interscience. . pp. 797-799. ISBN 0-471-61525-0.

3. ^ Emsley, John (). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 183-191. ISBN 0-19-850341-5.

4. ^ Stwertka, Albert (). A Guide to the Elements. Oxford University Press. pp. 16-21. ISBN 0-19-508083-1.

5. en ^ Crepeau, Bob (). „Niels Bohr: The Atomic Model". Great Scientific Minds. Great Neck Publishing. ISBN 1-4298-0723-7.

6. ^ Information Specific to Liquid Hydrogen, harvard.edu, accesat 12 iunie 2009

7. ^ Carcassi, M. N. (). „Deflagrations of H₂-air and CH₄-air lean mixtures in a vented multi-compartment environment". Energy. 30 (8): 1439-1451. doi:10.1016/j.energy.2004.02.012.

8. ^ Energy is per mole of the combustible material, Hydrogen. 286 kJ/mol

9. en ^ „Jefferson Lab - Hydrogen".

10. en ^ Storrie-Lombardi, Lisa J. (). „Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas". Astrophysical Journal. 543: 552-576. arXiv:astro-ph/0006044  . doi:10.1086/317138+.

11. en ^ Dresselhaus, Mildred; et al. (). „Basic Research Needs for the Hydrogen Economy" (PDF). Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy, Office of Science Laboratory.

12. ^ Miessler, Gary L. (). Inorganic Chemistry (ed. 3rd edition). Prentice Hall. ISBN 0130354716.

13. ^

14. ^ Korsheninnikov; A. A.; et al. (). „Experimental Evidence for the Existence of ⁷H and for a Specific Structure of ⁸He". Physical Review Letters. 90 (8): 082501. doi:10.1103/PhysRevLett.90.082501.

15. en ^ Urey, Harold C. (). „Names for the Hydrogen Isotopes". Science. 78 (2035): 602-603. doi:10.1126/science.78.2035.602. PMID 17797765.

16. en ^ Oda, Y (). „1H NMR studies of deuterated ribonuclease HI selectively labeled with protonated amino acids". Journal of Biomolecular NMR. 2 (2): 137-47. doi:10.1007/BF01875525+. PMID 1330130.

17. en ^ „The Tritium Laboratory". University of Miami. .

18. ^

19. en ^ Staff (). „Hydrogen (H₂) Properties, Uses, Applications: Hydrogen Gas and Liquid Hydrogen". Universal Industrial Gases, Inc.

20. en ^ Tikhonov, Vladimir I. (). „Separation of Water into Its Ortho and Para Isomers". Science. 296 (5577): 2363. doi:10.1126/science.1069513. PMID 12089435.

21. en ^ Hritz, James (). „CH. 6 - Hydrogen" (PDF). NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual, Document GRC-MQSA.001. NASA.

22. en ^ Shinitzky, Meir; Elitzur, Avshalom C. (10 ianuarie). „Ortho-para spin isomers of the protons in the methylene group". Chirality. Rehovot, Israel: Weizmann Institute of Science. 18 (9): 754-756. doi:10.1002/chir.20319. PMID 16856167.

23. en ^ „Ortho-Para conversion. Pag. 13" (PDF).

24. M. I. Eremets, I. A. Trojan, S. A. Medvedev, J. S. Tse, Y. Yao. ^ Superconductivity in Hydrogen Dominant Materials. Silane Science 14 martie 2008 Vol. 319. no. 5869, pp. 1506-1509, rezumat accesat 2009-06-08

25. en ^ „Structure and Nomenclature of Hydrocarbons". Purdue University.

26. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

27. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

28. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

29. ^

30. ^ Hibbs, David E. (). „A remarkably stable indium trihydride complex: synthesis and characterisation of [InH₃{P(C₆H₁₁)₃}]". Chemical Communications: 185-186. doi:10.1039/a809279f.

31. ^ Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991), p167-169

32. Luminița Vlădescu, ^ Echilibre chimice în chimia analitică. Editura: Didactică și Pedagogică - 2004

33. ^ Okumura, Anthony M. (). „Infrared spectra of the solvated hydronium ion: vibrational predissociation spectroscopy of mass-selected H₃O+*(H₂O)n*(H₂)m". Journal of Physical Chemistry. 94 (9): 3416-3427. doi:10.1021/j100372a014.

34. ^ Carrington, Alan (). „The infrared predissociation spectrum of triatomic hydrogen cation (H₃⁺)". Accounts of Chemical Research. 22 (6): 218-222. doi:10.1021/ar00162a004.

35. en ^ Acid-Base Behaviour of the Period 3 Oxides. chemguide.co.uk. accesat la 12 mai 2009.

36. en ^ Kruse, B. (). „Hydrogen Status og Muligheter" (PDF). Bellona.

37. ^ Oxtoby, D. W. (). Principles of Modern Chemistry (ed. 5th edition). Thomson Brooks/Cole. ISBN 0030353734.

38. ^ en [

39. en ^ „Hydrogen Properties, Uses, Applications". Universal Industrial Gases, Inc. .

40. en ^ Lees, Andrew (). „Chemicals from salt". BBC. Arhivat din original la .

41. en ^ „Development of solar-powered thermochemical production of hydrogen from water" (PDF).

42. en ^ Robert Perret. „Development of Solar-Powered Thermochemical Production of Hydrogen from Water, DOE Hydrogen Program, 2007" (PDF).

43. ^ Florin, L., Tsokoglou, A. and Happe, T. (). „A novel type of iron hydrogenase in the green alga Scenedesmus obliquus is linked to the photosynthetic electron transport chain". J. Biol. Chem. 276 (9): 6125-6132. doi:10.1074/jbc.M008470200. PMID 11096090.

44. ^ Alge care produc hidrogen combustibil. ecomagazin.ro. Accesat la 6 iunie 2009.

45. ^ Ulei pentru motoare diesel obținut din alge. Adevărul. Accesat la 6 mai 2009.

46. ^ Kruse, O.; Rupprecht, J.; Bader, K.-P.; Thomas-Hall, S.; Schenk, P. M.; Finazzi, G.; Hankamer, B (2005). „Improved photobiological H2 production in engineered green algal cells". The Journal of Biological Chemistry 280 (40): 34170-7.

47. ^

48. ^ „Atomic Hydrogen Welding". Specialty Welds. .

49. en ^ Hardy, Walter N. (). „From H2 to cryogenic H masers to HiTc superconductors: An unlikely but rewarding path". Physica C: Superconductivity. Vancouver, Canada: University of British Columbia. 388-389: 1-6. doi:10.1016/S0921-4534(02)02591-1.

50. en ^ Block, Matthias. „Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection". 16th WCNDT 2004. Montreal, Canada: Sensistor Technologies.

51. ^ en

52. ^

53. ^

54. ^ en Smith, H. O. (). „Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems" (PDF). NASA.

55. en ^ „Hydrogen Safety". Humboldt State University.

I. G. Deac, Elemente de criogenie, Editura Napoca Star, 2010, p14

Raluca Ripan, I. Ceteanu, Manual de lucrări practice de chimie anorganică - vol I Metaloizi, Editura de stat didactică și pedagogică, București, 1961

# data[].attributes.attachment_link.description
Hidrogen Luminescență purpurie în stare plasmatică Liniile spectrale ale hidrogenului Informații generale Nume, Simbol, Număr Hidrogen, H, 1 Grupă, Perioadă, Bloc 1, 1, s Proprietăți atomice Configurație electronică 1s 1 Electroni pe nivelul de energie 1 Proprietăți fizice Punct de topire -259,1 °C ; 14,025 K Punct de fierbere -252,9 °C ; 20,268 K Volum molar 22,42×10-3 m³/kmol Viteza sunetului 1270 m/s la 20 °C Informații diverse Electronegativitate (Pauling) 2,2 Cei mai stabili izotopi Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Hidrogen

Luminescență purpurie în stare plasmatică

Liniile spectrale ale hidrogenului

Informații generale

Nume, Simbol, Număr

Hidrogen, H, 1

Grupă, Perioadă, Bloc

1, 1, s

Proprietăți atomice

Configurație electronică

1s ¹

Electroni pe nivelul de energie

1

Proprietăți fizice

Punct de topire

-259,1 °C ; 14,025 K

Punct de fierbere

-252,9 °C ; 20,268 K

Volum molar

22,42×10⁻³ m³/kmol

Viteza sunetului

1270 m/s la 20 °C

Informații diverse

Electronegativitate (Pauling)

2,2

Cei mai stabili izotopi

Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

Hidrogenul este elementul chimic în tabelul periodic al elementelor cu simbolul H și numărul atomic 1. Este un gaz ușor inflamabil, incolor, insipid, inodor, iar în natură se întâlnește mai ales sub formă de moleculă diatomică, H ₂. Având masa atomică egală cu 1,00794 u.a.m., hidrogenul este cel mai ușor element chimic. Etimologic, cuvântul hidrogen este o combinație a două cuvinte grecești, având semnificația de „a produce apă".

Hidrogenul elementar este principala componentă a Universului, având o pondere de 75% din masa acestuia. În starea de plasmă, se găsește ca element majoritar în alcătuirea stelelor. Hidrogenul elementar este foarte puțin răspândit pe Pământ.

Pentru necesități industriale există diferite procedee de producere, puse la punct din punct de vedere tehnologic sau aflate în fază de laborator. Hidrogenul poate fi obținut prin electroliza apei, procesul necesitând costuri mai mari decât cel de producere prin procesarea gazelor naturale.

Cel mai răspândit izotop al hidrogenului este protiul, care este alcătuit dintr-un singur proton în nucleu și un electron în învelișul electronic. În compușii ionici poate avea sarcină negativă ( anion cunoscut sub numele de hidrură, H⁻) sau sarcină pozitivă H⁺ ( hidron). Hidrogenul formează compuși chimici cu majoritatea elementelor din sistemul periodic și este prezent în apă și în mulți dintre compușii organici. Are un rol important în reacțiile acido-bazice, acestea bazându-se pe schimbul de protoni între molecule. Fiind singurul atom pentru care soluția analitică a ecuației lui Schrödinger este pe deplin cunoscută, prezintă un rol major în fundamentarea teoriei mecanicii cuantice.

Hidrogenul este un gaz puternic reactiv și își găsește aplicații datorită capacității sale chimice de reducător. Hidrogenul se folosește în industria petrochimică la producerea benzinelor, în industria chimico-alimentară pentru hidrogenarea grăsimilor (de exemplu producerea margarinei), în prelucrările mecanice ale metalelor și în tratamentul termic al acestora.

Hidrogenul a fost testat pentru folosirea alternativă în vehiculele echipate cu motoare cu ardere internă. Avantajul său principal constă în faptul că este ecologic, din arderea sa rezultând vapori de apă. Dezavantajele constau în pericolul mare de explozie, dificultatea stocării în vehicule și lipsa unei infrastructuri de stații de alimentare cu hidrogen. Poate fi folosit pentru producerea directă a electricității, prin intermediul pilelor de combustie.

In anul 2019 a fost descoperit primul compus format în univers la cca 300.000 ani după Big Bang, ionul hidrură de heliu (HeH+) (în engleză „helium hydride ion"). Este o combinație între un atom de heliu și un proton (atom de hidrogen fără electroni). Descoperirea s-a făcut ajutorul observatorului astronomic SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, plasat în stratosferă, o cooperare germano-americană) în nebuloasa planetară NGC 7027.

Descoperire

Hidrogenul a fost descoperit de către chimistul și fizicianul englez Henry Cavendish în 1766, în urma unui experiment în care studia reacțiile dintre mercur și un acid. La amestecarea celor două substanțe, observa apariția unor mici bule de gaz în amestec. Acest aspect l-a determinat să efectueze o cercetare suplimentară, numind substanța necunoscută „aer inflamabil". În 1781 a descoperit că acest element produce apă atunci când arde. O analiză mai detaliată a fost făcută de către Antoine Lavoisier, care descoperă gazul independent de Cavendish în urma unui experiment ce urmărea determinarea masei pierdute sau create în urma unei reacții chimice. Cercetătorul a încălzit apa într-un recipient închis, vaporii formați condensându-i într-un alt recipient. Cantitatea pierdută a fost atribuită degajării unui gaz (H ₂). Chimistul francez a observat că „aerul inflamabil" al lui Cavendish în combinație cu oxigenul formează picături de apă, conform lui Joseph Priestley. Lavoisier a numit gazul „hidrogen", nomeclatura fiind de origine greacă ( ὕδωρ, hydro înseamnă apă, iar γίγνομαι, gignomai înseamnă a naște, a crea).

Rolul în teoria cuantică

Datorită structurii atomice relativ simple, constituit dintr-un proton și un electron, atomul de hidrogen împreună cu spectrul luminii emise de el, au reprezentat un domeniu central al dezvoltării teoriei structurii atomice. În plus, simplitatea moleculei de H ₂ și a cationului H⁺ au condus la înțelegerea completă a naturii legăturii chimice ce a urmat imediat după dezvoltarea studiului atomului de hidrogen în mecanica cuantică (mijlocul anilor 1920).

Maxwell a observat că la H 2, sub temperatura mediului ambiant, valoarea căldurii molare se abate inexplicabil de la aceea a unui gaz diatomic, iar la temperaturi criogenice se apropie din ce în ce mai mult de cea a unui gaz monoatomic. Conform teoriei cuantice, această comportare rezultă din distribuția spațială ale nivelelor de energie de rotație, care la H ₂ sunt foarte îndepărtate, datorită masei sale mici. Aceste nivele îndepărtate împiedică la temperaturi mici partiția egală (între cei doi atomi ai moleculei) a energiei termice în energie de rotație. Compușii diatomici gazoși formați din atomi mai grei nu au diferențe mari între nivelele energetice de rotație și nu prezintă același efect.

Hidrogenul este elementul cu cea mai mică densitate. În formă moleculară (H ₂) este de aproximativ 14,4 ori mai ușor decât aerul. La presiune normală punctul său de topire este de 14,02 K, iar cel de fierbere este de 20,27 K. Punctul său triplu este la 13,81 K, și 7,042 kPa, iar cel critic la 33,2 K și 1,29 MPa. Solubilitatea în apă este de 1,6 mg/l. Unele proprietăți termodinamice (legate de fenomenele de transport) sunt datorate masei moleculare mici și vitezei termice a unei molecule de 1770 m/s la 25 °C. La temperatura camerei, hidrogenul difuzează cel mai rapid, are cea mai înaltă conductivitate termică și cea mai mare efuziune dintre toate gazele. O vâscozitate mai mică au doar trei gaze poliatomice, unul dintre ele fiind n-butan.

Mobilitatea hidrogenului într-o masă solidă este, de asemenea, foarte mare. Astfel, acesta difuzează prin diverse materiale, cum ar fi polietilena și cuarțul. Un important fenomen este acela de difuzie în fier, platină și în alte metale tranziționale. Aceste proprietăți conduc la utilizări tehnice numeroase, dar de asemenea, și la dificultăți legate de transportul, depozitarea și de prelucrare a amestecurilor de hidrogen.

Hidrogenul gazos (în stare de moleculă diatomică) este extrem de inflamabil și la presiune atmosferică se aprinde în aer la concentrații volumetrice cuprinse între 4% și 75%, iar în contact cu oxigenul pur între 4,65% și 93,9%. Limitele între care apare detonația sunt între 18,2% și 58,9% în aer, respectiv între 15% și 90% în oxigen. Variația entalpiei în urma combustiei ( puterea calorifică, căldura de ardere) este de −286 kJ/mol:

[23]

Amestecul dintre oxigen și hidrogen în diferite proporții este exploziv. Hidrogenul se autoaprinde și explodează în contact cu aerul în intervalul de concentrații cuprins între 4% și 75%, temperatura de autoaprindere fiind de 560 °C. Flacăra unui amestec pur hidrogen-oxigen emite radiații ultraviolete invizibile cu ochiul liber.

H ₂ reacționează cu toate elementele oxidante. Acesta poate reacționa spontan și violent la temperatura camerei cu clorul și fluorul, formând HCl și HF.

Hidrogenul este cel mai răspândit element în univers, reprezentând mai mult de 75% în masă și mai mult de 90% după numărul de atomi. Se găsește în cantități mari în compoziția stelelor și a planetelor gigantice gazoase. Norii moleculari de H ₂ sunt asociați cu formarea stelelor. Hidrogenul joacă un rol-cheie și în exploziile stelare datorate reacțiilor de fuziune nucleară dintre protoni.

În Univers, hidrogenul este întâlnit mai ales sub forma de atom și în stare de plasmă. Proprietățile acestora sunt diferite față de cele ale moleculei de hidrogen. Electronul și protonul de hidrogen nu formează legături în starea de plasmă, din cauza conductivității electrice diferite și a unei emisii radiative mari (originea luminii emise de Soare și alte stele). Particulele încărcate cu sarcini electrice sunt puternic influențate de câmpurile magnetice și electrice. De exemplu, în vânturile solare particulele interacționează cu magnetosfera terestră, generând curenți Birkeland și produc fenomenul cunoscut sub denumirea de auroră boreală. Hidrogenul se găsește în stare atomică neutră în mediul interstelar, iar cea mai mare cantitate este întâlnită la sistemele Lyman-alpha.

În condiții normale, hidrogenul există pe Pământ sub formă de moleculă diatomică, H ₂, însă nu este foarte răspândit în atmosfera terestră (în concentrație medie de 1 ppm de volum) din cauza masei mici, astfel forța gravitațională a planetei are un efect foarte slab asupra sa. Totuși, hidrogenul (prin compușii săi) este cel mai răspândit element de la suprafața Terrei. Cei mai întâlniți compuși chimici ai săi sunt hidrocarburile și apa. Hidrogenul gazos este produs de anumite specii de bacterii și alge, acesta fiind componentul principal al flatulenței. Metanul este o importantă sursă de hidrogen.

Atomul de hidrogen

Nivelul energetic fundamental al electronului în atomul de hidrogen are energia egală cu -13,6 eV. Nivelele superioare se numesc nivele excitate, energia acestora crescând până la 0 eV (valoarea nivelului energetic aflat la infinit), ele se calculează folosind modelul lui Bohr. Acesta consideră că nucleul este fix, iar electronul are o traiectorie circulară în jurul acestuia asemănătoare cu planetele ce gravitează în jurul Soarelui (de unde provine denumirea alternativă de model planetar). Forța electromagnetică atrage electronul și protonul unul spre celălalt, în timp ce corpurile cerești se atrag datorită gravitației. Potrivit condiției de cuantificare a momentului cinetic postulat de Bohr, valoarea momentului cinetic al electronului este multiplu întreg al constantei reduse al lui Planck, de unde rezultă că în cadrul atomului, electronului îi sunt permise anumite orbite cu raze bine stabilite. Această relație de cuantificare explică spectrul discret al nivelelor energetice.

O descriere mai exactă a atomului de hidrogen este dată în fizica cuantică unde se calculează densitatea de probabilitate prin norma funcției de undă a electronului în jurul protonului pe baza ecuației lui Schrödinger sau a formulării lui Feynman cu integrală de drum.

Hidrogenul are trei izotopi naturali, ¹H, ²H și ³H. Alții, ce au nucleele foarte instabile ( ⁴H până la ⁷ H), au fost sintetizați în laborator dar nu au fost observați în natură.

este cel mai răspândit izotop al hidrogenului, având o pondere de peste 99,98% în compoziția izotopică naturală al acestui element. Datorită faptului că acesta are în nucleul un singur proton, a fost numit protiu, această denumire fiind însă rar utilizată.

, celălalt izotop stabil al hidrogenului, este cunoscut și sub numele de . Conține în nucleu un proton și un neutron, acest izotop provenind de la Big Bang, continuând să existe până acum datorită stabilității sale. Nu este radioactiv și nu reprezintă o sursă periculoasă de poluare. Apa ce este bogată în dioxid de deuteriu se mai numește și apă grea. Deuteriul și compușii săi sunt utilizați ca etalon în experimente neradioactive și ca solvent în procedeele de spectroscopie RMN. Apa grea este utilizată ca moderator de neutron și ca lichid de răcire pentru reactorii nucleari. Deuteriul este de asemenea folosit drept combustibil pentru fuziune nucleară de larg consum.

se mai numește și (mai rar: trițiu); conține în nucleu un proton și doi neutroni. Este radioactiv, rezultând din izotopul Heliu-3 prin dezintegrarea beta și are un timp de înjumătățire de 12,32 ani. Cantități mici din acest izotop sunt răspândite și în natură, acesta rezultând din interacțiunea razelor cosmice cu gazele atmosferice; tritiul este eliberat și în timpul testelor nucleare. Este folosit și în reacții de fuziune nucleară, și pentru evidențierea și studiul de geochimia izotopilor și în dispozitive autogeneratoare de lumină. Tritiul se mai utilizează și în marcarea radioizotopică, în special în domeniul biologiei, medicinei sau geologiei. Dioxidul de tritiu se mai numește și apă supergrea.

Hidrogenul este singurul element care are nume diferite pentru izotopii săi cei mai răspândiți. Simbolurile D și T (în loc de ²H și ³H) sunt folosite pentru deuteriu și tritiu, dar P este utilizat pentru fosfor, deci nu se poate folosi pentru simbolizarea protiului. IUPAC acceptă atât ambele variante, dar ²H și ³ H sunt preferate.

Emisia spectrală a atomului de hidrogen este caracterizată prin linii spectrale date de formula lui Rydbeg. Studiul liniilor spectrale este important în mecanica cuantică și la studiul prezenței hidrogenului pentru determinarea deplasării spre roșu.

Există doi izomeri de spin ai moleculei de hidrogen care diferă prin spinii relativi ai nucleului. În forma de ortohidrogen, spinii celor doi protoni sunt paraleli și formează un triplet; în forma de parahidrogen, spinii sunt antiparaleli și formează un singlet. La temperatură și presiune standard, hidrogenul gazos conține 25% parahidrogen și 75% ortohidrogen („starea normală" a hidrogenului). Proporțiile în care se găsesc orto și parahidrogenul depind de temperatură, dar forma orto este excitată și are o energie mai mare, deci este instabilă și nu poate fi purificată. La temperaturi foarte joase, starea de echilibru e formată aproape în întregime din parahidrogen. Proprietățile fizice ale parahidrogenului pur diferă puțin de cele ale hidrogenului în stare normală. Diferențele dintre formele orto și para se manifestă și în compușii care conțin hidrogen, cum ar fi apa sau metilenul.

Transformarea între orto și parahidrogen ce are loc fără catalizator se desfășoară mai rapid la temperaturi mari, astfel H ₂ condensat rapid conține o cantitate mare de ortohidrogen care se convertește în parahidrogen foarte încet. Proporția de orto/para în hidrogenul molecular (H ₂) condensat este un factor important în prepararea și stocarea hidrogenului lichid; conversia din orto în parahidrogen este un proces exoterm, prin care se degajă suficientă căldură pentru a evapora hidrogenul lichid, astfel pierzându-se materialului lichefiat. Catalizatorii utilizați la această transformare, cum ar fi oxidul feric, carbonul activat, azbestul platinizat, compuși ai uraniului, metale rare, oxidul de crom, câțiva compuși ai nichelului, sunt utilizați în timpul răcirii hidrogenului.

O formă moleculară numită molecula protonată de hidrogen sau H ₃⁺ este întâlnită în mediul interstelar, fiind produsă prin ionizarea moleculei de hidrogen de către razele cosmice. De asemenea, a fost observată și în straturile superioare ale planetei Jupiter. Această moleculă este relativ stabilă în afara Terrei datorită temperaturii scăzute și a densității ridicate. H ₃⁺ este unul din cei mai răspândiți ioni din Univers, jucând un rol important în chimia mediului interstelar.

În general, hidrogenul este considerat drept un nemetal, însă la temperaturi joase și la presiuni mari unele din proprietățile sale se aseamănă cu cele ale metalelor. Hidrogenul metalic a fost obținut pentru prima oară în 1973 la o presiune de 2,8 Mbar și la 20 K. Aliajul SiH ₄ cu structură metalică a fost obținut în 2008, descoperindu-se că este un foarte bun conductor electric, în conformitate cu predicțiile anterioare ale lui lui N. W. Ashcroft. În acest compus, chiar și la presiuni moderate, hidrogenul are o structură cu o densitate ce corespunde cu cea a hidrogenului metalic.

Compușii covalenți și cei organici

Chiar dacă H ₂ nu este foarte reactiv în condiții obișnuite, el formează compuși cu majoritatea elementelor. Se cunosc milioane de hidrocarburi, dar acestea nu se obțin prin reacția directă dintre elemente (carbon și hidrogen), deși producerea gazului de sinteză în procedeul Fischer-Tropsch poate fi considerată aproape o excepție deoarece procesul folosește carbonul din cărbunele, iar hidrogenul poate fi generat în proces din apă. Hidrogenul poate forma compuși cu elementele mai electronegative decât el, cum ar fi halogenii; în acest tip de compuși, hidrogenul prezintă o sarcină pozitivă parțială. Când se leagă de fluor, oxigen sau azot, hidrogenul participă la formarea unei legături puternice numite legătură de hidrogen, ce este un factor important în stabilitatea multor molecule biologice. Hidrogenul poate forma compuși și cu elementele mai puțin electronegative, cum ar fi metalele sau semimetalele, având o sarcină parțial negativă. Acești compuși sunt cunoscuți sub numele de hidruri. Hidrogenul formează o varietate de compuși cu carbonul. Datorita asocierii în general a acestora cu organismele vii, aceștia sunt numiți compuși organici; cu studierea lor se ocupă chimia organică, iar cu studiul rolului lor în organismele vii - biochimia. În unele definiții „organic" se referă doar la un compus ce conține carbon. Însă majoritatea substanțelor organice prezintă și hidrogen, iar legătura carbon-hidrogen determină multe din particularitățile lor. De aceea, legăturile carbon-hidrogen sunt prezente în unele definiții ale cuvântului „organic". În chimia anorganică hidrurile pot reprezenta catene de legături între doi ioni metalici ai unei combinații complexe. Această funcție se întâlnește la elementele din grupa 13, cu precădere la boruri și compușii complecși ai aluminiului.

Compușii hidrogenului sunt adesea numiți „hidruri", acest termen fiind uneori impropriu utilizat. „Hidrură" definește o substanță în care atomul de H are caracter anionic sau sarcină negativă, deci H −, fiind utilizat pentru compușii hidrogenului cu un element mai electropozitiv. Existența anionului hidrură, sugerată de Gilbert N. Lewis în 1916 pentru elementele din prima grupă și a doua principală, a fost pusă în evidență în 1920 de către Moers prin electroliza topiturii de hidrură de litiu (LiH), când a fost produsă o cantitate stoechiometrică de hidrogen la anod. Pentru hidrurile altor elemente, termenul este ambiguu, luând în considerare electronegativitatea hidrogenului. Excepție face BeH ₂, care este un polimer. În hidrura de litiu și aluminiu, anionul AlH ₄− are centre de hidrură atașate puternic de aluminiu. Chiar dacă hidrogenul poate forma hidruri cu toate elementele din grupele principale, numărul și combinațiile posibile diferă de la o grupă la alta. Hidrura de indiu nu a fost încă identificată, însă există o multitudine de compuși complecși ai săi.

Protoni și acizi

Oxidarea hidrogenului, adică îndepărtarea electronului său, decurge teoretic cu formarea H⁺, ion ce nu conține niciun electron în învelișul electronic și un proton în nucleu. De aceea, H⁺ este adesea numit „proton" și are un rol important în teoria protonică a acizilor. Conform teoriei Bronsted-Lowry, acizii sunt acele substanțe care cedează protoni, iar bazele sunt acceptori de protoni. Protonul H⁺ nu poate exista liber, ci doar în soluții sau în cristale ionice, datorită afinității foarte mari pentru electronii altor elemente. Uneori, termenul de „proton" este utilizat impropriu pentru a se referi la hidrogenul cu sarcină pozitivă sau cationul de hidrogen legat de alte specii moleculare. Pentru a se evita implicarea existența unică a „protonului solvatat" în soluții, se consideră că soluțiile apoase cu caracter acid conțin ionul hidroniu (H ₃O⁺). Totuși, unii cationi solvatați ai hidrogenului sunt mai degrabă organizați în molecule de tipul celei de H ₉O ₄⁺. Alți ioni oxoniu se formează când apa formează soluții cu alți solvenți. Deși nu se întâlnește pe Pământ, ionul H ₃⁺ (cunoscut sub numele de hidrogen molecular protonat sau cationul triatomic de hidrogen) este una dintre cele mai răspândite specii chimice în restul universului.

H ₂ este produs în laboratoarele de chimie și cele de biologie, fiind adesea un produs secundar al unei reacții; în industrie pentru hidrogenarea substanțelor nesaturate; în natură ca metodă de a reduce echivalenții în reacțiile biochimice.

În laborator, H ₂ este de obicei obținut prin reacția metalelor cu acizii în aparatul Kipp.

Aluminiul poate produce H ₂ prin tratarea cu baze:

Electroliza apei este o metodă simplă de a produce hidrogen. Un curent de joasă tensiune trece prin apă, iar oxigenul gazos se formează la anod, în timp ce hidrogenul gazos apare la catod. De obicei la producerea hidrogenului, catodul este confecționat din platină. Dacă se realizează și arderea, oxigenul este preferat pentru combustie, astfel ambii electrozi sunt confecționați din metale inerte. Eficiența maximă (electricitatea utilizată raportată la cantitatea de hidrogen produsă) este de 80% - 94%.

În 2007 s-a descoperit că un aliaj format din aluminiu și galiu în forma granulară în reacție cu apa poate fi folosit pentru a produce hidrogen. Din acest proces mai rezultă de asemenea și alumină, însă galiul scump, ce previne apariția stratului de oxid, poate fi refolosit. Acest lucru are o mare importanță în economia hidrogenului, deoarece acesta poate fi produs la locul de lucru și nu trebuie transportat.

Cea mai importantă (din punct de vedere economic) metodă de obținere a hidrogenului este extragerea acestuia din hidrocarburi. Cea mai mare parte a hidrogenului obținut în mod industrial provine din reformarea vaporilor gazelor naturale. La temperaturi ridicate (700 - 1100 °C; 1300 - 2000 °F), apa în stare de vapori reacționează cu metanul, rezultând monoxid de carbon și H ₂:

Această reacție se realizează ușor la presiune joasă, dar de obicei se realizează la presiuni mari (20 bar), deoarece la aceste presiuni se desfășoară aplicațiile uzuale ale hidrogenul astfel obținut. Amestecul rezultat se numește gaz de sinteză deoarece este utilizat pentru obținerea directă a metanolului și a compușilor săi. Și alte hidrocarburi în afară de metan pot produce gaz de sinteză în diferite proporții. O problemă ce apare în această tehnologie este formarea cocsului sau a carbonului:

Această reacție decurge de obicei cu formarea unui exces de H ₂O. Hidrogenul adițional poate fi recuperat din vapori utilizându-se monoxidul de carbon în reacție cu gazul de apă pe un catalizator de oxid de fier. Procesul este și o metodă de obținere a dioxidului de carbon:

Alte metode importante de obținere a H ₂ sunt oxidarea parțială a hidrocarburilor:

și reacția cărbunelui cu apa:

Uneori, hidrogenul este fabricat și consumat în timpul aceluiași proces, fără a mai fi separat. În procedeul Haber pentru obținerea amoniacului, hidrogenul provine din la gazul natural. Din electroliza saramurii pentru a produce clor se obține și hidrogen ca produs secundar.

Există mai mult de 200 de cicluri termochimice care pot fi folosite pentru descompunerea apei. Sunt studiate unele dintre acestea, cum ar fi ciclul oxidului de fier, ciclul oxid de ceriu (IV)-ceriu (III), ciclul zinc-oxid de zinc, ciclul sulfură-iod, ciclul cupru-clor și ciclul sulfurii hibride, fiind în stadiul de testări pentru a produce hidrogen și oxigen din apă folosind căldura, fără a se utiliza electricitatea. Numeroase laboratoare (inclusiv în Franța, Germania, Grecia, Japonia și Statele Unite ale Americii) dezvoltă metode termochimice de producere a hidrogenului din energie solară și apă.

H ₂ se obține în urma unor metabolisme anaerobe și este produs de anumite microorganisme, de obicei prin cataliza enzimelor ce conțin fier sau nichel. Cu ajutorul acestor enzime, numite hidrogenaze, se obține hidrogen în urma procesului de fotosinteză. Gena introdusă ajută frunza să descompună molecula de apă în elementele componente. Algele folosite sunt plante unicelulare care produc, în mod natural, cantități mici de hidrogen în timp ce își extrag energia necesară din lumina Soarelui. David Tiede, unul dintre inventatorii acestei metode, afirmă că algele produc hidrogen ca să se apere de radicalii liberi rezultați în urma fotosintezei, care altfel le-ar oxida părți vitale ale celulei. Dar, dacă hidrogenaza este stimulată chimic și dacă algele sunt plasate în recipiente de sticlă și expuse luminii solare, ele produc mai mult hidrogen, iar acesta poate fi recoltat, iar apoi îmbuteliat cu ajutorul unei pompe. Profesorul Thomas Rauchfuss, de la Universitatea din Illinois, cel care a propus tipul exact de proteină sintetică necesar procesului, a declarat: „Cultivarea algelor modificate genetic, în care s-a introdus proteina sintetică, s-a dovedit a fi extrem de stabilă. Algele nu degenerează și nu revin la specia anterioară. Procesul are o mulțime de beneficii în comparație cu obținerea altor plante din care se extrag biocombustibili. Algele pot fi crescute în recipiente transparente plasate în deșert sau pe acoperișul caselor. Ele nu au nevoie de teren și nu intră în competiție cu producția de alimente". La unele specii de alge, cum ar fi Chlamydomonas reinhardtii sau cyanobacteria, la întuneric, protonii și electronii sunt reduși pentru a forma H ₂ gazos cu ajutorul hidrogenazei în cloroplast.

Anual se înregistrează un consum mondial de hidrogen de peste 500 miliarde metri cubi normali în diverse scopuri și în diferite domenii. În afara utilizării ca reactant, hidrogenul are multe aplicații în inginerie și fizică. Se utilizează la sudură, iar datorită bunei conductivități termice este folosit ca agent de răcire în generatoare electrice din centralele electrice. are un rol important în cercetările din criogenie, inclusiv în studiile legate de superconductivitate. Molecula de hidrogen, având o densitate de 15 ori mai mică decât cea a aerului, a fost întrebuințată drept gaz portant pentru baloane și dirijabile. De asemenea, este materie primă în diverse tehnologii: de reducere a minereurilor, de fabricare a amoniacului și în procedeele de hidrogenare. Hidrogenul are aplicații și în industria automobilelor, chimică, aerospațială și de telecomunicații.

Izotopii hidrogenului au aplicații specifice. Deuteriul din compoziția apei grele este utilizat în reacțiile de fisiune nucleară ca moderator pentru încetinirea neutronilor. Compușii acestuia se folosesc în cadrul studiilor ce urmăresc efectele reacțiilor izotopice. Tritiul, produs în reactoarele nucleare, se folosește în producerea bombelor cu hidrogen, în marcare izotopică și ca sursa de iradiere pentru vopselele fosforescente.

Hidrogenul poate forma amestecuri explozive cu aerul și reacționează violent cu oxidanții. În cazul inhalării în cantități foarte mari, poate produce asfixierea, pierderea mobilității motrice și a cunoștinței. Scurgerea hidrogenului gazos în atmosferă poate cauza autoaprinderea sa. Flacăra de hidrogen este invizibilă, acest lucru putând produce arsuri accidentale.

Multe proprietăți fizice și chimice ale hidrogenului depind de proporția de orto/parahidrogen. Uneori durează săptămâni pentru a atinge starea de echilibru a acestor alotropi. Valorile critice de temperatură și presiune la care are loc deflagrația hidrogenului depind de forma recipientului.

1. de ^ Hidrogen - Noul purtător de energie Despre rolul hidrogenului în sistemele energetice existente și viitoare în Asociația Germană a Hidrogenului și Pilelor de Combustie (DWBV). Accesat la 6 iunie 2009.

2. ^ „Hydrogen". Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wylie-Interscience. . pp. 797-799. ISBN 0-471-61525-0.

3. ^ Emsley, John (). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 183-191. ISBN 0-19-850341-5.

4. ^ Stwertka, Albert (). A Guide to the Elements. Oxford University Press. pp. 16-21. ISBN 0-19-508083-1.

5. en ^ Crepeau, Bob (). „Niels Bohr: The Atomic Model". Great Scientific Minds. Great Neck Publishing. ISBN 1-4298-0723-7.

6. ^ Information Specific to Liquid Hydrogen, harvard.edu, accesat 12 iunie 2009

7. ^ Carcassi, M. N. (). „Deflagrations of H₂-air and CH₄-air lean mixtures in a vented multi-compartment environment". Energy. 30 (8): 1439-1451. doi:10.1016/j.energy.2004.02.012.

8. ^ Energy is per mole of the combustible material, Hydrogen. 286 kJ/mol

9. en ^ „Jefferson Lab - Hydrogen".

10. en ^ Storrie-Lombardi, Lisa J. (). „Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas". Astrophysical Journal. 543: 552-576. arXiv:astro-ph/0006044  . doi:10.1086/317138+.

11. en ^ Dresselhaus, Mildred; et al. (). „Basic Research Needs for the Hydrogen Economy" (PDF). Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy, Office of Science Laboratory.

12. ^ Miessler, Gary L. (). Inorganic Chemistry (ed. 3rd edition). Prentice Hall. ISBN 0130354716.

13. ^

14. ^ Korsheninnikov; A. A.; et al. (). „Experimental Evidence for the Existence of ⁷H and for a Specific Structure of ⁸He". Physical Review Letters. 90 (8): 082501. doi:10.1103/PhysRevLett.90.082501.

15. en ^ Urey, Harold C. (). „Names for the Hydrogen Isotopes". Science. 78 (2035): 602-603. doi:10.1126/science.78.2035.602. PMID 17797765.

16. en ^ Oda, Y (). „1H NMR studies of deuterated ribonuclease HI selectively labeled with protonated amino acids". Journal of Biomolecular NMR. 2 (2): 137-47. doi:10.1007/BF01875525+. PMID 1330130.

17. en ^ „The Tritium Laboratory". University of Miami. .

18. ^

19. en ^ Staff (). „Hydrogen (H₂) Properties, Uses, Applications: Hydrogen Gas and Liquid Hydrogen". Universal Industrial Gases, Inc.

20. en ^ Tikhonov, Vladimir I. (). „Separation of Water into Its Ortho and Para Isomers". Science. 296 (5577): 2363. doi:10.1126/science.1069513. PMID 12089435.

21. en ^ Hritz, James (). „CH. 6 - Hydrogen" (PDF). NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual, Document GRC-MQSA.001. NASA.

22. en ^ Shinitzky, Meir; Elitzur, Avshalom C. (10 ianuarie). „Ortho-para spin isomers of the protons in the methylene group". Chirality. Rehovot, Israel: Weizmann Institute of Science. 18 (9): 754-756. doi:10.1002/chir.20319. PMID 16856167.

23. en ^ „Ortho-Para conversion. Pag. 13" (PDF).

24. M. I. Eremets, I. A. Trojan, S. A. Medvedev, J. S. Tse, Y. Yao. ^ Superconductivity in Hydrogen Dominant Materials. Silane Science 14 martie 2008 Vol. 319. no. 5869, pp. 1506-1509, rezumat accesat 2009-06-08

25. en ^ „Structure and Nomenclature of Hydrocarbons". Purdue University.

26. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

27. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

28. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

29. ^

30. ^ Hibbs, David E. (). „A remarkably stable indium trihydride complex: synthesis and characterisation of [InH₃{P(C₆H₁₁)₃}]". Chemical Communications: 185-186. doi:10.1039/a809279f.

31. ^ Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991), p167-169

32. Luminița Vlădescu, ^ Echilibre chimice în chimia analitică. Editura: Didactică și Pedagogică - 2004

33. ^ Okumura, Anthony M. (). „Infrared spectra of the solvated hydronium ion: vibrational predissociation spectroscopy of mass-selected H₃O+*(H₂O)n*(H₂)m". Journal of Physical Chemistry. 94 (9): 3416-3427. doi:10.1021/j100372a014.

34. ^ Carrington, Alan (). „The infrared predissociation spectrum of triatomic hydrogen cation (H₃⁺)". Accounts of Chemical Research. 22 (6): 218-222. doi:10.1021/ar00162a004.

35. en ^ Acid-Base Behaviour of the Period 3 Oxides. chemguide.co.uk. accesat la 12 mai 2009.

36. en ^ Kruse, B. (). „Hydrogen Status og Muligheter" (PDF). Bellona.

37. ^ Oxtoby, D. W. (). Principles of Modern Chemistry (ed. 5th edition). Thomson Brooks/Cole. ISBN 0030353734.

38. ^ en [

39. en ^ „Hydrogen Properties, Uses, Applications". Universal Industrial Gases, Inc. .

40. en ^ Lees, Andrew (). „Chemicals from salt". BBC. Arhivat din original la .

41. en ^ „Development of solar-powered thermochemical production of hydrogen from water" (PDF).

42. en ^ Robert Perret. „Development of Solar-Powered Thermochemical Production of Hydrogen from Water, DOE Hydrogen Program, 2007" (PDF).

43. ^ Florin, L., Tsokoglou, A. and Happe, T. (). „A novel type of iron hydrogenase in the green alga Scenedesmus obliquus is linked to the photosynthetic electron transport chain". J. Biol. Chem. 276 (9): 6125-6132. doi:10.1074/jbc.M008470200. PMID 11096090.

44. ^ Alge care produc hidrogen combustibil. ecomagazin.ro. Accesat la 6 iunie 2009.

45. ^ Ulei pentru motoare diesel obținut din alge. Adevărul. Accesat la 6 mai 2009.

46. ^ Kruse, O.; Rupprecht, J.; Bader, K.-P.; Thomas-Hall, S.; Schenk, P. M.; Finazzi, G.; Hankamer, B (2005). „Improved photobiological H2 production in engineered green algal cells". The Journal of Biological Chemistry 280 (40): 34170-7.

47. ^

48. ^ „Atomic Hydrogen Welding". Specialty Welds. .

49. en ^ Hardy, Walter N. (). „From H2 to cryogenic H masers to HiTc superconductors: An unlikely but rewarding path". Physica C: Superconductivity. Vancouver, Canada: University of British Columbia. 388-389: 1-6. doi:10.1016/S0921-4534(02)02591-1.

50. en ^ Block, Matthias. „Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection". 16th WCNDT 2004. Montreal, Canada: Sensistor Technologies.

51. ^ en

52. ^

53. ^

54. ^ en Smith, H. O. (). „Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems" (PDF). NASA.

55. en ^ „Hydrogen Safety". Humboldt State University.

I. G. Deac, Elemente de criogenie, Editura Napoca Star, 2010, p14

Raluca Ripan, I. Ceteanu, Manual de lucrări practice de chimie anorganică - vol I Metaloizi, Editura de stat didactică și pedagogică, București, 1961

# data[].attributes.attachment_link.description
Hidrogen Luminescență purpurie în stare plasmatică Liniile spectrale ale hidrogenului Informații generale Nume, Simbol, Număr Hidrogen, H, 1 Grupă, Perioadă, Bloc 1, 1, s Proprietăți atomice Configurație electronică 1s 1 Electroni pe nivelul de energie 1 Proprietăți fizice Punct de topire -259,1 °C ; 14,025 K Punct de fierbere -252,9 °C ; 20,268 K Volum molar 22,42×10-3 m³/kmol Viteza sunetului 1270 m/s la 20 °C Informații diverse Electronegativitate (Pauling) 2,2 Cei mai stabili izotopi Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Hidrogen

Luminescență purpurie în stare plasmatică

Liniile spectrale ale hidrogenului

Informații generale

Nume, Simbol, Număr

Hidrogen, H, 1

Grupă, Perioadă, Bloc

1, 1, s

Proprietăți atomice

Configurație electronică

1s ¹

Electroni pe nivelul de energie

1

Proprietăți fizice

Punct de topire

-259,1 °C ; 14,025 K

Punct de fierbere

-252,9 °C ; 20,268 K

Volum molar

22,42×10⁻³ m³/kmol

Viteza sunetului

1270 m/s la 20 °C

Informații diverse

Electronegativitate (Pauling)

2,2

Cei mai stabili izotopi

Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

Hidrogenul este elementul chimic în tabelul periodic al elementelor cu simbolul H și numărul atomic 1. Este un gaz ușor inflamabil, incolor, insipid, inodor, iar în natură se întâlnește mai ales sub formă de moleculă diatomică, H ₂. Având masa atomică egală cu 1,00794 u.a.m., hidrogenul este cel mai ușor element chimic. Etimologic, cuvântul hidrogen este o combinație a două cuvinte grecești, având semnificația de „a produce apă".

Hidrogenul elementar este principala componentă a Universului, având o pondere de 75% din masa acestuia. În starea de plasmă, se găsește ca element majoritar în alcătuirea stelelor. Hidrogenul elementar este foarte puțin răspândit pe Pământ.

Pentru necesități industriale există diferite procedee de producere, puse la punct din punct de vedere tehnologic sau aflate în fază de laborator. Hidrogenul poate fi obținut prin electroliza apei, procesul necesitând costuri mai mari decât cel de producere prin procesarea gazelor naturale.

Cel mai răspândit izotop al hidrogenului este protiul, care este alcătuit dintr-un singur proton în nucleu și un electron în învelișul electronic. În compușii ionici poate avea sarcină negativă ( anion cunoscut sub numele de hidrură, H⁻) sau sarcină pozitivă H⁺ ( hidron). Hidrogenul formează compuși chimici cu majoritatea elementelor din sistemul periodic și este prezent în apă și în mulți dintre compușii organici. Are un rol important în reacțiile acido-bazice, acestea bazându-se pe schimbul de protoni între molecule. Fiind singurul atom pentru care soluția analitică a ecuației lui Schrödinger este pe deplin cunoscută, prezintă un rol major în fundamentarea teoriei mecanicii cuantice.

Hidrogenul este un gaz puternic reactiv și își găsește aplicații datorită capacității sale chimice de reducător. Hidrogenul se folosește în industria petrochimică la producerea benzinelor, în industria chimico-alimentară pentru hidrogenarea grăsimilor (de exemplu producerea margarinei), în prelucrările mecanice ale metalelor și în tratamentul termic al acestora.

Hidrogenul a fost testat pentru folosirea alternativă în vehiculele echipate cu motoare cu ardere internă. Avantajul său principal constă în faptul că este ecologic, din arderea sa rezultând vapori de apă. Dezavantajele constau în pericolul mare de explozie, dificultatea stocării în vehicule și lipsa unei infrastructuri de stații de alimentare cu hidrogen. Poate fi folosit pentru producerea directă a electricității, prin intermediul pilelor de combustie.

In anul 2019 a fost descoperit primul compus format în univers la cca 300.000 ani după Big Bang, ionul hidrură de heliu (HeH+) (în engleză „helium hydride ion"). Este o combinație între un atom de heliu și un proton (atom de hidrogen fără electroni). Descoperirea s-a făcut ajutorul observatorului astronomic SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, plasat în stratosferă, o cooperare germano-americană) în nebuloasa planetară NGC 7027.

Descoperire

Hidrogenul a fost descoperit de către chimistul și fizicianul englez Henry Cavendish în 1766, în urma unui experiment în care studia reacțiile dintre mercur și un acid. La amestecarea celor două substanțe, observa apariția unor mici bule de gaz în amestec. Acest aspect l-a determinat să efectueze o cercetare suplimentară, numind substanța necunoscută „aer inflamabil". În 1781 a descoperit că acest element produce apă atunci când arde. O analiză mai detaliată a fost făcută de către Antoine Lavoisier, care descoperă gazul independent de Cavendish în urma unui experiment ce urmărea determinarea masei pierdute sau create în urma unei reacții chimice. Cercetătorul a încălzit apa într-un recipient închis, vaporii formați condensându-i într-un alt recipient. Cantitatea pierdută a fost atribuită degajării unui gaz (H ₂). Chimistul francez a observat că „aerul inflamabil" al lui Cavendish în combinație cu oxigenul formează picături de apă, conform lui Joseph Priestley. Lavoisier a numit gazul „hidrogen", nomeclatura fiind de origine greacă ( ὕδωρ, hydro înseamnă apă, iar γίγνομαι, gignomai înseamnă a naște, a crea).

Rolul în teoria cuantică

Datorită structurii atomice relativ simple, constituit dintr-un proton și un electron, atomul de hidrogen împreună cu spectrul luminii emise de el, au reprezentat un domeniu central al dezvoltării teoriei structurii atomice. În plus, simplitatea moleculei de H ₂ și a cationului H⁺ au condus la înțelegerea completă a naturii legăturii chimice ce a urmat imediat după dezvoltarea studiului atomului de hidrogen în mecanica cuantică (mijlocul anilor 1920).

Maxwell a observat că la H 2, sub temperatura mediului ambiant, valoarea căldurii molare se abate inexplicabil de la aceea a unui gaz diatomic, iar la temperaturi criogenice se apropie din ce în ce mai mult de cea a unui gaz monoatomic. Conform teoriei cuantice, această comportare rezultă din distribuția spațială ale nivelelor de energie de rotație, care la H ₂ sunt foarte îndepărtate, datorită masei sale mici. Aceste nivele îndepărtate împiedică la temperaturi mici partiția egală (între cei doi atomi ai moleculei) a energiei termice în energie de rotație. Compușii diatomici gazoși formați din atomi mai grei nu au diferențe mari între nivelele energetice de rotație și nu prezintă același efect.

Hidrogenul este elementul cu cea mai mică densitate. În formă moleculară (H ₂) este de aproximativ 14,4 ori mai ușor decât aerul. La presiune normală punctul său de topire este de 14,02 K, iar cel de fierbere este de 20,27 K. Punctul său triplu este la 13,81 K, și 7,042 kPa, iar cel critic la 33,2 K și 1,29 MPa. Solubilitatea în apă este de 1,6 mg/l. Unele proprietăți termodinamice (legate de fenomenele de transport) sunt datorate masei moleculare mici și vitezei termice a unei molecule de 1770 m/s la 25 °C. La temperatura camerei, hidrogenul difuzează cel mai rapid, are cea mai înaltă conductivitate termică și cea mai mare efuziune dintre toate gazele. O vâscozitate mai mică au doar trei gaze poliatomice, unul dintre ele fiind n-butan.

Mobilitatea hidrogenului într-o masă solidă este, de asemenea, foarte mare. Astfel, acesta difuzează prin diverse materiale, cum ar fi polietilena și cuarțul. Un important fenomen este acela de difuzie în fier, platină și în alte metale tranziționale. Aceste proprietăți conduc la utilizări tehnice numeroase, dar de asemenea, și la dificultăți legate de transportul, depozitarea și de prelucrare a amestecurilor de hidrogen.

Hidrogenul gazos (în stare de moleculă diatomică) este extrem de inflamabil și la presiune atmosferică se aprinde în aer la concentrații volumetrice cuprinse între 4% și 75%, iar în contact cu oxigenul pur între 4,65% și 93,9%. Limitele între care apare detonația sunt între 18,2% și 58,9% în aer, respectiv între 15% și 90% în oxigen. Variația entalpiei în urma combustiei ( puterea calorifică, căldura de ardere) este de −286 kJ/mol:

[23]

Amestecul dintre oxigen și hidrogen în diferite proporții este exploziv. Hidrogenul se autoaprinde și explodează în contact cu aerul în intervalul de concentrații cuprins între 4% și 75%, temperatura de autoaprindere fiind de 560 °C. Flacăra unui amestec pur hidrogen-oxigen emite radiații ultraviolete invizibile cu ochiul liber.

H ₂ reacționează cu toate elementele oxidante. Acesta poate reacționa spontan și violent la temperatura camerei cu clorul și fluorul, formând HCl și HF.

Hidrogenul este cel mai răspândit element în univers, reprezentând mai mult de 75% în masă și mai mult de 90% după numărul de atomi. Se găsește în cantități mari în compoziția stelelor și a planetelor gigantice gazoase. Norii moleculari de H ₂ sunt asociați cu formarea stelelor. Hidrogenul joacă un rol-cheie și în exploziile stelare datorate reacțiilor de fuziune nucleară dintre protoni.

În Univers, hidrogenul este întâlnit mai ales sub forma de atom și în stare de plasmă. Proprietățile acestora sunt diferite față de cele ale moleculei de hidrogen. Electronul și protonul de hidrogen nu formează legături în starea de plasmă, din cauza conductivității electrice diferite și a unei emisii radiative mari (originea luminii emise de Soare și alte stele). Particulele încărcate cu sarcini electrice sunt puternic influențate de câmpurile magnetice și electrice. De exemplu, în vânturile solare particulele interacționează cu magnetosfera terestră, generând curenți Birkeland și produc fenomenul cunoscut sub denumirea de auroră boreală. Hidrogenul se găsește în stare atomică neutră în mediul interstelar, iar cea mai mare cantitate este întâlnită la sistemele Lyman-alpha.

În condiții normale, hidrogenul există pe Pământ sub formă de moleculă diatomică, H ₂, însă nu este foarte răspândit în atmosfera terestră (în concentrație medie de 1 ppm de volum) din cauza masei mici, astfel forța gravitațională a planetei are un efect foarte slab asupra sa. Totuși, hidrogenul (prin compușii săi) este cel mai răspândit element de la suprafața Terrei. Cei mai întâlniți compuși chimici ai săi sunt hidrocarburile și apa. Hidrogenul gazos este produs de anumite specii de bacterii și alge, acesta fiind componentul principal al flatulenței. Metanul este o importantă sursă de hidrogen.

Atomul de hidrogen

Nivelul energetic fundamental al electronului în atomul de hidrogen are energia egală cu -13,6 eV. Nivelele superioare se numesc nivele excitate, energia acestora crescând până la 0 eV (valoarea nivelului energetic aflat la infinit), ele se calculează folosind modelul lui Bohr. Acesta consideră că nucleul este fix, iar electronul are o traiectorie circulară în jurul acestuia asemănătoare cu planetele ce gravitează în jurul Soarelui (de unde provine denumirea alternativă de model planetar). Forța electromagnetică atrage electronul și protonul unul spre celălalt, în timp ce corpurile cerești se atrag datorită gravitației. Potrivit condiției de cuantificare a momentului cinetic postulat de Bohr, valoarea momentului cinetic al electronului este multiplu întreg al constantei reduse al lui Planck, de unde rezultă că în cadrul atomului, electronului îi sunt permise anumite orbite cu raze bine stabilite. Această relație de cuantificare explică spectrul discret al nivelelor energetice.

O descriere mai exactă a atomului de hidrogen este dată în fizica cuantică unde se calculează densitatea de probabilitate prin norma funcției de undă a electronului în jurul protonului pe baza ecuației lui Schrödinger sau a formulării lui Feynman cu integrală de drum.

Hidrogenul are trei izotopi naturali, ¹H, ²H și ³H. Alții, ce au nucleele foarte instabile ( ⁴H până la ⁷ H), au fost sintetizați în laborator dar nu au fost observați în natură.

este cel mai răspândit izotop al hidrogenului, având o pondere de peste 99,98% în compoziția izotopică naturală al acestui element. Datorită faptului că acesta are în nucleul un singur proton, a fost numit protiu, această denumire fiind însă rar utilizată.

, celălalt izotop stabil al hidrogenului, este cunoscut și sub numele de . Conține în nucleu un proton și un neutron, acest izotop provenind de la Big Bang, continuând să existe până acum datorită stabilității sale. Nu este radioactiv și nu reprezintă o sursă periculoasă de poluare. Apa ce este bogată în dioxid de deuteriu se mai numește și apă grea. Deuteriul și compușii săi sunt utilizați ca etalon în experimente neradioactive și ca solvent în procedeele de spectroscopie RMN. Apa grea este utilizată ca moderator de neutron și ca lichid de răcire pentru reactorii nucleari. Deuteriul este de asemenea folosit drept combustibil pentru fuziune nucleară de larg consum.

se mai numește și (mai rar: trițiu); conține în nucleu un proton și doi neutroni. Este radioactiv, rezultând din izotopul Heliu-3 prin dezintegrarea beta și are un timp de înjumătățire de 12,32 ani. Cantități mici din acest izotop sunt răspândite și în natură, acesta rezultând din interacțiunea razelor cosmice cu gazele atmosferice; tritiul este eliberat și în timpul testelor nucleare. Este folosit și în reacții de fuziune nucleară, și pentru evidențierea și studiul de geochimia izotopilor și în dispozitive autogeneratoare de lumină. Tritiul se mai utilizează și în marcarea radioizotopică, în special în domeniul biologiei, medicinei sau geologiei. Dioxidul de tritiu se mai numește și apă supergrea.

Hidrogenul este singurul element care are nume diferite pentru izotopii săi cei mai răspândiți. Simbolurile D și T (în loc de ²H și ³H) sunt folosite pentru deuteriu și tritiu, dar P este utilizat pentru fosfor, deci nu se poate folosi pentru simbolizarea protiului. IUPAC acceptă atât ambele variante, dar ²H și ³ H sunt preferate.

Emisia spectrală a atomului de hidrogen este caracterizată prin linii spectrale date de formula lui Rydbeg. Studiul liniilor spectrale este important în mecanica cuantică și la studiul prezenței hidrogenului pentru determinarea deplasării spre roșu.

Există doi izomeri de spin ai moleculei de hidrogen care diferă prin spinii relativi ai nucleului. În forma de ortohidrogen, spinii celor doi protoni sunt paraleli și formează un triplet; în forma de parahidrogen, spinii sunt antiparaleli și formează un singlet. La temperatură și presiune standard, hidrogenul gazos conține 25% parahidrogen și 75% ortohidrogen („starea normală" a hidrogenului). Proporțiile în care se găsesc orto și parahidrogenul depind de temperatură, dar forma orto este excitată și are o energie mai mare, deci este instabilă și nu poate fi purificată. La temperaturi foarte joase, starea de echilibru e formată aproape în întregime din parahidrogen. Proprietățile fizice ale parahidrogenului pur diferă puțin de cele ale hidrogenului în stare normală. Diferențele dintre formele orto și para se manifestă și în compușii care conțin hidrogen, cum ar fi apa sau metilenul.

Transformarea între orto și parahidrogen ce are loc fără catalizator se desfășoară mai rapid la temperaturi mari, astfel H ₂ condensat rapid conține o cantitate mare de ortohidrogen care se convertește în parahidrogen foarte încet. Proporția de orto/para în hidrogenul molecular (H ₂) condensat este un factor important în prepararea și stocarea hidrogenului lichid; conversia din orto în parahidrogen este un proces exoterm, prin care se degajă suficientă căldură pentru a evapora hidrogenul lichid, astfel pierzându-se materialului lichefiat. Catalizatorii utilizați la această transformare, cum ar fi oxidul feric, carbonul activat, azbestul platinizat, compuși ai uraniului, metale rare, oxidul de crom, câțiva compuși ai nichelului, sunt utilizați în timpul răcirii hidrogenului.

O formă moleculară numită molecula protonată de hidrogen sau H ₃⁺ este întâlnită în mediul interstelar, fiind produsă prin ionizarea moleculei de hidrogen de către razele cosmice. De asemenea, a fost observată și în straturile superioare ale planetei Jupiter. Această moleculă este relativ stabilă în afara Terrei datorită temperaturii scăzute și a densității ridicate. H ₃⁺ este unul din cei mai răspândiți ioni din Univers, jucând un rol important în chimia mediului interstelar.

În general, hidrogenul este considerat drept un nemetal, însă la temperaturi joase și la presiuni mari unele din proprietățile sale se aseamănă cu cele ale metalelor. Hidrogenul metalic a fost obținut pentru prima oară în 1973 la o presiune de 2,8 Mbar și la 20 K. Aliajul SiH ₄ cu structură metalică a fost obținut în 2008, descoperindu-se că este un foarte bun conductor electric, în conformitate cu predicțiile anterioare ale lui lui N. W. Ashcroft. În acest compus, chiar și la presiuni moderate, hidrogenul are o structură cu o densitate ce corespunde cu cea a hidrogenului metalic.

Compușii covalenți și cei organici

Chiar dacă H ₂ nu este foarte reactiv în condiții obișnuite, el formează compuși cu majoritatea elementelor. Se cunosc milioane de hidrocarburi, dar acestea nu se obțin prin reacția directă dintre elemente (carbon și hidrogen), deși producerea gazului de sinteză în procedeul Fischer-Tropsch poate fi considerată aproape o excepție deoarece procesul folosește carbonul din cărbunele, iar hidrogenul poate fi generat în proces din apă. Hidrogenul poate forma compuși cu elementele mai electronegative decât el, cum ar fi halogenii; în acest tip de compuși, hidrogenul prezintă o sarcină pozitivă parțială. Când se leagă de fluor, oxigen sau azot, hidrogenul participă la formarea unei legături puternice numite legătură de hidrogen, ce este un factor important în stabilitatea multor molecule biologice. Hidrogenul poate forma compuși și cu elementele mai puțin electronegative, cum ar fi metalele sau semimetalele, având o sarcină parțial negativă. Acești compuși sunt cunoscuți sub numele de hidruri. Hidrogenul formează o varietate de compuși cu carbonul. Datorita asocierii în general a acestora cu organismele vii, aceștia sunt numiți compuși organici; cu studierea lor se ocupă chimia organică, iar cu studiul rolului lor în organismele vii - biochimia. În unele definiții „organic" se referă doar la un compus ce conține carbon. Însă majoritatea substanțelor organice prezintă și hidrogen, iar legătura carbon-hidrogen determină multe din particularitățile lor. De aceea, legăturile carbon-hidrogen sunt prezente în unele definiții ale cuvântului „organic". În chimia anorganică hidrurile pot reprezenta catene de legături între doi ioni metalici ai unei combinații complexe. Această funcție se întâlnește la elementele din grupa 13, cu precădere la boruri și compușii complecși ai aluminiului.

Compușii hidrogenului sunt adesea numiți „hidruri", acest termen fiind uneori impropriu utilizat. „Hidrură" definește o substanță în care atomul de H are caracter anionic sau sarcină negativă, deci H −, fiind utilizat pentru compușii hidrogenului cu un element mai electropozitiv. Existența anionului hidrură, sugerată de Gilbert N. Lewis în 1916 pentru elementele din prima grupă și a doua principală, a fost pusă în evidență în 1920 de către Moers prin electroliza topiturii de hidrură de litiu (LiH), când a fost produsă o cantitate stoechiometrică de hidrogen la anod. Pentru hidrurile altor elemente, termenul este ambiguu, luând în considerare electronegativitatea hidrogenului. Excepție face BeH ₂, care este un polimer. În hidrura de litiu și aluminiu, anionul AlH ₄− are centre de hidrură atașate puternic de aluminiu. Chiar dacă hidrogenul poate forma hidruri cu toate elementele din grupele principale, numărul și combinațiile posibile diferă de la o grupă la alta. Hidrura de indiu nu a fost încă identificată, însă există o multitudine de compuși complecși ai săi.

Protoni și acizi

Oxidarea hidrogenului, adică îndepărtarea electronului său, decurge teoretic cu formarea H⁺, ion ce nu conține niciun electron în învelișul electronic și un proton în nucleu. De aceea, H⁺ este adesea numit „proton" și are un rol important în teoria protonică a acizilor. Conform teoriei Bronsted-Lowry, acizii sunt acele substanțe care cedează protoni, iar bazele sunt acceptori de protoni. Protonul H⁺ nu poate exista liber, ci doar în soluții sau în cristale ionice, datorită afinității foarte mari pentru electronii altor elemente. Uneori, termenul de „proton" este utilizat impropriu pentru a se referi la hidrogenul cu sarcină pozitivă sau cationul de hidrogen legat de alte specii moleculare. Pentru a se evita implicarea existența unică a „protonului solvatat" în soluții, se consideră că soluțiile apoase cu caracter acid conțin ionul hidroniu (H ₃O⁺). Totuși, unii cationi solvatați ai hidrogenului sunt mai degrabă organizați în molecule de tipul celei de H ₉O ₄⁺. Alți ioni oxoniu se formează când apa formează soluții cu alți solvenți. Deși nu se întâlnește pe Pământ, ionul H ₃⁺ (cunoscut sub numele de hidrogen molecular protonat sau cationul triatomic de hidrogen) este una dintre cele mai răspândite specii chimice în restul universului.

H ₂ este produs în laboratoarele de chimie și cele de biologie, fiind adesea un produs secundar al unei reacții; în industrie pentru hidrogenarea substanțelor nesaturate; în natură ca metodă de a reduce echivalenții în reacțiile biochimice.

În laborator, H ₂ este de obicei obținut prin reacția metalelor cu acizii în aparatul Kipp.

Aluminiul poate produce H ₂ prin tratarea cu baze:

Electroliza apei este o metodă simplă de a produce hidrogen. Un curent de joasă tensiune trece prin apă, iar oxigenul gazos se formează la anod, în timp ce hidrogenul gazos apare la catod. De obicei la producerea hidrogenului, catodul este confecționat din platină. Dacă se realizează și arderea, oxigenul este preferat pentru combustie, astfel ambii electrozi sunt confecționați din metale inerte. Eficiența maximă (electricitatea utilizată raportată la cantitatea de hidrogen produsă) este de 80% - 94%.

În 2007 s-a descoperit că un aliaj format din aluminiu și galiu în forma granulară în reacție cu apa poate fi folosit pentru a produce hidrogen. Din acest proces mai rezultă de asemenea și alumină, însă galiul scump, ce previne apariția stratului de oxid, poate fi refolosit. Acest lucru are o mare importanță în economia hidrogenului, deoarece acesta poate fi produs la locul de lucru și nu trebuie transportat.

Cea mai importantă (din punct de vedere economic) metodă de obținere a hidrogenului este extragerea acestuia din hidrocarburi. Cea mai mare parte a hidrogenului obținut în mod industrial provine din reformarea vaporilor gazelor naturale. La temperaturi ridicate (700 - 1100 °C; 1300 - 2000 °F), apa în stare de vapori reacționează cu metanul, rezultând monoxid de carbon și H ₂:

Această reacție se realizează ușor la presiune joasă, dar de obicei se realizează la presiuni mari (20 bar), deoarece la aceste presiuni se desfășoară aplicațiile uzuale ale hidrogenul astfel obținut. Amestecul rezultat se numește gaz de sinteză deoarece este utilizat pentru obținerea directă a metanolului și a compușilor săi. Și alte hidrocarburi în afară de metan pot produce gaz de sinteză în diferite proporții. O problemă ce apare în această tehnologie este formarea cocsului sau a carbonului:

Această reacție decurge de obicei cu formarea unui exces de H ₂O. Hidrogenul adițional poate fi recuperat din vapori utilizându-se monoxidul de carbon în reacție cu gazul de apă pe un catalizator de oxid de fier. Procesul este și o metodă de obținere a dioxidului de carbon:

Alte metode importante de obținere a H ₂ sunt oxidarea parțială a hidrocarburilor:

și reacția cărbunelui cu apa:

Uneori, hidrogenul este fabricat și consumat în timpul aceluiași proces, fără a mai fi separat. În procedeul Haber pentru obținerea amoniacului, hidrogenul provine din la gazul natural. Din electroliza saramurii pentru a produce clor se obține și hidrogen ca produs secundar.

Există mai mult de 200 de cicluri termochimice care pot fi folosite pentru descompunerea apei. Sunt studiate unele dintre acestea, cum ar fi ciclul oxidului de fier, ciclul oxid de ceriu (IV)-ceriu (III), ciclul zinc-oxid de zinc, ciclul sulfură-iod, ciclul cupru-clor și ciclul sulfurii hibride, fiind în stadiul de testări pentru a produce hidrogen și oxigen din apă folosind căldura, fără a se utiliza electricitatea. Numeroase laboratoare (inclusiv în Franța, Germania, Grecia, Japonia și Statele Unite ale Americii) dezvoltă metode termochimice de producere a hidrogenului din energie solară și apă.

H ₂ se obține în urma unor metabolisme anaerobe și este produs de anumite microorganisme, de obicei prin cataliza enzimelor ce conțin fier sau nichel. Cu ajutorul acestor enzime, numite hidrogenaze, se obține hidrogen în urma procesului de fotosinteză. Gena introdusă ajută frunza să descompună molecula de apă în elementele componente. Algele folosite sunt plante unicelulare care produc, în mod natural, cantități mici de hidrogen în timp ce își extrag energia necesară din lumina Soarelui. David Tiede, unul dintre inventatorii acestei metode, afirmă că algele produc hidrogen ca să se apere de radicalii liberi rezultați în urma fotosintezei, care altfel le-ar oxida părți vitale ale celulei. Dar, dacă hidrogenaza este stimulată chimic și dacă algele sunt plasate în recipiente de sticlă și expuse luminii solare, ele produc mai mult hidrogen, iar acesta poate fi recoltat, iar apoi îmbuteliat cu ajutorul unei pompe. Profesorul Thomas Rauchfuss, de la Universitatea din Illinois, cel care a propus tipul exact de proteină sintetică necesar procesului, a declarat: „Cultivarea algelor modificate genetic, în care s-a introdus proteina sintetică, s-a dovedit a fi extrem de stabilă. Algele nu degenerează și nu revin la specia anterioară. Procesul are o mulțime de beneficii în comparație cu obținerea altor plante din care se extrag biocombustibili. Algele pot fi crescute în recipiente transparente plasate în deșert sau pe acoperișul caselor. Ele nu au nevoie de teren și nu intră în competiție cu producția de alimente". La unele specii de alge, cum ar fi Chlamydomonas reinhardtii sau cyanobacteria, la întuneric, protonii și electronii sunt reduși pentru a forma H ₂ gazos cu ajutorul hidrogenazei în cloroplast.

Anual se înregistrează un consum mondial de hidrogen de peste 500 miliarde metri cubi normali în diverse scopuri și în diferite domenii. În afara utilizării ca reactant, hidrogenul are multe aplicații în inginerie și fizică. Se utilizează la sudură, iar datorită bunei conductivități termice este folosit ca agent de răcire în generatoare electrice din centralele electrice. are un rol important în cercetările din criogenie, inclusiv în studiile legate de superconductivitate. Molecula de hidrogen, având o densitate de 15 ori mai mică decât cea a aerului, a fost întrebuințată drept gaz portant pentru baloane și dirijabile. De asemenea, este materie primă în diverse tehnologii: de reducere a minereurilor, de fabricare a amoniacului și în procedeele de hidrogenare. Hidrogenul are aplicații și în industria automobilelor, chimică, aerospațială și de telecomunicații.

Izotopii hidrogenului au aplicații specifice. Deuteriul din compoziția apei grele este utilizat în reacțiile de fisiune nucleară ca moderator pentru încetinirea neutronilor. Compușii acestuia se folosesc în cadrul studiilor ce urmăresc efectele reacțiilor izotopice. Tritiul, produs în reactoarele nucleare, se folosește în producerea bombelor cu hidrogen, în marcare izotopică și ca sursa de iradiere pentru vopselele fosforescente.

Hidrogenul poate forma amestecuri explozive cu aerul și reacționează violent cu oxidanții. În cazul inhalării în cantități foarte mari, poate produce asfixierea, pierderea mobilității motrice și a cunoștinței. Scurgerea hidrogenului gazos în atmosferă poate cauza autoaprinderea sa. Flacăra de hidrogen este invizibilă, acest lucru putând produce arsuri accidentale.

Multe proprietăți fizice și chimice ale hidrogenului depind de proporția de orto/parahidrogen. Uneori durează săptămâni pentru a atinge starea de echilibru a acestor alotropi. Valorile critice de temperatură și presiune la care are loc deflagrația hidrogenului depind de forma recipientului.

1. de ^ Hidrogen - Noul purtător de energie Despre rolul hidrogenului în sistemele energetice existente și viitoare în Asociația Germană a Hidrogenului și Pilelor de Combustie (DWBV). Accesat la 6 iunie 2009.

2. ^ „Hydrogen". Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wylie-Interscience. . pp. 797-799. ISBN 0-471-61525-0.

3. ^ Emsley, John (). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 183-191. ISBN 0-19-850341-5.

4. ^ Stwertka, Albert (). A Guide to the Elements. Oxford University Press. pp. 16-21. ISBN 0-19-508083-1.

5. en ^ Crepeau, Bob (). „Niels Bohr: The Atomic Model". Great Scientific Minds. Great Neck Publishing. ISBN 1-4298-0723-7.

6. ^ Information Specific to Liquid Hydrogen, harvard.edu, accesat 12 iunie 2009

7. ^ Carcassi, M. N. (). „Deflagrations of H₂-air and CH₄-air lean mixtures in a vented multi-compartment environment". Energy. 30 (8): 1439-1451. doi:10.1016/j.energy.2004.02.012.

8. ^ Energy is per mole of the combustible material, Hydrogen. 286 kJ/mol

9. en ^ „Jefferson Lab - Hydrogen".

10. en ^ Storrie-Lombardi, Lisa J. (). „Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas". Astrophysical Journal. 543: 552-576. arXiv:astro-ph/0006044  . doi:10.1086/317138+.

11. en ^ Dresselhaus, Mildred; et al. (). „Basic Research Needs for the Hydrogen Economy" (PDF). Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy, Office of Science Laboratory.

12. ^ Miessler, Gary L. (). Inorganic Chemistry (ed. 3rd edition). Prentice Hall. ISBN 0130354716.

13. ^

14. ^ Korsheninnikov; A. A.; et al. (). „Experimental Evidence for the Existence of ⁷H and for a Specific Structure of ⁸He". Physical Review Letters. 90 (8): 082501. doi:10.1103/PhysRevLett.90.082501.

15. en ^ Urey, Harold C. (). „Names for the Hydrogen Isotopes". Science. 78 (2035): 602-603. doi:10.1126/science.78.2035.602. PMID 17797765.

16. en ^ Oda, Y (). „1H NMR studies of deuterated ribonuclease HI selectively labeled with protonated amino acids". Journal of Biomolecular NMR. 2 (2): 137-47. doi:10.1007/BF01875525+. PMID 1330130.

17. en ^ „The Tritium Laboratory". University of Miami. .

18. ^

19. en ^ Staff (). „Hydrogen (H₂) Properties, Uses, Applications: Hydrogen Gas and Liquid Hydrogen". Universal Industrial Gases, Inc.

20. en ^ Tikhonov, Vladimir I. (). „Separation of Water into Its Ortho and Para Isomers". Science. 296 (5577): 2363. doi:10.1126/science.1069513. PMID 12089435.

21. en ^ Hritz, James (). „CH. 6 - Hydrogen" (PDF). NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual, Document GRC-MQSA.001. NASA.

22. en ^ Shinitzky, Meir; Elitzur, Avshalom C. (10 ianuarie). „Ortho-para spin isomers of the protons in the methylene group". Chirality. Rehovot, Israel: Weizmann Institute of Science. 18 (9): 754-756. doi:10.1002/chir.20319. PMID 16856167.

23. en ^ „Ortho-Para conversion. Pag. 13" (PDF).

24. M. I. Eremets, I. A. Trojan, S. A. Medvedev, J. S. Tse, Y. Yao. ^ Superconductivity in Hydrogen Dominant Materials. Silane Science 14 martie 2008 Vol. 319. no. 5869, pp. 1506-1509, rezumat accesat 2009-06-08

25. en ^ „Structure and Nomenclature of Hydrocarbons". Purdue University.

26. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

27. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

28. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

29. ^

30. ^ Hibbs, David E. (). „A remarkably stable indium trihydride complex: synthesis and characterisation of [InH₃{P(C₆H₁₁)₃}]". Chemical Communications: 185-186. doi:10.1039/a809279f.

31. ^ Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991), p167-169

32. Luminița Vlădescu, ^ Echilibre chimice în chimia analitică. Editura: Didactică și Pedagogică - 2004

33. ^ Okumura, Anthony M. (). „Infrared spectra of the solvated hydronium ion: vibrational predissociation spectroscopy of mass-selected H₃O+*(H₂O)n*(H₂)m". Journal of Physical Chemistry. 94 (9): 3416-3427. doi:10.1021/j100372a014.

34. ^ Carrington, Alan (). „The infrared predissociation spectrum of triatomic hydrogen cation (H₃⁺)". Accounts of Chemical Research. 22 (6): 218-222. doi:10.1021/ar00162a004.

35. en ^ Acid-Base Behaviour of the Period 3 Oxides. chemguide.co.uk. accesat la 12 mai 2009.

36. en ^ Kruse, B. (). „Hydrogen Status og Muligheter" (PDF). Bellona.

37. ^ Oxtoby, D. W. (). Principles of Modern Chemistry (ed. 5th edition). Thomson Brooks/Cole. ISBN 0030353734.

38. ^ en [

39. en ^ „Hydrogen Properties, Uses, Applications". Universal Industrial Gases, Inc. .

40. en ^ Lees, Andrew (). „Chemicals from salt". BBC. Arhivat din original la .

41. en ^ „Development of solar-powered thermochemical production of hydrogen from water" (PDF).

42. en ^ Robert Perret. „Development of Solar-Powered Thermochemical Production of Hydrogen from Water, DOE Hydrogen Program, 2007" (PDF).

43. ^ Florin, L., Tsokoglou, A. and Happe, T. (). „A novel type of iron hydrogenase in the green alga Scenedesmus obliquus is linked to the photosynthetic electron transport chain". J. Biol. Chem. 276 (9): 6125-6132. doi:10.1074/jbc.M008470200. PMID 11096090.

44. ^ Alge care produc hidrogen combustibil. ecomagazin.ro. Accesat la 6 iunie 2009.

45. ^ Ulei pentru motoare diesel obținut din alge. Adevărul. Accesat la 6 mai 2009.

46. ^ Kruse, O.; Rupprecht, J.; Bader, K.-P.; Thomas-Hall, S.; Schenk, P. M.; Finazzi, G.; Hankamer, B (2005). „Improved photobiological H2 production in engineered green algal cells". The Journal of Biological Chemistry 280 (40): 34170-7.

47. ^

48. ^ „Atomic Hydrogen Welding". Specialty Welds. .

49. en ^ Hardy, Walter N. (). „From H2 to cryogenic H masers to HiTc superconductors: An unlikely but rewarding path". Physica C: Superconductivity. Vancouver, Canada: University of British Columbia. 388-389: 1-6. doi:10.1016/S0921-4534(02)02591-1.

50. en ^ Block, Matthias. „Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection". 16th WCNDT 2004. Montreal, Canada: Sensistor Technologies.

51. ^ en

52. ^

53. ^

54. ^ en Smith, H. O. (). „Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems" (PDF). NASA.

55. en ^ „Hydrogen Safety". Humboldt State University.

I. G. Deac, Elemente de criogenie, Editura Napoca Star, 2010, p14

Raluca Ripan, I. Ceteanu, Manual de lucrări practice de chimie anorganică - vol I Metaloizi, Editura de stat didactică și pedagogică, București, 1961

# data[].attributes.attachment_link.description
Hidrogen Luminescență purpurie în stare plasmatică Liniile spectrale ale hidrogenului Informații generale Nume, Simbol, Număr Hidrogen, H, 1 Grupă, Perioadă, Bloc 1, 1, s Proprietăți atomice Configurație electronică 1s 1 Electroni pe nivelul de energie 1 Proprietăți fizice Punct de topire -259,1 °C ; 14,025 K Punct de fierbere -252,9 °C ; 20,268 K Volum molar 22,42×10-3 m³/kmol Viteza sunetului 1270 m/s la 20 °C Informații diverse Electronegativitate (Pauling) 2,2 Cei mai stabili izotopi Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Hidrogen

Luminescență purpurie în stare plasmatică

Liniile spectrale ale hidrogenului

Informații generale

Nume, Simbol, Număr

Hidrogen, H, 1

Grupă, Perioadă, Bloc

1, 1, s

Proprietăți atomice

Configurație electronică

1s ¹

Electroni pe nivelul de energie

1

Proprietăți fizice

Punct de topire

-259,1 °C ; 14,025 K

Punct de fierbere

-252,9 °C ; 20,268 K

Volum molar

22,42×10⁻³ m³/kmol

Viteza sunetului

1270 m/s la 20 °C

Informații diverse

Electronegativitate (Pauling)

2,2

Cei mai stabili izotopi

Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

Hidrogenul este elementul chimic în tabelul periodic al elementelor cu simbolul H și numărul atomic 1. Este un gaz ușor inflamabil, incolor, insipid, inodor, iar în natură se întâlnește mai ales sub formă de moleculă diatomică, H ₂. Având masa atomică egală cu 1,00794 u.a.m., hidrogenul este cel mai ușor element chimic. Etimologic, cuvântul hidrogen este o combinație a două cuvinte grecești, având semnificația de „a produce apă".

Hidrogenul elementar este principala componentă a Universului, având o pondere de 75% din masa acestuia. În starea de plasmă, se găsește ca element majoritar în alcătuirea stelelor. Hidrogenul elementar este foarte puțin răspândit pe Pământ.

Pentru necesități industriale există diferite procedee de producere, puse la punct din punct de vedere tehnologic sau aflate în fază de laborator. Hidrogenul poate fi obținut prin electroliza apei, procesul necesitând costuri mai mari decât cel de producere prin procesarea gazelor naturale.

Cel mai răspândit izotop al hidrogenului este protiul, care este alcătuit dintr-un singur proton în nucleu și un electron în învelișul electronic. În compușii ionici poate avea sarcină negativă ( anion cunoscut sub numele de hidrură, H⁻) sau sarcină pozitivă H⁺ ( hidron). Hidrogenul formează compuși chimici cu majoritatea elementelor din sistemul periodic și este prezent în apă și în mulți dintre compușii organici. Are un rol important în reacțiile acido-bazice, acestea bazându-se pe schimbul de protoni între molecule. Fiind singurul atom pentru care soluția analitică a ecuației lui Schrödinger este pe deplin cunoscută, prezintă un rol major în fundamentarea teoriei mecanicii cuantice.

Hidrogenul este un gaz puternic reactiv și își găsește aplicații datorită capacității sale chimice de reducător. Hidrogenul se folosește în industria petrochimică la producerea benzinelor, în industria chimico-alimentară pentru hidrogenarea grăsimilor (de exemplu producerea margarinei), în prelucrările mecanice ale metalelor și în tratamentul termic al acestora.

Hidrogenul a fost testat pentru folosirea alternativă în vehiculele echipate cu motoare cu ardere internă. Avantajul său principal constă în faptul că este ecologic, din arderea sa rezultând vapori de apă. Dezavantajele constau în pericolul mare de explozie, dificultatea stocării în vehicule și lipsa unei infrastructuri de stații de alimentare cu hidrogen. Poate fi folosit pentru producerea directă a electricității, prin intermediul pilelor de combustie.

In anul 2019 a fost descoperit primul compus format în univers la cca 300.000 ani după Big Bang, ionul hidrură de heliu (HeH+) (în engleză „helium hydride ion"). Este o combinație între un atom de heliu și un proton (atom de hidrogen fără electroni). Descoperirea s-a făcut ajutorul observatorului astronomic SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, plasat în stratosferă, o cooperare germano-americană) în nebuloasa planetară NGC 7027.

Descoperire

Hidrogenul a fost descoperit de către chimistul și fizicianul englez Henry Cavendish în 1766, în urma unui experiment în care studia reacțiile dintre mercur și un acid. La amestecarea celor două substanțe, observa apariția unor mici bule de gaz în amestec. Acest aspect l-a determinat să efectueze o cercetare suplimentară, numind substanța necunoscută „aer inflamabil". În 1781 a descoperit că acest element produce apă atunci când arde. O analiză mai detaliată a fost făcută de către Antoine Lavoisier, care descoperă gazul independent de Cavendish în urma unui experiment ce urmărea determinarea masei pierdute sau create în urma unei reacții chimice. Cercetătorul a încălzit apa într-un recipient închis, vaporii formați condensându-i într-un alt recipient. Cantitatea pierdută a fost atribuită degajării unui gaz (H ₂). Chimistul francez a observat că „aerul inflamabil" al lui Cavendish în combinație cu oxigenul formează picături de apă, conform lui Joseph Priestley. Lavoisier a numit gazul „hidrogen", nomeclatura fiind de origine greacă ( ὕδωρ, hydro înseamnă apă, iar γίγνομαι, gignomai înseamnă a naște, a crea).

Rolul în teoria cuantică

Datorită structurii atomice relativ simple, constituit dintr-un proton și un electron, atomul de hidrogen împreună cu spectrul luminii emise de el, au reprezentat un domeniu central al dezvoltării teoriei structurii atomice. În plus, simplitatea moleculei de H ₂ și a cationului H⁺ au condus la înțelegerea completă a naturii legăturii chimice ce a urmat imediat după dezvoltarea studiului atomului de hidrogen în mecanica cuantică (mijlocul anilor 1920).

Maxwell a observat că la H 2, sub temperatura mediului ambiant, valoarea căldurii molare se abate inexplicabil de la aceea a unui gaz diatomic, iar la temperaturi criogenice se apropie din ce în ce mai mult de cea a unui gaz monoatomic. Conform teoriei cuantice, această comportare rezultă din distribuția spațială ale nivelelor de energie de rotație, care la H ₂ sunt foarte îndepărtate, datorită masei sale mici. Aceste nivele îndepărtate împiedică la temperaturi mici partiția egală (între cei doi atomi ai moleculei) a energiei termice în energie de rotație. Compușii diatomici gazoși formați din atomi mai grei nu au diferențe mari între nivelele energetice de rotație și nu prezintă același efect.

Hidrogenul este elementul cu cea mai mică densitate. În formă moleculară (H ₂) este de aproximativ 14,4 ori mai ușor decât aerul. La presiune normală punctul său de topire este de 14,02 K, iar cel de fierbere este de 20,27 K. Punctul său triplu este la 13,81 K, și 7,042 kPa, iar cel critic la 33,2 K și 1,29 MPa. Solubilitatea în apă este de 1,6 mg/l. Unele proprietăți termodinamice (legate de fenomenele de transport) sunt datorate masei moleculare mici și vitezei termice a unei molecule de 1770 m/s la 25 °C. La temperatura camerei, hidrogenul difuzează cel mai rapid, are cea mai înaltă conductivitate termică și cea mai mare efuziune dintre toate gazele. O vâscozitate mai mică au doar trei gaze poliatomice, unul dintre ele fiind n-butan.

Mobilitatea hidrogenului într-o masă solidă este, de asemenea, foarte mare. Astfel, acesta difuzează prin diverse materiale, cum ar fi polietilena și cuarțul. Un important fenomen este acela de difuzie în fier, platină și în alte metale tranziționale. Aceste proprietăți conduc la utilizări tehnice numeroase, dar de asemenea, și la dificultăți legate de transportul, depozitarea și de prelucrare a amestecurilor de hidrogen.

Hidrogenul gazos (în stare de moleculă diatomică) este extrem de inflamabil și la presiune atmosferică se aprinde în aer la concentrații volumetrice cuprinse între 4% și 75%, iar în contact cu oxigenul pur între 4,65% și 93,9%. Limitele între care apare detonația sunt între 18,2% și 58,9% în aer, respectiv între 15% și 90% în oxigen. Variația entalpiei în urma combustiei ( puterea calorifică, căldura de ardere) este de −286 kJ/mol:

[23]

Amestecul dintre oxigen și hidrogen în diferite proporții este exploziv. Hidrogenul se autoaprinde și explodează în contact cu aerul în intervalul de concentrații cuprins între 4% și 75%, temperatura de autoaprindere fiind de 560 °C. Flacăra unui amestec pur hidrogen-oxigen emite radiații ultraviolete invizibile cu ochiul liber.

H ₂ reacționează cu toate elementele oxidante. Acesta poate reacționa spontan și violent la temperatura camerei cu clorul și fluorul, formând HCl și HF.

Hidrogenul este cel mai răspândit element în univers, reprezentând mai mult de 75% în masă și mai mult de 90% după numărul de atomi. Se găsește în cantități mari în compoziția stelelor și a planetelor gigantice gazoase. Norii moleculari de H ₂ sunt asociați cu formarea stelelor. Hidrogenul joacă un rol-cheie și în exploziile stelare datorate reacțiilor de fuziune nucleară dintre protoni.

În Univers, hidrogenul este întâlnit mai ales sub forma de atom și în stare de plasmă. Proprietățile acestora sunt diferite față de cele ale moleculei de hidrogen. Electronul și protonul de hidrogen nu formează legături în starea de plasmă, din cauza conductivității electrice diferite și a unei emisii radiative mari (originea luminii emise de Soare și alte stele). Particulele încărcate cu sarcini electrice sunt puternic influențate de câmpurile magnetice și electrice. De exemplu, în vânturile solare particulele interacționează cu magnetosfera terestră, generând curenți Birkeland și produc fenomenul cunoscut sub denumirea de auroră boreală. Hidrogenul se găsește în stare atomică neutră în mediul interstelar, iar cea mai mare cantitate este întâlnită la sistemele Lyman-alpha.

În condiții normale, hidrogenul există pe Pământ sub formă de moleculă diatomică, H ₂, însă nu este foarte răspândit în atmosfera terestră (în concentrație medie de 1 ppm de volum) din cauza masei mici, astfel forța gravitațională a planetei are un efect foarte slab asupra sa. Totuși, hidrogenul (prin compușii săi) este cel mai răspândit element de la suprafața Terrei. Cei mai întâlniți compuși chimici ai săi sunt hidrocarburile și apa. Hidrogenul gazos este produs de anumite specii de bacterii și alge, acesta fiind componentul principal al flatulenței. Metanul este o importantă sursă de hidrogen.

Atomul de hidrogen

Nivelul energetic fundamental al electronului în atomul de hidrogen are energia egală cu -13,6 eV. Nivelele superioare se numesc nivele excitate, energia acestora crescând până la 0 eV (valoarea nivelului energetic aflat la infinit), ele se calculează folosind modelul lui Bohr. Acesta consideră că nucleul este fix, iar electronul are o traiectorie circulară în jurul acestuia asemănătoare cu planetele ce gravitează în jurul Soarelui (de unde provine denumirea alternativă de model planetar). Forța electromagnetică atrage electronul și protonul unul spre celălalt, în timp ce corpurile cerești se atrag datorită gravitației. Potrivit condiției de cuantificare a momentului cinetic postulat de Bohr, valoarea momentului cinetic al electronului este multiplu întreg al constantei reduse al lui Planck, de unde rezultă că în cadrul atomului, electronului îi sunt permise anumite orbite cu raze bine stabilite. Această relație de cuantificare explică spectrul discret al nivelelor energetice.

O descriere mai exactă a atomului de hidrogen este dată în fizica cuantică unde se calculează densitatea de probabilitate prin norma funcției de undă a electronului în jurul protonului pe baza ecuației lui Schrödinger sau a formulării lui Feynman cu integrală de drum.

Hidrogenul are trei izotopi naturali, ¹H, ²H și ³H. Alții, ce au nucleele foarte instabile ( ⁴H până la ⁷ H), au fost sintetizați în laborator dar nu au fost observați în natură.

este cel mai răspândit izotop al hidrogenului, având o pondere de peste 99,98% în compoziția izotopică naturală al acestui element. Datorită faptului că acesta are în nucleul un singur proton, a fost numit protiu, această denumire fiind însă rar utilizată.

, celălalt izotop stabil al hidrogenului, este cunoscut și sub numele de . Conține în nucleu un proton și un neutron, acest izotop provenind de la Big Bang, continuând să existe până acum datorită stabilității sale. Nu este radioactiv și nu reprezintă o sursă periculoasă de poluare. Apa ce este bogată în dioxid de deuteriu se mai numește și apă grea. Deuteriul și compușii săi sunt utilizați ca etalon în experimente neradioactive și ca solvent în procedeele de spectroscopie RMN. Apa grea este utilizată ca moderator de neutron și ca lichid de răcire pentru reactorii nucleari. Deuteriul este de asemenea folosit drept combustibil pentru fuziune nucleară de larg consum.

se mai numește și (mai rar: trițiu); conține în nucleu un proton și doi neutroni. Este radioactiv, rezultând din izotopul Heliu-3 prin dezintegrarea beta și are un timp de înjumătățire de 12,32 ani. Cantități mici din acest izotop sunt răspândite și în natură, acesta rezultând din interacțiunea razelor cosmice cu gazele atmosferice; tritiul este eliberat și în timpul testelor nucleare. Este folosit și în reacții de fuziune nucleară, și pentru evidențierea și studiul de geochimia izotopilor și în dispozitive autogeneratoare de lumină. Tritiul se mai utilizează și în marcarea radioizotopică, în special în domeniul biologiei, medicinei sau geologiei. Dioxidul de tritiu se mai numește și apă supergrea.

Hidrogenul este singurul element care are nume diferite pentru izotopii săi cei mai răspândiți. Simbolurile D și T (în loc de ²H și ³H) sunt folosite pentru deuteriu și tritiu, dar P este utilizat pentru fosfor, deci nu se poate folosi pentru simbolizarea protiului. IUPAC acceptă atât ambele variante, dar ²H și ³ H sunt preferate.

Emisia spectrală a atomului de hidrogen este caracterizată prin linii spectrale date de formula lui Rydbeg. Studiul liniilor spectrale este important în mecanica cuantică și la studiul prezenței hidrogenului pentru determinarea deplasării spre roșu.

Există doi izomeri de spin ai moleculei de hidrogen care diferă prin spinii relativi ai nucleului. În forma de ortohidrogen, spinii celor doi protoni sunt paraleli și formează un triplet; în forma de parahidrogen, spinii sunt antiparaleli și formează un singlet. La temperatură și presiune standard, hidrogenul gazos conține 25% parahidrogen și 75% ortohidrogen („starea normală" a hidrogenului). Proporțiile în care se găsesc orto și parahidrogenul depind de temperatură, dar forma orto este excitată și are o energie mai mare, deci este instabilă și nu poate fi purificată. La temperaturi foarte joase, starea de echilibru e formată aproape în întregime din parahidrogen. Proprietățile fizice ale parahidrogenului pur diferă puțin de cele ale hidrogenului în stare normală. Diferențele dintre formele orto și para se manifestă și în compușii care conțin hidrogen, cum ar fi apa sau metilenul.

Transformarea între orto și parahidrogen ce are loc fără catalizator se desfășoară mai rapid la temperaturi mari, astfel H ₂ condensat rapid conține o cantitate mare de ortohidrogen care se convertește în parahidrogen foarte încet. Proporția de orto/para în hidrogenul molecular (H ₂) condensat este un factor important în prepararea și stocarea hidrogenului lichid; conversia din orto în parahidrogen este un proces exoterm, prin care se degajă suficientă căldură pentru a evapora hidrogenul lichid, astfel pierzându-se materialului lichefiat. Catalizatorii utilizați la această transformare, cum ar fi oxidul feric, carbonul activat, azbestul platinizat, compuși ai uraniului, metale rare, oxidul de crom, câțiva compuși ai nichelului, sunt utilizați în timpul răcirii hidrogenului.

O formă moleculară numită molecula protonată de hidrogen sau H ₃⁺ este întâlnită în mediul interstelar, fiind produsă prin ionizarea moleculei de hidrogen de către razele cosmice. De asemenea, a fost observată și în straturile superioare ale planetei Jupiter. Această moleculă este relativ stabilă în afara Terrei datorită temperaturii scăzute și a densității ridicate. H ₃⁺ este unul din cei mai răspândiți ioni din Univers, jucând un rol important în chimia mediului interstelar.

În general, hidrogenul este considerat drept un nemetal, însă la temperaturi joase și la presiuni mari unele din proprietățile sale se aseamănă cu cele ale metalelor. Hidrogenul metalic a fost obținut pentru prima oară în 1973 la o presiune de 2,8 Mbar și la 20 K. Aliajul SiH ₄ cu structură metalică a fost obținut în 2008, descoperindu-se că este un foarte bun conductor electric, în conformitate cu predicțiile anterioare ale lui lui N. W. Ashcroft. În acest compus, chiar și la presiuni moderate, hidrogenul are o structură cu o densitate ce corespunde cu cea a hidrogenului metalic.

Compușii covalenți și cei organici

Chiar dacă H ₂ nu este foarte reactiv în condiții obișnuite, el formează compuși cu majoritatea elementelor. Se cunosc milioane de hidrocarburi, dar acestea nu se obțin prin reacția directă dintre elemente (carbon și hidrogen), deși producerea gazului de sinteză în procedeul Fischer-Tropsch poate fi considerată aproape o excepție deoarece procesul folosește carbonul din cărbunele, iar hidrogenul poate fi generat în proces din apă. Hidrogenul poate forma compuși cu elementele mai electronegative decât el, cum ar fi halogenii; în acest tip de compuși, hidrogenul prezintă o sarcină pozitivă parțială. Când se leagă de fluor, oxigen sau azot, hidrogenul participă la formarea unei legături puternice numite legătură de hidrogen, ce este un factor important în stabilitatea multor molecule biologice. Hidrogenul poate forma compuși și cu elementele mai puțin electronegative, cum ar fi metalele sau semimetalele, având o sarcină parțial negativă. Acești compuși sunt cunoscuți sub numele de hidruri. Hidrogenul formează o varietate de compuși cu carbonul. Datorita asocierii în general a acestora cu organismele vii, aceștia sunt numiți compuși organici; cu studierea lor se ocupă chimia organică, iar cu studiul rolului lor în organismele vii - biochimia. În unele definiții „organic" se referă doar la un compus ce conține carbon. Însă majoritatea substanțelor organice prezintă și hidrogen, iar legătura carbon-hidrogen determină multe din particularitățile lor. De aceea, legăturile carbon-hidrogen sunt prezente în unele definiții ale cuvântului „organic". În chimia anorganică hidrurile pot reprezenta catene de legături între doi ioni metalici ai unei combinații complexe. Această funcție se întâlnește la elementele din grupa 13, cu precădere la boruri și compușii complecși ai aluminiului.

Compușii hidrogenului sunt adesea numiți „hidruri", acest termen fiind uneori impropriu utilizat. „Hidrură" definește o substanță în care atomul de H are caracter anionic sau sarcină negativă, deci H −, fiind utilizat pentru compușii hidrogenului cu un element mai electropozitiv. Existența anionului hidrură, sugerată de Gilbert N. Lewis în 1916 pentru elementele din prima grupă și a doua principală, a fost pusă în evidență în 1920 de către Moers prin electroliza topiturii de hidrură de litiu (LiH), când a fost produsă o cantitate stoechiometrică de hidrogen la anod. Pentru hidrurile altor elemente, termenul este ambiguu, luând în considerare electronegativitatea hidrogenului. Excepție face BeH ₂, care este un polimer. În hidrura de litiu și aluminiu, anionul AlH ₄− are centre de hidrură atașate puternic de aluminiu. Chiar dacă hidrogenul poate forma hidruri cu toate elementele din grupele principale, numărul și combinațiile posibile diferă de la o grupă la alta. Hidrura de indiu nu a fost încă identificată, însă există o multitudine de compuși complecși ai săi.

Protoni și acizi

Oxidarea hidrogenului, adică îndepărtarea electronului său, decurge teoretic cu formarea H⁺, ion ce nu conține niciun electron în învelișul electronic și un proton în nucleu. De aceea, H⁺ este adesea numit „proton" și are un rol important în teoria protonică a acizilor. Conform teoriei Bronsted-Lowry, acizii sunt acele substanțe care cedează protoni, iar bazele sunt acceptori de protoni. Protonul H⁺ nu poate exista liber, ci doar în soluții sau în cristale ionice, datorită afinității foarte mari pentru electronii altor elemente. Uneori, termenul de „proton" este utilizat impropriu pentru a se referi la hidrogenul cu sarcină pozitivă sau cationul de hidrogen legat de alte specii moleculare. Pentru a se evita implicarea existența unică a „protonului solvatat" în soluții, se consideră că soluțiile apoase cu caracter acid conțin ionul hidroniu (H ₃O⁺). Totuși, unii cationi solvatați ai hidrogenului sunt mai degrabă organizați în molecule de tipul celei de H ₉O ₄⁺. Alți ioni oxoniu se formează când apa formează soluții cu alți solvenți. Deși nu se întâlnește pe Pământ, ionul H ₃⁺ (cunoscut sub numele de hidrogen molecular protonat sau cationul triatomic de hidrogen) este una dintre cele mai răspândite specii chimice în restul universului.

H ₂ este produs în laboratoarele de chimie și cele de biologie, fiind adesea un produs secundar al unei reacții; în industrie pentru hidrogenarea substanțelor nesaturate; în natură ca metodă de a reduce echivalenții în reacțiile biochimice.

În laborator, H ₂ este de obicei obținut prin reacția metalelor cu acizii în aparatul Kipp.

Aluminiul poate produce H ₂ prin tratarea cu baze:

Electroliza apei este o metodă simplă de a produce hidrogen. Un curent de joasă tensiune trece prin apă, iar oxigenul gazos se formează la anod, în timp ce hidrogenul gazos apare la catod. De obicei la producerea hidrogenului, catodul este confecționat din platină. Dacă se realizează și arderea, oxigenul este preferat pentru combustie, astfel ambii electrozi sunt confecționați din metale inerte. Eficiența maximă (electricitatea utilizată raportată la cantitatea de hidrogen produsă) este de 80% - 94%.

În 2007 s-a descoperit că un aliaj format din aluminiu și galiu în forma granulară în reacție cu apa poate fi folosit pentru a produce hidrogen. Din acest proces mai rezultă de asemenea și alumină, însă galiul scump, ce previne apariția stratului de oxid, poate fi refolosit. Acest lucru are o mare importanță în economia hidrogenului, deoarece acesta poate fi produs la locul de lucru și nu trebuie transportat.

Cea mai importantă (din punct de vedere economic) metodă de obținere a hidrogenului este extragerea acestuia din hidrocarburi. Cea mai mare parte a hidrogenului obținut în mod industrial provine din reformarea vaporilor gazelor naturale. La temperaturi ridicate (700 - 1100 °C; 1300 - 2000 °F), apa în stare de vapori reacționează cu metanul, rezultând monoxid de carbon și H ₂:

Această reacție se realizează ușor la presiune joasă, dar de obicei se realizează la presiuni mari (20 bar), deoarece la aceste presiuni se desfășoară aplicațiile uzuale ale hidrogenul astfel obținut. Amestecul rezultat se numește gaz de sinteză deoarece este utilizat pentru obținerea directă a metanolului și a compușilor săi. Și alte hidrocarburi în afară de metan pot produce gaz de sinteză în diferite proporții. O problemă ce apare în această tehnologie este formarea cocsului sau a carbonului:

Această reacție decurge de obicei cu formarea unui exces de H ₂O. Hidrogenul adițional poate fi recuperat din vapori utilizându-se monoxidul de carbon în reacție cu gazul de apă pe un catalizator de oxid de fier. Procesul este și o metodă de obținere a dioxidului de carbon:

Alte metode importante de obținere a H ₂ sunt oxidarea parțială a hidrocarburilor:

și reacția cărbunelui cu apa:

Uneori, hidrogenul este fabricat și consumat în timpul aceluiași proces, fără a mai fi separat. În procedeul Haber pentru obținerea amoniacului, hidrogenul provine din la gazul natural. Din electroliza saramurii pentru a produce clor se obține și hidrogen ca produs secundar.

Există mai mult de 200 de cicluri termochimice care pot fi folosite pentru descompunerea apei. Sunt studiate unele dintre acestea, cum ar fi ciclul oxidului de fier, ciclul oxid de ceriu (IV)-ceriu (III), ciclul zinc-oxid de zinc, ciclul sulfură-iod, ciclul cupru-clor și ciclul sulfurii hibride, fiind în stadiul de testări pentru a produce hidrogen și oxigen din apă folosind căldura, fără a se utiliza electricitatea. Numeroase laboratoare (inclusiv în Franța, Germania, Grecia, Japonia și Statele Unite ale Americii) dezvoltă metode termochimice de producere a hidrogenului din energie solară și apă.

H ₂ se obține în urma unor metabolisme anaerobe și este produs de anumite microorganisme, de obicei prin cataliza enzimelor ce conțin fier sau nichel. Cu ajutorul acestor enzime, numite hidrogenaze, se obține hidrogen în urma procesului de fotosinteză. Gena introdusă ajută frunza să descompună molecula de apă în elementele componente. Algele folosite sunt plante unicelulare care produc, în mod natural, cantități mici de hidrogen în timp ce își extrag energia necesară din lumina Soarelui. David Tiede, unul dintre inventatorii acestei metode, afirmă că algele produc hidrogen ca să se apere de radicalii liberi rezultați în urma fotosintezei, care altfel le-ar oxida părți vitale ale celulei. Dar, dacă hidrogenaza este stimulată chimic și dacă algele sunt plasate în recipiente de sticlă și expuse luminii solare, ele produc mai mult hidrogen, iar acesta poate fi recoltat, iar apoi îmbuteliat cu ajutorul unei pompe. Profesorul Thomas Rauchfuss, de la Universitatea din Illinois, cel care a propus tipul exact de proteină sintetică necesar procesului, a declarat: „Cultivarea algelor modificate genetic, în care s-a introdus proteina sintetică, s-a dovedit a fi extrem de stabilă. Algele nu degenerează și nu revin la specia anterioară. Procesul are o mulțime de beneficii în comparație cu obținerea altor plante din care se extrag biocombustibili. Algele pot fi crescute în recipiente transparente plasate în deșert sau pe acoperișul caselor. Ele nu au nevoie de teren și nu intră în competiție cu producția de alimente". La unele specii de alge, cum ar fi Chlamydomonas reinhardtii sau cyanobacteria, la întuneric, protonii și electronii sunt reduși pentru a forma H ₂ gazos cu ajutorul hidrogenazei în cloroplast.

Anual se înregistrează un consum mondial de hidrogen de peste 500 miliarde metri cubi normali în diverse scopuri și în diferite domenii. În afara utilizării ca reactant, hidrogenul are multe aplicații în inginerie și fizică. Se utilizează la sudură, iar datorită bunei conductivități termice este folosit ca agent de răcire în generatoare electrice din centralele electrice. are un rol important în cercetările din criogenie, inclusiv în studiile legate de superconductivitate. Molecula de hidrogen, având o densitate de 15 ori mai mică decât cea a aerului, a fost întrebuințată drept gaz portant pentru baloane și dirijabile. De asemenea, este materie primă în diverse tehnologii: de reducere a minereurilor, de fabricare a amoniacului și în procedeele de hidrogenare. Hidrogenul are aplicații și în industria automobilelor, chimică, aerospațială și de telecomunicații.

Izotopii hidrogenului au aplicații specifice. Deuteriul din compoziția apei grele este utilizat în reacțiile de fisiune nucleară ca moderator pentru încetinirea neutronilor. Compușii acestuia se folosesc în cadrul studiilor ce urmăresc efectele reacțiilor izotopice. Tritiul, produs în reactoarele nucleare, se folosește în producerea bombelor cu hidrogen, în marcare izotopică și ca sursa de iradiere pentru vopselele fosforescente.

Hidrogenul poate forma amestecuri explozive cu aerul și reacționează violent cu oxidanții. În cazul inhalării în cantități foarte mari, poate produce asfixierea, pierderea mobilității motrice și a cunoștinței. Scurgerea hidrogenului gazos în atmosferă poate cauza autoaprinderea sa. Flacăra de hidrogen este invizibilă, acest lucru putând produce arsuri accidentale.

Multe proprietăți fizice și chimice ale hidrogenului depind de proporția de orto/parahidrogen. Uneori durează săptămâni pentru a atinge starea de echilibru a acestor alotropi. Valorile critice de temperatură și presiune la care are loc deflagrația hidrogenului depind de forma recipientului.

1. de ^ Hidrogen - Noul purtător de energie Despre rolul hidrogenului în sistemele energetice existente și viitoare în Asociația Germană a Hidrogenului și Pilelor de Combustie (DWBV). Accesat la 6 iunie 2009.

2. ^ „Hydrogen". Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wylie-Interscience. . pp. 797-799. ISBN 0-471-61525-0.

3. ^ Emsley, John (). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 183-191. ISBN 0-19-850341-5.

4. ^ Stwertka, Albert (). A Guide to the Elements. Oxford University Press. pp. 16-21. ISBN 0-19-508083-1.

5. en ^ Crepeau, Bob (). „Niels Bohr: The Atomic Model". Great Scientific Minds. Great Neck Publishing. ISBN 1-4298-0723-7.

6. ^ Information Specific to Liquid Hydrogen, harvard.edu, accesat 12 iunie 2009

7. ^ Carcassi, M. N. (). „Deflagrations of H₂-air and CH₄-air lean mixtures in a vented multi-compartment environment". Energy. 30 (8): 1439-1451. doi:10.1016/j.energy.2004.02.012.

8. ^ Energy is per mole of the combustible material, Hydrogen. 286 kJ/mol

9. en ^ „Jefferson Lab - Hydrogen".

10. en ^ Storrie-Lombardi, Lisa J. (). „Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas". Astrophysical Journal. 543: 552-576. arXiv:astro-ph/0006044  . doi:10.1086/317138+.

11. en ^ Dresselhaus, Mildred; et al. (). „Basic Research Needs for the Hydrogen Economy" (PDF). Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy, Office of Science Laboratory.

12. ^ Miessler, Gary L. (). Inorganic Chemistry (ed. 3rd edition). Prentice Hall. ISBN 0130354716.

13. ^

14. ^ Korsheninnikov; A. A.; et al. (). „Experimental Evidence for the Existence of ⁷H and for a Specific Structure of ⁸He". Physical Review Letters. 90 (8): 082501. doi:10.1103/PhysRevLett.90.082501.

15. en ^ Urey, Harold C. (). „Names for the Hydrogen Isotopes". Science. 78 (2035): 602-603. doi:10.1126/science.78.2035.602. PMID 17797765.

16. en ^ Oda, Y (). „1H NMR studies of deuterated ribonuclease HI selectively labeled with protonated amino acids". Journal of Biomolecular NMR. 2 (2): 137-47. doi:10.1007/BF01875525+. PMID 1330130.

17. en ^ „The Tritium Laboratory". University of Miami. .

18. ^

19. en ^ Staff (). „Hydrogen (H₂) Properties, Uses, Applications: Hydrogen Gas and Liquid Hydrogen". Universal Industrial Gases, Inc.

20. en ^ Tikhonov, Vladimir I. (). „Separation of Water into Its Ortho and Para Isomers". Science. 296 (5577): 2363. doi:10.1126/science.1069513. PMID 12089435.

21. en ^ Hritz, James (). „CH. 6 - Hydrogen" (PDF). NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual, Document GRC-MQSA.001. NASA.

22. en ^ Shinitzky, Meir; Elitzur, Avshalom C. (10 ianuarie). „Ortho-para spin isomers of the protons in the methylene group". Chirality. Rehovot, Israel: Weizmann Institute of Science. 18 (9): 754-756. doi:10.1002/chir.20319. PMID 16856167.

23. en ^ „Ortho-Para conversion. Pag. 13" (PDF).

24. M. I. Eremets, I. A. Trojan, S. A. Medvedev, J. S. Tse, Y. Yao. ^ Superconductivity in Hydrogen Dominant Materials. Silane Science 14 martie 2008 Vol. 319. no. 5869, pp. 1506-1509, rezumat accesat 2009-06-08

25. en ^ „Structure and Nomenclature of Hydrocarbons". Purdue University.

26. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

27. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

28. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

29. ^

30. ^ Hibbs, David E. (). „A remarkably stable indium trihydride complex: synthesis and characterisation of [InH₃{P(C₆H₁₁)₃}]". Chemical Communications: 185-186. doi:10.1039/a809279f.

31. ^ Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991), p167-169

32. Luminița Vlădescu, ^ Echilibre chimice în chimia analitică. Editura: Didactică și Pedagogică - 2004

33. ^ Okumura, Anthony M. (). „Infrared spectra of the solvated hydronium ion: vibrational predissociation spectroscopy of mass-selected H₃O+*(H₂O)n*(H₂)m". Journal of Physical Chemistry. 94 (9): 3416-3427. doi:10.1021/j100372a014.

34. ^ Carrington, Alan (). „The infrared predissociation spectrum of triatomic hydrogen cation (H₃⁺)". Accounts of Chemical Research. 22 (6): 218-222. doi:10.1021/ar00162a004.

35. en ^ Acid-Base Behaviour of the Period 3 Oxides. chemguide.co.uk. accesat la 12 mai 2009.

36. en ^ Kruse, B. (). „Hydrogen Status og Muligheter" (PDF). Bellona.

37. ^ Oxtoby, D. W. (). Principles of Modern Chemistry (ed. 5th edition). Thomson Brooks/Cole. ISBN 0030353734.

38. ^ en [

39. en ^ „Hydrogen Properties, Uses, Applications". Universal Industrial Gases, Inc. .

40. en ^ Lees, Andrew (). „Chemicals from salt". BBC. Arhivat din original la .

41. en ^ „Development of solar-powered thermochemical production of hydrogen from water" (PDF).

42. en ^ Robert Perret. „Development of Solar-Powered Thermochemical Production of Hydrogen from Water, DOE Hydrogen Program, 2007" (PDF).

43. ^ Florin, L., Tsokoglou, A. and Happe, T. (). „A novel type of iron hydrogenase in the green alga Scenedesmus obliquus is linked to the photosynthetic electron transport chain". J. Biol. Chem. 276 (9): 6125-6132. doi:10.1074/jbc.M008470200. PMID 11096090.

44. ^ Alge care produc hidrogen combustibil. ecomagazin.ro. Accesat la 6 iunie 2009.

45. ^ Ulei pentru motoare diesel obținut din alge. Adevărul. Accesat la 6 mai 2009.

46. ^ Kruse, O.; Rupprecht, J.; Bader, K.-P.; Thomas-Hall, S.; Schenk, P. M.; Finazzi, G.; Hankamer, B (2005). „Improved photobiological H2 production in engineered green algal cells". The Journal of Biological Chemistry 280 (40): 34170-7.

47. ^

48. ^ „Atomic Hydrogen Welding". Specialty Welds. .

49. en ^ Hardy, Walter N. (). „From H2 to cryogenic H masers to HiTc superconductors: An unlikely but rewarding path". Physica C: Superconductivity. Vancouver, Canada: University of British Columbia. 388-389: 1-6. doi:10.1016/S0921-4534(02)02591-1.

50. en ^ Block, Matthias. „Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection". 16th WCNDT 2004. Montreal, Canada: Sensistor Technologies.

51. ^ en

52. ^

53. ^

54. ^ en Smith, H. O. (). „Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems" (PDF). NASA.

55. en ^ „Hydrogen Safety". Humboldt State University.

I. G. Deac, Elemente de criogenie, Editura Napoca Star, 2010, p14

Raluca Ripan, I. Ceteanu, Manual de lucrări practice de chimie anorganică - vol I Metaloizi, Editura de stat didactică și pedagogică, București, 1961

# data[].attributes.attachment_link.description
Hidrogen Luminescență purpurie în stare plasmatică Liniile spectrale ale hidrogenului Informații generale Nume, Simbol, Număr Hidrogen, H, 1 Grupă, Perioadă, Bloc 1, 1, s Proprietăți atomice Configurație electronică 1s 1 Electroni pe nivelul de energie 1 Proprietăți fizice Punct de topire -259,1 °C ; 14,025 K Punct de fierbere -252,9 °C ; 20,268 K Volum molar 22,42×10-3 m³/kmol Viteza sunetului 1270 m/s la 20 °C Informații diverse Electronegativitate (Pauling) 2,2 Cei mai stabili izotopi Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Hidrogen

Luminescență purpurie în stare plasmatică

Liniile spectrale ale hidrogenului

Informații generale

Nume, Simbol, Număr

Hidrogen, H, 1

Grupă, Perioadă, Bloc

1, 1, s

Proprietăți atomice

Configurație electronică

1s ¹

Electroni pe nivelul de energie

1

Proprietăți fizice

Punct de topire

-259,1 °C ; 14,025 K

Punct de fierbere

-252,9 °C ; 20,268 K

Volum molar

22,42×10⁻³ m³/kmol

Viteza sunetului

1270 m/s la 20 °C

Informații diverse

Electronegativitate (Pauling)

2,2

Cei mai stabili izotopi

Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

Hidrogenul este elementul chimic în tabelul periodic al elementelor cu simbolul H și numărul atomic 1. Este un gaz ușor inflamabil, incolor, insipid, inodor, iar în natură se întâlnește mai ales sub formă de moleculă diatomică, H ₂. Având masa atomică egală cu 1,00794 u.a.m., hidrogenul este cel mai ușor element chimic. Etimologic, cuvântul hidrogen este o combinație a două cuvinte grecești, având semnificația de „a produce apă".

Hidrogenul elementar este principala componentă a Universului, având o pondere de 75% din masa acestuia. În starea de plasmă, se găsește ca element majoritar în alcătuirea stelelor. Hidrogenul elementar este foarte puțin răspândit pe Pământ.

Pentru necesități industriale există diferite procedee de producere, puse la punct din punct de vedere tehnologic sau aflate în fază de laborator. Hidrogenul poate fi obținut prin electroliza apei, procesul necesitând costuri mai mari decât cel de producere prin procesarea gazelor naturale.

Cel mai răspândit izotop al hidrogenului este protiul, care este alcătuit dintr-un singur proton în nucleu și un electron în învelișul electronic. În compușii ionici poate avea sarcină negativă ( anion cunoscut sub numele de hidrură, H⁻) sau sarcină pozitivă H⁺ ( hidron). Hidrogenul formează compuși chimici cu majoritatea elementelor din sistemul periodic și este prezent în apă și în mulți dintre compușii organici. Are un rol important în reacțiile acido-bazice, acestea bazându-se pe schimbul de protoni între molecule. Fiind singurul atom pentru care soluția analitică a ecuației lui Schrödinger este pe deplin cunoscută, prezintă un rol major în fundamentarea teoriei mecanicii cuantice.

Hidrogenul este un gaz puternic reactiv și își găsește aplicații datorită capacității sale chimice de reducător. Hidrogenul se folosește în industria petrochimică la producerea benzinelor, în industria chimico-alimentară pentru hidrogenarea grăsimilor (de exemplu producerea margarinei), în prelucrările mecanice ale metalelor și în tratamentul termic al acestora.

Hidrogenul a fost testat pentru folosirea alternativă în vehiculele echipate cu motoare cu ardere internă. Avantajul său principal constă în faptul că este ecologic, din arderea sa rezultând vapori de apă. Dezavantajele constau în pericolul mare de explozie, dificultatea stocării în vehicule și lipsa unei infrastructuri de stații de alimentare cu hidrogen. Poate fi folosit pentru producerea directă a electricității, prin intermediul pilelor de combustie.

In anul 2019 a fost descoperit primul compus format în univers la cca 300.000 ani după Big Bang, ionul hidrură de heliu (HeH+) (în engleză „helium hydride ion"). Este o combinație între un atom de heliu și un proton (atom de hidrogen fără electroni). Descoperirea s-a făcut ajutorul observatorului astronomic SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, plasat în stratosferă, o cooperare germano-americană) în nebuloasa planetară NGC 7027.

Descoperire

Hidrogenul a fost descoperit de către chimistul și fizicianul englez Henry Cavendish în 1766, în urma unui experiment în care studia reacțiile dintre mercur și un acid. La amestecarea celor două substanțe, observa apariția unor mici bule de gaz în amestec. Acest aspect l-a determinat să efectueze o cercetare suplimentară, numind substanța necunoscută „aer inflamabil". În 1781 a descoperit că acest element produce apă atunci când arde. O analiză mai detaliată a fost făcută de către Antoine Lavoisier, care descoperă gazul independent de Cavendish în urma unui experiment ce urmărea determinarea masei pierdute sau create în urma unei reacții chimice. Cercetătorul a încălzit apa într-un recipient închis, vaporii formați condensându-i într-un alt recipient. Cantitatea pierdută a fost atribuită degajării unui gaz (H ₂). Chimistul francez a observat că „aerul inflamabil" al lui Cavendish în combinație cu oxigenul formează picături de apă, conform lui Joseph Priestley. Lavoisier a numit gazul „hidrogen", nomeclatura fiind de origine greacă ( ὕδωρ, hydro înseamnă apă, iar γίγνομαι, gignomai înseamnă a naște, a crea).

Rolul în teoria cuantică

Datorită structurii atomice relativ simple, constituit dintr-un proton și un electron, atomul de hidrogen împreună cu spectrul luminii emise de el, au reprezentat un domeniu central al dezvoltării teoriei structurii atomice. În plus, simplitatea moleculei de H ₂ și a cationului H⁺ au condus la înțelegerea completă a naturii legăturii chimice ce a urmat imediat după dezvoltarea studiului atomului de hidrogen în mecanica cuantică (mijlocul anilor 1920).

Maxwell a observat că la H 2, sub temperatura mediului ambiant, valoarea căldurii molare se abate inexplicabil de la aceea a unui gaz diatomic, iar la temperaturi criogenice se apropie din ce în ce mai mult de cea a unui gaz monoatomic. Conform teoriei cuantice, această comportare rezultă din distribuția spațială ale nivelelor de energie de rotație, care la H ₂ sunt foarte îndepărtate, datorită masei sale mici. Aceste nivele îndepărtate împiedică la temperaturi mici partiția egală (între cei doi atomi ai moleculei) a energiei termice în energie de rotație. Compușii diatomici gazoși formați din atomi mai grei nu au diferențe mari între nivelele energetice de rotație și nu prezintă același efect.

Hidrogenul este elementul cu cea mai mică densitate. În formă moleculară (H ₂) este de aproximativ 14,4 ori mai ușor decât aerul. La presiune normală punctul său de topire este de 14,02 K, iar cel de fierbere este de 20,27 K. Punctul său triplu este la 13,81 K, și 7,042 kPa, iar cel critic la 33,2 K și 1,29 MPa. Solubilitatea în apă este de 1,6 mg/l. Unele proprietăți termodinamice (legate de fenomenele de transport) sunt datorate masei moleculare mici și vitezei termice a unei molecule de 1770 m/s la 25 °C. La temperatura camerei, hidrogenul difuzează cel mai rapid, are cea mai înaltă conductivitate termică și cea mai mare efuziune dintre toate gazele. O vâscozitate mai mică au doar trei gaze poliatomice, unul dintre ele fiind n-butan.

Mobilitatea hidrogenului într-o masă solidă este, de asemenea, foarte mare. Astfel, acesta difuzează prin diverse materiale, cum ar fi polietilena și cuarțul. Un important fenomen este acela de difuzie în fier, platină și în alte metale tranziționale. Aceste proprietăți conduc la utilizări tehnice numeroase, dar de asemenea, și la dificultăți legate de transportul, depozitarea și de prelucrare a amestecurilor de hidrogen.

Hidrogenul gazos (în stare de moleculă diatomică) este extrem de inflamabil și la presiune atmosferică se aprinde în aer la concentrații volumetrice cuprinse între 4% și 75%, iar în contact cu oxigenul pur între 4,65% și 93,9%. Limitele între care apare detonația sunt între 18,2% și 58,9% în aer, respectiv între 15% și 90% în oxigen. Variația entalpiei în urma combustiei ( puterea calorifică, căldura de ardere) este de −286 kJ/mol:

[23]

Amestecul dintre oxigen și hidrogen în diferite proporții este exploziv. Hidrogenul se autoaprinde și explodează în contact cu aerul în intervalul de concentrații cuprins între 4% și 75%, temperatura de autoaprindere fiind de 560 °C. Flacăra unui amestec pur hidrogen-oxigen emite radiații ultraviolete invizibile cu ochiul liber.

H ₂ reacționează cu toate elementele oxidante. Acesta poate reacționa spontan și violent la temperatura camerei cu clorul și fluorul, formând HCl și HF.

Hidrogenul este cel mai răspândit element în univers, reprezentând mai mult de 75% în masă și mai mult de 90% după numărul de atomi. Se găsește în cantități mari în compoziția stelelor și a planetelor gigantice gazoase. Norii moleculari de H ₂ sunt asociați cu formarea stelelor. Hidrogenul joacă un rol-cheie și în exploziile stelare datorate reacțiilor de fuziune nucleară dintre protoni.

În Univers, hidrogenul este întâlnit mai ales sub forma de atom și în stare de plasmă. Proprietățile acestora sunt diferite față de cele ale moleculei de hidrogen. Electronul și protonul de hidrogen nu formează legături în starea de plasmă, din cauza conductivității electrice diferite și a unei emisii radiative mari (originea luminii emise de Soare și alte stele). Particulele încărcate cu sarcini electrice sunt puternic influențate de câmpurile magnetice și electrice. De exemplu, în vânturile solare particulele interacționează cu magnetosfera terestră, generând curenți Birkeland și produc fenomenul cunoscut sub denumirea de auroră boreală. Hidrogenul se găsește în stare atomică neutră în mediul interstelar, iar cea mai mare cantitate este întâlnită la sistemele Lyman-alpha.

În condiții normale, hidrogenul există pe Pământ sub formă de moleculă diatomică, H ₂, însă nu este foarte răspândit în atmosfera terestră (în concentrație medie de 1 ppm de volum) din cauza masei mici, astfel forța gravitațională a planetei are un efect foarte slab asupra sa. Totuși, hidrogenul (prin compușii săi) este cel mai răspândit element de la suprafața Terrei. Cei mai întâlniți compuși chimici ai săi sunt hidrocarburile și apa. Hidrogenul gazos este produs de anumite specii de bacterii și alge, acesta fiind componentul principal al flatulenței. Metanul este o importantă sursă de hidrogen.

Atomul de hidrogen

Nivelul energetic fundamental al electronului în atomul de hidrogen are energia egală cu -13,6 eV. Nivelele superioare se numesc nivele excitate, energia acestora crescând până la 0 eV (valoarea nivelului energetic aflat la infinit), ele se calculează folosind modelul lui Bohr. Acesta consideră că nucleul este fix, iar electronul are o traiectorie circulară în jurul acestuia asemănătoare cu planetele ce gravitează în jurul Soarelui (de unde provine denumirea alternativă de model planetar). Forța electromagnetică atrage electronul și protonul unul spre celălalt, în timp ce corpurile cerești se atrag datorită gravitației. Potrivit condiției de cuantificare a momentului cinetic postulat de Bohr, valoarea momentului cinetic al electronului este multiplu întreg al constantei reduse al lui Planck, de unde rezultă că în cadrul atomului, electronului îi sunt permise anumite orbite cu raze bine stabilite. Această relație de cuantificare explică spectrul discret al nivelelor energetice.

O descriere mai exactă a atomului de hidrogen este dată în fizica cuantică unde se calculează densitatea de probabilitate prin norma funcției de undă a electronului în jurul protonului pe baza ecuației lui Schrödinger sau a formulării lui Feynman cu integrală de drum.

Hidrogenul are trei izotopi naturali, ¹H, ²H și ³H. Alții, ce au nucleele foarte instabile ( ⁴H până la ⁷ H), au fost sintetizați în laborator dar nu au fost observați în natură.

este cel mai răspândit izotop al hidrogenului, având o pondere de peste 99,98% în compoziția izotopică naturală al acestui element. Datorită faptului că acesta are în nucleul un singur proton, a fost numit protiu, această denumire fiind însă rar utilizată.

, celălalt izotop stabil al hidrogenului, este cunoscut și sub numele de . Conține în nucleu un proton și un neutron, acest izotop provenind de la Big Bang, continuând să existe până acum datorită stabilității sale. Nu este radioactiv și nu reprezintă o sursă periculoasă de poluare. Apa ce este bogată în dioxid de deuteriu se mai numește și apă grea. Deuteriul și compușii săi sunt utilizați ca etalon în experimente neradioactive și ca solvent în procedeele de spectroscopie RMN. Apa grea este utilizată ca moderator de neutron și ca lichid de răcire pentru reactorii nucleari. Deuteriul este de asemenea folosit drept combustibil pentru fuziune nucleară de larg consum.

se mai numește și (mai rar: trițiu); conține în nucleu un proton și doi neutroni. Este radioactiv, rezultând din izotopul Heliu-3 prin dezintegrarea beta și are un timp de înjumătățire de 12,32 ani. Cantități mici din acest izotop sunt răspândite și în natură, acesta rezultând din interacțiunea razelor cosmice cu gazele atmosferice; tritiul este eliberat și în timpul testelor nucleare. Este folosit și în reacții de fuziune nucleară, și pentru evidențierea și studiul de geochimia izotopilor și în dispozitive autogeneratoare de lumină. Tritiul se mai utilizează și în marcarea radioizotopică, în special în domeniul biologiei, medicinei sau geologiei. Dioxidul de tritiu se mai numește și apă supergrea.

Hidrogenul este singurul element care are nume diferite pentru izotopii săi cei mai răspândiți. Simbolurile D și T (în loc de ²H și ³H) sunt folosite pentru deuteriu și tritiu, dar P este utilizat pentru fosfor, deci nu se poate folosi pentru simbolizarea protiului. IUPAC acceptă atât ambele variante, dar ²H și ³ H sunt preferate.

Emisia spectrală a atomului de hidrogen este caracterizată prin linii spectrale date de formula lui Rydbeg. Studiul liniilor spectrale este important în mecanica cuantică și la studiul prezenței hidrogenului pentru determinarea deplasării spre roșu.

Există doi izomeri de spin ai moleculei de hidrogen care diferă prin spinii relativi ai nucleului. În forma de ortohidrogen, spinii celor doi protoni sunt paraleli și formează un triplet; în forma de parahidrogen, spinii sunt antiparaleli și formează un singlet. La temperatură și presiune standard, hidrogenul gazos conține 25% parahidrogen și 75% ortohidrogen („starea normală" a hidrogenului). Proporțiile în care se găsesc orto și parahidrogenul depind de temperatură, dar forma orto este excitată și are o energie mai mare, deci este instabilă și nu poate fi purificată. La temperaturi foarte joase, starea de echilibru e formată aproape în întregime din parahidrogen. Proprietățile fizice ale parahidrogenului pur diferă puțin de cele ale hidrogenului în stare normală. Diferențele dintre formele orto și para se manifestă și în compușii care conțin hidrogen, cum ar fi apa sau metilenul.

Transformarea între orto și parahidrogen ce are loc fără catalizator se desfășoară mai rapid la temperaturi mari, astfel H ₂ condensat rapid conține o cantitate mare de ortohidrogen care se convertește în parahidrogen foarte încet. Proporția de orto/para în hidrogenul molecular (H ₂) condensat este un factor important în prepararea și stocarea hidrogenului lichid; conversia din orto în parahidrogen este un proces exoterm, prin care se degajă suficientă căldură pentru a evapora hidrogenul lichid, astfel pierzându-se materialului lichefiat. Catalizatorii utilizați la această transformare, cum ar fi oxidul feric, carbonul activat, azbestul platinizat, compuși ai uraniului, metale rare, oxidul de crom, câțiva compuși ai nichelului, sunt utilizați în timpul răcirii hidrogenului.

O formă moleculară numită molecula protonată de hidrogen sau H ₃⁺ este întâlnită în mediul interstelar, fiind produsă prin ionizarea moleculei de hidrogen de către razele cosmice. De asemenea, a fost observată și în straturile superioare ale planetei Jupiter. Această moleculă este relativ stabilă în afara Terrei datorită temperaturii scăzute și a densității ridicate. H ₃⁺ este unul din cei mai răspândiți ioni din Univers, jucând un rol important în chimia mediului interstelar.

În general, hidrogenul este considerat drept un nemetal, însă la temperaturi joase și la presiuni mari unele din proprietățile sale se aseamănă cu cele ale metalelor. Hidrogenul metalic a fost obținut pentru prima oară în 1973 la o presiune de 2,8 Mbar și la 20 K. Aliajul SiH ₄ cu structură metalică a fost obținut în 2008, descoperindu-se că este un foarte bun conductor electric, în conformitate cu predicțiile anterioare ale lui lui N. W. Ashcroft. În acest compus, chiar și la presiuni moderate, hidrogenul are o structură cu o densitate ce corespunde cu cea a hidrogenului metalic.

Compușii covalenți și cei organici

Chiar dacă H ₂ nu este foarte reactiv în condiții obișnuite, el formează compuși cu majoritatea elementelor. Se cunosc milioane de hidrocarburi, dar acestea nu se obțin prin reacția directă dintre elemente (carbon și hidrogen), deși producerea gazului de sinteză în procedeul Fischer-Tropsch poate fi considerată aproape o excepție deoarece procesul folosește carbonul din cărbunele, iar hidrogenul poate fi generat în proces din apă. Hidrogenul poate forma compuși cu elementele mai electronegative decât el, cum ar fi halogenii; în acest tip de compuși, hidrogenul prezintă o sarcină pozitivă parțială. Când se leagă de fluor, oxigen sau azot, hidrogenul participă la formarea unei legături puternice numite legătură de hidrogen, ce este un factor important în stabilitatea multor molecule biologice. Hidrogenul poate forma compuși și cu elementele mai puțin electronegative, cum ar fi metalele sau semimetalele, având o sarcină parțial negativă. Acești compuși sunt cunoscuți sub numele de hidruri. Hidrogenul formează o varietate de compuși cu carbonul. Datorita asocierii în general a acestora cu organismele vii, aceștia sunt numiți compuși organici; cu studierea lor se ocupă chimia organică, iar cu studiul rolului lor în organismele vii - biochimia. În unele definiții „organic" se referă doar la un compus ce conține carbon. Însă majoritatea substanțelor organice prezintă și hidrogen, iar legătura carbon-hidrogen determină multe din particularitățile lor. De aceea, legăturile carbon-hidrogen sunt prezente în unele definiții ale cuvântului „organic". În chimia anorganică hidrurile pot reprezenta catene de legături între doi ioni metalici ai unei combinații complexe. Această funcție se întâlnește la elementele din grupa 13, cu precădere la boruri și compușii complecși ai aluminiului.

Compușii hidrogenului sunt adesea numiți „hidruri", acest termen fiind uneori impropriu utilizat. „Hidrură" definește o substanță în care atomul de H are caracter anionic sau sarcină negativă, deci H −, fiind utilizat pentru compușii hidrogenului cu un element mai electropozitiv. Existența anionului hidrură, sugerată de Gilbert N. Lewis în 1916 pentru elementele din prima grupă și a doua principală, a fost pusă în evidență în 1920 de către Moers prin electroliza topiturii de hidrură de litiu (LiH), când a fost produsă o cantitate stoechiometrică de hidrogen la anod. Pentru hidrurile altor elemente, termenul este ambiguu, luând în considerare electronegativitatea hidrogenului. Excepție face BeH ₂, care este un polimer. În hidrura de litiu și aluminiu, anionul AlH ₄− are centre de hidrură atașate puternic de aluminiu. Chiar dacă hidrogenul poate forma hidruri cu toate elementele din grupele principale, numărul și combinațiile posibile diferă de la o grupă la alta. Hidrura de indiu nu a fost încă identificată, însă există o multitudine de compuși complecși ai săi.

Protoni și acizi

Oxidarea hidrogenului, adică îndepărtarea electronului său, decurge teoretic cu formarea H⁺, ion ce nu conține niciun electron în învelișul electronic și un proton în nucleu. De aceea, H⁺ este adesea numit „proton" și are un rol important în teoria protonică a acizilor. Conform teoriei Bronsted-Lowry, acizii sunt acele substanțe care cedează protoni, iar bazele sunt acceptori de protoni. Protonul H⁺ nu poate exista liber, ci doar în soluții sau în cristale ionice, datorită afinității foarte mari pentru electronii altor elemente. Uneori, termenul de „proton" este utilizat impropriu pentru a se referi la hidrogenul cu sarcină pozitivă sau cationul de hidrogen legat de alte specii moleculare. Pentru a se evita implicarea existența unică a „protonului solvatat" în soluții, se consideră că soluțiile apoase cu caracter acid conțin ionul hidroniu (H ₃O⁺). Totuși, unii cationi solvatați ai hidrogenului sunt mai degrabă organizați în molecule de tipul celei de H ₉O ₄⁺. Alți ioni oxoniu se formează când apa formează soluții cu alți solvenți. Deși nu se întâlnește pe Pământ, ionul H ₃⁺ (cunoscut sub numele de hidrogen molecular protonat sau cationul triatomic de hidrogen) este una dintre cele mai răspândite specii chimice în restul universului.

H ₂ este produs în laboratoarele de chimie și cele de biologie, fiind adesea un produs secundar al unei reacții; în industrie pentru hidrogenarea substanțelor nesaturate; în natură ca metodă de a reduce echivalenții în reacțiile biochimice.

În laborator, H ₂ este de obicei obținut prin reacția metalelor cu acizii în aparatul Kipp.

Aluminiul poate produce H ₂ prin tratarea cu baze:

Electroliza apei este o metodă simplă de a produce hidrogen. Un curent de joasă tensiune trece prin apă, iar oxigenul gazos se formează la anod, în timp ce hidrogenul gazos apare la catod. De obicei la producerea hidrogenului, catodul este confecționat din platină. Dacă se realizează și arderea, oxigenul este preferat pentru combustie, astfel ambii electrozi sunt confecționați din metale inerte. Eficiența maximă (electricitatea utilizată raportată la cantitatea de hidrogen produsă) este de 80% - 94%.

În 2007 s-a descoperit că un aliaj format din aluminiu și galiu în forma granulară în reacție cu apa poate fi folosit pentru a produce hidrogen. Din acest proces mai rezultă de asemenea și alumină, însă galiul scump, ce previne apariția stratului de oxid, poate fi refolosit. Acest lucru are o mare importanță în economia hidrogenului, deoarece acesta poate fi produs la locul de lucru și nu trebuie transportat.

Cea mai importantă (din punct de vedere economic) metodă de obținere a hidrogenului este extragerea acestuia din hidrocarburi. Cea mai mare parte a hidrogenului obținut în mod industrial provine din reformarea vaporilor gazelor naturale. La temperaturi ridicate (700 - 1100 °C; 1300 - 2000 °F), apa în stare de vapori reacționează cu metanul, rezultând monoxid de carbon și H ₂:

Această reacție se realizează ușor la presiune joasă, dar de obicei se realizează la presiuni mari (20 bar), deoarece la aceste presiuni se desfășoară aplicațiile uzuale ale hidrogenul astfel obținut. Amestecul rezultat se numește gaz de sinteză deoarece este utilizat pentru obținerea directă a metanolului și a compușilor săi. Și alte hidrocarburi în afară de metan pot produce gaz de sinteză în diferite proporții. O problemă ce apare în această tehnologie este formarea cocsului sau a carbonului:

Această reacție decurge de obicei cu formarea unui exces de H ₂O. Hidrogenul adițional poate fi recuperat din vapori utilizându-se monoxidul de carbon în reacție cu gazul de apă pe un catalizator de oxid de fier. Procesul este și o metodă de obținere a dioxidului de carbon:

Alte metode importante de obținere a H ₂ sunt oxidarea parțială a hidrocarburilor:

și reacția cărbunelui cu apa:

Uneori, hidrogenul este fabricat și consumat în timpul aceluiași proces, fără a mai fi separat. În procedeul Haber pentru obținerea amoniacului, hidrogenul provine din la gazul natural. Din electroliza saramurii pentru a produce clor se obține și hidrogen ca produs secundar.

Există mai mult de 200 de cicluri termochimice care pot fi folosite pentru descompunerea apei. Sunt studiate unele dintre acestea, cum ar fi ciclul oxidului de fier, ciclul oxid de ceriu (IV)-ceriu (III), ciclul zinc-oxid de zinc, ciclul sulfură-iod, ciclul cupru-clor și ciclul sulfurii hibride, fiind în stadiul de testări pentru a produce hidrogen și oxigen din apă folosind căldura, fără a se utiliza electricitatea. Numeroase laboratoare (inclusiv în Franța, Germania, Grecia, Japonia și Statele Unite ale Americii) dezvoltă metode termochimice de producere a hidrogenului din energie solară și apă.

H ₂ se obține în urma unor metabolisme anaerobe și este produs de anumite microorganisme, de obicei prin cataliza enzimelor ce conțin fier sau nichel. Cu ajutorul acestor enzime, numite hidrogenaze, se obține hidrogen în urma procesului de fotosinteză. Gena introdusă ajută frunza să descompună molecula de apă în elementele componente. Algele folosite sunt plante unicelulare care produc, în mod natural, cantități mici de hidrogen în timp ce își extrag energia necesară din lumina Soarelui. David Tiede, unul dintre inventatorii acestei metode, afirmă că algele produc hidrogen ca să se apere de radicalii liberi rezultați în urma fotosintezei, care altfel le-ar oxida părți vitale ale celulei. Dar, dacă hidrogenaza este stimulată chimic și dacă algele sunt plasate în recipiente de sticlă și expuse luminii solare, ele produc mai mult hidrogen, iar acesta poate fi recoltat, iar apoi îmbuteliat cu ajutorul unei pompe. Profesorul Thomas Rauchfuss, de la Universitatea din Illinois, cel care a propus tipul exact de proteină sintetică necesar procesului, a declarat: „Cultivarea algelor modificate genetic, în care s-a introdus proteina sintetică, s-a dovedit a fi extrem de stabilă. Algele nu degenerează și nu revin la specia anterioară. Procesul are o mulțime de beneficii în comparație cu obținerea altor plante din care se extrag biocombustibili. Algele pot fi crescute în recipiente transparente plasate în deșert sau pe acoperișul caselor. Ele nu au nevoie de teren și nu intră în competiție cu producția de alimente". La unele specii de alge, cum ar fi Chlamydomonas reinhardtii sau cyanobacteria, la întuneric, protonii și electronii sunt reduși pentru a forma H ₂ gazos cu ajutorul hidrogenazei în cloroplast.

Anual se înregistrează un consum mondial de hidrogen de peste 500 miliarde metri cubi normali în diverse scopuri și în diferite domenii. În afara utilizării ca reactant, hidrogenul are multe aplicații în inginerie și fizică. Se utilizează la sudură, iar datorită bunei conductivități termice este folosit ca agent de răcire în generatoare electrice din centralele electrice. are un rol important în cercetările din criogenie, inclusiv în studiile legate de superconductivitate. Molecula de hidrogen, având o densitate de 15 ori mai mică decât cea a aerului, a fost întrebuințată drept gaz portant pentru baloane și dirijabile. De asemenea, este materie primă în diverse tehnologii: de reducere a minereurilor, de fabricare a amoniacului și în procedeele de hidrogenare. Hidrogenul are aplicații și în industria automobilelor, chimică, aerospațială și de telecomunicații.

Izotopii hidrogenului au aplicații specifice. Deuteriul din compoziția apei grele este utilizat în reacțiile de fisiune nucleară ca moderator pentru încetinirea neutronilor. Compușii acestuia se folosesc în cadrul studiilor ce urmăresc efectele reacțiilor izotopice. Tritiul, produs în reactoarele nucleare, se folosește în producerea bombelor cu hidrogen, în marcare izotopică și ca sursa de iradiere pentru vopselele fosforescente.

Hidrogenul poate forma amestecuri explozive cu aerul și reacționează violent cu oxidanții. În cazul inhalării în cantități foarte mari, poate produce asfixierea, pierderea mobilității motrice și a cunoștinței. Scurgerea hidrogenului gazos în atmosferă poate cauza autoaprinderea sa. Flacăra de hidrogen este invizibilă, acest lucru putând produce arsuri accidentale.

Multe proprietăți fizice și chimice ale hidrogenului depind de proporția de orto/parahidrogen. Uneori durează săptămâni pentru a atinge starea de echilibru a acestor alotropi. Valorile critice de temperatură și presiune la care are loc deflagrația hidrogenului depind de forma recipientului.

1. de ^ Hidrogen - Noul purtător de energie Despre rolul hidrogenului în sistemele energetice existente și viitoare în Asociația Germană a Hidrogenului și Pilelor de Combustie (DWBV). Accesat la 6 iunie 2009.

2. ^ „Hydrogen". Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wylie-Interscience. . pp. 797-799. ISBN 0-471-61525-0.

3. ^ Emsley, John (). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 183-191. ISBN 0-19-850341-5.

4. ^ Stwertka, Albert (). A Guide to the Elements. Oxford University Press. pp. 16-21. ISBN 0-19-508083-1.

5. en ^ Crepeau, Bob (). „Niels Bohr: The Atomic Model". Great Scientific Minds. Great Neck Publishing. ISBN 1-4298-0723-7.

6. ^ Information Specific to Liquid Hydrogen, harvard.edu, accesat 12 iunie 2009

7. ^ Carcassi, M. N. (). „Deflagrations of H₂-air and CH₄-air lean mixtures in a vented multi-compartment environment". Energy. 30 (8): 1439-1451. doi:10.1016/j.energy.2004.02.012.

8. ^ Energy is per mole of the combustible material, Hydrogen. 286 kJ/mol

9. en ^ „Jefferson Lab - Hydrogen".

10. en ^ Storrie-Lombardi, Lisa J. (). „Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas". Astrophysical Journal. 543: 552-576. arXiv:astro-ph/0006044  . doi:10.1086/317138+.

11. en ^ Dresselhaus, Mildred; et al. (). „Basic Research Needs for the Hydrogen Economy" (PDF). Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy, Office of Science Laboratory.

12. ^ Miessler, Gary L. (). Inorganic Chemistry (ed. 3rd edition). Prentice Hall. ISBN 0130354716.

13. ^

14. ^ Korsheninnikov; A. A.; et al. (). „Experimental Evidence for the Existence of ⁷H and for a Specific Structure of ⁸He". Physical Review Letters. 90 (8): 082501. doi:10.1103/PhysRevLett.90.082501.

15. en ^ Urey, Harold C. (). „Names for the Hydrogen Isotopes". Science. 78 (2035): 602-603. doi:10.1126/science.78.2035.602. PMID 17797765.

16. en ^ Oda, Y (). „1H NMR studies of deuterated ribonuclease HI selectively labeled with protonated amino acids". Journal of Biomolecular NMR. 2 (2): 137-47. doi:10.1007/BF01875525+. PMID 1330130.

17. en ^ „The Tritium Laboratory". University of Miami. .

18. ^

19. en ^ Staff (). „Hydrogen (H₂) Properties, Uses, Applications: Hydrogen Gas and Liquid Hydrogen". Universal Industrial Gases, Inc.

20. en ^ Tikhonov, Vladimir I. (). „Separation of Water into Its Ortho and Para Isomers". Science. 296 (5577): 2363. doi:10.1126/science.1069513. PMID 12089435.

21. en ^ Hritz, James (). „CH. 6 - Hydrogen" (PDF). NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual, Document GRC-MQSA.001. NASA.

22. en ^ Shinitzky, Meir; Elitzur, Avshalom C. (10 ianuarie). „Ortho-para spin isomers of the protons in the methylene group". Chirality. Rehovot, Israel: Weizmann Institute of Science. 18 (9): 754-756. doi:10.1002/chir.20319. PMID 16856167.

23. en ^ „Ortho-Para conversion. Pag. 13" (PDF).

24. M. I. Eremets, I. A. Trojan, S. A. Medvedev, J. S. Tse, Y. Yao. ^ Superconductivity in Hydrogen Dominant Materials. Silane Science 14 martie 2008 Vol. 319. no. 5869, pp. 1506-1509, rezumat accesat 2009-06-08

25. en ^ „Structure and Nomenclature of Hydrocarbons". Purdue University.

26. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

27. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

28. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

29. ^

30. ^ Hibbs, David E. (). „A remarkably stable indium trihydride complex: synthesis and characterisation of [InH₃{P(C₆H₁₁)₃}]". Chemical Communications: 185-186. doi:10.1039/a809279f.

31. ^ Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991), p167-169

32. Luminița Vlădescu, ^ Echilibre chimice în chimia analitică. Editura: Didactică și Pedagogică - 2004

33. ^ Okumura, Anthony M. (). „Infrared spectra of the solvated hydronium ion: vibrational predissociation spectroscopy of mass-selected H₃O+*(H₂O)n*(H₂)m". Journal of Physical Chemistry. 94 (9): 3416-3427. doi:10.1021/j100372a014.

34. ^ Carrington, Alan (). „The infrared predissociation spectrum of triatomic hydrogen cation (H₃⁺)". Accounts of Chemical Research. 22 (6): 218-222. doi:10.1021/ar00162a004.

35. en ^ Acid-Base Behaviour of the Period 3 Oxides. chemguide.co.uk. accesat la 12 mai 2009.

36. en ^ Kruse, B. (). „Hydrogen Status og Muligheter" (PDF). Bellona.

37. ^ Oxtoby, D. W. (). Principles of Modern Chemistry (ed. 5th edition). Thomson Brooks/Cole. ISBN 0030353734.

38. ^ en [

39. en ^ „Hydrogen Properties, Uses, Applications". Universal Industrial Gases, Inc. .

40. en ^ Lees, Andrew (). „Chemicals from salt". BBC. Arhivat din original la .

41. en ^ „Development of solar-powered thermochemical production of hydrogen from water" (PDF).

42. en ^ Robert Perret. „Development of Solar-Powered Thermochemical Production of Hydrogen from Water, DOE Hydrogen Program, 2007" (PDF).

43. ^ Florin, L., Tsokoglou, A. and Happe, T. (). „A novel type of iron hydrogenase in the green alga Scenedesmus obliquus is linked to the photosynthetic electron transport chain". J. Biol. Chem. 276 (9): 6125-6132. doi:10.1074/jbc.M008470200. PMID 11096090.

44. ^ Alge care produc hidrogen combustibil. ecomagazin.ro. Accesat la 6 iunie 2009.

45. ^ Ulei pentru motoare diesel obținut din alge. Adevărul. Accesat la 6 mai 2009.

46. ^ Kruse, O.; Rupprecht, J.; Bader, K.-P.; Thomas-Hall, S.; Schenk, P. M.; Finazzi, G.; Hankamer, B (2005). „Improved photobiological H2 production in engineered green algal cells". The Journal of Biological Chemistry 280 (40): 34170-7.

47. ^

48. ^ „Atomic Hydrogen Welding". Specialty Welds. .

49. en ^ Hardy, Walter N. (). „From H2 to cryogenic H masers to HiTc superconductors: An unlikely but rewarding path". Physica C: Superconductivity. Vancouver, Canada: University of British Columbia. 388-389: 1-6. doi:10.1016/S0921-4534(02)02591-1.

50. en ^ Block, Matthias. „Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection". 16th WCNDT 2004. Montreal, Canada: Sensistor Technologies.

51. ^ en

52. ^

53. ^

54. ^ en Smith, H. O. (). „Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems" (PDF). NASA.

55. en ^ „Hydrogen Safety". Humboldt State University.

I. G. Deac, Elemente de criogenie, Editura Napoca Star, 2010, p14

Raluca Ripan, I. Ceteanu, Manual de lucrări practice de chimie anorganică - vol I Metaloizi, Editura de stat didactică și pedagogică, București, 1961

# data[].attributes.attachment_link.description
Hidrogen Luminescență purpurie în stare plasmatică Liniile spectrale ale hidrogenului Informații generale Nume, Simbol, Număr Hidrogen, H, 1 Grupă, Perioadă, Bloc 1, 1, s Proprietăți atomice Configurație electronică 1s 1 Electroni pe nivelul de energie 1 Proprietăți fizice Punct de topire -259,1 °C ; 14,025 K Punct de fierbere -252,9 °C ; 20,268 K Volum molar 22,42×10-3 m³/kmol Viteza sunetului 1270 m/s la 20 °C Informații diverse Electronegativitate (Pauling) 2,2 Cei mai stabili izotopi Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Hidrogen

Luminescență purpurie în stare plasmatică

Liniile spectrale ale hidrogenului

Informații generale

Nume, Simbol, Număr

Hidrogen, H, 1

Grupă, Perioadă, Bloc

1, 1, s

Proprietăți atomice

Configurație electronică

1s ¹

Electroni pe nivelul de energie

1

Proprietăți fizice

Punct de topire

-259,1 °C ; 14,025 K

Punct de fierbere

-252,9 °C ; 20,268 K

Volum molar

22,42×10⁻³ m³/kmol

Viteza sunetului

1270 m/s la 20 °C

Informații diverse

Electronegativitate (Pauling)

2,2

Cei mai stabili izotopi

Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

Hidrogenul este elementul chimic în tabelul periodic al elementelor cu simbolul H și numărul atomic 1. Este un gaz ușor inflamabil, incolor, insipid, inodor, iar în natură se întâlnește mai ales sub formă de moleculă diatomică, H ₂. Având masa atomică egală cu 1,00794 u.a.m., hidrogenul este cel mai ușor element chimic. Etimologic, cuvântul hidrogen este o combinație a două cuvinte grecești, având semnificația de „a produce apă".

Hidrogenul elementar este principala componentă a Universului, având o pondere de 75% din masa acestuia. În starea de plasmă, se găsește ca element majoritar în alcătuirea stelelor. Hidrogenul elementar este foarte puțin răspândit pe Pământ.

Pentru necesități industriale există diferite procedee de producere, puse la punct din punct de vedere tehnologic sau aflate în fază de laborator. Hidrogenul poate fi obținut prin electroliza apei, procesul necesitând costuri mai mari decât cel de producere prin procesarea gazelor naturale.

Cel mai răspândit izotop al hidrogenului este protiul, care este alcătuit dintr-un singur proton în nucleu și un electron în învelișul electronic. În compușii ionici poate avea sarcină negativă ( anion cunoscut sub numele de hidrură, H⁻) sau sarcină pozitivă H⁺ ( hidron). Hidrogenul formează compuși chimici cu majoritatea elementelor din sistemul periodic și este prezent în apă și în mulți dintre compușii organici. Are un rol important în reacțiile acido-bazice, acestea bazându-se pe schimbul de protoni între molecule. Fiind singurul atom pentru care soluția analitică a ecuației lui Schrödinger este pe deplin cunoscută, prezintă un rol major în fundamentarea teoriei mecanicii cuantice.

Hidrogenul este un gaz puternic reactiv și își găsește aplicații datorită capacității sale chimice de reducător. Hidrogenul se folosește în industria petrochimică la producerea benzinelor, în industria chimico-alimentară pentru hidrogenarea grăsimilor (de exemplu producerea margarinei), în prelucrările mecanice ale metalelor și în tratamentul termic al acestora.

Hidrogenul a fost testat pentru folosirea alternativă în vehiculele echipate cu motoare cu ardere internă. Avantajul său principal constă în faptul că este ecologic, din arderea sa rezultând vapori de apă. Dezavantajele constau în pericolul mare de explozie, dificultatea stocării în vehicule și lipsa unei infrastructuri de stații de alimentare cu hidrogen. Poate fi folosit pentru producerea directă a electricității, prin intermediul pilelor de combustie.

In anul 2019 a fost descoperit primul compus format în univers la cca 300.000 ani după Big Bang, ionul hidrură de heliu (HeH+) (în engleză „helium hydride ion"). Este o combinație între un atom de heliu și un proton (atom de hidrogen fără electroni). Descoperirea s-a făcut ajutorul observatorului astronomic SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, plasat în stratosferă, o cooperare germano-americană) în nebuloasa planetară NGC 7027.

Descoperire

Hidrogenul a fost descoperit de către chimistul și fizicianul englez Henry Cavendish în 1766, în urma unui experiment în care studia reacțiile dintre mercur și un acid. La amestecarea celor două substanțe, observa apariția unor mici bule de gaz în amestec. Acest aspect l-a determinat să efectueze o cercetare suplimentară, numind substanța necunoscută „aer inflamabil". În 1781 a descoperit că acest element produce apă atunci când arde. O analiză mai detaliată a fost făcută de către Antoine Lavoisier, care descoperă gazul independent de Cavendish în urma unui experiment ce urmărea determinarea masei pierdute sau create în urma unei reacții chimice. Cercetătorul a încălzit apa într-un recipient închis, vaporii formați condensându-i într-un alt recipient. Cantitatea pierdută a fost atribuită degajării unui gaz (H ₂). Chimistul francez a observat că „aerul inflamabil" al lui Cavendish în combinație cu oxigenul formează picături de apă, conform lui Joseph Priestley. Lavoisier a numit gazul „hidrogen", nomeclatura fiind de origine greacă ( ὕδωρ, hydro înseamnă apă, iar γίγνομαι, gignomai înseamnă a naște, a crea).

Rolul în teoria cuantică

Datorită structurii atomice relativ simple, constituit dintr-un proton și un electron, atomul de hidrogen împreună cu spectrul luminii emise de el, au reprezentat un domeniu central al dezvoltării teoriei structurii atomice. În plus, simplitatea moleculei de H ₂ și a cationului H⁺ au condus la înțelegerea completă a naturii legăturii chimice ce a urmat imediat după dezvoltarea studiului atomului de hidrogen în mecanica cuantică (mijlocul anilor 1920).

Maxwell a observat că la H 2, sub temperatura mediului ambiant, valoarea căldurii molare se abate inexplicabil de la aceea a unui gaz diatomic, iar la temperaturi criogenice se apropie din ce în ce mai mult de cea a unui gaz monoatomic. Conform teoriei cuantice, această comportare rezultă din distribuția spațială ale nivelelor de energie de rotație, care la H ₂ sunt foarte îndepărtate, datorită masei sale mici. Aceste nivele îndepărtate împiedică la temperaturi mici partiția egală (între cei doi atomi ai moleculei) a energiei termice în energie de rotație. Compușii diatomici gazoși formați din atomi mai grei nu au diferențe mari între nivelele energetice de rotație și nu prezintă același efect.

Hidrogenul este elementul cu cea mai mică densitate. În formă moleculară (H ₂) este de aproximativ 14,4 ori mai ușor decât aerul. La presiune normală punctul său de topire este de 14,02 K, iar cel de fierbere este de 20,27 K. Punctul său triplu este la 13,81 K, și 7,042 kPa, iar cel critic la 33,2 K și 1,29 MPa. Solubilitatea în apă este de 1,6 mg/l. Unele proprietăți termodinamice (legate de fenomenele de transport) sunt datorate masei moleculare mici și vitezei termice a unei molecule de 1770 m/s la 25 °C. La temperatura camerei, hidrogenul difuzează cel mai rapid, are cea mai înaltă conductivitate termică și cea mai mare efuziune dintre toate gazele. O vâscozitate mai mică au doar trei gaze poliatomice, unul dintre ele fiind n-butan.

Mobilitatea hidrogenului într-o masă solidă este, de asemenea, foarte mare. Astfel, acesta difuzează prin diverse materiale, cum ar fi polietilena și cuarțul. Un important fenomen este acela de difuzie în fier, platină și în alte metale tranziționale. Aceste proprietăți conduc la utilizări tehnice numeroase, dar de asemenea, și la dificultăți legate de transportul, depozitarea și de prelucrare a amestecurilor de hidrogen.

Hidrogenul gazos (în stare de moleculă diatomică) este extrem de inflamabil și la presiune atmosferică se aprinde în aer la concentrații volumetrice cuprinse între 4% și 75%, iar în contact cu oxigenul pur între 4,65% și 93,9%. Limitele între care apare detonația sunt între 18,2% și 58,9% în aer, respectiv între 15% și 90% în oxigen. Variația entalpiei în urma combustiei ( puterea calorifică, căldura de ardere) este de −286 kJ/mol:

[23]

Amestecul dintre oxigen și hidrogen în diferite proporții este exploziv. Hidrogenul se autoaprinde și explodează în contact cu aerul în intervalul de concentrații cuprins între 4% și 75%, temperatura de autoaprindere fiind de 560 °C. Flacăra unui amestec pur hidrogen-oxigen emite radiații ultraviolete invizibile cu ochiul liber.

H ₂ reacționează cu toate elementele oxidante. Acesta poate reacționa spontan și violent la temperatura camerei cu clorul și fluorul, formând HCl și HF.

Hidrogenul este cel mai răspândit element în univers, reprezentând mai mult de 75% în masă și mai mult de 90% după numărul de atomi. Se găsește în cantități mari în compoziția stelelor și a planetelor gigantice gazoase. Norii moleculari de H ₂ sunt asociați cu formarea stelelor. Hidrogenul joacă un rol-cheie și în exploziile stelare datorate reacțiilor de fuziune nucleară dintre protoni.

În Univers, hidrogenul este întâlnit mai ales sub forma de atom și în stare de plasmă. Proprietățile acestora sunt diferite față de cele ale moleculei de hidrogen. Electronul și protonul de hidrogen nu formează legături în starea de plasmă, din cauza conductivității electrice diferite și a unei emisii radiative mari (originea luminii emise de Soare și alte stele). Particulele încărcate cu sarcini electrice sunt puternic influențate de câmpurile magnetice și electrice. De exemplu, în vânturile solare particulele interacționează cu magnetosfera terestră, generând curenți Birkeland și produc fenomenul cunoscut sub denumirea de auroră boreală. Hidrogenul se găsește în stare atomică neutră în mediul interstelar, iar cea mai mare cantitate este întâlnită la sistemele Lyman-alpha.

În condiții normale, hidrogenul există pe Pământ sub formă de moleculă diatomică, H ₂, însă nu este foarte răspândit în atmosfera terestră (în concentrație medie de 1 ppm de volum) din cauza masei mici, astfel forța gravitațională a planetei are un efect foarte slab asupra sa. Totuși, hidrogenul (prin compușii săi) este cel mai răspândit element de la suprafața Terrei. Cei mai întâlniți compuși chimici ai săi sunt hidrocarburile și apa. Hidrogenul gazos este produs de anumite specii de bacterii și alge, acesta fiind componentul principal al flatulenței. Metanul este o importantă sursă de hidrogen.

Atomul de hidrogen

Nivelul energetic fundamental al electronului în atomul de hidrogen are energia egală cu -13,6 eV. Nivelele superioare se numesc nivele excitate, energia acestora crescând până la 0 eV (valoarea nivelului energetic aflat la infinit), ele se calculează folosind modelul lui Bohr. Acesta consideră că nucleul este fix, iar electronul are o traiectorie circulară în jurul acestuia asemănătoare cu planetele ce gravitează în jurul Soarelui (de unde provine denumirea alternativă de model planetar). Forța electromagnetică atrage electronul și protonul unul spre celălalt, în timp ce corpurile cerești se atrag datorită gravitației. Potrivit condiției de cuantificare a momentului cinetic postulat de Bohr, valoarea momentului cinetic al electronului este multiplu întreg al constantei reduse al lui Planck, de unde rezultă că în cadrul atomului, electronului îi sunt permise anumite orbite cu raze bine stabilite. Această relație de cuantificare explică spectrul discret al nivelelor energetice.

O descriere mai exactă a atomului de hidrogen este dată în fizica cuantică unde se calculează densitatea de probabilitate prin norma funcției de undă a electronului în jurul protonului pe baza ecuației lui Schrödinger sau a formulării lui Feynman cu integrală de drum.

Hidrogenul are trei izotopi naturali, ¹H, ²H și ³H. Alții, ce au nucleele foarte instabile ( ⁴H până la ⁷ H), au fost sintetizați în laborator dar nu au fost observați în natură.

este cel mai răspândit izotop al hidrogenului, având o pondere de peste 99,98% în compoziția izotopică naturală al acestui element. Datorită faptului că acesta are în nucleul un singur proton, a fost numit protiu, această denumire fiind însă rar utilizată.

, celălalt izotop stabil al hidrogenului, este cunoscut și sub numele de . Conține în nucleu un proton și un neutron, acest izotop provenind de la Big Bang, continuând să existe până acum datorită stabilității sale. Nu este radioactiv și nu reprezintă o sursă periculoasă de poluare. Apa ce este bogată în dioxid de deuteriu se mai numește și apă grea. Deuteriul și compușii săi sunt utilizați ca etalon în experimente neradioactive și ca solvent în procedeele de spectroscopie RMN. Apa grea este utilizată ca moderator de neutron și ca lichid de răcire pentru reactorii nucleari. Deuteriul este de asemenea folosit drept combustibil pentru fuziune nucleară de larg consum.

se mai numește și (mai rar: trițiu); conține în nucleu un proton și doi neutroni. Este radioactiv, rezultând din izotopul Heliu-3 prin dezintegrarea beta și are un timp de înjumătățire de 12,32 ani. Cantități mici din acest izotop sunt răspândite și în natură, acesta rezultând din interacțiunea razelor cosmice cu gazele atmosferice; tritiul este eliberat și în timpul testelor nucleare. Este folosit și în reacții de fuziune nucleară, și pentru evidențierea și studiul de geochimia izotopilor și în dispozitive autogeneratoare de lumină. Tritiul se mai utilizează și în marcarea radioizotopică, în special în domeniul biologiei, medicinei sau geologiei. Dioxidul de tritiu se mai numește și apă supergrea.

Hidrogenul este singurul element care are nume diferite pentru izotopii săi cei mai răspândiți. Simbolurile D și T (în loc de ²H și ³H) sunt folosite pentru deuteriu și tritiu, dar P este utilizat pentru fosfor, deci nu se poate folosi pentru simbolizarea protiului. IUPAC acceptă atât ambele variante, dar ²H și ³ H sunt preferate.

Emisia spectrală a atomului de hidrogen este caracterizată prin linii spectrale date de formula lui Rydbeg. Studiul liniilor spectrale este important în mecanica cuantică și la studiul prezenței hidrogenului pentru determinarea deplasării spre roșu.

Există doi izomeri de spin ai moleculei de hidrogen care diferă prin spinii relativi ai nucleului. În forma de ortohidrogen, spinii celor doi protoni sunt paraleli și formează un triplet; în forma de parahidrogen, spinii sunt antiparaleli și formează un singlet. La temperatură și presiune standard, hidrogenul gazos conține 25% parahidrogen și 75% ortohidrogen („starea normală" a hidrogenului). Proporțiile în care se găsesc orto și parahidrogenul depind de temperatură, dar forma orto este excitată și are o energie mai mare, deci este instabilă și nu poate fi purificată. La temperaturi foarte joase, starea de echilibru e formată aproape în întregime din parahidrogen. Proprietățile fizice ale parahidrogenului pur diferă puțin de cele ale hidrogenului în stare normală. Diferențele dintre formele orto și para se manifestă și în compușii care conțin hidrogen, cum ar fi apa sau metilenul.

Transformarea între orto și parahidrogen ce are loc fără catalizator se desfășoară mai rapid la temperaturi mari, astfel H ₂ condensat rapid conține o cantitate mare de ortohidrogen care se convertește în parahidrogen foarte încet. Proporția de orto/para în hidrogenul molecular (H ₂) condensat este un factor important în prepararea și stocarea hidrogenului lichid; conversia din orto în parahidrogen este un proces exoterm, prin care se degajă suficientă căldură pentru a evapora hidrogenul lichid, astfel pierzându-se materialului lichefiat. Catalizatorii utilizați la această transformare, cum ar fi oxidul feric, carbonul activat, azbestul platinizat, compuși ai uraniului, metale rare, oxidul de crom, câțiva compuși ai nichelului, sunt utilizați în timpul răcirii hidrogenului.

O formă moleculară numită molecula protonată de hidrogen sau H ₃⁺ este întâlnită în mediul interstelar, fiind produsă prin ionizarea moleculei de hidrogen de către razele cosmice. De asemenea, a fost observată și în straturile superioare ale planetei Jupiter. Această moleculă este relativ stabilă în afara Terrei datorită temperaturii scăzute și a densității ridicate. H ₃⁺ este unul din cei mai răspândiți ioni din Univers, jucând un rol important în chimia mediului interstelar.

În general, hidrogenul este considerat drept un nemetal, însă la temperaturi joase și la presiuni mari unele din proprietățile sale se aseamănă cu cele ale metalelor. Hidrogenul metalic a fost obținut pentru prima oară în 1973 la o presiune de 2,8 Mbar și la 20 K. Aliajul SiH ₄ cu structură metalică a fost obținut în 2008, descoperindu-se că este un foarte bun conductor electric, în conformitate cu predicțiile anterioare ale lui lui N. W. Ashcroft. În acest compus, chiar și la presiuni moderate, hidrogenul are o structură cu o densitate ce corespunde cu cea a hidrogenului metalic.

Compușii covalenți și cei organici

Chiar dacă H ₂ nu este foarte reactiv în condiții obișnuite, el formează compuși cu majoritatea elementelor. Se cunosc milioane de hidrocarburi, dar acestea nu se obțin prin reacția directă dintre elemente (carbon și hidrogen), deși producerea gazului de sinteză în procedeul Fischer-Tropsch poate fi considerată aproape o excepție deoarece procesul folosește carbonul din cărbunele, iar hidrogenul poate fi generat în proces din apă. Hidrogenul poate forma compuși cu elementele mai electronegative decât el, cum ar fi halogenii; în acest tip de compuși, hidrogenul prezintă o sarcină pozitivă parțială. Când se leagă de fluor, oxigen sau azot, hidrogenul participă la formarea unei legături puternice numite legătură de hidrogen, ce este un factor important în stabilitatea multor molecule biologice. Hidrogenul poate forma compuși și cu elementele mai puțin electronegative, cum ar fi metalele sau semimetalele, având o sarcină parțial negativă. Acești compuși sunt cunoscuți sub numele de hidruri. Hidrogenul formează o varietate de compuși cu carbonul. Datorita asocierii în general a acestora cu organismele vii, aceștia sunt numiți compuși organici; cu studierea lor se ocupă chimia organică, iar cu studiul rolului lor în organismele vii - biochimia. În unele definiții „organic" se referă doar la un compus ce conține carbon. Însă majoritatea substanțelor organice prezintă și hidrogen, iar legătura carbon-hidrogen determină multe din particularitățile lor. De aceea, legăturile carbon-hidrogen sunt prezente în unele definiții ale cuvântului „organic". În chimia anorganică hidrurile pot reprezenta catene de legături între doi ioni metalici ai unei combinații complexe. Această funcție se întâlnește la elementele din grupa 13, cu precădere la boruri și compușii complecși ai aluminiului.

Compușii hidrogenului sunt adesea numiți „hidruri", acest termen fiind uneori impropriu utilizat. „Hidrură" definește o substanță în care atomul de H are caracter anionic sau sarcină negativă, deci H −, fiind utilizat pentru compușii hidrogenului cu un element mai electropozitiv. Existența anionului hidrură, sugerată de Gilbert N. Lewis în 1916 pentru elementele din prima grupă și a doua principală, a fost pusă în evidență în 1920 de către Moers prin electroliza topiturii de hidrură de litiu (LiH), când a fost produsă o cantitate stoechiometrică de hidrogen la anod. Pentru hidrurile altor elemente, termenul este ambiguu, luând în considerare electronegativitatea hidrogenului. Excepție face BeH ₂, care este un polimer. În hidrura de litiu și aluminiu, anionul AlH ₄− are centre de hidrură atașate puternic de aluminiu. Chiar dacă hidrogenul poate forma hidruri cu toate elementele din grupele principale, numărul și combinațiile posibile diferă de la o grupă la alta. Hidrura de indiu nu a fost încă identificată, însă există o multitudine de compuși complecși ai săi.

Protoni și acizi

Oxidarea hidrogenului, adică îndepărtarea electronului său, decurge teoretic cu formarea H⁺, ion ce nu conține niciun electron în învelișul electronic și un proton în nucleu. De aceea, H⁺ este adesea numit „proton" și are un rol important în teoria protonică a acizilor. Conform teoriei Bronsted-Lowry, acizii sunt acele substanțe care cedează protoni, iar bazele sunt acceptori de protoni. Protonul H⁺ nu poate exista liber, ci doar în soluții sau în cristale ionice, datorită afinității foarte mari pentru electronii altor elemente. Uneori, termenul de „proton" este utilizat impropriu pentru a se referi la hidrogenul cu sarcină pozitivă sau cationul de hidrogen legat de alte specii moleculare. Pentru a se evita implicarea existența unică a „protonului solvatat" în soluții, se consideră că soluțiile apoase cu caracter acid conțin ionul hidroniu (H ₃O⁺). Totuși, unii cationi solvatați ai hidrogenului sunt mai degrabă organizați în molecule de tipul celei de H ₉O ₄⁺. Alți ioni oxoniu se formează când apa formează soluții cu alți solvenți. Deși nu se întâlnește pe Pământ, ionul H ₃⁺ (cunoscut sub numele de hidrogen molecular protonat sau cationul triatomic de hidrogen) este una dintre cele mai răspândite specii chimice în restul universului.

H ₂ este produs în laboratoarele de chimie și cele de biologie, fiind adesea un produs secundar al unei reacții; în industrie pentru hidrogenarea substanțelor nesaturate; în natură ca metodă de a reduce echivalenții în reacțiile biochimice.

În laborator, H ₂ este de obicei obținut prin reacția metalelor cu acizii în aparatul Kipp.

Aluminiul poate produce H ₂ prin tratarea cu baze:

Electroliza apei este o metodă simplă de a produce hidrogen. Un curent de joasă tensiune trece prin apă, iar oxigenul gazos se formează la anod, în timp ce hidrogenul gazos apare la catod. De obicei la producerea hidrogenului, catodul este confecționat din platină. Dacă se realizează și arderea, oxigenul este preferat pentru combustie, astfel ambii electrozi sunt confecționați din metale inerte. Eficiența maximă (electricitatea utilizată raportată la cantitatea de hidrogen produsă) este de 80% - 94%.

În 2007 s-a descoperit că un aliaj format din aluminiu și galiu în forma granulară în reacție cu apa poate fi folosit pentru a produce hidrogen. Din acest proces mai rezultă de asemenea și alumină, însă galiul scump, ce previne apariția stratului de oxid, poate fi refolosit. Acest lucru are o mare importanță în economia hidrogenului, deoarece acesta poate fi produs la locul de lucru și nu trebuie transportat.

Cea mai importantă (din punct de vedere economic) metodă de obținere a hidrogenului este extragerea acestuia din hidrocarburi. Cea mai mare parte a hidrogenului obținut în mod industrial provine din reformarea vaporilor gazelor naturale. La temperaturi ridicate (700 - 1100 °C; 1300 - 2000 °F), apa în stare de vapori reacționează cu metanul, rezultând monoxid de carbon și H ₂:

Această reacție se realizează ușor la presiune joasă, dar de obicei se realizează la presiuni mari (20 bar), deoarece la aceste presiuni se desfășoară aplicațiile uzuale ale hidrogenul astfel obținut. Amestecul rezultat se numește gaz de sinteză deoarece este utilizat pentru obținerea directă a metanolului și a compușilor săi. Și alte hidrocarburi în afară de metan pot produce gaz de sinteză în diferite proporții. O problemă ce apare în această tehnologie este formarea cocsului sau a carbonului:

Această reacție decurge de obicei cu formarea unui exces de H ₂O. Hidrogenul adițional poate fi recuperat din vapori utilizându-se monoxidul de carbon în reacție cu gazul de apă pe un catalizator de oxid de fier. Procesul este și o metodă de obținere a dioxidului de carbon:

Alte metode importante de obținere a H ₂ sunt oxidarea parțială a hidrocarburilor:

și reacția cărbunelui cu apa:

Uneori, hidrogenul este fabricat și consumat în timpul aceluiași proces, fără a mai fi separat. În procedeul Haber pentru obținerea amoniacului, hidrogenul provine din la gazul natural. Din electroliza saramurii pentru a produce clor se obține și hidrogen ca produs secundar.

Există mai mult de 200 de cicluri termochimice care pot fi folosite pentru descompunerea apei. Sunt studiate unele dintre acestea, cum ar fi ciclul oxidului de fier, ciclul oxid de ceriu (IV)-ceriu (III), ciclul zinc-oxid de zinc, ciclul sulfură-iod, ciclul cupru-clor și ciclul sulfurii hibride, fiind în stadiul de testări pentru a produce hidrogen și oxigen din apă folosind căldura, fără a se utiliza electricitatea. Numeroase laboratoare (inclusiv în Franța, Germania, Grecia, Japonia și Statele Unite ale Americii) dezvoltă metode termochimice de producere a hidrogenului din energie solară și apă.

H ₂ se obține în urma unor metabolisme anaerobe și este produs de anumite microorganisme, de obicei prin cataliza enzimelor ce conțin fier sau nichel. Cu ajutorul acestor enzime, numite hidrogenaze, se obține hidrogen în urma procesului de fotosinteză. Gena introdusă ajută frunza să descompună molecula de apă în elementele componente. Algele folosite sunt plante unicelulare care produc, în mod natural, cantități mici de hidrogen în timp ce își extrag energia necesară din lumina Soarelui. David Tiede, unul dintre inventatorii acestei metode, afirmă că algele produc hidrogen ca să se apere de radicalii liberi rezultați în urma fotosintezei, care altfel le-ar oxida părți vitale ale celulei. Dar, dacă hidrogenaza este stimulată chimic și dacă algele sunt plasate în recipiente de sticlă și expuse luminii solare, ele produc mai mult hidrogen, iar acesta poate fi recoltat, iar apoi îmbuteliat cu ajutorul unei pompe. Profesorul Thomas Rauchfuss, de la Universitatea din Illinois, cel care a propus tipul exact de proteină sintetică necesar procesului, a declarat: „Cultivarea algelor modificate genetic, în care s-a introdus proteina sintetică, s-a dovedit a fi extrem de stabilă. Algele nu degenerează și nu revin la specia anterioară. Procesul are o mulțime de beneficii în comparație cu obținerea altor plante din care se extrag biocombustibili. Algele pot fi crescute în recipiente transparente plasate în deșert sau pe acoperișul caselor. Ele nu au nevoie de teren și nu intră în competiție cu producția de alimente". La unele specii de alge, cum ar fi Chlamydomonas reinhardtii sau cyanobacteria, la întuneric, protonii și electronii sunt reduși pentru a forma H ₂ gazos cu ajutorul hidrogenazei în cloroplast.

Anual se înregistrează un consum mondial de hidrogen de peste 500 miliarde metri cubi normali în diverse scopuri și în diferite domenii. În afara utilizării ca reactant, hidrogenul are multe aplicații în inginerie și fizică. Se utilizează la sudură, iar datorită bunei conductivități termice este folosit ca agent de răcire în generatoare electrice din centralele electrice. are un rol important în cercetările din criogenie, inclusiv în studiile legate de superconductivitate. Molecula de hidrogen, având o densitate de 15 ori mai mică decât cea a aerului, a fost întrebuințată drept gaz portant pentru baloane și dirijabile. De asemenea, este materie primă în diverse tehnologii: de reducere a minereurilor, de fabricare a amoniacului și în procedeele de hidrogenare. Hidrogenul are aplicații și în industria automobilelor, chimică, aerospațială și de telecomunicații.

Izotopii hidrogenului au aplicații specifice. Deuteriul din compoziția apei grele este utilizat în reacțiile de fisiune nucleară ca moderator pentru încetinirea neutronilor. Compușii acestuia se folosesc în cadrul studiilor ce urmăresc efectele reacțiilor izotopice. Tritiul, produs în reactoarele nucleare, se folosește în producerea bombelor cu hidrogen, în marcare izotopică și ca sursa de iradiere pentru vopselele fosforescente.

Hidrogenul poate forma amestecuri explozive cu aerul și reacționează violent cu oxidanții. În cazul inhalării în cantități foarte mari, poate produce asfixierea, pierderea mobilității motrice și a cunoștinței. Scurgerea hidrogenului gazos în atmosferă poate cauza autoaprinderea sa. Flacăra de hidrogen este invizibilă, acest lucru putând produce arsuri accidentale.

Multe proprietăți fizice și chimice ale hidrogenului depind de proporția de orto/parahidrogen. Uneori durează săptămâni pentru a atinge starea de echilibru a acestor alotropi. Valorile critice de temperatură și presiune la care are loc deflagrația hidrogenului depind de forma recipientului.

1. de ^ Hidrogen - Noul purtător de energie Despre rolul hidrogenului în sistemele energetice existente și viitoare în Asociația Germană a Hidrogenului și Pilelor de Combustie (DWBV). Accesat la 6 iunie 2009.

2. ^ „Hydrogen". Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wylie-Interscience. . pp. 797-799. ISBN 0-471-61525-0.

3. ^ Emsley, John (). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 183-191. ISBN 0-19-850341-5.

4. ^ Stwertka, Albert (). A Guide to the Elements. Oxford University Press. pp. 16-21. ISBN 0-19-508083-1.

5. en ^ Crepeau, Bob (). „Niels Bohr: The Atomic Model". Great Scientific Minds. Great Neck Publishing. ISBN 1-4298-0723-7.

6. ^ Information Specific to Liquid Hydrogen, harvard.edu, accesat 12 iunie 2009

7. ^ Carcassi, M. N. (). „Deflagrations of H₂-air and CH₄-air lean mixtures in a vented multi-compartment environment". Energy. 30 (8): 1439-1451. doi:10.1016/j.energy.2004.02.012.

8. ^ Energy is per mole of the combustible material, Hydrogen. 286 kJ/mol

9. en ^ „Jefferson Lab - Hydrogen".

10. en ^ Storrie-Lombardi, Lisa J. (). „Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas". Astrophysical Journal. 543: 552-576. arXiv:astro-ph/0006044  . doi:10.1086/317138+.

11. en ^ Dresselhaus, Mildred; et al. (). „Basic Research Needs for the Hydrogen Economy" (PDF). Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy, Office of Science Laboratory.

12. ^ Miessler, Gary L. (). Inorganic Chemistry (ed. 3rd edition). Prentice Hall. ISBN 0130354716.

13. ^

14. ^ Korsheninnikov; A. A.; et al. (). „Experimental Evidence for the Existence of ⁷H and for a Specific Structure of ⁸He". Physical Review Letters. 90 (8): 082501. doi:10.1103/PhysRevLett.90.082501.

15. en ^ Urey, Harold C. (). „Names for the Hydrogen Isotopes". Science. 78 (2035): 602-603. doi:10.1126/science.78.2035.602. PMID 17797765.

16. en ^ Oda, Y (). „1H NMR studies of deuterated ribonuclease HI selectively labeled with protonated amino acids". Journal of Biomolecular NMR. 2 (2): 137-47. doi:10.1007/BF01875525+. PMID 1330130.

17. en ^ „The Tritium Laboratory". University of Miami. .

18. ^

19. en ^ Staff (). „Hydrogen (H₂) Properties, Uses, Applications: Hydrogen Gas and Liquid Hydrogen". Universal Industrial Gases, Inc.

20. en ^ Tikhonov, Vladimir I. (). „Separation of Water into Its Ortho and Para Isomers". Science. 296 (5577): 2363. doi:10.1126/science.1069513. PMID 12089435.

21. en ^ Hritz, James (). „CH. 6 - Hydrogen" (PDF). NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual, Document GRC-MQSA.001. NASA.

22. en ^ Shinitzky, Meir; Elitzur, Avshalom C. (10 ianuarie). „Ortho-para spin isomers of the protons in the methylene group". Chirality. Rehovot, Israel: Weizmann Institute of Science. 18 (9): 754-756. doi:10.1002/chir.20319. PMID 16856167.

23. en ^ „Ortho-Para conversion. Pag. 13" (PDF).

24. M. I. Eremets, I. A. Trojan, S. A. Medvedev, J. S. Tse, Y. Yao. ^ Superconductivity in Hydrogen Dominant Materials. Silane Science 14 martie 2008 Vol. 319. no. 5869, pp. 1506-1509, rezumat accesat 2009-06-08

25. en ^ „Structure and Nomenclature of Hydrocarbons". Purdue University.

26. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

27. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

28. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

29. ^

30. ^ Hibbs, David E. (). „A remarkably stable indium trihydride complex: synthesis and characterisation of [InH₃{P(C₆H₁₁)₃}]". Chemical Communications: 185-186. doi:10.1039/a809279f.

31. ^ Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991), p167-169

32. Luminița Vlădescu, ^ Echilibre chimice în chimia analitică. Editura: Didactică și Pedagogică - 2004

33. ^ Okumura, Anthony M. (). „Infrared spectra of the solvated hydronium ion: vibrational predissociation spectroscopy of mass-selected H₃O+*(H₂O)n*(H₂)m". Journal of Physical Chemistry. 94 (9): 3416-3427. doi:10.1021/j100372a014.

34. ^ Carrington, Alan (). „The infrared predissociation spectrum of triatomic hydrogen cation (H₃⁺)". Accounts of Chemical Research. 22 (6): 218-222. doi:10.1021/ar00162a004.

35. en ^ Acid-Base Behaviour of the Period 3 Oxides. chemguide.co.uk. accesat la 12 mai 2009.

36. en ^ Kruse, B. (). „Hydrogen Status og Muligheter" (PDF). Bellona.

37. ^ Oxtoby, D. W. (). Principles of Modern Chemistry (ed. 5th edition). Thomson Brooks/Cole. ISBN 0030353734.

38. ^ en [

39. en ^ „Hydrogen Properties, Uses, Applications". Universal Industrial Gases, Inc. .

40. en ^ Lees, Andrew (). „Chemicals from salt". BBC. Arhivat din original la .

41. en ^ „Development of solar-powered thermochemical production of hydrogen from water" (PDF).

42. en ^ Robert Perret. „Development of Solar-Powered Thermochemical Production of Hydrogen from Water, DOE Hydrogen Program, 2007" (PDF).

43. ^ Florin, L., Tsokoglou, A. and Happe, T. (). „A novel type of iron hydrogenase in the green alga Scenedesmus obliquus is linked to the photosynthetic electron transport chain". J. Biol. Chem. 276 (9): 6125-6132. doi:10.1074/jbc.M008470200. PMID 11096090.

44. ^ Alge care produc hidrogen combustibil. ecomagazin.ro. Accesat la 6 iunie 2009.

45. ^ Ulei pentru motoare diesel obținut din alge. Adevărul. Accesat la 6 mai 2009.

46. ^ Kruse, O.; Rupprecht, J.; Bader, K.-P.; Thomas-Hall, S.; Schenk, P. M.; Finazzi, G.; Hankamer, B (2005). „Improved photobiological H2 production in engineered green algal cells". The Journal of Biological Chemistry 280 (40): 34170-7.

47. ^

48. ^ „Atomic Hydrogen Welding". Specialty Welds. .

49. en ^ Hardy, Walter N. (). „From H2 to cryogenic H masers to HiTc superconductors: An unlikely but rewarding path". Physica C: Superconductivity. Vancouver, Canada: University of British Columbia. 388-389: 1-6. doi:10.1016/S0921-4534(02)02591-1.

50. en ^ Block, Matthias. „Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection". 16th WCNDT 2004. Montreal, Canada: Sensistor Technologies.

51. ^ en

52. ^

53. ^

54. ^ en Smith, H. O. (). „Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems" (PDF). NASA.

55. en ^ „Hydrogen Safety". Humboldt State University.

I. G. Deac, Elemente de criogenie, Editura Napoca Star, 2010, p14

Raluca Ripan, I. Ceteanu, Manual de lucrări practice de chimie anorganică - vol I Metaloizi, Editura de stat didactică și pedagogică, București, 1961

# data[].attributes.attachment_link.description
Hidrogen Luminescență purpurie în stare plasmatică Liniile spectrale ale hidrogenului Informații generale Nume, Simbol, Număr Hidrogen, H, 1 Grupă, Perioadă, Bloc 1, 1, s Proprietăți atomice Configurație electronică 1s 1 Electroni pe nivelul de energie 1 Proprietăți fizice Punct de topire -259,1 °C ; 14,025 K Punct de fierbere -252,9 °C ; 20,268 K Volum molar 22,42×10-3 m³/kmol Viteza sunetului 1270 m/s la 20 °C Informații diverse Electronegativitate (Pauling) 2,2 Cei mai stabili izotopi Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Hidrogen

Luminescență purpurie în stare plasmatică

Liniile spectrale ale hidrogenului

Informații generale

Nume, Simbol, Număr

Hidrogen, H, 1

Grupă, Perioadă, Bloc

1, 1, s

Proprietăți atomice

Configurație electronică

1s ¹

Electroni pe nivelul de energie

1

Proprietăți fizice

Punct de topire

-259,1 °C ; 14,025 K

Punct de fierbere

-252,9 °C ; 20,268 K

Volum molar

22,42×10⁻³ m³/kmol

Viteza sunetului

1270 m/s la 20 °C

Informații diverse

Electronegativitate (Pauling)

2,2

Cei mai stabili izotopi

Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

Hidrogenul este elementul chimic în tabelul periodic al elementelor cu simbolul H și numărul atomic 1. Este un gaz ușor inflamabil, incolor, insipid, inodor, iar în natură se întâlnește mai ales sub formă de moleculă diatomică, H ₂. Având masa atomică egală cu 1,00794 u.a.m., hidrogenul este cel mai ușor element chimic. Etimologic, cuvântul hidrogen este o combinație a două cuvinte grecești, având semnificația de „a produce apă".

Hidrogenul elementar este principala componentă a Universului, având o pondere de 75% din masa acestuia. În starea de plasmă, se găsește ca element majoritar în alcătuirea stelelor. Hidrogenul elementar este foarte puțin răspândit pe Pământ.

Pentru necesități industriale există diferite procedee de producere, puse la punct din punct de vedere tehnologic sau aflate în fază de laborator. Hidrogenul poate fi obținut prin electroliza apei, procesul necesitând costuri mai mari decât cel de producere prin procesarea gazelor naturale.

Cel mai răspândit izotop al hidrogenului este protiul, care este alcătuit dintr-un singur proton în nucleu și un electron în învelișul electronic. În compușii ionici poate avea sarcină negativă ( anion cunoscut sub numele de hidrură, H⁻) sau sarcină pozitivă H⁺ ( hidron). Hidrogenul formează compuși chimici cu majoritatea elementelor din sistemul periodic și este prezent în apă și în mulți dintre compușii organici. Are un rol important în reacțiile acido-bazice, acestea bazându-se pe schimbul de protoni între molecule. Fiind singurul atom pentru care soluția analitică a ecuației lui Schrödinger este pe deplin cunoscută, prezintă un rol major în fundamentarea teoriei mecanicii cuantice.

Hidrogenul este un gaz puternic reactiv și își găsește aplicații datorită capacității sale chimice de reducător. Hidrogenul se folosește în industria petrochimică la producerea benzinelor, în industria chimico-alimentară pentru hidrogenarea grăsimilor (de exemplu producerea margarinei), în prelucrările mecanice ale metalelor și în tratamentul termic al acestora.

Hidrogenul a fost testat pentru folosirea alternativă în vehiculele echipate cu motoare cu ardere internă. Avantajul său principal constă în faptul că este ecologic, din arderea sa rezultând vapori de apă. Dezavantajele constau în pericolul mare de explozie, dificultatea stocării în vehicule și lipsa unei infrastructuri de stații de alimentare cu hidrogen. Poate fi folosit pentru producerea directă a electricității, prin intermediul pilelor de combustie.

In anul 2019 a fost descoperit primul compus format în univers la cca 300.000 ani după Big Bang, ionul hidrură de heliu (HeH+) (în engleză „helium hydride ion"). Este o combinație între un atom de heliu și un proton (atom de hidrogen fără electroni). Descoperirea s-a făcut ajutorul observatorului astronomic SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, plasat în stratosferă, o cooperare germano-americană) în nebuloasa planetară NGC 7027.

Descoperire

Hidrogenul a fost descoperit de către chimistul și fizicianul englez Henry Cavendish în 1766, în urma unui experiment în care studia reacțiile dintre mercur și un acid. La amestecarea celor două substanțe, observa apariția unor mici bule de gaz în amestec. Acest aspect l-a determinat să efectueze o cercetare suplimentară, numind substanța necunoscută „aer inflamabil". În 1781 a descoperit că acest element produce apă atunci când arde. O analiză mai detaliată a fost făcută de către Antoine Lavoisier, care descoperă gazul independent de Cavendish în urma unui experiment ce urmărea determinarea masei pierdute sau create în urma unei reacții chimice. Cercetătorul a încălzit apa într-un recipient închis, vaporii formați condensându-i într-un alt recipient. Cantitatea pierdută a fost atribuită degajării unui gaz (H ₂). Chimistul francez a observat că „aerul inflamabil" al lui Cavendish în combinație cu oxigenul formează picături de apă, conform lui Joseph Priestley. Lavoisier a numit gazul „hidrogen", nomeclatura fiind de origine greacă ( ὕδωρ, hydro înseamnă apă, iar γίγνομαι, gignomai înseamnă a naște, a crea).

Rolul în teoria cuantică

Datorită structurii atomice relativ simple, constituit dintr-un proton și un electron, atomul de hidrogen împreună cu spectrul luminii emise de el, au reprezentat un domeniu central al dezvoltării teoriei structurii atomice. În plus, simplitatea moleculei de H ₂ și a cationului H⁺ au condus la înțelegerea completă a naturii legăturii chimice ce a urmat imediat după dezvoltarea studiului atomului de hidrogen în mecanica cuantică (mijlocul anilor 1920).

Maxwell a observat că la H 2, sub temperatura mediului ambiant, valoarea căldurii molare se abate inexplicabil de la aceea a unui gaz diatomic, iar la temperaturi criogenice se apropie din ce în ce mai mult de cea a unui gaz monoatomic. Conform teoriei cuantice, această comportare rezultă din distribuția spațială ale nivelelor de energie de rotație, care la H ₂ sunt foarte îndepărtate, datorită masei sale mici. Aceste nivele îndepărtate împiedică la temperaturi mici partiția egală (între cei doi atomi ai moleculei) a energiei termice în energie de rotație. Compușii diatomici gazoși formați din atomi mai grei nu au diferențe mari între nivelele energetice de rotație și nu prezintă același efect.

Hidrogenul este elementul cu cea mai mică densitate. În formă moleculară (H ₂) este de aproximativ 14,4 ori mai ușor decât aerul. La presiune normală punctul său de topire este de 14,02 K, iar cel de fierbere este de 20,27 K. Punctul său triplu este la 13,81 K, și 7,042 kPa, iar cel critic la 33,2 K și 1,29 MPa. Solubilitatea în apă este de 1,6 mg/l. Unele proprietăți termodinamice (legate de fenomenele de transport) sunt datorate masei moleculare mici și vitezei termice a unei molecule de 1770 m/s la 25 °C. La temperatura camerei, hidrogenul difuzează cel mai rapid, are cea mai înaltă conductivitate termică și cea mai mare efuziune dintre toate gazele. O vâscozitate mai mică au doar trei gaze poliatomice, unul dintre ele fiind n-butan.

Mobilitatea hidrogenului într-o masă solidă este, de asemenea, foarte mare. Astfel, acesta difuzează prin diverse materiale, cum ar fi polietilena și cuarțul. Un important fenomen este acela de difuzie în fier, platină și în alte metale tranziționale. Aceste proprietăți conduc la utilizări tehnice numeroase, dar de asemenea, și la dificultăți legate de transportul, depozitarea și de prelucrare a amestecurilor de hidrogen.

Hidrogenul gazos (în stare de moleculă diatomică) este extrem de inflamabil și la presiune atmosferică se aprinde în aer la concentrații volumetrice cuprinse între 4% și 75%, iar în contact cu oxigenul pur între 4,65% și 93,9%. Limitele între care apare detonația sunt între 18,2% și 58,9% în aer, respectiv între 15% și 90% în oxigen. Variația entalpiei în urma combustiei ( puterea calorifică, căldura de ardere) este de −286 kJ/mol:

[23]

Amestecul dintre oxigen și hidrogen în diferite proporții este exploziv. Hidrogenul se autoaprinde și explodează în contact cu aerul în intervalul de concentrații cuprins între 4% și 75%, temperatura de autoaprindere fiind de 560 °C. Flacăra unui amestec pur hidrogen-oxigen emite radiații ultraviolete invizibile cu ochiul liber.

H ₂ reacționează cu toate elementele oxidante. Acesta poate reacționa spontan și violent la temperatura camerei cu clorul și fluorul, formând HCl și HF.

Hidrogenul este cel mai răspândit element în univers, reprezentând mai mult de 75% în masă și mai mult de 90% după numărul de atomi. Se găsește în cantități mari în compoziția stelelor și a planetelor gigantice gazoase. Norii moleculari de H ₂ sunt asociați cu formarea stelelor. Hidrogenul joacă un rol-cheie și în exploziile stelare datorate reacțiilor de fuziune nucleară dintre protoni.

În Univers, hidrogenul este întâlnit mai ales sub forma de atom și în stare de plasmă. Proprietățile acestora sunt diferite față de cele ale moleculei de hidrogen. Electronul și protonul de hidrogen nu formează legături în starea de plasmă, din cauza conductivității electrice diferite și a unei emisii radiative mari (originea luminii emise de Soare și alte stele). Particulele încărcate cu sarcini electrice sunt puternic influențate de câmpurile magnetice și electrice. De exemplu, în vânturile solare particulele interacționează cu magnetosfera terestră, generând curenți Birkeland și produc fenomenul cunoscut sub denumirea de auroră boreală. Hidrogenul se găsește în stare atomică neutră în mediul interstelar, iar cea mai mare cantitate este întâlnită la sistemele Lyman-alpha.

În condiții normale, hidrogenul există pe Pământ sub formă de moleculă diatomică, H ₂, însă nu este foarte răspândit în atmosfera terestră (în concentrație medie de 1 ppm de volum) din cauza masei mici, astfel forța gravitațională a planetei are un efect foarte slab asupra sa. Totuși, hidrogenul (prin compușii săi) este cel mai răspândit element de la suprafața Terrei. Cei mai întâlniți compuși chimici ai săi sunt hidrocarburile și apa. Hidrogenul gazos este produs de anumite specii de bacterii și alge, acesta fiind componentul principal al flatulenței. Metanul este o importantă sursă de hidrogen.

Atomul de hidrogen

Nivelul energetic fundamental al electronului în atomul de hidrogen are energia egală cu -13,6 eV. Nivelele superioare se numesc nivele excitate, energia acestora crescând până la 0 eV (valoarea nivelului energetic aflat la infinit), ele se calculează folosind modelul lui Bohr. Acesta consideră că nucleul este fix, iar electronul are o traiectorie circulară în jurul acestuia asemănătoare cu planetele ce gravitează în jurul Soarelui (de unde provine denumirea alternativă de model planetar). Forța electromagnetică atrage electronul și protonul unul spre celălalt, în timp ce corpurile cerești se atrag datorită gravitației. Potrivit condiției de cuantificare a momentului cinetic postulat de Bohr, valoarea momentului cinetic al electronului este multiplu întreg al constantei reduse al lui Planck, de unde rezultă că în cadrul atomului, electronului îi sunt permise anumite orbite cu raze bine stabilite. Această relație de cuantificare explică spectrul discret al nivelelor energetice.

O descriere mai exactă a atomului de hidrogen este dată în fizica cuantică unde se calculează densitatea de probabilitate prin norma funcției de undă a electronului în jurul protonului pe baza ecuației lui Schrödinger sau a formulării lui Feynman cu integrală de drum.

Hidrogenul are trei izotopi naturali, ¹H, ²H și ³H. Alții, ce au nucleele foarte instabile ( ⁴H până la ⁷ H), au fost sintetizați în laborator dar nu au fost observați în natură.

este cel mai răspândit izotop al hidrogenului, având o pondere de peste 99,98% în compoziția izotopică naturală al acestui element. Datorită faptului că acesta are în nucleul un singur proton, a fost numit protiu, această denumire fiind însă rar utilizată.

, celălalt izotop stabil al hidrogenului, este cunoscut și sub numele de . Conține în nucleu un proton și un neutron, acest izotop provenind de la Big Bang, continuând să existe până acum datorită stabilității sale. Nu este radioactiv și nu reprezintă o sursă periculoasă de poluare. Apa ce este bogată în dioxid de deuteriu se mai numește și apă grea. Deuteriul și compușii săi sunt utilizați ca etalon în experimente neradioactive și ca solvent în procedeele de spectroscopie RMN. Apa grea este utilizată ca moderator de neutron și ca lichid de răcire pentru reactorii nucleari. Deuteriul este de asemenea folosit drept combustibil pentru fuziune nucleară de larg consum.

se mai numește și (mai rar: trițiu); conține în nucleu un proton și doi neutroni. Este radioactiv, rezultând din izotopul Heliu-3 prin dezintegrarea beta și are un timp de înjumătățire de 12,32 ani. Cantități mici din acest izotop sunt răspândite și în natură, acesta rezultând din interacțiunea razelor cosmice cu gazele atmosferice; tritiul este eliberat și în timpul testelor nucleare. Este folosit și în reacții de fuziune nucleară, și pentru evidențierea și studiul de geochimia izotopilor și în dispozitive autogeneratoare de lumină. Tritiul se mai utilizează și în marcarea radioizotopică, în special în domeniul biologiei, medicinei sau geologiei. Dioxidul de tritiu se mai numește și apă supergrea.

Hidrogenul este singurul element care are nume diferite pentru izotopii săi cei mai răspândiți. Simbolurile D și T (în loc de ²H și ³H) sunt folosite pentru deuteriu și tritiu, dar P este utilizat pentru fosfor, deci nu se poate folosi pentru simbolizarea protiului. IUPAC acceptă atât ambele variante, dar ²H și ³ H sunt preferate.

Emisia spectrală a atomului de hidrogen este caracterizată prin linii spectrale date de formula lui Rydbeg. Studiul liniilor spectrale este important în mecanica cuantică și la studiul prezenței hidrogenului pentru determinarea deplasării spre roșu.

Există doi izomeri de spin ai moleculei de hidrogen care diferă prin spinii relativi ai nucleului. În forma de ortohidrogen, spinii celor doi protoni sunt paraleli și formează un triplet; în forma de parahidrogen, spinii sunt antiparaleli și formează un singlet. La temperatură și presiune standard, hidrogenul gazos conține 25% parahidrogen și 75% ortohidrogen („starea normală" a hidrogenului). Proporțiile în care se găsesc orto și parahidrogenul depind de temperatură, dar forma orto este excitată și are o energie mai mare, deci este instabilă și nu poate fi purificată. La temperaturi foarte joase, starea de echilibru e formată aproape în întregime din parahidrogen. Proprietățile fizice ale parahidrogenului pur diferă puțin de cele ale hidrogenului în stare normală. Diferențele dintre formele orto și para se manifestă și în compușii care conțin hidrogen, cum ar fi apa sau metilenul.

Transformarea între orto și parahidrogen ce are loc fără catalizator se desfășoară mai rapid la temperaturi mari, astfel H ₂ condensat rapid conține o cantitate mare de ortohidrogen care se convertește în parahidrogen foarte încet. Proporția de orto/para în hidrogenul molecular (H ₂) condensat este un factor important în prepararea și stocarea hidrogenului lichid; conversia din orto în parahidrogen este un proces exoterm, prin care se degajă suficientă căldură pentru a evapora hidrogenul lichid, astfel pierzându-se materialului lichefiat. Catalizatorii utilizați la această transformare, cum ar fi oxidul feric, carbonul activat, azbestul platinizat, compuși ai uraniului, metale rare, oxidul de crom, câțiva compuși ai nichelului, sunt utilizați în timpul răcirii hidrogenului.

O formă moleculară numită molecula protonată de hidrogen sau H ₃⁺ este întâlnită în mediul interstelar, fiind produsă prin ionizarea moleculei de hidrogen de către razele cosmice. De asemenea, a fost observată și în straturile superioare ale planetei Jupiter. Această moleculă este relativ stabilă în afara Terrei datorită temperaturii scăzute și a densității ridicate. H ₃⁺ este unul din cei mai răspândiți ioni din Univers, jucând un rol important în chimia mediului interstelar.

În general, hidrogenul este considerat drept un nemetal, însă la temperaturi joase și la presiuni mari unele din proprietățile sale se aseamănă cu cele ale metalelor. Hidrogenul metalic a fost obținut pentru prima oară în 1973 la o presiune de 2,8 Mbar și la 20 K. Aliajul SiH ₄ cu structură metalică a fost obținut în 2008, descoperindu-se că este un foarte bun conductor electric, în conformitate cu predicțiile anterioare ale lui lui N. W. Ashcroft. În acest compus, chiar și la presiuni moderate, hidrogenul are o structură cu o densitate ce corespunde cu cea a hidrogenului metalic.

Compușii covalenți și cei organici

Chiar dacă H ₂ nu este foarte reactiv în condiții obișnuite, el formează compuși cu majoritatea elementelor. Se cunosc milioane de hidrocarburi, dar acestea nu se obțin prin reacția directă dintre elemente (carbon și hidrogen), deși producerea gazului de sinteză în procedeul Fischer-Tropsch poate fi considerată aproape o excepție deoarece procesul folosește carbonul din cărbunele, iar hidrogenul poate fi generat în proces din apă. Hidrogenul poate forma compuși cu elementele mai electronegative decât el, cum ar fi halogenii; în acest tip de compuși, hidrogenul prezintă o sarcină pozitivă parțială. Când se leagă de fluor, oxigen sau azot, hidrogenul participă la formarea unei legături puternice numite legătură de hidrogen, ce este un factor important în stabilitatea multor molecule biologice. Hidrogenul poate forma compuși și cu elementele mai puțin electronegative, cum ar fi metalele sau semimetalele, având o sarcină parțial negativă. Acești compuși sunt cunoscuți sub numele de hidruri. Hidrogenul formează o varietate de compuși cu carbonul. Datorita asocierii în general a acestora cu organismele vii, aceștia sunt numiți compuși organici; cu studierea lor se ocupă chimia organică, iar cu studiul rolului lor în organismele vii - biochimia. În unele definiții „organic" se referă doar la un compus ce conține carbon. Însă majoritatea substanțelor organice prezintă și hidrogen, iar legătura carbon-hidrogen determină multe din particularitățile lor. De aceea, legăturile carbon-hidrogen sunt prezente în unele definiții ale cuvântului „organic". În chimia anorganică hidrurile pot reprezenta catene de legături între doi ioni metalici ai unei combinații complexe. Această funcție se întâlnește la elementele din grupa 13, cu precădere la boruri și compușii complecși ai aluminiului.

Compușii hidrogenului sunt adesea numiți „hidruri", acest termen fiind uneori impropriu utilizat. „Hidrură" definește o substanță în care atomul de H are caracter anionic sau sarcină negativă, deci H −, fiind utilizat pentru compușii hidrogenului cu un element mai electropozitiv. Existența anionului hidrură, sugerată de Gilbert N. Lewis în 1916 pentru elementele din prima grupă și a doua principală, a fost pusă în evidență în 1920 de către Moers prin electroliza topiturii de hidrură de litiu (LiH), când a fost produsă o cantitate stoechiometrică de hidrogen la anod. Pentru hidrurile altor elemente, termenul este ambiguu, luând în considerare electronegativitatea hidrogenului. Excepție face BeH ₂, care este un polimer. În hidrura de litiu și aluminiu, anionul AlH ₄− are centre de hidrură atașate puternic de aluminiu. Chiar dacă hidrogenul poate forma hidruri cu toate elementele din grupele principale, numărul și combinațiile posibile diferă de la o grupă la alta. Hidrura de indiu nu a fost încă identificată, însă există o multitudine de compuși complecși ai săi.

Protoni și acizi

Oxidarea hidrogenului, adică îndepărtarea electronului său, decurge teoretic cu formarea H⁺, ion ce nu conține niciun electron în învelișul electronic și un proton în nucleu. De aceea, H⁺ este adesea numit „proton" și are un rol important în teoria protonică a acizilor. Conform teoriei Bronsted-Lowry, acizii sunt acele substanțe care cedează protoni, iar bazele sunt acceptori de protoni. Protonul H⁺ nu poate exista liber, ci doar în soluții sau în cristale ionice, datorită afinității foarte mari pentru electronii altor elemente. Uneori, termenul de „proton" este utilizat impropriu pentru a se referi la hidrogenul cu sarcină pozitivă sau cationul de hidrogen legat de alte specii moleculare. Pentru a se evita implicarea existența unică a „protonului solvatat" în soluții, se consideră că soluțiile apoase cu caracter acid conțin ionul hidroniu (H ₃O⁺). Totuși, unii cationi solvatați ai hidrogenului sunt mai degrabă organizați în molecule de tipul celei de H ₉O ₄⁺. Alți ioni oxoniu se formează când apa formează soluții cu alți solvenți. Deși nu se întâlnește pe Pământ, ionul H ₃⁺ (cunoscut sub numele de hidrogen molecular protonat sau cationul triatomic de hidrogen) este una dintre cele mai răspândite specii chimice în restul universului.

H ₂ este produs în laboratoarele de chimie și cele de biologie, fiind adesea un produs secundar al unei reacții; în industrie pentru hidrogenarea substanțelor nesaturate; în natură ca metodă de a reduce echivalenții în reacțiile biochimice.

În laborator, H ₂ este de obicei obținut prin reacția metalelor cu acizii în aparatul Kipp.

Aluminiul poate produce H ₂ prin tratarea cu baze:

Electroliza apei este o metodă simplă de a produce hidrogen. Un curent de joasă tensiune trece prin apă, iar oxigenul gazos se formează la anod, în timp ce hidrogenul gazos apare la catod. De obicei la producerea hidrogenului, catodul este confecționat din platină. Dacă se realizează și arderea, oxigenul este preferat pentru combustie, astfel ambii electrozi sunt confecționați din metale inerte. Eficiența maximă (electricitatea utilizată raportată la cantitatea de hidrogen produsă) este de 80% - 94%.

În 2007 s-a descoperit că un aliaj format din aluminiu și galiu în forma granulară în reacție cu apa poate fi folosit pentru a produce hidrogen. Din acest proces mai rezultă de asemenea și alumină, însă galiul scump, ce previne apariția stratului de oxid, poate fi refolosit. Acest lucru are o mare importanță în economia hidrogenului, deoarece acesta poate fi produs la locul de lucru și nu trebuie transportat.

Cea mai importantă (din punct de vedere economic) metodă de obținere a hidrogenului este extragerea acestuia din hidrocarburi. Cea mai mare parte a hidrogenului obținut în mod industrial provine din reformarea vaporilor gazelor naturale. La temperaturi ridicate (700 - 1100 °C; 1300 - 2000 °F), apa în stare de vapori reacționează cu metanul, rezultând monoxid de carbon și H ₂:

Această reacție se realizează ușor la presiune joasă, dar de obicei se realizează la presiuni mari (20 bar), deoarece la aceste presiuni se desfășoară aplicațiile uzuale ale hidrogenul astfel obținut. Amestecul rezultat se numește gaz de sinteză deoarece este utilizat pentru obținerea directă a metanolului și a compușilor săi. Și alte hidrocarburi în afară de metan pot produce gaz de sinteză în diferite proporții. O problemă ce apare în această tehnologie este formarea cocsului sau a carbonului:

Această reacție decurge de obicei cu formarea unui exces de H ₂O. Hidrogenul adițional poate fi recuperat din vapori utilizându-se monoxidul de carbon în reacție cu gazul de apă pe un catalizator de oxid de fier. Procesul este și o metodă de obținere a dioxidului de carbon:

Alte metode importante de obținere a H ₂ sunt oxidarea parțială a hidrocarburilor:

și reacția cărbunelui cu apa:

Uneori, hidrogenul este fabricat și consumat în timpul aceluiași proces, fără a mai fi separat. În procedeul Haber pentru obținerea amoniacului, hidrogenul provine din la gazul natural. Din electroliza saramurii pentru a produce clor se obține și hidrogen ca produs secundar.

Există mai mult de 200 de cicluri termochimice care pot fi folosite pentru descompunerea apei. Sunt studiate unele dintre acestea, cum ar fi ciclul oxidului de fier, ciclul oxid de ceriu (IV)-ceriu (III), ciclul zinc-oxid de zinc, ciclul sulfură-iod, ciclul cupru-clor și ciclul sulfurii hibride, fiind în stadiul de testări pentru a produce hidrogen și oxigen din apă folosind căldura, fără a se utiliza electricitatea. Numeroase laboratoare (inclusiv în Franța, Germania, Grecia, Japonia și Statele Unite ale Americii) dezvoltă metode termochimice de producere a hidrogenului din energie solară și apă.

H ₂ se obține în urma unor metabolisme anaerobe și este produs de anumite microorganisme, de obicei prin cataliza enzimelor ce conțin fier sau nichel. Cu ajutorul acestor enzime, numite hidrogenaze, se obține hidrogen în urma procesului de fotosinteză. Gena introdusă ajută frunza să descompună molecula de apă în elementele componente. Algele folosite sunt plante unicelulare care produc, în mod natural, cantități mici de hidrogen în timp ce își extrag energia necesară din lumina Soarelui. David Tiede, unul dintre inventatorii acestei metode, afirmă că algele produc hidrogen ca să se apere de radicalii liberi rezultați în urma fotosintezei, care altfel le-ar oxida părți vitale ale celulei. Dar, dacă hidrogenaza este stimulată chimic și dacă algele sunt plasate în recipiente de sticlă și expuse luminii solare, ele produc mai mult hidrogen, iar acesta poate fi recoltat, iar apoi îmbuteliat cu ajutorul unei pompe. Profesorul Thomas Rauchfuss, de la Universitatea din Illinois, cel care a propus tipul exact de proteină sintetică necesar procesului, a declarat: „Cultivarea algelor modificate genetic, în care s-a introdus proteina sintetică, s-a dovedit a fi extrem de stabilă. Algele nu degenerează și nu revin la specia anterioară. Procesul are o mulțime de beneficii în comparație cu obținerea altor plante din care se extrag biocombustibili. Algele pot fi crescute în recipiente transparente plasate în deșert sau pe acoperișul caselor. Ele nu au nevoie de teren și nu intră în competiție cu producția de alimente". La unele specii de alge, cum ar fi Chlamydomonas reinhardtii sau cyanobacteria, la întuneric, protonii și electronii sunt reduși pentru a forma H ₂ gazos cu ajutorul hidrogenazei în cloroplast.

Anual se înregistrează un consum mondial de hidrogen de peste 500 miliarde metri cubi normali în diverse scopuri și în diferite domenii. În afara utilizării ca reactant, hidrogenul are multe aplicații în inginerie și fizică. Se utilizează la sudură, iar datorită bunei conductivități termice este folosit ca agent de răcire în generatoare electrice din centralele electrice. are un rol important în cercetările din criogenie, inclusiv în studiile legate de superconductivitate. Molecula de hidrogen, având o densitate de 15 ori mai mică decât cea a aerului, a fost întrebuințată drept gaz portant pentru baloane și dirijabile. De asemenea, este materie primă în diverse tehnologii: de reducere a minereurilor, de fabricare a amoniacului și în procedeele de hidrogenare. Hidrogenul are aplicații și în industria automobilelor, chimică, aerospațială și de telecomunicații.

Izotopii hidrogenului au aplicații specifice. Deuteriul din compoziția apei grele este utilizat în reacțiile de fisiune nucleară ca moderator pentru încetinirea neutronilor. Compușii acestuia se folosesc în cadrul studiilor ce urmăresc efectele reacțiilor izotopice. Tritiul, produs în reactoarele nucleare, se folosește în producerea bombelor cu hidrogen, în marcare izotopică și ca sursa de iradiere pentru vopselele fosforescente.

Hidrogenul poate forma amestecuri explozive cu aerul și reacționează violent cu oxidanții. În cazul inhalării în cantități foarte mari, poate produce asfixierea, pierderea mobilității motrice și a cunoștinței. Scurgerea hidrogenului gazos în atmosferă poate cauza autoaprinderea sa. Flacăra de hidrogen este invizibilă, acest lucru putând produce arsuri accidentale.

Multe proprietăți fizice și chimice ale hidrogenului depind de proporția de orto/parahidrogen. Uneori durează săptămâni pentru a atinge starea de echilibru a acestor alotropi. Valorile critice de temperatură și presiune la care are loc deflagrația hidrogenului depind de forma recipientului.

1. de ^ Hidrogen - Noul purtător de energie Despre rolul hidrogenului în sistemele energetice existente și viitoare în Asociația Germană a Hidrogenului și Pilelor de Combustie (DWBV). Accesat la 6 iunie 2009.

2. ^ „Hydrogen". Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wylie-Interscience. . pp. 797-799. ISBN 0-471-61525-0.

3. ^ Emsley, John (). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 183-191. ISBN 0-19-850341-5.

4. ^ Stwertka, Albert (). A Guide to the Elements. Oxford University Press. pp. 16-21. ISBN 0-19-508083-1.

5. en ^ Crepeau, Bob (). „Niels Bohr: The Atomic Model". Great Scientific Minds. Great Neck Publishing. ISBN 1-4298-0723-7.

6. ^ Information Specific to Liquid Hydrogen, harvard.edu, accesat 12 iunie 2009

7. ^ Carcassi, M. N. (). „Deflagrations of H₂-air and CH₄-air lean mixtures in a vented multi-compartment environment". Energy. 30 (8): 1439-1451. doi:10.1016/j.energy.2004.02.012.

8. ^ Energy is per mole of the combustible material, Hydrogen. 286 kJ/mol

9. en ^ „Jefferson Lab - Hydrogen".

10. en ^ Storrie-Lombardi, Lisa J. (). „Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas". Astrophysical Journal. 543: 552-576. arXiv:astro-ph/0006044  . doi:10.1086/317138+.

11. en ^ Dresselhaus, Mildred; et al. (). „Basic Research Needs for the Hydrogen Economy" (PDF). Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy, Office of Science Laboratory.

12. ^ Miessler, Gary L. (). Inorganic Chemistry (ed. 3rd edition). Prentice Hall. ISBN 0130354716.

13. ^

14. ^ Korsheninnikov; A. A.; et al. (). „Experimental Evidence for the Existence of ⁷H and for a Specific Structure of ⁸He". Physical Review Letters. 90 (8): 082501. doi:10.1103/PhysRevLett.90.082501.

15. en ^ Urey, Harold C. (). „Names for the Hydrogen Isotopes". Science. 78 (2035): 602-603. doi:10.1126/science.78.2035.602. PMID 17797765.

16. en ^ Oda, Y (). „1H NMR studies of deuterated ribonuclease HI selectively labeled with protonated amino acids". Journal of Biomolecular NMR. 2 (2): 137-47. doi:10.1007/BF01875525+. PMID 1330130.

17. en ^ „The Tritium Laboratory". University of Miami. .

18. ^

19. en ^ Staff (). „Hydrogen (H₂) Properties, Uses, Applications: Hydrogen Gas and Liquid Hydrogen". Universal Industrial Gases, Inc.

20. en ^ Tikhonov, Vladimir I. (). „Separation of Water into Its Ortho and Para Isomers". Science. 296 (5577): 2363. doi:10.1126/science.1069513. PMID 12089435.

21. en ^ Hritz, James (). „CH. 6 - Hydrogen" (PDF). NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual, Document GRC-MQSA.001. NASA.

22. en ^ Shinitzky, Meir; Elitzur, Avshalom C. (10 ianuarie). „Ortho-para spin isomers of the protons in the methylene group". Chirality. Rehovot, Israel: Weizmann Institute of Science. 18 (9): 754-756. doi:10.1002/chir.20319. PMID 16856167.

23. en ^ „Ortho-Para conversion. Pag. 13" (PDF).

24. M. I. Eremets, I. A. Trojan, S. A. Medvedev, J. S. Tse, Y. Yao. ^ Superconductivity in Hydrogen Dominant Materials. Silane Science 14 martie 2008 Vol. 319. no. 5869, pp. 1506-1509, rezumat accesat 2009-06-08

25. en ^ „Structure and Nomenclature of Hydrocarbons". Purdue University.

26. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

27. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

28. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

29. ^

30. ^ Hibbs, David E. (). „A remarkably stable indium trihydride complex: synthesis and characterisation of [InH₃{P(C₆H₁₁)₃}]". Chemical Communications: 185-186. doi:10.1039/a809279f.

31. ^ Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991), p167-169

32. Luminița Vlădescu, ^ Echilibre chimice în chimia analitică. Editura: Didactică și Pedagogică - 2004

33. ^ Okumura, Anthony M. (). „Infrared spectra of the solvated hydronium ion: vibrational predissociation spectroscopy of mass-selected H₃O+*(H₂O)n*(H₂)m". Journal of Physical Chemistry. 94 (9): 3416-3427. doi:10.1021/j100372a014.

34. ^ Carrington, Alan (). „The infrared predissociation spectrum of triatomic hydrogen cation (H₃⁺)". Accounts of Chemical Research. 22 (6): 218-222. doi:10.1021/ar00162a004.

35. en ^ Acid-Base Behaviour of the Period 3 Oxides. chemguide.co.uk. accesat la 12 mai 2009.

36. en ^ Kruse, B. (). „Hydrogen Status og Muligheter" (PDF). Bellona.

37. ^ Oxtoby, D. W. (). Principles of Modern Chemistry (ed. 5th edition). Thomson Brooks/Cole. ISBN 0030353734.

38. ^ en [

39. en ^ „Hydrogen Properties, Uses, Applications". Universal Industrial Gases, Inc. .

40. en ^ Lees, Andrew (). „Chemicals from salt". BBC. Arhivat din original la .

41. en ^ „Development of solar-powered thermochemical production of hydrogen from water" (PDF).

42. en ^ Robert Perret. „Development of Solar-Powered Thermochemical Production of Hydrogen from Water, DOE Hydrogen Program, 2007" (PDF).

43. ^ Florin, L., Tsokoglou, A. and Happe, T. (). „A novel type of iron hydrogenase in the green alga Scenedesmus obliquus is linked to the photosynthetic electron transport chain". J. Biol. Chem. 276 (9): 6125-6132. doi:10.1074/jbc.M008470200. PMID 11096090.

44. ^ Alge care produc hidrogen combustibil. ecomagazin.ro. Accesat la 6 iunie 2009.

45. ^ Ulei pentru motoare diesel obținut din alge. Adevărul. Accesat la 6 mai 2009.

46. ^ Kruse, O.; Rupprecht, J.; Bader, K.-P.; Thomas-Hall, S.; Schenk, P. M.; Finazzi, G.; Hankamer, B (2005). „Improved photobiological H2 production in engineered green algal cells". The Journal of Biological Chemistry 280 (40): 34170-7.

47. ^

48. ^ „Atomic Hydrogen Welding". Specialty Welds. .

49. en ^ Hardy, Walter N. (). „From H2 to cryogenic H masers to HiTc superconductors: An unlikely but rewarding path". Physica C: Superconductivity. Vancouver, Canada: University of British Columbia. 388-389: 1-6. doi:10.1016/S0921-4534(02)02591-1.

50. en ^ Block, Matthias. „Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection". 16th WCNDT 2004. Montreal, Canada: Sensistor Technologies.

51. ^ en

52. ^

53. ^

54. ^ en Smith, H. O. (). „Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems" (PDF). NASA.

55. en ^ „Hydrogen Safety". Humboldt State University.

I. G. Deac, Elemente de criogenie, Editura Napoca Star, 2010, p14

Raluca Ripan, I. Ceteanu, Manual de lucrări practice de chimie anorganică - vol I Metaloizi, Editura de stat didactică și pedagogică, București, 1961

# data[].attributes.attachment_link.description
Hidrogen Luminescență purpurie în stare plasmatică Liniile spectrale ale hidrogenului Informații generale Nume, Simbol, Număr Hidrogen, H, 1 Grupă, Perioadă, Bloc 1, 1, s Proprietăți atomice Configurație electronică 1s 1 Electroni pe nivelul de energie 1 Proprietăți fizice Punct de topire -259,1 °C ; 14,025 K Punct de fierbere -252,9 °C ; 20,268 K Volum molar 22,42×10-3 m³/kmol Viteza sunetului 1270 m/s la 20 °C Informații diverse Electronegativitate (Pauling) 2,2 Cei mai stabili izotopi Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Hidrogen

Luminescență purpurie în stare plasmatică

Liniile spectrale ale hidrogenului

Informații generale

Nume, Simbol, Număr

Hidrogen, H, 1

Grupă, Perioadă, Bloc

1, 1, s

Proprietăți atomice

Configurație electronică

1s ¹

Electroni pe nivelul de energie

1

Proprietăți fizice

Punct de topire

-259,1 °C ; 14,025 K

Punct de fierbere

-252,9 °C ; 20,268 K

Volum molar

22,42×10⁻³ m³/kmol

Viteza sunetului

1270 m/s la 20 °C

Informații diverse

Electronegativitate (Pauling)

2,2

Cei mai stabili izotopi

Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

Hidrogenul este elementul chimic în tabelul periodic al elementelor cu simbolul H și numărul atomic 1. Este un gaz ușor inflamabil, incolor, insipid, inodor, iar în natură se întâlnește mai ales sub formă de moleculă diatomică, H ₂. Având masa atomică egală cu 1,00794 u.a.m., hidrogenul este cel mai ușor element chimic. Etimologic, cuvântul hidrogen este o combinație a două cuvinte grecești, având semnificația de „a produce apă".

Hidrogenul elementar este principala componentă a Universului, având o pondere de 75% din masa acestuia. În starea de plasmă, se găsește ca element majoritar în alcătuirea stelelor. Hidrogenul elementar este foarte puțin răspândit pe Pământ.

Pentru necesități industriale există diferite procedee de producere, puse la punct din punct de vedere tehnologic sau aflate în fază de laborator. Hidrogenul poate fi obținut prin electroliza apei, procesul necesitând costuri mai mari decât cel de producere prin procesarea gazelor naturale.

Cel mai răspândit izotop al hidrogenului este protiul, care este alcătuit dintr-un singur proton în nucleu și un electron în învelișul electronic. În compușii ionici poate avea sarcină negativă ( anion cunoscut sub numele de hidrură, H⁻) sau sarcină pozitivă H⁺ ( hidron). Hidrogenul formează compuși chimici cu majoritatea elementelor din sistemul periodic și este prezent în apă și în mulți dintre compușii organici. Are un rol important în reacțiile acido-bazice, acestea bazându-se pe schimbul de protoni între molecule. Fiind singurul atom pentru care soluția analitică a ecuației lui Schrödinger este pe deplin cunoscută, prezintă un rol major în fundamentarea teoriei mecanicii cuantice.

Hidrogenul este un gaz puternic reactiv și își găsește aplicații datorită capacității sale chimice de reducător. Hidrogenul se folosește în industria petrochimică la producerea benzinelor, în industria chimico-alimentară pentru hidrogenarea grăsimilor (de exemplu producerea margarinei), în prelucrările mecanice ale metalelor și în tratamentul termic al acestora.

Hidrogenul a fost testat pentru folosirea alternativă în vehiculele echipate cu motoare cu ardere internă. Avantajul său principal constă în faptul că este ecologic, din arderea sa rezultând vapori de apă. Dezavantajele constau în pericolul mare de explozie, dificultatea stocării în vehicule și lipsa unei infrastructuri de stații de alimentare cu hidrogen. Poate fi folosit pentru producerea directă a electricității, prin intermediul pilelor de combustie.

In anul 2019 a fost descoperit primul compus format în univers la cca 300.000 ani după Big Bang, ionul hidrură de heliu (HeH+) (în engleză „helium hydride ion"). Este o combinație între un atom de heliu și un proton (atom de hidrogen fără electroni). Descoperirea s-a făcut ajutorul observatorului astronomic SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, plasat în stratosferă, o cooperare germano-americană) în nebuloasa planetară NGC 7027.

Descoperire

Hidrogenul a fost descoperit de către chimistul și fizicianul englez Henry Cavendish în 1766, în urma unui experiment în care studia reacțiile dintre mercur și un acid. La amestecarea celor două substanțe, observa apariția unor mici bule de gaz în amestec. Acest aspect l-a determinat să efectueze o cercetare suplimentară, numind substanța necunoscută „aer inflamabil". În 1781 a descoperit că acest element produce apă atunci când arde. O analiză mai detaliată a fost făcută de către Antoine Lavoisier, care descoperă gazul independent de Cavendish în urma unui experiment ce urmărea determinarea masei pierdute sau create în urma unei reacții chimice. Cercetătorul a încălzit apa într-un recipient închis, vaporii formați condensându-i într-un alt recipient. Cantitatea pierdută a fost atribuită degajării unui gaz (H ₂). Chimistul francez a observat că „aerul inflamabil" al lui Cavendish în combinație cu oxigenul formează picături de apă, conform lui Joseph Priestley. Lavoisier a numit gazul „hidrogen", nomeclatura fiind de origine greacă ( ὕδωρ, hydro înseamnă apă, iar γίγνομαι, gignomai înseamnă a naște, a crea).

Rolul în teoria cuantică

Datorită structurii atomice relativ simple, constituit dintr-un proton și un electron, atomul de hidrogen împreună cu spectrul luminii emise de el, au reprezentat un domeniu central al dezvoltării teoriei structurii atomice. În plus, simplitatea moleculei de H ₂ și a cationului H⁺ au condus la înțelegerea completă a naturii legăturii chimice ce a urmat imediat după dezvoltarea studiului atomului de hidrogen în mecanica cuantică (mijlocul anilor 1920).

Maxwell a observat că la H 2, sub temperatura mediului ambiant, valoarea căldurii molare se abate inexplicabil de la aceea a unui gaz diatomic, iar la temperaturi criogenice se apropie din ce în ce mai mult de cea a unui gaz monoatomic. Conform teoriei cuantice, această comportare rezultă din distribuția spațială ale nivelelor de energie de rotație, care la H ₂ sunt foarte îndepărtate, datorită masei sale mici. Aceste nivele îndepărtate împiedică la temperaturi mici partiția egală (între cei doi atomi ai moleculei) a energiei termice în energie de rotație. Compușii diatomici gazoși formați din atomi mai grei nu au diferențe mari între nivelele energetice de rotație și nu prezintă același efect.

Hidrogenul este elementul cu cea mai mică densitate. În formă moleculară (H ₂) este de aproximativ 14,4 ori mai ușor decât aerul. La presiune normală punctul său de topire este de 14,02 K, iar cel de fierbere este de 20,27 K. Punctul său triplu este la 13,81 K, și 7,042 kPa, iar cel critic la 33,2 K și 1,29 MPa. Solubilitatea în apă este de 1,6 mg/l. Unele proprietăți termodinamice (legate de fenomenele de transport) sunt datorate masei moleculare mici și vitezei termice a unei molecule de 1770 m/s la 25 °C. La temperatura camerei, hidrogenul difuzează cel mai rapid, are cea mai înaltă conductivitate termică și cea mai mare efuziune dintre toate gazele. O vâscozitate mai mică au doar trei gaze poliatomice, unul dintre ele fiind n-butan.

Mobilitatea hidrogenului într-o masă solidă este, de asemenea, foarte mare. Astfel, acesta difuzează prin diverse materiale, cum ar fi polietilena și cuarțul. Un important fenomen este acela de difuzie în fier, platină și în alte metale tranziționale. Aceste proprietăți conduc la utilizări tehnice numeroase, dar de asemenea, și la dificultăți legate de transportul, depozitarea și de prelucrare a amestecurilor de hidrogen.

Hidrogenul gazos (în stare de moleculă diatomică) este extrem de inflamabil și la presiune atmosferică se aprinde în aer la concentrații volumetrice cuprinse între 4% și 75%, iar în contact cu oxigenul pur între 4,65% și 93,9%. Limitele între care apare detonația sunt între 18,2% și 58,9% în aer, respectiv între 15% și 90% în oxigen. Variația entalpiei în urma combustiei ( puterea calorifică, căldura de ardere) este de −286 kJ/mol:

[23]

Amestecul dintre oxigen și hidrogen în diferite proporții este exploziv. Hidrogenul se autoaprinde și explodează în contact cu aerul în intervalul de concentrații cuprins între 4% și 75%, temperatura de autoaprindere fiind de 560 °C. Flacăra unui amestec pur hidrogen-oxigen emite radiații ultraviolete invizibile cu ochiul liber.

H ₂ reacționează cu toate elementele oxidante. Acesta poate reacționa spontan și violent la temperatura camerei cu clorul și fluorul, formând HCl și HF.

Hidrogenul este cel mai răspândit element în univers, reprezentând mai mult de 75% în masă și mai mult de 90% după numărul de atomi. Se găsește în cantități mari în compoziția stelelor și a planetelor gigantice gazoase. Norii moleculari de H ₂ sunt asociați cu formarea stelelor. Hidrogenul joacă un rol-cheie și în exploziile stelare datorate reacțiilor de fuziune nucleară dintre protoni.

În Univers, hidrogenul este întâlnit mai ales sub forma de atom și în stare de plasmă. Proprietățile acestora sunt diferite față de cele ale moleculei de hidrogen. Electronul și protonul de hidrogen nu formează legături în starea de plasmă, din cauza conductivității electrice diferite și a unei emisii radiative mari (originea luminii emise de Soare și alte stele). Particulele încărcate cu sarcini electrice sunt puternic influențate de câmpurile magnetice și electrice. De exemplu, în vânturile solare particulele interacționează cu magnetosfera terestră, generând curenți Birkeland și produc fenomenul cunoscut sub denumirea de auroră boreală. Hidrogenul se găsește în stare atomică neutră în mediul interstelar, iar cea mai mare cantitate este întâlnită la sistemele Lyman-alpha.

În condiții normale, hidrogenul există pe Pământ sub formă de moleculă diatomică, H ₂, însă nu este foarte răspândit în atmosfera terestră (în concentrație medie de 1 ppm de volum) din cauza masei mici, astfel forța gravitațională a planetei are un efect foarte slab asupra sa. Totuși, hidrogenul (prin compușii săi) este cel mai răspândit element de la suprafața Terrei. Cei mai întâlniți compuși chimici ai săi sunt hidrocarburile și apa. Hidrogenul gazos este produs de anumite specii de bacterii și alge, acesta fiind componentul principal al flatulenței. Metanul este o importantă sursă de hidrogen.

Atomul de hidrogen

Nivelul energetic fundamental al electronului în atomul de hidrogen are energia egală cu -13,6 eV. Nivelele superioare se numesc nivele excitate, energia acestora crescând până la 0 eV (valoarea nivelului energetic aflat la infinit), ele se calculează folosind modelul lui Bohr. Acesta consideră că nucleul este fix, iar electronul are o traiectorie circulară în jurul acestuia asemănătoare cu planetele ce gravitează în jurul Soarelui (de unde provine denumirea alternativă de model planetar). Forța electromagnetică atrage electronul și protonul unul spre celălalt, în timp ce corpurile cerești se atrag datorită gravitației. Potrivit condiției de cuantificare a momentului cinetic postulat de Bohr, valoarea momentului cinetic al electronului este multiplu întreg al constantei reduse al lui Planck, de unde rezultă că în cadrul atomului, electronului îi sunt permise anumite orbite cu raze bine stabilite. Această relație de cuantificare explică spectrul discret al nivelelor energetice.

O descriere mai exactă a atomului de hidrogen este dată în fizica cuantică unde se calculează densitatea de probabilitate prin norma funcției de undă a electronului în jurul protonului pe baza ecuației lui Schrödinger sau a formulării lui Feynman cu integrală de drum.

Hidrogenul are trei izotopi naturali, ¹H, ²H și ³H. Alții, ce au nucleele foarte instabile ( ⁴H până la ⁷ H), au fost sintetizați în laborator dar nu au fost observați în natură.

este cel mai răspândit izotop al hidrogenului, având o pondere de peste 99,98% în compoziția izotopică naturală al acestui element. Datorită faptului că acesta are în nucleul un singur proton, a fost numit protiu, această denumire fiind însă rar utilizată.

, celălalt izotop stabil al hidrogenului, este cunoscut și sub numele de . Conține în nucleu un proton și un neutron, acest izotop provenind de la Big Bang, continuând să existe până acum datorită stabilității sale. Nu este radioactiv și nu reprezintă o sursă periculoasă de poluare. Apa ce este bogată în dioxid de deuteriu se mai numește și apă grea. Deuteriul și compușii săi sunt utilizați ca etalon în experimente neradioactive și ca solvent în procedeele de spectroscopie RMN. Apa grea este utilizată ca moderator de neutron și ca lichid de răcire pentru reactorii nucleari. Deuteriul este de asemenea folosit drept combustibil pentru fuziune nucleară de larg consum.

se mai numește și (mai rar: trițiu); conține în nucleu un proton și doi neutroni. Este radioactiv, rezultând din izotopul Heliu-3 prin dezintegrarea beta și are un timp de înjumătățire de 12,32 ani. Cantități mici din acest izotop sunt răspândite și în natură, acesta rezultând din interacțiunea razelor cosmice cu gazele atmosferice; tritiul este eliberat și în timpul testelor nucleare. Este folosit și în reacții de fuziune nucleară, și pentru evidențierea și studiul de geochimia izotopilor și în dispozitive autogeneratoare de lumină. Tritiul se mai utilizează și în marcarea radioizotopică, în special în domeniul biologiei, medicinei sau geologiei. Dioxidul de tritiu se mai numește și apă supergrea.

Hidrogenul este singurul element care are nume diferite pentru izotopii săi cei mai răspândiți. Simbolurile D și T (în loc de ²H și ³H) sunt folosite pentru deuteriu și tritiu, dar P este utilizat pentru fosfor, deci nu se poate folosi pentru simbolizarea protiului. IUPAC acceptă atât ambele variante, dar ²H și ³ H sunt preferate.

Emisia spectrală a atomului de hidrogen este caracterizată prin linii spectrale date de formula lui Rydbeg. Studiul liniilor spectrale este important în mecanica cuantică și la studiul prezenței hidrogenului pentru determinarea deplasării spre roșu.

Există doi izomeri de spin ai moleculei de hidrogen care diferă prin spinii relativi ai nucleului. În forma de ortohidrogen, spinii celor doi protoni sunt paraleli și formează un triplet; în forma de parahidrogen, spinii sunt antiparaleli și formează un singlet. La temperatură și presiune standard, hidrogenul gazos conține 25% parahidrogen și 75% ortohidrogen („starea normală" a hidrogenului). Proporțiile în care se găsesc orto și parahidrogenul depind de temperatură, dar forma orto este excitată și are o energie mai mare, deci este instabilă și nu poate fi purificată. La temperaturi foarte joase, starea de echilibru e formată aproape în întregime din parahidrogen. Proprietățile fizice ale parahidrogenului pur diferă puțin de cele ale hidrogenului în stare normală. Diferențele dintre formele orto și para se manifestă și în compușii care conțin hidrogen, cum ar fi apa sau metilenul.

Transformarea între orto și parahidrogen ce are loc fără catalizator se desfășoară mai rapid la temperaturi mari, astfel H ₂ condensat rapid conține o cantitate mare de ortohidrogen care se convertește în parahidrogen foarte încet. Proporția de orto/para în hidrogenul molecular (H ₂) condensat este un factor important în prepararea și stocarea hidrogenului lichid; conversia din orto în parahidrogen este un proces exoterm, prin care se degajă suficientă căldură pentru a evapora hidrogenul lichid, astfel pierzându-se materialului lichefiat. Catalizatorii utilizați la această transformare, cum ar fi oxidul feric, carbonul activat, azbestul platinizat, compuși ai uraniului, metale rare, oxidul de crom, câțiva compuși ai nichelului, sunt utilizați în timpul răcirii hidrogenului.

O formă moleculară numită molecula protonată de hidrogen sau H ₃⁺ este întâlnită în mediul interstelar, fiind produsă prin ionizarea moleculei de hidrogen de către razele cosmice. De asemenea, a fost observată și în straturile superioare ale planetei Jupiter. Această moleculă este relativ stabilă în afara Terrei datorită temperaturii scăzute și a densității ridicate. H ₃⁺ este unul din cei mai răspândiți ioni din Univers, jucând un rol important în chimia mediului interstelar.

În general, hidrogenul este considerat drept un nemetal, însă la temperaturi joase și la presiuni mari unele din proprietățile sale se aseamănă cu cele ale metalelor. Hidrogenul metalic a fost obținut pentru prima oară în 1973 la o presiune de 2,8 Mbar și la 20 K. Aliajul SiH ₄ cu structură metalică a fost obținut în 2008, descoperindu-se că este un foarte bun conductor electric, în conformitate cu predicțiile anterioare ale lui lui N. W. Ashcroft. În acest compus, chiar și la presiuni moderate, hidrogenul are o structură cu o densitate ce corespunde cu cea a hidrogenului metalic.

Compușii covalenți și cei organici

Chiar dacă H ₂ nu este foarte reactiv în condiții obișnuite, el formează compuși cu majoritatea elementelor. Se cunosc milioane de hidrocarburi, dar acestea nu se obțin prin reacția directă dintre elemente (carbon și hidrogen), deși producerea gazului de sinteză în procedeul Fischer-Tropsch poate fi considerată aproape o excepție deoarece procesul folosește carbonul din cărbunele, iar hidrogenul poate fi generat în proces din apă. Hidrogenul poate forma compuși cu elementele mai electronegative decât el, cum ar fi halogenii; în acest tip de compuși, hidrogenul prezintă o sarcină pozitivă parțială. Când se leagă de fluor, oxigen sau azot, hidrogenul participă la formarea unei legături puternice numite legătură de hidrogen, ce este un factor important în stabilitatea multor molecule biologice. Hidrogenul poate forma compuși și cu elementele mai puțin electronegative, cum ar fi metalele sau semimetalele, având o sarcină parțial negativă. Acești compuși sunt cunoscuți sub numele de hidruri. Hidrogenul formează o varietate de compuși cu carbonul. Datorita asocierii în general a acestora cu organismele vii, aceștia sunt numiți compuși organici; cu studierea lor se ocupă chimia organică, iar cu studiul rolului lor în organismele vii - biochimia. În unele definiții „organic" se referă doar la un compus ce conține carbon. Însă majoritatea substanțelor organice prezintă și hidrogen, iar legătura carbon-hidrogen determină multe din particularitățile lor. De aceea, legăturile carbon-hidrogen sunt prezente în unele definiții ale cuvântului „organic". În chimia anorganică hidrurile pot reprezenta catene de legături între doi ioni metalici ai unei combinații complexe. Această funcție se întâlnește la elementele din grupa 13, cu precădere la boruri și compușii complecși ai aluminiului.

Compușii hidrogenului sunt adesea numiți „hidruri", acest termen fiind uneori impropriu utilizat. „Hidrură" definește o substanță în care atomul de H are caracter anionic sau sarcină negativă, deci H −, fiind utilizat pentru compușii hidrogenului cu un element mai electropozitiv. Existența anionului hidrură, sugerată de Gilbert N. Lewis în 1916 pentru elementele din prima grupă și a doua principală, a fost pusă în evidență în 1920 de către Moers prin electroliza topiturii de hidrură de litiu (LiH), când a fost produsă o cantitate stoechiometrică de hidrogen la anod. Pentru hidrurile altor elemente, termenul este ambiguu, luând în considerare electronegativitatea hidrogenului. Excepție face BeH ₂, care este un polimer. În hidrura de litiu și aluminiu, anionul AlH ₄− are centre de hidrură atașate puternic de aluminiu. Chiar dacă hidrogenul poate forma hidruri cu toate elementele din grupele principale, numărul și combinațiile posibile diferă de la o grupă la alta. Hidrura de indiu nu a fost încă identificată, însă există o multitudine de compuși complecși ai săi.

Protoni și acizi

Oxidarea hidrogenului, adică îndepărtarea electronului său, decurge teoretic cu formarea H⁺, ion ce nu conține niciun electron în învelișul electronic și un proton în nucleu. De aceea, H⁺ este adesea numit „proton" și are un rol important în teoria protonică a acizilor. Conform teoriei Bronsted-Lowry, acizii sunt acele substanțe care cedează protoni, iar bazele sunt acceptori de protoni. Protonul H⁺ nu poate exista liber, ci doar în soluții sau în cristale ionice, datorită afinității foarte mari pentru electronii altor elemente. Uneori, termenul de „proton" este utilizat impropriu pentru a se referi la hidrogenul cu sarcină pozitivă sau cationul de hidrogen legat de alte specii moleculare. Pentru a se evita implicarea existența unică a „protonului solvatat" în soluții, se consideră că soluțiile apoase cu caracter acid conțin ionul hidroniu (H ₃O⁺). Totuși, unii cationi solvatați ai hidrogenului sunt mai degrabă organizați în molecule de tipul celei de H ₉O ₄⁺. Alți ioni oxoniu se formează când apa formează soluții cu alți solvenți. Deși nu se întâlnește pe Pământ, ionul H ₃⁺ (cunoscut sub numele de hidrogen molecular protonat sau cationul triatomic de hidrogen) este una dintre cele mai răspândite specii chimice în restul universului.

H ₂ este produs în laboratoarele de chimie și cele de biologie, fiind adesea un produs secundar al unei reacții; în industrie pentru hidrogenarea substanțelor nesaturate; în natură ca metodă de a reduce echivalenții în reacțiile biochimice.

În laborator, H ₂ este de obicei obținut prin reacția metalelor cu acizii în aparatul Kipp.

Aluminiul poate produce H ₂ prin tratarea cu baze:

Electroliza apei este o metodă simplă de a produce hidrogen. Un curent de joasă tensiune trece prin apă, iar oxigenul gazos se formează la anod, în timp ce hidrogenul gazos apare la catod. De obicei la producerea hidrogenului, catodul este confecționat din platină. Dacă se realizează și arderea, oxigenul este preferat pentru combustie, astfel ambii electrozi sunt confecționați din metale inerte. Eficiența maximă (electricitatea utilizată raportată la cantitatea de hidrogen produsă) este de 80% - 94%.

În 2007 s-a descoperit că un aliaj format din aluminiu și galiu în forma granulară în reacție cu apa poate fi folosit pentru a produce hidrogen. Din acest proces mai rezultă de asemenea și alumină, însă galiul scump, ce previne apariția stratului de oxid, poate fi refolosit. Acest lucru are o mare importanță în economia hidrogenului, deoarece acesta poate fi produs la locul de lucru și nu trebuie transportat.

Cea mai importantă (din punct de vedere economic) metodă de obținere a hidrogenului este extragerea acestuia din hidrocarburi. Cea mai mare parte a hidrogenului obținut în mod industrial provine din reformarea vaporilor gazelor naturale. La temperaturi ridicate (700 - 1100 °C; 1300 - 2000 °F), apa în stare de vapori reacționează cu metanul, rezultând monoxid de carbon și H ₂:

Această reacție se realizează ușor la presiune joasă, dar de obicei se realizează la presiuni mari (20 bar), deoarece la aceste presiuni se desfășoară aplicațiile uzuale ale hidrogenul astfel obținut. Amestecul rezultat se numește gaz de sinteză deoarece este utilizat pentru obținerea directă a metanolului și a compușilor săi. Și alte hidrocarburi în afară de metan pot produce gaz de sinteză în diferite proporții. O problemă ce apare în această tehnologie este formarea cocsului sau a carbonului:

Această reacție decurge de obicei cu formarea unui exces de H ₂O. Hidrogenul adițional poate fi recuperat din vapori utilizându-se monoxidul de carbon în reacție cu gazul de apă pe un catalizator de oxid de fier. Procesul este și o metodă de obținere a dioxidului de carbon:

Alte metode importante de obținere a H ₂ sunt oxidarea parțială a hidrocarburilor:

și reacția cărbunelui cu apa:

Uneori, hidrogenul este fabricat și consumat în timpul aceluiași proces, fără a mai fi separat. În procedeul Haber pentru obținerea amoniacului, hidrogenul provine din la gazul natural. Din electroliza saramurii pentru a produce clor se obține și hidrogen ca produs secundar.

Există mai mult de 200 de cicluri termochimice care pot fi folosite pentru descompunerea apei. Sunt studiate unele dintre acestea, cum ar fi ciclul oxidului de fier, ciclul oxid de ceriu (IV)-ceriu (III), ciclul zinc-oxid de zinc, ciclul sulfură-iod, ciclul cupru-clor și ciclul sulfurii hibride, fiind în stadiul de testări pentru a produce hidrogen și oxigen din apă folosind căldura, fără a se utiliza electricitatea. Numeroase laboratoare (inclusiv în Franța, Germania, Grecia, Japonia și Statele Unite ale Americii) dezvoltă metode termochimice de producere a hidrogenului din energie solară și apă.

H ₂ se obține în urma unor metabolisme anaerobe și este produs de anumite microorganisme, de obicei prin cataliza enzimelor ce conțin fier sau nichel. Cu ajutorul acestor enzime, numite hidrogenaze, se obține hidrogen în urma procesului de fotosinteză. Gena introdusă ajută frunza să descompună molecula de apă în elementele componente. Algele folosite sunt plante unicelulare care produc, în mod natural, cantități mici de hidrogen în timp ce își extrag energia necesară din lumina Soarelui. David Tiede, unul dintre inventatorii acestei metode, afirmă că algele produc hidrogen ca să se apere de radicalii liberi rezultați în urma fotosintezei, care altfel le-ar oxida părți vitale ale celulei. Dar, dacă hidrogenaza este stimulată chimic și dacă algele sunt plasate în recipiente de sticlă și expuse luminii solare, ele produc mai mult hidrogen, iar acesta poate fi recoltat, iar apoi îmbuteliat cu ajutorul unei pompe. Profesorul Thomas Rauchfuss, de la Universitatea din Illinois, cel care a propus tipul exact de proteină sintetică necesar procesului, a declarat: „Cultivarea algelor modificate genetic, în care s-a introdus proteina sintetică, s-a dovedit a fi extrem de stabilă. Algele nu degenerează și nu revin la specia anterioară. Procesul are o mulțime de beneficii în comparație cu obținerea altor plante din care se extrag biocombustibili. Algele pot fi crescute în recipiente transparente plasate în deșert sau pe acoperișul caselor. Ele nu au nevoie de teren și nu intră în competiție cu producția de alimente". La unele specii de alge, cum ar fi Chlamydomonas reinhardtii sau cyanobacteria, la întuneric, protonii și electronii sunt reduși pentru a forma H ₂ gazos cu ajutorul hidrogenazei în cloroplast.

Anual se înregistrează un consum mondial de hidrogen de peste 500 miliarde metri cubi normali în diverse scopuri și în diferite domenii. În afara utilizării ca reactant, hidrogenul are multe aplicații în inginerie și fizică. Se utilizează la sudură, iar datorită bunei conductivități termice este folosit ca agent de răcire în generatoare electrice din centralele electrice. are un rol important în cercetările din criogenie, inclusiv în studiile legate de superconductivitate. Molecula de hidrogen, având o densitate de 15 ori mai mică decât cea a aerului, a fost întrebuințată drept gaz portant pentru baloane și dirijabile. De asemenea, este materie primă în diverse tehnologii: de reducere a minereurilor, de fabricare a amoniacului și în procedeele de hidrogenare. Hidrogenul are aplicații și în industria automobilelor, chimică, aerospațială și de telecomunicații.

Izotopii hidrogenului au aplicații specifice. Deuteriul din compoziția apei grele este utilizat în reacțiile de fisiune nucleară ca moderator pentru încetinirea neutronilor. Compușii acestuia se folosesc în cadrul studiilor ce urmăresc efectele reacțiilor izotopice. Tritiul, produs în reactoarele nucleare, se folosește în producerea bombelor cu hidrogen, în marcare izotopică și ca sursa de iradiere pentru vopselele fosforescente.

Hidrogenul poate forma amestecuri explozive cu aerul și reacționează violent cu oxidanții. În cazul inhalării în cantități foarte mari, poate produce asfixierea, pierderea mobilității motrice și a cunoștinței. Scurgerea hidrogenului gazos în atmosferă poate cauza autoaprinderea sa. Flacăra de hidrogen este invizibilă, acest lucru putând produce arsuri accidentale.

Multe proprietăți fizice și chimice ale hidrogenului depind de proporția de orto/parahidrogen. Uneori durează săptămâni pentru a atinge starea de echilibru a acestor alotropi. Valorile critice de temperatură și presiune la care are loc deflagrația hidrogenului depind de forma recipientului.

1. de ^ Hidrogen - Noul purtător de energie Despre rolul hidrogenului în sistemele energetice existente și viitoare în Asociația Germană a Hidrogenului și Pilelor de Combustie (DWBV). Accesat la 6 iunie 2009.

2. ^ „Hydrogen". Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wylie-Interscience. . pp. 797-799. ISBN 0-471-61525-0.

3. ^ Emsley, John (). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 183-191. ISBN 0-19-850341-5.

4. ^ Stwertka, Albert (). A Guide to the Elements. Oxford University Press. pp. 16-21. ISBN 0-19-508083-1.

5. en ^ Crepeau, Bob (). „Niels Bohr: The Atomic Model". Great Scientific Minds. Great Neck Publishing. ISBN 1-4298-0723-7.

6. ^ Information Specific to Liquid Hydrogen, harvard.edu, accesat 12 iunie 2009

7. ^ Carcassi, M. N. (). „Deflagrations of H₂-air and CH₄-air lean mixtures in a vented multi-compartment environment". Energy. 30 (8): 1439-1451. doi:10.1016/j.energy.2004.02.012.

8. ^ Energy is per mole of the combustible material, Hydrogen. 286 kJ/mol

9. en ^ „Jefferson Lab - Hydrogen".

10. en ^ Storrie-Lombardi, Lisa J. (). „Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas". Astrophysical Journal. 543: 552-576. arXiv:astro-ph/0006044  . doi:10.1086/317138+.

11. en ^ Dresselhaus, Mildred; et al. (). „Basic Research Needs for the Hydrogen Economy" (PDF). Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy, Office of Science Laboratory.

12. ^ Miessler, Gary L. (). Inorganic Chemistry (ed. 3rd edition). Prentice Hall. ISBN 0130354716.

13. ^

14. ^ Korsheninnikov; A. A.; et al. (). „Experimental Evidence for the Existence of ⁷H and for a Specific Structure of ⁸He". Physical Review Letters. 90 (8): 082501. doi:10.1103/PhysRevLett.90.082501.

15. en ^ Urey, Harold C. (). „Names for the Hydrogen Isotopes". Science. 78 (2035): 602-603. doi:10.1126/science.78.2035.602. PMID 17797765.

16. en ^ Oda, Y (). „1H NMR studies of deuterated ribonuclease HI selectively labeled with protonated amino acids". Journal of Biomolecular NMR. 2 (2): 137-47. doi:10.1007/BF01875525+. PMID 1330130.

17. en ^ „The Tritium Laboratory". University of Miami. .

18. ^

19. en ^ Staff (). „Hydrogen (H₂) Properties, Uses, Applications: Hydrogen Gas and Liquid Hydrogen". Universal Industrial Gases, Inc.

20. en ^ Tikhonov, Vladimir I. (). „Separation of Water into Its Ortho and Para Isomers". Science. 296 (5577): 2363. doi:10.1126/science.1069513. PMID 12089435.

21. en ^ Hritz, James (). „CH. 6 - Hydrogen" (PDF). NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual, Document GRC-MQSA.001. NASA.

22. en ^ Shinitzky, Meir; Elitzur, Avshalom C. (10 ianuarie). „Ortho-para spin isomers of the protons in the methylene group". Chirality. Rehovot, Israel: Weizmann Institute of Science. 18 (9): 754-756. doi:10.1002/chir.20319. PMID 16856167.

23. en ^ „Ortho-Para conversion. Pag. 13" (PDF).

24. M. I. Eremets, I. A. Trojan, S. A. Medvedev, J. S. Tse, Y. Yao. ^ Superconductivity in Hydrogen Dominant Materials. Silane Science 14 martie 2008 Vol. 319. no. 5869, pp. 1506-1509, rezumat accesat 2009-06-08

25. en ^ „Structure and Nomenclature of Hydrocarbons". Purdue University.

26. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

27. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

28. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

29. ^

30. ^ Hibbs, David E. (). „A remarkably stable indium trihydride complex: synthesis and characterisation of [InH₃{P(C₆H₁₁)₃}]". Chemical Communications: 185-186. doi:10.1039/a809279f.

31. ^ Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991), p167-169

32. Luminița Vlădescu, ^ Echilibre chimice în chimia analitică. Editura: Didactică și Pedagogică - 2004

33. ^ Okumura, Anthony M. (). „Infrared spectra of the solvated hydronium ion: vibrational predissociation spectroscopy of mass-selected H₃O+*(H₂O)n*(H₂)m". Journal of Physical Chemistry. 94 (9): 3416-3427. doi:10.1021/j100372a014.

34. ^ Carrington, Alan (). „The infrared predissociation spectrum of triatomic hydrogen cation (H₃⁺)". Accounts of Chemical Research. 22 (6): 218-222. doi:10.1021/ar00162a004.

35. en ^ Acid-Base Behaviour of the Period 3 Oxides. chemguide.co.uk. accesat la 12 mai 2009.

36. en ^ Kruse, B. (). „Hydrogen Status og Muligheter" (PDF). Bellona.

37. ^ Oxtoby, D. W. (). Principles of Modern Chemistry (ed. 5th edition). Thomson Brooks/Cole. ISBN 0030353734.

38. ^ en [

39. en ^ „Hydrogen Properties, Uses, Applications". Universal Industrial Gases, Inc. .

40. en ^ Lees, Andrew (). „Chemicals from salt". BBC. Arhivat din original la .

41. en ^ „Development of solar-powered thermochemical production of hydrogen from water" (PDF).

42. en ^ Robert Perret. „Development of Solar-Powered Thermochemical Production of Hydrogen from Water, DOE Hydrogen Program, 2007" (PDF).

43. ^ Florin, L., Tsokoglou, A. and Happe, T. (). „A novel type of iron hydrogenase in the green alga Scenedesmus obliquus is linked to the photosynthetic electron transport chain". J. Biol. Chem. 276 (9): 6125-6132. doi:10.1074/jbc.M008470200. PMID 11096090.

44. ^ Alge care produc hidrogen combustibil. ecomagazin.ro. Accesat la 6 iunie 2009.

45. ^ Ulei pentru motoare diesel obținut din alge. Adevărul. Accesat la 6 mai 2009.

46. ^ Kruse, O.; Rupprecht, J.; Bader, K.-P.; Thomas-Hall, S.; Schenk, P. M.; Finazzi, G.; Hankamer, B (2005). „Improved photobiological H2 production in engineered green algal cells". The Journal of Biological Chemistry 280 (40): 34170-7.

47. ^

48. ^ „Atomic Hydrogen Welding". Specialty Welds. .

49. en ^ Hardy, Walter N. (). „From H2 to cryogenic H masers to HiTc superconductors: An unlikely but rewarding path". Physica C: Superconductivity. Vancouver, Canada: University of British Columbia. 388-389: 1-6. doi:10.1016/S0921-4534(02)02591-1.

50. en ^ Block, Matthias. „Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection". 16th WCNDT 2004. Montreal, Canada: Sensistor Technologies.

51. ^ en

52. ^

53. ^

54. ^ en Smith, H. O. (). „Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems" (PDF). NASA.

55. en ^ „Hydrogen Safety". Humboldt State University.

I. G. Deac, Elemente de criogenie, Editura Napoca Star, 2010, p14

Raluca Ripan, I. Ceteanu, Manual de lucrări practice de chimie anorganică - vol I Metaloizi, Editura de stat didactică și pedagogică, București, 1961

# data[].attributes.attachment_link.description
Hidrogen Luminescență purpurie în stare plasmatică Liniile spectrale ale hidrogenului Informații generale Nume, Simbol, Număr Hidrogen, H, 1 Grupă, Perioadă, Bloc 1, 1, s Proprietăți atomice Configurație electronică 1s 1 Electroni pe nivelul de energie 1 Proprietăți fizice Punct de topire -259,1 °C ; 14,025 K Punct de fierbere -252,9 °C ; 20,268 K Volum molar 22,42×10-3 m³/kmol Viteza sunetului 1270 m/s la 20 °C Informații diverse Electronegativitate (Pauling) 2,2 Cei mai stabili izotopi Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Praful este materialul format din particule solide foarte fine, provenite din fărâmițarea naturală a scoarței terestre, a unor corpuri solide, din unele procese biologice ale viețuitoarelor. Praful se găsește peste tot.

Praful atmosferic

Praful provine din zone aride, adică din regiuni unde vânturile bat cu viteze mari și au puterea de a toci și roade majoritatea compușilor minerali.

Componente

Praful conține mai multe elemente, printre care resturi de piele umană, bacterii și resturi de animale moarte.

Curiozități

Cei alergici la praf sunt alergici și la acarieni.

Legături externe

# data[].attributes.attachment_link.description
Praful este materialul format din particule solide foarte fine, provenite din fărâmițarea naturală a scoarței terestre, a unor corpuri solide, din unele procese biologice ale viețuitoarelor. Praful se găsește peste tot. Praful provine din zone aride, adică din regiuni unde vânturile bat cu viteze mari și au puterea de a toci și roade majoritatea compușilor minerali.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Sistemul solar

Planetele și planetele pitice din sistemul solar. Dimensiunile sunt la scară. Distanțele de la Soare nu sunt la scară.

Caracteristici generale

Vârstă

4,568 Ga

Localizare

Norul Interstelar Local, Bula Locală, Brațul Orion, Calea Lactee

Masă

1,9919x101,0014 ³⁰ kg
( M☉)

Cea mai apropiată stea

Proxima Centauri (4,22 al), sistemul Alpha Centauri (4,37 al)

Cel mai apropiat sistem planetar

Sistemul Alpha Centauri (4,37 al)

Sistem

Semiaxa mare a celei mai îndepărtate planete
(Neptun)

4,503 miliarde de km
(30,10 ua)

Stele

1: Soarele

Planete

8: Mercur, Venus, Pământ, Marte, Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun

Planete pitice

5 ( UAI): Ceres, Pluto, Haumea, Makemake și Eris; sute de candidați suplimentari[1]

Nr. sateliților naturali cunoscuți

≈ 420 (173 ai planetelor[2], 8 ai planetelor pitice și 240 de corpuri pitice[3])

Nr. planetelor minore catalogate

624.731 (16 iulie 2013)[4]
625.782 (13 septembrie 2013)[2]

622.545, dintre care 369.956 fiind numerotați (13 septembrie 2013)[2]

3.263, dintre care 364 fiind numerotate (15 aprilie 2014)[2]

Nr. sateliților sferici identificați

19

Orbita în jurul centrului galactic

Înclinarea planului invariabil în raport cu planul galactic

60,19°

Distanța de la centrul galaxiei

(27 000 ± 1 000) al

Viteză orbitală

220 km/s

Perioadă orbitală

225-250 Ma

Proprietățile stelei (stelelor)

Tip spectral

G2V

Distanța liniei de gheață

≈ 5 ua[5]

Distanța falezei Kuiper

≈ 50 ua

Distanța șocului terminal

≈ 75 - 90 ua

Distanța heliopauzei

≈ 120 ua

Raza sferei lui Hill

≈ 1-2 al

Sistemul solar (scris și Sistemul Solar) este format din Soare împreună cu sistemul său planetar (care cuprinde opt planete împreună cu sateliții lor naturali) și alte obiecte non-stelare.

În afară de cele opt planete, oamenii de știință au emis ipoteza existenței unei alte planete, denumită provizoriu A noua planetă. Această ipotetică planetă gigantă s-ar afla la marginea Sistemului Solar. Existența planetei ar explica configurarea orbitală neobișnuită a unui grup de obiecte transneptuniene (OTN). La 20 ianuarie 2016, cercetătorii Konstantin Batygin și Michael E. Brown de la Institutul de Tehnologie din California au anunțat că există dovezi suplimentare indirecte privind existența unei a noua planete dincolo de orbita planetei Neptun. Aceasta ar orbita în jurul Soarelui între 10.000 și 20.000 de ani. Conform studiului publicat în Astronomical Journal, „Planeta Nouă" ar avea o masă de aproximativ 10 ori mai mare decât Terra și s-ar afla la minim 200 UA.

Sistemul este situat într-unul dintre brațele exterioare ale galaxiei Calea Lactee (mai precis în Brațul Orion), galaxie care are cca. 200 de miliarde de stele.

El s-a format acum 4,6 miliarde de ani, ca urmare a colapsului gravitațional al unui gigant nor molecular. Cel mai masiv obiect este steaua centrală - Soarele, al doilea obiect ca masă fiind planeta Jupiter. Cele patru planete interioare mici, Mercur, Venus, Pământul și Marte, numite planete terestre / planete telurice, sunt compuse în principal din roci și metal. Cele patru planete exterioare, numite giganți gazoși, sunt mult mai masive decât cele telurice. Cele mai mari două planete, Jupiter și Saturn, sunt compuse în principal din hidrogen și heliu; cele două planete mai îndepărtate, Uranus și Neptun, sunt compuse în mare parte din substanțe cu o temperatură de topire relativ ridicată (comparativ cu hidrogenul și heliu), numite , cum ar fi apa, amoniacul și metanul. Ele sunt denumite „giganți de gheață" (termen distinct de cel de „gigant gazos"). Toate planetele au orbite aproape circulare dispuse într-un disc aproape plat numit plan ecliptic.

Sistemul solar prezintă câteva regiuni unde se află diferite obiecte mici. Centura de asteroizi, situată între Marte și Jupiter, este similară din punct de vedere al compoziției cu planetele terestre, deoarece o mare parte dintre obiecte sunt compuse din rocă și metal. Dincolo de orbita lui Neptun se află centura Kuiper și discul împrăștiat; multe dintre obiectele transneptuniene sunt în mare parte compuse din ghețuri. Printre aceste obiecte, de la câteva zeci până la mai mult de zece mii de obiecte pot fi suficient de mari pentru a fi fost rotunjite de propria gravitație. Astfel de obiecte sunt denumite planete pitice. Planetele pitice identificate până în prezent includ asteroidul Ceres și obiectele transneptuniene: Pluto, Eris, Haumea și Makemake. În plus, în aceste două regiuni se află diferite alte corpuri mici, cum ar fi comete, centauri și materie interplanetară. Șase planete, cel puțin trei planete pitice și multe alte corpuri mici au sateliți naturali care se rotesc în jurul lor. Fiecare planetă exterioară este înconjurată de inele planetare alcătuite din praf și alte obiecte mici.

Vântul solar (un flux de plasmă de la Soare) creează în mediul interstelar o bulă cunoscută ca heliosferă, care se extinde până la marginea discului împrăștiat. La limita sa exterioară se află Norul lui Oort, care reprezintă doar un câmp de resturi rămase după crearea planetelor, fiind considerat a fi sursa pentru cometele cu perioadă lungă. El se întinde până la o distanță aproximativ de o mie de ori mai mare decât heliosfera. Heliopauza este punctul în care presiunea vântului solar este egală cu presiunea opusă a vântului interstelar.

Descoperire și explorare

Timp de câteva mii de ani umanitatea, cu puține excepții, nu a recunoscut existența sistemului solar. Oamenii credeau că Pământul se află în centrul Universului și este cu totul diferit de celelalte obiecte divine și eterice care se mișcă pe cer. Deși filozoful grec Aristarh din Samos a speculat despre reorganizarea heliocentrică a cosmosului, Nicolaus Copernicus a fost primul astronom care a dezvoltat un sistem matematic heliocentric predictiv. Succesorii săi din secolul al XVII-lea ( Galileo Galilei, Johannes Kepler și Isaac Newton) au avut o înțelegere a fizicii care i-a condus la admiterea graduală a ideii că Pământul se rotește de fapt în jurul Soarelui și că celelalte planete sunt guvernate de aceleași legi ale fizicii care guvernează și Pământul. În plus, inventarea telescopului a condus la descoperirea unor planete și sateliți noi. În timpurile mai recente, îmbunătățiri ale telescoapelor și folosirea navelor spațiale fără echipaj au deschis drumul studierii fenomenelor geologice din sistemul solar (studiul munților și craterelor de impact) și a fenomenelor meteorologice sezoniere de pe unele planete (cum ar fi norii, furtunile de nisip și calotele de gheață).

Structură și compoziție

Componentul principal al sistemului solar este Soarele, o stea de tip G2 din secvența principală ce conține 99,86% din masa cunoscută a sistemului și îl domină din punct de vedere gravitațional. Cele mai mari patru corpuri ce orbitează în jurul Soarelui, giganții gazoși, constituie circa 99% din masa rămasă, Jupiter și Saturn deținând împreună mai mult de 90%.

Majoritatea obiectelor mari care orbitează în jurul Soarelui se află în apropierea planului orbitei Pământului, cunoscut și ca ecliptică. Orbitele planetelor sunt foarte apropiate de ecliptică în timp ce orbitele cometelor și ale obiectelor din centura Kuiper au adesea unghiuri de intersecție cu ecliptica destul de mari. Toate planetele și majoritatea celorlalte obiecte orbitează în jurul Soarelui în aceeași direcție în care se rotește acesta (în sens invers acelor de ceasornic, privit de deasupra polului nordic solar). Există excepții, cum ar fi cometa Halley.

Structura generală a regiunilor cartografiate ale sistemului solar constă din: steaua centrală - Soarele, patru planete interioare relativ mici înconjurate de o centură de asteroizi din rocă și, alți patru giganți de gaz - înconjurați la rândul lor de centura Kuiper și alte obiecte înghețate. Sistemul Solar interior include primele patru planete terestre și centura de asteroizi. Sistemul solar exterior se află dincolo de centura de asteroizi, incluzând cei patru giganți gazoși (cunoscuți și ca planete joviene). După descoperirea centurii Kuiper, zonele mărginașe ale sistemului solar sunt considerate a fi o regiune distinctă, aflată dincolo de orbita planetei Neptun.

Majoritatea planetelor din sistemul solar posedă un sistem secundar propriu, fiind orbitate de obiecte planetare denumite sateliți naturali, sau luni (dintre care două sunt mai mari decât planeta Mercur) sau, în cazul giganților gazoși, de către inele planetare (benzi subțiri de particule mici care gravitează în jurul planetei la unison). Majoritatea celor mai mari sateliți naturali se află în rotație sincronă cu perioada lor de revoluție, una dintre fețele lor fiind totdeauna îndreptată către planeta orbitată.

Legile lui Kepler cu privire la mișcarea planetară descriu orbitele obiectelor din jurul Soarelui. Urmând legile lui Kepler, fiecare dintre aceste obiecte se mișcă de-a lungul unei elipse, într-unul dintre focarele acesteia aflându-se Soarele. Obiectele mai apropiate de Soare (cu o semiaxă majoră mai mică) se deplasează mai repede, fiind influențate mai puternic de către gravitația Soarelui. Pe o orbită eliptică, distanța unui corp față de Soare variază de-a lungul perioadei sale de revoluție (denumită „an"). Cel mai apropiat punct față de Soare de pe orbita unui obiect este numit , în timp ce punctul cel mai îndepărtat se numește . Orbitele planetelor sunt aproape circulare, dar multe comete, asteroizi și obiecte din cadrul centurii Kuiper au orbite foarte eliptice. Pozițiile corpurilor în sistemul solar pot fi prezise folosindu-se modele numerice.

Deși Soarele domină sistemul prin masa sa, el măsoară doar 2% din momentul cinetic, datorat rotației diferențiale din interiorul Soarelui gazos. Planetele, dominate de Jupiter, măsoară cea mai mare parte din restul momentului cinetic datorat combinației dintre masele, orbitele și distanțele lor față de Soare, cometele având cel mai probabil și ele o contribuție semnificativă la total.

Datorită distanțelor vaste implicate, multe reprezentări ale sistemului solar arată orbitele la aceeași depărtare. În realitate cu cât o planetă sau o centură este mai departe de Soare, cu atât distanța dintre ea și orbita precedentă este mai mare, existând totuși și unele excepții. De exemplu, Venus se află la aproximativ 0,33 unități astronomice (UA) mai departe de Soare decât Mercur, în timp ce Saturn se află la 4,3 UA depărtare de Jupiter, iar Neptun la 10,5 UA de Uranus. Au fost făcute încercări pentru a determina relația dintre aceste distanțe orbitale (de exemplu, legea Titius-Bode), dar nu a fost acceptată nicio teorie de acest fel.

Soarele - ce cuprinde aproape toată materia din sistemul solar - este compus în proporție de aproximativ 98% din hidrogen și heliu. Jupiter și Saturn, care cuprind aproape întreaga materie rămasă, au în compoziția atmosferei circa 98% din aceleași elemente. Există un gradient al compoziției în sistemul solar, determinat de căldura și presiunea de radiație a luminii care provin de la Soare; obiectele care sunt mai aproapiate de Soare, sunt mult mai afectate de căldură și presiunea luminii, fiind compuse din elemente cu temperaturi de topire ridicate. Obiectele care sunt mai depărtate de Soare sunt compuse în mare parte din materiale cu temperaturi de topire mai mici. Granița din sistemul solar, dincolo de care aceste substanțe volatile se pot condensa este cunoscută sub numele de linia de îngheț și se află la aproximativ 5 UA de la Soare.

Obiectele din sistemul solar interior sunt compuse în mare parte din roci, materiale ce conțin compuși cu puncte de topire ridicate cum sunt silicații, fierul sau nichelul, care au rămas în stare solidă în aproape toate condițiile din nebuloasa protoplanetară. Jupiter și Saturn sunt compuși în mare parte din gaze, materiale cu puncte de topire extrem de scăzute și presiunea de vapori mare, cum ar fi hidrogenul molecular, heliul și neonul, care s-au aflat întotdeauna în fază gazoasă în nebuloasa inițială. Ghețurile, ca apa înghețată, metanul, amoniacul, hidrogenul sulfurat și dioxidul de carbon, au puncte de topire de până la câteva sute de grade kelvin, în timp ce stările lor depind de presiunea și temperatura ambiante. Ele pot fi găsite sub formă de gheață, lichide sau gaze, în diferite locuri din sistemul solar, în timp ce în nebuloasa inițială ele erau fie în stare solidă, fie în stare gazoasă. Substanțe înghețate se găsesc în compoziția majorității sateliților planetelor gigante, precum și în cea a planetelor Uranus și Neptun (așa-numiții giganți de gheață) și în numeroase obiecte mici care se află dincolo de orbita lui Neptun. Împreună, gazele și ghețurile sunt cunoscute și ca volatile.

Un număr de modele ale sistemului solar de pe Pământ au încercat să redea la scară relativă obiectele sistemului solar, dar în mediul antropic. Unele astfel de modele sunt mecanice - cunoscute și ca planetarii - în timp ce altele se pot extinde de-a lungul mai multor orașe sau regiuni. Cel mai mare model la scară, Sistemul Solar Suedez, folosește arena Ericsson Globe de 110 metri amplasată în Stockholm drept Soare și, respectând scara, un Jupiter de 7,5 metri la Aeroportul Internațional Arlanda, de la 40 km depărtare, în timp ce cel mai depărtat obiect, Sedna, este o sferă de 10 cm din Luleå, de la 912 km depărtare.

Geneză și evoluție

Sistemul solar s-a format acum 4,568 miliarde de ani, în urma colapsului gravitațional al unei regiuni din cadrul unui vast nor molecular. Acest nor inițial avea un diametru de mai mulți ani-lumină și a dat naștere, probabil, mai multor stele. La fel ca și majoritatea norilor moleculari, acesta era constituit, în principal, din hidrogen, mai puțin heliu și cantități mici de elemente mai grele formate în generațiile anterioare de stele. Când regiunea care avea să devină sistemul solar, denumită și nebuloasă pre-solară, a suferit un colaps, conservarea momentului cinetic a determinat-o să se rotească mai repede. Centrul, unde s-a concentrat cea mai mare parte a masei, a devenit din ce în ce mai fierbinte în raport cu discul din jur. Nebuloasa în contracție, rotindu-se tot mai repede, a început să se aplatizeze și a luat forma unui disc protoplanetar cu un diametru de aproximativ 200 UA, având o protostea fierbinte și densă în centru. Protoplanetele formate în urma acreției din acest disc de praf și gaz interacționau gravitațional, formând - prin contopire - corpuri din ce în ce mai mari. Sute de protoplanete au putut exista în sistemul solar timpuriu, dar acestea fie au fuzionat, fie au fost distruse, formând planete și planete pitice, iar resturile devenind obiecte minore.

Din cauza punctului lor de fierbere foarte mare, numai metalele și silicații au putut rezista în sistemul solar interior fierbinte, aproape de Soare, iar acestea au format planetele de rocă Mercur, Venus, Terra și Marte. Deoarece elementele metalice constituiau doar o fracțiune foarte mică din nebuloasa solară, planetele terestre nu au putut deveni foarte mari. Giganții gazoși (Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun) s-au format mai departe de Soare, dincolo de linia de îngheț: punctul dintre orbita lui Marte și a lui Jupiter începând de la care materia este suficient de rece pentru a permite compușilor volatili să rămână solizi. Ghețurile care formau aceste planete au fost mai numeroase decât metalele și silicații, care formau planetele terestre interioare, permițându-le să devină destul de masive pentru a capta atmosfere mari de hidrogen și heliu, elementele cele mai ușoare și mai abundente. Resturile care nu au devenit planete s-au concentrat în regiuni ca centura de asteroizi, centura Kuiper și norul lui Oort. Modelul de la Nisa este o explicație a creării acestor regiuni, precum și a modului în care planetele exterioare s-au putut forma în poziții diferite și au migrat, ajungând să aibă orbitele lor actuale prin diverse interacțiuni gravitaționale.

După 50 de milioane de ani, presiunea și densitatea hidrogenului din centrul protostelei au devenit suficient de mari pentru ca să înceapă fuziunea termonucleară. Temperatura, viteza de reacție, presiunea, precum și densitatea au crescut până când a fost atins echilibrul hidrostatic: presiunea termică a egalat forța gravitațională. În acel moment, Soarele a devenit o stea din secvența principală de stele. Vântul solar a creat heliosfera și a măturat gazul și praful rămase din discul protoplanetar în spațiul interstelar, punând capăt procesului de formare a planetelor.

Sistemul solar va rămâne aproximativ așa cum îl știm astăzi până când hidrogenul din nucleul Soarelui va fi complet transformat în heliu, eveniment ce va avea loc peste 5,4 miliarde de ani. Acest lucru va pune sfârșit perioadei principale de viață a Soarelui. În acel moment, nucleul Soarelui va suferi un colaps, iar energia produsă va fi mult mai mare decât în prezent. Straturile exterioare ale Soarelui se vor extinde, diametrul ajungând de circa 260 de ori mai mare decât în momentul actual și Soarele va deveni o gigantă roșie. Din cauza faptului că suprafața sa va crește foarte mult, ea va fi considerabil mai rece decât va fi fost în perioada principală a vieții lui (cu maximum 2600 K). În urma măririi Soarelui, Mercur și Venus se vor vaporiza iar planeta Pământ va deveni nelocuibilă, zona locuibilă mutându-se la orbita lui Marte. În cele din urmă, nucleul nu va mai fi suficient de fierbinte pentru fuziunea heliului; Soarele va arde heliul pentru o fracțiune a timpului în care a ars hidrogenul din nucleu. Soarele nu este destul de masiv pentru a începe fuziunea elementelor mai grele, și reacțiile nucleare din nucleu vor scădea. Straturile sale exterioare vor fi ejectate în spațiu, lăsând în urmă o pitică albă, un obiect extraordinar de dens, având jumătate din masa inițială a Soarelui (de mărimea Pământului). Straturile exterioare ejectate vor forma ceea ce este cunoscut sub numele de nebuloasă planetară, împrăștiind în mediul interstelar unele din materialele din care s-a format Soarele, dar și elemente mai grele, cum ar fi carbonul, create în Soare.

Soarele este steaua sistemului solar și de departe cel mai important component al acestuia. Masa sa mare (egală cu 332.900 de mase terestre) produce în nucleul său temperaturi și densități suficient de ridicate ca să susțină fuziunea nucleară, care eliberează o cantitate enormă de energie, din care cea mai mare parte radiază în restul sistemului sub formă de radiații electromagnetice, cu vârful situat în spectrul de 400-700 nm al luminii vizibile.

Soarele este clasificat ca fiind o pitică galbenă de tipul G2, dar acest nume poate induce în eroare, din moment ce comparativ cu majoritatea stelelor din galaxia noastră, Soarele este mai mare și mai luminos. Stelele sunt clasificate cu ajutorul diagramei Hertzsprung-Russell, o diagramă care reprezintă grafic luminozitatea stelelor împreună cu temperatura de la suprafața lor. În general, stelele mai fierbinți sunt mai luminoase. Stelele care satisfac această relație sunt denumite stele din secvența principală, iar Soarele se află chiar în mijlocul acestei secvențe. Totuși, stelele mai luminoase și mai fierbinți decât Soarele sunt rare, în timp ce stelele cu mult mai fade și mai reci, cunoscute și ca pitice roșii, sunt comune, reprezentând 85% din totalul stelelor din galaxie.

Unele dovezi sugerează că poziția Soarelui în secvența principală poate înseamna că acesta se află la mijlocul ciclului de viață al unei stele, pentru că nu și-a consumat încă rezerva de hidrogen folosit pentru fuziunea nucleară. Soarele devine tot mai luminos; mai devreme în evoluția sa, luminozitatea era doar 70% din cea actuală.

Soarele face parte din populația I de stele; a luat naștere în faza târzie a evoluției universului și astfel conține mai multe elemente mai grele decât hidrogenul și heliul (numite „ metale", în context astronomic) decât stelele mai vechi ce fac parte din populația a II-a. Elementele chimice mai grele decât hidrogenul și heliul s-au format în nucleele stelelor vechi care au explodat, așadar prima generație de stele a trebuit să dispară pentru ca universul să se poată îmbogăți cu aceste elemente. Stelele mai vechi conțin mai puține metale, în timp ce stelele născute mai târziu conțin mai multe. Se crede că acest conținut mai bogat în metale a fost crucial pentru ca Soarele să dezvolte un sistem planetar, deoarece planetele se formează prin acreția „metalelor".

Mediul interplanetar

Împreună cu lumina, Soarele radiază un flux continuu de particule încărcate ( plasmă) cunoscute ca vânt solar. Acest flux de particule se răspândește spre exterior, cu o viteză de aproximativ 1,5 milioane de kilometri pe oră, creând o atmosferă fragilă (heliosfera) care pătrunde în sistemul solar până la cel puțin 100 UA (vezi heliopauză). Această materie extrem de rarefiată este cunoscută sub numele de mediu interplanetar. Activitatea de pe suprafața Soarelui, cum ar fi erupțiile solare și ejecția masei coronale, perturbă heliosfera, generând vremea cosmică și cauzând furtuni geomagnetice. Cea mai mare structură din cadrul heliosferei este stratul de curent heliosferic, în formă de spirală, creat de acțiunea câmpului magnetic rotativ al Soarelui asupra mediului interplanetar.

Câmpul magnetic al Pământului împiedică atmosfera sa de a fi deposedată de vântul solar. Venus și Marte nu au câmp magnetic și ca rezultat, vântul solar face ca atmosferele lor să se împrăștie treptat în spațiu. Ejecțiile masei coronale și alte fenomene similare aruncă în spațiu un câmp magnetic și cantități imense de materie de pe suprafața Soarelui. Interacțiunea acestui câmp magnetic și a materialelor cu câmpul magnetic al Pământului provoacă apariția de particule încărcate în atmosfera superioară a Pământului, unde interacțiunea lor creează aurorele observabile în apropierea polilor magnetici.

Radiațiile cosmice provin din afara sistemului solar. Heliosfera și câmpurile magnetice planetare (pentru planetele care le au) apără parțial sistemul solar de particulele interstelare cu înaltă energie care formează razele cosmice. Densitatea razelor cosmice în mediul interstelar și puterea câmpului magnetic al Soarelui se schimbă în perioade lungi de timp, astfel încât nivelul de penetrare a radiațiilor cosmice în sistemul solar variază, deși este necunoscut cât de mult.

Mediul interplanetar conține cel puțin două regiuni în formă de disc alcătuite din praf cosmic. Prima, norul de praf zodiacal, se află în sistemul solar interior și cauzează lumina zodiacală. Probabil ea s-a format în urma coliziunilor din centura de asteroizi provocate de interacțiunea cu planetele. Cea de-a doua se întinde de la aproximativ 10 UA până la aproximativ 40 UA și a fost creată, probabil, de coliziuni similare din cadrul centurii Kuiper.

Sistemul solar interior

Sistemul solar interior este numele tradițional pentru regiunea care cuprinde planetele terestre și asteroizii. Obiectele din această regiune sunt compuse în mare parte din silicați și metale, fiind relativ aproape de Soare; raza întregii regiuni este mai mică decât distanța dintre orbitele lui Jupiter și Saturn.

Planete interioare

Cele patru planete interioare sau telurice / terestre au o compoziție densă, de roci, cu puțini sau chiar fără sateliți și fără sisteme de inele. Ele sunt compuse în mare parte din minerale refractare, cum ar fi silicații, care formează scoarțele și mantalele planetelor, și metale ca fierul și nichelul, care formează nucleele planetare. Trei din cele patru planete interioare (Venus, Terra și Marte) au o atmosferă destul de densă pentru a genera vremea; toate au cratere de impact și caracteristici tectonice de suprafață, cum ar fi rifturi și vulcani. Termenul de „planetă interioară" nu trebuie confundat cu termenul de „ planetă inferioară ", care desemnează planetele mai apropiate de Soare decât Pământul (adică Mercur și Venus).

Mercur (0,4 UA de la Soare) este cea mai apropiată planetă de Soare și cea mai mică planetă din sistemul solar (0,055 mase terestre). Mercur nu are niciun satelit natural, iar singurele caracteristici geologice cunoscute, în afara craterelor de impact, sunt crestăturile din scoarță, care cel mai probabil se datorează unei perioade timpurii de contracție din trecutul său. Atmosfera planetei Mercur este aproape neobservabilă și este formată din atomi desprinși de pe suprafața sa de către vântul solar. Apariția nucleului său de fier relativ mare și mantaua subțire nu au fost încă suficient explicate. Ipotezele includ faptul că straturile exterioare au fost dezagregate în urma impactului cu un obiect gigantic și că acreția completă a fost împiedicată de energia Soarelui tânăr.

Planeta Venus (0,7 UA de la Soare) este asemănătoare ca mărime cu Pământul (0,815 mase terestre) și, la fel ca și Terra, are o manta subțire de silicat deasupra unui nucleu de fier, o atmosferă substanțială și indicii ale unei activități geologice interne. Totuși, planeta este mult mai uscată decât Pământul iar atmosfera sa este de nouăzeci de ori mai densă. Venus nu are niciun satelit natural. Este cea mai fierbinte planetă, temperaturile de la suprafață depășind 400 °C, cel mai probabil din cauza cantității de gaze cu efect de seră din atmosferă. Nu a fost detectată nici o dovadă definitivă a unei activități geologice la momentul actual pe Venus, dar planeta nu are un câmp magnetic care să prevină epuizarea atmosferei sale substanțiale, ceea ce sugerează că aceasta este încontinuu alimentată de către erupțiile vulcanice.

Pământul (de asemena și Terra; 1 UA de la Soare) este cea mai mare și cea mai densă planetă interioară, singura despre care se cunoaște la momentul actual că este geologic activă și singurul loc din sistemul solar unde se cunoaște că există viață. Hidrosfera sa lichidă este unică printre planetele terestre, iar Terra este singura planetă unde au fost observate plăci tectonice. Atmosfera Pământului diferă radical față de cea a altor planete, fiind shimbată de prezența vieții și conținând aproximativ 21% de oxigen liber. Planeta Pământ are doar un satelit natural, Luna, care este singurul satelit mare al unei planete terestre din sistemul solar.

Marte (1,52 UA de la Soare) este mai mic decât Terra și Venus (are 0,107 mase terestre). Planeta posedă o atmosferă formată în mare parte din dioxid de carbon, cu o presiune la suprafață de 6,1 milibari (aproximativ 0,6% din presiunea atmosferică de la suprafața Pământului). Suprafața sa, brăzdată de vulcani vaști ca Olympus Mons și rifturi cum ar fi Valles Marineris, reprezintă o dovadă a activităților geologice care au persistat până relativ recent, cu două milioane de ani în urmă. Culoarea sa roșiatică provine de la oxizii de fier (rugină) din sol. Marte are doi sateliți naturali foarte mici ( Deimos și Phobos) despre care se crede că au fost asteroizi capturați de gravitația planetei.

Centura de asteroizi

Asteroizii sunt obiecte mici din sistemul solar, compuse în mare parte din roci refractare și minerale metalice, la care se mai adăugă gheața.

Centura de asteroizi se află între planetele Marte și Jupiter, la o distanță cuprinsă între 2,3 și 3,3 UA de la Soare. Se crede ea e alcătuită din resturile rămase în urma formării sistemului solar, care nu au reușit să se unească din cauza interferenței gravitaționale a lui Jupiter.

Mărimea asteroizilor variază de la câteva sute de kilometri până la mărimi microscopice. Toți asteroizii, cu excepția celui mai mare, Ceres, sunt clasificați ca obiecte mici ale sistemului solar.

Centura de asteroizi conține zeci de mii, posibil milioane, de obiecte ce au un diametru mai mare de un kilometru. Cu toate acestea, masa totală a centurii de asteroizi măsoară în jur de o miime din masa terestră. În centura de asteroizi, obiectele sunt foarte rarefiate; navele spațiale au trecut cu ușurință prin aceasta fără niciun incident. Asteroizii cu diametre între 10 și 10 −4 metri sunt denumiți meteoroizi.

Ceres (2,77 UA de la Soare) este cel mai mare asteroid, o protoplanetă și o planetă pitică. Are un diametru puțin mai mic de 1000 km și o masă destul de mare pentru ca propria gravitație să-i confere o formă sferică. Când a fost descoperită în secolul al XIX-lea, Ceres a fost considerată o planetă, dar a fost reclasificată ca asteroid în anii 1850, când observațiile mai ample au dezvăluit existența altor asteroizi asemănători. În anul 2006 a fost clasificată ca planetă pitică.

Grupuri de asteroizi

Asteroizii din centura de asteroizi sunt divizați în grupuri de asteroizi și familii de asteroizi, în funcție de caracteristicile orbitale pe care le au. Sateliții asteroidali sunt asteroizii care orbitează în jurul unor asteroizi mai mari. Ei nu sunt distinși atât de clar ca și sateliții planetari, câteodată fiind la fel de mari ca și asteroidul în jurul căruia gravitează. Centura de asteroizi conține de asemenea și comete de centură principală, care se poate să fi fost sursa de apă a Pământului.

Troienii lui Jupiter sunt localizați în punctele Lagrange L₄ sau L₅ ale lui Jupiter (regiuni stabile din punct de vedere gravitațional care precedă sau urmează planeta pe orbita sa); termenul de este folosit de asemenea pentru a desemna corpuri mici din orice punct Lagrange al unei planete sau unui satelit. Asteroizii din familia Hilda sunt într-o rezonanță de 2:3 cu planeta Jupiter; aceasta înseamnă că ei orbitează în jurul Soarelui de trei ori la fiecare două orbitări ale lui Jupiter.

În sistemul solar interior există de asemenea asteroizi hoinari, mulți dintre ei traversând orbitele planetelor interioare.

Sistemul solar exterior

Regiunea exterioară a sistemului solar este locul unde se află giganții gazoși și sateliții lor. Multe comete cu perioadă scurtă, inclusiv centaurii, orbitează de asemenea în această regiune. Din cauza distanței foarte mari de la Soare, obiectele solide din sistemul solar exterior conțin o proporție mai mare de substanțe volatile cum ar fi apa, amoniacul și metanul, decât planetele de roci din sistemul solar interior, deoarece temperaturile mai reci permit menținerea acestor compuși în stare solidă.

Planetele exterioare

Cele patru planete exterioare sau giganții gazoși (uneori numite planete joviene), dețin împreună 99% din masa care orbitează în jurul Soarelui. Jupiter și Saturn au, fiecare, o masă de zeci de ori mai mare decât cea a Pământului și sunt formate preponderent din hidrogen și heliu; Uranus și Neptun sunt mai puțin masive (având sub 20 de mase terestre) și sunt compuși mai mult din ghețuri. Din această cauză, mulți astronomi cred că ei fac parte dintr-o categorie aparte, „giganții de gheață". Toți cei patru giganți gazoși au inele, deși doar sistemul de inele al lui Saturn este ușor de observat de pe Pământ. Termenul de planetă exterioară nu trebuie confundat cu cel de planetă superioară, care desemnează planete din afara orbitei Pământului și include, astfel, atât planetele exterioare cât și pe Marte.

Jupiter (5,2 UA), cu o masă de 318 ori mai mare ca cea a Pământului, este de 2,5 mai masiv decât toate celelalte planete din sistemul solar laolaltă. El este compus în mare parte din hidrogen și heliu. Căldura sa internă destul de mare creează un număr de caracteristici semi-permanente ale atmosferei sale, cum ar fi benzile de nori și Marea Pată Roșie.

Jupiter are 67 de sateliți cunoscuți. Cei mai mari patru sateliți, Ganymede, Callisto, Io și Europa prezintă similarități cu planetele terestre, cum ar fi vulcanismul și încălzirea internă. Ganymede, cel mai mare satelit din sistemul solar, este mai mare decât planeta Mercur.

Saturn (9,5 UA), care se distinge prin sistemul său de inele ușor de observat de pe Pământ, este asemănător cu Jupiter din punctul de vedere al compoziției atmosferice și al magnetosferei. Deși Saturn are 60% ​​din volumul lui Jupiter, el are mai puțin de o treime din masa acestuia (95 de mese terestre), fiind cea mai puțin densă planetă din sistemul solar. Inelele lui Saturn sunt alcătuite din particule mici de rocă și gheață.

Saturn are 62 de sateliți confirmați; doi dintre ei, Titan și Enceladus, poartă semne de activitate geologică, deși aceștia sunt în mare parte alcătuiți din gheață (criovulcani). Titan, al doilea satelit ca mărime din sistemul solar, este mai mare decât Mercur și singurul satelit din sistemul solar care posedă o atmosferă substanțială.

Uranus (19,6 UA), de 14 ori mai masiv ca Pământul, are masa cea mai mică dintre toate planetele exterioare. Este singura planetă care orbitează în jurul Soarelui înclinată „pe o parte"; înclinația axei de rotație este de peste nouăzeci de grade față de normala la ecliptică. Planeta are un nucleu mult mai rece decât ceilalți giganți gazoși și cantitatea de căldură radiată în spațiu este foarte mică.

Uranus are 27 de sateliți cunoscuți, cei mai mari fiind Titania, Oberon, Umbriel, Ariel și Miranda.

Neptun (30 UA), deși este puțin mai mic decât Uranus, este mult mai masiv (aproximativ 17 mase terestre) și prin urmare, mult mai dens. El radiază mai multă căldură internă, dar nu la fel de multă ca Jupiter sau Saturn.

Neptun are 13 sateliți cunoscuți. Cel mai mare, Triton, este geologic activ, având probabil gheizere de azot lichid. Triton este singurul satelit mare cu o orbită retrogradă. Neptun este însoțit pe orbita sa de o mulțime de planete minore, numite troienii lui Neptun, care au o rezonanță orbitală de 1:1 cu el.

Centaurii sunt obiecte de gheață asemănătoare cometelor, cu o semiaxă mare mai mare decât cea al lui Jupiter (5,5 UA) și mai mică decât cea a lui Neptun (30 UA). Cel mai mare centaur cunoscut, 10199 Chariklo, are un diametru de aproximativ 250 km. Primul centaur descoperit, 2060 Chiron, a fost, de asemenea, clasificat drept cometă (95P) deoarece acesta dezvoltă o coadă ca și cometele, atunci când se apropie de Soare.

Cometele sunt obiecte mici din sistemul solar, de obicei cu dimensiuni de doar câțiva kilometri, compuse în mare parte din gheață volatilă. Au orbite puternic excentrice și în general periheliul lor se află între orbitele planetelor interioare iar afeliul, la mare distanță dincolo de planeta pitică Pluto. Când o cometă intră în sistemul solar interior, apropierea sa de Soare cauzează sublimarea și ionizarea suprafeței sale înghețate, creându-se astfel o coamă, urmată de o coadă lungă de gaz și praf care este adesea vizibilă cu ochiul liber.

Cometele de perioadă scurtă au perioada orbitală mai scurtă de două sute de ani, iar cele de perioadă lungă au perioade orbitale de ordinul miilor de ani. Se crede că cometele de perioadă scurtă își au originea în centura Kuiper, în timp ce cele de perioadă lungă (cum ar fi Hale-Bopp), în norul lui Oort. Multe grupuri de comete, ca Kreutz Sungrazers, s-au format prin fragmentarea unei comete-părinte. Unele comete cu orbite hiperbolice pot să provină din afara sistemului solar, dar determinarea precisă a orbitelor lor este dificilă. Cometele bătrâne, care și-au consumat mare parte a materialului volatil datorită încălzirii solare, sunt categorizate de obicei ca asteroizi.

Regiunea transneptuniană

Zona de dincolo de Neptun sau „regiunea transneptuniană" este în mare parte neexplorată. Ea conține o mulțime de lumi mici (cea mai mare având un diametru de doar o cincime din cel al Pământului și o masă mult mai mică decât cea a Lunii), compuse în principal din roci și gheață. Această regiune este uneori cunoscută sub numele de „sistemul solar exterior", deși alții folosesc acest termen pentru a desemna regiunea de dincolo de centura de asteroizi. În literatura astronomică internațională, corpurile cerești situate în regiunea transneptuniană sunt abreviate, de obicei, ca TNO ( Trans-Neptunian Object).

Centura Kuiper

Centura Kuiper este un inel mare, plin cu resturi, similar cu centura de asteroizi, în el fiind în principal obiecte care sunt compuse în primul rând din gheață. Aceasta se întinde între 30 și 50 UA de la Soare. Deși se consideră că conține zeci de planete pitice, ea este compusă în principal din corpuri mici ale sistemului solar. Multe dintre obiectele mai mari din centura Kuiper, ca Quaoar, Varuna și Orcus, pot fi recunoscute ca planete pitice dacă vor fi date suplimentare despre ele. Se estimează că acolo sunt peste 100.000 de obiecte cu un diametru mai mare de 50 km, dar masa totală a centurii Kuiper se consideră a fi doar o zecime sau chiar o sutime din masa Pământului. Multe obiecte din centura Kuiper au mai mulți sateliți, iar cele mai multe au orbite care le duc în afara planului ecliptic.

Centura Kuiper poate fi împărțită în centura clasică și rezonantă. Obiectele rezonante au o orbită legată de cea a lui Neptun (de exemplu, orbitează în jurul Soarelui de două ori pentru fiecare trei orbitări ale lui Neptun, sau o dată la fiecare două). Prima rezonanță are loc în orbita lui Neptun. Centura clasică constă în obiecte care nu au rezonanță cu Neptun, și se întinde de la aproximativ 39,4 UA până la 47,7 UA. Obiectele din centura clasică Kuiper se clasifică ca cubewano, după ce a fost descoperit primul obiect de acest fel, , și până acum au o orbită asemănătoare cu orbita lor inițială care avea o excentricitate mică.

Pluto și Charon

Planeta pitică Pluto (distanța medie de la Soare: aprox. 39 UA) este cel mai mare obiect cunoscut din centura Kuiper. Când a fost descoperit în 1930, era considerat a noua planetă; această clasificare s-a schimbat în 2006, când s-a adoptat o definție formală mai riguroasă a unei planete. Pluto are o orbită relativ excentrică, înclinată la 17 grade față de planul eclipticei, iar distanța sa față de Soare variază între 29,7 UA la periheliu (situat în interiorul orbitei lui Neptun) și 49,5 UA la afeliu.

Charon, cel mai mare satelit al lui Pluto, este câteodată descris ca alcătuind un sistem binar cu Pluto, deoarece cele două corpuri orbitează în jurul unui baricentru gravitațional comun situat deasupra suprafețelor lor (aceasta înseamnă că ele par a se „orbita reciproc"). În afară de Charon, sunt cunoscuți alți patru sateliți mai mici care orbitează în jurul planetei Pluto, și anume: P5, Nix, P4, și Hydra.

Pluto are un raport de rezonanță orbitală de 3:2 cu Neptun, aceasta însemnând că Pluto efectuează două revoluții complete în jurul Soarelui la fiecare trei revoluții complete ale lui Neptun. Obiectele din centura Kuiper care posedă aceeași rezonanță orbitală sunt cunoscute ca obiecte obiecte plutino.

Makemake și Haumea

Planeta pitică Makemake (distanța medie de la Soare: 45,79 UA), deși este mai mică decât Pluto, este cel mai mare obiect cunoscut din centura Kuiper clasică (adică el nu prezintă un raport confirmat de rezonanță orbitală cu Neptun). Makemake este cel mai luminos obiect din centura Kuiper după Pluto. A fost denumită și desemnată ca planetă pitică în 2008. Orbita sa este mult mai înclinată decât cea a lui Pluto, la 29°.

Haumea (distanța medie de la Soare: 43,13 UA) are o orbită similară cu cea a lui Makemake, cu excepția faptului că prezintă o rezonanță orbitală de 7:12 cu Neptun. Este de aproape aceeași mărime ca și Makemake și are doi sateliți naturali. O rotație rapidă, cu o perioadă de 3,9 ore, îi conferă o formă alungită și aplatizată. A fost denumită și desemnată ca planetă pitică în 2008.

Discul împrăștiat

Discul împrăștiat, ce se suprapune peste centura lui Kuiper dar se extinde mult în afara acesteia, este posibila sursă a cometelor de perioadă scurtă. Se crede că obiectele din discul împrăștiat au fost transformate în obiecte neregulate datorită influenței gravitaționale a migrației timpurii a lui Neptun. Multe astfel de obiecte au periheliul undeva în centura Kuiper dar afeliul mult în afara sa (unele obiecte au afeliul și la 150 UA depărtare de Soare). Orbitele obiectelor din discul împrăștiat sunt de asemenea foarte înclinate față de planul eclipticei, și adesea sunt chiar perpendiculare pe acesta. Unii astronomi consideră discul împrăștiat a fi pur și simplu o altă regiune a centurii Kuiper, iar obiectele discului împrăștiat sunt considerate „obiecte împrăștiate din centura Kuiper". Unii astronomi de asemenea clasifică centaurii ca obiecte împrăștiate de interior ale centurii Kuiper împreună cu obiectele împrăștiate din discul împrăștiat.

Eris (68 UA distanță medie față de Soare) este cel mai mare obiect cunoscut din discul împrăștiat și a provocat incertitudini în ceea ce privește definirea unei planete, deoarece este cu 25% mai masiv decât Pluto și are aproximativ același diametru. Este cea mai masivă dintre planetele pitice cunoscute. Are un singur satelit, Dysnomia. Ca și în cazul lui Pluto, orbita sa este foarte excentrică, cu periheliul situat la 38,2 UA (aproximativ distanța de la Pluto la Soare) și afeliul la 97,6 UA, fiind de asemenea puternic înclinată față de planul eclipticei.

Regiuni mai îndepărtate

Punctul în care se încheie sistemul solar și începe spațiul interstelar nu este definit cu precizie, deoarece granițele sale exterioare sunt modelate de două forțe distincte: vântul solar și gravitația Soarelui. Limita exterioară a influenței vântului solar este de aproximativ de patru ori distanța de la Pluto la Soare; această heliopauză este considerată începutul mediului interstelar. Cu toate acestea, sfera lui Hill a Soarelui, raza efectivă de dominație gravitațională a sa, se crede că se extinde până la o mie de ori mai departe.

Heliopauză

Heliosfera este împărțită în două regiuni distincte. Vântul solar călătorește cu o viteză de până la aproximativ 400 km/s până când se ciocnește cu vântul interstelar; un flux de plasmă în mediul interstelar. Coliziunea are loc la încetarea șocului, care este aproximativ de 80-100 UA de la Soare din direcția opusă vântului mediului interstelar și aproximativ 200 UA de la Soare din direcția vântului. Aici vântul încetinește dramatic, se condensează și devine mai turbulent, formând o structură ovală mare cunoscută sub numele de helioînveliș. Această structură se crede că arată și se comportă foarte mult ca coada unei comete și se extinde în exterior până la 40 UA în partea direcției opuse vântului, dar coada este de mai multe ori că distanța decât distanța direcției vântului; dar probele de pe Cassini și nava spațială Interstellar Boundary Explorer sugerează că aceasta este, de fapt, forțată într-o formă de bule sub acțiunea de constrângere a câmpului magnetic interstelar. și au raportat că au trecut încetarea șocului și au intrat în helioînveliș, la 94 UA și respectiv 84 UA de la Soare. Limita exterioară a heliosferei, heliopauza, este punctul în care vântul solar în cele din urmă se termină și se începe spațiului interstelar.

Forma și marginea exterioară a heliosferei sunt probabil afectate de dinamica fluidelor a interacțiunilor cu mediul interstelar precum și de câmpuri magnetice solare existente la sud, de exemplu este direct modelat de emisfera nordică care se extinde cu 9 UA mai departe decât emisfera sudică. Dincolo de heliopauza, în jurul valorii de 230 UA, se află arcul de șoc, o „urmă" de plasmă lăsată de Soare când acesta călătorește prin Calea Lactee.

Nici o navă spațială încă nu a depășit heliopauza, așa că este imposibil să cunoaște condițiile din spațiul interstelar local. Se așteaptă ca nava spațială Voyager NASA va trece în următorul deceniu heliopauza și va transmite date valoroase privind nivelurile de radiații și vântul solar ce se întoarce spre Pământ. Cât de bine Heliosfera apără sistemul solar de razele cosmice este încă rău cunoscut. O echipă finanțată de NASA a dezvoltat un concept de „Misiune Viziune", care are scopul de a trimite o sondă spre heliosferă.

90377 Sedna (525,86 UA mediu) eu un obiect mare, roșiatic, cu o orbită eliptică care este de aproximativ 76 UA la periheliu și 928 UA la afeliu și care durează 12.050 de ani. Mike Brown, omul care a descoperit acest obiect în 2003, afirmă că aceast obiect nu poate face parte din discul împrăștiat sau centura Kuiper astfel cum periheliu este prea îndepărtat ca să poată fi afectat de migrațiea lui Neptun. El și alți astronomi consideră că acest obiect este de un tip cu totul nou, în care mai poate fi inclus obiectul , care are un periheliu de 45 UA și un afeliu de 415 UA, și o perioadă orbitală de 3.420 de ani. Brown denumește această populație ca „norul lui Oort interior", așa cum este posibil să se fi format printr-un proces similar, deși este mult mai aproape de Soare. Sedna este foarte asemănătoare cu o planetă pitică, deși forma sa încă nu este determinată.

Norul lui Oort

Norul lui Oort este un nor ipotetic de formă sferică cu până la un trilion de obiecte de gheață, care este considerat a fi sursa pentru toate comete de lungă durată și înconjoară sistemul solar la o distastanță de aproximativ 50.000 UA (în jur de 1 an-lumină (al)), și posibil până la 100.000 UA (1,87 al). Acesta este considerat a fi compus din comete care au fost aruncate din sistemul solar interior de interacțiunile gravitaționale cu planetele exterioare. Obiectele din norul lui Oort se mișcă foarte încet, și pot fi perturbate de evenimente rare, cum ar fi coliziunile, efectele gravitaționale ale unei stele în trecere sau mareea galactică, o forță mareică exercitată de către Calea Lactee.

O mare parte din sistemul solar este încă necunoscut. Câmpul gravitațional al Soarelui este estimat să domine forțele gravitaționale ale stelelor din apropierea de 2 ani-lumină (125.000 UA). Estimările mai mici pentru raza norului lui Oort, ca contrast, nu-l pun mai departe de 50.000 UA. În ciuda descoperirilor cum ar fi Sedna, regiunea dintre centura Kuiper și norul lui Oort, o zonă cu raza de zeci de mii de UA, este încă practic necunoscută. Există, de asemenea, studii în curs de desfășurare ale regiunii dintre Mercur și Soare. Mai pot fi descoperite obiecte în regiunile neexplorate ale sistemului solar.

În noiembrie 2012, NASA a anunțat că Voyager 1 a abordat zona de tranzit cu limita exterioară a sistemului solar, instrumentele sale detectând o intensificare bruscă a câmpului magnetic. Nici o schimbare în direcția câmpului magnetic n-a avut loc, ceea ce oamenii de știință din NASA interpretează în a indica că Voyager 1 nu a părăsit sistemul solar.

Contextul galactic

Sistemul solar este localizat în galaxia Calea Lactee, o galaxie spiralată cu un diametru de aproximativ 100 000 de ani-lumină, ce conține în total circa 200 de miliarde de stele. Ca localizare generală, Soarele se află în cadrul uneia dintre brațele (sau spiralele) exterioare ale Căii Lactee, cunoscut ca Brațul Orion, sau „Pintenul Local". Soarele se află la aproximativ 25 000 și 28 000 de ani lumină distanță de Centrul Galactic, iar viteza sa în raport cu galaxia este de aproximativ 220 de kilometri pe secundă, astfel completează o revoluție galactică odată la 225-250 de milioane de ani. Această revoluție este cunoscută în limbajul științific ca an galactic al sistemului solar. Apexul solar, punctul spre care Soarele se deplasează în mișcarea lui prin Calea Lactee, se află în apropierea stelei strălucitoare Vega, dar la zona mărginașă dintre constelațiile Lira și Hercule. Planul eclipticei se află la un unghi de aproximativ 60° față de planul galactic.

Localizarea sistemului solar în galaxie este factorul care a determinat evoluția vieții pe Pământ. Orbita sa este aproape circulară, și vitezele orbitale din apropierea Soarelui sunt aproape la fel de rapide ca și cele ale brațelor spirale. Prin urmare, Soarele tranzitează brațele galaxiei foarte rar. Deoarece în zona orbitală a Soarelui (adică în zona brațelor spirale) există mai puține supernove, instabilități gravitaționale și radiații care ar putea distruge sistemul solar, astfel Pământul a avut lungi perioade de stabilitate în care viața a putut să prospere. De asemenea, sistemul solar se află poziționat cu mult în afara zonelor foarte aglomerate cu stele ale centrului galactic. În apropierea centrului, forțele gravitaționale venite de la alte stele ar putea smulge obiectele afla în Norul lui Oort și să trimită multe comete înspre sistemul solar interior, producând coliziune cu probabile implicații catastrofale pentru viața de pe Pământ. Radiațiile intense ale centrului galactic ar putea, de asemenea, să perturbe evoluția formelor de viață complexe. Chiar și pentru localizarea curentă a sistemului solar, unii savanți au presupus ca acum 35 000 de ani, unele supernove să fi afectat negativ viața de pe Pământ, prin aruncarea unor fragmente de nucleu stelar spre Soare sub forma unor fire de praf radioactive și chiar obiecte mai mari, asemănătoare cometelor.

Vecinătate

În imediata vecinătate galactică a sistemului solar se află Norul Local Interstelar, un nor astronomic dens dintr-o altă regiune împrăștiată cunoscută ca Bula Locală, o cavitate în formă de clepsidră din mediul interstelar de cel puțin 300 de ani lumină în lungime. Bula este saturată cu plasmă de temperatură înaltă ceea ce sugerează că a fost produsă recent de unele supernove.

Sunt relativ câteva stele aflate la mai puțin de zece ani lumină (95 de trilioane de km) de Soare. Cel mai apropiat este sistemul triplu stele Alfa Centauri, din constelația Centaurul, aflat la 4,4 ani lumină distanță și compus dintr-o pereche de stele (Alfa Centauri A și B) asemănătoare Soarelui, în jurul cărora gravitează la o distanță de 0,2 ani-lumină pitica roșie Alfa Centauri C, de o luminozitate relativ mică. Aceasta din urmă este steaua cea mai apropiată de Soare, la o distanță de 4,24 ani-lumină, motiv pentru care mai este numită „ Proxima Centauri". Următoarele cele mai apropiate stele față de Soare sunt piticele roșii Steaua lui Barnard (la 5,9 ani lumină), Wolf 359 (7,8 ani lumină) și Lalande 21185 (8,3 ani lumină). Cea mai mare stea din lista celor mai apropiate este de departe Sirius, o stea luminoasă din secvența principală de stele a cărei masă este asemănătoare cu cea a Soarelui și orbitată de către o pitică albă denumită Sirius B. Se află la aproximativ 8,6 ani lumină distanță. Celelalte sisteme stelare mai apropiate de zece ani lumină sunt sistemul binar Luyten 726-8 dintre două stele pitice albe și roșii (la 8,7 ani lumină) și pitica roșie solitară Ross 154 (9,7 ani lumină). Cea mai apropiată stea solitară asemănătoare Soarelui este Tau Ceti, localizată la 11,9 ani lumină depărtare. Ea are aproximativ 80% din masa Soarelui, dar doar 60% din luminozitatea sa. Cea mai apropiată planetă extrasolară de sistemul solar se află în preajma stelei Alpha Centauri B. Una dintre planetele confirmate ale acesteia, Alpha Centauri Bb, are cel puțin 1,1 din masa Pământului și orbitează steaua la fiecare 3,236 zile.

Sistemul Solar în imagini

Câteva exemple vizuale ale celor mai apropiate obiecte din Sistemul Solar, selectate după mărime și detalii și sortate după volum. Soarele este de aproximativ 10 000 de ori mai mare și de 41 de trilioane de ori mai voluminos decât cele mai mic obiect prezentat (Prometeu). Listele mai includ: lista obiectelor din Sistemul Solar după mărime, listă de sateliți naturali, lista planetelor minore și listă de comete.

1. Scrierea numelui cu inițiale majuscule nu este unanim acceptată. ^ UAI, organul care deține autoritatea în domeniul nomenclaturii astronomice, specifică că trebuie scrise cu majuscule numele tuturor obiectelor individuale astronomice (Sistemul solar). Cu toate acestea, numele este frecvent scris cu litere mici (sistemul solar) - de exemplu în Dicționarul Oxford al limbii engleze și Merriam-Webster's 11th Dicționarul enciclopedic

2. Vezi ^ Lista de sateliți naturali, pentru o listă completă a sateliților naturali ai celor opt planete și ai primelor cinci planete pitice.

3. Măsurătorile astronomice ale distanței în cadrul sistemului solar se fac în ^ unități astronomice (UA). O UA este egală cu distanța medie dintre Pământ și Soare, sau 149,598,000 km. În medie, Pluto se află la 39 de UA de Soare iar Jupiter la aproximativ 5,2 UA. Un an lumină este echivalent cu 63,241 UA.

4. Dacă ψ reprezintă unghiul dintre ^ polul nord al eclipticei și polul nord galactic, atunci:

,

unde 27° 07′ 42.01″ și 12h 51m 26.282 reprezintă declinația și ascensia dreaptă a polului nord galactic,[136] în timp ce 66° 33′ 38.6″ și 18h 0m 00 sunt cele pentru polul nord al eclipticei. (Ambele perechi de coordonate sunt pentru epoca J2000.) Rezultatul calculului este de 60.19°.

1. ^ Mike Brown (). „"Free the dwarf planets!"". "Mike Brown's Planets (self-published)" (în engleză).

2. ^

3. ^ Minor Planet Center, Uniunea Astronomică Internațională. Accesat pe 4 martie 2013.

4. ^ doi:10.1016/S0273-1177(03)00578-7 10.1016/S0273-1177(03)00578-7

5. ^

6. ^ „Plutoid chosen as name for Solar System objects like Pluto". International Astronomical Union. 11 iunie 2008, Paris.

7. ^ Achenbach, Joel; Feltman, Rachel (). „New evidence suggests a ninth planet lurking at the edge of the solar system". The Washington Post. ISSN 0190-8286.

8. ^ Batygin, Konstantin; Brown, Michael E. (). „Evidence for a distant giant planet in the Solar system". The Astronomical Journal. 151 (2). doi:10.3847/0004-6256/151/2/22.

9. ro ^ „Planeta Nouă" a Sistemului Solar ar fi un Super-Pământ

10. "Today we know of more than a dozen dwarf planets in the solar system".^ The PI's Perspective

11. ^ Weinert, Friedel (). Copernicus, Darwin, & Freud: revolutions in the history and philosophy of science. Wiley-Blackwell. p. 21. ISBN 978-1-4051-8183-9.

12. ^ Davoust, Emmanuel. "A hundred years of science at the Pic du Midi Observatory". arXiv:astro-ph/9707201

13. ^ Audrey Delsanti and David Jewitt (). „The Solar System Beyond The Planets" (PDF). Institute for Astronomy, University of Hawaii. Arhivat din original (PDF) la .

14. ^ Krasinsky, G. A. (). „Hidden Mass in the Asteroid Belt". Icarus. 158 (1): 98-105. Bibcode:2002Icar..158...98K. doi:10.1006/icar.2002.6837.

15. ^ Levison, H. F. (). „Formarea Centurii Kuiper prin transportul exterior al corpurilor în timpul migrației planetei Neptun". Nature. 426 (6965): 419-421. doi:10.1038/nature02120. PMID 14647375.

16. ^ Amir Alexander (). „New Horizons Set to Launch on 9-Year Voyage to Pluto and the Kuiper Belt". The Planetary Society. Arhivat din original la .

17. ^ Marochnik, L. and Mukhin, L. (). „"Is Solar System Evolution Cometary Dominated?". În Shostak, G. S. Progress in the Search for Extraterrestrial Life. Astronomical Society of the Pacific Conference Series. 74. p. 83.

18. ^ „Dawn: A Journey to the Beginning of the Solar System". Space Physics Center: UCLA. . Arhivat din original la .

19. , citând ^ Eddy, J. (). A New Sun: The Solar Results From Skylab. NASA. p. 37. NASA SP-402.

20. ^ Paul Robert Weissman, Torrence V. Johnson (). Encyclopedia of the solar system. Academic Press. p. 615. ISBN 0-12-088589-1.

21. ^

22. ^

23. ^ Michael Zellik (). Astronomy: The Evolving Universe (ed. 9th). Cambridge University Press. p. 240. ISBN 0-521-80090-0. OCLC 223304585 46685453 .

24. ^ Placxo, Kevin W. (). Astrobiology: a brief introduction. JHU Press. p. 66. ISBN 978-0-8018-8367-5.

25. Data se bazează pe cele mai vechi incluziuni identificate în ^ meteoriți și se consideră a fi data de formare a primului material solid în perioada colapsului nebuloasei.
A. Bouvier and M. Wadhwa. "The age of the solar system redefined by the oldest Pb-Pb age of a meteoritic inclusion." Nature Geoscience, în presă, 2010. doi:10.1038/NGEO941

26. ^ Greaves, Jane S. (). „Disks Around Stars and the Growth of Planetary Systems". Science. 307 (5706): 68-71. Bibcode:2005Sci...307...68G. doi:10.1126/science.1101979. PMID 15637266.

27. ^ Sukyoung Yi; Pierre Demarque; Yong-Cheol Kim; Young-Wook Lee; Chang H. Ree; Thibault Lejeune; Sydney Barnes (). „Toward Better Age Estimates for Stellar Populations: The Isochrones for Solar Mixture". Astrophysical Journal Supplement. 136: 417. arXiv:astro-ph/0104292  . Bibcode:2001ApJS..136..417Y. doi:10.1086/321795.

28. ^ Pogge, Richard W. (). „The Once & Future Sun". New Vistas in Astronomy. Arhivat din original (lecture notes) la .

29. ^ „Sun: Facts & Figures". NASA. Arhivat din original la .

30. ^ Zirker, Jack B. (). Journey from the Center of the Sun. Princeton University Press. pp. 120-127. ISBN 978-0-691-05781-1.

31. ^

32. ^ Smart, R. L.; Carollo, D.; Lattanzi, M. G.; McLean, B.; Spagna, A. (). „The Second Guide Star Catalogue and Cool Stars". În Hugh R. A. Jones and Iain A. Steele. Ultracool Dwarfs: New Spectral Types L and T. Springer. p. 119. Bibcode:2001udns.conf..119S.

33. ^ A Star with two North Poles, 22 aprilie 2003, Science @ NASA

34. Schenk P., Melosh H. J. (1994), ^ Lobate Thrust Scarps and the Thickness of Mercury's Lithosphere, Abstracts of the 25th Lunar and Planetary Science Conference, 1994LPI....25.1203S

35. Benz, W., Slattery, W. L., Cameron, A. G. W. (1988), ^ Collisional stripping of Mercury's mantle, Icarus, v. 74, p. 516-528.

36. Cameron, A. G. W. (1985), ^ The partial volatilization of Mercury, Icarus, v. 64, p. 285-294.

37. ^ Mark Alan Bullock (). „The Stability of Climate on Venus" (PDF). Southwest Research Institute.

38. ^ Paul Rincon (). „Climate Change as a Regulator of Tectonics on Venus" (PDF). Johnson Space Center Houston, TX, Institute of Meteoritics, University of New Mexico, Albuquerque, NM.

39. ^ David C. Gatling, Conway Leovy (). „Mars Atmosphere: History and Surface Interactions". În Lucy-Ann McFadden et. al. Encyclopaedia of the Solar System. pp. 301-314.

40. ^ Scott S. Sheppard, David Jewitt, and Jan Kleyna (). „A Survey for Outer Satellites of Mars: Limits to Completeness" (PDF). Astronomical Journal.

41. ^ „Are Kuiper Belt Objects asteroids? Are large Kuiper Belt Objects planets?". Cornell University.

42. ^

43. ^ „History and Discovery of Asteroids" (DOC). NASA.

44. ^ Barucci, M. A. (). „Physical Properties of Trojan and Centaur Asteroids". Asteroids III. Tucson, Arizona: University of Arizona Press. pp. 273-87.

45. ^ A. Morbidelli, W. F. Bottke Jr., Ch. Froeschlé, P. Michel; Bottke; Froeschlé; Michel (). W. F. Bottke Jr., A. Cellino, P. Paolicchi, and R. P. Binzel, ed. „Origin and Evolution of Near-Earth Objects" (PDF). Asteroids III. University of Arizona Press: 409-422. Bibcode:2002aste.conf..409M.

46. ^ Jack J. Lissauer, David J. Stevenson (). „Formation of Giant Planets" (PDF). NASA Ames Research Center; California Institute of Technology.

47. ^ John Stansberry, Will Grundy, Mike Brown, Dale Cruikshank, John Spencer, David Trilling, Jean-Luc Margot (). „Physical Properties of Kuiper Belt and Centaur Objects: Constraints from Spitzer Space Telescope". The Solar System Beyond Neptune. p. 161. arXiv:astro-ph/0702538  . Bibcode:2008ssbn.book..161S.

48. ^ Królikowska, M. (). „A study of the original orbits of hyperbolic comets". Astronomy & Astrophysics. 376 (1): 316-324. Bibcode:2001A&A...376..316K. doi:10.1051/0004-6361:20010945.

49. Ovidiu C. Furdui, ^ Evoluția orbitală a corpurilor transneptuniene. Teză de doctorat, Universitatea Babeș-Bolyai din Cluj-Napoca, 2011. Rezumat disponibil on-line, accesat la 24 septembrie 2013.

50. ^ Stephen C. Tegler (). „Kuiper Belt Objects: Physical Studies". În Lucy-Ann McFadden et. al. Encyclopedia of the Solar System. pp. 605-620.

51. ^ E. Dotto1, M. A. Barucci2, and M. Fulchignoni (). „Beyond Neptune, the new frontier of the Solar System" (PDF).

52. ^ Fajans, J. (). „Autoresonant (nonstationary) excitation of pendulums, Plutinos, plasmas, and other nonlinear oscillators" (PDF). American Journal of Physics. 69 (10): 1096-1102. doi:10.1119/1.1389278.

53. ^ Marc W. Buie (). „Orbit Fit and Astrometric record for 136472". SwRI (Space Science Department).

54. ^ Michael E. Brown. „The largest Kuiper belt objects" (PDF). CalTech.

55. ^ Littmann, Mark (). Planets Beyond: Discovering the Outer Solar System. Courier Dover Publications. pp. 162-163. ISBN 978-0-486-43602-9.

56. ^ Stone, E. C.; Cummings, A. C.; McDonald, F. B.; Heikkila, B. C.; Lal, N.; Webber, W. R. (). „Voyager 1 explores the termination shock region and the heliosheath beyond". Science. 309 (5743): 2017-20. Bibcode:2005Sci...309.2017S. doi:10.1126/science.1117684. PMID 16179468.

57. ^ P. C. Frisch (University of Chicago) (). „The Sun's Heliosphere & Heliopause". Astronomy Picture of the Day.

58. ^

59. ^ David Jewitt (). „Sedna - 2003 VB₁₂". University of Hawaii.

60. ^ T. Encrenaz, JP. Bibring, M. Blanc, MA. Barucci, F. Roques, PH. Zarka (). The Solar System: Third edition. Springer. p. 1.

61. ^

Bibliografie

Martin Rees, Universul, ghid vizual complet, coordonator [...], Traducere din limba engleză de Ana-Maria Negrilă-Chisega, Liana Stan, Enciclopedia RAO 2008, București, 512 de pagini. ISBN 978-973-717-319-5

Legături externe

# data[].attributes.attachment_link.description
Sistemul solar Planetele și planetele pitice din sistemul solar. Dimensiunile sunt la scară. Distanțele de la Soare nu sunt la scară.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Cromosfera solară (literal sferă colorată) este un strat din atmosfera Soarelui, chiar deasupra fotosferei și sub coroana solară. Cromosfera are o grosime de cca. 10.000 km și o temperatură care crește spre exterior, de la 4.500 K la 20.000 K. În comparație, fotosfera are o grosime de câteva sute de kilometri și temperaturi de 6.000 K, iar coroana solară se întinde în jurul cromosferei cu o grosime de sute de mii de kilometri sau mai mult și are o temperatură paradoxală de un milion de K. Structura cromosferei este foare erogenă: în cromosferă, între petele unor grupuri apar scânteieri luminoase de scurtă durată, numite erupții cromosferice, regiuni de nori albi numiți floculi (care sunt nori din calciu). Spre marginea discului solar apar niște limbi de flăcări ce ies din cromosferă, numite protuberanțe. Aceste protuberanțe sunt liniștite sau eruptive. Cele liniștite persistă într-o formă puțin schimbată timp de mai multe săptămâni terestre. Cele eruptive în câteva ore terestre evoluează și dispar. Ele au o periodicitate de 11 ani, care se acordă bine cu cea a petelor solare.

Cromosfera apare ca un cerc roșu în jurul Soarelui eclipsat. După descoperirea filtrului monocromatic de către B. Lyot, cromosfera a putut fi vizibilă pe tot discul solar și este în continuu urmărită prin stațiile solare plasate pe tot globul terestru. Culoarea roșie se datorează emisiei intense a cromosferei în linia H(alfa) a hidrogenului.

Din studiul spectrului cromosferei la înălțimi diferite față de marginea Soarelui s-a obținut structura cromosferei și mai ales profilul temperaturii și densității materiei. Densitatea scade mult cu înălțimea, în timp ce temperatura crește.

Temperatura efectivă a soarelui este de 5.770 K în imediata apropiere a suprafeței Soarelui. La marginea superioară a fotosferei temperatura scade la 5.000 K și continuă să scadă în primele sute de kilometri în cromosferă, când atinge un minim de cca. 4.000 km. După acest minim temperatura solară crește încet de la 10.000 la 50.000 K la o înălțime sub 1.000 km. Mai sus, la câteva mii de kilometri, temperatura cromosferei ajunge la 500.000 K. Creșterea aceasta rapidă, cu alte cuvinte încălzirea bruscă a cromosferei, reprezintă o problemă iritantă în fizica solară. Deasupra acestei regiuni temperatura continuă să se mărească, astfel încât la peste 20.000 km valoarea temperaturii coronale este de cca. 1.000.000 K.

Când este proiectată pe discul solar, cromosfera formată dintr-un strat de materie rarefiată devine transparentă, așadar invizibilă. Numai în interiorul unor benzi înguste a unor linii de absorție ( Hα - hidrogen sau H și K ale calciului ionizat) de ordinul 1 Å, cromosfera devine opacă și vizibilă. Cromosfera poate fi studiată la aceste lungimi de undă, unde liniile spectrale care apar nu sunt complet negre. Centrul fiecărei linii este mai negru decât fondul continuu alăturat, dar se emit încă unii fotoni de la cromosferă spre pământ pe care cercetătorii îl recepționează cu ajutorul filtrelor monocromatice în benzi înguste ale liniilor spectrale menționate mai sus. Pe fotografiile monocromatice (adică pe filtograme) în Hα sau K (Ca II) se pot observa formațiunile cromosferei. Dintre acestea se remarcă:

regiunile faculare sau plăjile, care sunt porțiuni luminoase asociate centrelor active solare

filamentele porțiunii alungite întunecate, care la marginea discului se transformă în protuberanțe

Cromosfera este și sediul erupțiilor solare, de unde rezultă și importanța urmăririi sale continue.

Studierea cromosferei este deosebit de interesantă prin problemele pe care le pune structura și transportul de energie dintre fotosferă și coroană, cromosfera având rol de intermediar, ca și pentru fenomenele pe care le generează, cel mai important fiind erupția cromosferică.

Structura definitorie a cromosferei o constituie o rețea de formații conice mici luminoase (ca o iarbă), spiculele. fiecare con care reprezintă o spiculă are cca. 5.000 km înălțime și o rază de cca. 500 km. Spiculele sunt într-o permanentă mișcare, apar și dispar în medie în 5 minute.

Emilia Țifrea - Soarele. Editura științifică și enciclopedică. Buc., 1978

Legături externe

# data[].attributes.attachment_link.description
Cromosfera solară (literal sferă colorată) este un strat din atmosfera Soarelui, chiar deasupra fotosferei și sub coroana solară. Cromosfera are o grosime de cca. 10.000 km și o temperatură care crește spre exterior, de la 4.500 K la 20.000 K.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Sistemul solar

Planetele și planetele pitice din sistemul solar. Dimensiunile sunt la scară. Distanțele de la Soare nu sunt la scară.

Caracteristici generale

Vârstă

4,568 Ga

Localizare

Norul Interstelar Local, Bula Locală, Brațul Orion, Calea Lactee

Masă

1,9919x101,0014 ³⁰ kg
( M☉)

Cea mai apropiată stea

Proxima Centauri (4,22 al), sistemul Alpha Centauri (4,37 al)

Cel mai apropiat sistem planetar

Sistemul Alpha Centauri (4,37 al)

Sistem

Semiaxa mare a celei mai îndepărtate planete
(Neptun)

4,503 miliarde de km
(30,10 ua)

Stele

1: Soarele

Planete

8: Mercur, Venus, Pământ, Marte, Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun

Planete pitice

5 ( UAI): Ceres, Pluto, Haumea, Makemake și Eris; sute de candidați suplimentari[1]

Nr. sateliților naturali cunoscuți

≈ 420 (173 ai planetelor[2], 8 ai planetelor pitice și 240 de corpuri pitice[3])

Nr. planetelor minore catalogate

624.731 (16 iulie 2013)[4]
625.782 (13 septembrie 2013)[2]

622.545, dintre care 369.956 fiind numerotați (13 septembrie 2013)[2]

3.263, dintre care 364 fiind numerotate (15 aprilie 2014)[2]

Nr. sateliților sferici identificați

19

Orbita în jurul centrului galactic

Înclinarea planului invariabil în raport cu planul galactic

60,19°

Distanța de la centrul galaxiei

(27 000 ± 1 000) al

Viteză orbitală

220 km/s

Perioadă orbitală

225-250 Ma

Proprietățile stelei (stelelor)

Tip spectral

G2V

Distanța liniei de gheață

≈ 5 ua[5]

Distanța falezei Kuiper

≈ 50 ua

Distanța șocului terminal

≈ 75 - 90 ua

Distanța heliopauzei

≈ 120 ua

Raza sferei lui Hill

≈ 1-2 al

Sistemul solar (scris și Sistemul Solar) este format din Soare împreună cu sistemul său planetar (care cuprinde opt planete împreună cu sateliții lor naturali) și alte obiecte non-stelare.

În afară de cele opt planete, oamenii de știință au emis ipoteza existenței unei alte planete, denumită provizoriu A noua planetă. Această ipotetică planetă gigantă s-ar afla la marginea Sistemului Solar. Existența planetei ar explica configurarea orbitală neobișnuită a unui grup de obiecte transneptuniene (OTN). La 20 ianuarie 2016, cercetătorii Konstantin Batygin și Michael E. Brown de la Institutul de Tehnologie din California au anunțat că există dovezi suplimentare indirecte privind existența unei a noua planete dincolo de orbita planetei Neptun. Aceasta ar orbita în jurul Soarelui între 10.000 și 20.000 de ani. Conform studiului publicat în Astronomical Journal, „Planeta Nouă" ar avea o masă de aproximativ 10 ori mai mare decât Terra și s-ar afla la minim 200 UA.

Sistemul este situat într-unul dintre brațele exterioare ale galaxiei Calea Lactee (mai precis în Brațul Orion), galaxie care are cca. 200 de miliarde de stele.

El s-a format acum 4,6 miliarde de ani, ca urmare a colapsului gravitațional al unui gigant nor molecular. Cel mai masiv obiect este steaua centrală - Soarele, al doilea obiect ca masă fiind planeta Jupiter. Cele patru planete interioare mici, Mercur, Venus, Pământul și Marte, numite planete terestre / planete telurice, sunt compuse în principal din roci și metal. Cele patru planete exterioare, numite giganți gazoși, sunt mult mai masive decât cele telurice. Cele mai mari două planete, Jupiter și Saturn, sunt compuse în principal din hidrogen și heliu; cele două planete mai îndepărtate, Uranus și Neptun, sunt compuse în mare parte din substanțe cu o temperatură de topire relativ ridicată (comparativ cu hidrogenul și heliu), numite , cum ar fi apa, amoniacul și metanul. Ele sunt denumite „giganți de gheață" (termen distinct de cel de „gigant gazos"). Toate planetele au orbite aproape circulare dispuse într-un disc aproape plat numit plan ecliptic.

Sistemul solar prezintă câteva regiuni unde se află diferite obiecte mici. Centura de asteroizi, situată între Marte și Jupiter, este similară din punct de vedere al compoziției cu planetele terestre, deoarece o mare parte dintre obiecte sunt compuse din rocă și metal. Dincolo de orbita lui Neptun se află centura Kuiper și discul împrăștiat; multe dintre obiectele transneptuniene sunt în mare parte compuse din ghețuri. Printre aceste obiecte, de la câteva zeci până la mai mult de zece mii de obiecte pot fi suficient de mari pentru a fi fost rotunjite de propria gravitație. Astfel de obiecte sunt denumite planete pitice. Planetele pitice identificate până în prezent includ asteroidul Ceres și obiectele transneptuniene: Pluto, Eris, Haumea și Makemake. În plus, în aceste două regiuni se află diferite alte corpuri mici, cum ar fi comete, centauri și materie interplanetară. Șase planete, cel puțin trei planete pitice și multe alte corpuri mici au sateliți naturali care se rotesc în jurul lor. Fiecare planetă exterioară este înconjurată de inele planetare alcătuite din praf și alte obiecte mici.

Vântul solar (un flux de plasmă de la Soare) creează în mediul interstelar o bulă cunoscută ca heliosferă, care se extinde până la marginea discului împrăștiat. La limita sa exterioară se află Norul lui Oort, care reprezintă doar un câmp de resturi rămase după crearea planetelor, fiind considerat a fi sursa pentru cometele cu perioadă lungă. El se întinde până la o distanță aproximativ de o mie de ori mai mare decât heliosfera. Heliopauza este punctul în care presiunea vântului solar este egală cu presiunea opusă a vântului interstelar.

Descoperire și explorare

Timp de câteva mii de ani umanitatea, cu puține excepții, nu a recunoscut existența sistemului solar. Oamenii credeau că Pământul se află în centrul Universului și este cu totul diferit de celelalte obiecte divine și eterice care se mișcă pe cer. Deși filozoful grec Aristarh din Samos a speculat despre reorganizarea heliocentrică a cosmosului, Nicolaus Copernicus a fost primul astronom care a dezvoltat un sistem matematic heliocentric predictiv. Succesorii săi din secolul al XVII-lea ( Galileo Galilei, Johannes Kepler și Isaac Newton) au avut o înțelegere a fizicii care i-a condus la admiterea graduală a ideii că Pământul se rotește de fapt în jurul Soarelui și că celelalte planete sunt guvernate de aceleași legi ale fizicii care guvernează și Pământul. În plus, inventarea telescopului a condus la descoperirea unor planete și sateliți noi. În timpurile mai recente, îmbunătățiri ale telescoapelor și folosirea navelor spațiale fără echipaj au deschis drumul studierii fenomenelor geologice din sistemul solar (studiul munților și craterelor de impact) și a fenomenelor meteorologice sezoniere de pe unele planete (cum ar fi norii, furtunile de nisip și calotele de gheață).

Structură și compoziție

Componentul principal al sistemului solar este Soarele, o stea de tip G2 din secvența principală ce conține 99,86% din masa cunoscută a sistemului și îl domină din punct de vedere gravitațional. Cele mai mari patru corpuri ce orbitează în jurul Soarelui, giganții gazoși, constituie circa 99% din masa rămasă, Jupiter și Saturn deținând împreună mai mult de 90%.

Majoritatea obiectelor mari care orbitează în jurul Soarelui se află în apropierea planului orbitei Pământului, cunoscut și ca ecliptică. Orbitele planetelor sunt foarte apropiate de ecliptică în timp ce orbitele cometelor și ale obiectelor din centura Kuiper au adesea unghiuri de intersecție cu ecliptica destul de mari. Toate planetele și majoritatea celorlalte obiecte orbitează în jurul Soarelui în aceeași direcție în care se rotește acesta (în sens invers acelor de ceasornic, privit de deasupra polului nordic solar). Există excepții, cum ar fi cometa Halley.

Structura generală a regiunilor cartografiate ale sistemului solar constă din: steaua centrală - Soarele, patru planete interioare relativ mici înconjurate de o centură de asteroizi din rocă și, alți patru giganți de gaz - înconjurați la rândul lor de centura Kuiper și alte obiecte înghețate. Sistemul Solar interior include primele patru planete terestre și centura de asteroizi. Sistemul solar exterior se află dincolo de centura de asteroizi, incluzând cei patru giganți gazoși (cunoscuți și ca planete joviene). După descoperirea centurii Kuiper, zonele mărginașe ale sistemului solar sunt considerate a fi o regiune distinctă, aflată dincolo de orbita planetei Neptun.

Majoritatea planetelor din sistemul solar posedă un sistem secundar propriu, fiind orbitate de obiecte planetare denumite sateliți naturali, sau luni (dintre care două sunt mai mari decât planeta Mercur) sau, în cazul giganților gazoși, de către inele planetare (benzi subțiri de particule mici care gravitează în jurul planetei la unison). Majoritatea celor mai mari sateliți naturali se află în rotație sincronă cu perioada lor de revoluție, una dintre fețele lor fiind totdeauna îndreptată către planeta orbitată.

Legile lui Kepler cu privire la mișcarea planetară descriu orbitele obiectelor din jurul Soarelui. Urmând legile lui Kepler, fiecare dintre aceste obiecte se mișcă de-a lungul unei elipse, într-unul dintre focarele acesteia aflându-se Soarele. Obiectele mai apropiate de Soare (cu o semiaxă majoră mai mică) se deplasează mai repede, fiind influențate mai puternic de către gravitația Soarelui. Pe o orbită eliptică, distanța unui corp față de Soare variază de-a lungul perioadei sale de revoluție (denumită „an"). Cel mai apropiat punct față de Soare de pe orbita unui obiect este numit , în timp ce punctul cel mai îndepărtat se numește . Orbitele planetelor sunt aproape circulare, dar multe comete, asteroizi și obiecte din cadrul centurii Kuiper au orbite foarte eliptice. Pozițiile corpurilor în sistemul solar pot fi prezise folosindu-se modele numerice.

Deși Soarele domină sistemul prin masa sa, el măsoară doar 2% din momentul cinetic, datorat rotației diferențiale din interiorul Soarelui gazos. Planetele, dominate de Jupiter, măsoară cea mai mare parte din restul momentului cinetic datorat combinației dintre masele, orbitele și distanțele lor față de Soare, cometele având cel mai probabil și ele o contribuție semnificativă la total.

Datorită distanțelor vaste implicate, multe reprezentări ale sistemului solar arată orbitele la aceeași depărtare. În realitate cu cât o planetă sau o centură este mai departe de Soare, cu atât distanța dintre ea și orbita precedentă este mai mare, existând totuși și unele excepții. De exemplu, Venus se află la aproximativ 0,33 unități astronomice (UA) mai departe de Soare decât Mercur, în timp ce Saturn se află la 4,3 UA depărtare de Jupiter, iar Neptun la 10,5 UA de Uranus. Au fost făcute încercări pentru a determina relația dintre aceste distanțe orbitale (de exemplu, legea Titius-Bode), dar nu a fost acceptată nicio teorie de acest fel.

Soarele - ce cuprinde aproape toată materia din sistemul solar - este compus în proporție de aproximativ 98% din hidrogen și heliu. Jupiter și Saturn, care cuprind aproape întreaga materie rămasă, au în compoziția atmosferei circa 98% din aceleași elemente. Există un gradient al compoziției în sistemul solar, determinat de căldura și presiunea de radiație a luminii care provin de la Soare; obiectele care sunt mai aproapiate de Soare, sunt mult mai afectate de căldură și presiunea luminii, fiind compuse din elemente cu temperaturi de topire ridicate. Obiectele care sunt mai depărtate de Soare sunt compuse în mare parte din materiale cu temperaturi de topire mai mici. Granița din sistemul solar, dincolo de care aceste substanțe volatile se pot condensa este cunoscută sub numele de linia de îngheț și se află la aproximativ 5 UA de la Soare.

Obiectele din sistemul solar interior sunt compuse în mare parte din roci, materiale ce conțin compuși cu puncte de topire ridicate cum sunt silicații, fierul sau nichelul, care au rămas în stare solidă în aproape toate condițiile din nebuloasa protoplanetară. Jupiter și Saturn sunt compuși în mare parte din gaze, materiale cu puncte de topire extrem de scăzute și presiunea de vapori mare, cum ar fi hidrogenul molecular, heliul și neonul, care s-au aflat întotdeauna în fază gazoasă în nebuloasa inițială. Ghețurile, ca apa înghețată, metanul, amoniacul, hidrogenul sulfurat și dioxidul de carbon, au puncte de topire de până la câteva sute de grade kelvin, în timp ce stările lor depind de presiunea și temperatura ambiante. Ele pot fi găsite sub formă de gheață, lichide sau gaze, în diferite locuri din sistemul solar, în timp ce în nebuloasa inițială ele erau fie în stare solidă, fie în stare gazoasă. Substanțe înghețate se găsesc în compoziția majorității sateliților planetelor gigante, precum și în cea a planetelor Uranus și Neptun (așa-numiții giganți de gheață) și în numeroase obiecte mici care se află dincolo de orbita lui Neptun. Împreună, gazele și ghețurile sunt cunoscute și ca volatile.

Un număr de modele ale sistemului solar de pe Pământ au încercat să redea la scară relativă obiectele sistemului solar, dar în mediul antropic. Unele astfel de modele sunt mecanice - cunoscute și ca planetarii - în timp ce altele se pot extinde de-a lungul mai multor orașe sau regiuni. Cel mai mare model la scară, Sistemul Solar Suedez, folosește arena Ericsson Globe de 110 metri amplasată în Stockholm drept Soare și, respectând scara, un Jupiter de 7,5 metri la Aeroportul Internațional Arlanda, de la 40 km depărtare, în timp ce cel mai depărtat obiect, Sedna, este o sferă de 10 cm din Luleå, de la 912 km depărtare.

Geneză și evoluție

Sistemul solar s-a format acum 4,568 miliarde de ani, în urma colapsului gravitațional al unei regiuni din cadrul unui vast nor molecular. Acest nor inițial avea un diametru de mai mulți ani-lumină și a dat naștere, probabil, mai multor stele. La fel ca și majoritatea norilor moleculari, acesta era constituit, în principal, din hidrogen, mai puțin heliu și cantități mici de elemente mai grele formate în generațiile anterioare de stele. Când regiunea care avea să devină sistemul solar, denumită și nebuloasă pre-solară, a suferit un colaps, conservarea momentului cinetic a determinat-o să se rotească mai repede. Centrul, unde s-a concentrat cea mai mare parte a masei, a devenit din ce în ce mai fierbinte în raport cu discul din jur. Nebuloasa în contracție, rotindu-se tot mai repede, a început să se aplatizeze și a luat forma unui disc protoplanetar cu un diametru de aproximativ 200 UA, având o protostea fierbinte și densă în centru. Protoplanetele formate în urma acreției din acest disc de praf și gaz interacționau gravitațional, formând - prin contopire - corpuri din ce în ce mai mari. Sute de protoplanete au putut exista în sistemul solar timpuriu, dar acestea fie au fuzionat, fie au fost distruse, formând planete și planete pitice, iar resturile devenind obiecte minore.

Din cauza punctului lor de fierbere foarte mare, numai metalele și silicații au putut rezista în sistemul solar interior fierbinte, aproape de Soare, iar acestea au format planetele de rocă Mercur, Venus, Terra și Marte. Deoarece elementele metalice constituiau doar o fracțiune foarte mică din nebuloasa solară, planetele terestre nu au putut deveni foarte mari. Giganții gazoși (Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun) s-au format mai departe de Soare, dincolo de linia de îngheț: punctul dintre orbita lui Marte și a lui Jupiter începând de la care materia este suficient de rece pentru a permite compușilor volatili să rămână solizi. Ghețurile care formau aceste planete au fost mai numeroase decât metalele și silicații, care formau planetele terestre interioare, permițându-le să devină destul de masive pentru a capta atmosfere mari de hidrogen și heliu, elementele cele mai ușoare și mai abundente. Resturile care nu au devenit planete s-au concentrat în regiuni ca centura de asteroizi, centura Kuiper și norul lui Oort. Modelul de la Nisa este o explicație a creării acestor regiuni, precum și a modului în care planetele exterioare s-au putut forma în poziții diferite și au migrat, ajungând să aibă orbitele lor actuale prin diverse interacțiuni gravitaționale.

După 50 de milioane de ani, presiunea și densitatea hidrogenului din centrul protostelei au devenit suficient de mari pentru ca să înceapă fuziunea termonucleară. Temperatura, viteza de reacție, presiunea, precum și densitatea au crescut până când a fost atins echilibrul hidrostatic: presiunea termică a egalat forța gravitațională. În acel moment, Soarele a devenit o stea din secvența principală de stele. Vântul solar a creat heliosfera și a măturat gazul și praful rămase din discul protoplanetar în spațiul interstelar, punând capăt procesului de formare a planetelor.

Sistemul solar va rămâne aproximativ așa cum îl știm astăzi până când hidrogenul din nucleul Soarelui va fi complet transformat în heliu, eveniment ce va avea loc peste 5,4 miliarde de ani. Acest lucru va pune sfârșit perioadei principale de viață a Soarelui. În acel moment, nucleul Soarelui va suferi un colaps, iar energia produsă va fi mult mai mare decât în prezent. Straturile exterioare ale Soarelui se vor extinde, diametrul ajungând de circa 260 de ori mai mare decât în momentul actual și Soarele va deveni o gigantă roșie. Din cauza faptului că suprafața sa va crește foarte mult, ea va fi considerabil mai rece decât va fi fost în perioada principală a vieții lui (cu maximum 2600 K). În urma măririi Soarelui, Mercur și Venus se vor vaporiza iar planeta Pământ va deveni nelocuibilă, zona locuibilă mutându-se la orbita lui Marte. În cele din urmă, nucleul nu va mai fi suficient de fierbinte pentru fuziunea heliului; Soarele va arde heliul pentru o fracțiune a timpului în care a ars hidrogenul din nucleu. Soarele nu este destul de masiv pentru a începe fuziunea elementelor mai grele, și reacțiile nucleare din nucleu vor scădea. Straturile sale exterioare vor fi ejectate în spațiu, lăsând în urmă o pitică albă, un obiect extraordinar de dens, având jumătate din masa inițială a Soarelui (de mărimea Pământului). Straturile exterioare ejectate vor forma ceea ce este cunoscut sub numele de nebuloasă planetară, împrăștiind în mediul interstelar unele din materialele din care s-a format Soarele, dar și elemente mai grele, cum ar fi carbonul, create în Soare.

Soarele este steaua sistemului solar și de departe cel mai important component al acestuia. Masa sa mare (egală cu 332.900 de mase terestre) produce în nucleul său temperaturi și densități suficient de ridicate ca să susțină fuziunea nucleară, care eliberează o cantitate enormă de energie, din care cea mai mare parte radiază în restul sistemului sub formă de radiații electromagnetice, cu vârful situat în spectrul de 400-700 nm al luminii vizibile.

Soarele este clasificat ca fiind o pitică galbenă de tipul G2, dar acest nume poate induce în eroare, din moment ce comparativ cu majoritatea stelelor din galaxia noastră, Soarele este mai mare și mai luminos. Stelele sunt clasificate cu ajutorul diagramei Hertzsprung-Russell, o diagramă care reprezintă grafic luminozitatea stelelor împreună cu temperatura de la suprafața lor. În general, stelele mai fierbinți sunt mai luminoase. Stelele care satisfac această relație sunt denumite stele din secvența principală, iar Soarele se află chiar în mijlocul acestei secvențe. Totuși, stelele mai luminoase și mai fierbinți decât Soarele sunt rare, în timp ce stelele cu mult mai fade și mai reci, cunoscute și ca pitice roșii, sunt comune, reprezentând 85% din totalul stelelor din galaxie.

Unele dovezi sugerează că poziția Soarelui în secvența principală poate înseamna că acesta se află la mijlocul ciclului de viață al unei stele, pentru că nu și-a consumat încă rezerva de hidrogen folosit pentru fuziunea nucleară. Soarele devine tot mai luminos; mai devreme în evoluția sa, luminozitatea era doar 70% din cea actuală.

Soarele face parte din populația I de stele; a luat naștere în faza târzie a evoluției universului și astfel conține mai multe elemente mai grele decât hidrogenul și heliul (numite „ metale", în context astronomic) decât stelele mai vechi ce fac parte din populația a II-a. Elementele chimice mai grele decât hidrogenul și heliul s-au format în nucleele stelelor vechi care au explodat, așadar prima generație de stele a trebuit să dispară pentru ca universul să se poată îmbogăți cu aceste elemente. Stelele mai vechi conțin mai puține metale, în timp ce stelele născute mai târziu conțin mai multe. Se crede că acest conținut mai bogat în metale a fost crucial pentru ca Soarele să dezvolte un sistem planetar, deoarece planetele se formează prin acreția „metalelor".

Mediul interplanetar

Împreună cu lumina, Soarele radiază un flux continuu de particule încărcate ( plasmă) cunoscute ca vânt solar. Acest flux de particule se răspândește spre exterior, cu o viteză de aproximativ 1,5 milioane de kilometri pe oră, creând o atmosferă fragilă (heliosfera) care pătrunde în sistemul solar până la cel puțin 100 UA (vezi heliopauză). Această materie extrem de rarefiată este cunoscută sub numele de mediu interplanetar. Activitatea de pe suprafața Soarelui, cum ar fi erupțiile solare și ejecția masei coronale, perturbă heliosfera, generând vremea cosmică și cauzând furtuni geomagnetice. Cea mai mare structură din cadrul heliosferei este stratul de curent heliosferic, în formă de spirală, creat de acțiunea câmpului magnetic rotativ al Soarelui asupra mediului interplanetar.

Câmpul magnetic al Pământului împiedică atmosfera sa de a fi deposedată de vântul solar. Venus și Marte nu au câmp magnetic și ca rezultat, vântul solar face ca atmosferele lor să se împrăștie treptat în spațiu. Ejecțiile masei coronale și alte fenomene similare aruncă în spațiu un câmp magnetic și cantități imense de materie de pe suprafața Soarelui. Interacțiunea acestui câmp magnetic și a materialelor cu câmpul magnetic al Pământului provoacă apariția de particule încărcate în atmosfera superioară a Pământului, unde interacțiunea lor creează aurorele observabile în apropierea polilor magnetici.

Radiațiile cosmice provin din afara sistemului solar. Heliosfera și câmpurile magnetice planetare (pentru planetele care le au) apără parțial sistemul solar de particulele interstelare cu înaltă energie care formează razele cosmice. Densitatea razelor cosmice în mediul interstelar și puterea câmpului magnetic al Soarelui se schimbă în perioade lungi de timp, astfel încât nivelul de penetrare a radiațiilor cosmice în sistemul solar variază, deși este necunoscut cât de mult.

Mediul interplanetar conține cel puțin două regiuni în formă de disc alcătuite din praf cosmic. Prima, norul de praf zodiacal, se află în sistemul solar interior și cauzează lumina zodiacală. Probabil ea s-a format în urma coliziunilor din centura de asteroizi provocate de interacțiunea cu planetele. Cea de-a doua se întinde de la aproximativ 10 UA până la aproximativ 40 UA și a fost creată, probabil, de coliziuni similare din cadrul centurii Kuiper.

Sistemul solar interior

Sistemul solar interior este numele tradițional pentru regiunea care cuprinde planetele terestre și asteroizii. Obiectele din această regiune sunt compuse în mare parte din silicați și metale, fiind relativ aproape de Soare; raza întregii regiuni este mai mică decât distanța dintre orbitele lui Jupiter și Saturn.

Planete interioare

Cele patru planete interioare sau telurice / terestre au o compoziție densă, de roci, cu puțini sau chiar fără sateliți și fără sisteme de inele. Ele sunt compuse în mare parte din minerale refractare, cum ar fi silicații, care formează scoarțele și mantalele planetelor, și metale ca fierul și nichelul, care formează nucleele planetare. Trei din cele patru planete interioare (Venus, Terra și Marte) au o atmosferă destul de densă pentru a genera vremea; toate au cratere de impact și caracteristici tectonice de suprafață, cum ar fi rifturi și vulcani. Termenul de „planetă interioară" nu trebuie confundat cu termenul de „ planetă inferioară ", care desemnează planetele mai apropiate de Soare decât Pământul (adică Mercur și Venus).

Mercur (0,4 UA de la Soare) este cea mai apropiată planetă de Soare și cea mai mică planetă din sistemul solar (0,055 mase terestre). Mercur nu are niciun satelit natural, iar singurele caracteristici geologice cunoscute, în afara craterelor de impact, sunt crestăturile din scoarță, care cel mai probabil se datorează unei perioade timpurii de contracție din trecutul său. Atmosfera planetei Mercur este aproape neobservabilă și este formată din atomi desprinși de pe suprafața sa de către vântul solar. Apariția nucleului său de fier relativ mare și mantaua subțire nu au fost încă suficient explicate. Ipotezele includ faptul că straturile exterioare au fost dezagregate în urma impactului cu un obiect gigantic și că acreția completă a fost împiedicată de energia Soarelui tânăr.

Planeta Venus (0,7 UA de la Soare) este asemănătoare ca mărime cu Pământul (0,815 mase terestre) și, la fel ca și Terra, are o manta subțire de silicat deasupra unui nucleu de fier, o atmosferă substanțială și indicii ale unei activități geologice interne. Totuși, planeta este mult mai uscată decât Pământul iar atmosfera sa este de nouăzeci de ori mai densă. Venus nu are niciun satelit natural. Este cea mai fierbinte planetă, temperaturile de la suprafață depășind 400 °C, cel mai probabil din cauza cantității de gaze cu efect de seră din atmosferă. Nu a fost detectată nici o dovadă definitivă a unei activități geologice la momentul actual pe Venus, dar planeta nu are un câmp magnetic care să prevină epuizarea atmosferei sale substanțiale, ceea ce sugerează că aceasta este încontinuu alimentată de către erupțiile vulcanice.

Pământul (de asemena și Terra; 1 UA de la Soare) este cea mai mare și cea mai densă planetă interioară, singura despre care se cunoaște la momentul actual că este geologic activă și singurul loc din sistemul solar unde se cunoaște că există viață. Hidrosfera sa lichidă este unică printre planetele terestre, iar Terra este singura planetă unde au fost observate plăci tectonice. Atmosfera Pământului diferă radical față de cea a altor planete, fiind shimbată de prezența vieții și conținând aproximativ 21% de oxigen liber. Planeta Pământ are doar un satelit natural, Luna, care este singurul satelit mare al unei planete terestre din sistemul solar.

Marte (1,52 UA de la Soare) este mai mic decât Terra și Venus (are 0,107 mase terestre). Planeta posedă o atmosferă formată în mare parte din dioxid de carbon, cu o presiune la suprafață de 6,1 milibari (aproximativ 0,6% din presiunea atmosferică de la suprafața Pământului). Suprafața sa, brăzdată de vulcani vaști ca Olympus Mons și rifturi cum ar fi Valles Marineris, reprezintă o dovadă a activităților geologice care au persistat până relativ recent, cu două milioane de ani în urmă. Culoarea sa roșiatică provine de la oxizii de fier (rugină) din sol. Marte are doi sateliți naturali foarte mici ( Deimos și Phobos) despre care se crede că au fost asteroizi capturați de gravitația planetei.

Centura de asteroizi

Asteroizii sunt obiecte mici din sistemul solar, compuse în mare parte din roci refractare și minerale metalice, la care se mai adăugă gheața.

Centura de asteroizi se află între planetele Marte și Jupiter, la o distanță cuprinsă între 2,3 și 3,3 UA de la Soare. Se crede ea e alcătuită din resturile rămase în urma formării sistemului solar, care nu au reușit să se unească din cauza interferenței gravitaționale a lui Jupiter.

Mărimea asteroizilor variază de la câteva sute de kilometri până la mărimi microscopice. Toți asteroizii, cu excepția celui mai mare, Ceres, sunt clasificați ca obiecte mici ale sistemului solar.

Centura de asteroizi conține zeci de mii, posibil milioane, de obiecte ce au un diametru mai mare de un kilometru. Cu toate acestea, masa totală a centurii de asteroizi măsoară în jur de o miime din masa terestră. În centura de asteroizi, obiectele sunt foarte rarefiate; navele spațiale au trecut cu ușurință prin aceasta fără niciun incident. Asteroizii cu diametre între 10 și 10 −4 metri sunt denumiți meteoroizi.

Ceres (2,77 UA de la Soare) este cel mai mare asteroid, o protoplanetă și o planetă pitică. Are un diametru puțin mai mic de 1000 km și o masă destul de mare pentru ca propria gravitație să-i confere o formă sferică. Când a fost descoperită în secolul al XIX-lea, Ceres a fost considerată o planetă, dar a fost reclasificată ca asteroid în anii 1850, când observațiile mai ample au dezvăluit existența altor asteroizi asemănători. În anul 2006 a fost clasificată ca planetă pitică.

Grupuri de asteroizi

Asteroizii din centura de asteroizi sunt divizați în grupuri de asteroizi și familii de asteroizi, în funcție de caracteristicile orbitale pe care le au. Sateliții asteroidali sunt asteroizii care orbitează în jurul unor asteroizi mai mari. Ei nu sunt distinși atât de clar ca și sateliții planetari, câteodată fiind la fel de mari ca și asteroidul în jurul căruia gravitează. Centura de asteroizi conține de asemenea și comete de centură principală, care se poate să fi fost sursa de apă a Pământului.

Troienii lui Jupiter sunt localizați în punctele Lagrange L₄ sau L₅ ale lui Jupiter (regiuni stabile din punct de vedere gravitațional care precedă sau urmează planeta pe orbita sa); termenul de este folosit de asemenea pentru a desemna corpuri mici din orice punct Lagrange al unei planete sau unui satelit. Asteroizii din familia Hilda sunt într-o rezonanță de 2:3 cu planeta Jupiter; aceasta înseamnă că ei orbitează în jurul Soarelui de trei ori la fiecare două orbitări ale lui Jupiter.

În sistemul solar interior există de asemenea asteroizi hoinari, mulți dintre ei traversând orbitele planetelor interioare.

Sistemul solar exterior

Regiunea exterioară a sistemului solar este locul unde se află giganții gazoși și sateliții lor. Multe comete cu perioadă scurtă, inclusiv centaurii, orbitează de asemenea în această regiune. Din cauza distanței foarte mari de la Soare, obiectele solide din sistemul solar exterior conțin o proporție mai mare de substanțe volatile cum ar fi apa, amoniacul și metanul, decât planetele de roci din sistemul solar interior, deoarece temperaturile mai reci permit menținerea acestor compuși în stare solidă.

Planetele exterioare

Cele patru planete exterioare sau giganții gazoși (uneori numite planete joviene), dețin împreună 99% din masa care orbitează în jurul Soarelui. Jupiter și Saturn au, fiecare, o masă de zeci de ori mai mare decât cea a Pământului și sunt formate preponderent din hidrogen și heliu; Uranus și Neptun sunt mai puțin masive (având sub 20 de mase terestre) și sunt compuși mai mult din ghețuri. Din această cauză, mulți astronomi cred că ei fac parte dintr-o categorie aparte, „giganții de gheață". Toți cei patru giganți gazoși au inele, deși doar sistemul de inele al lui Saturn este ușor de observat de pe Pământ. Termenul de planetă exterioară nu trebuie confundat cu cel de planetă superioară, care desemnează planete din afara orbitei Pământului și include, astfel, atât planetele exterioare cât și pe Marte.

Jupiter (5,2 UA), cu o masă de 318 ori mai mare ca cea a Pământului, este de 2,5 mai masiv decât toate celelalte planete din sistemul solar laolaltă. El este compus în mare parte din hidrogen și heliu. Căldura sa internă destul de mare creează un număr de caracteristici semi-permanente ale atmosferei sale, cum ar fi benzile de nori și Marea Pată Roșie.

Jupiter are 67 de sateliți cunoscuți. Cei mai mari patru sateliți, Ganymede, Callisto, Io și Europa prezintă similarități cu planetele terestre, cum ar fi vulcanismul și încălzirea internă. Ganymede, cel mai mare satelit din sistemul solar, este mai mare decât planeta Mercur.

Saturn (9,5 UA), care se distinge prin sistemul său de inele ușor de observat de pe Pământ, este asemănător cu Jupiter din punctul de vedere al compoziției atmosferice și al magnetosferei. Deși Saturn are 60% ​​din volumul lui Jupiter, el are mai puțin de o treime din masa acestuia (95 de mese terestre), fiind cea mai puțin densă planetă din sistemul solar. Inelele lui Saturn sunt alcătuite din particule mici de rocă și gheață.

Saturn are 62 de sateliți confirmați; doi dintre ei, Titan și Enceladus, poartă semne de activitate geologică, deși aceștia sunt în mare parte alcătuiți din gheață (criovulcani). Titan, al doilea satelit ca mărime din sistemul solar, este mai mare decât Mercur și singurul satelit din sistemul solar care posedă o atmosferă substanțială.

Uranus (19,6 UA), de 14 ori mai masiv ca Pământul, are masa cea mai mică dintre toate planetele exterioare. Este singura planetă care orbitează în jurul Soarelui înclinată „pe o parte"; înclinația axei de rotație este de peste nouăzeci de grade față de normala la ecliptică. Planeta are un nucleu mult mai rece decât ceilalți giganți gazoși și cantitatea de căldură radiată în spațiu este foarte mică.

Uranus are 27 de sateliți cunoscuți, cei mai mari fiind Titania, Oberon, Umbriel, Ariel și Miranda.

Neptun (30 UA), deși este puțin mai mic decât Uranus, este mult mai masiv (aproximativ 17 mase terestre) și prin urmare, mult mai dens. El radiază mai multă căldură internă, dar nu la fel de multă ca Jupiter sau Saturn.

Neptun are 13 sateliți cunoscuți. Cel mai mare, Triton, este geologic activ, având probabil gheizere de azot lichid. Triton este singurul satelit mare cu o orbită retrogradă. Neptun este însoțit pe orbita sa de o mulțime de planete minore, numite troienii lui Neptun, care au o rezonanță orbitală de 1:1 cu el.

Centaurii sunt obiecte de gheață asemănătoare cometelor, cu o semiaxă mare mai mare decât cea al lui Jupiter (5,5 UA) și mai mică decât cea a lui Neptun (30 UA). Cel mai mare centaur cunoscut, 10199 Chariklo, are un diametru de aproximativ 250 km. Primul centaur descoperit, 2060 Chiron, a fost, de asemenea, clasificat drept cometă (95P) deoarece acesta dezvoltă o coadă ca și cometele, atunci când se apropie de Soare.

Cometele sunt obiecte mici din sistemul solar, de obicei cu dimensiuni de doar câțiva kilometri, compuse în mare parte din gheață volatilă. Au orbite puternic excentrice și în general periheliul lor se află între orbitele planetelor interioare iar afeliul, la mare distanță dincolo de planeta pitică Pluto. Când o cometă intră în sistemul solar interior, apropierea sa de Soare cauzează sublimarea și ionizarea suprafeței sale înghețate, creându-se astfel o coamă, urmată de o coadă lungă de gaz și praf care este adesea vizibilă cu ochiul liber.

Cometele de perioadă scurtă au perioada orbitală mai scurtă de două sute de ani, iar cele de perioadă lungă au perioade orbitale de ordinul miilor de ani. Se crede că cometele de perioadă scurtă își au originea în centura Kuiper, în timp ce cele de perioadă lungă (cum ar fi Hale-Bopp), în norul lui Oort. Multe grupuri de comete, ca Kreutz Sungrazers, s-au format prin fragmentarea unei comete-părinte. Unele comete cu orbite hiperbolice pot să provină din afara sistemului solar, dar determinarea precisă a orbitelor lor este dificilă. Cometele bătrâne, care și-au consumat mare parte a materialului volatil datorită încălzirii solare, sunt categorizate de obicei ca asteroizi.

Regiunea transneptuniană

Zona de dincolo de Neptun sau „regiunea transneptuniană" este în mare parte neexplorată. Ea conține o mulțime de lumi mici (cea mai mare având un diametru de doar o cincime din cel al Pământului și o masă mult mai mică decât cea a Lunii), compuse în principal din roci și gheață. Această regiune este uneori cunoscută sub numele de „sistemul solar exterior", deși alții folosesc acest termen pentru a desemna regiunea de dincolo de centura de asteroizi. În literatura astronomică internațională, corpurile cerești situate în regiunea transneptuniană sunt abreviate, de obicei, ca TNO ( Trans-Neptunian Object).

Centura Kuiper

Centura Kuiper este un inel mare, plin cu resturi, similar cu centura de asteroizi, în el fiind în principal obiecte care sunt compuse în primul rând din gheață. Aceasta se întinde între 30 și 50 UA de la Soare. Deși se consideră că conține zeci de planete pitice, ea este compusă în principal din corpuri mici ale sistemului solar. Multe dintre obiectele mai mari din centura Kuiper, ca Quaoar, Varuna și Orcus, pot fi recunoscute ca planete pitice dacă vor fi date suplimentare despre ele. Se estimează că acolo sunt peste 100.000 de obiecte cu un diametru mai mare de 50 km, dar masa totală a centurii Kuiper se consideră a fi doar o zecime sau chiar o sutime din masa Pământului. Multe obiecte din centura Kuiper au mai mulți sateliți, iar cele mai multe au orbite care le duc în afara planului ecliptic.

Centura Kuiper poate fi împărțită în centura clasică și rezonantă. Obiectele rezonante au o orbită legată de cea a lui Neptun (de exemplu, orbitează în jurul Soarelui de două ori pentru fiecare trei orbitări ale lui Neptun, sau o dată la fiecare două). Prima rezonanță are loc în orbita lui Neptun. Centura clasică constă în obiecte care nu au rezonanță cu Neptun, și se întinde de la aproximativ 39,4 UA până la 47,7 UA. Obiectele din centura clasică Kuiper se clasifică ca cubewano, după ce a fost descoperit primul obiect de acest fel, , și până acum au o orbită asemănătoare cu orbita lor inițială care avea o excentricitate mică.

Pluto și Charon

Planeta pitică Pluto (distanța medie de la Soare: aprox. 39 UA) este cel mai mare obiect cunoscut din centura Kuiper. Când a fost descoperit în 1930, era considerat a noua planetă; această clasificare s-a schimbat în 2006, când s-a adoptat o definție formală mai riguroasă a unei planete. Pluto are o orbită relativ excentrică, înclinată la 17 grade față de planul eclipticei, iar distanța sa față de Soare variază între 29,7 UA la periheliu (situat în interiorul orbitei lui Neptun) și 49,5 UA la afeliu.

Charon, cel mai mare satelit al lui Pluto, este câteodată descris ca alcătuind un sistem binar cu Pluto, deoarece cele două corpuri orbitează în jurul unui baricentru gravitațional comun situat deasupra suprafețelor lor (aceasta înseamnă că ele par a se „orbita reciproc"). În afară de Charon, sunt cunoscuți alți patru sateliți mai mici care orbitează în jurul planetei Pluto, și anume: P5, Nix, P4, și Hydra.

Pluto are un raport de rezonanță orbitală de 3:2 cu Neptun, aceasta însemnând că Pluto efectuează două revoluții complete în jurul Soarelui la fiecare trei revoluții complete ale lui Neptun. Obiectele din centura Kuiper care posedă aceeași rezonanță orbitală sunt cunoscute ca obiecte obiecte plutino.

Makemake și Haumea

Planeta pitică Makemake (distanța medie de la Soare: 45,79 UA), deși este mai mică decât Pluto, este cel mai mare obiect cunoscut din centura Kuiper clasică (adică el nu prezintă un raport confirmat de rezonanță orbitală cu Neptun). Makemake este cel mai luminos obiect din centura Kuiper după Pluto. A fost denumită și desemnată ca planetă pitică în 2008. Orbita sa este mult mai înclinată decât cea a lui Pluto, la 29°.

Haumea (distanța medie de la Soare: 43,13 UA) are o orbită similară cu cea a lui Makemake, cu excepția faptului că prezintă o rezonanță orbitală de 7:12 cu Neptun. Este de aproape aceeași mărime ca și Makemake și are doi sateliți naturali. O rotație rapidă, cu o perioadă de 3,9 ore, îi conferă o formă alungită și aplatizată. A fost denumită și desemnată ca planetă pitică în 2008.

Discul împrăștiat

Discul împrăștiat, ce se suprapune peste centura lui Kuiper dar se extinde mult în afara acesteia, este posibila sursă a cometelor de perioadă scurtă. Se crede că obiectele din discul împrăștiat au fost transformate în obiecte neregulate datorită influenței gravitaționale a migrației timpurii a lui Neptun. Multe astfel de obiecte au periheliul undeva în centura Kuiper dar afeliul mult în afara sa (unele obiecte au afeliul și la 150 UA depărtare de Soare). Orbitele obiectelor din discul împrăștiat sunt de asemenea foarte înclinate față de planul eclipticei, și adesea sunt chiar perpendiculare pe acesta. Unii astronomi consideră discul împrăștiat a fi pur și simplu o altă regiune a centurii Kuiper, iar obiectele discului împrăștiat sunt considerate „obiecte împrăștiate din centura Kuiper". Unii astronomi de asemenea clasifică centaurii ca obiecte împrăștiate de interior ale centurii Kuiper împreună cu obiectele împrăștiate din discul împrăștiat.

Eris (68 UA distanță medie față de Soare) este cel mai mare obiect cunoscut din discul împrăștiat și a provocat incertitudini în ceea ce privește definirea unei planete, deoarece este cu 25% mai masiv decât Pluto și are aproximativ același diametru. Este cea mai masivă dintre planetele pitice cunoscute. Are un singur satelit, Dysnomia. Ca și în cazul lui Pluto, orbita sa este foarte excentrică, cu periheliul situat la 38,2 UA (aproximativ distanța de la Pluto la Soare) și afeliul la 97,6 UA, fiind de asemenea puternic înclinată față de planul eclipticei.

Regiuni mai îndepărtate

Punctul în care se încheie sistemul solar și începe spațiul interstelar nu este definit cu precizie, deoarece granițele sale exterioare sunt modelate de două forțe distincte: vântul solar și gravitația Soarelui. Limita exterioară a influenței vântului solar este de aproximativ de patru ori distanța de la Pluto la Soare; această heliopauză este considerată începutul mediului interstelar. Cu toate acestea, sfera lui Hill a Soarelui, raza efectivă de dominație gravitațională a sa, se crede că se extinde până la o mie de ori mai departe.

Heliopauză

Heliosfera este împărțită în două regiuni distincte. Vântul solar călătorește cu o viteză de până la aproximativ 400 km/s până când se ciocnește cu vântul interstelar; un flux de plasmă în mediul interstelar. Coliziunea are loc la încetarea șocului, care este aproximativ de 80-100 UA de la Soare din direcția opusă vântului mediului interstelar și aproximativ 200 UA de la Soare din direcția vântului. Aici vântul încetinește dramatic, se condensează și devine mai turbulent, formând o structură ovală mare cunoscută sub numele de helioînveliș. Această structură se crede că arată și se comportă foarte mult ca coada unei comete și se extinde în exterior până la 40 UA în partea direcției opuse vântului, dar coada este de mai multe ori că distanța decât distanța direcției vântului; dar probele de pe Cassini și nava spațială Interstellar Boundary Explorer sugerează că aceasta este, de fapt, forțată într-o formă de bule sub acțiunea de constrângere a câmpului magnetic interstelar. și au raportat că au trecut încetarea șocului și au intrat în helioînveliș, la 94 UA și respectiv 84 UA de la Soare. Limita exterioară a heliosferei, heliopauza, este punctul în care vântul solar în cele din urmă se termină și se începe spațiului interstelar.

Forma și marginea exterioară a heliosferei sunt probabil afectate de dinamica fluidelor a interacțiunilor cu mediul interstelar precum și de câmpuri magnetice solare existente la sud, de exemplu este direct modelat de emisfera nordică care se extinde cu 9 UA mai departe decât emisfera sudică. Dincolo de heliopauza, în jurul valorii de 230 UA, se află arcul de șoc, o „urmă" de plasmă lăsată de Soare când acesta călătorește prin Calea Lactee.

Nici o navă spațială încă nu a depășit heliopauza, așa că este imposibil să cunoaște condițiile din spațiul interstelar local. Se așteaptă ca nava spațială Voyager NASA va trece în următorul deceniu heliopauza și va transmite date valoroase privind nivelurile de radiații și vântul solar ce se întoarce spre Pământ. Cât de bine Heliosfera apără sistemul solar de razele cosmice este încă rău cunoscut. O echipă finanțată de NASA a dezvoltat un concept de „Misiune Viziune", care are scopul de a trimite o sondă spre heliosferă.

90377 Sedna (525,86 UA mediu) eu un obiect mare, roșiatic, cu o orbită eliptică care este de aproximativ 76 UA la periheliu și 928 UA la afeliu și care durează 12.050 de ani. Mike Brown, omul care a descoperit acest obiect în 2003, afirmă că aceast obiect nu poate face parte din discul împrăștiat sau centura Kuiper astfel cum periheliu este prea îndepărtat ca să poată fi afectat de migrațiea lui Neptun. El și alți astronomi consideră că acest obiect este de un tip cu totul nou, în care mai poate fi inclus obiectul , care are un periheliu de 45 UA și un afeliu de 415 UA, și o perioadă orbitală de 3.420 de ani. Brown denumește această populație ca „norul lui Oort interior", așa cum este posibil să se fi format printr-un proces similar, deși este mult mai aproape de Soare. Sedna este foarte asemănătoare cu o planetă pitică, deși forma sa încă nu este determinată.

Norul lui Oort

Norul lui Oort este un nor ipotetic de formă sferică cu până la un trilion de obiecte de gheață, care este considerat a fi sursa pentru toate comete de lungă durată și înconjoară sistemul solar la o distastanță de aproximativ 50.000 UA (în jur de 1 an-lumină (al)), și posibil până la 100.000 UA (1,87 al). Acesta este considerat a fi compus din comete care au fost aruncate din sistemul solar interior de interacțiunile gravitaționale cu planetele exterioare. Obiectele din norul lui Oort se mișcă foarte încet, și pot fi perturbate de evenimente rare, cum ar fi coliziunile, efectele gravitaționale ale unei stele în trecere sau mareea galactică, o forță mareică exercitată de către Calea Lactee.

O mare parte din sistemul solar este încă necunoscut. Câmpul gravitațional al Soarelui este estimat să domine forțele gravitaționale ale stelelor din apropierea de 2 ani-lumină (125.000 UA). Estimările mai mici pentru raza norului lui Oort, ca contrast, nu-l pun mai departe de 50.000 UA. În ciuda descoperirilor cum ar fi Sedna, regiunea dintre centura Kuiper și norul lui Oort, o zonă cu raza de zeci de mii de UA, este încă practic necunoscută. Există, de asemenea, studii în curs de desfășurare ale regiunii dintre Mercur și Soare. Mai pot fi descoperite obiecte în regiunile neexplorate ale sistemului solar.

În noiembrie 2012, NASA a anunțat că Voyager 1 a abordat zona de tranzit cu limita exterioară a sistemului solar, instrumentele sale detectând o intensificare bruscă a câmpului magnetic. Nici o schimbare în direcția câmpului magnetic n-a avut loc, ceea ce oamenii de știință din NASA interpretează în a indica că Voyager 1 nu a părăsit sistemul solar.

Contextul galactic

Sistemul solar este localizat în galaxia Calea Lactee, o galaxie spiralată cu un diametru de aproximativ 100 000 de ani-lumină, ce conține în total circa 200 de miliarde de stele. Ca localizare generală, Soarele se află în cadrul uneia dintre brațele (sau spiralele) exterioare ale Căii Lactee, cunoscut ca Brațul Orion, sau „Pintenul Local". Soarele se află la aproximativ 25 000 și 28 000 de ani lumină distanță de Centrul Galactic, iar viteza sa în raport cu galaxia este de aproximativ 220 de kilometri pe secundă, astfel completează o revoluție galactică odată la 225-250 de milioane de ani. Această revoluție este cunoscută în limbajul științific ca an galactic al sistemului solar. Apexul solar, punctul spre care Soarele se deplasează în mișcarea lui prin Calea Lactee, se află în apropierea stelei strălucitoare Vega, dar la zona mărginașă dintre constelațiile Lira și Hercule. Planul eclipticei se află la un unghi de aproximativ 60° față de planul galactic.

Localizarea sistemului solar în galaxie este factorul care a determinat evoluția vieții pe Pământ. Orbita sa este aproape circulară, și vitezele orbitale din apropierea Soarelui sunt aproape la fel de rapide ca și cele ale brațelor spirale. Prin urmare, Soarele tranzitează brațele galaxiei foarte rar. Deoarece în zona orbitală a Soarelui (adică în zona brațelor spirale) există mai puține supernove, instabilități gravitaționale și radiații care ar putea distruge sistemul solar, astfel Pământul a avut lungi perioade de stabilitate în care viața a putut să prospere. De asemenea, sistemul solar se află poziționat cu mult în afara zonelor foarte aglomerate cu stele ale centrului galactic. În apropierea centrului, forțele gravitaționale venite de la alte stele ar putea smulge obiectele afla în Norul lui Oort și să trimită multe comete înspre sistemul solar interior, producând coliziune cu probabile implicații catastrofale pentru viața de pe Pământ. Radiațiile intense ale centrului galactic ar putea, de asemenea, să perturbe evoluția formelor de viață complexe. Chiar și pentru localizarea curentă a sistemului solar, unii savanți au presupus ca acum 35 000 de ani, unele supernove să fi afectat negativ viața de pe Pământ, prin aruncarea unor fragmente de nucleu stelar spre Soare sub forma unor fire de praf radioactive și chiar obiecte mai mari, asemănătoare cometelor.

Vecinătate

În imediata vecinătate galactică a sistemului solar se află Norul Local Interstelar, un nor astronomic dens dintr-o altă regiune împrăștiată cunoscută ca Bula Locală, o cavitate în formă de clepsidră din mediul interstelar de cel puțin 300 de ani lumină în lungime. Bula este saturată cu plasmă de temperatură înaltă ceea ce sugerează că a fost produsă recent de unele supernove.

Sunt relativ câteva stele aflate la mai puțin de zece ani lumină (95 de trilioane de km) de Soare. Cel mai apropiat este sistemul triplu stele Alfa Centauri, din constelația Centaurul, aflat la 4,4 ani lumină distanță și compus dintr-o pereche de stele (Alfa Centauri A și B) asemănătoare Soarelui, în jurul cărora gravitează la o distanță de 0,2 ani-lumină pitica roșie Alfa Centauri C, de o luminozitate relativ mică. Aceasta din urmă este steaua cea mai apropiată de Soare, la o distanță de 4,24 ani-lumină, motiv pentru care mai este numită „ Proxima Centauri". Următoarele cele mai apropiate stele față de Soare sunt piticele roșii Steaua lui Barnard (la 5,9 ani lumină), Wolf 359 (7,8 ani lumină) și Lalande 21185 (8,3 ani lumină). Cea mai mare stea din lista celor mai apropiate este de departe Sirius, o stea luminoasă din secvența principală de stele a cărei masă este asemănătoare cu cea a Soarelui și orbitată de către o pitică albă denumită Sirius B. Se află la aproximativ 8,6 ani lumină distanță. Celelalte sisteme stelare mai apropiate de zece ani lumină sunt sistemul binar Luyten 726-8 dintre două stele pitice albe și roșii (la 8,7 ani lumină) și pitica roșie solitară Ross 154 (9,7 ani lumină). Cea mai apropiată stea solitară asemănătoare Soarelui este Tau Ceti, localizată la 11,9 ani lumină depărtare. Ea are aproximativ 80% din masa Soarelui, dar doar 60% din luminozitatea sa. Cea mai apropiată planetă extrasolară de sistemul solar se află în preajma stelei Alpha Centauri B. Una dintre planetele confirmate ale acesteia, Alpha Centauri Bb, are cel puțin 1,1 din masa Pământului și orbitează steaua la fiecare 3,236 zile.

Sistemul Solar în imagini

Câteva exemple vizuale ale celor mai apropiate obiecte din Sistemul Solar, selectate după mărime și detalii și sortate după volum. Soarele este de aproximativ 10 000 de ori mai mare și de 41 de trilioane de ori mai voluminos decât cele mai mic obiect prezentat (Prometeu). Listele mai includ: lista obiectelor din Sistemul Solar după mărime, listă de sateliți naturali, lista planetelor minore și listă de comete.

1. Scrierea numelui cu inițiale majuscule nu este unanim acceptată. ^ UAI, organul care deține autoritatea în domeniul nomenclaturii astronomice, specifică că trebuie scrise cu majuscule numele tuturor obiectelor individuale astronomice (Sistemul solar). Cu toate acestea, numele este frecvent scris cu litere mici (sistemul solar) - de exemplu în Dicționarul Oxford al limbii engleze și Merriam-Webster's 11th Dicționarul enciclopedic

2. Vezi ^ Lista de sateliți naturali, pentru o listă completă a sateliților naturali ai celor opt planete și ai primelor cinci planete pitice.

3. Măsurătorile astronomice ale distanței în cadrul sistemului solar se fac în ^ unități astronomice (UA). O UA este egală cu distanța medie dintre Pământ și Soare, sau 149,598,000 km. În medie, Pluto se află la 39 de UA de Soare iar Jupiter la aproximativ 5,2 UA. Un an lumină este echivalent cu 63,241 UA.

4. Dacă ψ reprezintă unghiul dintre ^ polul nord al eclipticei și polul nord galactic, atunci:

,

unde 27° 07′ 42.01″ și 12h 51m 26.282 reprezintă declinația și ascensia dreaptă a polului nord galactic,[136] în timp ce 66° 33′ 38.6″ și 18h 0m 00 sunt cele pentru polul nord al eclipticei. (Ambele perechi de coordonate sunt pentru epoca J2000.) Rezultatul calculului este de 60.19°.

1. ^ Mike Brown (). „"Free the dwarf planets!"". "Mike Brown's Planets (self-published)" (în engleză).

2. ^

3. ^ Minor Planet Center, Uniunea Astronomică Internațională. Accesat pe 4 martie 2013.

4. ^ doi:10.1016/S0273-1177(03)00578-7 10.1016/S0273-1177(03)00578-7

5. ^

6. ^ „Plutoid chosen as name for Solar System objects like Pluto". International Astronomical Union. 11 iunie 2008, Paris.

7. ^ Achenbach, Joel; Feltman, Rachel (). „New evidence suggests a ninth planet lurking at the edge of the solar system". The Washington Post. ISSN 0190-8286.

8. ^ Batygin, Konstantin; Brown, Michael E. (). „Evidence for a distant giant planet in the Solar system". The Astronomical Journal. 151 (2). doi:10.3847/0004-6256/151/2/22.

9. ro ^ „Planeta Nouă" a Sistemului Solar ar fi un Super-Pământ

10. "Today we know of more than a dozen dwarf planets in the solar system".^ The PI's Perspective

11. ^ Weinert, Friedel (). Copernicus, Darwin, & Freud: revolutions in the history and philosophy of science. Wiley-Blackwell. p. 21. ISBN 978-1-4051-8183-9.

12. ^ Davoust, Emmanuel. "A hundred years of science at the Pic du Midi Observatory". arXiv:astro-ph/9707201

13. ^ Audrey Delsanti and David Jewitt (). „The Solar System Beyond The Planets" (PDF). Institute for Astronomy, University of Hawaii. Arhivat din original (PDF) la .

14. ^ Krasinsky, G. A. (). „Hidden Mass in the Asteroid Belt". Icarus. 158 (1): 98-105. Bibcode:2002Icar..158...98K. doi:10.1006/icar.2002.6837.

15. ^ Levison, H. F. (). „Formarea Centurii Kuiper prin transportul exterior al corpurilor în timpul migrației planetei Neptun". Nature. 426 (6965): 419-421. doi:10.1038/nature02120. PMID 14647375.

16. ^ Amir Alexander (). „New Horizons Set to Launch on 9-Year Voyage to Pluto and the Kuiper Belt". The Planetary Society. Arhivat din original la .

17. ^ Marochnik, L. and Mukhin, L. (). „"Is Solar System Evolution Cometary Dominated?". În Shostak, G. S. Progress in the Search for Extraterrestrial Life. Astronomical Society of the Pacific Conference Series. 74. p. 83.

18. ^ „Dawn: A Journey to the Beginning of the Solar System". Space Physics Center: UCLA. . Arhivat din original la .

19. , citând ^ Eddy, J. (). A New Sun: The Solar Results From Skylab. NASA. p. 37. NASA SP-402.

20. ^ Paul Robert Weissman, Torrence V. Johnson (). Encyclopedia of the solar system. Academic Press. p. 615. ISBN 0-12-088589-1.

21. ^

22. ^

23. ^ Michael Zellik (). Astronomy: The Evolving Universe (ed. 9th). Cambridge University Press. p. 240. ISBN 0-521-80090-0. OCLC 223304585 46685453 .

24. ^ Placxo, Kevin W. (). Astrobiology: a brief introduction. JHU Press. p. 66. ISBN 978-0-8018-8367-5.

25. Data se bazează pe cele mai vechi incluziuni identificate în ^ meteoriți și se consideră a fi data de formare a primului material solid în perioada colapsului nebuloasei.
A. Bouvier and M. Wadhwa. "The age of the solar system redefined by the oldest Pb-Pb age of a meteoritic inclusion." Nature Geoscience, în presă, 2010. doi:10.1038/NGEO941

26. ^ Greaves, Jane S. (). „Disks Around Stars and the Growth of Planetary Systems". Science. 307 (5706): 68-71. Bibcode:2005Sci...307...68G. doi:10.1126/science.1101979. PMID 15637266.

27. ^ Sukyoung Yi; Pierre Demarque; Yong-Cheol Kim; Young-Wook Lee; Chang H. Ree; Thibault Lejeune; Sydney Barnes (). „Toward Better Age Estimates for Stellar Populations: The Isochrones for Solar Mixture". Astrophysical Journal Supplement. 136: 417. arXiv:astro-ph/0104292  . Bibcode:2001ApJS..136..417Y. doi:10.1086/321795.

28. ^ Pogge, Richard W. (). „The Once & Future Sun". New Vistas in Astronomy. Arhivat din original (lecture notes) la .

29. ^ „Sun: Facts & Figures". NASA. Arhivat din original la .

30. ^ Zirker, Jack B. (). Journey from the Center of the Sun. Princeton University Press. pp. 120-127. ISBN 978-0-691-05781-1.

31. ^

32. ^ Smart, R. L.; Carollo, D.; Lattanzi, M. G.; McLean, B.; Spagna, A. (). „The Second Guide Star Catalogue and Cool Stars". În Hugh R. A. Jones and Iain A. Steele. Ultracool Dwarfs: New Spectral Types L and T. Springer. p. 119. Bibcode:2001udns.conf..119S.

33. ^ A Star with two North Poles, 22 aprilie 2003, Science @ NASA

34. Schenk P., Melosh H. J. (1994), ^ Lobate Thrust Scarps and the Thickness of Mercury's Lithosphere, Abstracts of the 25th Lunar and Planetary Science Conference, 1994LPI....25.1203S

35. Benz, W., Slattery, W. L., Cameron, A. G. W. (1988), ^ Collisional stripping of Mercury's mantle, Icarus, v. 74, p. 516-528.

36. Cameron, A. G. W. (1985), ^ The partial volatilization of Mercury, Icarus, v. 64, p. 285-294.

37. ^ Mark Alan Bullock (). „The Stability of Climate on Venus" (PDF). Southwest Research Institute.

38. ^ Paul Rincon (). „Climate Change as a Regulator of Tectonics on Venus" (PDF). Johnson Space Center Houston, TX, Institute of Meteoritics, University of New Mexico, Albuquerque, NM.

39. ^ David C. Gatling, Conway Leovy (). „Mars Atmosphere: History and Surface Interactions". În Lucy-Ann McFadden et. al. Encyclopaedia of the Solar System. pp. 301-314.

40. ^ Scott S. Sheppard, David Jewitt, and Jan Kleyna (). „A Survey for Outer Satellites of Mars: Limits to Completeness" (PDF). Astronomical Journal.

41. ^ „Are Kuiper Belt Objects asteroids? Are large Kuiper Belt Objects planets?". Cornell University.

42. ^

43. ^ „History and Discovery of Asteroids" (DOC). NASA.

44. ^ Barucci, M. A. (). „Physical Properties of Trojan and Centaur Asteroids". Asteroids III. Tucson, Arizona: University of Arizona Press. pp. 273-87.

45. ^ A. Morbidelli, W. F. Bottke Jr., Ch. Froeschlé, P. Michel; Bottke; Froeschlé; Michel (). W. F. Bottke Jr., A. Cellino, P. Paolicchi, and R. P. Binzel, ed. „Origin and Evolution of Near-Earth Objects" (PDF). Asteroids III. University of Arizona Press: 409-422. Bibcode:2002aste.conf..409M.

46. ^ Jack J. Lissauer, David J. Stevenson (). „Formation of Giant Planets" (PDF). NASA Ames Research Center; California Institute of Technology.

47. ^ John Stansberry, Will Grundy, Mike Brown, Dale Cruikshank, John Spencer, David Trilling, Jean-Luc Margot (). „Physical Properties of Kuiper Belt and Centaur Objects: Constraints from Spitzer Space Telescope". The Solar System Beyond Neptune. p. 161. arXiv:astro-ph/0702538  . Bibcode:2008ssbn.book..161S.

48. ^ Królikowska, M. (). „A study of the original orbits of hyperbolic comets". Astronomy & Astrophysics. 376 (1): 316-324. Bibcode:2001A&A...376..316K. doi:10.1051/0004-6361:20010945.

49. Ovidiu C. Furdui, ^ Evoluția orbitală a corpurilor transneptuniene. Teză de doctorat, Universitatea Babeș-Bolyai din Cluj-Napoca, 2011. Rezumat disponibil on-line, accesat la 24 septembrie 2013.

50. ^ Stephen C. Tegler (). „Kuiper Belt Objects: Physical Studies". În Lucy-Ann McFadden et. al. Encyclopedia of the Solar System. pp. 605-620.

51. ^ E. Dotto1, M. A. Barucci2, and M. Fulchignoni (). „Beyond Neptune, the new frontier of the Solar System" (PDF).

52. ^ Fajans, J. (). „Autoresonant (nonstationary) excitation of pendulums, Plutinos, plasmas, and other nonlinear oscillators" (PDF). American Journal of Physics. 69 (10): 1096-1102. doi:10.1119/1.1389278.

53. ^ Marc W. Buie (). „Orbit Fit and Astrometric record for 136472". SwRI (Space Science Department).

54. ^ Michael E. Brown. „The largest Kuiper belt objects" (PDF). CalTech.

55. ^ Littmann, Mark (). Planets Beyond: Discovering the Outer Solar System. Courier Dover Publications. pp. 162-163. ISBN 978-0-486-43602-9.

56. ^ Stone, E. C.; Cummings, A. C.; McDonald, F. B.; Heikkila, B. C.; Lal, N.; Webber, W. R. (). „Voyager 1 explores the termination shock region and the heliosheath beyond". Science. 309 (5743): 2017-20. Bibcode:2005Sci...309.2017S. doi:10.1126/science.1117684. PMID 16179468.

57. ^ P. C. Frisch (University of Chicago) (). „The Sun's Heliosphere & Heliopause". Astronomy Picture of the Day.

58. ^

59. ^ David Jewitt (). „Sedna - 2003 VB₁₂". University of Hawaii.

60. ^ T. Encrenaz, JP. Bibring, M. Blanc, MA. Barucci, F. Roques, PH. Zarka (). The Solar System: Third edition. Springer. p. 1.

61. ^

Bibliografie

Martin Rees, Universul, ghid vizual complet, coordonator [...], Traducere din limba engleză de Ana-Maria Negrilă-Chisega, Liana Stan, Enciclopedia RAO 2008, București, 512 de pagini. ISBN 978-973-717-319-5

Legături externe

# data[].attributes.attachment_link.description
Sistemul solar Planetele și planetele pitice din sistemul solar. Dimensiunile sunt la scară. Distanțele de la Soare nu sunt la scară.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Pământ

The Blue Marble - fotografia Pământului făcută de pe Apollo 17 în 1972.

Denumiri

Caracteristicile orbitei

Epocă J2000[1]

Afeliu

152.100.000 km[2]

Periheliu

147.095.000 km[2]

Excentricitate

0.0167086 [3]

365,256363004 zile[4]

29,78 km/s (107.200 km/h)[5]

358,617°

Înclinație

Sateliți

Caracteristici fizice

6.371 km[9]

6.378,1 km[10][11]

Aplatizare

0,0033528[13]

Circumferință

510.072.000 km²[16][17][18]

148.940.000 km² pământ (29,2 %)

361.132.000 km² apă (70,8 %)

Volum

1,08321×10 ¹² km ³[5]

Masă

5,97237×10 ²⁴ kg[19]

5,514 g/cm ³[5]

9,807 m/s ²[20]

Momentul factorului de inerție

0,3307[21]

11,186 km/s (40.270 km/h)[5]

0,99726968 zile[22]
(23h 56m 4.100s)

Viteza rotației ecuatoriale

0,4651 km/s[23]
(1674,4 km/h)

Albedo

Temp. la suprafață

min

medie

max

Kelvin

184 K[24]

288 K[25]

330 K[26]

Celsius

−89.2 °C

14.9 °C

56.9 °C

Fahrenheit

−128.5 °F

58.7 °F

134.3 °F

Atmosfera

101,325 kPa (la niv.mării)

Compoziție atmosferică

Pământul (numit și Terra sau „ Planeta albastră") este a treia planetă de la Soare și cea mai mare dintre planetele telurice ale Sistemului Solar, atât pentru masă, cât și pentru diametru. Este singurul corp ceresc despre care se știe că adăpostește viață. Aproximativ 29,2 % din suprafața Pământului este un uscat format din continente și insule. Restul de 70,8 % este acoperit cu apă, în mare parte de oceane, mări, golfuri și alte corpuri de apă sărată, dar și de lacuri, râuri și alte ape dulci, care împreună constituie hidrosfera. O mare parte din regiunile polare ale Pământului sunt acoperite cu gheață. Stratul exterior al Pământului este împărțit în mai multe plăci tectonice rigide care migrează pe suprafață de-a lungul a multe milioane de ani. Interiorul Pământului rămâne activ cu un nucleu interior din fier solid, un miez exterior lichid care generează câmpul magnetic al Pământului și o manta de convecție care conduce tectonica plăcilor.

Atmosfera Pământului este formată în principal din azot și oxigen. Regiunile tropicale primesc mai multă energie solară decât regiunile polare și este redistribuită de circulația atmosferică și oceanică. Gazele cu efect de seră joacă, de asemenea, un rol important în reglarea temperaturii suprafeței. Clima unei regiuni nu este determinată doar de latitudine, ci și de înălțime și de apropierea de ocean, printre alți factori.

Gravitația Pământului interacționează cu alte obiecte din spațiu, în special cu Soarele și Luna, singurul satelit natural al Pământului. Pământul orbitează în jurul Soarelui în aproximativ 365,25 de zile. Axa de rotație a Pământului este înclinată în raport cu planul său orbital, producând anotimpuri pe Pământ. Interacțiunea gravitațională dintre Pământ și Lună cauzează mareele, stabilizează orientarea Pământului în jurul axei sale, și încetinește treptat rotația acestuia. Pământul este cea mai densă planetă din Sistemul Solar și cea mai mare dintre cele patru planete telurice.

Conform datărilor radiometrice și a altor dovezi, Pământul s-a format în urmă cu peste 4,5 miliarde de ani. În primele miliarde de ani din istoria Pământului, viața a apărut în oceane și a început să afecteze atmosfera și suprafața Pământului, ducând la proliferarea organismelor anaerobe și, mai târziu, a organismelor aerobe. Unele dovezi geologice indică faptul că viața ar fi putut să apară încă de acum 4,1 miliarde de ani. De atunci, combinația distanței Pământului față de Soare, proprietățile fizice și istoria geologică au permis vieții să evolueze și să prospere. În istoria vieții pe Pământ, biodiversitatea a trecut prin perioade lungi de expansiune, ocazional punctate de extincții în masă. Peste 99 % din toate speciile care au trăit vreodată pe Pământ sunt extincte. Aproape 8 miliarde de oameni trăiesc pe Pământ și depind de biosfera și resursele sale naturale pentru supraviețuire. Oamenii au un impact din ce în ce mai mare asupra suprafeței Pământului, a hidrologiei, a proceselor atmosferice și a altor vieți.

Pământul este singura planetă din Sistemul Solar al cărei nume nu derivă din mitologia greacă sau romană. Toate celelalte planete au fost denumite după zei și zeițe din mitologia greco-romană. În română, cuvântul „pământ" este moștenit din latină pavimentum, care înseamnă „pământ bătătorit și nivelat", „pardoseală cu lespezi sau mozaic", „pavaj", „podea", „drum pietruit", „loc neted", „bătătură".

Terra provine din latinescul tĕrra (pământ, sol), care la rândul său derivă din termenul de origine indo-europeană terse, cu sensul de „parte uscată", opus „părții apoase". Dar Terra a mai fost denumită în trecut și ca orbe terracqueo. Cuvântul latin orbe a avut mai întâi semnificația „cerc" și apoi de „lume".

Cuvintele ce se referă la Terra pot fi formate în mai multe moduri. Primul este folosirea rădăcinii terra-, ca de exemplu cuvântul „terestru". Mai există și rădăcina telur-, cum se poate vedea în cuvintele teluric, telurian. Ambii termeni provin de la zeița romană Terra Mater, ce se pare că și-a primit numele, la rândul ei, de la vechea denumire de Tellus Mater. Termenii științifici precum geografie, geocentric, geotermal folosesc prefixul grecesc geo-, derivat din numele zeiței Gaia, echivalenta Terrei Mater în mitologia greacă.

Cel mai vechi material găsit în Sistemul Solar este datat 4,5672 ± 0,0006 miliarde de ani în urmă. Acum 4,54 ± 0.04 miliarde de ani în urmă s-a format Pământul primordial. Corpurile din Sistemul Solar s-au format și au evoluat cu Soarele. Teoretic, o nebuloasă solară separă un volum dintr-un nor molecular prin prăbușirea gravitațională, care începe să se rotească și să se aplatizeze într-un disc circumstelar, iar apoi planetele și Soarele se formează din acest disc. O nebuloasă conține gaz, bucăți mici de gheață și praf cosmic (inclusiv nucleide primordiale). Conform ipotezei nebulare, planetezimale s-au format prin acreție, Pământul primordial căpătând o formă în 10-20 milioane de ani.

Un subiect de cercetare este formarea Lunii, acum aproximativ 4,53 miliarde de ani. O teorie principală ( ipoteza impactului gigantic) este aceea că a fost formată prin acumularea de materiale eliberate de Pământ, după ce un obiect de dimensiunea planetei Marte, numit Theia, a lovit Terra. În această ipoteză, masa Theiei era de aproximativ 10 % din Pământ, și a lovit o margine a Terrei, o parte din masa sa fuzionând cu Pământul. Între aproximativ 4,1 și 3,8 miliarde de ani de urmă, numeroasele impacturi ale asteroizilor au provocat schimbări semnificative în mediul de la suprafața Lunii și, prin inferență, și în cel al Pământului.

Atmosfera și oceanele Pământului s-au format prin activitatea vulcanică și de expulzare. Vaporii de apă proveniți din aceste surse s-au condensat în oceane, amplificate cu apă și gheață de la asteroizi, protoplante și comete. Este posibil ca apă suficientă pentru a umple oceanele să fi fost întotdeauna pe Pământ de la începutul formării planetei. În acest model, gazele cu efect de seră din atmosferă au păstrat oceanele să nu înghețe când Soarele nou format nu avea decât 70 % din luminozitatea actuală. Acum 3,5 miliarde de ani în urmă câmpul magnetic al Pământului s-a stabilizat, împiedicând împrăștierea atmosferei de către vântul solar.

Pe măsură ce stratul exterior topit al Pământului s-a răcit, s-a format prima crustă solidă, despre care se crede că a avut o compoziție mafică. Prima crustă continentală, care avea o compoziție mai felsică, s-a format prin topirea parțială a acestei cruste mafice. Prezența boabelor de zircon mineral din Hadean în rocile sedimentare eoarhiene sugerează că cel puțin o crustă felsică a existat încă de acum 4,4 miliarde de ani, la numai 140 milioane de ani după formarea Pământului. Există două modele principale ale modului în care acest volum inițial mic de crustă continentală a evoluat pentru a ajunge la abundența actuală: (1) o creștere relativ constantă până în prezent, care este susținută de datarea radiometrică a crustei continentală la nivel global și (2) o creștere rapidă inițială a volumului de crustă continentală în timpul Arheanului, formând cea mai mare parte a crustei continentale care există acum, care este susținută de dovezi izotopice de la hafniu în zirconiu și neodim în roci sedimentare. Cele două modele și datele care le susțin pot fi reconciliate prin reciclarea pe scară largă a scoarței continentale, în special în primele etape ale istoriei Pământului.

Continentele au fost fomate de tectonica plăcilor, un proces condus în cele din urmă de pierderea continuă a căldurii din interiorul Pământului. De-a lungul a sute de milioane de ani, supercontinentele s-au asamblat și s-au rupt. Cu aproximativ 750 de milioane de ani în urmă, unul dintre cele mai vechi supercontinente cunoscute, Rodinia, a început să se destrame. Mai târziu, continentele s-au recombinat pentru a forma Pannotia (cu 600-540 milioane de ani în urmă), apoi Pangaea, care, de asemenea, s-a destrămat acum 180 milioane de ani în urmă.

Modelul actual al epocilor de gheață a început cu aproximativ 40 milioane de ani în urmă și apoi s-a intensificat în timpul Pleistocenului cu 3 milioane de ani în urmă. Regiunile cu latitudine înaltă au suferit de atunci cicluri repetate de glaciațiune și dezgheț, repetându-se la fiecare 40.000-100.000 ani. Ultima glaciație continentală s-a încheiat cu 10.000 de ani în urmă.

Reacțiile chimice au condus la primele molecule cu auto-replicare acum aproximativ patru miliarde de ani în urmă. O jumătate de miliard de ani mai târziu, a apărut ultimul strămoș comun al vieții curente. Evoluția fotosintezei a permis ca energia Soarelui să fie recoltată direct de formele de viață. Oxigenul molecular (O ₂) rezultat s-a acumulat în atmosferă și datorită interacțiunii cu radiația solară ultravioletă, a format un strat de ozon (O ₃) protector în atmosfera superioară. Încorporarea celulelor mai mici în cele mai mari a dus la dezvoltarea celulelor complexe numite eucariote. Organisme multicelulare formate ca celule în colonii au devenit din ce în ce mai specializate. Ajutată de absorbția luminii ultraviolete periculoasă de către stratul de ozon, viața a colonizat suprafața Pământului.

Printre cele mai vechi dovezi de viață se numără fosilele microbiene găsite în gresia de 3,48 miliarde de ani din Australia de Vest, grafitul biogenic găsit în rocile metasedimentare vechi de 3,7 miliarde de ani în Groenlanda de Vest, și rămășițe de material biotic găsit în roci vechi de 4,1 miliarde de ani în Australia de Vest. Cea mai veche dovadă directă a vieții pe Pământ este conținută în roci australiene de 3,45 miliarde de ani care prezintă fosile ale microorganismelor.

În timpul Neoproterozoicului, în urmă cu 750-580 milioane de ani, o mare parte a Pământului ar fi putut fi acoperită cu gheață. Acestă ipoteză a fost denumită „ Pământ de zăpadă" și este de un interes deosebit deoarece a precedat Explozia Cambriană, când formele de viață multicelulare au crescut semnificativ în complexitate. După Explozia Cambriană, acum 535 milioane de ani, au existat cinci extincții în masă. Cel mai recent eveniment de acest fel s-a petrecut cu 66 de milioane de ani în urmă, când un impact cu un asteroid a declanșat dispariția dinozaurilor non- aviari și a altor reptile mari, dar a cruțat animalele mici, cum ar fi mamiferele, care la vremea aceea erau asemănătoare cu soricidele.

Viața mamiferelor s-a diversificat în ultimii 66 de milioane de ani, iar în urmă cu câteva milioane de ani, un animal african, cum ar fi Orrorin tugenensis, a dobândit capacitatea de a sta în picioare. Această abilitate a dus la stimularea necesară pentru un creier mai mare, care a dus la evoluția oamenilor. Dezvoltarea agriculturii și apoi a civilizației a permis oamenilor să influențeze mediul.

Viitorul Pământului pe termen lung este legat de cel al Soarelui. În următorii 1,1 miliarde de ani, luminozitatea solară va crește cu 10 %, iar în următorii 3,5 miliarde cu 40 %. Temperatura de suprafață în creștere a Pământului va accelera ciclul carbon, reducând concentrația de CO ₂ la niveluri letal de scăzute pentru plante, în aproximativ 500-900 milioane de ani. Lipsa vegetației va duce la scăderea oxigenului în atmosferă, făcând imposibilă viața animalelor. După încă un miliard de ani, toată apa de suprafață va dispărea iar temperatura globală medie va atinge 70 °C (158 °F). Din acel moment, se așteaptă ca Pământul să fie locuibil pentru încă 500 de milioane de ani, posibil mai mult dacă azotul este îndepărtat din atmosferă. Chiar dacă Soarele ar fi veșnic și stabil, 27 % din apa oceanelor va coborî în manta Pământului într-un miliard de ani.

Soarele va evolua devenind o gigantă roșie în aproximativ 5 miliarde de ani. Modelele preconizează că Soarele se va extinde la aproximativ 1 UA (150 milioane km), aproximativ de 250 de ori mai mare decât raza actuală. Soarta Pamântului este mai puțin clară. Ca gigantă roșie, Soarele va pierde aproximativ 30 % din masa sa, astfel că, fără a lua în considerare efectele mareei, Pământul se va deplasa pe o orbită de 1,7 UA (250 milioane km) de la Soare, când steaua va ajunge la raza ei maximă. Viața rămasă va fi distrusă de luminozitatea crescută a Soarelui (care va atinge o valoare maximă de 5000 de ori mai mare față de nivelul actual). O simulare din 2008 indică faptul că orbita Pământului se va diminua în cele din urmă din cauza efectelor mareei, determinând Terra să intre în atmosfera Soarelui și să fie vaporizată.

Forma Pământului este aproape sferică. Datorită rotației, Pământul este aplatizat la poli și bombat în jurul ecuatorului, astfel încât o mai bună aproximare a formei Pământului este un sferoid aplatizat, al cărui diametrul ecuatorial este cu 43 de kilometri mai mare decât diametrul pol-pol. Diametrul mediu este de 12.742 kilometri. Principalele deviații de pe suprafața Terrei sunt: Muntele Everest, cu 8.848 m deasupra nivelului mării și Groapa Marianelor, cu 10.925 m sub nivelul mării. În geodezie, forma exactă pe care ar adopta-o oceanele Pământului în absența uscatului și a perturbațiilor, precum mareele și vânturile, se numește geoid. Mai precis, geoidul este suprafața echipotențială gravitațională la nivelul mediu al mării.

Masa Pământului este de aproximativ 5,97 x 10 ²⁴ kg (5,970 Yg). Se compune în principal din fier (32,1 %), oxigen (30,1 %), siliciu (15,1 %), magneziu (13,9 %), sulf (2,9 %), nichel (1,8 %), calciu (1,5 %), aluminiu (1,4 %), restul de 1,2 % constând din cantități mici de alte elemente. Datorită segregării masei se estimează că nucleul se compune în principal din fier (88,8 %), cu cantități mai mici de nichel (5,8 %), sulf (4,5 %) și mai puțin de 1 % oligoelemente.

Cel mai des întâlnite componente ale crustei sunt aproape toți oxizii: clorul, sulful și fluorul sunt excepțiile importante, cantitatea lor totală din orice piatră fiind de obicei mult mai mică decât 1 %. Peste 99 % din crustă este compusă din 11 oxizi, în principal dioxid de siliciu, oxid de aluminiu, oxizi de fier, oxid de calciu, oxid de magneziu și oxid de potasiu.

Interiorul Pământului, la fel ca la celelalte planete telurice, este împărțit în straturi. Stratul exterior este o crustă solidă din punct de vedere chimic, care are o grosime de aproximativ 6 km sub oceane și 30-50 km în domeniul continental. Contactul cu mantaua se face prin discontinuiatea Mohorovičić. Crusta (scoarța terestră) și partea superioară, rigidă, a mantalei formează litosfera, iar litosfera este compusă din plăci tectonice. Sub litosferă este mezosfera (sau mantaua inferioară), un strat alcătuit din oxizi și silicați de fier, nichel și crom. Mezosfera este alcătuită din două subînvelișuri: primul, aflat între 400 km și 1.000 km, are roci parțial cristalizate, materia fiind în stare vâscoasă dar neomogenă în compoziție, iar cel de-al doilea subînveliș, aflat între 1.000 și 2.900 km, în care materia este omogenă chimic. Sub mezosferă, se află nucleul, care este împărțit în nucleul intern, unde materia este alcătuită din elemente grele (fier, nichel, crom) și se află în stare solidă, și nucleul extern, format din materie în stare de topitură, în care abundă elementele grele. Raza nucleului intern este de aproximativ o cincime din cea a Pământului.

Earth cutaway from core to exosphere. Not to scale.

Adâncime[87]
km

Strat component

Densitateg/cm
³

0-60

Litosferă[n 1]

-

0-35

Scoarța[n 2]

2.2-2.9

35-60

Mantaua superioară

3.4-4.4

35-2890

Mantaua

3.4-5.6

100-700

Astenosferă

-

2890-5100

Nucleul extern

9.9-12.2

5100-6378

Nucleul intern

12.8-13.1

Căldura internă a Pământului provine dintr-o combinație de căldură reziduală acumulată în perioada lui pregeologică (aproximativ 20 %) și căldura produsă prin dezintegrare radioactivă (80 %). Principalii izotopi care produc căldură în interiorul Pământului sunt: potasiu-40, uraniu-238 și thoriu-232. În centru, temperatura poate ajunge până la 6.000 °C (10630 ° F), iar presiunea ar putea ajunge la 360 GPa. Deoarece o mare parte a căldurii este provocată de dezintegrarea radioactivă, oamenii de știință consideră că la începutul istoriei Pământului, înainte de dezintegrarea izotopilor de scurtă durată, producția de căldură a Pământului era mult mai mare. Această producție suplimentară, de două ori mai mare decât este astăzi, cu 3 miliarde de ani în urmă, ar fi majorat gradienții de temperatură și, astfel, rata de convecție a mantalei și tectonica plăcilor, ar fi permis formarea de rocă ignifugă, cum ar fi comatitele, care astăzi se formează rar.

Pierderea medie de căldură de pe Pământ este de 87 mW m −2, pentru o pierdere de căldură globală de 4,42 x 10 ¹³ W. O parte din energia termică a nucleului este transportată către scoarța terestră prin „panașe mantelice". Aceste panașe pot genera la suprafața Terrei puncte fierbinți și capcane geologice. Căldura Pământului se pierde prin tectonica plăcilor și prin conducerea prin litosferă.

Învelișul exterior relativ rigid al Pământul, litosfera, este împărțită în plăci tectonice. Aceste plăci sunt segmente rigide aflate într-o continuă dinamică și sunt delimitate de trei mari limite ale plăcilor tectonice: limite convergente, când plăcile se îndreaptă una către cealaltă, limite divergente, când plăcile se îndreaptă în direcții opuse, și limite transformante, când plăcile se deplasează una în lungul celeilalte. Cutremurele, activitățile vulcanice, formarea munților și formarea fosei oceanice, sunt mai frecvente de-a lungul acestor limite.

Pe măsură ce plăcile tectonice migrează, scoarța oceanică este subductată sub marginile plăcilor aflate la limitele convergente. În același timp, creșterea magmei la limitele divergente creează crestăturile oceanelor medii. Combinația acestor procese reciclează crusta oceanică în mantaua Pământului. Datorită acestei reciclări, cea mai mare parte a fundului oceanului are o vechime mai mică de 100 de milioane de ani. Cea mai veche crustă oceanică este localizată în Pacificul de Vest și este estimată la 200 milioane de ani vechime. Prin comparație, cea mai veche crustă continentală datată are o vechime de 4030 milioane de ani.

Cele șapte plăci majore suntː Placa Pacificului, Placa Nord-Americană, Placa Eurasiatică, Placa Africană, Placa Antarctică, Placa Indiano-Australiană și Placa Sud-Americană. Printre alte plăci importante se numără plăcile Arabică, Caribică, Nazaca și Scoțiană. Placa Australiană a fuzionat cu placa Indiană acum 50-55 de milioane de ani în urmă. Plăcile cu cea mai rapidă mișcare sunt plăcile oceanice, placa Cocos avansând cu o rată de 75 mm pe an, iar placa Pacificului mișcându-se cu 52-69 mm pe an. La cealaltă extremă, placa Eurasiatică se mișcă cu 21 mm pe an.

Suprafața totală a Pământului este de aproximativ 510 milioane km ². Din aceasta, 70,8 %, sau 361,13 milioane km ² sunt sub nivelul mării și acoperiți cu ocean. Sub suprafața oceanului se află o mare parte a raftului continental, munților, vulcanilor, a tranșeelor ​​oceanice, a canioanelor submarine, a platourilor oceanice. Restul de 29,2 %, sau 148,94 milioane km ² neacoperit de apă, constă în munți, deșerturi, câmpii, platouri și alte forme de relief. Tectonica și eroziunea, erupțiile vulcanice, inundațiile, intemperiile, glaciațiunile, creșterea recifelor de corali și impactul meteoriților se numără printre procesele care transformă în mod constant suprafața Pământului de-a lungul timpului geologic.

Crusta continentală constă dintr-un material cu o densitate mai mică, cum ar fi granitul și andezitul. Mai puțin obișnuit este bazaltul, o piatră vulcanică mai densă, care este constituentul principal al fundului oceanic. Roca sedimentară este formată prin acumularea și consolidarea sedimentelor. Aproape 75 % din suprafața continentală este acoperită de rocă sedimentară, deși acestea reprezintă doar 5 % din crustă. Cel de-al treilea tip de piatră întâlnit pe Pământ este roca metamorfică, creată prin transformarea altor tipuri de roci în prezența unor presiuni ridicate, temperaturi ridicate sau ambele. Printre cele mai abundente silicate de pe suprafața Pământului se numără: cuarț, feldspat, amfiboli, mică, piroxeni și olivină. Printre carbonații obișnuiți se numără calcitul și dolomitul.

Pedosfera este stratul exterior al suprafeței continentale a Pământului și este compus din sol și supus proceselor de formare a solului. Terenul arabil total este de 10,9 % din suprafata pământului și doar 1,3 % susțin culturile permanente. Aproape 40 % din suprafața Pământului este folosită în agricultură și creșterea animalelor sau aproximativ 16,7 milioane km ² de teren agricol și 33,5 milioane km ² de pășuni.

Altitudinea suprafeței terestre variază de la -418 metri în Marea Moartă la 8.848 metri pe Everest. Altitudinea medie este de 840 de metri deasupra nivelului mării.

Gravitația Pământului se referă la accelerația pe care Pământul o imprimă obiectelor de pe sau lângă suprafața sa, prin forța gravitațională. La suprafața Pământului, accelerația gravitațională este de aproximativ 9,8 m/s ². Diferențele locale în topografie, geologie și structura tectonică mai profundă determină diferențe regionale și locale la nivelul câmpului gravitațional al Pământului, cunoscute sub numele de anomalii gravitationale.

Partea principală a câmpului magnetic al Pământului este generată în nucleu, locul unui proces dinam, care convertește energia cinetică a convecției condusă termic în energia câmpului electric și magnetic. Originea câmpului magnetic al Terrei este pusă pe seama curenților de convecție termică dezvoltați în partea externă a nucleului Pământului, unde materia se prezinta în stare de topitură și frecarea materiei topite din nucleu de partea inferioara a mantalei care este solidă. Câmpul se extinde spre exterior, de la nucleu, prin mantă, până la suprafața Pământului, unde este aproximativ un dipol. Stâlpii dipolului sunt situați în prezent în apropierea polilor geografici ai planetei. La ecuatorul câmpului magnetic, rezistența câmpului magnetic la suprafață este de , cu un moment dipol magnetic global de . Mișcările de convecție din nucleu sunt haotice; polii magnetici deviază și periodic se modifică alinierea. Acest lucru determină inversarea de câmp la intervale neregulate, cu o medie de câteva ori la fiecare milion de ani. Cea mai recentă inversare a avut loc acum aproximativ 700.000 de ani.

Magnetosferă

Extinderea câmpului magnetic al Pământului în spațiu definește magnetosfera. Ionii și electronii vântului solar sunt deviați de magnetosferă; presiunea vântului solar comprimă partea din față a magnetosferei, la aproximativ 10 raze de Pământ și extinde magnetosfera într-un coada lungă. Atunci când aceste particule încărcate electric vin în contact cu magnetosfera terestră, ele nu dispar, ci sunt deviate în jurul planetei, formând „ centurile de radiații Van Allen". Existența centurilor a fost confirmată pentru prima dată de către James Van Allen în anul 1958.

Ciocnirea unor particule încărcate electric din magnetosferă cu atomi din straturile superioare ale atmosferei, aflate la înălțimi de peste 80 Km, provoacă apariția aurorei. Cum polurile magnetice și geografice nu sunt identice, regiunile aurorale nu sunt aliniate cu polul geografic.

Perioada de rotație a Pământului în raport cu Soarele -zi solară medie- este de aproximativ 86400 secunde. Deoarece ziua solară a Pământului este acum puțin mai lungă decât în secolul al XIX-lea din cauza efectului gravitațional al Lunii asupra Terrei, fiecare zi din timpurile noastre este mai lungă cu aproximativ 1,7 milisecunde decât cea din secolul al XIX-lea.

Perioada de rotație a Pământului în raport cu stelele fix, numită zi stelară de către Serviciul Internațional pentru Rotația Terestră și Sisteme de Referință (IERS) este de 86164,0989 secunde sau 23 de ore, 56 de minute și 4,0989 secunde. Mișcarea pe care o face Pământul în jurul axei polilor, numită zi siderală, este de 86164,0905 secunde sau de 23 de ore, 56 de minute și 4,09 secunde și corespunde timpului dintre două situări consecutive a unei stele de pe bolta cerească la meridianul locului. Ziua siderală este mai scurtă decât ziua stelară cu aproximativ 8,4 ms.

Sensul de deplasare este de la vest spre est, astfel încât mișcarea aparentă a Soarelui pe bolta cerească este de la est către vest. Viteza de deplasare la ecuator este de aproximativ 1670 km/h, ea scăzând spre poli, așa încât pe paralela de 60° viteza de rotație ajunge la 850 km/h, iar la poli aceasta este nulă.

Simultan cu mișcarea de rotațe în jurul axei sale, Pământul orbitează în jurul Soarelui la o distanță medie de aproximativ 150 de milioane de km, la fiecare 365,2564 de zile solare sau un an sideral. Viteza orbitală medie a Pământului este de aproximativ 29,78 km/s, care este suficient de rapidă pentru a călători pe o distanță egală cu diametrul Pământului (aprox. 12.742 km) în 7 minute, și pe o distanță până la Lună (aprox. 384.000 km) în cca. 3,5 ore.

Orbita Pământului în jurul Soarelui are formă de elipsă puțin turtită. Axa mare a elipsei se numește linia apsizilor și are aproximativ 300 milioane km. Poziția cea mai apropiată, numită periheliu, se înregistrează la începutul lunii ianuarie, Pământul aflându-se la 146.993.000 km față de Soare. Punctul cel mai îndepărtat al eclipticii față de Soare se numește afeliu și este atins la începutul lunii iulie.

Pământul, împreună cu sistemul solar, este situat în Calea Lactee și se află la aproximativ 28000 de ani-lumină de centrul galaxiei.

Înclinarea axială a Pământului este de aproximativ 23,439281° față de axa planul său orbital, arătând întotdeauna spre polii cerești. Datorită înclinării axiale a Pământului, cantitatea de lumină solară care atinge un punct dat de pe suprafață variază pe parcursul anului. Acest lucru determină schimbarea sezonieră a climei, vara în emisfera nordică survenind atunci când Tropicul Cancerului este orientat spre Soarele și în emisfera sudică când Tropicul Capricornului este orientat spre Soare. În fiecare caz, iarna apare simultan în emisfera opusă. În timpul verii, ziua durează mai mult, iar Soarele urcă mai sus pe cer. Iarna, clima devine mai răcoroasă, iar zilele mai scurte. Deasupra cercului polar și sub cercul antarctic nu există deloc lumină în timpul zilei pentru o parte a anului, provocând noapte polară, iar această noapte se extinde timp de câteva luni la polii înșiși. Aceleași latitudini experimentează și o zi polară, unde soarele rămâne vizibil toată ziua.

Prin convenție astronomică, cele patru anotimpuri pot fi determinate de solstiții - punctele de pe orbita înclinării axiale maxime spre sau îndepărtate de Soare - și de echinocții, când axa de rotație a Pământului este aliniată cu axa sa orbitală. În emisfera nordică, solstițiul de iarnă are loc în jurul datei de 21 decembrie; solstițiul de vară în jurul datei de 21 iunie, echinocțiul de primăvară în jurul datei de 20 martie și echinocțiul de toamnă este la aproximativ 22 sau 23 septembrie. În emisfera sudică, situația este inversă.

Unghiul de înclinare axială a Pământului este relativ stabil pe perioade lungi de timp. Cu toate acestea, această înclinație suferă o mișcare ușoară și neregulată, cu o perioadă principală de 18,6 ani. Orientarea (mai degrabă decât unghiul) axei Pământului se schimbă, de asemenea, în timp, completând o precesie circulară la fiecare 25.800 de ani; această precesie este motivul diferenței dintre un an sideral și un an tropical. Ambele mișcări sunt cauzate de atracția gravitațională variabilă a Soarelui și a Lunii asupra proeminenței ecuatoriale a Pământului. Polii migrează, de asemenea, cu câțiva metri pe suprafața Pământului. Această mișcare polară are mai multe componente ciclice, care sunt denumite în mod colectiv mișcare cvasiperiodică. În plus față de o componentă anuală a acestei mișcări, există un ciclu de 14 luni numit oscilația Chandler. Viteza de rotație a Pământului variază, de asemenea, într-un fenomen cunoscut sub numele de variație a lungimii zilei.

În timpurile moderne, periheliul Pământului are loc în jurul datei de 3 ianuarie, iar afeliul său în jurul datei de 4 iulie. Aceste date se schimbă în timp din cauza precesiei și a altor factori orbitali, care urmează tipare ciclice cunoscute sub numele de cicluri Milancovici. Distanța schimbătoare Pământ-Soare determină o creștere de aproximativ 6,8 % a energiei solare care ajunge la Pământ la periheliu față de afeliu. Deoarece emisfera sudică este înclinată spre Soare cam în același timp în care Pământul atinge cea mai mare apropiere de Soare, emisfera sudică primește ceva mai multă energie de la Soare decât nordul în decursul unui an. Acest efect este mult mai puțin semnificativ decât schimbarea totală a energiei datorată înclinării axiale, iar cea mai mare parte a excesului de energie este absorbită de proporția mai mare de apă din emisfera sudică.

Luna este un satelit natural relativ mare, terestru, cu un diametru de aproximativ un sfert din cel al Pământului și situată la 384.400 de km de Terra. Este cel mai mare satelit din Sistemul Solar relativ la dimensiunea planetei sale, deși Charon este mai mare relativ la planeta pitică Pluto. Sateliții naturali ai altor planete sunt, de asemenea, numiți „luni", după cea a Pământului.

Atracția gravitațională dintre Pământ și Lună provoacă maree pe Pământ. Luna este în rotație sincronă cu Pământul, adică arată întotdeauna aceeași față către el. Pe măsură ce Luna orbitează Pământul, diferite părți ale feței sale sunt iluminate de Soare, ducând la fazele lunare.

Datorită interacțiunii mareelor, Luna se îndepărtează de Pământ cu o distanță de aproximativ 38 mm/an. De-a lungul a milioane de ani, aceste mici modificări - și prelungirea zilei pe Pământ cu aproximativ 23 μs/an - se adaugă unor schimbări semnificative. De exemplu, în perioada Devoniană (acum aprox. 410 milioane de ani în urmă) erau 400 de zile într-un an, fiecare zi având o durată de 21,8 ore.

Luna poate să fi fost fundamentală pentru dezvoltarea vieții pe Pământ prin moderarea climatului planetei. Dovezile paleontologice și simulările computerizate arată că înclinarea axială a Pământului este stabilizată prin interacțiunile dintre maree și Lună. Unii teoreticieni cred că, fără această stabilizare, axa de rotație ar putea fi instabilă în mod haotic, așa cum se întâmplă cu o sferă.

Privită de pe Pământ, Luna este la o distanță care face ca dimensiunea aparentă a discului să fie aproape identică cu cea a Soarelui. Diametrul unghiular (sau unghiul solid) a acestor două corpuri se potrivește deoarece, deși diametrul Soarelui este de aproximativ 400 de ori mai mare decât al Lunii, acesta este de, de asemenea, de 400 de ori mai îndepărtat. Acest lucru permite să vedem de pe Pământ eclipse totale sau inelare de soare.

Cea mai acceptată teorie a originii Lunii, teroria marelui impact, afirmă că ea s-a format din coliziunea unei protoplanete de mărimea planetei Marte, numită Theia cu Pământul timpuriu. Această ipoteză explică (printre altele) lipsa relativă a fierului de pe Lună și a elementelor volatile și faptul că compoziția sa este aproape identică cu cea a crustei Pământului.

Pământul are cel puțin cinci asteroizi coorbitali, inclusiv 3753 Cruithne și . În 2010 a fost descoperit primul asteroid troian al Pământului, , în preajma punctului Lagrange L ₄, pe orbita Terrei în jurul Soarelui.

Micul asteroid situat în apropierea Pământului face abordări apropiate de sistemul Pământ-Lună aproximativ o dată la douăzeci de ani. În timpul acestor abordări, poate orbita Pământul pentru perioade scurte de timp.

În ianuarie 2022, erau circa 4.852 de sateliți operaționali, realizați de om, care orbitează Pământul. Există și sateliți nefuncționați, printre care și Vanguard 1, cel mai vechi satelit aflat în prezent pe orbită și peste 16.000 de fragmente de gunoi spațial. Cel mai mare satelit artificial al Terrei este Stația Spațială Internațională.

Abundența apei la suprafața Pământului este o caracteristică unică care distinge „Planeta Albastră" de alte planete din Sistemul Solar. Hidrosfera Pământului constă în principal din oceane, însă include în mod tehnic toate suprafețele de apă din lume, inclusiv mările interioare, lacurile, râurile și apele subterane până la o adâncime de 2.000 m. Cel mai adânc loc subacvatic este Challenger Deep din Groapa Marianelor, Oceanul Pacific, cu o adâncime de 10.911,4 m.

Masa oceanelor este de aproximativ 1,35 × 10 ¹⁸ tone sau aproximativ 1/4400 din masa totală a Pământului. Oceanele acoperă o suprafață de 361,8 milioane km ² cu o adâncime medie de 3.682 m, rezultând un volum estimat de 1.332 miliarde km ³. Dacă toată suprafața de crustă a Pământului ar fi la aceeași înălțime ca o sferă netedă, adâncimea oceanului mondial rezultat ar fi de 2,7 până la 2,8 km. Aproximativ 97,5 % din apa Pământului este sărată; restul de 2,5 % este compus din apă dulce, dar aproximativ 68,7 % din acesta se găsește sub formă de gheață în calote și ghețari.

În cele mai reci regiuni ale Pământului, zăpada supraviețuiește vara și se transformă în gheață. Această zăpadă și gheață acumulate formează în cele din urmă ghețarii, corpuri de gheață care curg sub influența propriei lor gravitații. Ghețarii alpini se formează în zonele muntoase, în timp ce straturile întinse de gheață se formează pe uscat în regiunile polare. Fluxul de ghețari erodează suprafața schimbându-o dramatic, formând văi în formă de U și alte forme de relief. Banchiza din Arctica acoperă o zonă aproximativ la fel de mare ca Statele Unite, deși se retrage rapid ca o consecință a schimbărilor climatice.

Salinitatea medie a oceanelor Pământului este de aproximativ 35 de grame de sare pe kilogram de apă de mare (3,5 % sare). Cea mai mare parte a acestei sări a fost eliberată de activitatea vulcanică sau de eroziunea rocilor ignifuge. Oceanele sunt, de asemenea, un rezervor de gaze atmosferice dizolvate, esențiale pentru supraviețuirea multor forme de viață acvatică. Apa mării are o influență importantă asupra climei mondiale, oceanele acționând ca un mare rezervor de căldură. Modificările temperaturilor oceanelor pot duce la fenomene meteorologice extreme, cum ar fi El Niño.

Terra are o atmosferă relativ densă compusă din 78 % azot, 21 % oxigen, cu urme de vapori de apă, dioxid de carbon și alte molecule gazoase. Conținutul de vapori de apă variază între 0,01% și 4%, dar în medie este de aproximativ 1%. Înălțimea troposferei variază în funcție de latitudine, variind între 8 km la poli și 17 km la ecuator, cu unele variații care rezultă din vreme și factori sezonieri. Presiunea atmosferică la nivelul mării este în medie de 101,325 kPa.

Atmosfera are o masă de aproximativ 5,15 × 10 ¹⁸ kg, dintre care trei sferturi se află la aproximativ 11 km de suprafață. Atmosfera devine mai subțire odată cu creșterea altitudinii, fără o limită definită între atmosferă și spațiul cosmic. Linia Kármán, situată la 100 km de suprafață, este adesea folosită ca graniță între atmosferă și spațiul cosmic. Efectele atmosferice devin vizibile în timpul reintrarii atmosferice a navei spațiale la o altitudine de aproximativ 120 km. În atmosferă pot fi distinse mai multe straturi, pe baza unor caracteristici precum temperatura și compoziția.

Biosfera Pământului a modificat în mod semnificativ atmosfera. Fotosinteza bazată pe oxigen a apărut acum 2,7 miliarde de ani și a format atmosfera actuală, constând în principal din azot și oxigen. Această schimbare a permis proliferarea organismelor aerobe și, indirect, formarea stratului de ozon datorită conversiei ulterioare a O ₂ atmosferic în O ₃. Stratul de ozon blochează radiația solară ultravioletă, permițând viața pe uscat. Alte funcții atmosferice importante pentru viață includ transportul vaporilor de apă, furnizarea gazelor utile, provocarea arderii a meteoriților mici înainte de a lovi suprafața terestră și moderarea temperaturii. Acest ultim fenomen este cunoscut sub numele de efect de seră: urme de molecule în atmosferă servesc la captarea energiei termice emise de la sol, crescând astfel temperatura medie. Vaporii de apă, dioxidul de carbon, metanul, oxidul de azot și ozonul sunt principalele gaze cu efect de seră din atmosferă. Fără acest efect de reținere a căldurii, temperatura medie a suprafeței ar fi de -18 °C, spre deosebire de cea actuală de +15 °C, și viața pe Pământ probabil că nu ar exista în forma sa actuală.

Atmosfera Pământului nu are limite precise, dar devine din ce în ce mai rară și se estompează în spațiul cosmic. Aproximativ 75 % din masa atmosferei este cuprinsă în primii 11 km de la suprafața planetei, în stratul numit troposferă. Energia de la Soare încălzește acest strat și suprafața de dedesubt, determinând expansiunea aerului. Acest aer cu densitate mai mică crește apoi și este înlocuit cu un aer mai rece, cu densitate mai mare. Rezultatul este circulația atmosferică care controlează, prin redistribuirea energiei termice, atât clima, cât și vremea.

Principalele zone de circulație atmosferică sunt situate în zona ecuatorială sub 30° latitudine, prin acțiunea curenților vestici și la latitudini mijlocii, între 30° și 60°, prin vânturile de vest. Curenții oceanici reprezintă, de asemenea, un factor important care influențează clima, în special circulația termohalină, care redistribuie energia termică capturată din oceanele din zonele ecuatoriale până la cele din zonele polare.

Vaporii de apă generați prin evaporare sunt transportați prin modele circulare în atmosferă. Când condițiile atmosferice permit o creștere a aerului cald și umed, vaporii de apă se condensează și cad la suprafață ca precipitații. Cea mai mare parte a apei este apoi transportată la altitudini mai mici de sistemele fluviale și, de regulă, se întoarce în oceane sau se depune în lacuri. Acest ciclu al apei este un mecanism vital pentru susținerea vieții pe uscat și este un factor principal în erodarea, modelarea și transformarea suprafeței Pământului în diferitele perioade geologice. Cantitatea de precipitații variază considerabil de la o regiune la alta, în funcție de sezonul de referință, de latitudine și de geografia teritoriului, de la câțiva metri de apă pe an, până la mai puțin de un milimetru în zonele deșertului sau în zonele polare.

Cantitatea de energie solară care atinge suprafața Pământului scade cu creșterea latitudinii. La latitudini mai mari, lumina soarelui ajunge la suprafață în unghiuri inferioare și trebuie să treacă prin coloanele mai groase ale atmosferei. Ca rezultat, temperatura medie anuală a aerului la nivelul mării scade cu aproximativ 0,4 °C pe grad de latitudine față de ecuator. Suprafața Pământului poate fi subdivizată în benzi specifice latitudinale, cu o climă aproximativ omogenă. De la ecuator la regiunile polare, acestea sunt: tropice (sau ecuatoriale), subtropice, temperate și polare.

O altă clasificare climatică, sistemul de clasificare Köppen, împarte lumea în cinci zone vaste: zonă umedă tropicală, aridă de deșert, zonă umedă la latitudini medii, zonă climatică continentală și zona polară rece, care sunt apoi subdivizate în mai multe subtipuri mai specifice. Sistemul Köppen evaluează regiunile de pământ în funcție de temperatura și precipitațiile observate.

Cea mai mare temperatură înregistrată pe Pământ a fost de 54.0 °C (129.2 °F) și a fost înregistrată la data de 20 iunie 2013, atât în Valea Morții din California, cât și la Mitribah, Kuweit, la 21 iulie 2016. Cea mai scăzută temperatură înregistrată pe Pământ a fost de −89,2 °C (−128,6 °F; 184,0 K) și a fost măsurată la stația sovietică Vostok în Antarctica, la data de 21 iulie 1983, însă sateliții au folosit teledetecția pentru a măsura temperaturile de -94,7 °C (-138,5 °F) în Antarctica de Est. Aceste înregistrări de temperatură sunt doar măsurători realizate cu instrumente moderne începând cu secolul XX și probabil nu reflectă întreaga gamă de temperaturi de pe Pământ.

Formele de viață ale unei planete locuiesc în ecosisteme, al căror total formează biosfera. Biosfera este împărțită într-un număr de biomuri, locuite de o populație de floră și faună aproximativ asemănătoare. Pe uscat, biomurile sunt separate în primul rând prin diferențe de latitudine, înălțime deasupra nivelului mării și umiditate. Biomurile terestre care se află în cercurile arctic sau antarctic, la altitudini mari sau în zone extrem de aride sunt relativ lipsite de viață animală și vegetală; diversitatea speciilor atinge un apogeu în zonele joase, umede, la latitudini ecuatoriale. Estimările numărului de specii din prezent variază; majoritatea speciilor nu au fost descrise. Peste 99% din toate speciile care au trăit vreodată pe Pământ sunt extincte.

O planetă care poate susține viața este numită locuibilă, chiar dacă viața nu este prezentă acolo. Distanța Pământului față de Soare, precum și excentricitatea sa orbitală, rata de rotație, înclinarea axială, istoria geologică, atmosfera de susținere și câmpul magnetic, toate contribuie la condițiile climatice actuale de la suprafață. Pământul oferă apă lichidă - un mediu în care moleculele organice complexe se pot asambla și interacționa și energie suficientă pentru a susține metabolismul. Plantele pot prelua nutrienți din atmosferă, sol și apă. Acești nutrienți sunt reciclați în mod constant între diferite specii.

Vremea extremă, cum ar fi ciclonii tropicali (inclusiv uragane și taifunuri), are loc pe cea mai mare parte a suprafeței Pământului și are un impact mare asupra vieții din acele zone. Din 1980 până în 2000, aceste evenimente au provocat în medie 11.800 de decese umane pe an.

Multe locuri sunt supuse cutremurelor, alunecărilor de teren, tsunami-urilor, erupțiilor vulcanice, tornadelor, viscolului, inundațiilor, secetei, incendiilor și altor calamități și dezastre. Impactul uman este resimțit în multe zone din cauza poluării aerului și apei, ploilor acide, pierderii vegetației ( pășunat excesiv, defrișări, deșertificare), pierderii faunei sălbatice, dispariția speciilor, degradarea solului, epuizarea și eroziunea solului. Activitățile umane eliberează gaze cu efect de seră în atmosferă care provoacă încălzirea globală. Acest lucru provoacă schimbări, cum ar fi topirea ghețarilor și a straturilor de gheață, o creștere globală a nivelului mediu al mării, risc crescut de secetă și incendii și migrarea speciilor către zone mai reci.

Cartografia - studiul și elaborarea hărților - și geografia - studierea terenurilor, a trăsăturilor, a locuitorilor și a fenomenelor de pe Pământ - au fost din punct de vedere istoric disciplinele dedicate descrierii Pământului. Au fost dezvoltate topografia sau determinarea pozițiilor și a distanțelor și, navigația sau determinarea poziției și a direcției, care împreună cu cartografia și geografia, au furnizat informații necesare omului.

Populația umană a Pământului a ajuns la aproximativ șapte miliarde la 31 octombrie 2011. Prognozele indică faptul că populația umană a lumii va ajunge la 9,2 miliarde în 2050. Cea mai mare parte a creșterii este de așteptat să aibă loc în țările în curs de dezvoltare. Densitatea populației umane variază foarte mult în lume, dar cei mai mulți locuiesc în Asia. Până în 2020, se așteaptă ca 60 % din populația lumii să locuiască mai degrabă în zone urbane decât în zone rurale.

Se estimează că o optime din suprafața Pământului este potrivită pentru traiul oamenilor - trei sferturi din suprafața Pământului fiind acoperită de oceane, doar un sfert reprezentând uscatul. Jumătate din această suprafață este deșert (14 %), munți înalți (27 %), sau alte terenuri necorespunzătoare. Cea mai nordică așezare permanentă din lume este Alert, pe insula Ellesmere din Nunavut, Canada. (82°28′N). Cea mai sudică este Stația Amundsen-Scott din Antarctica, situată aproape exact la Polul Sud. (90°S)

În anul 2015 existau 193 de state suverane care sunt state membre ale Națiunilor Unite, plus două state observatoare și 72 de teritorii dependente și state cu o recunoaștere limitată. Pământul nu a avut niciodată un guvern suveran cu autoritate asupra întregului glob, deși unele state-națiune au încercat să domine lumea și au eșuat.

Organizația Națiunilor Unite este o organizație interguvernamentală mondială care a fost creată cu scopul de a interveni în litigiile dintre națiuni, evitând astfel conflictele armate. ONU servește în primul rând ca un forum pentru diplomația internațională și drept internațional. Atunci când consensul membrilor permite acest lucru, mecanismul de intervenție armată este permis.

Primul om care a ajuns pe orbita Pământului a fost Iuri Gagarin la 12 aprilie 1961. În total, aproximativ 487 de persoane au vizitat spațiul cosmic și au ajuns pe orbită pînă la 30 iulie 2010, iar dintre acestea, doisprezece au pășit pe Lună. În mod normal, singurele persoane din spațiu sunt cele de pe Stația Spațială Internațională. Echipajul stației, format din șase persoane, este de obicei înlocuit la fiecare șase luni. Cel mai îndepărtat punct de Terra unde oamenii au călătorit este situat la 400.171 km în timpul misiunii Apollo 13 în 1970.

Resurse naturale

Pământul are multe resurse naturale utile pentru omenire. Unele dintre acestea sunt definite ca resurse regenerabile, adică sunt reînnoite în mod natural sau de către om într-o perioadă scurtă scurtă de timp, sau sunt surse practic inepuizabile; ele corespund solurilor agricole, pășunilor, pădurilor și a așa-numitelor surse regenerabile sau energiei provenite de la soare, vânt, curenți de mare și maree. În schimb, alte resurse sunt definite ca fiind neregenerabile, atât pentru imposibilitatea de a se regenera, cât și pentru perioada îndelungată necesară pentru aceasta; acestea includ toate mineralele și combustibilii fosili.

Depozite mari de combustibili fosili sunt obținute din crusta Pământului și constau din cărbune, petrol și gaze naturale. Aceste depozite sunt folosite de oameni atât pentru producerea de energie, cât și ca materie primă pentru substanțe chimice. În interiorul crustei sunt și resursele minerale care s-au format printr-un proces de generare a minereului, care rezultă din acțiunile de magmatism, eroziune și tectonica plăcilor. Aceste resurse constituie surse concentrate pentru multe metale și alte elemente utile.

Biosfera Pământului produce multe produse biologice utile pentru oameni, inclusiv alimente, lemn, produse farmacologice, oxigen și reciclarea multor deșeuri organice. Ecosistemul terestru depinde de solul vegetal și apa proaspătă, iar ecosistemul oceanic depinde de nutrienții dizolvați aduși în apă de ploi și spălarea uscatului. În anul 2000, utilizarea solului a fost cea din tabelul alăturat.

Culturile umane au dezvoltat multe puncte de vedere asupra planetei.[207] Simbolul astronomic standard al Pământului constă într-o cruce circumscrisă de un cerc, ,[208] reprezentând cele patru colțuri ale lumii. Pământul este uneori personificat cu o zeitate, în special o zeiță. În multe culturi, zeița mamă este zeitatea primară a fertilității.[209] Aztecii numeau planeta Pământul Tonantzin - „mama noastră", la incași, Pământul era numit Pachamama - „mama pământ". Zeița chineză a Pământului Hou Tu [210] este similară cu Gaia, zeița greacă care personifică Pământul.[211] Pentru hinduși este numită Bhuma Devi, Zeița Pământului. Mitologia egipteană antică este diferită de cea a altor culturi, deoarece Pământul este o zeitate masculină, Geb, iar cerul este feminin, Nut. Mitul creației în multe religii implică crearea Pământului de către o zeitate sau zeități supranaturale.[209]

În trecutul antic existau diferite niveluri de credință într-un Pământ plat. Forma sferică a Pământului a fost sugerată de filosofii greci timpurii, o credință susținută de Pitagora și Parmenide. În Evul Mediu - așa cum demonstrează gânditori precum Toma de Aquino - credința europeană într-un Pământ sferic era larg răspândită. Pământul a fost în general considerat a fi centrul universului până în secolul al XVI-lea, când oamenii de știință au ajuns la concluzia că este un obiect în mișcare, comparabil cu celelalte planete din Sistemul Solar.

Se consideră că evoluțiile tehnologice din a doua jumătate a secolului XX au modificat percepția publicului asupra Pământului. Înainte de zborul spațial, imaginea populară a Pământului era a unei lumi verzi. Pământul a fost fotografiat pentru prima dată de satelitul Explorer 6 în 1959. Iuri Gagarin a devenit primul om care a văzut Pământul din spațiu în 1961. Echipajul a fost primul care a văzut un răsărit de Pământ de pe orbita lunară în 1968, iar fotografia astronautului William Anders, , a devenit legendară. În 1972, echipajul a produs The Blue Marble, o altă celebră fotografie a planetei Pământ din spațiul cislunar. Aceste imagini luate din spațiu cu Pământul au fost creditate cu modificarea modului în care oamenii priveau planeta pe care trăiau, subliniind frumusețea, unicitatea și fragilitatea aparentă a acesteia.

Abia în secolul al XIX-lea geologii și-au dat seama că vârsta Pământului era de cel puțin multe milioane de ani. Lordul Kelvin a folosit termodinamica pentru a estima vârsta Pământului între 20 și 400 de milioane de ani în 1864, declanșând o dezbatere puternică pe această temă; abia atunci când radioactivitatea și datarea radioactivă au fost descoperite la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea, a fost stabilit un mecanism de încredere pentru determinarea vârstei Pământului, dovedind că planeta are o vechime de miliarde de ani.

Din anii 1970, la 22 aprilie se sărbătorește Ziua Planetei Pământ.

1. ^ Variază local între 5 and 200 km.

2. ^ Variază local între 5 and 70 km.

3. ^ Afelionul este 103,4 % din distanța până la periheliu. Datorită legii pătratului invers, radiația la periheliu este în jur de 106,9 % energia la afeliu.

1. All astronomical quantities vary, both secularly and periodically. The quantities given are the values at the instant ^ J2000.0 of the secular variation, ignoring all periodic variations.

2. ^ aphelion = a × (1 + e); perihelion = a × (1 - e), where a is the semi-major axis and e is the eccentricity. The difference between Earth's perihelion and aphelion is 5 million kilometers.

3. ^ Simon, J.L.; Bretagnon, P.; Chapront, J.; Chapront-Touzé, M.; Francou, G.; Laskar, J. (februarie 1994). „Numerical expressions for precession formulae and mean elements for the Moon and planets". Astronomy and Astrophysics. 282 (2): 663-83. Bibcode:1994A&A...282..663S.

4. ^

5. ^

6. ^

7. ^ As of 4 January 2018, the United States Strategic Command tracked a total of 18,835 artificial objects, mostly debris. See: Anz-Meador, Phillip; Shoots, Debi, ed. (februarie 2018). „Satellite Box Score" (PDF). Orbital Debris Quarterly News. NASA. 22 (1): 12.

8. ^ World Geodetic System (WGS-84). Available online from National Geospatial-Intelligence Agency.

9. ^ International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS) Working Group (). „General Definitions and Numerical Standards" (PDF). În McCarthy, Dennis D.; Petit, Gérard. IERS Conventions (2003) (PDF). IERS Technical Note No. 32. Frankfurt am Main: Verlag des Bundesamts für Kartographie und Geodäsie. p. 12. ISBN 3-89888-884-3.

10. ^ Earth's circumference is almost exactly 40,000 km because the metre was calibrated on this measurement-more specifically, 1/10-millionth of the distance between the poles and the equator.

11. ^

12. ^

13. Due to natural fluctuations, ambiguities surrounding ice shelves, and mapping conventions for vertical datums, exact values for land and ocean coverage are not meaningful. Based on data from the Vector Map and ^ Global Landcover datasets, extreme values for coverage of lakes and streams are 0.6 % and 1.0 % of Earth's surface. The ice shields of Antarctica and Greenland are counted as land, even though much of the rock that supports them lies below sea level.

14. ^ Luzum, Brian; Capitaine, Nicole; Fienga, Agnès; Folkner, William; Fukushima, Toshio; et al. (august 2011). „The IAU 2009 system of astronomical constants: The report of the IAU working group on numerical standards for Fundamental Astronomy". Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy. 110 (4): 293-304. Bibcode:2011CeMDA.110..293L. doi:10.1007/s10569-011-9352-4.

15. ^ The international system of units (SI) (PDF) (ed. 2008). United States Department of Commerce, National Institute of Standards and Technology Special Publication 330. p. 52.

16. ^ „Age of the Earth". U.S. Geological Survey. . Arhivat din originalul de la .

17. ^

18. ^ Bell, Elizabeth A.; Boehnike, Patrick; Harrison, T. Mark; et al. (). „Potentially biogenic carbon preserved in a 4.1 billion-year-old zircon" (PDF). Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. Washington, D.C.: National Academy of Sciences. 112 (47): 14518-21. Bibcode:2015PNAS..11214518B. doi:10.1073/pnas.1517557112. ISSN 1091-6490. PMC 4664351  . PMID 26483481. Early edition, published online before print.

19. Ioan Oprea, Carmen-Gabriela Pamfil, Rodica Radu, Victoria Zăstroiu, ^ Noul dicționar universal al limbii române.

20. G. Guțu, ^ Dicționar latin - român

21. ^ Dicționar latin - romîn (1962)

22. ^ See:

23. ^ Canup, R. M.; Asphaug, E. (). An impact origin of the Earth-Moon system. American Geophysical Union, Fall Meeting 2001. Abstract #U51A-02. Bibcode:2001AGUFM.U51A..02C.

24. ^ Canup, R.; Asphaug, E. (). „Origin of the Moon in a giant impact near the end of the Earth's formation". Nature. 412 (6848): 708-12. Bibcode:2001Natur.412..708C. doi:10.1038/35089010. PMID 11507633.

25. ^ Piani, Laurette; Marrocchi, Yves; Rigaudier, Thomas; Vacher, Lionel G.; Thomassin, Dorian; Marty, Bernard (). „Earth's water may have been inherited from material similar to enstatite chondrite meteorites". Science (în engleză). 369 (6507): 1110-13. Bibcode:2020Sci...369.1110P. doi:10.1126/science.aba1948. ISSN 0036-8075.

26. ^ Guinan, E. F.; Ribas, I. Benjamin Montesinos, Alvaro Gimenez and Edward F. Guinan, ed. Our Changing Sun: The Role of Solar Nuclear Evolution and Magnetic Activity on Earth's Atmosphere and Climate. ASP Conference Proceedings: The Evolving Sun and its Influence on Planetary Environments. San Francisco: Astronomical Society of the Pacific. Bibcode:2002ASPC..269...85G. ISBN 1-58381-109-5.

27. ^ Harrison, T.; et al. (decembrie 2005). „Heterogeneous Hadean hafnium: evidence of continental crust at 4.4 to 4.5 ga". Science. 310 (5756): 1947-50. Bibcode:2005Sci...310.1947H. doi:10.1126/science.1117926  . PMID 16293721.

28. ^ Hurley, P. M.; Rand, J. R. (iunie 1969). „Pre-drift continental nuclei". Science. 164 (3885): 1229-42. Bibcode:1969Sci...164.1229H. doi:10.1126/science.164.3885.1229. PMID 17772560.

29. ^ Murphy, J. B.; Nance, R. D. (). „How do supercontinents assemble?". American Scientist. 92 (4): 324-33. doi:10.1511/2004.4.324.

30. ^ Doolittle, W. Ford; Worm, Boris (februarie 2000). „Uprooting the tree of life" (PDF). Scientific American. 282 (6): 90-95. Bibcode:2000SciAm.282b..90D. doi:10.1038/scientificamerican0200-90. PMID 10710791. Arhivat din original (PDF) la .

31. ^

32. ^ Ohtomo, Yoko; Kakegawa, Takeshi; Ishida, Akizumi; et al. (ianuarie 2014). „Evidence for biogenic graphite in early Archaean Isua metasedimentary rocks". Nature Geoscience. London: Nature Publishing Group. 7 (1): 25-28. Bibcode:2014NatGe...7...25O. doi:10.1038/ngeo2025. ISSN 1752-0894.

33. ^ Schopf, J. William; Kitajima, Kouki; Spicuzza, Michael J.; Kudryavtsev, Anatolly B.; Valley, John W. (). „SIMS analyses of the oldest known assemblage of microfossils document their taxon-correlated carbon isotope compositions". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115: 53. Bibcode:2018PNAS..115...53S. doi:10.1073/pnas.1718063115.

34. ^ Gould, Stephan J. (octombrie 1994). „The Evolution of Life on Earth". Scientific American. 271 (4): 84-91. Bibcode:1994SciAm.271d..84G. doi:10.1038/scientificamerican1094-84. PMID 7939569.

35. ^ Wilkinson, B. H.; McElroy, B. J. (). „The impact of humans on continental erosion and sedimentation". Bulletin of the Geological Society of America. 119 (1-2): 140-56. Bibcode:2007GSAB..119..140W. doi:10.1130/B25899.1.

36. ^

37. ^ Britt, Robert (). „Freeze, Fry or Dry: How Long Has the Earth Got?". Arhivat din original la .

38. ^

39. ^ Li, King-Fai; Pahlevan, Kaveh; Kirschvink, Joseph L.; Yung, Yuk L. (). „Atmospheric pressure as a natural climate regulator for a terrestrial planet with a biosphere" (PDF). Proceedings of the National Academy of Sciences. 106 (24): 9576-79. Bibcode:2009PNAS..106.9576L. doi:10.1073/pnas.0809436106. PMC 2701016  . PMID 19487662.

40. ^ Bounama, Christine; Franck, S.; Von Bloh, W. (). „The fate of Earth's ocean" (PDF). Hydrology and Earth System Sciences. Germany: Potsdam Institute for Climate Impact Research. 5 (4): 569-75. Bibcode:2001HESS....5..569B. doi:10.5194/hess-5-569-2001.

41. ^ Schröder, K.-P.; Connon Smith, Robert (). „Distant future of the Sun and Earth revisited". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 386 (1): 155-63. arXiv:0801.4031  . Bibcode:2008MNRAS.386..155S. doi:10.1111/j.1365-2966.2008.13022.x.
See also Palmer, Jason (). „Hope dims that Earth will survive Sun's death". NewScientist.com news service. Arhivat din original la .

42. ^

43. ^

44. ^ Acest articol conține text din Chisholm, Hugh, ed. (). „Petrology". Encyclopædia Britannica (ed. 11). Cambridge University Press., o publicație aparținând domeniului public.

45. ^ Tanimoto, Toshiro (). „Crustal Structure of the Earth" (PDF). În Thomas J. Ahrens. Global Earth Physics: A Handbook of Physical Constants. Washington, DC: American Geophysical Union. ISBN 0-87590-851-9. Arhivat din original (PDF) la .

46. ^

47. ^ „The Earth's Centre is 1000 Degrees Hotter than Previously Thought". The European Synchrotron (ESRF). . Arhivat din originalul de la .

48. ^ Alfè, D.; Gillan, M. J.; Vocadlo, L.; Brodholt, J.; Price, G. D. (). „The ab initio simulation of the Earth's core" (PDF). Philosophical Transactions of the Royal Society. 360 (1795): 1227-44. Bibcode:2002RSPTA.360.1227A. doi:10.1098/rsta.2002.0992.

49. ^ Vlaar, N; Vankeken, P.; Vandenberg, A. (). „Cooling of the Earth in the Archaean: Consequences of pressure-release melting in a hotter mantle" (PDF). Earth and Planetary Science Letters. 121 (1-2): 1-18. Bibcode:1994E&PSL.121....1V. doi:10.1016/0012-821X(94)90028-0. Arhivat din original (PDF) la .

50. ^ Pollack, Henry N.; Hurter, Suzanne J.; Johnson, Jeffrey R. (august 1993). „Heat flow from the Earth's interior: Analysis of the global data set". Reviews of Geophysics. 31 (3): 267-80. Bibcode:1993RvGeo..31..267P. doi:10.1029/93RG01249. Arhivat din original la .

51. Including the Somali Plate, which is being formed out of the African Plate. See: ^ Chorowicz, Jean (octombrie 2005). „The East African rift system". Journal of African Earth Sciences. 43 (1-3): 379-410. Bibcode:2005JAfES..43..379C. doi:10.1016/j.jafrearsci.2005.07.019.

52. ^ Hooke, Roger LeB.; Martín-Duque, José F.; Pedraza, Javier (decembrie 2012). „Land transformation by humans: A review" (PDF). GSA Today. 22 (12): 4-10. doi:10.1130/GSAT151A.1.

53. ^ Watts, A. B.; Daly, S. F. (mai 1981). „Long wavelength gravity and topography anomalies" (PDF). Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 9: 415-18. Bibcode:1981AREPS...9..415W. doi:10.1146/annurev.ea.09.050181.002215.

54. ^ McElroy, Michael B. (). „Ionosphere and magnetosphere". Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, Inc.

55. ^ McCarthy, Dennis D.; Hackman, Christine; Nelson, Robert A. (noiembrie 2008). „The Physical Basis of the Leap Second". The Astronomical Journal. 136 (5): 1906-08. Bibcode:2008AJ....136.1906M. doi:10.1088/0004-6256/136/5/1906.

56. The ultimate source of these figures, uses the term "seconds of UT1" instead of "seconds of mean solar time".-^ Aoki, S.; Kinoshita, H.; Guinot, B.; Kaplan, G. H.; McCarthy, D. D.; Seidelmann, P. K. (). „The new definition of universal time". Astronomy and Astrophysics. 105 (2): 359-61. Bibcode:1982A&A...105..359A.

57. ^ Burn, Chris (martie 1996). The Polar Night (PDF). The Aurora Research Institute.

58. ^

59. ^ Kang, Sarah M.; Seager, Richard. „Croll Revisited: Why is the Northern Hemisphere Warmer than the Southern Hemisphere?" (PDF). Columbia University. New York.

60. ^ Laskar, J.; et al. (). „A long-term numerical solution for the insolation quantities of the Earth". Astronomy and Astrophysics. 428 (1): 261-85. Bibcode:2004A&A...428..261L. doi:10.1051/0004-6361:20041335  .

61. ^ Murray, N.; Holman, M. (). „The role of chaotic resonances in the solar system". Nature. 410 (6830): 773-79. arXiv:astro-ph/0111602  . doi:10.1038/35071000. PMID 11298438.

62. ^ Christou, Apostolos A.; Asher, David J. (). „A long-lived horseshoe companion to the Earth". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 414 (4): 2965-2969. arXiv:1104.0036  . Bibcode:2011MNRAS.414.2965C. doi:10.1111/j.1365-2966.2011.18595.x. See table 2, p. 5.

63. ^ Connors, Martin; Wiegert, Paul; Veillet, Christian (). „Earth's Trojan asteroid". Nature. 475 (7357): 481-83. Bibcode:2011Natur.475..481C. doi:10.1038/nature10233. PMID 21796207.

64. ^ Charette, Matthew A.; Smith, Walter H. F. (iunie 2010). „The Volume of Earth's Ocean" (PDF). Oceanography. 23 (2): 112-14. doi:10.5670/oceanog.2010.51. Arhivat din original (PDF) la .

65. ^ Exline, Joseph D.; Levine, Arlene S.; Levine, Joel S. (). Meteorology: An Educator's Resource for Inquiry-Based Learning for Grades 5-9 (PDF). NASA/Langley Research Center. p. 6. NP-2006-08-97-LaRC.

66. Lide, David R. ^ Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, FL: CRC, 1996: 14-17

67. ^ Moran, Joseph M. (). „Weather". World Book Online Reference Center. NASA/World Book, Inc. Arhivat din original la .

68. ^

69. ^ http://www.dailymail.co.uk/news/article-3704601/The-hottest-day-recorded-Kuwait-temperature-soars-54C.html Daily Mail

70. ^ http://vancouversun.com/storyline/hot-stuff-54-c-could-be-hottest-temp-ever Vancouver Sun

71. ^

72. ^ „Interdependency between animal and plant species". BBC Bitesize. BBC. p. 3.

73. ^ Hillebrand, Helmut (). „On the Generality of the Latitudinal Gradient" (PDF). American Naturalist. 163 (2): 192-211. doi:10.1086/381004. PMID 14970922.

74. ^

75. ^ Novacek, Michael J. (). „Prehistory's Brilliant Future". The New York Times. Arhivat din original la .

76. ^ Singh, J. S.; Singh, S. P.; Gupta, S.R. (). Ecology environmental science and conservation (ed. First). New Delhi: S. Chand & Company. ISBN 978-93-83746-00-2. OCLC 896866658.

77. ^ Cook, John; Oreskes, Naomi; Doran, Peter T.; Anderegg, William R. L.; Verheggen, Bart; Maibach, Edward W.; Carlton, J. Stuart; Lewandowsky, Stephan; Skuce, Andrew G.; Green, Sarah A.; Nuccitelli, Dana (). „Consensus on consensus: a synthesis of consensus estimates on human-caused global warming". Environmental Research Letters (în engleză). 11 (4): 048002. Bibcode:2016ERL....11d8002C. doi:10.1088/1748-9326/11/4/048002  . ISSN 1748-9326.

78. ^

79. ^ Peel, M. C.; Finlayson, B. L.; McMahon, T. A. (). „Updated world map of the Köppen-Geiger climate classification". Hydrology and Earth System Sciences Discussions. 4 (2): 439-73. doi:10.5194/hessd-4-439-2007.

80. ^ „Reference Guide to the International Space Station". NASA. .

81. ^ Lambin, Eric F.; Meyfroidt, Patrick (). „Global land use change, economic globalization, and the looming land scarcity" (PDF). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. National Academy of Sciences. 108 (9): 3465-72. Bibcode:2011PNAS..108.3465L. doi:10.1073/pnas.1100480108. PMC 3048112  . PMID 21321211. See Table 1.

82. ^ Ramdohr, Paul (). The Ore Minerals and their Intergrowths. AKADEMIE-VERLAG GmbH. Elsevier Ltd. doi:10.1016/B978-0-08-011635-8.50004-8. ISBN 978-0-08-011635-8.

83. ^ Rona, Peter A. (). „Resources of the Sea Floor". Science. 299 (5607): 673-74. doi:10.1126/science.1080679. PMID 12560541.

84. ^ Stookey, Lorena Laura (). Thematic Guide to World Mythology. Westport, CN: Greenwood Press. pp. 114-15. ISBN 978-0-313-31505-3.

85. ^ Garwood, Christine (). Flat earth : the history of an infamous idea (ed. 1st). New York: Thomas Dunne Books. pp. 26-31. ISBN 978-0-312-38208-7. OCLC 184822945.

86. ^ Staff (octombrie 1998). „Explorers: Searching the Universe Forty Years Later" (PDF). NASA/Goddard.

G. B. Dalrymple, 1991, "The Age of the Earth", Stanford University Press, California.

A. Morbidelli și alții, 2000, "Source Regions and Time Scales for the Delivery of Water to Earth", Meteoritics & Planetary Science, vol. 35, no. 6, pp. 1309-1320.

W. Ford Doolitte, "Uprooting the Tree of Life", Scientific American, 2000.

L. V. Berkner, L. C. Marshall, 1965, "On the Origin and Rise of Oxygen Concentration in the Earth's Atmosphere", Journal of the Atmospheric Sciences, Vol. 22, No. 3, pp. 225-261

J.B. Murphy, R.D. Nance, "How do supercontinents assemble?", American Scentist, vol. 92, pp. 324-333

J.L. Kirschvink, 1992, "Late Proterozoic Low-Latitude Global Glaciation: The Snowball Earth", The Proterozoic Biosphere, pp 51-52

D. Raup & J. Sepkoski, 1982, "Mass extinctions in the marine fossil record", Science, vol. 215, pp. 1501-1503

Ioan Oprea, Carmen-Gabriela Pamfil, Rodica Radu, Victoria Zăstroiu, Noul dicționar universal al limbii române, Ediția a II-a, Editura Litera Internațional, București - Chișinău, 2007 ISBN 978-973-675-307-7

G. Guțu, Dicționar latin - român, Editura științifică și enciclopedică, București, 1983

Rodica Ocheșanu (Redactor principal), Liliana Macarie, Sorin Stati, N. Ștefănescu, Dicționar latin - romîn, Editura Științifică, București, 1962.

Martin Rees (coordonator), Universul, ghid vizual complet, Grupul Editorial RAO, București 2008 (Pământul, paginile 138-147) ISBN 978-973-717-319-5

# data[].attributes.attachment_link.description
Pământ The Blue Marble - fotografia Pământului făcută de pe Apollo 17 în 1972.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Sistemul solar

Planetele și planetele pitice din sistemul solar. Dimensiunile sunt la scară. Distanțele de la Soare nu sunt la scară.

Caracteristici generale

Vârstă

4,568 Ga

Localizare

Norul Interstelar Local, Bula Locală, Brațul Orion, Calea Lactee

Masă

1,9919x101,0014 ³⁰ kg
( M☉)

Cea mai apropiată stea

Proxima Centauri (4,22 al), sistemul Alpha Centauri (4,37 al)

Cel mai apropiat sistem planetar

Sistemul Alpha Centauri (4,37 al)

Sistem

Semiaxa mare a celei mai îndepărtate planete
(Neptun)

4,503 miliarde de km
(30,10 ua)

Stele

1: Soarele

Planete

8: Mercur, Venus, Pământ, Marte, Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun

Planete pitice

5 ( UAI): Ceres, Pluto, Haumea, Makemake și Eris; sute de candidați suplimentari[1]

Nr. sateliților naturali cunoscuți

≈ 420 (173 ai planetelor[2], 8 ai planetelor pitice și 240 de corpuri pitice[3])

Nr. planetelor minore catalogate

624.731 (16 iulie 2013)[4]
625.782 (13 septembrie 2013)[2]

622.545, dintre care 369.956 fiind numerotați (13 septembrie 2013)[2]

3.263, dintre care 364 fiind numerotate (15 aprilie 2014)[2]

Nr. sateliților sferici identificați

19

Orbita în jurul centrului galactic

Înclinarea planului invariabil în raport cu planul galactic

60,19°

Distanța de la centrul galaxiei

(27 000 ± 1 000) al

Viteză orbitală

220 km/s

Perioadă orbitală

225-250 Ma

Proprietățile stelei (stelelor)

Tip spectral

G2V

Distanța liniei de gheață

≈ 5 ua[5]

Distanța falezei Kuiper

≈ 50 ua

Distanța șocului terminal

≈ 75 - 90 ua

Distanța heliopauzei

≈ 120 ua

Raza sferei lui Hill

≈ 1-2 al

Sistemul solar (scris și Sistemul Solar) este format din Soare împreună cu sistemul său planetar (care cuprinde opt planete împreună cu sateliții lor naturali) și alte obiecte non-stelare.

În afară de cele opt planete, oamenii de știință au emis ipoteza existenței unei alte planete, denumită provizoriu A noua planetă. Această ipotetică planetă gigantă s-ar afla la marginea Sistemului Solar. Existența planetei ar explica configurarea orbitală neobișnuită a unui grup de obiecte transneptuniene (OTN). La 20 ianuarie 2016, cercetătorii Konstantin Batygin și Michael E. Brown de la Institutul de Tehnologie din California au anunțat că există dovezi suplimentare indirecte privind existența unei a noua planete dincolo de orbita planetei Neptun. Aceasta ar orbita în jurul Soarelui între 10.000 și 20.000 de ani. Conform studiului publicat în Astronomical Journal, „Planeta Nouă" ar avea o masă de aproximativ 10 ori mai mare decât Terra și s-ar afla la minim 200 UA.

Sistemul este situat într-unul dintre brațele exterioare ale galaxiei Calea Lactee (mai precis în Brațul Orion), galaxie care are cca. 200 de miliarde de stele.

El s-a format acum 4,6 miliarde de ani, ca urmare a colapsului gravitațional al unui gigant nor molecular. Cel mai masiv obiect este steaua centrală - Soarele, al doilea obiect ca masă fiind planeta Jupiter. Cele patru planete interioare mici, Mercur, Venus, Pământul și Marte, numite planete terestre / planete telurice, sunt compuse în principal din roci și metal. Cele patru planete exterioare, numite giganți gazoși, sunt mult mai masive decât cele telurice. Cele mai mari două planete, Jupiter și Saturn, sunt compuse în principal din hidrogen și heliu; cele două planete mai îndepărtate, Uranus și Neptun, sunt compuse în mare parte din substanțe cu o temperatură de topire relativ ridicată (comparativ cu hidrogenul și heliu), numite , cum ar fi apa, amoniacul și metanul. Ele sunt denumite „giganți de gheață" (termen distinct de cel de „gigant gazos"). Toate planetele au orbite aproape circulare dispuse într-un disc aproape plat numit plan ecliptic.

Sistemul solar prezintă câteva regiuni unde se află diferite obiecte mici. Centura de asteroizi, situată între Marte și Jupiter, este similară din punct de vedere al compoziției cu planetele terestre, deoarece o mare parte dintre obiecte sunt compuse din rocă și metal. Dincolo de orbita lui Neptun se află centura Kuiper și discul împrăștiat; multe dintre obiectele transneptuniene sunt în mare parte compuse din ghețuri. Printre aceste obiecte, de la câteva zeci până la mai mult de zece mii de obiecte pot fi suficient de mari pentru a fi fost rotunjite de propria gravitație. Astfel de obiecte sunt denumite planete pitice. Planetele pitice identificate până în prezent includ asteroidul Ceres și obiectele transneptuniene: Pluto, Eris, Haumea și Makemake. În plus, în aceste două regiuni se află diferite alte corpuri mici, cum ar fi comete, centauri și materie interplanetară. Șase planete, cel puțin trei planete pitice și multe alte corpuri mici au sateliți naturali care se rotesc în jurul lor. Fiecare planetă exterioară este înconjurată de inele planetare alcătuite din praf și alte obiecte mici.

Vântul solar (un flux de plasmă de la Soare) creează în mediul interstelar o bulă cunoscută ca heliosferă, care se extinde până la marginea discului împrăștiat. La limita sa exterioară se află Norul lui Oort, care reprezintă doar un câmp de resturi rămase după crearea planetelor, fiind considerat a fi sursa pentru cometele cu perioadă lungă. El se întinde până la o distanță aproximativ de o mie de ori mai mare decât heliosfera. Heliopauza este punctul în care presiunea vântului solar este egală cu presiunea opusă a vântului interstelar.

Descoperire și explorare

Timp de câteva mii de ani umanitatea, cu puține excepții, nu a recunoscut existența sistemului solar. Oamenii credeau că Pământul se află în centrul Universului și este cu totul diferit de celelalte obiecte divine și eterice care se mișcă pe cer. Deși filozoful grec Aristarh din Samos a speculat despre reorganizarea heliocentrică a cosmosului, Nicolaus Copernicus a fost primul astronom care a dezvoltat un sistem matematic heliocentric predictiv. Succesorii săi din secolul al XVII-lea ( Galileo Galilei, Johannes Kepler și Isaac Newton) au avut o înțelegere a fizicii care i-a condus la admiterea graduală a ideii că Pământul se rotește de fapt în jurul Soarelui și că celelalte planete sunt guvernate de aceleași legi ale fizicii care guvernează și Pământul. În plus, inventarea telescopului a condus la descoperirea unor planete și sateliți noi. În timpurile mai recente, îmbunătățiri ale telescoapelor și folosirea navelor spațiale fără echipaj au deschis drumul studierii fenomenelor geologice din sistemul solar (studiul munților și craterelor de impact) și a fenomenelor meteorologice sezoniere de pe unele planete (cum ar fi norii, furtunile de nisip și calotele de gheață).

Structură și compoziție

Componentul principal al sistemului solar este Soarele, o stea de tip G2 din secvența principală ce conține 99,86% din masa cunoscută a sistemului și îl domină din punct de vedere gravitațional. Cele mai mari patru corpuri ce orbitează în jurul Soarelui, giganții gazoși, constituie circa 99% din masa rămasă, Jupiter și Saturn deținând împreună mai mult de 90%.

Majoritatea obiectelor mari care orbitează în jurul Soarelui se află în apropierea planului orbitei Pământului, cunoscut și ca ecliptică. Orbitele planetelor sunt foarte apropiate de ecliptică în timp ce orbitele cometelor și ale obiectelor din centura Kuiper au adesea unghiuri de intersecție cu ecliptica destul de mari. Toate planetele și majoritatea celorlalte obiecte orbitează în jurul Soarelui în aceeași direcție în care se rotește acesta (în sens invers acelor de ceasornic, privit de deasupra polului nordic solar). Există excepții, cum ar fi cometa Halley.

Structura generală a regiunilor cartografiate ale sistemului solar constă din: steaua centrală - Soarele, patru planete interioare relativ mici înconjurate de o centură de asteroizi din rocă și, alți patru giganți de gaz - înconjurați la rândul lor de centura Kuiper și alte obiecte înghețate. Sistemul Solar interior include primele patru planete terestre și centura de asteroizi. Sistemul solar exterior se află dincolo de centura de asteroizi, incluzând cei patru giganți gazoși (cunoscuți și ca planete joviene). După descoperirea centurii Kuiper, zonele mărginașe ale sistemului solar sunt considerate a fi o regiune distinctă, aflată dincolo de orbita planetei Neptun.

Majoritatea planetelor din sistemul solar posedă un sistem secundar propriu, fiind orbitate de obiecte planetare denumite sateliți naturali, sau luni (dintre care două sunt mai mari decât planeta Mercur) sau, în cazul giganților gazoși, de către inele planetare (benzi subțiri de particule mici care gravitează în jurul planetei la unison). Majoritatea celor mai mari sateliți naturali se află în rotație sincronă cu perioada lor de revoluție, una dintre fețele lor fiind totdeauna îndreptată către planeta orbitată.

Legile lui Kepler cu privire la mișcarea planetară descriu orbitele obiectelor din jurul Soarelui. Urmând legile lui Kepler, fiecare dintre aceste obiecte se mișcă de-a lungul unei elipse, într-unul dintre focarele acesteia aflându-se Soarele. Obiectele mai apropiate de Soare (cu o semiaxă majoră mai mică) se deplasează mai repede, fiind influențate mai puternic de către gravitația Soarelui. Pe o orbită eliptică, distanța unui corp față de Soare variază de-a lungul perioadei sale de revoluție (denumită „an"). Cel mai apropiat punct față de Soare de pe orbita unui obiect este numit , în timp ce punctul cel mai îndepărtat se numește . Orbitele planetelor sunt aproape circulare, dar multe comete, asteroizi și obiecte din cadrul centurii Kuiper au orbite foarte eliptice. Pozițiile corpurilor în sistemul solar pot fi prezise folosindu-se modele numerice.

Deși Soarele domină sistemul prin masa sa, el măsoară doar 2% din momentul cinetic, datorat rotației diferențiale din interiorul Soarelui gazos. Planetele, dominate de Jupiter, măsoară cea mai mare parte din restul momentului cinetic datorat combinației dintre masele, orbitele și distanțele lor față de Soare, cometele având cel mai probabil și ele o contribuție semnificativă la total.

Datorită distanțelor vaste implicate, multe reprezentări ale sistemului solar arată orbitele la aceeași depărtare. În realitate cu cât o planetă sau o centură este mai departe de Soare, cu atât distanța dintre ea și orbita precedentă este mai mare, existând totuși și unele excepții. De exemplu, Venus se află la aproximativ 0,33 unități astronomice (UA) mai departe de Soare decât Mercur, în timp ce Saturn se află la 4,3 UA depărtare de Jupiter, iar Neptun la 10,5 UA de Uranus. Au fost făcute încercări pentru a determina relația dintre aceste distanțe orbitale (de exemplu, legea Titius-Bode), dar nu a fost acceptată nicio teorie de acest fel.

Soarele - ce cuprinde aproape toată materia din sistemul solar - este compus în proporție de aproximativ 98% din hidrogen și heliu. Jupiter și Saturn, care cuprind aproape întreaga materie rămasă, au în compoziția atmosferei circa 98% din aceleași elemente. Există un gradient al compoziției în sistemul solar, determinat de căldura și presiunea de radiație a luminii care provin de la Soare; obiectele care sunt mai aproapiate de Soare, sunt mult mai afectate de căldură și presiunea luminii, fiind compuse din elemente cu temperaturi de topire ridicate. Obiectele care sunt mai depărtate de Soare sunt compuse în mare parte din materiale cu temperaturi de topire mai mici. Granița din sistemul solar, dincolo de care aceste substanțe volatile se pot condensa este cunoscută sub numele de linia de îngheț și se află la aproximativ 5 UA de la Soare.

Obiectele din sistemul solar interior sunt compuse în mare parte din roci, materiale ce conțin compuși cu puncte de topire ridicate cum sunt silicații, fierul sau nichelul, care au rămas în stare solidă în aproape toate condițiile din nebuloasa protoplanetară. Jupiter și Saturn sunt compuși în mare parte din gaze, materiale cu puncte de topire extrem de scăzute și presiunea de vapori mare, cum ar fi hidrogenul molecular, heliul și neonul, care s-au aflat întotdeauna în fază gazoasă în nebuloasa inițială. Ghețurile, ca apa înghețată, metanul, amoniacul, hidrogenul sulfurat și dioxidul de carbon, au puncte de topire de până la câteva sute de grade kelvin, în timp ce stările lor depind de presiunea și temperatura ambiante. Ele pot fi găsite sub formă de gheață, lichide sau gaze, în diferite locuri din sistemul solar, în timp ce în nebuloasa inițială ele erau fie în stare solidă, fie în stare gazoasă. Substanțe înghețate se găsesc în compoziția majorității sateliților planetelor gigante, precum și în cea a planetelor Uranus și Neptun (așa-numiții giganți de gheață) și în numeroase obiecte mici care se află dincolo de orbita lui Neptun. Împreună, gazele și ghețurile sunt cunoscute și ca volatile.

Un număr de modele ale sistemului solar de pe Pământ au încercat să redea la scară relativă obiectele sistemului solar, dar în mediul antropic. Unele astfel de modele sunt mecanice - cunoscute și ca planetarii - în timp ce altele se pot extinde de-a lungul mai multor orașe sau regiuni. Cel mai mare model la scară, Sistemul Solar Suedez, folosește arena Ericsson Globe de 110 metri amplasată în Stockholm drept Soare și, respectând scara, un Jupiter de 7,5 metri la Aeroportul Internațional Arlanda, de la 40 km depărtare, în timp ce cel mai depărtat obiect, Sedna, este o sferă de 10 cm din Luleå, de la 912 km depărtare.

Geneză și evoluție

Sistemul solar s-a format acum 4,568 miliarde de ani, în urma colapsului gravitațional al unei regiuni din cadrul unui vast nor molecular. Acest nor inițial avea un diametru de mai mulți ani-lumină și a dat naștere, probabil, mai multor stele. La fel ca și majoritatea norilor moleculari, acesta era constituit, în principal, din hidrogen, mai puțin heliu și cantități mici de elemente mai grele formate în generațiile anterioare de stele. Când regiunea care avea să devină sistemul solar, denumită și nebuloasă pre-solară, a suferit un colaps, conservarea momentului cinetic a determinat-o să se rotească mai repede. Centrul, unde s-a concentrat cea mai mare parte a masei, a devenit din ce în ce mai fierbinte în raport cu discul din jur. Nebuloasa în contracție, rotindu-se tot mai repede, a început să se aplatizeze și a luat forma unui disc protoplanetar cu un diametru de aproximativ 200 UA, având o protostea fierbinte și densă în centru. Protoplanetele formate în urma acreției din acest disc de praf și gaz interacționau gravitațional, formând - prin contopire - corpuri din ce în ce mai mari. Sute de protoplanete au putut exista în sistemul solar timpuriu, dar acestea fie au fuzionat, fie au fost distruse, formând planete și planete pitice, iar resturile devenind obiecte minore.

Din cauza punctului lor de fierbere foarte mare, numai metalele și silicații au putut rezista în sistemul solar interior fierbinte, aproape de Soare, iar acestea au format planetele de rocă Mercur, Venus, Terra și Marte. Deoarece elementele metalice constituiau doar o fracțiune foarte mică din nebuloasa solară, planetele terestre nu au putut deveni foarte mari. Giganții gazoși (Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun) s-au format mai departe de Soare, dincolo de linia de îngheț: punctul dintre orbita lui Marte și a lui Jupiter începând de la care materia este suficient de rece pentru a permite compușilor volatili să rămână solizi. Ghețurile care formau aceste planete au fost mai numeroase decât metalele și silicații, care formau planetele terestre interioare, permițându-le să devină destul de masive pentru a capta atmosfere mari de hidrogen și heliu, elementele cele mai ușoare și mai abundente. Resturile care nu au devenit planete s-au concentrat în regiuni ca centura de asteroizi, centura Kuiper și norul lui Oort. Modelul de la Nisa este o explicație a creării acestor regiuni, precum și a modului în care planetele exterioare s-au putut forma în poziții diferite și au migrat, ajungând să aibă orbitele lor actuale prin diverse interacțiuni gravitaționale.

După 50 de milioane de ani, presiunea și densitatea hidrogenului din centrul protostelei au devenit suficient de mari pentru ca să înceapă fuziunea termonucleară. Temperatura, viteza de reacție, presiunea, precum și densitatea au crescut până când a fost atins echilibrul hidrostatic: presiunea termică a egalat forța gravitațională. În acel moment, Soarele a devenit o stea din secvența principală de stele. Vântul solar a creat heliosfera și a măturat gazul și praful rămase din discul protoplanetar în spațiul interstelar, punând capăt procesului de formare a planetelor.

Sistemul solar va rămâne aproximativ așa cum îl știm astăzi până când hidrogenul din nucleul Soarelui va fi complet transformat în heliu, eveniment ce va avea loc peste 5,4 miliarde de ani. Acest lucru va pune sfârșit perioadei principale de viață a Soarelui. În acel moment, nucleul Soarelui va suferi un colaps, iar energia produsă va fi mult mai mare decât în prezent. Straturile exterioare ale Soarelui se vor extinde, diametrul ajungând de circa 260 de ori mai mare decât în momentul actual și Soarele va deveni o gigantă roșie. Din cauza faptului că suprafața sa va crește foarte mult, ea va fi considerabil mai rece decât va fi fost în perioada principală a vieții lui (cu maximum 2600 K). În urma măririi Soarelui, Mercur și Venus se vor vaporiza iar planeta Pământ va deveni nelocuibilă, zona locuibilă mutându-se la orbita lui Marte. În cele din urmă, nucleul nu va mai fi suficient de fierbinte pentru fuziunea heliului; Soarele va arde heliul pentru o fracțiune a timpului în care a ars hidrogenul din nucleu. Soarele nu este destul de masiv pentru a începe fuziunea elementelor mai grele, și reacțiile nucleare din nucleu vor scădea. Straturile sale exterioare vor fi ejectate în spațiu, lăsând în urmă o pitică albă, un obiect extraordinar de dens, având jumătate din masa inițială a Soarelui (de mărimea Pământului). Straturile exterioare ejectate vor forma ceea ce este cunoscut sub numele de nebuloasă planetară, împrăștiind în mediul interstelar unele din materialele din care s-a format Soarele, dar și elemente mai grele, cum ar fi carbonul, create în Soare.

Soarele este steaua sistemului solar și de departe cel mai important component al acestuia. Masa sa mare (egală cu 332.900 de mase terestre) produce în nucleul său temperaturi și densități suficient de ridicate ca să susțină fuziunea nucleară, care eliberează o cantitate enormă de energie, din care cea mai mare parte radiază în restul sistemului sub formă de radiații electromagnetice, cu vârful situat în spectrul de 400-700 nm al luminii vizibile.

Soarele este clasificat ca fiind o pitică galbenă de tipul G2, dar acest nume poate induce în eroare, din moment ce comparativ cu majoritatea stelelor din galaxia noastră, Soarele este mai mare și mai luminos. Stelele sunt clasificate cu ajutorul diagramei Hertzsprung-Russell, o diagramă care reprezintă grafic luminozitatea stelelor împreună cu temperatura de la suprafața lor. În general, stelele mai fierbinți sunt mai luminoase. Stelele care satisfac această relație sunt denumite stele din secvența principală, iar Soarele se află chiar în mijlocul acestei secvențe. Totuși, stelele mai luminoase și mai fierbinți decât Soarele sunt rare, în timp ce stelele cu mult mai fade și mai reci, cunoscute și ca pitice roșii, sunt comune, reprezentând 85% din totalul stelelor din galaxie.

Unele dovezi sugerează că poziția Soarelui în secvența principală poate înseamna că acesta se află la mijlocul ciclului de viață al unei stele, pentru că nu și-a consumat încă rezerva de hidrogen folosit pentru fuziunea nucleară. Soarele devine tot mai luminos; mai devreme în evoluția sa, luminozitatea era doar 70% din cea actuală.

Soarele face parte din populația I de stele; a luat naștere în faza târzie a evoluției universului și astfel conține mai multe elemente mai grele decât hidrogenul și heliul (numite „ metale", în context astronomic) decât stelele mai vechi ce fac parte din populația a II-a. Elementele chimice mai grele decât hidrogenul și heliul s-au format în nucleele stelelor vechi care au explodat, așadar prima generație de stele a trebuit să dispară pentru ca universul să se poată îmbogăți cu aceste elemente. Stelele mai vechi conțin mai puține metale, în timp ce stelele născute mai târziu conțin mai multe. Se crede că acest conținut mai bogat în metale a fost crucial pentru ca Soarele să dezvolte un sistem planetar, deoarece planetele se formează prin acreția „metalelor".

Mediul interplanetar

Împreună cu lumina, Soarele radiază un flux continuu de particule încărcate ( plasmă) cunoscute ca vânt solar. Acest flux de particule se răspândește spre exterior, cu o viteză de aproximativ 1,5 milioane de kilometri pe oră, creând o atmosferă fragilă (heliosfera) care pătrunde în sistemul solar până la cel puțin 100 UA (vezi heliopauză). Această materie extrem de rarefiată este cunoscută sub numele de mediu interplanetar. Activitatea de pe suprafața Soarelui, cum ar fi erupțiile solare și ejecția masei coronale, perturbă heliosfera, generând vremea cosmică și cauzând furtuni geomagnetice. Cea mai mare structură din cadrul heliosferei este stratul de curent heliosferic, în formă de spirală, creat de acțiunea câmpului magnetic rotativ al Soarelui asupra mediului interplanetar.

Câmpul magnetic al Pământului împiedică atmosfera sa de a fi deposedată de vântul solar. Venus și Marte nu au câmp magnetic și ca rezultat, vântul solar face ca atmosferele lor să se împrăștie treptat în spațiu. Ejecțiile masei coronale și alte fenomene similare aruncă în spațiu un câmp magnetic și cantități imense de materie de pe suprafața Soarelui. Interacțiunea acestui câmp magnetic și a materialelor cu câmpul magnetic al Pământului provoacă apariția de particule încărcate în atmosfera superioară a Pământului, unde interacțiunea lor creează aurorele observabile în apropierea polilor magnetici.

Radiațiile cosmice provin din afara sistemului solar. Heliosfera și câmpurile magnetice planetare (pentru planetele care le au) apără parțial sistemul solar de particulele interstelare cu înaltă energie care formează razele cosmice. Densitatea razelor cosmice în mediul interstelar și puterea câmpului magnetic al Soarelui se schimbă în perioade lungi de timp, astfel încât nivelul de penetrare a radiațiilor cosmice în sistemul solar variază, deși este necunoscut cât de mult.

Mediul interplanetar conține cel puțin două regiuni în formă de disc alcătuite din praf cosmic. Prima, norul de praf zodiacal, se află în sistemul solar interior și cauzează lumina zodiacală. Probabil ea s-a format în urma coliziunilor din centura de asteroizi provocate de interacțiunea cu planetele. Cea de-a doua se întinde de la aproximativ 10 UA până la aproximativ 40 UA și a fost creată, probabil, de coliziuni similare din cadrul centurii Kuiper.

Sistemul solar interior

Sistemul solar interior este numele tradițional pentru regiunea care cuprinde planetele terestre și asteroizii. Obiectele din această regiune sunt compuse în mare parte din silicați și metale, fiind relativ aproape de Soare; raza întregii regiuni este mai mică decât distanța dintre orbitele lui Jupiter și Saturn.

Planete interioare

Cele patru planete interioare sau telurice / terestre au o compoziție densă, de roci, cu puțini sau chiar fără sateliți și fără sisteme de inele. Ele sunt compuse în mare parte din minerale refractare, cum ar fi silicații, care formează scoarțele și mantalele planetelor, și metale ca fierul și nichelul, care formează nucleele planetare. Trei din cele patru planete interioare (Venus, Terra și Marte) au o atmosferă destul de densă pentru a genera vremea; toate au cratere de impact și caracteristici tectonice de suprafață, cum ar fi rifturi și vulcani. Termenul de „planetă interioară" nu trebuie confundat cu termenul de „ planetă inferioară ", care desemnează planetele mai apropiate de Soare decât Pământul (adică Mercur și Venus).

Mercur (0,4 UA de la Soare) este cea mai apropiată planetă de Soare și cea mai mică planetă din sistemul solar (0,055 mase terestre). Mercur nu are niciun satelit natural, iar singurele caracteristici geologice cunoscute, în afara craterelor de impact, sunt crestăturile din scoarță, care cel mai probabil se datorează unei perioade timpurii de contracție din trecutul său. Atmosfera planetei Mercur este aproape neobservabilă și este formată din atomi desprinși de pe suprafața sa de către vântul solar. Apariția nucleului său de fier relativ mare și mantaua subțire nu au fost încă suficient explicate. Ipotezele includ faptul că straturile exterioare au fost dezagregate în urma impactului cu un obiect gigantic și că acreția completă a fost împiedicată de energia Soarelui tânăr.

Planeta Venus (0,7 UA de la Soare) este asemănătoare ca mărime cu Pământul (0,815 mase terestre) și, la fel ca și Terra, are o manta subțire de silicat deasupra unui nucleu de fier, o atmosferă substanțială și indicii ale unei activități geologice interne. Totuși, planeta este mult mai uscată decât Pământul iar atmosfera sa este de nouăzeci de ori mai densă. Venus nu are niciun satelit natural. Este cea mai fierbinte planetă, temperaturile de la suprafață depășind 400 °C, cel mai probabil din cauza cantității de gaze cu efect de seră din atmosferă. Nu a fost detectată nici o dovadă definitivă a unei activități geologice la momentul actual pe Venus, dar planeta nu are un câmp magnetic care să prevină epuizarea atmosferei sale substanțiale, ceea ce sugerează că aceasta este încontinuu alimentată de către erupțiile vulcanice.

Pământul (de asemena și Terra; 1 UA de la Soare) este cea mai mare și cea mai densă planetă interioară, singura despre care se cunoaște la momentul actual că este geologic activă și singurul loc din sistemul solar unde se cunoaște că există viață. Hidrosfera sa lichidă este unică printre planetele terestre, iar Terra este singura planetă unde au fost observate plăci tectonice. Atmosfera Pământului diferă radical față de cea a altor planete, fiind shimbată de prezența vieții și conținând aproximativ 21% de oxigen liber. Planeta Pământ are doar un satelit natural, Luna, care este singurul satelit mare al unei planete terestre din sistemul solar.

Marte (1,52 UA de la Soare) este mai mic decât Terra și Venus (are 0,107 mase terestre). Planeta posedă o atmosferă formată în mare parte din dioxid de carbon, cu o presiune la suprafață de 6,1 milibari (aproximativ 0,6% din presiunea atmosferică de la suprafața Pământului). Suprafața sa, brăzdată de vulcani vaști ca Olympus Mons și rifturi cum ar fi Valles Marineris, reprezintă o dovadă a activităților geologice care au persistat până relativ recent, cu două milioane de ani în urmă. Culoarea sa roșiatică provine de la oxizii de fier (rugină) din sol. Marte are doi sateliți naturali foarte mici ( Deimos și Phobos) despre care se crede că au fost asteroizi capturați de gravitația planetei.

Centura de asteroizi

Asteroizii sunt obiecte mici din sistemul solar, compuse în mare parte din roci refractare și minerale metalice, la care se mai adăugă gheața.

Centura de asteroizi se află între planetele Marte și Jupiter, la o distanță cuprinsă între 2,3 și 3,3 UA de la Soare. Se crede ea e alcătuită din resturile rămase în urma formării sistemului solar, care nu au reușit să se unească din cauza interferenței gravitaționale a lui Jupiter.

Mărimea asteroizilor variază de la câteva sute de kilometri până la mărimi microscopice. Toți asteroizii, cu excepția celui mai mare, Ceres, sunt clasificați ca obiecte mici ale sistemului solar.

Centura de asteroizi conține zeci de mii, posibil milioane, de obiecte ce au un diametru mai mare de un kilometru. Cu toate acestea, masa totală a centurii de asteroizi măsoară în jur de o miime din masa terestră. În centura de asteroizi, obiectele sunt foarte rarefiate; navele spațiale au trecut cu ușurință prin aceasta fără niciun incident. Asteroizii cu diametre între 10 și 10 −4 metri sunt denumiți meteoroizi.

Ceres (2,77 UA de la Soare) este cel mai mare asteroid, o protoplanetă și o planetă pitică. Are un diametru puțin mai mic de 1000 km și o masă destul de mare pentru ca propria gravitație să-i confere o formă sferică. Când a fost descoperită în secolul al XIX-lea, Ceres a fost considerată o planetă, dar a fost reclasificată ca asteroid în anii 1850, când observațiile mai ample au dezvăluit existența altor asteroizi asemănători. În anul 2006 a fost clasificată ca planetă pitică.

Grupuri de asteroizi

Asteroizii din centura de asteroizi sunt divizați în grupuri de asteroizi și familii de asteroizi, în funcție de caracteristicile orbitale pe care le au. Sateliții asteroidali sunt asteroizii care orbitează în jurul unor asteroizi mai mari. Ei nu sunt distinși atât de clar ca și sateliții planetari, câteodată fiind la fel de mari ca și asteroidul în jurul căruia gravitează. Centura de asteroizi conține de asemenea și comete de centură principală, care se poate să fi fost sursa de apă a Pământului.

Troienii lui Jupiter sunt localizați în punctele Lagrange L₄ sau L₅ ale lui Jupiter (regiuni stabile din punct de vedere gravitațional care precedă sau urmează planeta pe orbita sa); termenul de este folosit de asemenea pentru a desemna corpuri mici din orice punct Lagrange al unei planete sau unui satelit. Asteroizii din familia Hilda sunt într-o rezonanță de 2:3 cu planeta Jupiter; aceasta înseamnă că ei orbitează în jurul Soarelui de trei ori la fiecare două orbitări ale lui Jupiter.

În sistemul solar interior există de asemenea asteroizi hoinari, mulți dintre ei traversând orbitele planetelor interioare.

Sistemul solar exterior

Regiunea exterioară a sistemului solar este locul unde se află giganții gazoși și sateliții lor. Multe comete cu perioadă scurtă, inclusiv centaurii, orbitează de asemenea în această regiune. Din cauza distanței foarte mari de la Soare, obiectele solide din sistemul solar exterior conțin o proporție mai mare de substanțe volatile cum ar fi apa, amoniacul și metanul, decât planetele de roci din sistemul solar interior, deoarece temperaturile mai reci permit menținerea acestor compuși în stare solidă.

Planetele exterioare

Cele patru planete exterioare sau giganții gazoși (uneori numite planete joviene), dețin împreună 99% din masa care orbitează în jurul Soarelui. Jupiter și Saturn au, fiecare, o masă de zeci de ori mai mare decât cea a Pământului și sunt formate preponderent din hidrogen și heliu; Uranus și Neptun sunt mai puțin masive (având sub 20 de mase terestre) și sunt compuși mai mult din ghețuri. Din această cauză, mulți astronomi cred că ei fac parte dintr-o categorie aparte, „giganții de gheață". Toți cei patru giganți gazoși au inele, deși doar sistemul de inele al lui Saturn este ușor de observat de pe Pământ. Termenul de planetă exterioară nu trebuie confundat cu cel de planetă superioară, care desemnează planete din afara orbitei Pământului și include, astfel, atât planetele exterioare cât și pe Marte.

Jupiter (5,2 UA), cu o masă de 318 ori mai mare ca cea a Pământului, este de 2,5 mai masiv decât toate celelalte planete din sistemul solar laolaltă. El este compus în mare parte din hidrogen și heliu. Căldura sa internă destul de mare creează un număr de caracteristici semi-permanente ale atmosferei sale, cum ar fi benzile de nori și Marea Pată Roșie.

Jupiter are 67 de sateliți cunoscuți. Cei mai mari patru sateliți, Ganymede, Callisto, Io și Europa prezintă similarități cu planetele terestre, cum ar fi vulcanismul și încălzirea internă. Ganymede, cel mai mare satelit din sistemul solar, este mai mare decât planeta Mercur.

Saturn (9,5 UA), care se distinge prin sistemul său de inele ușor de observat de pe Pământ, este asemănător cu Jupiter din punctul de vedere al compoziției atmosferice și al magnetosferei. Deși Saturn are 60% ​​din volumul lui Jupiter, el are mai puțin de o treime din masa acestuia (95 de mese terestre), fiind cea mai puțin densă planetă din sistemul solar. Inelele lui Saturn sunt alcătuite din particule mici de rocă și gheață.

Saturn are 62 de sateliți confirmați; doi dintre ei, Titan și Enceladus, poartă semne de activitate geologică, deși aceștia sunt în mare parte alcătuiți din gheață (criovulcani). Titan, al doilea satelit ca mărime din sistemul solar, este mai mare decât Mercur și singurul satelit din sistemul solar care posedă o atmosferă substanțială.

Uranus (19,6 UA), de 14 ori mai masiv ca Pământul, are masa cea mai mică dintre toate planetele exterioare. Este singura planetă care orbitează în jurul Soarelui înclinată „pe o parte"; înclinația axei de rotație este de peste nouăzeci de grade față de normala la ecliptică. Planeta are un nucleu mult mai rece decât ceilalți giganți gazoși și cantitatea de căldură radiată în spațiu este foarte mică.

Uranus are 27 de sateliți cunoscuți, cei mai mari fiind Titania, Oberon, Umbriel, Ariel și Miranda.

Neptun (30 UA), deși este puțin mai mic decât Uranus, este mult mai masiv (aproximativ 17 mase terestre) și prin urmare, mult mai dens. El radiază mai multă căldură internă, dar nu la fel de multă ca Jupiter sau Saturn.

Neptun are 13 sateliți cunoscuți. Cel mai mare, Triton, este geologic activ, având probabil gheizere de azot lichid. Triton este singurul satelit mare cu o orbită retrogradă. Neptun este însoțit pe orbita sa de o mulțime de planete minore, numite troienii lui Neptun, care au o rezonanță orbitală de 1:1 cu el.

Centaurii sunt obiecte de gheață asemănătoare cometelor, cu o semiaxă mare mai mare decât cea al lui Jupiter (5,5 UA) și mai mică decât cea a lui Neptun (30 UA). Cel mai mare centaur cunoscut, 10199 Chariklo, are un diametru de aproximativ 250 km. Primul centaur descoperit, 2060 Chiron, a fost, de asemenea, clasificat drept cometă (95P) deoarece acesta dezvoltă o coadă ca și cometele, atunci când se apropie de Soare.

Cometele sunt obiecte mici din sistemul solar, de obicei cu dimensiuni de doar câțiva kilometri, compuse în mare parte din gheață volatilă. Au orbite puternic excentrice și în general periheliul lor se află între orbitele planetelor interioare iar afeliul, la mare distanță dincolo de planeta pitică Pluto. Când o cometă intră în sistemul solar interior, apropierea sa de Soare cauzează sublimarea și ionizarea suprafeței sale înghețate, creându-se astfel o coamă, urmată de o coadă lungă de gaz și praf care este adesea vizibilă cu ochiul liber.

Cometele de perioadă scurtă au perioada orbitală mai scurtă de două sute de ani, iar cele de perioadă lungă au perioade orbitale de ordinul miilor de ani. Se crede că cometele de perioadă scurtă își au originea în centura Kuiper, în timp ce cele de perioadă lungă (cum ar fi Hale-Bopp), în norul lui Oort. Multe grupuri de comete, ca Kreutz Sungrazers, s-au format prin fragmentarea unei comete-părinte. Unele comete cu orbite hiperbolice pot să provină din afara sistemului solar, dar determinarea precisă a orbitelor lor este dificilă. Cometele bătrâne, care și-au consumat mare parte a materialului volatil datorită încălzirii solare, sunt categorizate de obicei ca asteroizi.

Regiunea transneptuniană

Zona de dincolo de Neptun sau „regiunea transneptuniană" este în mare parte neexplorată. Ea conține o mulțime de lumi mici (cea mai mare având un diametru de doar o cincime din cel al Pământului și o masă mult mai mică decât cea a Lunii), compuse în principal din roci și gheață. Această regiune este uneori cunoscută sub numele de „sistemul solar exterior", deși alții folosesc acest termen pentru a desemna regiunea de dincolo de centura de asteroizi. În literatura astronomică internațională, corpurile cerești situate în regiunea transneptuniană sunt abreviate, de obicei, ca TNO ( Trans-Neptunian Object).

Centura Kuiper

Centura Kuiper este un inel mare, plin cu resturi, similar cu centura de asteroizi, în el fiind în principal obiecte care sunt compuse în primul rând din gheață. Aceasta se întinde între 30 și 50 UA de la Soare. Deși se consideră că conține zeci de planete pitice, ea este compusă în principal din corpuri mici ale sistemului solar. Multe dintre obiectele mai mari din centura Kuiper, ca Quaoar, Varuna și Orcus, pot fi recunoscute ca planete pitice dacă vor fi date suplimentare despre ele. Se estimează că acolo sunt peste 100.000 de obiecte cu un diametru mai mare de 50 km, dar masa totală a centurii Kuiper se consideră a fi doar o zecime sau chiar o sutime din masa Pământului. Multe obiecte din centura Kuiper au mai mulți sateliți, iar cele mai multe au orbite care le duc în afara planului ecliptic.

Centura Kuiper poate fi împărțită în centura clasică și rezonantă. Obiectele rezonante au o orbită legată de cea a lui Neptun (de exemplu, orbitează în jurul Soarelui de două ori pentru fiecare trei orbitări ale lui Neptun, sau o dată la fiecare două). Prima rezonanță are loc în orbita lui Neptun. Centura clasică constă în obiecte care nu au rezonanță cu Neptun, și se întinde de la aproximativ 39,4 UA până la 47,7 UA. Obiectele din centura clasică Kuiper se clasifică ca cubewano, după ce a fost descoperit primul obiect de acest fel, , și până acum au o orbită asemănătoare cu orbita lor inițială care avea o excentricitate mică.

Pluto și Charon

Planeta pitică Pluto (distanța medie de la Soare: aprox. 39 UA) este cel mai mare obiect cunoscut din centura Kuiper. Când a fost descoperit în 1930, era considerat a noua planetă; această clasificare s-a schimbat în 2006, când s-a adoptat o definție formală mai riguroasă a unei planete. Pluto are o orbită relativ excentrică, înclinată la 17 grade față de planul eclipticei, iar distanța sa față de Soare variază între 29,7 UA la periheliu (situat în interiorul orbitei lui Neptun) și 49,5 UA la afeliu.

Charon, cel mai mare satelit al lui Pluto, este câteodată descris ca alcătuind un sistem binar cu Pluto, deoarece cele două corpuri orbitează în jurul unui baricentru gravitațional comun situat deasupra suprafețelor lor (aceasta înseamnă că ele par a se „orbita reciproc"). În afară de Charon, sunt cunoscuți alți patru sateliți mai mici care orbitează în jurul planetei Pluto, și anume: P5, Nix, P4, și Hydra.

Pluto are un raport de rezonanță orbitală de 3:2 cu Neptun, aceasta însemnând că Pluto efectuează două revoluții complete în jurul Soarelui la fiecare trei revoluții complete ale lui Neptun. Obiectele din centura Kuiper care posedă aceeași rezonanță orbitală sunt cunoscute ca obiecte obiecte plutino.

Makemake și Haumea

Planeta pitică Makemake (distanța medie de la Soare: 45,79 UA), deși este mai mică decât Pluto, este cel mai mare obiect cunoscut din centura Kuiper clasică (adică el nu prezintă un raport confirmat de rezonanță orbitală cu Neptun). Makemake este cel mai luminos obiect din centura Kuiper după Pluto. A fost denumită și desemnată ca planetă pitică în 2008. Orbita sa este mult mai înclinată decât cea a lui Pluto, la 29°.

Haumea (distanța medie de la Soare: 43,13 UA) are o orbită similară cu cea a lui Makemake, cu excepția faptului că prezintă o rezonanță orbitală de 7:12 cu Neptun. Este de aproape aceeași mărime ca și Makemake și are doi sateliți naturali. O rotație rapidă, cu o perioadă de 3,9 ore, îi conferă o formă alungită și aplatizată. A fost denumită și desemnată ca planetă pitică în 2008.

Discul împrăștiat

Discul împrăștiat, ce se suprapune peste centura lui Kuiper dar se extinde mult în afara acesteia, este posibila sursă a cometelor de perioadă scurtă. Se crede că obiectele din discul împrăștiat au fost transformate în obiecte neregulate datorită influenței gravitaționale a migrației timpurii a lui Neptun. Multe astfel de obiecte au periheliul undeva în centura Kuiper dar afeliul mult în afara sa (unele obiecte au afeliul și la 150 UA depărtare de Soare). Orbitele obiectelor din discul împrăștiat sunt de asemenea foarte înclinate față de planul eclipticei, și adesea sunt chiar perpendiculare pe acesta. Unii astronomi consideră discul împrăștiat a fi pur și simplu o altă regiune a centurii Kuiper, iar obiectele discului împrăștiat sunt considerate „obiecte împrăștiate din centura Kuiper". Unii astronomi de asemenea clasifică centaurii ca obiecte împrăștiate de interior ale centurii Kuiper împreună cu obiectele împrăștiate din discul împrăștiat.

Eris (68 UA distanță medie față de Soare) este cel mai mare obiect cunoscut din discul împrăștiat și a provocat incertitudini în ceea ce privește definirea unei planete, deoarece este cu 25% mai masiv decât Pluto și are aproximativ același diametru. Este cea mai masivă dintre planetele pitice cunoscute. Are un singur satelit, Dysnomia. Ca și în cazul lui Pluto, orbita sa este foarte excentrică, cu periheliul situat la 38,2 UA (aproximativ distanța de la Pluto la Soare) și afeliul la 97,6 UA, fiind de asemenea puternic înclinată față de planul eclipticei.

Regiuni mai îndepărtate

Punctul în care se încheie sistemul solar și începe spațiul interstelar nu este definit cu precizie, deoarece granițele sale exterioare sunt modelate de două forțe distincte: vântul solar și gravitația Soarelui. Limita exterioară a influenței vântului solar este de aproximativ de patru ori distanța de la Pluto la Soare; această heliopauză este considerată începutul mediului interstelar. Cu toate acestea, sfera lui Hill a Soarelui, raza efectivă de dominație gravitațională a sa, se crede că se extinde până la o mie de ori mai departe.

Heliopauză

Heliosfera este împărțită în două regiuni distincte. Vântul solar călătorește cu o viteză de până la aproximativ 400 km/s până când se ciocnește cu vântul interstelar; un flux de plasmă în mediul interstelar. Coliziunea are loc la încetarea șocului, care este aproximativ de 80-100 UA de la Soare din direcția opusă vântului mediului interstelar și aproximativ 200 UA de la Soare din direcția vântului. Aici vântul încetinește dramatic, se condensează și devine mai turbulent, formând o structură ovală mare cunoscută sub numele de helioînveliș. Această structură se crede că arată și se comportă foarte mult ca coada unei comete și se extinde în exterior până la 40 UA în partea direcției opuse vântului, dar coada este de mai multe ori că distanța decât distanța direcției vântului; dar probele de pe Cassini și nava spațială Interstellar Boundary Explorer sugerează că aceasta este, de fapt, forțată într-o formă de bule sub acțiunea de constrângere a câmpului magnetic interstelar. și au raportat că au trecut încetarea șocului și au intrat în helioînveliș, la 94 UA și respectiv 84 UA de la Soare. Limita exterioară a heliosferei, heliopauza, este punctul în care vântul solar în cele din urmă se termină și se începe spațiului interstelar.

Forma și marginea exterioară a heliosferei sunt probabil afectate de dinamica fluidelor a interacțiunilor cu mediul interstelar precum și de câmpuri magnetice solare existente la sud, de exemplu este direct modelat de emisfera nordică care se extinde cu 9 UA mai departe decât emisfera sudică. Dincolo de heliopauza, în jurul valorii de 230 UA, se află arcul de șoc, o „urmă" de plasmă lăsată de Soare când acesta călătorește prin Calea Lactee.

Nici o navă spațială încă nu a depășit heliopauza, așa că este imposibil să cunoaște condițiile din spațiul interstelar local. Se așteaptă ca nava spațială Voyager NASA va trece în următorul deceniu heliopauza și va transmite date valoroase privind nivelurile de radiații și vântul solar ce se întoarce spre Pământ. Cât de bine Heliosfera apără sistemul solar de razele cosmice este încă rău cunoscut. O echipă finanțată de NASA a dezvoltat un concept de „Misiune Viziune", care are scopul de a trimite o sondă spre heliosferă.

90377 Sedna (525,86 UA mediu) eu un obiect mare, roșiatic, cu o orbită eliptică care este de aproximativ 76 UA la periheliu și 928 UA la afeliu și care durează 12.050 de ani. Mike Brown, omul care a descoperit acest obiect în 2003, afirmă că aceast obiect nu poate face parte din discul împrăștiat sau centura Kuiper astfel cum periheliu este prea îndepărtat ca să poată fi afectat de migrațiea lui Neptun. El și alți astronomi consideră că acest obiect este de un tip cu totul nou, în care mai poate fi inclus obiectul , care are un periheliu de 45 UA și un afeliu de 415 UA, și o perioadă orbitală de 3.420 de ani. Brown denumește această populație ca „norul lui Oort interior", așa cum este posibil să se fi format printr-un proces similar, deși este mult mai aproape de Soare. Sedna este foarte asemănătoare cu o planetă pitică, deși forma sa încă nu este determinată.

Norul lui Oort

Norul lui Oort este un nor ipotetic de formă sferică cu până la un trilion de obiecte de gheață, care este considerat a fi sursa pentru toate comete de lungă durată și înconjoară sistemul solar la o distastanță de aproximativ 50.000 UA (în jur de 1 an-lumină (al)), și posibil până la 100.000 UA (1,87 al). Acesta este considerat a fi compus din comete care au fost aruncate din sistemul solar interior de interacțiunile gravitaționale cu planetele exterioare. Obiectele din norul lui Oort se mișcă foarte încet, și pot fi perturbate de evenimente rare, cum ar fi coliziunile, efectele gravitaționale ale unei stele în trecere sau mareea galactică, o forță mareică exercitată de către Calea Lactee.

O mare parte din sistemul solar este încă necunoscut. Câmpul gravitațional al Soarelui este estimat să domine forțele gravitaționale ale stelelor din apropierea de 2 ani-lumină (125.000 UA). Estimările mai mici pentru raza norului lui Oort, ca contrast, nu-l pun mai departe de 50.000 UA. În ciuda descoperirilor cum ar fi Sedna, regiunea dintre centura Kuiper și norul lui Oort, o zonă cu raza de zeci de mii de UA, este încă practic necunoscută. Există, de asemenea, studii în curs de desfășurare ale regiunii dintre Mercur și Soare. Mai pot fi descoperite obiecte în regiunile neexplorate ale sistemului solar.

În noiembrie 2012, NASA a anunțat că Voyager 1 a abordat zona de tranzit cu limita exterioară a sistemului solar, instrumentele sale detectând o intensificare bruscă a câmpului magnetic. Nici o schimbare în direcția câmpului magnetic n-a avut loc, ceea ce oamenii de știință din NASA interpretează în a indica că Voyager 1 nu a părăsit sistemul solar.

Contextul galactic

Sistemul solar este localizat în galaxia Calea Lactee, o galaxie spiralată cu un diametru de aproximativ 100 000 de ani-lumină, ce conține în total circa 200 de miliarde de stele. Ca localizare generală, Soarele se află în cadrul uneia dintre brațele (sau spiralele) exterioare ale Căii Lactee, cunoscut ca Brațul Orion, sau „Pintenul Local". Soarele se află la aproximativ 25 000 și 28 000 de ani lumină distanță de Centrul Galactic, iar viteza sa în raport cu galaxia este de aproximativ 220 de kilometri pe secundă, astfel completează o revoluție galactică odată la 225-250 de milioane de ani. Această revoluție este cunoscută în limbajul științific ca an galactic al sistemului solar. Apexul solar, punctul spre care Soarele se deplasează în mișcarea lui prin Calea Lactee, se află în apropierea stelei strălucitoare Vega, dar la zona mărginașă dintre constelațiile Lira și Hercule. Planul eclipticei se află la un unghi de aproximativ 60° față de planul galactic.

Localizarea sistemului solar în galaxie este factorul care a determinat evoluția vieții pe Pământ. Orbita sa este aproape circulară, și vitezele orbitale din apropierea Soarelui sunt aproape la fel de rapide ca și cele ale brațelor spirale. Prin urmare, Soarele tranzitează brațele galaxiei foarte rar. Deoarece în zona orbitală a Soarelui (adică în zona brațelor spirale) există mai puține supernove, instabilități gravitaționale și radiații care ar putea distruge sistemul solar, astfel Pământul a avut lungi perioade de stabilitate în care viața a putut să prospere. De asemenea, sistemul solar se află poziționat cu mult în afara zonelor foarte aglomerate cu stele ale centrului galactic. În apropierea centrului, forțele gravitaționale venite de la alte stele ar putea smulge obiectele afla în Norul lui Oort și să trimită multe comete înspre sistemul solar interior, producând coliziune cu probabile implicații catastrofale pentru viața de pe Pământ. Radiațiile intense ale centrului galactic ar putea, de asemenea, să perturbe evoluția formelor de viață complexe. Chiar și pentru localizarea curentă a sistemului solar, unii savanți au presupus ca acum 35 000 de ani, unele supernove să fi afectat negativ viața de pe Pământ, prin aruncarea unor fragmente de nucleu stelar spre Soare sub forma unor fire de praf radioactive și chiar obiecte mai mari, asemănătoare cometelor.

Vecinătate

În imediata vecinătate galactică a sistemului solar se află Norul Local Interstelar, un nor astronomic dens dintr-o altă regiune împrăștiată cunoscută ca Bula Locală, o cavitate în formă de clepsidră din mediul interstelar de cel puțin 300 de ani lumină în lungime. Bula este saturată cu plasmă de temperatură înaltă ceea ce sugerează că a fost produsă recent de unele supernove.

Sunt relativ câteva stele aflate la mai puțin de zece ani lumină (95 de trilioane de km) de Soare. Cel mai apropiat este sistemul triplu stele Alfa Centauri, din constelația Centaurul, aflat la 4,4 ani lumină distanță și compus dintr-o pereche de stele (Alfa Centauri A și B) asemănătoare Soarelui, în jurul cărora gravitează la o distanță de 0,2 ani-lumină pitica roșie Alfa Centauri C, de o luminozitate relativ mică. Aceasta din urmă este steaua cea mai apropiată de Soare, la o distanță de 4,24 ani-lumină, motiv pentru care mai este numită „ Proxima Centauri". Următoarele cele mai apropiate stele față de Soare sunt piticele roșii Steaua lui Barnard (la 5,9 ani lumină), Wolf 359 (7,8 ani lumină) și Lalande 21185 (8,3 ani lumină). Cea mai mare stea din lista celor mai apropiate este de departe Sirius, o stea luminoasă din secvența principală de stele a cărei masă este asemănătoare cu cea a Soarelui și orbitată de către o pitică albă denumită Sirius B. Se află la aproximativ 8,6 ani lumină distanță. Celelalte sisteme stelare mai apropiate de zece ani lumină sunt sistemul binar Luyten 726-8 dintre două stele pitice albe și roșii (la 8,7 ani lumină) și pitica roșie solitară Ross 154 (9,7 ani lumină). Cea mai apropiată stea solitară asemănătoare Soarelui este Tau Ceti, localizată la 11,9 ani lumină depărtare. Ea are aproximativ 80% din masa Soarelui, dar doar 60% din luminozitatea sa. Cea mai apropiată planetă extrasolară de sistemul solar se află în preajma stelei Alpha Centauri B. Una dintre planetele confirmate ale acesteia, Alpha Centauri Bb, are cel puțin 1,1 din masa Pământului și orbitează steaua la fiecare 3,236 zile.

Sistemul Solar în imagini

Câteva exemple vizuale ale celor mai apropiate obiecte din Sistemul Solar, selectate după mărime și detalii și sortate după volum. Soarele este de aproximativ 10 000 de ori mai mare și de 41 de trilioane de ori mai voluminos decât cele mai mic obiect prezentat (Prometeu). Listele mai includ: lista obiectelor din Sistemul Solar după mărime, listă de sateliți naturali, lista planetelor minore și listă de comete.

1. Scrierea numelui cu inițiale majuscule nu este unanim acceptată. ^ UAI, organul care deține autoritatea în domeniul nomenclaturii astronomice, specifică că trebuie scrise cu majuscule numele tuturor obiectelor individuale astronomice (Sistemul solar). Cu toate acestea, numele este frecvent scris cu litere mici (sistemul solar) - de exemplu în Dicționarul Oxford al limbii engleze și Merriam-Webster's 11th Dicționarul enciclopedic

2. Vezi ^ Lista de sateliți naturali, pentru o listă completă a sateliților naturali ai celor opt planete și ai primelor cinci planete pitice.

3. Măsurătorile astronomice ale distanței în cadrul sistemului solar se fac în ^ unități astronomice (UA). O UA este egală cu distanța medie dintre Pământ și Soare, sau 149,598,000 km. În medie, Pluto se află la 39 de UA de Soare iar Jupiter la aproximativ 5,2 UA. Un an lumină este echivalent cu 63,241 UA.

4. Dacă ψ reprezintă unghiul dintre ^ polul nord al eclipticei și polul nord galactic, atunci:

,

unde 27° 07′ 42.01″ și 12h 51m 26.282 reprezintă declinația și ascensia dreaptă a polului nord galactic,[136] în timp ce 66° 33′ 38.6″ și 18h 0m 00 sunt cele pentru polul nord al eclipticei. (Ambele perechi de coordonate sunt pentru epoca J2000.) Rezultatul calculului este de 60.19°.

1. ^ Mike Brown (). „"Free the dwarf planets!"". "Mike Brown's Planets (self-published)" (în engleză).

2. ^

3. ^ Minor Planet Center, Uniunea Astronomică Internațională. Accesat pe 4 martie 2013.

4. ^ doi:10.1016/S0273-1177(03)00578-7 10.1016/S0273-1177(03)00578-7

5. ^

6. ^ „Plutoid chosen as name for Solar System objects like Pluto". International Astronomical Union. 11 iunie 2008, Paris.

7. ^ Achenbach, Joel; Feltman, Rachel (). „New evidence suggests a ninth planet lurking at the edge of the solar system". The Washington Post. ISSN 0190-8286.

8. ^ Batygin, Konstantin; Brown, Michael E. (). „Evidence for a distant giant planet in the Solar system". The Astronomical Journal. 151 (2). doi:10.3847/0004-6256/151/2/22.

9. ro ^ „Planeta Nouă" a Sistemului Solar ar fi un Super-Pământ

10. "Today we know of more than a dozen dwarf planets in the solar system".^ The PI's Perspective

11. ^ Weinert, Friedel (). Copernicus, Darwin, & Freud: revolutions in the history and philosophy of science. Wiley-Blackwell. p. 21. ISBN 978-1-4051-8183-9.

12. ^ Davoust, Emmanuel. "A hundred years of science at the Pic du Midi Observatory". arXiv:astro-ph/9707201

13. ^ Audrey Delsanti and David Jewitt (). „The Solar System Beyond The Planets" (PDF). Institute for Astronomy, University of Hawaii. Arhivat din original (PDF) la .

14. ^ Krasinsky, G. A. (). „Hidden Mass in the Asteroid Belt". Icarus. 158 (1): 98-105. Bibcode:2002Icar..158...98K. doi:10.1006/icar.2002.6837.

15. ^ Levison, H. F. (). „Formarea Centurii Kuiper prin transportul exterior al corpurilor în timpul migrației planetei Neptun". Nature. 426 (6965): 419-421. doi:10.1038/nature02120. PMID 14647375.

16. ^ Amir Alexander (). „New Horizons Set to Launch on 9-Year Voyage to Pluto and the Kuiper Belt". The Planetary Society. Arhivat din original la .

17. ^ Marochnik, L. and Mukhin, L. (). „"Is Solar System Evolution Cometary Dominated?". În Shostak, G. S. Progress in the Search for Extraterrestrial Life. Astronomical Society of the Pacific Conference Series. 74. p. 83.

18. ^ „Dawn: A Journey to the Beginning of the Solar System". Space Physics Center: UCLA. . Arhivat din original la .

19. , citând ^ Eddy, J. (). A New Sun: The Solar Results From Skylab. NASA. p. 37. NASA SP-402.

20. ^ Paul Robert Weissman, Torrence V. Johnson (). Encyclopedia of the solar system. Academic Press. p. 615. ISBN 0-12-088589-1.

21. ^

22. ^

23. ^ Michael Zellik (). Astronomy: The Evolving Universe (ed. 9th). Cambridge University Press. p. 240. ISBN 0-521-80090-0. OCLC 223304585 46685453 .

24. ^ Placxo, Kevin W. (). Astrobiology: a brief introduction. JHU Press. p. 66. ISBN 978-0-8018-8367-5.

25. Data se bazează pe cele mai vechi incluziuni identificate în ^ meteoriți și se consideră a fi data de formare a primului material solid în perioada colapsului nebuloasei.
A. Bouvier and M. Wadhwa. "The age of the solar system redefined by the oldest Pb-Pb age of a meteoritic inclusion." Nature Geoscience, în presă, 2010. doi:10.1038/NGEO941

26. ^ Greaves, Jane S. (). „Disks Around Stars and the Growth of Planetary Systems". Science. 307 (5706): 68-71. Bibcode:2005Sci...307...68G. doi:10.1126/science.1101979. PMID 15637266.

27. ^ Sukyoung Yi; Pierre Demarque; Yong-Cheol Kim; Young-Wook Lee; Chang H. Ree; Thibault Lejeune; Sydney Barnes (). „Toward Better Age Estimates for Stellar Populations: The Isochrones for Solar Mixture". Astrophysical Journal Supplement. 136: 417. arXiv:astro-ph/0104292  . Bibcode:2001ApJS..136..417Y. doi:10.1086/321795.

28. ^ Pogge, Richard W. (). „The Once & Future Sun". New Vistas in Astronomy. Arhivat din original (lecture notes) la .

29. ^ „Sun: Facts & Figures". NASA. Arhivat din original la .

30. ^ Zirker, Jack B. (). Journey from the Center of the Sun. Princeton University Press. pp. 120-127. ISBN 978-0-691-05781-1.

31. ^

32. ^ Smart, R. L.; Carollo, D.; Lattanzi, M. G.; McLean, B.; Spagna, A. (). „The Second Guide Star Catalogue and Cool Stars". În Hugh R. A. Jones and Iain A. Steele. Ultracool Dwarfs: New Spectral Types L and T. Springer. p. 119. Bibcode:2001udns.conf..119S.

33. ^ A Star with two North Poles, 22 aprilie 2003, Science @ NASA

34. Schenk P., Melosh H. J. (1994), ^ Lobate Thrust Scarps and the Thickness of Mercury's Lithosphere, Abstracts of the 25th Lunar and Planetary Science Conference, 1994LPI....25.1203S

35. Benz, W., Slattery, W. L., Cameron, A. G. W. (1988), ^ Collisional stripping of Mercury's mantle, Icarus, v. 74, p. 516-528.

36. Cameron, A. G. W. (1985), ^ The partial volatilization of Mercury, Icarus, v. 64, p. 285-294.

37. ^ Mark Alan Bullock (). „The Stability of Climate on Venus" (PDF). Southwest Research Institute.

38. ^ Paul Rincon (). „Climate Change as a Regulator of Tectonics on Venus" (PDF). Johnson Space Center Houston, TX, Institute of Meteoritics, University of New Mexico, Albuquerque, NM.

39. ^ David C. Gatling, Conway Leovy (). „Mars Atmosphere: History and Surface Interactions". În Lucy-Ann McFadden et. al. Encyclopaedia of the Solar System. pp. 301-314.

40. ^ Scott S. Sheppard, David Jewitt, and Jan Kleyna (). „A Survey for Outer Satellites of Mars: Limits to Completeness" (PDF). Astronomical Journal.

41. ^ „Are Kuiper Belt Objects asteroids? Are large Kuiper Belt Objects planets?". Cornell University.

42. ^

43. ^ „History and Discovery of Asteroids" (DOC). NASA.

44. ^ Barucci, M. A. (). „Physical Properties of Trojan and Centaur Asteroids". Asteroids III. Tucson, Arizona: University of Arizona Press. pp. 273-87.

45. ^ A. Morbidelli, W. F. Bottke Jr., Ch. Froeschlé, P. Michel; Bottke; Froeschlé; Michel (). W. F. Bottke Jr., A. Cellino, P. Paolicchi, and R. P. Binzel, ed. „Origin and Evolution of Near-Earth Objects" (PDF). Asteroids III. University of Arizona Press: 409-422. Bibcode:2002aste.conf..409M.

46. ^ Jack J. Lissauer, David J. Stevenson (). „Formation of Giant Planets" (PDF). NASA Ames Research Center; California Institute of Technology.

47. ^ John Stansberry, Will Grundy, Mike Brown, Dale Cruikshank, John Spencer, David Trilling, Jean-Luc Margot (). „Physical Properties of Kuiper Belt and Centaur Objects: Constraints from Spitzer Space Telescope". The Solar System Beyond Neptune. p. 161. arXiv:astro-ph/0702538  . Bibcode:2008ssbn.book..161S.

48. ^ Królikowska, M. (). „A study of the original orbits of hyperbolic comets". Astronomy & Astrophysics. 376 (1): 316-324. Bibcode:2001A&A...376..316K. doi:10.1051/0004-6361:20010945.

49. Ovidiu C. Furdui, ^ Evoluția orbitală a corpurilor transneptuniene. Teză de doctorat, Universitatea Babeș-Bolyai din Cluj-Napoca, 2011. Rezumat disponibil on-line, accesat la 24 septembrie 2013.

50. ^ Stephen C. Tegler (). „Kuiper Belt Objects: Physical Studies". În Lucy-Ann McFadden et. al. Encyclopedia of the Solar System. pp. 605-620.

51. ^ E. Dotto1, M. A. Barucci2, and M. Fulchignoni (). „Beyond Neptune, the new frontier of the Solar System" (PDF).

52. ^ Fajans, J. (). „Autoresonant (nonstationary) excitation of pendulums, Plutinos, plasmas, and other nonlinear oscillators" (PDF). American Journal of Physics. 69 (10): 1096-1102. doi:10.1119/1.1389278.

53. ^ Marc W. Buie (). „Orbit Fit and Astrometric record for 136472". SwRI (Space Science Department).

54. ^ Michael E. Brown. „The largest Kuiper belt objects" (PDF). CalTech.

55. ^ Littmann, Mark (). Planets Beyond: Discovering the Outer Solar System. Courier Dover Publications. pp. 162-163. ISBN 978-0-486-43602-9.

56. ^ Stone, E. C.; Cummings, A. C.; McDonald, F. B.; Heikkila, B. C.; Lal, N.; Webber, W. R. (). „Voyager 1 explores the termination shock region and the heliosheath beyond". Science. 309 (5743): 2017-20. Bibcode:2005Sci...309.2017S. doi:10.1126/science.1117684. PMID 16179468.

57. ^ P. C. Frisch (University of Chicago) (). „The Sun's Heliosphere & Heliopause". Astronomy Picture of the Day.

58. ^

59. ^ David Jewitt (). „Sedna - 2003 VB₁₂". University of Hawaii.

60. ^ T. Encrenaz, JP. Bibring, M. Blanc, MA. Barucci, F. Roques, PH. Zarka (). The Solar System: Third edition. Springer. p. 1.

61. ^

Bibliografie

Martin Rees, Universul, ghid vizual complet, coordonator [...], Traducere din limba engleză de Ana-Maria Negrilă-Chisega, Liana Stan, Enciclopedia RAO 2008, București, 512 de pagini. ISBN 978-973-717-319-5

Legături externe

# data[].attributes.attachment_link.description
Sistemul solar Planetele și planetele pitice din sistemul solar. Dimensiunile sunt la scară. Distanțele de la Soare nu sunt la scară.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Praful este materialul format din particule solide foarte fine, provenite din fărâmițarea naturală a scoarței terestre, a unor corpuri solide, din unele procese biologice ale viețuitoarelor. Praful se găsește peste tot.

Praful atmosferic

Praful provine din zone aride, adică din regiuni unde vânturile bat cu viteze mari și au puterea de a toci și roade majoritatea compușilor minerali.

Componente

Praful conține mai multe elemente, printre care resturi de piele umană, bacterii și resturi de animale moarte.

Curiozități

Cei alergici la praf sunt alergici și la acarieni.

Legături externe

# data[].attributes.attachment_link.description
Praful este materialul format din particule solide foarte fine, provenite din fărâmițarea naturală a scoarței terestre, a unor corpuri solide, din unele procese biologice ale viețuitoarelor. Praful se găsește peste tot. Praful provine din zone aride, adică din regiuni unde vânturile bat cu viteze mari și au puterea de a toci și roade majoritatea compușilor minerali.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
De la Wikipedia, enciclopedia liberă

Jump to navigation Jump to search

Nucleul este miezul Soarelui (cu raza = 0,2 - 0,25 din raza solară). Temperatura în centru atinge 15 x 10 ⁶ K, iar la margine scade până la 10 x 10 ⁶ K, temperatură la care reacțiile nucleare încetează; și de acolo începe zona radiativă.

# data[].attributes.attachment_link.description
De la Wikipedia, enciclopedia liberă Jump to navigation Jump to search Nucleul este miezul Soarelui (cu raza = 0,2 - 0,25 din raza solară). Temperatura în centru atinge 15 x 10 6 K, iar la margine scade până la 10 x 10 6 K, temperatură la care reacțiile nucleare încetează; și de acolo începe zona radiativă.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Cromosfera solară (literal sferă colorată) este un strat din atmosfera Soarelui, chiar deasupra fotosferei și sub coroana solară. Cromosfera are o grosime de cca. 10.000 km și o temperatură care crește spre exterior, de la 4.500 K la 20.000 K. În comparație, fotosfera are o grosime de câteva sute de kilometri și temperaturi de 6.000 K, iar coroana solară se întinde în jurul cromosferei cu o grosime de sute de mii de kilometri sau mai mult și are o temperatură paradoxală de un milion de K. Structura cromosferei este foare erogenă: în cromosferă, între petele unor grupuri apar scânteieri luminoase de scurtă durată, numite erupții cromosferice, regiuni de nori albi numiți floculi (care sunt nori din calciu). Spre marginea discului solar apar niște limbi de flăcări ce ies din cromosferă, numite protuberanțe. Aceste protuberanțe sunt liniștite sau eruptive. Cele liniștite persistă într-o formă puțin schimbată timp de mai multe săptămâni terestre. Cele eruptive în câteva ore terestre evoluează și dispar. Ele au o periodicitate de 11 ani, care se acordă bine cu cea a petelor solare.

Cromosfera apare ca un cerc roșu în jurul Soarelui eclipsat. După descoperirea filtrului monocromatic de către B. Lyot, cromosfera a putut fi vizibilă pe tot discul solar și este în continuu urmărită prin stațiile solare plasate pe tot globul terestru. Culoarea roșie se datorează emisiei intense a cromosferei în linia H(alfa) a hidrogenului.

Din studiul spectrului cromosferei la înălțimi diferite față de marginea Soarelui s-a obținut structura cromosferei și mai ales profilul temperaturii și densității materiei. Densitatea scade mult cu înălțimea, în timp ce temperatura crește.

Temperatura efectivă a soarelui este de 5.770 K în imediata apropiere a suprafeței Soarelui. La marginea superioară a fotosferei temperatura scade la 5.000 K și continuă să scadă în primele sute de kilometri în cromosferă, când atinge un minim de cca. 4.000 km. După acest minim temperatura solară crește încet de la 10.000 la 50.000 K la o înălțime sub 1.000 km. Mai sus, la câteva mii de kilometri, temperatura cromosferei ajunge la 500.000 K. Creșterea aceasta rapidă, cu alte cuvinte încălzirea bruscă a cromosferei, reprezintă o problemă iritantă în fizica solară. Deasupra acestei regiuni temperatura continuă să se mărească, astfel încât la peste 20.000 km valoarea temperaturii coronale este de cca. 1.000.000 K.

Când este proiectată pe discul solar, cromosfera formată dintr-un strat de materie rarefiată devine transparentă, așadar invizibilă. Numai în interiorul unor benzi înguste a unor linii de absorție ( Hα - hidrogen sau H și K ale calciului ionizat) de ordinul 1 Å, cromosfera devine opacă și vizibilă. Cromosfera poate fi studiată la aceste lungimi de undă, unde liniile spectrale care apar nu sunt complet negre. Centrul fiecărei linii este mai negru decât fondul continuu alăturat, dar se emit încă unii fotoni de la cromosferă spre pământ pe care cercetătorii îl recepționează cu ajutorul filtrelor monocromatice în benzi înguste ale liniilor spectrale menționate mai sus. Pe fotografiile monocromatice (adică pe filtograme) în Hα sau K (Ca II) se pot observa formațiunile cromosferei. Dintre acestea se remarcă:

regiunile faculare sau plăjile, care sunt porțiuni luminoase asociate centrelor active solare

filamentele porțiunii alungite întunecate, care la marginea discului se transformă în protuberanțe

Cromosfera este și sediul erupțiilor solare, de unde rezultă și importanța urmăririi sale continue.

Studierea cromosferei este deosebit de interesantă prin problemele pe care le pune structura și transportul de energie dintre fotosferă și coroană, cromosfera având rol de intermediar, ca și pentru fenomenele pe care le generează, cel mai important fiind erupția cromosferică.

Structura definitorie a cromosferei o constituie o rețea de formații conice mici luminoase (ca o iarbă), spiculele. fiecare con care reprezintă o spiculă are cca. 5.000 km înălțime și o rază de cca. 500 km. Spiculele sunt într-o permanentă mișcare, apar și dispar în medie în 5 minute.

Emilia Țifrea - Soarele. Editura științifică și enciclopedică. Buc., 1978

Legături externe

# data[].attributes.attachment_link.description
Cromosfera solară (literal sferă colorată) este un strat din atmosfera Soarelui, chiar deasupra fotosferei și sub coroana solară. Cromosfera are o grosime de cca. 10.000 km și o temperatură care crește spre exterior, de la 4.500 K la 20.000 K.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Galileo Galilei (n. 15 februarie 1564 - d. 8 ianuarie 1642) a fost un fizician, matematician, astronom și filosof italian care a jucat un rol important în Revoluția Științifică. Printre realizările sale se numără îmbunătățirea telescoapelor și observațiile astronomice realizate astfel, precum și suportul pentru copernicanism. Galileo a fost numit „părintele astronomiei observaționale moderne", „părintele fizicii moderne", „părintele științei", și „părintele științei moderne". Stephen Hawking a spus că „Galileo, poate mai mult decât orice altă persoană, a fost responsabil pentru nașterea științei moderne."

Mișcarea obiectelor uniform accelerate, predată în aproape toate cursurile de fizică la nivel de liceu și început de facultate, a fost studiată de Galileo ca subiect al cinematicii. Contribuțiile sale la astronomia observațională includ confirmarea prin telescop a fazelor planetei Venus, descoperirea celor mai mari patru sateliți ai lui Jupiter (denumiți în cinstea sa, sateliți galileeni), și observarea și analiza petelor solare. Galileo a lucrat și în știința aplicată și în tehnologie, îmbunătățind tehnica de construcție a busolelor.

Susținerea de către Galileo a copernicanismului a dus la controverse în epocă, o mare majoritate a filosofilor și astronomilor încă susținând (cel puțin declarativ) viziunea geocentrică cum ca Pământul ar fi centrul universului. După 1610, când a început să susțină public heliocentrismul, a întâmpinat o puternică opoziție din partea a numeroși filozofi și clerici, doi dintre aceștia din urmă denunțându-l inchiziției romane la începutul lui 1615. A dat primele atacuri contra aristotelismului la catedra Universității din Padova. Deși la acea vreme a fost achitat de orice acuzație, Biserica catolică a condamnat heliocentrismul ca fiind „fals și contrar Scripturii" în februarie 1616, iar Galileo a fost avertizat să abandoneze susținerea sa-ceea ce a promis să facă. După ce, mai târziu, și-a apărat din nou părerile în celebra sa lucrare, Dialog despre cele două sisteme principale ale lumii, publicată în 1632, a fost judecat de Inchiziție, găsit „vehement suspect de erezie", forțat să retracteze și și-a petrecut restul vieții în arest la domiciliu.

Galileo s-a născut la Pisa (pe atunci parte a Ducatului Florenței), din actuala Italie, fiind primul dintre cei șase copii ai lui Vincenzo Galilei, celebru cântăreț din lăută și muzician teoretician și ai soției sale, Giulia Ammannati.

Numele complet al lui Galileo a fost Galileo di Vincenzo Bonaiuti de' Galilei. La 8 ani, familia s-a mutat la Florența, dar el a rămas doi ani în grija lui Jacopo Borghini. Apoi, educația sa a continuat la Mănăstirea Camaldolese de la Vallombrosa, la 35 km sud-est de Florența. Deși a luat în serios posibilitatea de a deveni preot, s-a înscris la Universitatea din Pisa să studieze medicina la îndemnurile tatălui său. Nu a încheiat studiile medicale, începând să studieze în schimb matematica. În 1589, a început să lucreze la catedra de matematică de la Pisa. Tatăl său a murit în 1591 și Galileo l-a luat în grijă pe fratele său mai mic Michelagnolo. În 1592, s-a mutat la Universitatea din Padova, unde a predat geometrie, mecanică și astronomie până în 1610. În această perioadă, Galileo a făcut descoperiri semnificative atât în domeniile științei pure (de exemplu, astronomie și cinematica mișcării) și în cele ale științei aplicate (de exemplu, rezistența materialelor, îmbunătățiri aduse telescopului). Printre interesele sale multiple s-au numărat studiul astrologiei, care, în practica disciplinară pre-modernă era văzută ca fiind corelată cu matematica și astronomia.

Deși romano-catolic credincios, Galileo a avut trei copii nelegitimi cu Marina Gamba. Ei au avut două fiice, Virginia (născută în 1600) și Livia (născută în 1601) și un fiu, Vincenzo, născut în 1606. Din cauza nașterii nelegitime, tatăl lor a considerat că cele două fete nu pot fi măritate. Singura lor alternativă demnă era viața religioasă. Ambele au fost trimise la mănăstirea San Matteo din Arcetri și și-au petrecut acolo toată viața. Virginia a preluat numele de Maria Celeste la intrarea în mănăstire. A murit la 2 aprilie 1634 și este înmormântată împreună cu Galileo la Basilica di Santa Croce di Firenze. Livia a preluat numele de Sora Arcangela și a fost bolnavă mare parte din viață. Vincenzo a fost legitimizat și s-a însurat cu Sestilia Bocchineri.

În 1610, Galileo a publicat o descriere a observațiilor sale telescopice asupra sateliților lui Jupiter, folosindu-și observațiile ca argument în favoarea teoriei copernicane heliocentrice a universului ca alternativă la teoriile geocentrice dominante de origine ptolemaică și aristoteliană. În anul următor, Galileo a vizitat Roma pentru a-și prezenta telescopul influenților filosofi și matematicieni iezuiți de la Collegio Romano, și pentru a-i lăsa să vadă cu ochii lor realitatea celor patru sateliți ai lui Jupiter. În timpul șederii la Roma a devenit membru al Accademia dei Lincei.

În 1612, opoziția față de teoria heliocentrică susținută de Galileo a crescut. În 1614, din amvonul de Basilicăi Santa Maria Novella, Părintele Tommaso Caccini (1574-1648) a denunțat părerile lui Galileo privind mișcarea Pământului, considerându-le periculoase și apropiate de erezie. Galileo a mers la Roma să se apere împotriva acestor acuzații, dar, în 1616, Cardinalul Roberto Bellarmino i-a înmânat personal lui Galileo un avertisment oficial să nu mai susțină sau să predea astronomia copernicană. În anii 1621 și 1622 Galileo și-a scris prima carte, Il Saggiatore, care a fost aprobată și publicată în 1623. În 1630, s-a întors la Roma pentru a cere o licență pentru tipărirea lucrării Dialog despre cele două sisteme principale ale lumii, publicată în Florența în 1632. În luna octombrie a acelui an, însă, i s-a ordonat să apară în fața Sfântului Oficiu din Roma.

Galileo Galilei a fost judecat de un tribunal laic care l-a excomunicat și condamnat la închisoare pe viață. A retractat și conform procedurii a fost judecat de către un tribunal inchizitorial. În urma unui proces papal, în care a fost găsit vehement suspect de erezie, Galileo a fost pus sub arest la domiciliu și mișcările sale au fost restricționate de Papă. După 1634 a stat la casa sa de la țară din Arcetri, lângă Florența. A orbit complet în 1638 și suferea de hernie și insomnie, astfel că i s-a permis să călătorească la Florența pentru consultații medicale. A continuat să primească oaspeți până în 1642, când a murit, după ce a suferit de febră și palpitații. Mormântul său se află în basilica "Santa Croce" din Florența.

Galileo a adus contribuții originale în știință printr-o combinație inovatoare de experimente și matematică. La acea vreme, practica științifică se caracteriza mai ales prin studiile calitative de genul celor ale lui William Gilbert, în domeniile magnetismului și electricității. Tatăl lui Galileo, Vincenzo Galilei, muzician, făcuse experimente prin care a stabilit poate cea mai veche relație neliniară cunoscută în fizică: pentru o coardă întinsă, înălțimea sunetului este proporțională cu rădăcina pătrată a tensiunii. Aceste observații se încadrau în contextul tradiției pitagoreice a muzicii, bine cunoscută de fabricanții de instrumente, și care includeau și faptul că împărțirea unei coarde într-un număr întreg produce o scară armonică. Puțină matematică legase de multă vreme muzica de fizică, iar tânărul Galileo a văzut cum observațiile tatălui său au dezvoltat această tradiție.

Galileo este poate primul care a afirmat răspicat că legile naturii sunt matematice. În Il Saggiatore, el scria „Filosofia este scrisă în această mare carte, universul ... este scris în limba matematicii, iar personajele sunt triunghiuri, cercuri și alte figuri geometrice; ... ." Analizele sale matematice reprezintă o nouă dezvoltare a tradiției filosofilor scolastici târzii, pe care i-a învățat Galileo când a studiat filosofia. Deși a încercat să rămână loial Bisericii Catolice, urmărirea rezultatelor experimentale și a interpretării lor celei mai oneste, a dus la respingerea supunerii oarbe față de autoritatea acesteia, atât religioasă cât și filosofică, în chestiuni științifice. Aceasta a ajutat la separarea științei de filosofie și de religie, un progres semnificativ al gândirii umane.

După standardele vremii, Galileo era adesea dispus să-și schimbe opiniile în conformitate cu observațiile. Filosoful modern Paul Feyerabend a observat și aspectele aparent incorecte ale metodologiei lui Galileo, dar a concluzionat că metodele lui Galileo pot fi justificate retroactiv de rezultatele lor. Întreaga lucrare a lui Feyerabend, Împotriva Metodei (1975), a fost dedicată unei analize a lui Galileo, folosind cercetările sale din astronomie ca studiu de caz pentru a susține teoria anarhistă a lui Feyerabend privind metoda științifică. El a afirmat: „Aristotelienii ... cereau suport empiric puternic, în timp ce galileenii se mulțumeau cu teorii ample, nesusținute și parțial contrazise. Nu-i critic pentru aceasta; dimpotrivă, sunt de acord cu vorba lui Niels Bohr, "nu este suficient de nebunească"." Pentru a-și derula experimentele, Galileo a trebuit să stabilească standarde de lungime și timp, astfel încât măsurătorile efectuate în zile diferite în laboratoare diferite să poată fi comparate reproductibil. Aceasta a pus o bază solidă pe care se puteau confirma legi matematice folosind gândirea inductivă.

Galileo a dat dovadă de o apreciere remarcabil de modernă pentru relația dintre matematică, fizica teoretică și fizica experimentală. El a înțeles parabola, atât în termeni de secțiune conică, cât și în termeni de ordonată (y) ce variază cu pătratul abscisei (x). Galilei a afirmat și că parabola este traiectoria teoretică ideală a unui proiectil uniform accelerat în absența frecării și a altor perturbații. A acceptat că există limitări ale valorii de adevăr a acestei teorii, notând că, teoretic, traiectoria unui proiectil cu o dimensiune comparabilă cu a Pământului nu poate fi o parabolă, dar a continuat să susțină că, pentru distanțe până la raza de acțiune a tunurilor din ziua aceea, deviația traiectoriei unui proiectil de la o parabolă este doar una foarte mică. În al treilea rând, a recunoscut că datele sale experimentale nu vor fi în acord cu nicio formă matematică sau teoretică din cauza impreciziei măsurării, imposibilității eliminării frecării și a altor factori.

Conform lui Stephen Hawking, Galileo poartă mai mult decât oricine responsabilitatea pentru nașterea științei moderne, iar Albert Einstein l-a intitulat „părintele științei moderne".

Contribuții

Doar pe baza unor descrieri nesigure a primului telescop practic, inventat de Hans Lippershey în Olanda în 1608, în anul imediat următor Galileo a realizat un telescop cu mărirea de 3x. Ulterior, el a realizat și altele, cu măriri de până la 30x. Cu acest dispozitiv îmbunătățit, el a putut vedea imagini mărite pe Pământ - era ceea ce se numește astăzi telescop terestru, sau . El l-a folosit și pentru a observa cerul; o vreme, el a fost unul dintre cei care puteau construi telescoape suficient de puternice pentru acest scop. La 25 august 1609, el a prezentat primul telescop în fața dogilor venețieni. Telescoapele sale au fost o afacere profitabilă. Le putea vinde negustorilor care le găseau utile atât pe mare, cât și ca marfă comercială. Și-a publicat primele observații astronomice telescopice initial în martie 1610 într-un scurt tratat intitulat Sidereus Nuncius ( Mesager înstelat).

La 7 ianuarie 1610, Galileo a observat cu telescopul său ceea ce era descris la acea vreme ca „trei stele fixe, totalmente invizibile prin micimea lor", toate apropiate de Jupiter, aflate pe o linie dreaptă cu acesta. Observațiile din nopțile ulterioare au arătat că pozițiile acestor „stele" în raport cu Jupiter se modifică într-un fel ce nu putea fi explicat dacă ar fi fost considerate stele fixe. La 10 ianuarie, Galileo a observat că una dintre ele a dispărut, observație explicată de el prin faptul că ea se află în spatele lui Jupiter. În câteva zile, el a concluzionat că ele toate se roteau în jurul lui Jupiter: El descoperise trei dintre cei mai mari patru sateliți naturali ai lui Jupiter: Io, Europa și Callisto. El l-a descoperit și pe al patrulea, Ganymede la 13 ianuarie. Galileo a denumit cei patru sateliți descoperiți stelele mediceene, în cinstea viitorului său patron, Cosimo al II-lea de' Medici, Mare Duce de Toscana, și în cinstea celor trei frați ai săi. Astronomii de mai târziu le-au schimbat numele în sateliții galileeni în cinstea lui Galileo.

O planetă cu alte planete pe orbita ei nu se conforma principiului cosmologiei aristoteliene, conform căruia toate corpurile cerești se rotesc în jurul Pământului, și numeroși astronomi și filosofi au refuzat inițial să creadă că Galileo ar fi descoperit așa ceva. Observațiile sale au fost confirmate de observatorul lui Christopher Clavius și a fost primit ca un erou la sosirea la Roma în 1611

Galileo a continuat să observe sateliții de-a lungul următoarelor optsprezece luni, și, până la jumătatea lui 1611, el a obținut niște estimări remarcabil de exacte pentru perioadele acestora-reușită pe care Kepler o credea imposibilă.

După septembrie 1610, Galileo a observat că Venus prezenta o serie completă de faze similare cu cele ale Lunii. Modelul heliocentric al sistemului solar dezvoltat de Nicolaus Copernicus a prezis că toate fazele sunt vizibile deoarece orbita lui Venus în jurul Soarelui i-ar aduce emisfera luminată cu fața spre Pământ când este de partea cealaltă a Soarelui și cu fața în direcția opusă Pământului atunci când este de aceeași parte a Soarelui cu Pământul. Pe de altă parte, în modelul geocentric al lui Ptolemeu nu se putea ca orbita vreunei planete să intersecteze învelișul sferic pe care se află Soarele. Prin tradiție, orbita lui Venus a fost pusă în întregime de partea apropiată de Pământ a Soarelui, unde ar putea să prezinte doar o jumătate din faze. Se putea pune și în întregime dincolo de Soare, unde ar fi putut prezenta doar cealaltă jumătate din faze. Deci, după observarea de către Galileo a tuturor fazelor lui Venus, acest model ptolemaic a devenit neviabil. Astfel, la începutul secolului al XVII-lea, ca rezultat al acestei descoperiri, majoritatea astronomilor au trecut la una dintre diferitele modele planetare geo-heliocentrice, cum ar fi cel tychonic, cel capellan și cel capellan extins, fiecare fie cu, fie fără un Pământ în mișcare de rotație zilnică. Toate acestea aveau virtutea de a explica fazele lui Venus fără „defectul" de a apela în întregime la predicțiile heliocentrismului privind paralaxa stelară.

Galileo a observat și planeta Saturn și a confundat inițial inelele acesteia cu planete, crezând că este un sistem cu trei corpuri. Când a observat planeta mai târziu, inelele lui Saturn erau orientate direct spre Pământ, făcându-l să creadă că două dintre corpuri dispăruseră. Inelele au reapărut când a observat planeta în 1616, derutându-l și mai mult.

Galileo a fost unul dintre primii europeni care au observat petele solare, deși și Kepler observase una în 1607, dar a confundat-o cu trecere a planetei Mercur. El a reinterpretat și o observare a unei pete solare din vremea lui Carol cel Mare, care fusese (imposibil) atribuită și ea unei treceri a lui Mercur. Însăși existența petelor solare prezenta o altă dificultate în ce privește neschimbata perfecțiune a cerurilor postulată de fizica celestă aristoteliană, dar trecerile periodice confirmau și ele predicțiile făcute de Kepler în 1609, în Astronomia Nova, că Soarele se rotește, predicție ce a fost prima idee novatoare a fizicii de după ideea sferei cerești. Și variațiile anuale din mișcarea petelor solare, descoperite de Francesco Sizzi și alții în 1612-1613, au oferit un puternic argument atât împotriva sistemului ptolemeic cât și a celui geoheliocentric al lui Tycho Brahe. Variația sezonieră contrazicea toate modelele planetare negeorotaționale geostatice cum ar fi cel ptolemeic geocentric pur și cel tychonic geoheliocentric prin aceea că Soarele orbitează zilnic Pământul, și deci variația trebuia să se producă zilnic, ori aceasta nu se întâmpla. Aceasta era însă explicabilă de toate sistemele georotaționale cum ar fi sistemul semi-Tychonic geo-heliocentric al lui Longomontanus, modelele geo-heliocentrice capellan și capellan extins cu un Pământ în rotație zilnică, și modelul heliocentric pur. O dispută privind prioritatea descoperirii petelor solare și a interpretării acestora l-a condus pe Galileo într-o dispută îndelungată și acerbă cu iezuitul Christoph Scheiner; de fapt, nu prea încape îndoială că ambii au fost depășiți la acest capitol de David Fabricius și de fiul său Johannes, căutând confirmarea predicției lui Kepler privind rotația Soarelui. Scheiner a adoptat rapid propunerea din 1615 a lui Kepler privind designul telescopului modern, care dădea mărire mai mare cu costul inversării imaginii; Galileo se pare că nu a trecut la designul lui Kepler.

În ceea ce privește Luna, Galileo este cel care a descoperit librația (în 1637), cu cele trei forme ale sale: longitudinală, latitudinală și diurnă. De asemenea, a fost primul care a vorbit despre munții lunari și despre craterele de pe Lună, a căror existență a dedus-o din luminile și umbrele de pe suprafața satelitului terestru. El a estimat și înălțimea munților din acele observații, ceea ce l-a condus la concluzia că Luna „nu este netedă, ca și suprafața Pământului însuși," în loc să fie o sferă perfectă, așa cum susținea Aristotel.

Galileo a observat Calea Lactee, considerată anterior a fi o nebuloasă, și a găsit că este o multitudine de stele strânse atât de aproape unele de altele încât de pe Pământ ele par a fi niște nori. El a localizat multe alte stele prea îndepărtate pentru a fi vizibile cu ochiul liber. Galileo a observat în 1612 și planeta Neptun, dar nu a realizat că este o planetă și nu i-a dat multă atenție. Ea apare în caietele sale ca una dintre multe alte stele îndepărtate și slabe. El a observat steaua dublă Mizar din Ursa Mare în 1617. În Mesagerul înstelat Galileo a relatat că stelele par a fi simple flăcări luminoase, nemodificate în aparența lor de telescop, punându-le în contrast cu planetele pe care telescopul le arăta ca fiind niște discuri. În scrierile ulterioare, însă, el a descris stelele ca fiind și ele discuri, a căror dimensiune a măsurat-o. Conform lui Galileo, diametrele discurilor stelare măsurau de regulă o zecime din diametrul discului lui Jupiter (a cinci suta parte din diametrul Soarelui), deși unele erau oarecum mai mari, iar altele mult mai mici. Galileo a spus că stelele sunt și ele niște sori și că nu sunt aranjate într-un înveliș sferic în jurul sistemului solar, ci la diverse distanțe față de Pământ. Stelele mai strălucitoare erau sori mai apropiați, iar cele mai slabe erau mai îndepărtate. Pe baza acestei idei și pe baza dimensiunilor calculate de el pentru discurile stelare, a calculat că stelele se află la distanțe de la câteva sute de distanțe solare pentru cele mai strălucitoare până la peste două mii de distanțe solare pentru stelele greu vizibile cu ochiul liber, cele vizibile doar cu telescopul fiind și mai departe. Aceste distanțe, deși prea mici după standardele moderne, erau mult mai mari decât distanțele planetare, iar el a folosit aceste calcule pentru a contrazice argumentele anticopernicane că stelele îndepărtate sunt o absurditate.

Controversa privind cometele și Il Saggiatore

În 1619, Galileo a fost implicat într-o controversă cu părintele Orazio Grassi, profesor de matematică la Collegio Romano, instituție a iezuiților. A început ca o dispută privind natura cometelor, dar, până în momentul când Galileo și-a publicat lucrarea Il Saggiatore în 1623, ultima sa replică în această dispută, ea devenise o discuție mult mai amplă privind natura Științei însăși. Întrucât Il Saggiatore conține atât de multe din ideile lui Galileo despre cum ar trebui practicată știința, această lucrare a fost supranumită manifestul său științific.

La începutul lui 1619, părintele Grassi a publicat anonim un pamflet, O dispută astronomică a trei comete din anul 1618 în care se discuta natura unei comete ce apăruse la sfârșitul lunii noiembrie a anului precedent. Grassi a concluzionat că acea cometă este un corp în flăcări care se mișcase pe un segment dintr-un cerc mare cu distanță constantă față de Pământ și că, de vreme ce el s-a mișcat pe cer mai încet decât Luna, trebuia că se află mai departe decât aceasta.

Argumentele și concluziile lui Grassi au fost criticate într-un articol ulterior, Discurs despre comete publicat sub semnătura unuia dintre discipolii lui Galileo, un avocat florentin pe nume Mario Guiducci, deși fusese în mare parte scris de Galileo însuși. Galileo și Guiducci nu au oferit o teorie definitivă proprie a naturii cometelor, dar au prezentat unele încercări de presupuneri despre care acum se știe că sunt greșite.

În pasajul introductiv, Discursul lui Galileo și Guiducci l-a insultat gratuit pe iezuitul Christopher Scheiner, făcând mai multe remarci agresive față de profesorii de la Collegio Romano în diverse părți ale lucrării. Iezuiții s-au simțit jigniți, iar Grassi a răspuns cu o lucrare polemică proprie, Echilibrul astronomic și filosofic, sub pseudonimul Lothario Sarsio Sigensano, presupus a fi unul din elevii săi.

Il Saggiatore a fost răspunsul devastator al lui Galileo la Echilibrul astronomic. Lucrarea este considerată o capodoperă a literaturii polemice, în care argumentele lui „Sarsi" sunt supuse unei ironii ascuțite. Ea a fost primită cu multe laude, și l-a mulțumit pe noul papă Urban al VIII-lea, căruia i-a fost dedicată.

Disputa lui Galileo cu Grassi i-a înstrăinat de el pe mulți dintre iezuiții care îi admirau înainte ideile, iar Galileo și prietenii săi erau convinși că acești iezuiți au fost responsabili pentru condamnarea sa ulterioară, deși dovezile privind aceasta nu sunt deloc clare.

Galileo, Kepler și teoriile mareelor

Cardinalul Bellarmine scrisese în 1615 că sistemul copernican nu poate fi apărat fără „o adevărată demonstrație fizică a faptului că Soarele nu se rotește în jurul Pământului ci Pământul în jurul Soarelui." Galileo considera că teoria sa privind mareele oferă dovada fizică necesară a mișcării Pământului. Această teorie era atât de importantă pentru Galileo încât el inițial intenționa să-și intituleze Dialogul despre cele două sisteme principale ale lumii Dialog despre fluxul și refluxul mărilor. Pentru Galileo, mareele erau cauzate de împingerea apei mărilor înainte și înapoi pe măsură ce un punct al suprafeței Pământului accelerează sau frânează din cauza rotației Pământului în jurul axei și a revoluției în jurul Soarelui. Galileo a transmis primele sale concluzii privind mareele în 1616, într-o scrisoare adresată Cardinalului Orsini.

Dacă această teorie ar fi fost corectă, ar fi fost un singur flux pe zi. Galileo și contemporanii săi știau despre această nepotrivire fiindcă sunt două fluxuri pe zi în Veneția în loc de unul, cele două fiind la aproximativ douăsprezece ore distanță. Galileo a explicat această anomalie ca fiind rezultatul mai multor cauze secundare, inclusiv a formei mării, adâncimii ei, și al altor factori. S-a spus că Galileo ar fi inventat intenționat aceste argumente, dar Albert Einstein și-a exprimat opinia că Galileo a dezvoltat aceste „fascinante argumente" și le-a acceptat fără critică din dorința de a avea o dovadă fizică a mișcării Pământului.

Galileo a spus despre ideea contemporanului său Johannes Kepler, că Luna cauzează mareele, că este o ficțiune inutilă. Galileo a refuzat să accepte și orbitele eliptice ale planetelor din teoria lui Kepler, considerând cercul ca fiind forma „perfectă" a orbitelor planetare.

Galileo a adus mai multe contribuții la ceea ce astăzi poartă numele de tehnologie, ramură distinctă de fizica pură. Aceasta nu este aceeași distincție ca cea făcută de Aristotel, care ar fi considerat întreaga fizică a lui Galileo ca fiind techne sau cunoștințe utile, spre deosebire de episteme, cercetări filosofice asupra cauzelor lucrurilor. Între 1595-1598, Galileo a proiectat și îmbunătățit o busolă geometrică și militară de folosit de către tunari și geodezi. Aceasta se baza pe niște instrumente anterioare ale lui Niccolò Tartaglia și Guidobaldo del Monte. Pentru tunari, ea oferea, pe lângă o metodă nouă și sigură de înălțare precisă a tunurilor, o cale de a calcula rapid încărcătura de praf de pușcă necesară pentru ghiulelele de diferite dimensiuni și din diferite materiale. Ca instrument geometric, ea permitea construcția oricărui poligon regulat, calculul ariei oricărui poligon sau sector de cerc, și diferite alte calcule. Pe la 1593, Galileo a construit un termometru, folosind dilatația și contracția aerului dintr-un glob pentru a mișca apa dintr-un tub atașat.

În 1609, Galileo a fost, împreună cu englezul Thomas Harriot și cu alții, printre primii care au utilizat un telescop cu refracție ca instrument de observare a stelelor, planetelor și sateliților. Numele „telescop" a fost dat instrumentului lui Galileo de un matematician grec, Giovanni Demisiani, la un banchet ținut în 1611 de prințul Federico Cesi în cinstea numirii Galileo ca membru în Accademia dei Lincei. Numele a provenit din grecescul tele = „departe" și skopein = „a privi", „a vedea". În 1610, el a folosit un telescop la distanțe mici pentru a mări părți ale insectelor. Până în 1624 el perfecționase un microscop. El a dat unul dintre aceste instrumente Cardinalului Zollern în luna mai a aceluiași an pentru a i-l prezenta Ducelui de Bavaria, și în septembrie a trimis un altul Prințului Cesi. Linceenii au jucat din nou un rol în denumirea „microscopului" un an mai târziu când colegul lor academician Giovanni Faber a fixat acest termen pentru invenția lui Galileo din cuvintele grecești μικρόν ( micron) care înseamnă „mic" și același σκοπεῖν ( skopein). Cuvântul trebuia să fie analog cu „telescop". Ilustrațiile cu insecte realizate folosind unul dintre microscoapele lui Galileo au fost publicate în 1625 și par a fi prima documentare a utilizării unui microscop.

În 1612, după ce a determinat perioadele orbitale ale sateliților lui Jupiter, Galileo a propus că, date fiind suficiente informații despre orbitele lor, acestea pot fi folosite drept ceas universal, care poate fi folosit pentru determinarea longitudinii. A lucrat la această problemă din când în când în restul vieții sale; dar problemele practice erau grave. Metoda a fost aplicată prima oară cu succes de Giovanni Domenico Cassini în 1681 și a fost utilizată pe larg în studii geografice terestre; această metodă, de exemplu, a fost utilizată și de Lewis și Clark. Pentru navigația pe mare, unde observațiile telescopice delicate erau mai dificile, problema longitudinii a impus în cele din urmă un cronometru marin portabil, cum a fost cel al lui John Harrison.

În acest ultim an, orb complet, el a proiectat un regulator pentru un ceas cu pendul. Primul ceas cu pendul complet operațional a fost realizat de Christiaan Huygens în anii 1650. Galilei a creat schițe ale diverselor invenții, cum ar fi o combinație dintre o lumânare și o oglindă pentru a reflecta lumina într-o clădire, un culegător automat de roșii, un pieptene de buzunar care funcționa și ca tacâm, și ceea ce pare a fi un pix cu bilă.

Lucrările teoretice și experimentale ale lui Galileo în ce privește mișcarea corpurilor, împreună cu lucrările în mare parte independente ale lui Kepler și René Descartes, au fost precursoarele mecanicii clasice dezoltată de Sir Isaac Newton.

O biografie scrisă de elevul lui Galileo Vincenzo Viviani afirma că Galileo a dat drumul la bile din același material, dar de mase diferite din Turnul înclinat din Pisa pentru a demonstra că durata căderii este independentă de masa acestora. Aceasta contrazicea învățăturile lui Aristotel: că obiectele mai grele cad mai repede decât cele ușoare, direct proporțional cu greutatea lor. Deși această poveste a circulat mult pe cale orală, Galileo însuși nu a înregistrat un astfel de experiment, iar istoricii acceptă în general că era doar un experiment imaginar care de fapt nu a avut loc.

În Discorsi din 1638, personajul Salviati, considerat a fi purtătorul de cuvânt al lui Galileo, susținea că toate greutățile inegale vor cădea în vid cu aceeași viteză finită. Aceasta fusese propusă întâi de Lucretius și Simon Stevin. Salviati susținea și că se poate demonstra experimental prin comparația mișcării pendulelor în aer cu greutăți de plumb și plută de greutate diferită dar altfel similare.

Galileo a propus că un corp în cădere va cădea uniform accelerat, atâta vreme cât rezistența mediului prin care cade rămâne neglijabilă, sau în cazul limită al căderii sale prin vid. El a și calculat legea cinematică corectă pentru distanța parcursă în timpul unei accelerări uniforme începând din repaus-și anume, că este proporțională cu pătratul duratei de timp ( d ∝ t 2 ). În niciunul din cazuri, însă, descoperirile nu erau întru totul originale. Legea pătratului timpului pentru variațiile uniform accelerate erau cunoscute deja lui Nicole Oresme în secolul al XIV-lea, și lui Domingo de Soto, în al XVI-lea, a sugerat că corpurile care cad printr-un mediu omogen vor fi uniform accelerate. Galileo a exprimat legea pătratului timpului folosind construcții geometrice și cuvinte cu sens matematic exact, conform standardelor vremii sale. (A rămas în sarcina altora să reexprime legea în termeni algebrici). El a concluzionat și că obiectele își păstrează viteza dacă nu acționează nicio forță-adesea frecarea-asupra lor, contrazicând ipoteza aristoteliană general acceptată că obiectele încetinesc pe cale „naturală" și se opresc dacă nu acționează nicio forță asupra lor (idei filosofice legate de inerție fuseseră propuse și de Ibn al-Haytham cu câteva secole în urmă, ca și de Jean Buridan, și, după cum notează Joseph Needham, Mo Tzu făcuse o asemenea propunere cu mai multe secole înaintea celorlalți, dar aceasta a fost prima oară când a fost exprimată matematic, verificată experimental și introdusă ideea de forță de frecare, o descoperire-cheie pentru validarea inerției). Principiul de Inerție al lui Galileo spunea: „Un corp care se mișcă pe o suprafață netedă va continua în aceeași direcție cu viteză constantă dacă nu este perturbat." Acest principiu a fost incorporat în legile lui Newton (prima lege).

Galileo a susținut (incorect) și că mișcările unui pendul au întotdeauna aceeași durată, independent de amplitudine. Adică, un pendul simplu este izocron. Legendele spun că el a ajuns la aceasta concluzie privind mișcările candelabrului de bronz din catedrala din Pisa, folosind pulsul său pentru a o cronometra. Totuși, se pare că nu a făcut niciun experiment deoarece aceasta este adevărată doar pentru pendulări infinitezimale, așa cum a descoperit Christian Huygens. Fiul lui Galileo, Vincenzo, a schițat un ceas bazat pe teoriile tatălui său în 1642. Ceasul nu a fost construit și, din cauza pendulărilor mari cerute de construcția sa, n-ar fi fost un ceas bun.

În 1638 Galileo a descris o metodă experimentală de măsurare a vitezei luminii aranjând ca doi observatori, fiecare având felinare cu obloane, să se urmărească unul pe celălalt de la o anumită distanță. Primul observator deschide obloanele felinarului său și al doilea, la vederea luminii, deschide imediat obloanele felinarului său. Timpul dintre deschiderea obloanelor primului felinar și observarea luminii celui de-al doilea indică timpul parcurs de lumină dus-întors între cei doi observatori. Galileo a arătat că atunci când a încercat aceasta pe distanțe mai mici de o milă, nu a reușit să determine dacă lumina apare instantaneu. Între moartea lui Galileo și anul 1667, membrii Accademia del Cimento din Florența au repetat experimentul pe o distanță de aproximativ o milă și au obținut un rezultat la fel de neconcludent.

Galileo este și unul dintre primii care au înțeles noțiunea de frecvență a sunetului. Zgâriind o daltă cu diverse viteze, el a făcut legătura între înălțimea sunetului produs și distanța între șanțurile de pe daltă, măsură a lungimii de undă și deci a frecvenței.

În 1632, în Galileo a prezentat o teorie fizică ce și-a propus să explice mareele, pe baza mișcării Pământului. Dacă ar fi fost corectă, această teorie ar fi fost un argument puternic pentru realitatea mișcării Pământului. De fapt, titlul original al cărții o descria ca un dialog despre maree; referirile la maree au fost eliminate prin ordinul Inchiziției. Teoria sa a dat primele informații despre importanța formei fundului oceanic pentru dimensiunea și temporizarea mareelor; el a observat corect, de exemplu, mareele neglijabile din mijlocul coastei Mării Adriatice prin comparație cu cele de la capete. Ca explicație privind cauza mareelor, însă, teoria sa era departe de realitate. Kepler și alții au asociat în mod corect Luna cu o influență asupra mareelor, pe baza datelor empirice; o teorie fizică completă a mareelor a fost disponibilă, însă, doar după Newton.

Galileo a avansat principiul de bază al relativității, acela că legile fizicii sunt aceleași în orice sistem în mișcare rectilinie uniformă, indiferent de viteza sau direcția sa. Deci, nu există mișcare absolută și nici repaus absolut. Acest principiu a furnizat contextul de bază al legilor mișcării ale lui Newton și joacă un rol central în teoria relativității restrânse a lui Einstein.

Deși aplicațiile matematice ale lui Galileo în fizica experimentală erau inovatoare, metodele sale matematice erau cele standard ale vremii. Analizele și demonstrațiile se bazau pe teoria eudoxiană a proporțiilor, așa cum era ea prezentată în a cincea carte a Elementelor lui Euclid. Această teorie apăruse doar cu un secol în urmă, datorită traducerilor precise ale lui Tartaglia și ale altora; dar până la sfârșitul vieții lui Galileo ea fusese deja depășită de metodele algebrice ale lui Descartes.

Galileo a produs o lucrare originală și chiar profetică în matematică: Paradoxul lui Galileo, care arată că există tot atâtea pătrate perfecte câte sunt și numere întregi, deși majoritatea numerelor nu sunt pătrate perfecte. Asemenea aparente contradicții au fost explicate după 250 de ani în lucrările lui Georg Cantor.

Psalmul 93:1 și 96:10 (în creștinismul occidental), precum și Cronici 16:30 includ (în funcție de traducere) un text ce afirmă că „lumea este întărită, și nu se clatină". În traducerea lui Cornilescu a Bibliei, Psalmii 104:5 spune „Tu ai așezat pământul pe temeliile lui, și niciodată nu se va clătina". Mai mult, Eclesiastul 1:5 spune că „Soarele răsare, apune și aleargă spre locul de unde răsare din nou." etc.

Galileo a apărat heliocentrismul, și a susținut că nu este contrar acestor pasaje din Scriptură. El a adoptat poziția lui Augustin asupra Scripturii: că nu trebuie luat fiecare pasaj literal, mai ales când respectiva scriptură este o carte de poezii și cântece, și nu o carte de instrucțiuni asupra istoriei. Cei ce au scris Scriptura au făcut-o din perspectiva lumii terestre, și din acel punct de vedere Soarele răsare și apune.

Până în 1616, atacurile îndreptate împotriva ideilor lui Copernic ajunseseră la un maxim, iar Galileo a mers la Roma să încerce să convingă autoritățile Bisericii să nu le interzică. În cele din urmă, Cardinalul Bellarmine, acționând după directivele Inchiziției, i-a dat un ordin să nu mai „susțină sau să apere" ideea că Pământul se mișcă iar Soarele stă nemișcat în centru. Acest decret nu l-a împiedicat pe Galileo să discute ipoteza heliocentrismului (păstrând o fațadă de separare între știință și biserică). În următorii câțiva ani, Galileo s-a ținut departe de controversă. El și-a reluat proiectul de a scrie o carte despre acest subiect, încurajat fiind de alegerea Cardinalului Barberini ca papă, sub numele de Urban al VIII-lea în 1623. Barberini era un prieten și admirator al lui Galileo, și se opusese condamnării lui Galileo în 1616. Cartea, Dialog despre cele două sisteme principale ale lumii, a fost publicată în 1632, cu autorizație oficială de la Inchiziție și cu permisiunea Papei.

Papa Urban al VIII-lea personal i-a cerut lui Galileo să dea argumente pentru și împotriva heliocentrismului în cartea sa, și să aibă grijă să nu susțină heliocentrismul. O altă cerere a sa a fost ca propriile sale idei în această privință să fie incluse în cartea lui Galileo. Doar ultima dintre aceste cereri a fost îndeplinită de Galileo. Deliberat sau întâmplător, Simplicio, apărătorul ideilor geocentrice aristoteliene din Dialog despre cele două sisteme principale ale lumii, a fost adesea prins în propriile erori logice și uneori a părut a fi un prost. Într-adevăr, deși Galileo spunea în prefața cărții sale că personajul este denumit după un faimos filosof aristotelian ( Simplicius în latină, Simplicio în italiană), numele „Simplicio" în italiană are și conotația de „om cu gândire simplă". Această prezentare a lui Simplicio a făcut ca Dialog despre cele două sisteme principale ale lumii să pară o carte ce susține un punct de vedere: un atac împotriva geocentrismului aristotelian și o apărare a teoriei copernicane. Din păcate pentru relația lui cu Papa, Galileo a pus cuvintele lui Urban al VIII-lea în gura lui Simplicio. Majoritatea istoricilor sunt de acord că Galileo nu a acționat din răutate și a fost luat prin surprindere de reacțiile pe care le-a întâmpinat cartea. Totuși, Papa nu a luat ușor nici ceea ce bănuia a fi o ironie publică la adresa sa și nici susținerea ideilor copernicane. Galileo și-a înstrăinat astfel unul dintre cei mai mari și mai puternici susținători, Papa, și a fost chemat la Roma să-și apere scrierile.

Cu pierderea multor dintre susținătorii săi de la Roma din cauza Dialogului despre cele două sisteme principale ale lumii, lui Galileo a fost convocat în fața unui tribunal în 1633, acuzat fiind de erezie. Sentința Inchiziției a constat din trei părți esențiale:

Galileo a fost găsit „vehement suspect de erezie", și anume de a fi susținut opinia că Soarele stă nemișcat în centrul universului și că Pământul nu se află în centru și se mișcă, și că se poate susține și apăra părerea ca probabilă după ce a fost găsită a fi contrară Sfintei Scripturi. I s-a cerut să „abjure, blesteme și să deteste" aceste opinii.

S-a ordonat încarcerarea sa; sentința a fost ulterior comutată în arest la domiciliu.

Dialogul a fost interzis; și, într-o acțiune neanunțată la proces, publicarea oricărei lucrări a sa a fost interzisă, inclusiv oricare pe care ar mai fi scris-o în viitor.

Conform legendelor populare, după ce a retractat teoria sa că Pământul se mișcă în jurul Soarelui, Galileo ar fi murmurat fraza rebelă Și totuși, se mișcă!, dar nu există dovezi că el ar fi spus ceva asemănător. Prima relatare a legendei datează de la un secol după moartea sa.

După o perioadă petrecută cu Ascanio Piccolomini (arhiepiscop de Siena), lui Galileo i s-a permis să se întoarcă în vila sa de la Arcetri de lângă Florența, unde și-a petrecut restul vieții în arest la domiciliu și unde la un moment dat a orbit. Când era în arest la domiciliu, Galileo și-a dedicat timpul uneia dintre cele mai reușite lucrări ale sale, Două noi științe. Aici, el a rezumat lucrările sale efectuate cu aproximativ patruzeci de ani în urmă, despre cele două științe denumite astăzi cinematică și rezistența materialelor. Ca rezultat al acestei lucrări, Galileo este adesea intitulat „părintele fizicii moderne".

Galileo a murit la 8 ianuarie 1642 la vârsta de 77 de ani. Marele Duce al Toscanei, Ferdinando al II-lea, a dorit să-l înmormânteze în Basilica di Santa Croce, lângă mormintele tatălui său și ale strămoșilor săi, și să ridice un mausoleu de marmură în memoria sa. S-a renunțat, însă, la aceste planuri după ce Papa Urban al VIII-lea și nepotul său, Cardinalul Francesco Barberini, au protestat. El a fost îngropat într-o mică încăpere de lângă capela ucenicilor la capătul unui coridor de la transeptul de sud al basilicii la sacristie. El a fost reînhumat în basilică în 1737 după ce s-a construit acolo un monument în memoria sa.

Interdicția Inchiziției asupra retipăririi lucrărilor lui Galileo a fost ridicată în 1718 când s-a acordat permisiunea de a publica o ediție a lucrărilor sale (cu excepția0 Dialogului) la Florența. În 1741 Papa Benedict al XIV-lea a autorizat publicarea unei ediții a lucrărilor științifice complete ale lui Galileo inclusiv a unei versiuni ușor cenzurate a Dialogului. În 1758 interdicția generală împotriva lucrărilor ce susțineau heliocentrismul a fost ridicată, dar interdicțiile specifice asupra versiunilor necenzurate ale Dialogului și ale lucrării De Revolutionibus a lui Copernic au rămas în vigoare. Toate urmele de opoziție oficială față de heliocentrism din partea Bisericii au dispărut în 1835 când aceste lucrări au fost în cele din urmă eliminate din Index.

În 1939, Papa Pius al XII-lea, în primul său discurs în fața Academiei Pontificale de Științe, ținut la câteva luni după alegerea sa ca Papă, l-a descris pe Galileo ca pe unul dintre „cei mai cutezători eroi ai cercetării ... nu s-a temut de piedici și de riscuri pe calea sa, n-a avut frică nici monumentele funeste" Consilierul său de 40 de ani, profesorul Robert Leiber scria: „Pius al XII-lea a fost foarte atent să nu închidă prematur nicio ușă (în fața științei). A tratat cu multă seriozitate acest aspect și a regretat ce s-a întâmplat în cazul lui Galileo."

La 15 februarie 1990, într-un discurs ținut la Universitatea Sapienza din Roma, Cardinalul Ratzinger (ulterior devenit Papa Benedict al XVI-lea) a citat câteva păreri actuale asupra chestiunii Galileo ca alcătuind ceea ce el numea „un caz simptomatic ce ne permite să vedem cât de profundă este astăzi îndoiala față de era modernă, tehnologie și știință." Unele din ideile pe care le cita erau cele ale filosofului Paul Feyerabend, pe care l-a citat: „Biserica în vremea lui Galileo stătea mult mai aproape de rațiune decât Galileo însuși, și ea lua în considerație și consecințele etice și sociale ale învățăturilor lui Galileo. Verdictul său împotriva lui Galileo a fost rațional și just iar revizuirea acestui verdict se poate justifica doar pe temeiul a ceea ce este oportun din punct de vedere politic." Cardinalul nu a indicat clar dacă era sau nu de acord cu afirmațiile lui Feyerabend. El a spus, însă: „Ar fi o prostie să construim o apologetică impulsivă pe baza acestor păreri."

La 31 octombrie 1992, Papa Ioan Paul al II-lea și-a exprimat regretul pentru felul în care a fost tratat cazul Galileo, și a emis o declarație prin care recunoștea erorile comise de tribunalul bisericesc care a judecat pozițiile științifice ale lui Galileo Galilei, ca rezultat al unui studiu efectuat de Consiliul Pontifical pentru Cultură. În martie 2008, Vaticanul a propus completarea reabilitării lui Galileo ridicându-i o statuie în interiorul zidurilor Vaticanului. În luna decembrie a aceluiași an, în timpul evenimentelor ce au marcat a 400-a aniversare a primelor observații telescopice ale lui Galileo, Papa Benedict al XVI-lea i-a lăudat contribuțiile aduse astronomiei.

Primele lucrări ale lui Galileo descriu instrumente științifice și printre ele se numără tratatul din 1586 intitulat Mica balanță ( La Billancetta) care descrie o balanță precisă pentru cântărit obiecte în aer sau în apă și manualul tipărit în 1606 Le Operazioni del Compasso Geometrico et Militare despre funcționarea unei busole militare și geometrice.

Primele sale lucrări în domeniul dinamicii, știința mișcării și mecanică au fost De Motu ( Despre mișcare) publicată în 1590 la Pisa și Le Meccaniche ( Mecanicile) publicat la Padova în preajma lui 1600. Prima s-a bazat pe dinamica fluidelor aristotelian-arhimedeană și susținea că viteza căderii gravitaționale într-un mediu fluid este proporțională cu excesul de greutate specifică a corpului peste cea a mediului, pe când în vid corpurile cad cu viteze proporționale cu greutățile lor specifice. Lucrarea subscria dinamicii impulsului Hipparchan-Philoponană în care impulsul se disipă singur și căderea liberă în vid are o viteză terminală esențială conform greutății specifice după o perioadă de accelerare.

Mesagerul înstelat ( Sidereus Nuncius) din 1610 a fost primul tratat științific publicat realizat pe baza unor observații efectuate prin telescop. În el, Galileo a arătat următoarele descoperiri:

lunile galileene;

încrețirea suprafeței Lunii;

existența unui mare număr de stele invizibile cu ochiul liber, mai ales a celor responsabile pentru felul cum apare Calea Lactee;

diferențele dintre aparența planetelor și cea a stelelor fixe-ultimele apar ca discuri mici, iar ultimele apar ca puncte de lumina nemărite.

Galileo a publicat o descriere a petelor solare în 1613 sub titlul Scrisori despre petele solare în care a sugerat că Soarele și cerurile sunt coruptibile. „Scrisorile despre petele solare" au relatat și observațiile sale telescopice din 1610 despre fazele lui Venus, și descoperirea ciudatelor „alungiri" ale lui Saturn și a și mai ciudatei lor dispariții. În 1615 Galileo a pregătit un manuscris intitulat Scrisoare Marii Ducese Christina care nu a fost tipărit decât după 1636. Această scrisoare era o versiune revizuită a Scrisorii către Castelli, care a fost denunțată de Inchiziție pentru că susținea copernicanismul ca adevărat și consistent cu Scriptura. În 1616, după ordinul Inchiziției de a nu mai susține sau apăra poziția copernicană, Galileo a scris Discurs despre fluxul și refluxul mării ( Discorso sul flusso e il reflusso del mare) pe baza unui model copernican al Pământului, sub forma unei scrisori personale adresate Cardinalului Orsini. În 1619, Mario Guiducci, un elev al lui Galileo, a publicat un curs scris de Galileo sub titlul Discurs despre comete ( Discorso Delle Comete), în care contrazicea interpretarea iezuită a cometelor.

În 1623, Galileo a publicat Il Saggiatore, în care a atacat teoriile bazate pe autoritatea lui Aristotel și a promovat experimentul și formularea matematică a ideilor științifice. Cartea a avut mare succes și a găsit suport la nivel înalt în rândurile Bisericii Catolice. În urma succesului acestei cărți, Galileo a publicat Dialog despre cele două sisteme principale ale lumii ( Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo) în 1632. Deși a avut grijă să respecte instrucțiunile din 1616 ale Inchiziției, argumentele din carte în favoarea unei teorii copernicane și a unui model negeocentric al sistemului solar au dus la judecarea lui Galileo și la interdicția publicării lucrărilor sale. În ciuda interdicției, Galileo și-a publicat Discursurile și demonstrațiile matematice legate de două noi științe ( Discorsi e Dimostrazioni Matematiche, intorno a due nuove scienze) în 1638 în Olanda, în afara jurisdicției Inchiziției.

Descoperirile astronomice ale lui Galileo și cercetările sale asupra teoriei copernicane au lăsat o moștenire durabilă ce conține categorisirea celor patru sateliți ai lui Jupiter descoperiți de Galileo ( Io, Europa, Ganymede și Callisto) denumiți lunile galileene. Alte proiecte, principii și noțiuni științifice sunt numite după Galileo, printre care nava spațială Galileo, prima navă care a intrat pe orbita lui Jupiter, sistemul de navigație prin satelit Galileo, transformarea între două sisteme inerțiale din mecanica clasică denumită transformare galileană și unitatea de măsură Gal, cunoscută uneori sub numele de Galileo și care este o unitate non- SI pentru accelerație.

În parte pentru că 2009 este al patrulea centenar al primei observații astronomice realizată de Galileo cu telescopul, Națiunile Unite l-au intitulat Anul Internațional al Astronomiei.

Dramaturgul german din secolul al XX-lea Bertolt Brecht a dramatizat biografia lui Galileo în piesa sa Viața lui Galileo (1943). O adaptare cinematografică intitulată Galileo a fost lansată în 1975.

Galileo Galilei a fost ales ca principal motiv al unei monede de colecție de mare valoare: moneda comemorativă de 25 de euro a Anului Internațional al Astronomiei, bătută în 2009. Moneda aniversează 400 de ani de la inventarea telescopului lui Galileo. Pe față apare o porțiune a portretului lui Galileo și un telescop. Pe verso apare unul dintre primele sale desene ale suprafeței Lunii.

1. ^ O'Connor, J. J. „Galileo Galilei". The MacTutor History of Mathematics archive. University of St Andrews, Scotland.

2. ^ A Short History of Astronomy[*]

3. ^ "Galileo Galilei" în Enciclopedia Catolică din 1913. de John Gerard. Accesat la 11 august 2007

4. ^ Singer, Charles (), A Short History of Science to the Nineteenth Century, Clarendon Press (page 217)

5. ^

6. Eugen Rusu, ^ De la Thales la Einstein - Gîndirea matematică în perspectivă istorică, Editura Albatros, București, 1967, pp. 100

7. ^ Rutkin, H. Darrel. „Galileo, Astrology, and the Scientific Revolution: Another Look". Program in History & Philosophy of Science & Technology, Stanford University.

8. ^ Pedersen, O. (24 May-27, 1984). „Galileo's Religion". Proceedings of the Cracow Conference, The Galileo affair: A meeting of faith and science. Cracow: Dordrecht, D. Reidel Publishing Co. pp. 75-102.

9. ^ Anonymous (). „History". Accademia Nazionale dei Lincei.

10. În ^ Sidereus Nuncius (Favaro, 1892, 3:81 Format:Latin) Galileo a afirmat că a ajuns la această concluzie pe 11 ianuarie. Drake (1978, p.152), dar, după studierea manuscriselor nepublicate ce înregistrau observațiile lui Galileo, s-a concluzionat că aceasta s-a întâmplat abia la 15 ianuarie.

11. În varianta „inerțială" thomistă a lui Kepler a dinamicii aristoteliene, spre deosebire de varianta de dinamică a lui Galileo, toate corpurile aveau o rezistență universală inerentă la orice mișcare și o tendință de a sta pe loc, pe care el a denumit-o „inerție". Această noțiune de inerție a fost inițial introdusă de ^ Averroes în secolul al XII-lea doar pentru sferele cerești pentru a explica de ce ele nu se rotesc cu viteză infinită în dinamica aristoteliană, așa cum ar trebui dacă nu s-ar opune forțelor ce le țin în mișcare. Și în mecanica cerească din Astronomia Nova, inerția planetelor este depășită în mișcarea lor pe orbita Soarelui fiind împinse de petele Soarelui în rotație acționând ca spițele unei roți de car. Și mai general, ea prezicea toate efectele existente, cu excepția celui că planetele cu sateliți pe orbita lor, cum ar fi Jupiter, se rotesc și ele împingându-i pe aceștia, pe când Luna, de exemplu, nu se rotește, prezentând mereu aceeași față spre Pământ, deoarece nu are sateliți pe care să-i tragă. Acestea par a fi fost primele predicții novatoare reușite ale dinamicii aristoteliene „inerțiale" thomiste. În Epitome din 1630 (Vezi p514 și p896 din Encyclopædia Britannica 1952 ediția Great Books of the Western World) Kepler a insistat că a demonstrat că mișcarea axială a Soarelui din mișcările planetelor în Comentarii despre Marte cap 34 cu mult înainte de a fi stabilită telescopic de mișcările petelor solare.

12. ^ Drake (1978, p.209). Sizzi a relatat lui Orazio Morandi observațiile pe care le-au realizat el și tovarășii săi de-a lungul unui an într-o scrisoare datată 10 aprilie 1613 (Favaro, 1901, 11:491 it ). Morandi a transmis ulterior o copie a acestei scrisori lui Galileo.

13. În sistemele geostatice, variația anuală aparentă din mișcarea petelor solare nu poate fi explicată decât ca rezultat al unei precesii implauzibil de complicate a axei de rotație a Soarelui ^ (Linton, 2004, p.212; Sharratt, 1994, p.166; Drake, 1970, pp.191-196) Totuși, în considerațiile lui Drake asupra acestei probleme complexe din capitolul 9 al lucrării sale din 1970 nu este așa, deoarece nu se refutează modelele georotaționale negeostatice. Pentru că cel mult înclinațiile variabile anuale ale căilor lunare ale petelor solare față de eliptică au demonstrat doar că trebuie să existe o mișcare terestră, dar nu neapărat că acea mișcare este chiar mișcarea anuală pe orbita heliocentrică suprapusă peste o mișcare zilnice geocentrică, și deci nu a demonstrat heliocentrismul contrazicând geocentrismul. Astfel, se poate explica în modelul geocentric semitychonic cu un Pământ ce se rotește zilnic ca cel al adeptului lui Tycho, Longomontanus. Vezi mai ales p190 și p196 din articolul lui Drake. Astfel, în această analiză el a contrazis doar modelul ptolemeic geostatic geocentric a cărui orbită geocentrică zilnică a Soarelui ar fi prezis că variația anuală a acestei înclinații ar trebui observată zilnic, ceea ce nu este cazul.

14. ^ Drake (1978, p.494), Favaro(1896, 6:111). Pseudonimul era o anagramă ușor imperfectă a versiunii latinizate a numelui său și a orașului său natal: Oratio Grasio Savonensis.

15. ^ Kusukawa, Sachiko. „Starry Messenger. The Telescope], Department of History and Philosophy of Science of the University of Cambridge. Accesat la [[2007-03-10]]".

16. ^ Sobel (2000, p.43), Drake (1978, p.196). În Mesager înstelat, scrisă în latină, Galileo utilizase termenul „perspicillum".

17. ^ „omni-optical.com "A Very Short History of the Telescope"".

18. ^ Drake (1978, p.289), Favaro(1903, 13:177) it .

19. ^ Drake (1978, p.286), Favaro(1903, 13:208)it . Adevărății inventatori ai telescopului și microscopului rămân subiect de dezbatere. O privire de ansamblu asupra acestui subiect poate fi găsit în articolul Hans Lippershey (actualizat la 2003-08-01), © 1995-2007 de Davidson, Michael W. și Universitatea Statului Florida. Accesat la 2007-08-28

20. ^ „brunelleschi.imss.fi.it "Il microscopio di Galileo"" (PDF).

21. ^ Longitude: the true story of a lone genius who solved the greatest scientific problem of his time, Dava Sobel Penguin, 1996 ISBN 0-14-025879-5, ISBN 978-0-14-025879-0

22. ^ Drake (1978, pp.19,20). La acea vreme, când Viviani afirmă că a avut loc experimentul, Galileo nu-și formulase încă versiunea finală a legii căderii libere. El formulase, încă, o versiune anterioară ce prezicea că corpurile din același material cad prin același mediu la aceeași viteză (Drake, 1978, p.20).

23. ^ Groleau, Rick. „Galileo's Battle for the Heavens. Iulie 2002". Ball, Phil. „Science history: setting the record straight. 30 iunie 2005". O excepție o reprezintă Drake (1978, pp.19-21, 414-416), care afirmă că experimentul a avut loc, mai mult sau mai puțin cum l-a descris Viviani.

24. Lucretius, ^ De rerum natura II, 225-229; Pasajul relevant apare în: Lane Cooper, Aristotle, Galileo, and the Tower of Pisa (Ithaca, N.Y.: Cornell University Press, 1935), pagina 49.

25. Simon Stevin, ^ De Beghinselen des Waterwichts, Anvang der Waterwichtdaet, en de Anhang komen na de Beghinselen der Weeghconst en de Weeghdaet [The Elements of Hydrostatics, Preamble to the Practice of Hydrostatics, and Appendix to The Elements of the Statics and The Practice of Weighing] (Leiden, Netherlands: Christoffel Plantijn, 1586) relatează un experiment al lui Stevin și al lui Jan Cornets de Groot în care au lăsat să cadă bile de plumb din turla unei biserici din Delft; pasajul relevant tradus în engleză apare aici: E. J. Dijksterhuis, ed., The Principal Works of Simon Stevin (Amsterdam, Netherlands: C. V. Swets & Zeitlinger, 1955) vol. 1, paginile 509 și 511. Disponibil on-line la: http://www.library.tudelft.nl/cgi-bin/digitresor/display.cgi?bookname=Mechanics%20I&page=509

26. ^ Finocchiaro (1997, p.82); Moss & Wallace (2003, p.11)

27. Vezi Langford ^ (1966, pp.133-134) și Seeger (1966, p.30), de exemplu. Drake (1978, p.355) susține că personajul Simplicio este modelat după filosofii aristotelieni Lodovico delle Colombe și Cesare Cremonini, și nu după Urban. El consideră și că cererea ca Galileo să includă argumentele Papei în Dialog nu i-a dat de ales decât să le pună în gura lui Simplicio (Drake, 1953, p.491). Chiar și Arthur Koestler, care l-a criticat dur pe Galileo în Somnambulii (1959), după ce a notat că Urban îl bănuia pe Galileo că intenționat l-a făcut pe Simplicio o caricatură a sa, spune că „desigur, nu este adevărat" (1959, p.483)

28. ^ Fantoli (2005, p.139), Finocchiaro (1989, p.288-293). Traducerea lui Finocchiaro a deciziei Inchiziției împotriva lui Galileo este disponibilă on-line. „Vehement suspect de erezie" era un termen tehnic al dreptului canonic și nu însemna neapărat că Inchiziția consideră opiniile luate în discuție drept eretice. Același verdict ar fi fost posibil dacă părerile ar fi fost supuse și cenzurii mai puțin dure de „greșite în credință" (Fantoli, 2005, p.140; Heilbron, 2005, pp.282-284).

29. ^ Drake (1978, p.367), Sharratt (1994, p.184), Favaro(1905, 16:209, 230)it .

30. ^ Shea & Artigas (2003, p.199); Sobel (2000, p.378); Sharratt (1994, p.207); Favaro(1906,18:378-80) it .

31. ^ Heilbron (2005, p.303-04); Coyne (2005, p.347). Versiunea necenzurată a Dialogului a rămas la indexul cărților interzise (Heilbron 2005, p.279).

32. ^ Heilbron (2005, p.307); Coyne (2005, p.347) Efectul practic al interdicției în ultimii săi ani pare să fi fost acela că clerul putea publica discuții despre fizica heliocentrică cu un disclaimer oficial ce-i asigura caracterul ipotetic și supunerea față de decretele bisericești împotriva mișcării Pământului: vezi de exemplu ediția cărții lui Newton „Principia" comentată (1742) de Părinții Le Seur și Jacquier, care conține un astfel de Declaratio înainte de a treia carte legată de teoria lunară.

33. ^ Ratzinger (1994, p.98).

34. ^ Fischer, Daniel (). Mission Jupiter: The Spectacular Journey of the Galileo Spacecraft. Springer. pp. v. ISBN 0-387-98764-9.

35. ^ United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization (). „Proclamation of 2009 as International year of Astronomy" (PDF). UNESCO.

Allan-Olney, Mary (). The Private Life of Galileo: Compiled primarily from his correspondence and that of his eldest daughter, Sister Maria Celeste. Boston: Nichols and Noyes.

Duhem, Pierre (ianuarie 1906). Etudes sur Leonard de Vinci.

Duhem, Pierre. „History of Physics". Catholic Encyclopedia.

Einstein, Albert (). Ideas and Opinions. translated by Sonja Bargmann. Londra: Crown Publishers. ISBN 0-285-64724-5.

Favaro, Antonio (1890-1909), ed.[1]. Le Opere di Galileo Galilei, Edizione Nazionale it . (The Works of Galileo Galilei, National Edition, 20 vols.), Florence: Barbera, 1890-1909; reprinted 1929-1939 and 1964-1966. ISBN 88-09-20881-1. Searchable online copy from the Institute and Museum of the History of Science, Florence. Brief overview of Le Opere @ Finns Fine Books, [2] and here [3]

Feyerabend, Paul (). Killing Time: The Autobiography of Paul Feyerabend. Chicago, MI: University of Chicago Press. ISBN 0-226-24531-4.

Fillmore, Charles (iulie 2004) [1931]. Metaphysical Bible Dictionary (ed. 17th). Unity Village, Missouri: Unity House. ISBN 0-87159-067-0.

Finocchiaro, Maurice A. (). Galileo on the world systems: a new abridged translation and guide. Berkeley and Los Angeles, CA: University of California Press. ISBN 0-520-20548-0.

Finocchiaro, Maurice A. (). „Book Review-The Person of the Millennium: The Unique Impact of Galileo on World History". The Historian. 69 (3): 601-602. doi:10.1111/j.1540-6563.2007.00189_68.x.

Galilei, Galileo () [1638, 1914]. Crew, Henry; de Salvio, Alfonso, ed. Dialogues Concerning Two New Sciences. New York, NY: Dover Publications Inc. ISBN 486-60099-8.

Galilei, Galileo Galileo: Two New Sciences (Translation by Stillman Drake of Galileo's 1638 Discourses and mathematical demonstrations concerning two new sciences) University of Wisconsin Press 1974 ISBN 0-299-06400-X

von Gebler, Karl (). Galileo Galilei and the Roman Curia. Londra: C.K. Paul & Co.

Geymonat, Ludovico (1965), Galileo Galilei, A biography and inquiry into his philosophy and science, translation of the 1957 Italian edition, with notes and appendix by Stillman Drake, McGraw-Hill

Grant, Edward Aristotle, Philoponus, Avempace, and Galileo's Pisan Dynamics Centaurus, 11, 1965-7

Grisar, Hartmann, S.J., Professor of Church history at the University of Innsbruck (1882). Historisch theologische Untersuchungen über die Urtheile Römischen Congegationen im Galileiprocess (Historico-theological Discussions concerning the Decisions of the Roman Congregations in the case of Galileo), Regensburg: Pustet. - Google Books ISBN 0-7905-6229-4. (LCC# QB36 - microfiche) Reviewed here (1883), pp.211-213

Hall, A. R. From Galileo to Newton 1963

Hall, A. R. Galileo and the Science of Motion in 'British Journal of History of Science', 2 1964-5

Hoskin, Michael (Ed) The Cambridge concise history of astronomy CUP 1999

Hawking, Stephen (). A Brief History of Time. New York, NY: Bantam Books. ISBN 0-553-34614-8.

Hellman, Hal (1988). Great Feuds in Science. Ten of the Liveliest Disputes Ever. New York: Wiley

Humphreys, W. C. Galileo, Falling Bodies and Inclined Planes. An Attempt at Reconstructing Galileo's Discovery of the Law of Squares 'British Journal of History of Science' 1967

Koestler, Arthur () [1959]. The Sleepwalkers: A History of Man's Changing Vision of the Universe. Penguin. ISBN 0-14-019246-8. Ediția originală publicată de Hutchinson (1959, Londra).

Koyré, Alexandre A Documentary History of the Problem of Fall from Kepler to Newton Transaction of the American Philosophical Society, 1955

Koyré, Alexandre Galilean Studies Harvester Press 1978

Kuhn, T. The Copernican Revolution 1957

Kuhn, T. The Structure of Scientific Revolutions 1962

Lattis, James M. (1994). Between Copernicus and Galileo: Christopher Clavius and the Collapse of Ptolemaic Cosmology, Chicago: the University of Chicago Press

Lessl, Thomas, "The Galileo Legend." New Oxford Review, 27-33 (June 2000).

Losee, J. Drake, Galileo, and the Law of Inertia American Journal of Physics, 34, p. 430-2 1966

Mach, Ernst. The Science of Mechanics 1893

Machamer, Peter (Ed) The Cambridge Companion to Galileo Cambridge University Press 1998

Moss, Jean Dietz; Wallace, Williamm (). Rhetoric & dialectic in the time of Galileo. Washington D.C.: CUA Press. ISBN 0-8132-1331-2.

Naylor, Ronald H. (1990). "Galileo's Method of Analysis and Synthesis," Isis, 81: 695-707

Newall, Paul (2004). "The Galileo Affair"

Ratzinger, Joseph Cardinal (). Turning point for Europe? The Church in the Modern World-Assessment and Forecast. translated from the 1991 German edition by Brian McNeil. San Francisco, CA: Ignatius Press. ISBN 0-89870-461-8. OCLC 60292876.

Settle, Thomas B. (). „An Experiment in the History of Science". Science. 133: 19-23. doi:10.1126/science.133.3445.19.

Shapere, Dudley Galileo, a Philosophical Study University of Chicago Press 1974

Wallace, William A. (1984) Galileo and His Sources: The Heritage of the Collegio Romano in Galileo's Science, (Princeton: Princeton Univ. Pr.), ISBN 0-691-08355-X

White, Andrew Dickson (). A History of the Warfare of Science with Theology in Christendom. New York: D. Appleton and Company.

# data[].attributes.attachment_link.description
Galileo Galilei (n. 15 februarie 1564 - d. 8 ianuarie 1642) a fost un fizician, matematician, astronom și filosof italian care a jucat un rol important în Revoluția Științifică. Printre realizările sale se numără îmbunătățirea telescoapelor și observațiile astronomice realizate astfel, precum și suportul pentru copernicanism.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Acest articol sau această secțiune are bibliografia incompletă sau inexistentă.
Puteți contribui prin adăugarea de referințe în vederea susținerii bibliografice a afirmațiilor pe care le conține.

Faculele solare reprezintă nori strălucitori și incandescenți de gaze, care înconjoară petele solare. Se formează în defileurile dintre granulele solare, celulele luminoase de scurtă durată din fotosfera Soarelui, care apar datorită activității zonei convective de sub fotosferă. Faculele sunt produse de concentrații ale liniilor de câmp magnetic. O faculă solară literalmente înseamnă un loc strălucitor. Termenul este folosit în nomenclatura planetară pentru a denumi anumite caracteristici ale suprafatelor planetelor și sateliți, și este, de asemenea, un tip de fenomen pe suprafața Soarelui.

Faculele solare sunt mai vizibile la marginile discului solar și în zonele cu lungime de unde scurte.

Petele solare și faculele sunt formații fotosferice în continuă evoluție. Petele apar în urma unei erupții neregulate, apoi se rotunjesc, fiind înconjurate de penumbră, cu diametrul între 1.000 - 100.000 km. Adesea petele formează grupuri care se transformă în perechi de pete până dispar. Formarea petelor se atribuie unor fenomene legate de câmpurile magnetice și rotația diferențiată a Soarelui. În urma câmpurilor magnetice, temperatura petelor este mai mică decât cea a fotosferei (deoarece câmpurile magnetice intense se opun transportului energiei spre exterior). Petele dispar după cca. trei săptămâni terestre. Fenomenul cel mai important este periodicitatea numărului petelor, având perioada medie de 11 ani. Petele sunt înzestrate cu un câmp magnetic puternic. Faculele sunt mai numeroase în jurul petelor, formând cu acestea regiuni active. Aria ocupată de facule este de 2,5 ori mai mare decât aria ocupată de petele solare. Au o viată mai lungă decât cea a petelor, dar mențin aceeași perioadă de 11 ani.

# data[].attributes.attachment_link.description
Acest articol sau această secțiune are bibliografia incompletă sau inexistentă. Puteți contribui prin adăugarea de referințe în vederea susținerii bibliografice a afirmațiilor pe care le conține. Faculele solare reprezintă nori strălucitori și incandescenți de gaze, care înconjoară petele solare.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Cromosfera solară (literal sferă colorată) este un strat din atmosfera Soarelui, chiar deasupra fotosferei și sub coroana solară. Cromosfera are o grosime de cca. 10.000 km și o temperatură care crește spre exterior, de la 4.500 K la 20.000 K. În comparație, fotosfera are o grosime de câteva sute de kilometri și temperaturi de 6.000 K, iar coroana solară se întinde în jurul cromosferei cu o grosime de sute de mii de kilometri sau mai mult și are o temperatură paradoxală de un milion de K. Structura cromosferei este foare erogenă: în cromosferă, între petele unor grupuri apar scânteieri luminoase de scurtă durată, numite erupții cromosferice, regiuni de nori albi numiți floculi (care sunt nori din calciu). Spre marginea discului solar apar niște limbi de flăcări ce ies din cromosferă, numite protuberanțe. Aceste protuberanțe sunt liniștite sau eruptive. Cele liniștite persistă într-o formă puțin schimbată timp de mai multe săptămâni terestre. Cele eruptive în câteva ore terestre evoluează și dispar. Ele au o periodicitate de 11 ani, care se acordă bine cu cea a petelor solare.

Cromosfera apare ca un cerc roșu în jurul Soarelui eclipsat. După descoperirea filtrului monocromatic de către B. Lyot, cromosfera a putut fi vizibilă pe tot discul solar și este în continuu urmărită prin stațiile solare plasate pe tot globul terestru. Culoarea roșie se datorează emisiei intense a cromosferei în linia H(alfa) a hidrogenului.

Din studiul spectrului cromosferei la înălțimi diferite față de marginea Soarelui s-a obținut structura cromosferei și mai ales profilul temperaturii și densității materiei. Densitatea scade mult cu înălțimea, în timp ce temperatura crește.

Temperatura efectivă a soarelui este de 5.770 K în imediata apropiere a suprafeței Soarelui. La marginea superioară a fotosferei temperatura scade la 5.000 K și continuă să scadă în primele sute de kilometri în cromosferă, când atinge un minim de cca. 4.000 km. După acest minim temperatura solară crește încet de la 10.000 la 50.000 K la o înălțime sub 1.000 km. Mai sus, la câteva mii de kilometri, temperatura cromosferei ajunge la 500.000 K. Creșterea aceasta rapidă, cu alte cuvinte încălzirea bruscă a cromosferei, reprezintă o problemă iritantă în fizica solară. Deasupra acestei regiuni temperatura continuă să se mărească, astfel încât la peste 20.000 km valoarea temperaturii coronale este de cca. 1.000.000 K.

Când este proiectată pe discul solar, cromosfera formată dintr-un strat de materie rarefiată devine transparentă, așadar invizibilă. Numai în interiorul unor benzi înguste a unor linii de absorție ( Hα - hidrogen sau H și K ale calciului ionizat) de ordinul 1 Å, cromosfera devine opacă și vizibilă. Cromosfera poate fi studiată la aceste lungimi de undă, unde liniile spectrale care apar nu sunt complet negre. Centrul fiecărei linii este mai negru decât fondul continuu alăturat, dar se emit încă unii fotoni de la cromosferă spre pământ pe care cercetătorii îl recepționează cu ajutorul filtrelor monocromatice în benzi înguste ale liniilor spectrale menționate mai sus. Pe fotografiile monocromatice (adică pe filtograme) în Hα sau K (Ca II) se pot observa formațiunile cromosferei. Dintre acestea se remarcă:

regiunile faculare sau plăjile, care sunt porțiuni luminoase asociate centrelor active solare

filamentele porțiunii alungite întunecate, care la marginea discului se transformă în protuberanțe

Cromosfera este și sediul erupțiilor solare, de unde rezultă și importanța urmăririi sale continue.

Studierea cromosferei este deosebit de interesantă prin problemele pe care le pune structura și transportul de energie dintre fotosferă și coroană, cromosfera având rol de intermediar, ca și pentru fenomenele pe care le generează, cel mai important fiind erupția cromosferică.

Structura definitorie a cromosferei o constituie o rețea de formații conice mici luminoase (ca o iarbă), spiculele. fiecare con care reprezintă o spiculă are cca. 5.000 km înălțime și o rază de cca. 500 km. Spiculele sunt într-o permanentă mișcare, apar și dispar în medie în 5 minute.

Emilia Țifrea - Soarele. Editura științifică și enciclopedică. Buc., 1978

Legături externe

# data[].attributes.attachment_link.description
Cromosfera solară (literal sferă colorată) este un strat din atmosfera Soarelui, chiar deasupra fotosferei și sub coroana solară. Cromosfera are o grosime de cca. 10.000 km și o temperatură care crește spre exterior, de la 4.500 K la 20.000 K.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Hidrogen

Luminescență purpurie în stare plasmatică

Liniile spectrale ale hidrogenului

Informații generale

Nume, Simbol, Număr

Hidrogen, H, 1

Grupă, Perioadă, Bloc

1, 1, s

Proprietăți atomice

Configurație electronică

1s ¹

Electroni pe nivelul de energie

1

Proprietăți fizice

Punct de topire

-259,1 °C ; 14,025 K

Punct de fierbere

-252,9 °C ; 20,268 K

Volum molar

22,42×10⁻³ m³/kmol

Viteza sunetului

1270 m/s la 20 °C

Informații diverse

Electronegativitate (Pauling)

2,2

Cei mai stabili izotopi

Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

Hidrogenul este elementul chimic în tabelul periodic al elementelor cu simbolul H și numărul atomic 1. Este un gaz ușor inflamabil, incolor, insipid, inodor, iar în natură se întâlnește mai ales sub formă de moleculă diatomică, H ₂. Având masa atomică egală cu 1,00794 u.a.m., hidrogenul este cel mai ușor element chimic. Etimologic, cuvântul hidrogen este o combinație a două cuvinte grecești, având semnificația de „a produce apă".

Hidrogenul elementar este principala componentă a Universului, având o pondere de 75% din masa acestuia. În starea de plasmă, se găsește ca element majoritar în alcătuirea stelelor. Hidrogenul elementar este foarte puțin răspândit pe Pământ.

Pentru necesități industriale există diferite procedee de producere, puse la punct din punct de vedere tehnologic sau aflate în fază de laborator. Hidrogenul poate fi obținut prin electroliza apei, procesul necesitând costuri mai mari decât cel de producere prin procesarea gazelor naturale.

Cel mai răspândit izotop al hidrogenului este protiul, care este alcătuit dintr-un singur proton în nucleu și un electron în învelișul electronic. În compușii ionici poate avea sarcină negativă ( anion cunoscut sub numele de hidrură, H⁻) sau sarcină pozitivă H⁺ ( hidron). Hidrogenul formează compuși chimici cu majoritatea elementelor din sistemul periodic și este prezent în apă și în mulți dintre compușii organici. Are un rol important în reacțiile acido-bazice, acestea bazându-se pe schimbul de protoni între molecule. Fiind singurul atom pentru care soluția analitică a ecuației lui Schrödinger este pe deplin cunoscută, prezintă un rol major în fundamentarea teoriei mecanicii cuantice.

Hidrogenul este un gaz puternic reactiv și își găsește aplicații datorită capacității sale chimice de reducător. Hidrogenul se folosește în industria petrochimică la producerea benzinelor, în industria chimico-alimentară pentru hidrogenarea grăsimilor (de exemplu producerea margarinei), în prelucrările mecanice ale metalelor și în tratamentul termic al acestora.

Hidrogenul a fost testat pentru folosirea alternativă în vehiculele echipate cu motoare cu ardere internă. Avantajul său principal constă în faptul că este ecologic, din arderea sa rezultând vapori de apă. Dezavantajele constau în pericolul mare de explozie, dificultatea stocării în vehicule și lipsa unei infrastructuri de stații de alimentare cu hidrogen. Poate fi folosit pentru producerea directă a electricității, prin intermediul pilelor de combustie.

In anul 2019 a fost descoperit primul compus format în univers la cca 300.000 ani după Big Bang, ionul hidrură de heliu (HeH+) (în engleză „helium hydride ion"). Este o combinație între un atom de heliu și un proton (atom de hidrogen fără electroni). Descoperirea s-a făcut ajutorul observatorului astronomic SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, plasat în stratosferă, o cooperare germano-americană) în nebuloasa planetară NGC 7027.

Descoperire

Hidrogenul a fost descoperit de către chimistul și fizicianul englez Henry Cavendish în 1766, în urma unui experiment în care studia reacțiile dintre mercur și un acid. La amestecarea celor două substanțe, observa apariția unor mici bule de gaz în amestec. Acest aspect l-a determinat să efectueze o cercetare suplimentară, numind substanța necunoscută „aer inflamabil". În 1781 a descoperit că acest element produce apă atunci când arde. O analiză mai detaliată a fost făcută de către Antoine Lavoisier, care descoperă gazul independent de Cavendish în urma unui experiment ce urmărea determinarea masei pierdute sau create în urma unei reacții chimice. Cercetătorul a încălzit apa într-un recipient închis, vaporii formați condensându-i într-un alt recipient. Cantitatea pierdută a fost atribuită degajării unui gaz (H ₂). Chimistul francez a observat că „aerul inflamabil" al lui Cavendish în combinație cu oxigenul formează picături de apă, conform lui Joseph Priestley. Lavoisier a numit gazul „hidrogen", nomeclatura fiind de origine greacă ( ὕδωρ, hydro înseamnă apă, iar γίγνομαι, gignomai înseamnă a naște, a crea).

Rolul în teoria cuantică

Datorită structurii atomice relativ simple, constituit dintr-un proton și un electron, atomul de hidrogen împreună cu spectrul luminii emise de el, au reprezentat un domeniu central al dezvoltării teoriei structurii atomice. În plus, simplitatea moleculei de H ₂ și a cationului H⁺ au condus la înțelegerea completă a naturii legăturii chimice ce a urmat imediat după dezvoltarea studiului atomului de hidrogen în mecanica cuantică (mijlocul anilor 1920).

Maxwell a observat că la H 2, sub temperatura mediului ambiant, valoarea căldurii molare se abate inexplicabil de la aceea a unui gaz diatomic, iar la temperaturi criogenice se apropie din ce în ce mai mult de cea a unui gaz monoatomic. Conform teoriei cuantice, această comportare rezultă din distribuția spațială ale nivelelor de energie de rotație, care la H ₂ sunt foarte îndepărtate, datorită masei sale mici. Aceste nivele îndepărtate împiedică la temperaturi mici partiția egală (între cei doi atomi ai moleculei) a energiei termice în energie de rotație. Compușii diatomici gazoși formați din atomi mai grei nu au diferențe mari între nivelele energetice de rotație și nu prezintă același efect.

Hidrogenul este elementul cu cea mai mică densitate. În formă moleculară (H ₂) este de aproximativ 14,4 ori mai ușor decât aerul. La presiune normală punctul său de topire este de 14,02 K, iar cel de fierbere este de 20,27 K. Punctul său triplu este la 13,81 K, și 7,042 kPa, iar cel critic la 33,2 K și 1,29 MPa. Solubilitatea în apă este de 1,6 mg/l. Unele proprietăți termodinamice (legate de fenomenele de transport) sunt datorate masei moleculare mici și vitezei termice a unei molecule de 1770 m/s la 25 °C. La temperatura camerei, hidrogenul difuzează cel mai rapid, are cea mai înaltă conductivitate termică și cea mai mare efuziune dintre toate gazele. O vâscozitate mai mică au doar trei gaze poliatomice, unul dintre ele fiind n-butan.

Mobilitatea hidrogenului într-o masă solidă este, de asemenea, foarte mare. Astfel, acesta difuzează prin diverse materiale, cum ar fi polietilena și cuarțul. Un important fenomen este acela de difuzie în fier, platină și în alte metale tranziționale. Aceste proprietăți conduc la utilizări tehnice numeroase, dar de asemenea, și la dificultăți legate de transportul, depozitarea și de prelucrare a amestecurilor de hidrogen.

Hidrogenul gazos (în stare de moleculă diatomică) este extrem de inflamabil și la presiune atmosferică se aprinde în aer la concentrații volumetrice cuprinse între 4% și 75%, iar în contact cu oxigenul pur între 4,65% și 93,9%. Limitele între care apare detonația sunt între 18,2% și 58,9% în aer, respectiv între 15% și 90% în oxigen. Variația entalpiei în urma combustiei ( puterea calorifică, căldura de ardere) este de −286 kJ/mol:

[23]

Amestecul dintre oxigen și hidrogen în diferite proporții este exploziv. Hidrogenul se autoaprinde și explodează în contact cu aerul în intervalul de concentrații cuprins între 4% și 75%, temperatura de autoaprindere fiind de 560 °C. Flacăra unui amestec pur hidrogen-oxigen emite radiații ultraviolete invizibile cu ochiul liber.

H ₂ reacționează cu toate elementele oxidante. Acesta poate reacționa spontan și violent la temperatura camerei cu clorul și fluorul, formând HCl și HF.

Hidrogenul este cel mai răspândit element în univers, reprezentând mai mult de 75% în masă și mai mult de 90% după numărul de atomi. Se găsește în cantități mari în compoziția stelelor și a planetelor gigantice gazoase. Norii moleculari de H ₂ sunt asociați cu formarea stelelor. Hidrogenul joacă un rol-cheie și în exploziile stelare datorate reacțiilor de fuziune nucleară dintre protoni.

În Univers, hidrogenul este întâlnit mai ales sub forma de atom și în stare de plasmă. Proprietățile acestora sunt diferite față de cele ale moleculei de hidrogen. Electronul și protonul de hidrogen nu formează legături în starea de plasmă, din cauza conductivității electrice diferite și a unei emisii radiative mari (originea luminii emise de Soare și alte stele). Particulele încărcate cu sarcini electrice sunt puternic influențate de câmpurile magnetice și electrice. De exemplu, în vânturile solare particulele interacționează cu magnetosfera terestră, generând curenți Birkeland și produc fenomenul cunoscut sub denumirea de auroră boreală. Hidrogenul se găsește în stare atomică neutră în mediul interstelar, iar cea mai mare cantitate este întâlnită la sistemele Lyman-alpha.

În condiții normale, hidrogenul există pe Pământ sub formă de moleculă diatomică, H ₂, însă nu este foarte răspândit în atmosfera terestră (în concentrație medie de 1 ppm de volum) din cauza masei mici, astfel forța gravitațională a planetei are un efect foarte slab asupra sa. Totuși, hidrogenul (prin compușii săi) este cel mai răspândit element de la suprafața Terrei. Cei mai întâlniți compuși chimici ai săi sunt hidrocarburile și apa. Hidrogenul gazos este produs de anumite specii de bacterii și alge, acesta fiind componentul principal al flatulenței. Metanul este o importantă sursă de hidrogen.

Atomul de hidrogen

Nivelul energetic fundamental al electronului în atomul de hidrogen are energia egală cu -13,6 eV. Nivelele superioare se numesc nivele excitate, energia acestora crescând până la 0 eV (valoarea nivelului energetic aflat la infinit), ele se calculează folosind modelul lui Bohr. Acesta consideră că nucleul este fix, iar electronul are o traiectorie circulară în jurul acestuia asemănătoare cu planetele ce gravitează în jurul Soarelui (de unde provine denumirea alternativă de model planetar). Forța electromagnetică atrage electronul și protonul unul spre celălalt, în timp ce corpurile cerești se atrag datorită gravitației. Potrivit condiției de cuantificare a momentului cinetic postulat de Bohr, valoarea momentului cinetic al electronului este multiplu întreg al constantei reduse al lui Planck, de unde rezultă că în cadrul atomului, electronului îi sunt permise anumite orbite cu raze bine stabilite. Această relație de cuantificare explică spectrul discret al nivelelor energetice.

O descriere mai exactă a atomului de hidrogen este dată în fizica cuantică unde se calculează densitatea de probabilitate prin norma funcției de undă a electronului în jurul protonului pe baza ecuației lui Schrödinger sau a formulării lui Feynman cu integrală de drum.

Hidrogenul are trei izotopi naturali, ¹H, ²H și ³H. Alții, ce au nucleele foarte instabile ( ⁴H până la ⁷ H), au fost sintetizați în laborator dar nu au fost observați în natură.

este cel mai răspândit izotop al hidrogenului, având o pondere de peste 99,98% în compoziția izotopică naturală al acestui element. Datorită faptului că acesta are în nucleul un singur proton, a fost numit protiu, această denumire fiind însă rar utilizată.

, celălalt izotop stabil al hidrogenului, este cunoscut și sub numele de . Conține în nucleu un proton și un neutron, acest izotop provenind de la Big Bang, continuând să existe până acum datorită stabilității sale. Nu este radioactiv și nu reprezintă o sursă periculoasă de poluare. Apa ce este bogată în dioxid de deuteriu se mai numește și apă grea. Deuteriul și compușii săi sunt utilizați ca etalon în experimente neradioactive și ca solvent în procedeele de spectroscopie RMN. Apa grea este utilizată ca moderator de neutron și ca lichid de răcire pentru reactorii nucleari. Deuteriul este de asemenea folosit drept combustibil pentru fuziune nucleară de larg consum.

se mai numește și (mai rar: trițiu); conține în nucleu un proton și doi neutroni. Este radioactiv, rezultând din izotopul Heliu-3 prin dezintegrarea beta și are un timp de înjumătățire de 12,32 ani. Cantități mici din acest izotop sunt răspândite și în natură, acesta rezultând din interacțiunea razelor cosmice cu gazele atmosferice; tritiul este eliberat și în timpul testelor nucleare. Este folosit și în reacții de fuziune nucleară, și pentru evidențierea și studiul de geochimia izotopilor și în dispozitive autogeneratoare de lumină. Tritiul se mai utilizează și în marcarea radioizotopică, în special în domeniul biologiei, medicinei sau geologiei. Dioxidul de tritiu se mai numește și apă supergrea.

Hidrogenul este singurul element care are nume diferite pentru izotopii săi cei mai răspândiți. Simbolurile D și T (în loc de ²H și ³H) sunt folosite pentru deuteriu și tritiu, dar P este utilizat pentru fosfor, deci nu se poate folosi pentru simbolizarea protiului. IUPAC acceptă atât ambele variante, dar ²H și ³ H sunt preferate.

Emisia spectrală a atomului de hidrogen este caracterizată prin linii spectrale date de formula lui Rydbeg. Studiul liniilor spectrale este important în mecanica cuantică și la studiul prezenței hidrogenului pentru determinarea deplasării spre roșu.

Există doi izomeri de spin ai moleculei de hidrogen care diferă prin spinii relativi ai nucleului. În forma de ortohidrogen, spinii celor doi protoni sunt paraleli și formează un triplet; în forma de parahidrogen, spinii sunt antiparaleli și formează un singlet. La temperatură și presiune standard, hidrogenul gazos conține 25% parahidrogen și 75% ortohidrogen („starea normală" a hidrogenului). Proporțiile în care se găsesc orto și parahidrogenul depind de temperatură, dar forma orto este excitată și are o energie mai mare, deci este instabilă și nu poate fi purificată. La temperaturi foarte joase, starea de echilibru e formată aproape în întregime din parahidrogen. Proprietățile fizice ale parahidrogenului pur diferă puțin de cele ale hidrogenului în stare normală. Diferențele dintre formele orto și para se manifestă și în compușii care conțin hidrogen, cum ar fi apa sau metilenul.

Transformarea între orto și parahidrogen ce are loc fără catalizator se desfășoară mai rapid la temperaturi mari, astfel H ₂ condensat rapid conține o cantitate mare de ortohidrogen care se convertește în parahidrogen foarte încet. Proporția de orto/para în hidrogenul molecular (H ₂) condensat este un factor important în prepararea și stocarea hidrogenului lichid; conversia din orto în parahidrogen este un proces exoterm, prin care se degajă suficientă căldură pentru a evapora hidrogenul lichid, astfel pierzându-se materialului lichefiat. Catalizatorii utilizați la această transformare, cum ar fi oxidul feric, carbonul activat, azbestul platinizat, compuși ai uraniului, metale rare, oxidul de crom, câțiva compuși ai nichelului, sunt utilizați în timpul răcirii hidrogenului.

O formă moleculară numită molecula protonată de hidrogen sau H ₃⁺ este întâlnită în mediul interstelar, fiind produsă prin ionizarea moleculei de hidrogen de către razele cosmice. De asemenea, a fost observată și în straturile superioare ale planetei Jupiter. Această moleculă este relativ stabilă în afara Terrei datorită temperaturii scăzute și a densității ridicate. H ₃⁺ este unul din cei mai răspândiți ioni din Univers, jucând un rol important în chimia mediului interstelar.

În general, hidrogenul este considerat drept un nemetal, însă la temperaturi joase și la presiuni mari unele din proprietățile sale se aseamănă cu cele ale metalelor. Hidrogenul metalic a fost obținut pentru prima oară în 1973 la o presiune de 2,8 Mbar și la 20 K. Aliajul SiH ₄ cu structură metalică a fost obținut în 2008, descoperindu-se că este un foarte bun conductor electric, în conformitate cu predicțiile anterioare ale lui lui N. W. Ashcroft. În acest compus, chiar și la presiuni moderate, hidrogenul are o structură cu o densitate ce corespunde cu cea a hidrogenului metalic.

Compușii covalenți și cei organici

Chiar dacă H ₂ nu este foarte reactiv în condiții obișnuite, el formează compuși cu majoritatea elementelor. Se cunosc milioane de hidrocarburi, dar acestea nu se obțin prin reacția directă dintre elemente (carbon și hidrogen), deși producerea gazului de sinteză în procedeul Fischer-Tropsch poate fi considerată aproape o excepție deoarece procesul folosește carbonul din cărbunele, iar hidrogenul poate fi generat în proces din apă. Hidrogenul poate forma compuși cu elementele mai electronegative decât el, cum ar fi halogenii; în acest tip de compuși, hidrogenul prezintă o sarcină pozitivă parțială. Când se leagă de fluor, oxigen sau azot, hidrogenul participă la formarea unei legături puternice numite legătură de hidrogen, ce este un factor important în stabilitatea multor molecule biologice. Hidrogenul poate forma compuși și cu elementele mai puțin electronegative, cum ar fi metalele sau semimetalele, având o sarcină parțial negativă. Acești compuși sunt cunoscuți sub numele de hidruri. Hidrogenul formează o varietate de compuși cu carbonul. Datorita asocierii în general a acestora cu organismele vii, aceștia sunt numiți compuși organici; cu studierea lor se ocupă chimia organică, iar cu studiul rolului lor în organismele vii - biochimia. În unele definiții „organic" se referă doar la un compus ce conține carbon. Însă majoritatea substanțelor organice prezintă și hidrogen, iar legătura carbon-hidrogen determină multe din particularitățile lor. De aceea, legăturile carbon-hidrogen sunt prezente în unele definiții ale cuvântului „organic". În chimia anorganică hidrurile pot reprezenta catene de legături între doi ioni metalici ai unei combinații complexe. Această funcție se întâlnește la elementele din grupa 13, cu precădere la boruri și compușii complecși ai aluminiului.

Compușii hidrogenului sunt adesea numiți „hidruri", acest termen fiind uneori impropriu utilizat. „Hidrură" definește o substanță în care atomul de H are caracter anionic sau sarcină negativă, deci H −, fiind utilizat pentru compușii hidrogenului cu un element mai electropozitiv. Existența anionului hidrură, sugerată de Gilbert N. Lewis în 1916 pentru elementele din prima grupă și a doua principală, a fost pusă în evidență în 1920 de către Moers prin electroliza topiturii de hidrură de litiu (LiH), când a fost produsă o cantitate stoechiometrică de hidrogen la anod. Pentru hidrurile altor elemente, termenul este ambiguu, luând în considerare electronegativitatea hidrogenului. Excepție face BeH ₂, care este un polimer. În hidrura de litiu și aluminiu, anionul AlH ₄− are centre de hidrură atașate puternic de aluminiu. Chiar dacă hidrogenul poate forma hidruri cu toate elementele din grupele principale, numărul și combinațiile posibile diferă de la o grupă la alta. Hidrura de indiu nu a fost încă identificată, însă există o multitudine de compuși complecși ai săi.

Protoni și acizi

Oxidarea hidrogenului, adică îndepărtarea electronului său, decurge teoretic cu formarea H⁺, ion ce nu conține niciun electron în învelișul electronic și un proton în nucleu. De aceea, H⁺ este adesea numit „proton" și are un rol important în teoria protonică a acizilor. Conform teoriei Bronsted-Lowry, acizii sunt acele substanțe care cedează protoni, iar bazele sunt acceptori de protoni. Protonul H⁺ nu poate exista liber, ci doar în soluții sau în cristale ionice, datorită afinității foarte mari pentru electronii altor elemente. Uneori, termenul de „proton" este utilizat impropriu pentru a se referi la hidrogenul cu sarcină pozitivă sau cationul de hidrogen legat de alte specii moleculare. Pentru a se evita implicarea existența unică a „protonului solvatat" în soluții, se consideră că soluțiile apoase cu caracter acid conțin ionul hidroniu (H ₃O⁺). Totuși, unii cationi solvatați ai hidrogenului sunt mai degrabă organizați în molecule de tipul celei de H ₉O ₄⁺. Alți ioni oxoniu se formează când apa formează soluții cu alți solvenți. Deși nu se întâlnește pe Pământ, ionul H ₃⁺ (cunoscut sub numele de hidrogen molecular protonat sau cationul triatomic de hidrogen) este una dintre cele mai răspândite specii chimice în restul universului.

H ₂ este produs în laboratoarele de chimie și cele de biologie, fiind adesea un produs secundar al unei reacții; în industrie pentru hidrogenarea substanțelor nesaturate; în natură ca metodă de a reduce echivalenții în reacțiile biochimice.

În laborator, H ₂ este de obicei obținut prin reacția metalelor cu acizii în aparatul Kipp.

Aluminiul poate produce H ₂ prin tratarea cu baze:

Electroliza apei este o metodă simplă de a produce hidrogen. Un curent de joasă tensiune trece prin apă, iar oxigenul gazos se formează la anod, în timp ce hidrogenul gazos apare la catod. De obicei la producerea hidrogenului, catodul este confecționat din platină. Dacă se realizează și arderea, oxigenul este preferat pentru combustie, astfel ambii electrozi sunt confecționați din metale inerte. Eficiența maximă (electricitatea utilizată raportată la cantitatea de hidrogen produsă) este de 80% - 94%.

În 2007 s-a descoperit că un aliaj format din aluminiu și galiu în forma granulară în reacție cu apa poate fi folosit pentru a produce hidrogen. Din acest proces mai rezultă de asemenea și alumină, însă galiul scump, ce previne apariția stratului de oxid, poate fi refolosit. Acest lucru are o mare importanță în economia hidrogenului, deoarece acesta poate fi produs la locul de lucru și nu trebuie transportat.

Cea mai importantă (din punct de vedere economic) metodă de obținere a hidrogenului este extragerea acestuia din hidrocarburi. Cea mai mare parte a hidrogenului obținut în mod industrial provine din reformarea vaporilor gazelor naturale. La temperaturi ridicate (700 - 1100 °C; 1300 - 2000 °F), apa în stare de vapori reacționează cu metanul, rezultând monoxid de carbon și H ₂:

Această reacție se realizează ușor la presiune joasă, dar de obicei se realizează la presiuni mari (20 bar), deoarece la aceste presiuni se desfășoară aplicațiile uzuale ale hidrogenul astfel obținut. Amestecul rezultat se numește gaz de sinteză deoarece este utilizat pentru obținerea directă a metanolului și a compușilor săi. Și alte hidrocarburi în afară de metan pot produce gaz de sinteză în diferite proporții. O problemă ce apare în această tehnologie este formarea cocsului sau a carbonului:

Această reacție decurge de obicei cu formarea unui exces de H ₂O. Hidrogenul adițional poate fi recuperat din vapori utilizându-se monoxidul de carbon în reacție cu gazul de apă pe un catalizator de oxid de fier. Procesul este și o metodă de obținere a dioxidului de carbon:

Alte metode importante de obținere a H ₂ sunt oxidarea parțială a hidrocarburilor:

și reacția cărbunelui cu apa:

Uneori, hidrogenul este fabricat și consumat în timpul aceluiași proces, fără a mai fi separat. În procedeul Haber pentru obținerea amoniacului, hidrogenul provine din la gazul natural. Din electroliza saramurii pentru a produce clor se obține și hidrogen ca produs secundar.

Există mai mult de 200 de cicluri termochimice care pot fi folosite pentru descompunerea apei. Sunt studiate unele dintre acestea, cum ar fi ciclul oxidului de fier, ciclul oxid de ceriu (IV)-ceriu (III), ciclul zinc-oxid de zinc, ciclul sulfură-iod, ciclul cupru-clor și ciclul sulfurii hibride, fiind în stadiul de testări pentru a produce hidrogen și oxigen din apă folosind căldura, fără a se utiliza electricitatea. Numeroase laboratoare (inclusiv în Franța, Germania, Grecia, Japonia și Statele Unite ale Americii) dezvoltă metode termochimice de producere a hidrogenului din energie solară și apă.

H ₂ se obține în urma unor metabolisme anaerobe și este produs de anumite microorganisme, de obicei prin cataliza enzimelor ce conțin fier sau nichel. Cu ajutorul acestor enzime, numite hidrogenaze, se obține hidrogen în urma procesului de fotosinteză. Gena introdusă ajută frunza să descompună molecula de apă în elementele componente. Algele folosite sunt plante unicelulare care produc, în mod natural, cantități mici de hidrogen în timp ce își extrag energia necesară din lumina Soarelui. David Tiede, unul dintre inventatorii acestei metode, afirmă că algele produc hidrogen ca să se apere de radicalii liberi rezultați în urma fotosintezei, care altfel le-ar oxida părți vitale ale celulei. Dar, dacă hidrogenaza este stimulată chimic și dacă algele sunt plasate în recipiente de sticlă și expuse luminii solare, ele produc mai mult hidrogen, iar acesta poate fi recoltat, iar apoi îmbuteliat cu ajutorul unei pompe. Profesorul Thomas Rauchfuss, de la Universitatea din Illinois, cel care a propus tipul exact de proteină sintetică necesar procesului, a declarat: „Cultivarea algelor modificate genetic, în care s-a introdus proteina sintetică, s-a dovedit a fi extrem de stabilă. Algele nu degenerează și nu revin la specia anterioară. Procesul are o mulțime de beneficii în comparație cu obținerea altor plante din care se extrag biocombustibili. Algele pot fi crescute în recipiente transparente plasate în deșert sau pe acoperișul caselor. Ele nu au nevoie de teren și nu intră în competiție cu producția de alimente". La unele specii de alge, cum ar fi Chlamydomonas reinhardtii sau cyanobacteria, la întuneric, protonii și electronii sunt reduși pentru a forma H ₂ gazos cu ajutorul hidrogenazei în cloroplast.

Anual se înregistrează un consum mondial de hidrogen de peste 500 miliarde metri cubi normali în diverse scopuri și în diferite domenii. În afara utilizării ca reactant, hidrogenul are multe aplicații în inginerie și fizică. Se utilizează la sudură, iar datorită bunei conductivități termice este folosit ca agent de răcire în generatoare electrice din centralele electrice. are un rol important în cercetările din criogenie, inclusiv în studiile legate de superconductivitate. Molecula de hidrogen, având o densitate de 15 ori mai mică decât cea a aerului, a fost întrebuințată drept gaz portant pentru baloane și dirijabile. De asemenea, este materie primă în diverse tehnologii: de reducere a minereurilor, de fabricare a amoniacului și în procedeele de hidrogenare. Hidrogenul are aplicații și în industria automobilelor, chimică, aerospațială și de telecomunicații.

Izotopii hidrogenului au aplicații specifice. Deuteriul din compoziția apei grele este utilizat în reacțiile de fisiune nucleară ca moderator pentru încetinirea neutronilor. Compușii acestuia se folosesc în cadrul studiilor ce urmăresc efectele reacțiilor izotopice. Tritiul, produs în reactoarele nucleare, se folosește în producerea bombelor cu hidrogen, în marcare izotopică și ca sursa de iradiere pentru vopselele fosforescente.

Hidrogenul poate forma amestecuri explozive cu aerul și reacționează violent cu oxidanții. În cazul inhalării în cantități foarte mari, poate produce asfixierea, pierderea mobilității motrice și a cunoștinței. Scurgerea hidrogenului gazos în atmosferă poate cauza autoaprinderea sa. Flacăra de hidrogen este invizibilă, acest lucru putând produce arsuri accidentale.

Multe proprietăți fizice și chimice ale hidrogenului depind de proporția de orto/parahidrogen. Uneori durează săptămâni pentru a atinge starea de echilibru a acestor alotropi. Valorile critice de temperatură și presiune la care are loc deflagrația hidrogenului depind de forma recipientului.

1. de ^ Hidrogen - Noul purtător de energie Despre rolul hidrogenului în sistemele energetice existente și viitoare în Asociația Germană a Hidrogenului și Pilelor de Combustie (DWBV). Accesat la 6 iunie 2009.

2. ^ „Hydrogen". Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wylie-Interscience. . pp. 797-799. ISBN 0-471-61525-0.

3. ^ Emsley, John (). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 183-191. ISBN 0-19-850341-5.

4. ^ Stwertka, Albert (). A Guide to the Elements. Oxford University Press. pp. 16-21. ISBN 0-19-508083-1.

5. en ^ Crepeau, Bob (). „Niels Bohr: The Atomic Model". Great Scientific Minds. Great Neck Publishing. ISBN 1-4298-0723-7.

6. ^ Information Specific to Liquid Hydrogen, harvard.edu, accesat 12 iunie 2009

7. ^ Carcassi, M. N. (). „Deflagrations of H₂-air and CH₄-air lean mixtures in a vented multi-compartment environment". Energy. 30 (8): 1439-1451. doi:10.1016/j.energy.2004.02.012.

8. ^ Energy is per mole of the combustible material, Hydrogen. 286 kJ/mol

9. en ^ „Jefferson Lab - Hydrogen".

10. en ^ Storrie-Lombardi, Lisa J. (). „Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas". Astrophysical Journal. 543: 552-576. arXiv:astro-ph/0006044  . doi:10.1086/317138+.

11. en ^ Dresselhaus, Mildred; et al. (). „Basic Research Needs for the Hydrogen Economy" (PDF). Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy, Office of Science Laboratory.

12. ^ Miessler, Gary L. (). Inorganic Chemistry (ed. 3rd edition). Prentice Hall. ISBN 0130354716.

13. ^

14. ^ Korsheninnikov; A. A.; et al. (). „Experimental Evidence for the Existence of ⁷H and for a Specific Structure of ⁸He". Physical Review Letters. 90 (8): 082501. doi:10.1103/PhysRevLett.90.082501.

15. en ^ Urey, Harold C. (). „Names for the Hydrogen Isotopes". Science. 78 (2035): 602-603. doi:10.1126/science.78.2035.602. PMID 17797765.

16. en ^ Oda, Y (). „1H NMR studies of deuterated ribonuclease HI selectively labeled with protonated amino acids". Journal of Biomolecular NMR. 2 (2): 137-47. doi:10.1007/BF01875525+. PMID 1330130.

17. en ^ „The Tritium Laboratory". University of Miami. .

18. ^

19. en ^ Staff (). „Hydrogen (H₂) Properties, Uses, Applications: Hydrogen Gas and Liquid Hydrogen". Universal Industrial Gases, Inc.

20. en ^ Tikhonov, Vladimir I. (). „Separation of Water into Its Ortho and Para Isomers". Science. 296 (5577): 2363. doi:10.1126/science.1069513. PMID 12089435.

21. en ^ Hritz, James (). „CH. 6 - Hydrogen" (PDF). NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual, Document GRC-MQSA.001. NASA.

22. en ^ Shinitzky, Meir; Elitzur, Avshalom C. (10 ianuarie). „Ortho-para spin isomers of the protons in the methylene group". Chirality. Rehovot, Israel: Weizmann Institute of Science. 18 (9): 754-756. doi:10.1002/chir.20319. PMID 16856167.

23. en ^ „Ortho-Para conversion. Pag. 13" (PDF).

24. M. I. Eremets, I. A. Trojan, S. A. Medvedev, J. S. Tse, Y. Yao. ^ Superconductivity in Hydrogen Dominant Materials. Silane Science 14 martie 2008 Vol. 319. no. 5869, pp. 1506-1509, rezumat accesat 2009-06-08

25. en ^ „Structure and Nomenclature of Hydrocarbons". Purdue University.

26. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

27. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

28. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

29. ^

30. ^ Hibbs, David E. (). „A remarkably stable indium trihydride complex: synthesis and characterisation of [InH₃{P(C₆H₁₁)₃}]". Chemical Communications: 185-186. doi:10.1039/a809279f.

31. ^ Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991), p167-169

32. Luminița Vlădescu, ^ Echilibre chimice în chimia analitică. Editura: Didactică și Pedagogică - 2004

33. ^ Okumura, Anthony M. (). „Infrared spectra of the solvated hydronium ion: vibrational predissociation spectroscopy of mass-selected H₃O+*(H₂O)n*(H₂)m". Journal of Physical Chemistry. 94 (9): 3416-3427. doi:10.1021/j100372a014.

34. ^ Carrington, Alan (). „The infrared predissociation spectrum of triatomic hydrogen cation (H₃⁺)". Accounts of Chemical Research. 22 (6): 218-222. doi:10.1021/ar00162a004.

35. en ^ Acid-Base Behaviour of the Period 3 Oxides. chemguide.co.uk. accesat la 12 mai 2009.

36. en ^ Kruse, B. (). „Hydrogen Status og Muligheter" (PDF). Bellona.

37. ^ Oxtoby, D. W. (). Principles of Modern Chemistry (ed. 5th edition). Thomson Brooks/Cole. ISBN 0030353734.

38. ^ en [

39. en ^ „Hydrogen Properties, Uses, Applications". Universal Industrial Gases, Inc. .

40. en ^ Lees, Andrew (). „Chemicals from salt". BBC. Arhivat din original la .

41. en ^ „Development of solar-powered thermochemical production of hydrogen from water" (PDF).

42. en ^ Robert Perret. „Development of Solar-Powered Thermochemical Production of Hydrogen from Water, DOE Hydrogen Program, 2007" (PDF).

43. ^ Florin, L., Tsokoglou, A. and Happe, T. (). „A novel type of iron hydrogenase in the green alga Scenedesmus obliquus is linked to the photosynthetic electron transport chain". J. Biol. Chem. 276 (9): 6125-6132. doi:10.1074/jbc.M008470200. PMID 11096090.

44. ^ Alge care produc hidrogen combustibil. ecomagazin.ro. Accesat la 6 iunie 2009.

45. ^ Ulei pentru motoare diesel obținut din alge. Adevărul. Accesat la 6 mai 2009.

46. ^ Kruse, O.; Rupprecht, J.; Bader, K.-P.; Thomas-Hall, S.; Schenk, P. M.; Finazzi, G.; Hankamer, B (2005). „Improved photobiological H2 production in engineered green algal cells". The Journal of Biological Chemistry 280 (40): 34170-7.

47. ^

48. ^ „Atomic Hydrogen Welding". Specialty Welds. .

49. en ^ Hardy, Walter N. (). „From H2 to cryogenic H masers to HiTc superconductors: An unlikely but rewarding path". Physica C: Superconductivity. Vancouver, Canada: University of British Columbia. 388-389: 1-6. doi:10.1016/S0921-4534(02)02591-1.

50. en ^ Block, Matthias. „Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection". 16th WCNDT 2004. Montreal, Canada: Sensistor Technologies.

51. ^ en

52. ^

53. ^

54. ^ en Smith, H. O. (). „Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems" (PDF). NASA.

55. en ^ „Hydrogen Safety". Humboldt State University.

I. G. Deac, Elemente de criogenie, Editura Napoca Star, 2010, p14

Raluca Ripan, I. Ceteanu, Manual de lucrări practice de chimie anorganică - vol I Metaloizi, Editura de stat didactică și pedagogică, București, 1961

# data[].attributes.attachment_link.description
Hidrogen Luminescență purpurie în stare plasmatică Liniile spectrale ale hidrogenului Informații generale Nume, Simbol, Număr Hidrogen, H, 1 Grupă, Perioadă, Bloc 1, 1, s Proprietăți atomice Configurație electronică 1s 1 Electroni pe nivelul de energie 1 Proprietăți fizice Punct de topire -259,1 °C ; 14,025 K Punct de fierbere -252,9 °C ; 20,268 K Volum molar 22,42×10-3 m³/kmol Viteza sunetului 1270 m/s la 20 °C Informații diverse Electronegativitate (Pauling) 2,2 Cei mai stabili izotopi Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Praful este materialul format din particule solide foarte fine, provenite din fărâmițarea naturală a scoarței terestre, a unor corpuri solide, din unele procese biologice ale viețuitoarelor. Praful se găsește peste tot.

Praful atmosferic

Praful provine din zone aride, adică din regiuni unde vânturile bat cu viteze mari și au puterea de a toci și roade majoritatea compușilor minerali.

Componente

Praful conține mai multe elemente, printre care resturi de piele umană, bacterii și resturi de animale moarte.

Curiozități

Cei alergici la praf sunt alergici și la acarieni.

Legături externe

# data[].attributes.attachment_link.description
Praful este materialul format din particule solide foarte fine, provenite din fărâmițarea naturală a scoarței terestre, a unor corpuri solide, din unele procese biologice ale viețuitoarelor. Praful se găsește peste tot. Praful provine din zone aride, adică din regiuni unde vânturile bat cu viteze mari și au puterea de a toci și roade majoritatea compușilor minerali.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Acest articol sau această secțiune are bibliografia incompletă sau inexistentă.
Puteți contribui prin adăugarea de referințe în vederea susținerii bibliografice a afirmațiilor pe care le conține.

Informații suplimentare: Kelvin (dezambiguizare)

Scara Kelvin este scară de temperatură termodinamică (absolută) unde temperatura de zero absolut (0 K) este cea mai scăzută temperatură posibilă, nimic neputând fi răcit mai mult, iar în substanță nu mai există energie sub formă de căldură. Unitatea de măsură a scării Kelvin este kelvinul (simbol: K), care este unitatea de temperatură în SI și este una din cele șapte unități de măsură fundamentale.

Scara Kelvin poartă numele fizicianului și inginerului irlandez William Thomson, Lord Kelvin (1824-1907).

Unitatea și scara „kelvin" este definită, conform convențiilor internaționale, prin două puncte: zero absolut și punctul triplu al apei. De asemenea, această definiție leagă exact scara Kelvin de scara Celsius. Zero absolut - temperatura față de care nimic nu poate fi mai rece și la care în substanță nu mai există energie sub formă de energie interna - este definită ca fiind exact 0 K și −273,15 °C. Punctul triplu al apei este definit ca fiind la exact 273,16 K și 0,01 °C. Această definiție are trei consecințe:

1. stabilește valoarea unității kelvin ca fiind exact 1 / 273,16 părți din diferența dintre punctul triplu al apei și zero absolut;

2. stabilește că un kelvin are exact aceeași mărime cu un grad de pe scara Celsius; și

3. stabilește că diferența punctelor de zero între cele două scări este exact 273,15 kelvini (0 K = −273,15 °C și 273,16 K = 0,01 °C). Temperaturile în kelvini pot fi convertite în alte unități conform tabelului de sus-dreapta.

În tabelul de mai jos sunt prezentate câteva temperaturi de bază pe scările Kelvin și Celsius.

A Pentru apă standard VSMOW, la presiunea de 101325 Pa, la calibrarea doar pe baza definirii temperaturii termodinamice prin două puncte.

Prefixele SI sunt folosite pentru indicarea multiplilor și submultiplilor kelvinului.

Denumiri, plural și majuscule

Denumirea „grad Kelvin" a fost introdusă de cea de a 11-a Conferință Generală de Măsuri și Greutăți din 1960. În 1967 a 13-a Conferință Generală de Măsuri și Greutăți a eliminat din denumirea unității cuvântul „grad", denumirea ei devenind kelvin, cu pluralul kelvini. Totodată a stabilit că simbolurile „°K" și „grd" nu mai sunt admise.

Când cuvântul se referă la unitatea kelvin (temperatură sau interval de temperatură) se scrie cu minuscule, cu excepția cazului când cuvântul este primul din propoziție. Când cuvântul se referă la scara Kelvin, se scrie cu majusculă.

Forma și stilul simbolului K

Simbolul kelvinului este întotdeauna litera latină majusculă K (nu se admite cursiv), deoarece minuscula este prefixul SI pentru 1 × 10 ³.

Simbolul special Unicode al kelvinului

Unicode, care este un standard industrial conceput să permită reprezentarea consistentă în calculatoare a tuturor simbolurilor din scrierile folosite în lume plasează „simbolul kelvin" la U+212A. În paginile www pentru simbolul kelvin se va folosi secvența: . Aspectul său este aproape la fel cu al majusculei K.

Deoarece unele calculatoare au probleme la afișarea simbolului kelvinului se admite folosirea în locul lui a majusculei K.

Temperatura de culoare

Kelvinul este folosit adesea pentru indicarea temperaturii de culoare a surselor de lumină. Definirea temperaturii de culoare se bazează pe radiația corpului negru, radiație a cărei culoare depinde de temperatura corpului radiant. Corpurile a căror temperatură este sub circa 4000 K par roșiatice, în timp ce cele a căror temperatură este peste circa 7500 K par albăstrui. Temperatura de culoare este importantă în domeniul proiecției imaginilor și al fotografiei, pentru peliculele de tip „pentru lumină de zi" temperatura de culoare a luminii trebuind să fie de circa 5500 K. În astronomie clasificarea stelelor și poziția lor în Diagrama Hertzsprung-Russell se bazează, între altele, pe temperatura suprafeței lor. De exemplu, temperatura fotosferei Soarelui este de 5778 K.

Bibliografie

# data[].attributes.attachment_link.description
Acest articol sau această secțiune are bibliografia incompletă sau inexistentă. Puteți contribui prin adăugarea de referințe în vederea susținerii bibliografice a afirmațiilor pe care le conține. Informații suplimentare: Kelvin (dezambiguizare) Scara Kelvin este scară de temperatură termodinamică (absolută) unde temperatura de zero absolut (0 K) este cea mai scăzută temperatură posibilă, nimic neputând fi răcit mai mult, iar în substanță nu mai există energie sub formă de căldură.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Hidrogen

Luminescență purpurie în stare plasmatică

Liniile spectrale ale hidrogenului

Informații generale

Nume, Simbol, Număr

Hidrogen, H, 1

Grupă, Perioadă, Bloc

1, 1, s

Proprietăți atomice

Configurație electronică

1s ¹

Electroni pe nivelul de energie

1

Proprietăți fizice

Punct de topire

-259,1 °C ; 14,025 K

Punct de fierbere

-252,9 °C ; 20,268 K

Volum molar

22,42×10⁻³ m³/kmol

Viteza sunetului

1270 m/s la 20 °C

Informații diverse

Electronegativitate (Pauling)

2,2

Cei mai stabili izotopi

Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

Hidrogenul este elementul chimic în tabelul periodic al elementelor cu simbolul H și numărul atomic 1. Este un gaz ușor inflamabil, incolor, insipid, inodor, iar în natură se întâlnește mai ales sub formă de moleculă diatomică, H ₂. Având masa atomică egală cu 1,00794 u.a.m., hidrogenul este cel mai ușor element chimic. Etimologic, cuvântul hidrogen este o combinație a două cuvinte grecești, având semnificația de „a produce apă".

Hidrogenul elementar este principala componentă a Universului, având o pondere de 75% din masa acestuia. În starea de plasmă, se găsește ca element majoritar în alcătuirea stelelor. Hidrogenul elementar este foarte puțin răspândit pe Pământ.

Pentru necesități industriale există diferite procedee de producere, puse la punct din punct de vedere tehnologic sau aflate în fază de laborator. Hidrogenul poate fi obținut prin electroliza apei, procesul necesitând costuri mai mari decât cel de producere prin procesarea gazelor naturale.

Cel mai răspândit izotop al hidrogenului este protiul, care este alcătuit dintr-un singur proton în nucleu și un electron în învelișul electronic. În compușii ionici poate avea sarcină negativă ( anion cunoscut sub numele de hidrură, H⁻) sau sarcină pozitivă H⁺ ( hidron). Hidrogenul formează compuși chimici cu majoritatea elementelor din sistemul periodic și este prezent în apă și în mulți dintre compușii organici. Are un rol important în reacțiile acido-bazice, acestea bazându-se pe schimbul de protoni între molecule. Fiind singurul atom pentru care soluția analitică a ecuației lui Schrödinger este pe deplin cunoscută, prezintă un rol major în fundamentarea teoriei mecanicii cuantice.

Hidrogenul este un gaz puternic reactiv și își găsește aplicații datorită capacității sale chimice de reducător. Hidrogenul se folosește în industria petrochimică la producerea benzinelor, în industria chimico-alimentară pentru hidrogenarea grăsimilor (de exemplu producerea margarinei), în prelucrările mecanice ale metalelor și în tratamentul termic al acestora.

Hidrogenul a fost testat pentru folosirea alternativă în vehiculele echipate cu motoare cu ardere internă. Avantajul său principal constă în faptul că este ecologic, din arderea sa rezultând vapori de apă. Dezavantajele constau în pericolul mare de explozie, dificultatea stocării în vehicule și lipsa unei infrastructuri de stații de alimentare cu hidrogen. Poate fi folosit pentru producerea directă a electricității, prin intermediul pilelor de combustie.

In anul 2019 a fost descoperit primul compus format în univers la cca 300.000 ani după Big Bang, ionul hidrură de heliu (HeH+) (în engleză „helium hydride ion"). Este o combinație între un atom de heliu și un proton (atom de hidrogen fără electroni). Descoperirea s-a făcut ajutorul observatorului astronomic SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, plasat în stratosferă, o cooperare germano-americană) în nebuloasa planetară NGC 7027.

Descoperire

Hidrogenul a fost descoperit de către chimistul și fizicianul englez Henry Cavendish în 1766, în urma unui experiment în care studia reacțiile dintre mercur și un acid. La amestecarea celor două substanțe, observa apariția unor mici bule de gaz în amestec. Acest aspect l-a determinat să efectueze o cercetare suplimentară, numind substanța necunoscută „aer inflamabil". În 1781 a descoperit că acest element produce apă atunci când arde. O analiză mai detaliată a fost făcută de către Antoine Lavoisier, care descoperă gazul independent de Cavendish în urma unui experiment ce urmărea determinarea masei pierdute sau create în urma unei reacții chimice. Cercetătorul a încălzit apa într-un recipient închis, vaporii formați condensându-i într-un alt recipient. Cantitatea pierdută a fost atribuită degajării unui gaz (H ₂). Chimistul francez a observat că „aerul inflamabil" al lui Cavendish în combinație cu oxigenul formează picături de apă, conform lui Joseph Priestley. Lavoisier a numit gazul „hidrogen", nomeclatura fiind de origine greacă ( ὕδωρ, hydro înseamnă apă, iar γίγνομαι, gignomai înseamnă a naște, a crea).

Rolul în teoria cuantică

Datorită structurii atomice relativ simple, constituit dintr-un proton și un electron, atomul de hidrogen împreună cu spectrul luminii emise de el, au reprezentat un domeniu central al dezvoltării teoriei structurii atomice. În plus, simplitatea moleculei de H ₂ și a cationului H⁺ au condus la înțelegerea completă a naturii legăturii chimice ce a urmat imediat după dezvoltarea studiului atomului de hidrogen în mecanica cuantică (mijlocul anilor 1920).

Maxwell a observat că la H 2, sub temperatura mediului ambiant, valoarea căldurii molare se abate inexplicabil de la aceea a unui gaz diatomic, iar la temperaturi criogenice se apropie din ce în ce mai mult de cea a unui gaz monoatomic. Conform teoriei cuantice, această comportare rezultă din distribuția spațială ale nivelelor de energie de rotație, care la H ₂ sunt foarte îndepărtate, datorită masei sale mici. Aceste nivele îndepărtate împiedică la temperaturi mici partiția egală (între cei doi atomi ai moleculei) a energiei termice în energie de rotație. Compușii diatomici gazoși formați din atomi mai grei nu au diferențe mari între nivelele energetice de rotație și nu prezintă același efect.

Hidrogenul este elementul cu cea mai mică densitate. În formă moleculară (H ₂) este de aproximativ 14,4 ori mai ușor decât aerul. La presiune normală punctul său de topire este de 14,02 K, iar cel de fierbere este de 20,27 K. Punctul său triplu este la 13,81 K, și 7,042 kPa, iar cel critic la 33,2 K și 1,29 MPa. Solubilitatea în apă este de 1,6 mg/l. Unele proprietăți termodinamice (legate de fenomenele de transport) sunt datorate masei moleculare mici și vitezei termice a unei molecule de 1770 m/s la 25 °C. La temperatura camerei, hidrogenul difuzează cel mai rapid, are cea mai înaltă conductivitate termică și cea mai mare efuziune dintre toate gazele. O vâscozitate mai mică au doar trei gaze poliatomice, unul dintre ele fiind n-butan.

Mobilitatea hidrogenului într-o masă solidă este, de asemenea, foarte mare. Astfel, acesta difuzează prin diverse materiale, cum ar fi polietilena și cuarțul. Un important fenomen este acela de difuzie în fier, platină și în alte metale tranziționale. Aceste proprietăți conduc la utilizări tehnice numeroase, dar de asemenea, și la dificultăți legate de transportul, depozitarea și de prelucrare a amestecurilor de hidrogen.

Hidrogenul gazos (în stare de moleculă diatomică) este extrem de inflamabil și la presiune atmosferică se aprinde în aer la concentrații volumetrice cuprinse între 4% și 75%, iar în contact cu oxigenul pur între 4,65% și 93,9%. Limitele între care apare detonația sunt între 18,2% și 58,9% în aer, respectiv între 15% și 90% în oxigen. Variația entalpiei în urma combustiei ( puterea calorifică, căldura de ardere) este de −286 kJ/mol:

[23]

Amestecul dintre oxigen și hidrogen în diferite proporții este exploziv. Hidrogenul se autoaprinde și explodează în contact cu aerul în intervalul de concentrații cuprins între 4% și 75%, temperatura de autoaprindere fiind de 560 °C. Flacăra unui amestec pur hidrogen-oxigen emite radiații ultraviolete invizibile cu ochiul liber.

H ₂ reacționează cu toate elementele oxidante. Acesta poate reacționa spontan și violent la temperatura camerei cu clorul și fluorul, formând HCl și HF.

Hidrogenul este cel mai răspândit element în univers, reprezentând mai mult de 75% în masă și mai mult de 90% după numărul de atomi. Se găsește în cantități mari în compoziția stelelor și a planetelor gigantice gazoase. Norii moleculari de H ₂ sunt asociați cu formarea stelelor. Hidrogenul joacă un rol-cheie și în exploziile stelare datorate reacțiilor de fuziune nucleară dintre protoni.

În Univers, hidrogenul este întâlnit mai ales sub forma de atom și în stare de plasmă. Proprietățile acestora sunt diferite față de cele ale moleculei de hidrogen. Electronul și protonul de hidrogen nu formează legături în starea de plasmă, din cauza conductivității electrice diferite și a unei emisii radiative mari (originea luminii emise de Soare și alte stele). Particulele încărcate cu sarcini electrice sunt puternic influențate de câmpurile magnetice și electrice. De exemplu, în vânturile solare particulele interacționează cu magnetosfera terestră, generând curenți Birkeland și produc fenomenul cunoscut sub denumirea de auroră boreală. Hidrogenul se găsește în stare atomică neutră în mediul interstelar, iar cea mai mare cantitate este întâlnită la sistemele Lyman-alpha.

În condiții normale, hidrogenul există pe Pământ sub formă de moleculă diatomică, H ₂, însă nu este foarte răspândit în atmosfera terestră (în concentrație medie de 1 ppm de volum) din cauza masei mici, astfel forța gravitațională a planetei are un efect foarte slab asupra sa. Totuși, hidrogenul (prin compușii săi) este cel mai răspândit element de la suprafața Terrei. Cei mai întâlniți compuși chimici ai săi sunt hidrocarburile și apa. Hidrogenul gazos este produs de anumite specii de bacterii și alge, acesta fiind componentul principal al flatulenței. Metanul este o importantă sursă de hidrogen.

Atomul de hidrogen

Nivelul energetic fundamental al electronului în atomul de hidrogen are energia egală cu -13,6 eV. Nivelele superioare se numesc nivele excitate, energia acestora crescând până la 0 eV (valoarea nivelului energetic aflat la infinit), ele se calculează folosind modelul lui Bohr. Acesta consideră că nucleul este fix, iar electronul are o traiectorie circulară în jurul acestuia asemănătoare cu planetele ce gravitează în jurul Soarelui (de unde provine denumirea alternativă de model planetar). Forța electromagnetică atrage electronul și protonul unul spre celălalt, în timp ce corpurile cerești se atrag datorită gravitației. Potrivit condiției de cuantificare a momentului cinetic postulat de Bohr, valoarea momentului cinetic al electronului este multiplu întreg al constantei reduse al lui Planck, de unde rezultă că în cadrul atomului, electronului îi sunt permise anumite orbite cu raze bine stabilite. Această relație de cuantificare explică spectrul discret al nivelelor energetice.

O descriere mai exactă a atomului de hidrogen este dată în fizica cuantică unde se calculează densitatea de probabilitate prin norma funcției de undă a electronului în jurul protonului pe baza ecuației lui Schrödinger sau a formulării lui Feynman cu integrală de drum.

Hidrogenul are trei izotopi naturali, ¹H, ²H și ³H. Alții, ce au nucleele foarte instabile ( ⁴H până la ⁷ H), au fost sintetizați în laborator dar nu au fost observați în natură.

este cel mai răspândit izotop al hidrogenului, având o pondere de peste 99,98% în compoziția izotopică naturală al acestui element. Datorită faptului că acesta are în nucleul un singur proton, a fost numit protiu, această denumire fiind însă rar utilizată.

, celălalt izotop stabil al hidrogenului, este cunoscut și sub numele de . Conține în nucleu un proton și un neutron, acest izotop provenind de la Big Bang, continuând să existe până acum datorită stabilității sale. Nu este radioactiv și nu reprezintă o sursă periculoasă de poluare. Apa ce este bogată în dioxid de deuteriu se mai numește și apă grea. Deuteriul și compușii săi sunt utilizați ca etalon în experimente neradioactive și ca solvent în procedeele de spectroscopie RMN. Apa grea este utilizată ca moderator de neutron și ca lichid de răcire pentru reactorii nucleari. Deuteriul este de asemenea folosit drept combustibil pentru fuziune nucleară de larg consum.

se mai numește și (mai rar: trițiu); conține în nucleu un proton și doi neutroni. Este radioactiv, rezultând din izotopul Heliu-3 prin dezintegrarea beta și are un timp de înjumătățire de 12,32 ani. Cantități mici din acest izotop sunt răspândite și în natură, acesta rezultând din interacțiunea razelor cosmice cu gazele atmosferice; tritiul este eliberat și în timpul testelor nucleare. Este folosit și în reacții de fuziune nucleară, și pentru evidențierea și studiul de geochimia izotopilor și în dispozitive autogeneratoare de lumină. Tritiul se mai utilizează și în marcarea radioizotopică, în special în domeniul biologiei, medicinei sau geologiei. Dioxidul de tritiu se mai numește și apă supergrea.

Hidrogenul este singurul element care are nume diferite pentru izotopii săi cei mai răspândiți. Simbolurile D și T (în loc de ²H și ³H) sunt folosite pentru deuteriu și tritiu, dar P este utilizat pentru fosfor, deci nu se poate folosi pentru simbolizarea protiului. IUPAC acceptă atât ambele variante, dar ²H și ³ H sunt preferate.

Emisia spectrală a atomului de hidrogen este caracterizată prin linii spectrale date de formula lui Rydbeg. Studiul liniilor spectrale este important în mecanica cuantică și la studiul prezenței hidrogenului pentru determinarea deplasării spre roșu.

Există doi izomeri de spin ai moleculei de hidrogen care diferă prin spinii relativi ai nucleului. În forma de ortohidrogen, spinii celor doi protoni sunt paraleli și formează un triplet; în forma de parahidrogen, spinii sunt antiparaleli și formează un singlet. La temperatură și presiune standard, hidrogenul gazos conține 25% parahidrogen și 75% ortohidrogen („starea normală" a hidrogenului). Proporțiile în care se găsesc orto și parahidrogenul depind de temperatură, dar forma orto este excitată și are o energie mai mare, deci este instabilă și nu poate fi purificată. La temperaturi foarte joase, starea de echilibru e formată aproape în întregime din parahidrogen. Proprietățile fizice ale parahidrogenului pur diferă puțin de cele ale hidrogenului în stare normală. Diferențele dintre formele orto și para se manifestă și în compușii care conțin hidrogen, cum ar fi apa sau metilenul.

Transformarea între orto și parahidrogen ce are loc fără catalizator se desfășoară mai rapid la temperaturi mari, astfel H ₂ condensat rapid conține o cantitate mare de ortohidrogen care se convertește în parahidrogen foarte încet. Proporția de orto/para în hidrogenul molecular (H ₂) condensat este un factor important în prepararea și stocarea hidrogenului lichid; conversia din orto în parahidrogen este un proces exoterm, prin care se degajă suficientă căldură pentru a evapora hidrogenul lichid, astfel pierzându-se materialului lichefiat. Catalizatorii utilizați la această transformare, cum ar fi oxidul feric, carbonul activat, azbestul platinizat, compuși ai uraniului, metale rare, oxidul de crom, câțiva compuși ai nichelului, sunt utilizați în timpul răcirii hidrogenului.

O formă moleculară numită molecula protonată de hidrogen sau H ₃⁺ este întâlnită în mediul interstelar, fiind produsă prin ionizarea moleculei de hidrogen de către razele cosmice. De asemenea, a fost observată și în straturile superioare ale planetei Jupiter. Această moleculă este relativ stabilă în afara Terrei datorită temperaturii scăzute și a densității ridicate. H ₃⁺ este unul din cei mai răspândiți ioni din Univers, jucând un rol important în chimia mediului interstelar.

În general, hidrogenul este considerat drept un nemetal, însă la temperaturi joase și la presiuni mari unele din proprietățile sale se aseamănă cu cele ale metalelor. Hidrogenul metalic a fost obținut pentru prima oară în 1973 la o presiune de 2,8 Mbar și la 20 K. Aliajul SiH ₄ cu structură metalică a fost obținut în 2008, descoperindu-se că este un foarte bun conductor electric, în conformitate cu predicțiile anterioare ale lui lui N. W. Ashcroft. În acest compus, chiar și la presiuni moderate, hidrogenul are o structură cu o densitate ce corespunde cu cea a hidrogenului metalic.

Compușii covalenți și cei organici

Chiar dacă H ₂ nu este foarte reactiv în condiții obișnuite, el formează compuși cu majoritatea elementelor. Se cunosc milioane de hidrocarburi, dar acestea nu se obțin prin reacția directă dintre elemente (carbon și hidrogen), deși producerea gazului de sinteză în procedeul Fischer-Tropsch poate fi considerată aproape o excepție deoarece procesul folosește carbonul din cărbunele, iar hidrogenul poate fi generat în proces din apă. Hidrogenul poate forma compuși cu elementele mai electronegative decât el, cum ar fi halogenii; în acest tip de compuși, hidrogenul prezintă o sarcină pozitivă parțială. Când se leagă de fluor, oxigen sau azot, hidrogenul participă la formarea unei legături puternice numite legătură de hidrogen, ce este un factor important în stabilitatea multor molecule biologice. Hidrogenul poate forma compuși și cu elementele mai puțin electronegative, cum ar fi metalele sau semimetalele, având o sarcină parțial negativă. Acești compuși sunt cunoscuți sub numele de hidruri. Hidrogenul formează o varietate de compuși cu carbonul. Datorita asocierii în general a acestora cu organismele vii, aceștia sunt numiți compuși organici; cu studierea lor se ocupă chimia organică, iar cu studiul rolului lor în organismele vii - biochimia. În unele definiții „organic" se referă doar la un compus ce conține carbon. Însă majoritatea substanțelor organice prezintă și hidrogen, iar legătura carbon-hidrogen determină multe din particularitățile lor. De aceea, legăturile carbon-hidrogen sunt prezente în unele definiții ale cuvântului „organic". În chimia anorganică hidrurile pot reprezenta catene de legături între doi ioni metalici ai unei combinații complexe. Această funcție se întâlnește la elementele din grupa 13, cu precădere la boruri și compușii complecși ai aluminiului.

Compușii hidrogenului sunt adesea numiți „hidruri", acest termen fiind uneori impropriu utilizat. „Hidrură" definește o substanță în care atomul de H are caracter anionic sau sarcină negativă, deci H −, fiind utilizat pentru compușii hidrogenului cu un element mai electropozitiv. Existența anionului hidrură, sugerată de Gilbert N. Lewis în 1916 pentru elementele din prima grupă și a doua principală, a fost pusă în evidență în 1920 de către Moers prin electroliza topiturii de hidrură de litiu (LiH), când a fost produsă o cantitate stoechiometrică de hidrogen la anod. Pentru hidrurile altor elemente, termenul este ambiguu, luând în considerare electronegativitatea hidrogenului. Excepție face BeH ₂, care este un polimer. În hidrura de litiu și aluminiu, anionul AlH ₄− are centre de hidrură atașate puternic de aluminiu. Chiar dacă hidrogenul poate forma hidruri cu toate elementele din grupele principale, numărul și combinațiile posibile diferă de la o grupă la alta. Hidrura de indiu nu a fost încă identificată, însă există o multitudine de compuși complecși ai săi.

Protoni și acizi

Oxidarea hidrogenului, adică îndepărtarea electronului său, decurge teoretic cu formarea H⁺, ion ce nu conține niciun electron în învelișul electronic și un proton în nucleu. De aceea, H⁺ este adesea numit „proton" și are un rol important în teoria protonică a acizilor. Conform teoriei Bronsted-Lowry, acizii sunt acele substanțe care cedează protoni, iar bazele sunt acceptori de protoni. Protonul H⁺ nu poate exista liber, ci doar în soluții sau în cristale ionice, datorită afinității foarte mari pentru electronii altor elemente. Uneori, termenul de „proton" este utilizat impropriu pentru a se referi la hidrogenul cu sarcină pozitivă sau cationul de hidrogen legat de alte specii moleculare. Pentru a se evita implicarea existența unică a „protonului solvatat" în soluții, se consideră că soluțiile apoase cu caracter acid conțin ionul hidroniu (H ₃O⁺). Totuși, unii cationi solvatați ai hidrogenului sunt mai degrabă organizați în molecule de tipul celei de H ₉O ₄⁺. Alți ioni oxoniu se formează când apa formează soluții cu alți solvenți. Deși nu se întâlnește pe Pământ, ionul H ₃⁺ (cunoscut sub numele de hidrogen molecular protonat sau cationul triatomic de hidrogen) este una dintre cele mai răspândite specii chimice în restul universului.

H ₂ este produs în laboratoarele de chimie și cele de biologie, fiind adesea un produs secundar al unei reacții; în industrie pentru hidrogenarea substanțelor nesaturate; în natură ca metodă de a reduce echivalenții în reacțiile biochimice.

În laborator, H ₂ este de obicei obținut prin reacția metalelor cu acizii în aparatul Kipp.

Aluminiul poate produce H ₂ prin tratarea cu baze:

Electroliza apei este o metodă simplă de a produce hidrogen. Un curent de joasă tensiune trece prin apă, iar oxigenul gazos se formează la anod, în timp ce hidrogenul gazos apare la catod. De obicei la producerea hidrogenului, catodul este confecționat din platină. Dacă se realizează și arderea, oxigenul este preferat pentru combustie, astfel ambii electrozi sunt confecționați din metale inerte. Eficiența maximă (electricitatea utilizată raportată la cantitatea de hidrogen produsă) este de 80% - 94%.

În 2007 s-a descoperit că un aliaj format din aluminiu și galiu în forma granulară în reacție cu apa poate fi folosit pentru a produce hidrogen. Din acest proces mai rezultă de asemenea și alumină, însă galiul scump, ce previne apariția stratului de oxid, poate fi refolosit. Acest lucru are o mare importanță în economia hidrogenului, deoarece acesta poate fi produs la locul de lucru și nu trebuie transportat.

Cea mai importantă (din punct de vedere economic) metodă de obținere a hidrogenului este extragerea acestuia din hidrocarburi. Cea mai mare parte a hidrogenului obținut în mod industrial provine din reformarea vaporilor gazelor naturale. La temperaturi ridicate (700 - 1100 °C; 1300 - 2000 °F), apa în stare de vapori reacționează cu metanul, rezultând monoxid de carbon și H ₂:

Această reacție se realizează ușor la presiune joasă, dar de obicei se realizează la presiuni mari (20 bar), deoarece la aceste presiuni se desfășoară aplicațiile uzuale ale hidrogenul astfel obținut. Amestecul rezultat se numește gaz de sinteză deoarece este utilizat pentru obținerea directă a metanolului și a compușilor săi. Și alte hidrocarburi în afară de metan pot produce gaz de sinteză în diferite proporții. O problemă ce apare în această tehnologie este formarea cocsului sau a carbonului:

Această reacție decurge de obicei cu formarea unui exces de H ₂O. Hidrogenul adițional poate fi recuperat din vapori utilizându-se monoxidul de carbon în reacție cu gazul de apă pe un catalizator de oxid de fier. Procesul este și o metodă de obținere a dioxidului de carbon:

Alte metode importante de obținere a H ₂ sunt oxidarea parțială a hidrocarburilor:

și reacția cărbunelui cu apa:

Uneori, hidrogenul este fabricat și consumat în timpul aceluiași proces, fără a mai fi separat. În procedeul Haber pentru obținerea amoniacului, hidrogenul provine din la gazul natural. Din electroliza saramurii pentru a produce clor se obține și hidrogen ca produs secundar.

Există mai mult de 200 de cicluri termochimice care pot fi folosite pentru descompunerea apei. Sunt studiate unele dintre acestea, cum ar fi ciclul oxidului de fier, ciclul oxid de ceriu (IV)-ceriu (III), ciclul zinc-oxid de zinc, ciclul sulfură-iod, ciclul cupru-clor și ciclul sulfurii hibride, fiind în stadiul de testări pentru a produce hidrogen și oxigen din apă folosind căldura, fără a se utiliza electricitatea. Numeroase laboratoare (inclusiv în Franța, Germania, Grecia, Japonia și Statele Unite ale Americii) dezvoltă metode termochimice de producere a hidrogenului din energie solară și apă.

H ₂ se obține în urma unor metabolisme anaerobe și este produs de anumite microorganisme, de obicei prin cataliza enzimelor ce conțin fier sau nichel. Cu ajutorul acestor enzime, numite hidrogenaze, se obține hidrogen în urma procesului de fotosinteză. Gena introdusă ajută frunza să descompună molecula de apă în elementele componente. Algele folosite sunt plante unicelulare care produc, în mod natural, cantități mici de hidrogen în timp ce își extrag energia necesară din lumina Soarelui. David Tiede, unul dintre inventatorii acestei metode, afirmă că algele produc hidrogen ca să se apere de radicalii liberi rezultați în urma fotosintezei, care altfel le-ar oxida părți vitale ale celulei. Dar, dacă hidrogenaza este stimulată chimic și dacă algele sunt plasate în recipiente de sticlă și expuse luminii solare, ele produc mai mult hidrogen, iar acesta poate fi recoltat, iar apoi îmbuteliat cu ajutorul unei pompe. Profesorul Thomas Rauchfuss, de la Universitatea din Illinois, cel care a propus tipul exact de proteină sintetică necesar procesului, a declarat: „Cultivarea algelor modificate genetic, în care s-a introdus proteina sintetică, s-a dovedit a fi extrem de stabilă. Algele nu degenerează și nu revin la specia anterioară. Procesul are o mulțime de beneficii în comparație cu obținerea altor plante din care se extrag biocombustibili. Algele pot fi crescute în recipiente transparente plasate în deșert sau pe acoperișul caselor. Ele nu au nevoie de teren și nu intră în competiție cu producția de alimente". La unele specii de alge, cum ar fi Chlamydomonas reinhardtii sau cyanobacteria, la întuneric, protonii și electronii sunt reduși pentru a forma H ₂ gazos cu ajutorul hidrogenazei în cloroplast.

Anual se înregistrează un consum mondial de hidrogen de peste 500 miliarde metri cubi normali în diverse scopuri și în diferite domenii. În afara utilizării ca reactant, hidrogenul are multe aplicații în inginerie și fizică. Se utilizează la sudură, iar datorită bunei conductivități termice este folosit ca agent de răcire în generatoare electrice din centralele electrice. are un rol important în cercetările din criogenie, inclusiv în studiile legate de superconductivitate. Molecula de hidrogen, având o densitate de 15 ori mai mică decât cea a aerului, a fost întrebuințată drept gaz portant pentru baloane și dirijabile. De asemenea, este materie primă în diverse tehnologii: de reducere a minereurilor, de fabricare a amoniacului și în procedeele de hidrogenare. Hidrogenul are aplicații și în industria automobilelor, chimică, aerospațială și de telecomunicații.

Izotopii hidrogenului au aplicații specifice. Deuteriul din compoziția apei grele este utilizat în reacțiile de fisiune nucleară ca moderator pentru încetinirea neutronilor. Compușii acestuia se folosesc în cadrul studiilor ce urmăresc efectele reacțiilor izotopice. Tritiul, produs în reactoarele nucleare, se folosește în producerea bombelor cu hidrogen, în marcare izotopică și ca sursa de iradiere pentru vopselele fosforescente.

Hidrogenul poate forma amestecuri explozive cu aerul și reacționează violent cu oxidanții. În cazul inhalării în cantități foarte mari, poate produce asfixierea, pierderea mobilității motrice și a cunoștinței. Scurgerea hidrogenului gazos în atmosferă poate cauza autoaprinderea sa. Flacăra de hidrogen este invizibilă, acest lucru putând produce arsuri accidentale.

Multe proprietăți fizice și chimice ale hidrogenului depind de proporția de orto/parahidrogen. Uneori durează săptămâni pentru a atinge starea de echilibru a acestor alotropi. Valorile critice de temperatură și presiune la care are loc deflagrația hidrogenului depind de forma recipientului.

1. de ^ Hidrogen - Noul purtător de energie Despre rolul hidrogenului în sistemele energetice existente și viitoare în Asociația Germană a Hidrogenului și Pilelor de Combustie (DWBV). Accesat la 6 iunie 2009.

2. ^ „Hydrogen". Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wylie-Interscience. . pp. 797-799. ISBN 0-471-61525-0.

3. ^ Emsley, John (). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 183-191. ISBN 0-19-850341-5.

4. ^ Stwertka, Albert (). A Guide to the Elements. Oxford University Press. pp. 16-21. ISBN 0-19-508083-1.

5. en ^ Crepeau, Bob (). „Niels Bohr: The Atomic Model". Great Scientific Minds. Great Neck Publishing. ISBN 1-4298-0723-7.

6. ^ Information Specific to Liquid Hydrogen, harvard.edu, accesat 12 iunie 2009

7. ^ Carcassi, M. N. (). „Deflagrations of H₂-air and CH₄-air lean mixtures in a vented multi-compartment environment". Energy. 30 (8): 1439-1451. doi:10.1016/j.energy.2004.02.012.

8. ^ Energy is per mole of the combustible material, Hydrogen. 286 kJ/mol

9. en ^ „Jefferson Lab - Hydrogen".

10. en ^ Storrie-Lombardi, Lisa J. (). „Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas". Astrophysical Journal. 543: 552-576. arXiv:astro-ph/0006044  . doi:10.1086/317138+.

11. en ^ Dresselhaus, Mildred; et al. (). „Basic Research Needs for the Hydrogen Economy" (PDF). Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy, Office of Science Laboratory.

12. ^ Miessler, Gary L. (). Inorganic Chemistry (ed. 3rd edition). Prentice Hall. ISBN 0130354716.

13. ^

14. ^ Korsheninnikov; A. A.; et al. (). „Experimental Evidence for the Existence of ⁷H and for a Specific Structure of ⁸He". Physical Review Letters. 90 (8): 082501. doi:10.1103/PhysRevLett.90.082501.

15. en ^ Urey, Harold C. (). „Names for the Hydrogen Isotopes". Science. 78 (2035): 602-603. doi:10.1126/science.78.2035.602. PMID 17797765.

16. en ^ Oda, Y (). „1H NMR studies of deuterated ribonuclease HI selectively labeled with protonated amino acids". Journal of Biomolecular NMR. 2 (2): 137-47. doi:10.1007/BF01875525+. PMID 1330130.

17. en ^ „The Tritium Laboratory". University of Miami. .

18. ^

19. en ^ Staff (). „Hydrogen (H₂) Properties, Uses, Applications: Hydrogen Gas and Liquid Hydrogen". Universal Industrial Gases, Inc.

20. en ^ Tikhonov, Vladimir I. (). „Separation of Water into Its Ortho and Para Isomers". Science. 296 (5577): 2363. doi:10.1126/science.1069513. PMID 12089435.

21. en ^ Hritz, James (). „CH. 6 - Hydrogen" (PDF). NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual, Document GRC-MQSA.001. NASA.

22. en ^ Shinitzky, Meir; Elitzur, Avshalom C. (10 ianuarie). „Ortho-para spin isomers of the protons in the methylene group". Chirality. Rehovot, Israel: Weizmann Institute of Science. 18 (9): 754-756. doi:10.1002/chir.20319. PMID 16856167.

23. en ^ „Ortho-Para conversion. Pag. 13" (PDF).

24. M. I. Eremets, I. A. Trojan, S. A. Medvedev, J. S. Tse, Y. Yao. ^ Superconductivity in Hydrogen Dominant Materials. Silane Science 14 martie 2008 Vol. 319. no. 5869, pp. 1506-1509, rezumat accesat 2009-06-08

25. en ^ „Structure and Nomenclature of Hydrocarbons". Purdue University.

26. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

27. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

28. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

29. ^

30. ^ Hibbs, David E. (). „A remarkably stable indium trihydride complex: synthesis and characterisation of [InH₃{P(C₆H₁₁)₃}]". Chemical Communications: 185-186. doi:10.1039/a809279f.

31. ^ Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991), p167-169

32. Luminița Vlădescu, ^ Echilibre chimice în chimia analitică. Editura: Didactică și Pedagogică - 2004

33. ^ Okumura, Anthony M. (). „Infrared spectra of the solvated hydronium ion: vibrational predissociation spectroscopy of mass-selected H₃O+*(H₂O)n*(H₂)m". Journal of Physical Chemistry. 94 (9): 3416-3427. doi:10.1021/j100372a014.

34. ^ Carrington, Alan (). „The infrared predissociation spectrum of triatomic hydrogen cation (H₃⁺)". Accounts of Chemical Research. 22 (6): 218-222. doi:10.1021/ar00162a004.

35. en ^ Acid-Base Behaviour of the Period 3 Oxides. chemguide.co.uk. accesat la 12 mai 2009.

36. en ^ Kruse, B. (). „Hydrogen Status og Muligheter" (PDF). Bellona.

37. ^ Oxtoby, D. W. (). Principles of Modern Chemistry (ed. 5th edition). Thomson Brooks/Cole. ISBN 0030353734.

38. ^ en [

39. en ^ „Hydrogen Properties, Uses, Applications". Universal Industrial Gases, Inc. .

40. en ^ Lees, Andrew (). „Chemicals from salt". BBC. Arhivat din original la .

41. en ^ „Development of solar-powered thermochemical production of hydrogen from water" (PDF).

42. en ^ Robert Perret. „Development of Solar-Powered Thermochemical Production of Hydrogen from Water, DOE Hydrogen Program, 2007" (PDF).

43. ^ Florin, L., Tsokoglou, A. and Happe, T. (). „A novel type of iron hydrogenase in the green alga Scenedesmus obliquus is linked to the photosynthetic electron transport chain". J. Biol. Chem. 276 (9): 6125-6132. doi:10.1074/jbc.M008470200. PMID 11096090.

44. ^ Alge care produc hidrogen combustibil. ecomagazin.ro. Accesat la 6 iunie 2009.

45. ^ Ulei pentru motoare diesel obținut din alge. Adevărul. Accesat la 6 mai 2009.

46. ^ Kruse, O.; Rupprecht, J.; Bader, K.-P.; Thomas-Hall, S.; Schenk, P. M.; Finazzi, G.; Hankamer, B (2005). „Improved photobiological H2 production in engineered green algal cells". The Journal of Biological Chemistry 280 (40): 34170-7.

47. ^

48. ^ „Atomic Hydrogen Welding". Specialty Welds. .

49. en ^ Hardy, Walter N. (). „From H2 to cryogenic H masers to HiTc superconductors: An unlikely but rewarding path". Physica C: Superconductivity. Vancouver, Canada: University of British Columbia. 388-389: 1-6. doi:10.1016/S0921-4534(02)02591-1.

50. en ^ Block, Matthias. „Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection". 16th WCNDT 2004. Montreal, Canada: Sensistor Technologies.

51. ^ en

52. ^

53. ^

54. ^ en Smith, H. O. (). „Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems" (PDF). NASA.

55. en ^ „Hydrogen Safety". Humboldt State University.

I. G. Deac, Elemente de criogenie, Editura Napoca Star, 2010, p14

Raluca Ripan, I. Ceteanu, Manual de lucrări practice de chimie anorganică - vol I Metaloizi, Editura de stat didactică și pedagogică, București, 1961

# data[].attributes.attachment_link.description
Hidrogen Luminescență purpurie în stare plasmatică Liniile spectrale ale hidrogenului Informații generale Nume, Simbol, Număr Hidrogen, H, 1 Grupă, Perioadă, Bloc 1, 1, s Proprietăți atomice Configurație electronică 1s 1 Electroni pe nivelul de energie 1 Proprietăți fizice Punct de topire -259,1 °C ; 14,025 K Punct de fierbere -252,9 °C ; 20,268 K Volum molar 22,42×10-3 m³/kmol Viteza sunetului 1270 m/s la 20 °C Informații diverse Electronegativitate (Pauling) 2,2 Cei mai stabili izotopi Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Sistemul solar

Planetele și planetele pitice din sistemul solar. Dimensiunile sunt la scară. Distanțele de la Soare nu sunt la scară.

Caracteristici generale

Vârstă

4,568 Ga

Localizare

Norul Interstelar Local, Bula Locală, Brațul Orion, Calea Lactee

Masă

1,9919x101,0014 ³⁰ kg
( M☉)

Cea mai apropiată stea

Proxima Centauri (4,22 al), sistemul Alpha Centauri (4,37 al)

Cel mai apropiat sistem planetar

Sistemul Alpha Centauri (4,37 al)

Sistem

Semiaxa mare a celei mai îndepărtate planete
(Neptun)

4,503 miliarde de km
(30,10 ua)

Stele

1: Soarele

Planete

8: Mercur, Venus, Pământ, Marte, Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun

Planete pitice

5 ( UAI): Ceres, Pluto, Haumea, Makemake și Eris; sute de candidați suplimentari[1]

Nr. sateliților naturali cunoscuți

≈ 420 (173 ai planetelor[2], 8 ai planetelor pitice și 240 de corpuri pitice[3])

Nr. planetelor minore catalogate

624.731 (16 iulie 2013)[4]
625.782 (13 septembrie 2013)[2]

622.545, dintre care 369.956 fiind numerotați (13 septembrie 2013)[2]

3.263, dintre care 364 fiind numerotate (15 aprilie 2014)[2]

Nr. sateliților sferici identificați

19

Orbita în jurul centrului galactic

Înclinarea planului invariabil în raport cu planul galactic

60,19°

Distanța de la centrul galaxiei

(27 000 ± 1 000) al

Viteză orbitală

220 km/s

Perioadă orbitală

225-250 Ma

Proprietățile stelei (stelelor)

Tip spectral

G2V

Distanța liniei de gheață

≈ 5 ua[5]

Distanța falezei Kuiper

≈ 50 ua

Distanța șocului terminal

≈ 75 - 90 ua

Distanța heliopauzei

≈ 120 ua

Raza sferei lui Hill

≈ 1-2 al

Sistemul solar (scris și Sistemul Solar) este format din Soare împreună cu sistemul său planetar (care cuprinde opt planete împreună cu sateliții lor naturali) și alte obiecte non-stelare.

În afară de cele opt planete, oamenii de știință au emis ipoteza existenței unei alte planete, denumită provizoriu A noua planetă. Această ipotetică planetă gigantă s-ar afla la marginea Sistemului Solar. Existența planetei ar explica configurarea orbitală neobișnuită a unui grup de obiecte transneptuniene (OTN). La 20 ianuarie 2016, cercetătorii Konstantin Batygin și Michael E. Brown de la Institutul de Tehnologie din California au anunțat că există dovezi suplimentare indirecte privind existența unei a noua planete dincolo de orbita planetei Neptun. Aceasta ar orbita în jurul Soarelui între 10.000 și 20.000 de ani. Conform studiului publicat în Astronomical Journal, „Planeta Nouă" ar avea o masă de aproximativ 10 ori mai mare decât Terra și s-ar afla la minim 200 UA.

Sistemul este situat într-unul dintre brațele exterioare ale galaxiei Calea Lactee (mai precis în Brațul Orion), galaxie care are cca. 200 de miliarde de stele.

El s-a format acum 4,6 miliarde de ani, ca urmare a colapsului gravitațional al unui gigant nor molecular. Cel mai masiv obiect este steaua centrală - Soarele, al doilea obiect ca masă fiind planeta Jupiter. Cele patru planete interioare mici, Mercur, Venus, Pământul și Marte, numite planete terestre / planete telurice, sunt compuse în principal din roci și metal. Cele patru planete exterioare, numite giganți gazoși, sunt mult mai masive decât cele telurice. Cele mai mari două planete, Jupiter și Saturn, sunt compuse în principal din hidrogen și heliu; cele două planete mai îndepărtate, Uranus și Neptun, sunt compuse în mare parte din substanțe cu o temperatură de topire relativ ridicată (comparativ cu hidrogenul și heliu), numite , cum ar fi apa, amoniacul și metanul. Ele sunt denumite „giganți de gheață" (termen distinct de cel de „gigant gazos"). Toate planetele au orbite aproape circulare dispuse într-un disc aproape plat numit plan ecliptic.

Sistemul solar prezintă câteva regiuni unde se află diferite obiecte mici. Centura de asteroizi, situată între Marte și Jupiter, este similară din punct de vedere al compoziției cu planetele terestre, deoarece o mare parte dintre obiecte sunt compuse din rocă și metal. Dincolo de orbita lui Neptun se află centura Kuiper și discul împrăștiat; multe dintre obiectele transneptuniene sunt în mare parte compuse din ghețuri. Printre aceste obiecte, de la câteva zeci până la mai mult de zece mii de obiecte pot fi suficient de mari pentru a fi fost rotunjite de propria gravitație. Astfel de obiecte sunt denumite planete pitice. Planetele pitice identificate până în prezent includ asteroidul Ceres și obiectele transneptuniene: Pluto, Eris, Haumea și Makemake. În plus, în aceste două regiuni se află diferite alte corpuri mici, cum ar fi comete, centauri și materie interplanetară. Șase planete, cel puțin trei planete pitice și multe alte corpuri mici au sateliți naturali care se rotesc în jurul lor. Fiecare planetă exterioară este înconjurată de inele planetare alcătuite din praf și alte obiecte mici.

Vântul solar (un flux de plasmă de la Soare) creează în mediul interstelar o bulă cunoscută ca heliosferă, care se extinde până la marginea discului împrăștiat. La limita sa exterioară se află Norul lui Oort, care reprezintă doar un câmp de resturi rămase după crearea planetelor, fiind considerat a fi sursa pentru cometele cu perioadă lungă. El se întinde până la o distanță aproximativ de o mie de ori mai mare decât heliosfera. Heliopauza este punctul în care presiunea vântului solar este egală cu presiunea opusă a vântului interstelar.

Descoperire și explorare

Timp de câteva mii de ani umanitatea, cu puține excepții, nu a recunoscut existența sistemului solar. Oamenii credeau că Pământul se află în centrul Universului și este cu totul diferit de celelalte obiecte divine și eterice care se mișcă pe cer. Deși filozoful grec Aristarh din Samos a speculat despre reorganizarea heliocentrică a cosmosului, Nicolaus Copernicus a fost primul astronom care a dezvoltat un sistem matematic heliocentric predictiv. Succesorii săi din secolul al XVII-lea ( Galileo Galilei, Johannes Kepler și Isaac Newton) au avut o înțelegere a fizicii care i-a condus la admiterea graduală a ideii că Pământul se rotește de fapt în jurul Soarelui și că celelalte planete sunt guvernate de aceleași legi ale fizicii care guvernează și Pământul. În plus, inventarea telescopului a condus la descoperirea unor planete și sateliți noi. În timpurile mai recente, îmbunătățiri ale telescoapelor și folosirea navelor spațiale fără echipaj au deschis drumul studierii fenomenelor geologice din sistemul solar (studiul munților și craterelor de impact) și a fenomenelor meteorologice sezoniere de pe unele planete (cum ar fi norii, furtunile de nisip și calotele de gheață).

Structură și compoziție

Componentul principal al sistemului solar este Soarele, o stea de tip G2 din secvența principală ce conține 99,86% din masa cunoscută a sistemului și îl domină din punct de vedere gravitațional. Cele mai mari patru corpuri ce orbitează în jurul Soarelui, giganții gazoși, constituie circa 99% din masa rămasă, Jupiter și Saturn deținând împreună mai mult de 90%.

Majoritatea obiectelor mari care orbitează în jurul Soarelui se află în apropierea planului orbitei Pământului, cunoscut și ca ecliptică. Orbitele planetelor sunt foarte apropiate de ecliptică în timp ce orbitele cometelor și ale obiectelor din centura Kuiper au adesea unghiuri de intersecție cu ecliptica destul de mari. Toate planetele și majoritatea celorlalte obiecte orbitează în jurul Soarelui în aceeași direcție în care se rotește acesta (în sens invers acelor de ceasornic, privit de deasupra polului nordic solar). Există excepții, cum ar fi cometa Halley.

Structura generală a regiunilor cartografiate ale sistemului solar constă din: steaua centrală - Soarele, patru planete interioare relativ mici înconjurate de o centură de asteroizi din rocă și, alți patru giganți de gaz - înconjurați la rândul lor de centura Kuiper și alte obiecte înghețate. Sistemul Solar interior include primele patru planete terestre și centura de asteroizi. Sistemul solar exterior se află dincolo de centura de asteroizi, incluzând cei patru giganți gazoși (cunoscuți și ca planete joviene). După descoperirea centurii Kuiper, zonele mărginașe ale sistemului solar sunt considerate a fi o regiune distinctă, aflată dincolo de orbita planetei Neptun.

Majoritatea planetelor din sistemul solar posedă un sistem secundar propriu, fiind orbitate de obiecte planetare denumite sateliți naturali, sau luni (dintre care două sunt mai mari decât planeta Mercur) sau, în cazul giganților gazoși, de către inele planetare (benzi subțiri de particule mici care gravitează în jurul planetei la unison). Majoritatea celor mai mari sateliți naturali se află în rotație sincronă cu perioada lor de revoluție, una dintre fețele lor fiind totdeauna îndreptată către planeta orbitată.

Legile lui Kepler cu privire la mișcarea planetară descriu orbitele obiectelor din jurul Soarelui. Urmând legile lui Kepler, fiecare dintre aceste obiecte se mișcă de-a lungul unei elipse, într-unul dintre focarele acesteia aflându-se Soarele. Obiectele mai apropiate de Soare (cu o semiaxă majoră mai mică) se deplasează mai repede, fiind influențate mai puternic de către gravitația Soarelui. Pe o orbită eliptică, distanța unui corp față de Soare variază de-a lungul perioadei sale de revoluție (denumită „an"). Cel mai apropiat punct față de Soare de pe orbita unui obiect este numit , în timp ce punctul cel mai îndepărtat se numește . Orbitele planetelor sunt aproape circulare, dar multe comete, asteroizi și obiecte din cadrul centurii Kuiper au orbite foarte eliptice. Pozițiile corpurilor în sistemul solar pot fi prezise folosindu-se modele numerice.

Deși Soarele domină sistemul prin masa sa, el măsoară doar 2% din momentul cinetic, datorat rotației diferențiale din interiorul Soarelui gazos. Planetele, dominate de Jupiter, măsoară cea mai mare parte din restul momentului cinetic datorat combinației dintre masele, orbitele și distanțele lor față de Soare, cometele având cel mai probabil și ele o contribuție semnificativă la total.

Datorită distanțelor vaste implicate, multe reprezentări ale sistemului solar arată orbitele la aceeași depărtare. În realitate cu cât o planetă sau o centură este mai departe de Soare, cu atât distanța dintre ea și orbita precedentă este mai mare, existând totuși și unele excepții. De exemplu, Venus se află la aproximativ 0,33 unități astronomice (UA) mai departe de Soare decât Mercur, în timp ce Saturn se află la 4,3 UA depărtare de Jupiter, iar Neptun la 10,5 UA de Uranus. Au fost făcute încercări pentru a determina relația dintre aceste distanțe orbitale (de exemplu, legea Titius-Bode), dar nu a fost acceptată nicio teorie de acest fel.

Soarele - ce cuprinde aproape toată materia din sistemul solar - este compus în proporție de aproximativ 98% din hidrogen și heliu. Jupiter și Saturn, care cuprind aproape întreaga materie rămasă, au în compoziția atmosferei circa 98% din aceleași elemente. Există un gradient al compoziției în sistemul solar, determinat de căldura și presiunea de radiație a luminii care provin de la Soare; obiectele care sunt mai aproapiate de Soare, sunt mult mai afectate de căldură și presiunea luminii, fiind compuse din elemente cu temperaturi de topire ridicate. Obiectele care sunt mai depărtate de Soare sunt compuse în mare parte din materiale cu temperaturi de topire mai mici. Granița din sistemul solar, dincolo de care aceste substanțe volatile se pot condensa este cunoscută sub numele de linia de îngheț și se află la aproximativ 5 UA de la Soare.

Obiectele din sistemul solar interior sunt compuse în mare parte din roci, materiale ce conțin compuși cu puncte de topire ridicate cum sunt silicații, fierul sau nichelul, care au rămas în stare solidă în aproape toate condițiile din nebuloasa protoplanetară. Jupiter și Saturn sunt compuși în mare parte din gaze, materiale cu puncte de topire extrem de scăzute și presiunea de vapori mare, cum ar fi hidrogenul molecular, heliul și neonul, care s-au aflat întotdeauna în fază gazoasă în nebuloasa inițială. Ghețurile, ca apa înghețată, metanul, amoniacul, hidrogenul sulfurat și dioxidul de carbon, au puncte de topire de până la câteva sute de grade kelvin, în timp ce stările lor depind de presiunea și temperatura ambiante. Ele pot fi găsite sub formă de gheață, lichide sau gaze, în diferite locuri din sistemul solar, în timp ce în nebuloasa inițială ele erau fie în stare solidă, fie în stare gazoasă. Substanțe înghețate se găsesc în compoziția majorității sateliților planetelor gigante, precum și în cea a planetelor Uranus și Neptun (așa-numiții giganți de gheață) și în numeroase obiecte mici care se află dincolo de orbita lui Neptun. Împreună, gazele și ghețurile sunt cunoscute și ca volatile.

Un număr de modele ale sistemului solar de pe Pământ au încercat să redea la scară relativă obiectele sistemului solar, dar în mediul antropic. Unele astfel de modele sunt mecanice - cunoscute și ca planetarii - în timp ce altele se pot extinde de-a lungul mai multor orașe sau regiuni. Cel mai mare model la scară, Sistemul Solar Suedez, folosește arena Ericsson Globe de 110 metri amplasată în Stockholm drept Soare și, respectând scara, un Jupiter de 7,5 metri la Aeroportul Internațional Arlanda, de la 40 km depărtare, în timp ce cel mai depărtat obiect, Sedna, este o sferă de 10 cm din Luleå, de la 912 km depărtare.

Geneză și evoluție

Sistemul solar s-a format acum 4,568 miliarde de ani, în urma colapsului gravitațional al unei regiuni din cadrul unui vast nor molecular. Acest nor inițial avea un diametru de mai mulți ani-lumină și a dat naștere, probabil, mai multor stele. La fel ca și majoritatea norilor moleculari, acesta era constituit, în principal, din hidrogen, mai puțin heliu și cantități mici de elemente mai grele formate în generațiile anterioare de stele. Când regiunea care avea să devină sistemul solar, denumită și nebuloasă pre-solară, a suferit un colaps, conservarea momentului cinetic a determinat-o să se rotească mai repede. Centrul, unde s-a concentrat cea mai mare parte a masei, a devenit din ce în ce mai fierbinte în raport cu discul din jur. Nebuloasa în contracție, rotindu-se tot mai repede, a început să se aplatizeze și a luat forma unui disc protoplanetar cu un diametru de aproximativ 200 UA, având o protostea fierbinte și densă în centru. Protoplanetele formate în urma acreției din acest disc de praf și gaz interacționau gravitațional, formând - prin contopire - corpuri din ce în ce mai mari. Sute de protoplanete au putut exista în sistemul solar timpuriu, dar acestea fie au fuzionat, fie au fost distruse, formând planete și planete pitice, iar resturile devenind obiecte minore.

Din cauza punctului lor de fierbere foarte mare, numai metalele și silicații au putut rezista în sistemul solar interior fierbinte, aproape de Soare, iar acestea au format planetele de rocă Mercur, Venus, Terra și Marte. Deoarece elementele metalice constituiau doar o fracțiune foarte mică din nebuloasa solară, planetele terestre nu au putut deveni foarte mari. Giganții gazoși (Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun) s-au format mai departe de Soare, dincolo de linia de îngheț: punctul dintre orbita lui Marte și a lui Jupiter începând de la care materia este suficient de rece pentru a permite compușilor volatili să rămână solizi. Ghețurile care formau aceste planete au fost mai numeroase decât metalele și silicații, care formau planetele terestre interioare, permițându-le să devină destul de masive pentru a capta atmosfere mari de hidrogen și heliu, elementele cele mai ușoare și mai abundente. Resturile care nu au devenit planete s-au concentrat în regiuni ca centura de asteroizi, centura Kuiper și norul lui Oort. Modelul de la Nisa este o explicație a creării acestor regiuni, precum și a modului în care planetele exterioare s-au putut forma în poziții diferite și au migrat, ajungând să aibă orbitele lor actuale prin diverse interacțiuni gravitaționale.

După 50 de milioane de ani, presiunea și densitatea hidrogenului din centrul protostelei au devenit suficient de mari pentru ca să înceapă fuziunea termonucleară. Temperatura, viteza de reacție, presiunea, precum și densitatea au crescut până când a fost atins echilibrul hidrostatic: presiunea termică a egalat forța gravitațională. În acel moment, Soarele a devenit o stea din secvența principală de stele. Vântul solar a creat heliosfera și a măturat gazul și praful rămase din discul protoplanetar în spațiul interstelar, punând capăt procesului de formare a planetelor.

Sistemul solar va rămâne aproximativ așa cum îl știm astăzi până când hidrogenul din nucleul Soarelui va fi complet transformat în heliu, eveniment ce va avea loc peste 5,4 miliarde de ani. Acest lucru va pune sfârșit perioadei principale de viață a Soarelui. În acel moment, nucleul Soarelui va suferi un colaps, iar energia produsă va fi mult mai mare decât în prezent. Straturile exterioare ale Soarelui se vor extinde, diametrul ajungând de circa 260 de ori mai mare decât în momentul actual și Soarele va deveni o gigantă roșie. Din cauza faptului că suprafața sa va crește foarte mult, ea va fi considerabil mai rece decât va fi fost în perioada principală a vieții lui (cu maximum 2600 K). În urma măririi Soarelui, Mercur și Venus se vor vaporiza iar planeta Pământ va deveni nelocuibilă, zona locuibilă mutându-se la orbita lui Marte. În cele din urmă, nucleul nu va mai fi suficient de fierbinte pentru fuziunea heliului; Soarele va arde heliul pentru o fracțiune a timpului în care a ars hidrogenul din nucleu. Soarele nu este destul de masiv pentru a începe fuziunea elementelor mai grele, și reacțiile nucleare din nucleu vor scădea. Straturile sale exterioare vor fi ejectate în spațiu, lăsând în urmă o pitică albă, un obiect extraordinar de dens, având jumătate din masa inițială a Soarelui (de mărimea Pământului). Straturile exterioare ejectate vor forma ceea ce este cunoscut sub numele de nebuloasă planetară, împrăștiind în mediul interstelar unele din materialele din care s-a format Soarele, dar și elemente mai grele, cum ar fi carbonul, create în Soare.

Soarele este steaua sistemului solar și de departe cel mai important component al acestuia. Masa sa mare (egală cu 332.900 de mase terestre) produce în nucleul său temperaturi și densități suficient de ridicate ca să susțină fuziunea nucleară, care eliberează o cantitate enormă de energie, din care cea mai mare parte radiază în restul sistemului sub formă de radiații electromagnetice, cu vârful situat în spectrul de 400-700 nm al luminii vizibile.

Soarele este clasificat ca fiind o pitică galbenă de tipul G2, dar acest nume poate induce în eroare, din moment ce comparativ cu majoritatea stelelor din galaxia noastră, Soarele este mai mare și mai luminos. Stelele sunt clasificate cu ajutorul diagramei Hertzsprung-Russell, o diagramă care reprezintă grafic luminozitatea stelelor împreună cu temperatura de la suprafața lor. În general, stelele mai fierbinți sunt mai luminoase. Stelele care satisfac această relație sunt denumite stele din secvența principală, iar Soarele se află chiar în mijlocul acestei secvențe. Totuși, stelele mai luminoase și mai fierbinți decât Soarele sunt rare, în timp ce stelele cu mult mai fade și mai reci, cunoscute și ca pitice roșii, sunt comune, reprezentând 85% din totalul stelelor din galaxie.

Unele dovezi sugerează că poziția Soarelui în secvența principală poate înseamna că acesta se află la mijlocul ciclului de viață al unei stele, pentru că nu și-a consumat încă rezerva de hidrogen folosit pentru fuziunea nucleară. Soarele devine tot mai luminos; mai devreme în evoluția sa, luminozitatea era doar 70% din cea actuală.

Soarele face parte din populația I de stele; a luat naștere în faza târzie a evoluției universului și astfel conține mai multe elemente mai grele decât hidrogenul și heliul (numite „ metale", în context astronomic) decât stelele mai vechi ce fac parte din populația a II-a. Elementele chimice mai grele decât hidrogenul și heliul s-au format în nucleele stelelor vechi care au explodat, așadar prima generație de stele a trebuit să dispară pentru ca universul să se poată îmbogăți cu aceste elemente. Stelele mai vechi conțin mai puține metale, în timp ce stelele născute mai târziu conțin mai multe. Se crede că acest conținut mai bogat în metale a fost crucial pentru ca Soarele să dezvolte un sistem planetar, deoarece planetele se formează prin acreția „metalelor".

Mediul interplanetar

Împreună cu lumina, Soarele radiază un flux continuu de particule încărcate ( plasmă) cunoscute ca vânt solar. Acest flux de particule se răspândește spre exterior, cu o viteză de aproximativ 1,5 milioane de kilometri pe oră, creând o atmosferă fragilă (heliosfera) care pătrunde în sistemul solar până la cel puțin 100 UA (vezi heliopauză). Această materie extrem de rarefiată este cunoscută sub numele de mediu interplanetar. Activitatea de pe suprafața Soarelui, cum ar fi erupțiile solare și ejecția masei coronale, perturbă heliosfera, generând vremea cosmică și cauzând furtuni geomagnetice. Cea mai mare structură din cadrul heliosferei este stratul de curent heliosferic, în formă de spirală, creat de acțiunea câmpului magnetic rotativ al Soarelui asupra mediului interplanetar.

Câmpul magnetic al Pământului împiedică atmosfera sa de a fi deposedată de vântul solar. Venus și Marte nu au câmp magnetic și ca rezultat, vântul solar face ca atmosferele lor să se împrăștie treptat în spațiu. Ejecțiile masei coronale și alte fenomene similare aruncă în spațiu un câmp magnetic și cantități imense de materie de pe suprafața Soarelui. Interacțiunea acestui câmp magnetic și a materialelor cu câmpul magnetic al Pământului provoacă apariția de particule încărcate în atmosfera superioară a Pământului, unde interacțiunea lor creează aurorele observabile în apropierea polilor magnetici.

Radiațiile cosmice provin din afara sistemului solar. Heliosfera și câmpurile magnetice planetare (pentru planetele care le au) apără parțial sistemul solar de particulele interstelare cu înaltă energie care formează razele cosmice. Densitatea razelor cosmice în mediul interstelar și puterea câmpului magnetic al Soarelui se schimbă în perioade lungi de timp, astfel încât nivelul de penetrare a radiațiilor cosmice în sistemul solar variază, deși este necunoscut cât de mult.

Mediul interplanetar conține cel puțin două regiuni în formă de disc alcătuite din praf cosmic. Prima, norul de praf zodiacal, se află în sistemul solar interior și cauzează lumina zodiacală. Probabil ea s-a format în urma coliziunilor din centura de asteroizi provocate de interacțiunea cu planetele. Cea de-a doua se întinde de la aproximativ 10 UA până la aproximativ 40 UA și a fost creată, probabil, de coliziuni similare din cadrul centurii Kuiper.

Sistemul solar interior

Sistemul solar interior este numele tradițional pentru regiunea care cuprinde planetele terestre și asteroizii. Obiectele din această regiune sunt compuse în mare parte din silicați și metale, fiind relativ aproape de Soare; raza întregii regiuni este mai mică decât distanța dintre orbitele lui Jupiter și Saturn.

Planete interioare

Cele patru planete interioare sau telurice / terestre au o compoziție densă, de roci, cu puțini sau chiar fără sateliți și fără sisteme de inele. Ele sunt compuse în mare parte din minerale refractare, cum ar fi silicații, care formează scoarțele și mantalele planetelor, și metale ca fierul și nichelul, care formează nucleele planetare. Trei din cele patru planete interioare (Venus, Terra și Marte) au o atmosferă destul de densă pentru a genera vremea; toate au cratere de impact și caracteristici tectonice de suprafață, cum ar fi rifturi și vulcani. Termenul de „planetă interioară" nu trebuie confundat cu termenul de „ planetă inferioară ", care desemnează planetele mai apropiate de Soare decât Pământul (adică Mercur și Venus).

Mercur (0,4 UA de la Soare) este cea mai apropiată planetă de Soare și cea mai mică planetă din sistemul solar (0,055 mase terestre). Mercur nu are niciun satelit natural, iar singurele caracteristici geologice cunoscute, în afara craterelor de impact, sunt crestăturile din scoarță, care cel mai probabil se datorează unei perioade timpurii de contracție din trecutul său. Atmosfera planetei Mercur este aproape neobservabilă și este formată din atomi desprinși de pe suprafața sa de către vântul solar. Apariția nucleului său de fier relativ mare și mantaua subțire nu au fost încă suficient explicate. Ipotezele includ faptul că straturile exterioare au fost dezagregate în urma impactului cu un obiect gigantic și că acreția completă a fost împiedicată de energia Soarelui tânăr.

Planeta Venus (0,7 UA de la Soare) este asemănătoare ca mărime cu Pământul (0,815 mase terestre) și, la fel ca și Terra, are o manta subțire de silicat deasupra unui nucleu de fier, o atmosferă substanțială și indicii ale unei activități geologice interne. Totuși, planeta este mult mai uscată decât Pământul iar atmosfera sa este de nouăzeci de ori mai densă. Venus nu are niciun satelit natural. Este cea mai fierbinte planetă, temperaturile de la suprafață depășind 400 °C, cel mai probabil din cauza cantității de gaze cu efect de seră din atmosferă. Nu a fost detectată nici o dovadă definitivă a unei activități geologice la momentul actual pe Venus, dar planeta nu are un câmp magnetic care să prevină epuizarea atmosferei sale substanțiale, ceea ce sugerează că aceasta este încontinuu alimentată de către erupțiile vulcanice.

Pământul (de asemena și Terra; 1 UA de la Soare) este cea mai mare și cea mai densă planetă interioară, singura despre care se cunoaște la momentul actual că este geologic activă și singurul loc din sistemul solar unde se cunoaște că există viață. Hidrosfera sa lichidă este unică printre planetele terestre, iar Terra este singura planetă unde au fost observate plăci tectonice. Atmosfera Pământului diferă radical față de cea a altor planete, fiind shimbată de prezența vieții și conținând aproximativ 21% de oxigen liber. Planeta Pământ are doar un satelit natural, Luna, care este singurul satelit mare al unei planete terestre din sistemul solar.

Marte (1,52 UA de la Soare) este mai mic decât Terra și Venus (are 0,107 mase terestre). Planeta posedă o atmosferă formată în mare parte din dioxid de carbon, cu o presiune la suprafață de 6,1 milibari (aproximativ 0,6% din presiunea atmosferică de la suprafața Pământului). Suprafața sa, brăzdată de vulcani vaști ca Olympus Mons și rifturi cum ar fi Valles Marineris, reprezintă o dovadă a activităților geologice care au persistat până relativ recent, cu două milioane de ani în urmă. Culoarea sa roșiatică provine de la oxizii de fier (rugină) din sol. Marte are doi sateliți naturali foarte mici ( Deimos și Phobos) despre care se crede că au fost asteroizi capturați de gravitația planetei.

Centura de asteroizi

Asteroizii sunt obiecte mici din sistemul solar, compuse în mare parte din roci refractare și minerale metalice, la care se mai adăugă gheața.

Centura de asteroizi se află între planetele Marte și Jupiter, la o distanță cuprinsă între 2,3 și 3,3 UA de la Soare. Se crede ea e alcătuită din resturile rămase în urma formării sistemului solar, care nu au reușit să se unească din cauza interferenței gravitaționale a lui Jupiter.

Mărimea asteroizilor variază de la câteva sute de kilometri până la mărimi microscopice. Toți asteroizii, cu excepția celui mai mare, Ceres, sunt clasificați ca obiecte mici ale sistemului solar.

Centura de asteroizi conține zeci de mii, posibil milioane, de obiecte ce au un diametru mai mare de un kilometru. Cu toate acestea, masa totală a centurii de asteroizi măsoară în jur de o miime din masa terestră. În centura de asteroizi, obiectele sunt foarte rarefiate; navele spațiale au trecut cu ușurință prin aceasta fără niciun incident. Asteroizii cu diametre între 10 și 10 −4 metri sunt denumiți meteoroizi.

Ceres (2,77 UA de la Soare) este cel mai mare asteroid, o protoplanetă și o planetă pitică. Are un diametru puțin mai mic de 1000 km și o masă destul de mare pentru ca propria gravitație să-i confere o formă sferică. Când a fost descoperită în secolul al XIX-lea, Ceres a fost considerată o planetă, dar a fost reclasificată ca asteroid în anii 1850, când observațiile mai ample au dezvăluit existența altor asteroizi asemănători. În anul 2006 a fost clasificată ca planetă pitică.

Grupuri de asteroizi

Asteroizii din centura de asteroizi sunt divizați în grupuri de asteroizi și familii de asteroizi, în funcție de caracteristicile orbitale pe care le au. Sateliții asteroidali sunt asteroizii care orbitează în jurul unor asteroizi mai mari. Ei nu sunt distinși atât de clar ca și sateliții planetari, câteodată fiind la fel de mari ca și asteroidul în jurul căruia gravitează. Centura de asteroizi conține de asemenea și comete de centură principală, care se poate să fi fost sursa de apă a Pământului.

Troienii lui Jupiter sunt localizați în punctele Lagrange L₄ sau L₅ ale lui Jupiter (regiuni stabile din punct de vedere gravitațional care precedă sau urmează planeta pe orbita sa); termenul de este folosit de asemenea pentru a desemna corpuri mici din orice punct Lagrange al unei planete sau unui satelit. Asteroizii din familia Hilda sunt într-o rezonanță de 2:3 cu planeta Jupiter; aceasta înseamnă că ei orbitează în jurul Soarelui de trei ori la fiecare două orbitări ale lui Jupiter.

În sistemul solar interior există de asemenea asteroizi hoinari, mulți dintre ei traversând orbitele planetelor interioare.

Sistemul solar exterior

Regiunea exterioară a sistemului solar este locul unde se află giganții gazoși și sateliții lor. Multe comete cu perioadă scurtă, inclusiv centaurii, orbitează de asemenea în această regiune. Din cauza distanței foarte mari de la Soare, obiectele solide din sistemul solar exterior conțin o proporție mai mare de substanțe volatile cum ar fi apa, amoniacul și metanul, decât planetele de roci din sistemul solar interior, deoarece temperaturile mai reci permit menținerea acestor compuși în stare solidă.

Planetele exterioare

Cele patru planete exterioare sau giganții gazoși (uneori numite planete joviene), dețin împreună 99% din masa care orbitează în jurul Soarelui. Jupiter și Saturn au, fiecare, o masă de zeci de ori mai mare decât cea a Pământului și sunt formate preponderent din hidrogen și heliu; Uranus și Neptun sunt mai puțin masive (având sub 20 de mase terestre) și sunt compuși mai mult din ghețuri. Din această cauză, mulți astronomi cred că ei fac parte dintr-o categorie aparte, „giganții de gheață". Toți cei patru giganți gazoși au inele, deși doar sistemul de inele al lui Saturn este ușor de observat de pe Pământ. Termenul de planetă exterioară nu trebuie confundat cu cel de planetă superioară, care desemnează planete din afara orbitei Pământului și include, astfel, atât planetele exterioare cât și pe Marte.

Jupiter (5,2 UA), cu o masă de 318 ori mai mare ca cea a Pământului, este de 2,5 mai masiv decât toate celelalte planete din sistemul solar laolaltă. El este compus în mare parte din hidrogen și heliu. Căldura sa internă destul de mare creează un număr de caracteristici semi-permanente ale atmosferei sale, cum ar fi benzile de nori și Marea Pată Roșie.

Jupiter are 67 de sateliți cunoscuți. Cei mai mari patru sateliți, Ganymede, Callisto, Io și Europa prezintă similarități cu planetele terestre, cum ar fi vulcanismul și încălzirea internă. Ganymede, cel mai mare satelit din sistemul solar, este mai mare decât planeta Mercur.

Saturn (9,5 UA), care se distinge prin sistemul său de inele ușor de observat de pe Pământ, este asemănător cu Jupiter din punctul de vedere al compoziției atmosferice și al magnetosferei. Deși Saturn are 60% ​​din volumul lui Jupiter, el are mai puțin de o treime din masa acestuia (95 de mese terestre), fiind cea mai puțin densă planetă din sistemul solar. Inelele lui Saturn sunt alcătuite din particule mici de rocă și gheață.

Saturn are 62 de sateliți confirmați; doi dintre ei, Titan și Enceladus, poartă semne de activitate geologică, deși aceștia sunt în mare parte alcătuiți din gheață (criovulcani). Titan, al doilea satelit ca mărime din sistemul solar, este mai mare decât Mercur și singurul satelit din sistemul solar care posedă o atmosferă substanțială.

Uranus (19,6 UA), de 14 ori mai masiv ca Pământul, are masa cea mai mică dintre toate planetele exterioare. Este singura planetă care orbitează în jurul Soarelui înclinată „pe o parte"; înclinația axei de rotație este de peste nouăzeci de grade față de normala la ecliptică. Planeta are un nucleu mult mai rece decât ceilalți giganți gazoși și cantitatea de căldură radiată în spațiu este foarte mică.

Uranus are 27 de sateliți cunoscuți, cei mai mari fiind Titania, Oberon, Umbriel, Ariel și Miranda.

Neptun (30 UA), deși este puțin mai mic decât Uranus, este mult mai masiv (aproximativ 17 mase terestre) și prin urmare, mult mai dens. El radiază mai multă căldură internă, dar nu la fel de multă ca Jupiter sau Saturn.

Neptun are 13 sateliți cunoscuți. Cel mai mare, Triton, este geologic activ, având probabil gheizere de azot lichid. Triton este singurul satelit mare cu o orbită retrogradă. Neptun este însoțit pe orbita sa de o mulțime de planete minore, numite troienii lui Neptun, care au o rezonanță orbitală de 1:1 cu el.

Centaurii sunt obiecte de gheață asemănătoare cometelor, cu o semiaxă mare mai mare decât cea al lui Jupiter (5,5 UA) și mai mică decât cea a lui Neptun (30 UA). Cel mai mare centaur cunoscut, 10199 Chariklo, are un diametru de aproximativ 250 km. Primul centaur descoperit, 2060 Chiron, a fost, de asemenea, clasificat drept cometă (95P) deoarece acesta dezvoltă o coadă ca și cometele, atunci când se apropie de Soare.

Cometele sunt obiecte mici din sistemul solar, de obicei cu dimensiuni de doar câțiva kilometri, compuse în mare parte din gheață volatilă. Au orbite puternic excentrice și în general periheliul lor se află între orbitele planetelor interioare iar afeliul, la mare distanță dincolo de planeta pitică Pluto. Când o cometă intră în sistemul solar interior, apropierea sa de Soare cauzează sublimarea și ionizarea suprafeței sale înghețate, creându-se astfel o coamă, urmată de o coadă lungă de gaz și praf care este adesea vizibilă cu ochiul liber.

Cometele de perioadă scurtă au perioada orbitală mai scurtă de două sute de ani, iar cele de perioadă lungă au perioade orbitale de ordinul miilor de ani. Se crede că cometele de perioadă scurtă își au originea în centura Kuiper, în timp ce cele de perioadă lungă (cum ar fi Hale-Bopp), în norul lui Oort. Multe grupuri de comete, ca Kreutz Sungrazers, s-au format prin fragmentarea unei comete-părinte. Unele comete cu orbite hiperbolice pot să provină din afara sistemului solar, dar determinarea precisă a orbitelor lor este dificilă. Cometele bătrâne, care și-au consumat mare parte a materialului volatil datorită încălzirii solare, sunt categorizate de obicei ca asteroizi.

Regiunea transneptuniană

Zona de dincolo de Neptun sau „regiunea transneptuniană" este în mare parte neexplorată. Ea conține o mulțime de lumi mici (cea mai mare având un diametru de doar o cincime din cel al Pământului și o masă mult mai mică decât cea a Lunii), compuse în principal din roci și gheață. Această regiune este uneori cunoscută sub numele de „sistemul solar exterior", deși alții folosesc acest termen pentru a desemna regiunea de dincolo de centura de asteroizi. În literatura astronomică internațională, corpurile cerești situate în regiunea transneptuniană sunt abreviate, de obicei, ca TNO ( Trans-Neptunian Object).

Centura Kuiper

Centura Kuiper este un inel mare, plin cu resturi, similar cu centura de asteroizi, în el fiind în principal obiecte care sunt compuse în primul rând din gheață. Aceasta se întinde între 30 și 50 UA de la Soare. Deși se consideră că conține zeci de planete pitice, ea este compusă în principal din corpuri mici ale sistemului solar. Multe dintre obiectele mai mari din centura Kuiper, ca Quaoar, Varuna și Orcus, pot fi recunoscute ca planete pitice dacă vor fi date suplimentare despre ele. Se estimează că acolo sunt peste 100.000 de obiecte cu un diametru mai mare de 50 km, dar masa totală a centurii Kuiper se consideră a fi doar o zecime sau chiar o sutime din masa Pământului. Multe obiecte din centura Kuiper au mai mulți sateliți, iar cele mai multe au orbite care le duc în afara planului ecliptic.

Centura Kuiper poate fi împărțită în centura clasică și rezonantă. Obiectele rezonante au o orbită legată de cea a lui Neptun (de exemplu, orbitează în jurul Soarelui de două ori pentru fiecare trei orbitări ale lui Neptun, sau o dată la fiecare două). Prima rezonanță are loc în orbita lui Neptun. Centura clasică constă în obiecte care nu au rezonanță cu Neptun, și se întinde de la aproximativ 39,4 UA până la 47,7 UA. Obiectele din centura clasică Kuiper se clasifică ca cubewano, după ce a fost descoperit primul obiect de acest fel, , și până acum au o orbită asemănătoare cu orbita lor inițială care avea o excentricitate mică.

Pluto și Charon

Planeta pitică Pluto (distanța medie de la Soare: aprox. 39 UA) este cel mai mare obiect cunoscut din centura Kuiper. Când a fost descoperit în 1930, era considerat a noua planetă; această clasificare s-a schimbat în 2006, când s-a adoptat o definție formală mai riguroasă a unei planete. Pluto are o orbită relativ excentrică, înclinată la 17 grade față de planul eclipticei, iar distanța sa față de Soare variază între 29,7 UA la periheliu (situat în interiorul orbitei lui Neptun) și 49,5 UA la afeliu.

Charon, cel mai mare satelit al lui Pluto, este câteodată descris ca alcătuind un sistem binar cu Pluto, deoarece cele două corpuri orbitează în jurul unui baricentru gravitațional comun situat deasupra suprafețelor lor (aceasta înseamnă că ele par a se „orbita reciproc"). În afară de Charon, sunt cunoscuți alți patru sateliți mai mici care orbitează în jurul planetei Pluto, și anume: P5, Nix, P4, și Hydra.

Pluto are un raport de rezonanță orbitală de 3:2 cu Neptun, aceasta însemnând că Pluto efectuează două revoluții complete în jurul Soarelui la fiecare trei revoluții complete ale lui Neptun. Obiectele din centura Kuiper care posedă aceeași rezonanță orbitală sunt cunoscute ca obiecte obiecte plutino.

Makemake și Haumea

Planeta pitică Makemake (distanța medie de la Soare: 45,79 UA), deși este mai mică decât Pluto, este cel mai mare obiect cunoscut din centura Kuiper clasică (adică el nu prezintă un raport confirmat de rezonanță orbitală cu Neptun). Makemake este cel mai luminos obiect din centura Kuiper după Pluto. A fost denumită și desemnată ca planetă pitică în 2008. Orbita sa este mult mai înclinată decât cea a lui Pluto, la 29°.

Haumea (distanța medie de la Soare: 43,13 UA) are o orbită similară cu cea a lui Makemake, cu excepția faptului că prezintă o rezonanță orbitală de 7:12 cu Neptun. Este de aproape aceeași mărime ca și Makemake și are doi sateliți naturali. O rotație rapidă, cu o perioadă de 3,9 ore, îi conferă o formă alungită și aplatizată. A fost denumită și desemnată ca planetă pitică în 2008.

Discul împrăștiat

Discul împrăștiat, ce se suprapune peste centura lui Kuiper dar se extinde mult în afara acesteia, este posibila sursă a cometelor de perioadă scurtă. Se crede că obiectele din discul împrăștiat au fost transformate în obiecte neregulate datorită influenței gravitaționale a migrației timpurii a lui Neptun. Multe astfel de obiecte au periheliul undeva în centura Kuiper dar afeliul mult în afara sa (unele obiecte au afeliul și la 150 UA depărtare de Soare). Orbitele obiectelor din discul împrăștiat sunt de asemenea foarte înclinate față de planul eclipticei, și adesea sunt chiar perpendiculare pe acesta. Unii astronomi consideră discul împrăștiat a fi pur și simplu o altă regiune a centurii Kuiper, iar obiectele discului împrăștiat sunt considerate „obiecte împrăștiate din centura Kuiper". Unii astronomi de asemenea clasifică centaurii ca obiecte împrăștiate de interior ale centurii Kuiper împreună cu obiectele împrăștiate din discul împrăștiat.

Eris (68 UA distanță medie față de Soare) este cel mai mare obiect cunoscut din discul împrăștiat și a provocat incertitudini în ceea ce privește definirea unei planete, deoarece este cu 25% mai masiv decât Pluto și are aproximativ același diametru. Este cea mai masivă dintre planetele pitice cunoscute. Are un singur satelit, Dysnomia. Ca și în cazul lui Pluto, orbita sa este foarte excentrică, cu periheliul situat la 38,2 UA (aproximativ distanța de la Pluto la Soare) și afeliul la 97,6 UA, fiind de asemenea puternic înclinată față de planul eclipticei.

Regiuni mai îndepărtate

Punctul în care se încheie sistemul solar și începe spațiul interstelar nu este definit cu precizie, deoarece granițele sale exterioare sunt modelate de două forțe distincte: vântul solar și gravitația Soarelui. Limita exterioară a influenței vântului solar este de aproximativ de patru ori distanța de la Pluto la Soare; această heliopauză este considerată începutul mediului interstelar. Cu toate acestea, sfera lui Hill a Soarelui, raza efectivă de dominație gravitațională a sa, se crede că se extinde până la o mie de ori mai departe.

Heliopauză

Heliosfera este împărțită în două regiuni distincte. Vântul solar călătorește cu o viteză de până la aproximativ 400 km/s până când se ciocnește cu vântul interstelar; un flux de plasmă în mediul interstelar. Coliziunea are loc la încetarea șocului, care este aproximativ de 80-100 UA de la Soare din direcția opusă vântului mediului interstelar și aproximativ 200 UA de la Soare din direcția vântului. Aici vântul încetinește dramatic, se condensează și devine mai turbulent, formând o structură ovală mare cunoscută sub numele de helioînveliș. Această structură se crede că arată și se comportă foarte mult ca coada unei comete și se extinde în exterior până la 40 UA în partea direcției opuse vântului, dar coada este de mai multe ori că distanța decât distanța direcției vântului; dar probele de pe Cassini și nava spațială Interstellar Boundary Explorer sugerează că aceasta este, de fapt, forțată într-o formă de bule sub acțiunea de constrângere a câmpului magnetic interstelar. și au raportat că au trecut încetarea șocului și au intrat în helioînveliș, la 94 UA și respectiv 84 UA de la Soare. Limita exterioară a heliosferei, heliopauza, este punctul în care vântul solar în cele din urmă se termină și se începe spațiului interstelar.

Forma și marginea exterioară a heliosferei sunt probabil afectate de dinamica fluidelor a interacțiunilor cu mediul interstelar precum și de câmpuri magnetice solare existente la sud, de exemplu este direct modelat de emisfera nordică care se extinde cu 9 UA mai departe decât emisfera sudică. Dincolo de heliopauza, în jurul valorii de 230 UA, se află arcul de șoc, o „urmă" de plasmă lăsată de Soare când acesta călătorește prin Calea Lactee.

Nici o navă spațială încă nu a depășit heliopauza, așa că este imposibil să cunoaște condițiile din spațiul interstelar local. Se așteaptă ca nava spațială Voyager NASA va trece în următorul deceniu heliopauza și va transmite date valoroase privind nivelurile de radiații și vântul solar ce se întoarce spre Pământ. Cât de bine Heliosfera apără sistemul solar de razele cosmice este încă rău cunoscut. O echipă finanțată de NASA a dezvoltat un concept de „Misiune Viziune", care are scopul de a trimite o sondă spre heliosferă.

90377 Sedna (525,86 UA mediu) eu un obiect mare, roșiatic, cu o orbită eliptică care este de aproximativ 76 UA la periheliu și 928 UA la afeliu și care durează 12.050 de ani. Mike Brown, omul care a descoperit acest obiect în 2003, afirmă că aceast obiect nu poate face parte din discul împrăștiat sau centura Kuiper astfel cum periheliu este prea îndepărtat ca să poată fi afectat de migrațiea lui Neptun. El și alți astronomi consideră că acest obiect este de un tip cu totul nou, în care mai poate fi inclus obiectul , care are un periheliu de 45 UA și un afeliu de 415 UA, și o perioadă orbitală de 3.420 de ani. Brown denumește această populație ca „norul lui Oort interior", așa cum este posibil să se fi format printr-un proces similar, deși este mult mai aproape de Soare. Sedna este foarte asemănătoare cu o planetă pitică, deși forma sa încă nu este determinată.

Norul lui Oort

Norul lui Oort este un nor ipotetic de formă sferică cu până la un trilion de obiecte de gheață, care este considerat a fi sursa pentru toate comete de lungă durată și înconjoară sistemul solar la o distastanță de aproximativ 50.000 UA (în jur de 1 an-lumină (al)), și posibil până la 100.000 UA (1,87 al). Acesta este considerat a fi compus din comete care au fost aruncate din sistemul solar interior de interacțiunile gravitaționale cu planetele exterioare. Obiectele din norul lui Oort se mișcă foarte încet, și pot fi perturbate de evenimente rare, cum ar fi coliziunile, efectele gravitaționale ale unei stele în trecere sau mareea galactică, o forță mareică exercitată de către Calea Lactee.

O mare parte din sistemul solar este încă necunoscut. Câmpul gravitațional al Soarelui este estimat să domine forțele gravitaționale ale stelelor din apropierea de 2 ani-lumină (125.000 UA). Estimările mai mici pentru raza norului lui Oort, ca contrast, nu-l pun mai departe de 50.000 UA. În ciuda descoperirilor cum ar fi Sedna, regiunea dintre centura Kuiper și norul lui Oort, o zonă cu raza de zeci de mii de UA, este încă practic necunoscută. Există, de asemenea, studii în curs de desfășurare ale regiunii dintre Mercur și Soare. Mai pot fi descoperite obiecte în regiunile neexplorate ale sistemului solar.

În noiembrie 2012, NASA a anunțat că Voyager 1 a abordat zona de tranzit cu limita exterioară a sistemului solar, instrumentele sale detectând o intensificare bruscă a câmpului magnetic. Nici o schimbare în direcția câmpului magnetic n-a avut loc, ceea ce oamenii de știință din NASA interpretează în a indica că Voyager 1 nu a părăsit sistemul solar.

Contextul galactic

Sistemul solar este localizat în galaxia Calea Lactee, o galaxie spiralată cu un diametru de aproximativ 100 000 de ani-lumină, ce conține în total circa 200 de miliarde de stele. Ca localizare generală, Soarele se află în cadrul uneia dintre brațele (sau spiralele) exterioare ale Căii Lactee, cunoscut ca Brațul Orion, sau „Pintenul Local". Soarele se află la aproximativ 25 000 și 28 000 de ani lumină distanță de Centrul Galactic, iar viteza sa în raport cu galaxia este de aproximativ 220 de kilometri pe secundă, astfel completează o revoluție galactică odată la 225-250 de milioane de ani. Această revoluție este cunoscută în limbajul științific ca an galactic al sistemului solar. Apexul solar, punctul spre care Soarele se deplasează în mișcarea lui prin Calea Lactee, se află în apropierea stelei strălucitoare Vega, dar la zona mărginașă dintre constelațiile Lira și Hercule. Planul eclipticei se află la un unghi de aproximativ 60° față de planul galactic.

Localizarea sistemului solar în galaxie este factorul care a determinat evoluția vieții pe Pământ. Orbita sa este aproape circulară, și vitezele orbitale din apropierea Soarelui sunt aproape la fel de rapide ca și cele ale brațelor spirale. Prin urmare, Soarele tranzitează brațele galaxiei foarte rar. Deoarece în zona orbitală a Soarelui (adică în zona brațelor spirale) există mai puține supernove, instabilități gravitaționale și radiații care ar putea distruge sistemul solar, astfel Pământul a avut lungi perioade de stabilitate în care viața a putut să prospere. De asemenea, sistemul solar se află poziționat cu mult în afara zonelor foarte aglomerate cu stele ale centrului galactic. În apropierea centrului, forțele gravitaționale venite de la alte stele ar putea smulge obiectele afla în Norul lui Oort și să trimită multe comete înspre sistemul solar interior, producând coliziune cu probabile implicații catastrofale pentru viața de pe Pământ. Radiațiile intense ale centrului galactic ar putea, de asemenea, să perturbe evoluția formelor de viață complexe. Chiar și pentru localizarea curentă a sistemului solar, unii savanți au presupus ca acum 35 000 de ani, unele supernove să fi afectat negativ viața de pe Pământ, prin aruncarea unor fragmente de nucleu stelar spre Soare sub forma unor fire de praf radioactive și chiar obiecte mai mari, asemănătoare cometelor.

Vecinătate

În imediata vecinătate galactică a sistemului solar se află Norul Local Interstelar, un nor astronomic dens dintr-o altă regiune împrăștiată cunoscută ca Bula Locală, o cavitate în formă de clepsidră din mediul interstelar de cel puțin 300 de ani lumină în lungime. Bula este saturată cu plasmă de temperatură înaltă ceea ce sugerează că a fost produsă recent de unele supernove.

Sunt relativ câteva stele aflate la mai puțin de zece ani lumină (95 de trilioane de km) de Soare. Cel mai apropiat este sistemul triplu stele Alfa Centauri, din constelația Centaurul, aflat la 4,4 ani lumină distanță și compus dintr-o pereche de stele (Alfa Centauri A și B) asemănătoare Soarelui, în jurul cărora gravitează la o distanță de 0,2 ani-lumină pitica roșie Alfa Centauri C, de o luminozitate relativ mică. Aceasta din urmă este steaua cea mai apropiată de Soare, la o distanță de 4,24 ani-lumină, motiv pentru care mai este numită „ Proxima Centauri". Următoarele cele mai apropiate stele față de Soare sunt piticele roșii Steaua lui Barnard (la 5,9 ani lumină), Wolf 359 (7,8 ani lumină) și Lalande 21185 (8,3 ani lumină). Cea mai mare stea din lista celor mai apropiate este de departe Sirius, o stea luminoasă din secvența principală de stele a cărei masă este asemănătoare cu cea a Soarelui și orbitată de către o pitică albă denumită Sirius B. Se află la aproximativ 8,6 ani lumină distanță. Celelalte sisteme stelare mai apropiate de zece ani lumină sunt sistemul binar Luyten 726-8 dintre două stele pitice albe și roșii (la 8,7 ani lumină) și pitica roșie solitară Ross 154 (9,7 ani lumină). Cea mai apropiată stea solitară asemănătoare Soarelui este Tau Ceti, localizată la 11,9 ani lumină depărtare. Ea are aproximativ 80% din masa Soarelui, dar doar 60% din luminozitatea sa. Cea mai apropiată planetă extrasolară de sistemul solar se află în preajma stelei Alpha Centauri B. Una dintre planetele confirmate ale acesteia, Alpha Centauri Bb, are cel puțin 1,1 din masa Pământului și orbitează steaua la fiecare 3,236 zile.

Sistemul Solar în imagini

Câteva exemple vizuale ale celor mai apropiate obiecte din Sistemul Solar, selectate după mărime și detalii și sortate după volum. Soarele este de aproximativ 10 000 de ori mai mare și de 41 de trilioane de ori mai voluminos decât cele mai mic obiect prezentat (Prometeu). Listele mai includ: lista obiectelor din Sistemul Solar după mărime, listă de sateliți naturali, lista planetelor minore și listă de comete.

1. Scrierea numelui cu inițiale majuscule nu este unanim acceptată. ^ UAI, organul care deține autoritatea în domeniul nomenclaturii astronomice, specifică că trebuie scrise cu majuscule numele tuturor obiectelor individuale astronomice (Sistemul solar). Cu toate acestea, numele este frecvent scris cu litere mici (sistemul solar) - de exemplu în Dicționarul Oxford al limbii engleze și Merriam-Webster's 11th Dicționarul enciclopedic

2. Vezi ^ Lista de sateliți naturali, pentru o listă completă a sateliților naturali ai celor opt planete și ai primelor cinci planete pitice.

3. Măsurătorile astronomice ale distanței în cadrul sistemului solar se fac în ^ unități astronomice (UA). O UA este egală cu distanța medie dintre Pământ și Soare, sau 149,598,000 km. În medie, Pluto se află la 39 de UA de Soare iar Jupiter la aproximativ 5,2 UA. Un an lumină este echivalent cu 63,241 UA.

4. Dacă ψ reprezintă unghiul dintre ^ polul nord al eclipticei și polul nord galactic, atunci:

,

unde 27° 07′ 42.01″ și 12h 51m 26.282 reprezintă declinația și ascensia dreaptă a polului nord galactic,[136] în timp ce 66° 33′ 38.6″ și 18h 0m 00 sunt cele pentru polul nord al eclipticei. (Ambele perechi de coordonate sunt pentru epoca J2000.) Rezultatul calculului este de 60.19°.

1. ^ Mike Brown (). „"Free the dwarf planets!"". "Mike Brown's Planets (self-published)" (în engleză).

2. ^

3. ^ Minor Planet Center, Uniunea Astronomică Internațională. Accesat pe 4 martie 2013.

4. ^ doi:10.1016/S0273-1177(03)00578-7 10.1016/S0273-1177(03)00578-7

5. ^

6. ^ „Plutoid chosen as name for Solar System objects like Pluto". International Astronomical Union. 11 iunie 2008, Paris.

7. ^ Achenbach, Joel; Feltman, Rachel (). „New evidence suggests a ninth planet lurking at the edge of the solar system". The Washington Post. ISSN 0190-8286.

8. ^ Batygin, Konstantin; Brown, Michael E. (). „Evidence for a distant giant planet in the Solar system". The Astronomical Journal. 151 (2). doi:10.3847/0004-6256/151/2/22.

9. ro ^ „Planeta Nouă" a Sistemului Solar ar fi un Super-Pământ

10. "Today we know of more than a dozen dwarf planets in the solar system".^ The PI's Perspective

11. ^ Weinert, Friedel (). Copernicus, Darwin, & Freud: revolutions in the history and philosophy of science. Wiley-Blackwell. p. 21. ISBN 978-1-4051-8183-9.

12. ^ Davoust, Emmanuel. "A hundred years of science at the Pic du Midi Observatory". arXiv:astro-ph/9707201

13. ^ Audrey Delsanti and David Jewitt (). „The Solar System Beyond The Planets" (PDF). Institute for Astronomy, University of Hawaii. Arhivat din original (PDF) la .

14. ^ Krasinsky, G. A. (). „Hidden Mass in the Asteroid Belt". Icarus. 158 (1): 98-105. Bibcode:2002Icar..158...98K. doi:10.1006/icar.2002.6837.

15. ^ Levison, H. F. (). „Formarea Centurii Kuiper prin transportul exterior al corpurilor în timpul migrației planetei Neptun". Nature. 426 (6965): 419-421. doi:10.1038/nature02120. PMID 14647375.

16. ^ Amir Alexander (). „New Horizons Set to Launch on 9-Year Voyage to Pluto and the Kuiper Belt". The Planetary Society. Arhivat din original la .

17. ^ Marochnik, L. and Mukhin, L. (). „"Is Solar System Evolution Cometary Dominated?". În Shostak, G. S. Progress in the Search for Extraterrestrial Life. Astronomical Society of the Pacific Conference Series. 74. p. 83.

18. ^ „Dawn: A Journey to the Beginning of the Solar System". Space Physics Center: UCLA. . Arhivat din original la .

19. , citând ^ Eddy, J. (). A New Sun: The Solar Results From Skylab. NASA. p. 37. NASA SP-402.

20. ^ Paul Robert Weissman, Torrence V. Johnson (). Encyclopedia of the solar system. Academic Press. p. 615. ISBN 0-12-088589-1.

21. ^

22. ^

23. ^ Michael Zellik (). Astronomy: The Evolving Universe (ed. 9th). Cambridge University Press. p. 240. ISBN 0-521-80090-0. OCLC 223304585 46685453 .

24. ^ Placxo, Kevin W. (). Astrobiology: a brief introduction. JHU Press. p. 66. ISBN 978-0-8018-8367-5.

25. Data se bazează pe cele mai vechi incluziuni identificate în ^ meteoriți și se consideră a fi data de formare a primului material solid în perioada colapsului nebuloasei.
A. Bouvier and M. Wadhwa. "The age of the solar system redefined by the oldest Pb-Pb age of a meteoritic inclusion." Nature Geoscience, în presă, 2010. doi:10.1038/NGEO941

26. ^ Greaves, Jane S. (). „Disks Around Stars and the Growth of Planetary Systems". Science. 307 (5706): 68-71. Bibcode:2005Sci...307...68G. doi:10.1126/science.1101979. PMID 15637266.

27. ^ Sukyoung Yi; Pierre Demarque; Yong-Cheol Kim; Young-Wook Lee; Chang H. Ree; Thibault Lejeune; Sydney Barnes (). „Toward Better Age Estimates for Stellar Populations: The Isochrones for Solar Mixture". Astrophysical Journal Supplement. 136: 417. arXiv:astro-ph/0104292  . Bibcode:2001ApJS..136..417Y. doi:10.1086/321795.

28. ^ Pogge, Richard W. (). „The Once & Future Sun". New Vistas in Astronomy. Arhivat din original (lecture notes) la .

29. ^ „Sun: Facts & Figures". NASA. Arhivat din original la .

30. ^ Zirker, Jack B. (). Journey from the Center of the Sun. Princeton University Press. pp. 120-127. ISBN 978-0-691-05781-1.

31. ^

32. ^ Smart, R. L.; Carollo, D.; Lattanzi, M. G.; McLean, B.; Spagna, A. (). „The Second Guide Star Catalogue and Cool Stars". În Hugh R. A. Jones and Iain A. Steele. Ultracool Dwarfs: New Spectral Types L and T. Springer. p. 119. Bibcode:2001udns.conf..119S.

33. ^ A Star with two North Poles, 22 aprilie 2003, Science @ NASA

34. Schenk P., Melosh H. J. (1994), ^ Lobate Thrust Scarps and the Thickness of Mercury's Lithosphere, Abstracts of the 25th Lunar and Planetary Science Conference, 1994LPI....25.1203S

35. Benz, W., Slattery, W. L., Cameron, A. G. W. (1988), ^ Collisional stripping of Mercury's mantle, Icarus, v. 74, p. 516-528.

36. Cameron, A. G. W. (1985), ^ The partial volatilization of Mercury, Icarus, v. 64, p. 285-294.

37. ^ Mark Alan Bullock (). „The Stability of Climate on Venus" (PDF). Southwest Research Institute.

38. ^ Paul Rincon (). „Climate Change as a Regulator of Tectonics on Venus" (PDF). Johnson Space Center Houston, TX, Institute of Meteoritics, University of New Mexico, Albuquerque, NM.

39. ^ David C. Gatling, Conway Leovy (). „Mars Atmosphere: History and Surface Interactions". În Lucy-Ann McFadden et. al. Encyclopaedia of the Solar System. pp. 301-314.

40. ^ Scott S. Sheppard, David Jewitt, and Jan Kleyna (). „A Survey for Outer Satellites of Mars: Limits to Completeness" (PDF). Astronomical Journal.

41. ^ „Are Kuiper Belt Objects asteroids? Are large Kuiper Belt Objects planets?". Cornell University.

42. ^

43. ^ „History and Discovery of Asteroids" (DOC). NASA.

44. ^ Barucci, M. A. (). „Physical Properties of Trojan and Centaur Asteroids". Asteroids III. Tucson, Arizona: University of Arizona Press. pp. 273-87.

45. ^ A. Morbidelli, W. F. Bottke Jr., Ch. Froeschlé, P. Michel; Bottke; Froeschlé; Michel (). W. F. Bottke Jr., A. Cellino, P. Paolicchi, and R. P. Binzel, ed. „Origin and Evolution of Near-Earth Objects" (PDF). Asteroids III. University of Arizona Press: 409-422. Bibcode:2002aste.conf..409M.

46. ^ Jack J. Lissauer, David J. Stevenson (). „Formation of Giant Planets" (PDF). NASA Ames Research Center; California Institute of Technology.

47. ^ John Stansberry, Will Grundy, Mike Brown, Dale Cruikshank, John Spencer, David Trilling, Jean-Luc Margot (). „Physical Properties of Kuiper Belt and Centaur Objects: Constraints from Spitzer Space Telescope". The Solar System Beyond Neptune. p. 161. arXiv:astro-ph/0702538  . Bibcode:2008ssbn.book..161S.

48. ^ Królikowska, M. (). „A study of the original orbits of hyperbolic comets". Astronomy & Astrophysics. 376 (1): 316-324. Bibcode:2001A&A...376..316K. doi:10.1051/0004-6361:20010945.

49. Ovidiu C. Furdui, ^ Evoluția orbitală a corpurilor transneptuniene. Teză de doctorat, Universitatea Babeș-Bolyai din Cluj-Napoca, 2011. Rezumat disponibil on-line, accesat la 24 septembrie 2013.

50. ^ Stephen C. Tegler (). „Kuiper Belt Objects: Physical Studies". În Lucy-Ann McFadden et. al. Encyclopedia of the Solar System. pp. 605-620.

51. ^ E. Dotto1, M. A. Barucci2, and M. Fulchignoni (). „Beyond Neptune, the new frontier of the Solar System" (PDF).

52. ^ Fajans, J. (). „Autoresonant (nonstationary) excitation of pendulums, Plutinos, plasmas, and other nonlinear oscillators" (PDF). American Journal of Physics. 69 (10): 1096-1102. doi:10.1119/1.1389278.

53. ^ Marc W. Buie (). „Orbit Fit and Astrometric record for 136472". SwRI (Space Science Department).

54. ^ Michael E. Brown. „The largest Kuiper belt objects" (PDF). CalTech.

55. ^ Littmann, Mark (). Planets Beyond: Discovering the Outer Solar System. Courier Dover Publications. pp. 162-163. ISBN 978-0-486-43602-9.

56. ^ Stone, E. C.; Cummings, A. C.; McDonald, F. B.; Heikkila, B. C.; Lal, N.; Webber, W. R. (). „Voyager 1 explores the termination shock region and the heliosheath beyond". Science. 309 (5743): 2017-20. Bibcode:2005Sci...309.2017S. doi:10.1126/science.1117684. PMID 16179468.

57. ^ P. C. Frisch (University of Chicago) (). „The Sun's Heliosphere & Heliopause". Astronomy Picture of the Day.

58. ^

59. ^ David Jewitt (). „Sedna - 2003 VB₁₂". University of Hawaii.

60. ^ T. Encrenaz, JP. Bibring, M. Blanc, MA. Barucci, F. Roques, PH. Zarka (). The Solar System: Third edition. Springer. p. 1.

61. ^

Bibliografie

Martin Rees, Universul, ghid vizual complet, coordonator [...], Traducere din limba engleză de Ana-Maria Negrilă-Chisega, Liana Stan, Enciclopedia RAO 2008, București, 512 de pagini. ISBN 978-973-717-319-5

Legături externe

# data[].attributes.attachment_link.description
Sistemul solar Planetele și planetele pitice din sistemul solar. Dimensiunile sunt la scară. Distanțele de la Soare nu sunt la scară.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Heliu

Informații generale

Nume, Simbol, Număr

Heliu, He, 2

Grupă, Perioadă, Bloc

18; VIII-A, 1, s

Proprietăți atomice

Configurație electronică

1s ²

Electroni pe nivelul de energie

2

Proprietăți fizice

Presiune critică

2,27×10 ⁵ Pa

Volum molar

21,0×10 −3 m³/kmol

Viteza sunetului

970 m/s la 20 °C

Informații diverse

Electronegativitate (Pauling)

-

Cei mai stabili izotopi

Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

Heliul este elementul chimic cu numărul atomic 2 și este reprezentat prin simbolul He. Este un gaz monoatomic inert, incolor, inodor, insipid, ce este primul în grupa sa în tabelul periodic al elementelor. Are cel mai scăzut punct de fierbere și cel mai scăzut punct de topire dintre elementele chimice și se prezintă doar în stare gazoasă, în afara unor condiții extreme.

O linie spectrală neobișnuită a fost observată în lumina solară prima oară într-o eclipsă solară din anul 1868 de către astronomul francez Pierre Janssen.

Janssen este recunoscut pentru descoperirea elementului împreună cu Norman Lockyer, care a observat aceeași eclipsă și a fost primul care a spus că linia era din cauza unui nou element, necunoscut până atunci, pe care el l-a numit Heliu. În 1903, mari rezerve de heliu au fost găsite în rezervele de gaz natural din Statele Unite ale Americii, care este de departe cel mai mare furnizor de gaze. Heliul este utilizat în criogenie, în dispozitive de resiprat sub apă, pentru răcirea magneților, în datarea cu heliu, pentru baloanele și dirijabilele cu heliu, pentru a înălța aeroplanele și nave spațiale și ca un gaz protector în multe întrebuințări industriale (ca sudarea cu arc). Inhalând un volum mic de heliu, timbrul vocal uman se subțiază. Comportamentul Heliului-4 lichid este important pentru oamenii de știință care studiază mecanica cuantică (în particular fenomenul de superfluiditate) și pentru cei care studiază efectele pe care le are materia aproape de punctul zero absolut (precum superconductibilitatea).

Heliul este al doilea element ușor și al doilea cel mai abundent element chimic în universul observabil, fiind prezent în univers în cantități de 12 ori mai mari decât ale celorlalte elemente mai grele ca heliul combinate. Abundența heliului este, de asemenea, similară cu cea de pe Soare și Jupiter. Această mare abundență se datorează foarte înaltei energii de legătură pe care o are heliul-4 (per nucleon) în comparație cu cele trei elemente ce urmează heliului (litiu, beriliu și bor). Această energie de legătură explică frecvența existenței sale ca produs atât în fuziunea nucleară, cât și în dezintegrarea radioactivă. Heliul în univers este în majoritate heliu-4 și s-a format în timpul originarului Big Bang. Cantități de heliu sunt create actualmente ca rezultat al fuziunii nucleare a hidrogenului, în toate stelele, în afară de cele foarte grele, unde heliul fusionează în elemente mai grele spre sfârșitul vieții lor.(vezi versiunea recentă în lb.eng.)

Pe pământ, greutatea redusă a heliului a cauzat evaporarea din norul de gaze și praf din care planeta s-a condensat, și, de aceea,este relativ rar. Heliul prezent astăzi este în principal creat prin dezintegrarea radioactivă naturală a unor elemente radioactive grele ( thoriul și uraniul), dat fiind că particulele alfa emise într-o astfel de dezintegrare constau în nuclee de heliu-4 . Acest heliu radiogen este cuprins în gaze naturale, în concentrații de până la 7 procente din volum, de unde se extrage industrial, printr-un proces de separare la temperaturi scăzute, denumit distilare fracțională.

In anul 2019 a fost descoperită prima moleculă formată în univers la cca 300.000 ani după Big Bang, hidrura de heliu (HeH+) (în engleză „helium hydride ion"). Este o combinație între un atom de heliu și un proton (fără electroni) de hidrogen. Descoperirea s-a făcut ajutorul observatoriului astronomic SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, plasat în stratosferă, o cooperare germano-americană) în nebuloasa planetară NGC 7027.

Prezența heliului a fost observată pentru prima dată pe 18 august 1868 sub forma unei linii spectrale de un galben intens în cadrul cromosferei Soarelui, având o lungime de undă de 587.49 nanometri, fiind detectată de către astronomul francez Pierre Janssen în timpul unei eclipse totale de Soare în Guntur, India.; inițial, linia era considerată a fi provocată de existența sodiului.

Pe 20 octombrie 1868, astronomul englez Norman Lockyer a observat de asemenea o linie galbenă în spectrul solar, numind-o linia Fraunhofer D₃, deoarece era destul de apropiată de liniile cunoscute D ₁ și D ₂ ale sodiului. A concluzionat ca era cauzată de un element existent în Soare și necunoscut pe Pământ. Lockyer și chimistul englez Edward Frankland au denumit elementul prin termenul grecesc pentru Soare, ἥλιος ()."

La data de 26 martie 1895, chimistul britanicSir William Ramsay a izolat heliul prin tratarea unui mineral numit cleveit (o varietate a uraninitului ce conține cel puțin 10% pământuri rare) cu acizi minerali. Ramsay dorea să obțină argonul, însă după ce separase oxigenul și azotul din gazul eliberat de acidul sulfuric, a observat o fâșie intensă de culoare galbenă ce se potrivea cu linia spectrală D₃ observată în spectrul solar. Aceste mostre au fost identificate ca fiind heliu de către Lockyer și fizicianul britanic William Crookes. A fost izolat independent din cleveit în același an de către chimiștii Per Teodor Cleve și Abraham Langlet în Uppsala, Sweden, care au colectat destul gaz, suficient cât să poată determina cu acuratețe masa atomică a acestuia. Heliul a fost de asemenea izolat de către geochimistul american William Francis Hillebrand înaintea descoperirii lui Ramsay, când acesta observase niște linii spectrale neobișnuite în timp ce studia o mostră din uraninit. Totuși, Hillebrand a atribuit aceste linii azotului. Scrisoarea sa de mulțumire adresată lui Ramsay a relevat un caz interesant de descoperire în știință.

În 1907, Ernest Rutherford și Thomas Royds au demonstrat că particulele alfa sunt nuclei de heliu prin penetrarea unui perete subțire de sticlă al unui tub evacuat, apoi creând o descărcare în tub pentru a studia spectrul noului gaz. În 1908, heliul a fost lichefiat pentru prima dată de către fizicianul olandez Heike Kamerlingh Onnes prin răcirea gazului la o temperatură mai mică decât un kelvin. A încercat să îl solidifice prin continuarea reducerii temperaturii, însa a eșuat deoarece heliul nu are un punct triplu al temperaturii (la care starea de agregare solidă, lichidă și gazoasă sunt la echilibru). Studentul lui Onnes, Willem Hendrik Keesom, a reușit în cele din urmă să solidifice 1 cm ³ de heliu în 1926.

În 1938, fizicianul rus Pyotr Leonidovich Kapitsa a descoperit că heliu-4( ⁴ ₂He sau ⁴He, izotop ușor și non-radioactiv al heliului) nu este vâscos la temperaturi absolute, fenomen numit superfluiditate. Acest fenomen este corelat cu condensarea Bose-Einstein. În 1972, același fenomen a fost observat la heliu-3, însă la temperaturi aproape de zero absolut, de către fizicienii americani Douglas D. Osheroff, David M. Lee și Robert C. Richardson. Se crede că fenomenul este legat de împerecherea unui fermion al heliului-3 pentru obținerea bozonilor, în analogie cu perechile Cooper de electroni pentru producerea superconductivității.

Atomul de heliu

Ilustrarea atomului de heliu. Nucleul este reprezentat cu culoarea roz, iar distribuția norului de electroni cu negru.Nucleul (dreapta sus), în heliu-4 are, în realitate, simetrie sferică și se aseamănă mult cu norul de electroni, ceea ce pentru nuclee mult mai complicat acest lucru nu se întâmplă întotdeauna.

Heliul în mecanica cuantică

Heliul are în alcătuirea sa 2 electroni care orbitează în jurul unui nucleu ce conține doi protoni și între doi și 10 neutroni (în funcție de izotop). Mecanica clasică nu poate descrie structura atomului de heliu deoarece nu se poate scrie o ecuație pentru două particule utilizând regulile acesteia. Însă există metode în mecanica cuantică ce explică compoziția sa, valorile determinate astfel având o eroare mai mică de 2% fațăa de cele obținute experimental. În aceste modele, electronii sunt ecranați, astfel că sarcina nucleară efectivă a fiecareia este de 1,69 unități față de 2 unități, valoare ce reprezintă sarcina nucleară efectivă a nucleului de heliu fără a se fi luat în considerare cei doi electroni.

Nucleu atomului de heliu-4, care este identic cu o particulă alfa, prezintă un interes deosebit deoarece sarcina sa scade exponențial de la un maxim în punctul central, exact la fel ca densitatea sarcinii propriului nor de electroni al heliului. Motivul acestei simetrii este simplu: perechea de neutroni și perechea de electroni din nucleu se supun exact acelorași reguli de mecanică cuantică ca și perechea de electroni ai heliului (deși particulele nucleare se supun unor potențiale de legătură diferite), astfel că toți acești fermioni ocupă complet stratul 1s în perechi nici unul neavând un moment orbital angular, fiecare anulându-și reciproc spin-ul intrinsec. Această aranjare este extrem de stabilă energetic pentru toate particulele, și această stabilitate explică multe caracteristici cruciale ale heliului în natură.

De exemplu, stabilitatea și energia joasă a norului elecronic al heliului explică faptul că este cel mai inert element chimic, și de asemenea lipsa de interacțiune a atomilor de heliu între ei, fapt care determină punctul cel mai scăzut de topire, respectiv de fierbere, dintre toate elementele chimice cunoscute.

Într-un mod similar, stabilitatea energetică particulară a nucleului de heliului-4, produs de efecte similare, se ia în calcul pentru producerea mai ușoară a heliului-4 în reacțiile atomice incluzând atât elemente cu emisii de particule grele, și fuziunea. Stabilitatea heliului-4 este motivul pentru care hidrogenul este convertit în heliu-4 (exceptând deuteriul sau heliul-3 sau elemente chimice mai grele) în Soare. Este de asemenea responsabil pentru faptul că particulele alfa sunt pe departe cel mai comun tip de particule barionice care sunt eliminate din nucleii atomici, deci descompunerea particulelor alfa este mult mai comună decât descompunerea oricăror altor particule.

Stabilitatea neobișnuită a nucleului de heliului-4 este de asemenea importantă în cosmologie - aceasta explică faptul că în primele minute de după Big Bang, când grămada de protoni și neutroni care au fost creați în raport de 6:1, când s-a răcit atmosfera până în punctul în care legăturile nucleare au fost posibile, primii nuclei care au fost creați au fost cei de heliu-4. Legătura de heliu-4 de fapt, încât a consumat toți neutronii liberi înainte ca ei să se dezintegreze în particule beta , lăsând foarte puțini care să mai creeze litiu, beriliu, sau bor. Legătura nucleară a heliului-4 este mai puternică decât a altor elemente (vezi nucleogeneza și energia de legătură) și astfel nici o descărcare energetică nu era disponibilă, când heliul s-a format, a format și elementele 3, 4 și 5.

Acest lucru a fost favorabil din punct de vedere energetic pentru heliu pentru a fuziona cu elementul următor, cu o energie mai mică pe nucleon, cu carbonul. Cu toate acestea, din cauza lipsei de elemente intermediară, acest proces ar lua trei nuclee de heliu lovindu-se reciproc aproape simultan (a se vedea "procesul alfa triplu"). Nu a fost, astfel, nici un moment pentru carbonul semnificativ să fie format în Big Bang, înainte de extinderea timpurie a universului răcit într-un timp de ordinul minutelor la o temperatură și presiune la care punctul de fuziune a heliului cu carbonul nu mai era posibil. Acest lucru a lăsat universul timpuriu, cu un raport hidrogen-heliu similar celui actual (3 părți hidrogen la 1 parte heliu-4), cu aproape toți neutronii în univers (chiar așa cum există astăzi), prinși în heliu-4. Toate elementele mai grele (inclusiv cele necesare pentru planete stâncoase, cum ar fi Pământul, și pentru viața bazată de carbon sau de altă natură), au trebuit astfel să fie create după Big Bang, în stele care erau suficient de fierbinți pentru a arde nu doar pe bază de hidrogen (pentru aceasta, se produce mai mult heliu), dar suficient de fierbinți pentru a arde heliul. Astfel de stele masive sunt rare și, prin urmare, toate celelalte elemente chimice de după hidrogen si heliu cântăresc numai 2% din masa de materie atomică a Universului. Heliu-4, prin contrast, constituie aproximativ 23% din materia universului obișnuit, aproape toată materia obișnuită care nu este hidrogen.

Există opt izotopi cunoscuți de heliu, dar numai heliu-3 și heliu-4 sunt izotopi stabili. În atmosfera Pământului, există un atom de heliu-3 la un milion de atomi de heliu-4. Spre deosebire de cele mai multe elemente, abundența izotopică a heliului variază foarte mult de origine, ca urmare a proceselor de formare diferite. Izotopul cel mai frecvent, heliu-4, este produs pe Pământ de către dezintegrare alfa de elemente radioactive mai grele; particulele alfa care apar sunt complet ionizate de nucleele heliu-4. Heliu-4 este un nucleu stabil mai neobișnuit, deoarece ei nucleonii sunt aranjați în modelul nucleal complet. Acesta a fost format, de asemenea, format în cantități enorme în timpul nucleosintezei Big Bang Heliul-3 este prezent pe Pământ doar în cantități foarte mici, cea mai mare parte de la formarea Pământului, deși unele cade pe Pământ prins în praful cosmic. Urmele sunt, de asemenea, produse de dezintegrarea beta din tritiu. Rocile din scoarța terestră au raporturi izotopice care variază mai mult decat de 10 ori, iar aceste rapoarte pot fi folosite pentru a investiga originea rocilor și compoziția mantei Pământului. Heliul-3 este mult mai abundent în stele, ca un produs al fuziunii nucleare. Astfel, în mediul interstelar, proporția dintre heliu-3 și heliu-4 este de aproximativ 100 de ori mai mare decât pe Pământ.

Materialele extraplanetare, cum ar fi regolitii lunari și asteroizii, au urme de heliu-3 proveniti din bombardamentul vântului solar. Suprafața Lunii conține heliu-3 la concentrații de ordinul de 0,01 la un milion.

Un număr de oameni, începând cu Gerald Kulcinski în 1986, au fost propusi să exploreze Luna, regolitul din mina lunara și de folosirea heliu-3 pentru fuziune nucleară.

Heliul-4 lichid poate fi răcit la aproximativ 1 kelvin folosind evaporarea de răcire într-o incintă de 1 K. Răcire similară de heliu-3, care are un punct de fierbere mai mic, se poate realiza circa 0,2 Kelvin, într-un frigider de He-3 Amestecuri egale de heliu-3 lichid și heliu-4 sub 0,8 K separă în două faze nemiscibile din cauza neasemănarilor (au urmat diferite statistici cuantice: atomii de heliu-4 sunt bosonii e în timp ce atomii de heliu-3 sunt fermioni) Este utilizat frigiderul de diluare pentru acest caracter imiscibil pentru a atinge temperaturi de câteva millikelvins. Este posibil să se producă izotopi exotici de heliu, care se dezintegrează rapid în alte substanțe. Izotopul de heliu cu cea mai scurta durata de viata este heliu-5 cu o înjumătățire de 7.6 e|-22 secunde.

Heliul-6 dezintegrează prin emiterea unei particule beta și are un timp de înjumătățire de 0,8 secunde.

Heliul-7 emite, de asemenea, o particulă beta, la fel ca și o rază gamma.

Heliul-7 și heliul-8 sunt create în anumite reacții nucleare.

Heliul-6 și heliul-8 sunt cunoscute pentru a expune un halou nuclear.

Heliul-2 (doi protoni, niciun neutron) este un radioizotop care se dezintegrează prin emisia protonilor în hidrogen-1 (protiu), cu o înjumătățire de 3×10 ⁻²⁷ secunde..

Nucleu atomului de heliu-4, care este identic cu o particulă alfa, prezintă un interes deosebit deoarece sarcina sa scade exponențial de la un maxim în punctul central, exact la fel ca densitatea sarcinii propriului nor de electroni al heliului. Motivul acestei simetrii este simplu: perechea de neutroni și perechea de electroni din nucleu se supun exact acelorași reguli de mecanică cuantică ca și perechea de electroni ai heliului (deși particulele nucleare se supun unor potențiale de legătură diferite), astfel că toți acești fermioni ocupă complet stratul 1s în perechi nici unul neavând un moment orbital angular, fiecare anulându-și reciproc spin-ul intrinsec. Această aranjare este extrem de stabilă energetic pentru toate particulele, și această stabilitate explică multe caracteristici cruciale ale heliului în natură.

De exemplu, stabilitatea și energia joasă a norului elecronic al heliului explică faptul că este cel mai inert element chimic, și de asemenea lipsa de interacțiune a atomilor de heliu între ei, fapt care determină punctul cel mai scăzut de topire, respectiv de fierbere, dintre toate elementele chimice cunoscute.

Într-un mod similar, stabilitatea energetică particulară a nucleului de heliului-4, produs de efecte similare, se ia în calcul pentru producerea mai ușoară a heliului-4 în reacțiile atomice incluzând atât elemente cu emisii de particule grele, și fuziunea. Stabilitatea of heliului-4 este motivul pentru care hidrogenul este convertit în heliu-4 (exceptând deuteriul sau heliul-3 sau elemente chimice mai grele) în Soare. Este de asemenea responsabil pentru faptul că particulele alfa sunt pe departe cel mai comun tip de particule barionice care sunt eliminate din nucleii atomici, deci descompunerea particulelor alfa este mult mai comună decât descompunerea oricăror altor particule.

Stabilitatea neobișnuită a nucleului de heliului-4 este de asemenea importantă în cosmologie - aceasta explică faptul că în primele minute de după Big Bang, când grămada de protoni și neutroni care au fost creați în raport de 6:1, când s-a răcit atmosfera până în punctul în care legăturile nucleare au fost posibile, primii nuclei care au fost creați au fost cei de heliu-4. Legătura de heliu-4 de fapt, încât a consumat toți neutronii liberi înainte ca ei să se dezintegreze în particule beta , lăsând foarte puțini care să mai creeze litiu, beriliu, sau bor. Legătura nucleară a heliului-4 este mai puternică decât a altor elemente (vezi nucleogeneza și energia de legătură) și astfel nici o descărcare energetică nu era disponibilă, când heliul s-a format, a format și elementele 3, 4 și 5.

Heliul este cel mai puțin reactiv gaz nobil după neon și, astfel, al doilea cel mai puțin reactiv dintre elemente. Este inert și monoatomic, în toate condițiile standard. Datorită masei molare relativ scăzute a heliului, în faza de gaz, conductivitatea termică, căldura specifică și viteza sunetului sunt toate mai mari decât orice alt gaz, cu excepția hidrogenului. Din motive similare, și, de asemenea, din cauza dimensiunii reduse a atomi de heliu, rata de difuzie a heliului prin solide este de trei ori mai mare decât a aerului și în jur de 65% din cea a hidrogenului.

Heliul este mai puțin solubil în apă dintre toate gazele cunoscute, iar indexul de refracție este cel mai aproape de unitate decât oricare alt gaz. Heliul are un coeficient Joule-Thomson negativ la temperaturi ambiante normale, ceea ce înseamnă că se încălzește atunci când a permis să se extindă în mod liber. Doar sub temperatura sa de inversiune Joule-Thomson (de aproximativ 32 - 50 K la 1 atmosferă) îi permite să se răcească în expansiunea liberă. Odată prerăcit sub această temperatură, heliul poate fi lichefiat prin răcire de expansiune. Cel mai multe extraterestre heliu se găsește într-o stare de plasmă, cu proprietăți destul de diferite de cele ale atomului de heliu. În plasmă, electronii de heliu nu sunt strâns legați de nucleul său, rezultând o conductivitate electrică foarte mare, chiar și atunci când gazul este doar parțial ionizat. Particulele încărcate sunt extrem de influențate de câmpurile magnetice și electrice. De exemplu, în vântul solar, împreună cu hidrogenul ionizat, particulele interacționează cu magnetosfera Pământului, care au dat naștere „curenților Birkeland" și fenomenului de auroră.

Spre deosebire de orice alt element, heliul lichid va rămâne până la zero absolut la presiuni normale. Acesta este un efect direct al mecanicii cuantice: în special, energia punctului zero a sistemului este prea ridicată pentru a permite înghețarea. Heliul solid necesita o temperatura de 1-1,5 K (aproximativ -272 °C sau -457 °F) și presiunea de aproximativ 25 bar (2,5 Mpa). Este adesea greu să se facă distincția dintre heliul solid și lichid, deoarece indicele de refracție din cele două faze sunt aproape la fel. Solidul are un punct de topire ridicat și o structură cristalină, dar este extrem de compresibil; aplicând presiunea într-un laborator, poate descrește volumul cu mai mult de 30%.. , cu o greutate modulară de ordinul a 5 × 10 7 Pa acesta este de 50 de ori mai compresibil decât apa. Heliul solid o densitate de 0.214 ± 0.006 g / ml la 1.15 K și presiunea de 66 atm, densitatea proiectată la 0 K și 25 bar este 0.187 ± 0.009 g / ml

Sub punctul de fierbere de 4.22 Kelvin și mai sus de punctul lambda de 2.1768 Kelvin, izotopul heliu-4 există într-o stare normală de lichid incolor, numit heliu I la fel ca alte lichide criogenice, heliul fierbe atunci când este încălzit și se contracta atunci când temperatura este coborâtă. Sub punctul de lambda, cu toate acestea, heliul nu fierbe, și se extinde astfel incat temperatura este coborâtă în continuare.

Heliu I are un index de refracție de 1.026, asemănător cu al unui gaz, ceea ce face suprafața sa atât de greu de văzut dacă plutele de polistiren sunt adesea folosite pentru a arăta unde este suprafața. Acest lichid incolor are o foarte mică viscozitate și o densitate de 8 ori mai mică decât cea a apei, care este doar o pătrime din valoarea așteptată de fizica clasică . Mecanica cuantică este necesară pentru a explica această proprietate și, astfel, ambele tipuri de heliu lichid sunt numite fluide cuantice, ceea ce înseamnă că afișăm proprietățile atomice pe o scară macroscopică. Acest lucru poate fi un efect al punctului de fierbere foarte apropiat de zero absolut, prevenind mișcarea aleatorie moleculară ( energia termică) de la mascarea proprietăților atomice.

Heliul lichid la temperaturi sub punctul lui lambda point începe să se comporte foarte ciudat și ajunge într-o stare numită starea a 2-a a heliului. Fierberea Heliului în starea a 2-a nu este posibilă din cauza conductibilității ei termale foarte mare; orice încercare de încălzire va duce doar la evaporarea lichidului direct în gaz. Izotopul de Heliu-3 are de asemenea o stare superfluidă, dar numai la temperaturi mult mai mici; ca un rezultat, se cunoaște puțin despre aceste proprietăți ale izotopului de Heliu-3.

Heliu II este un superfluid, o stare cuantică a materiei cu proprietăți ciudate. De exemplu, atunci când curge prin capilarele la fel de subțire ca 10 -7 la 10 -8 m, acesta nu are o vâscozitate măsurabilă . Cu toate acestea, atunci când s-au efectuat măsurători între două discuri în mișcare, o vâscozitate comparabilă cu cea a heliului gazos a fost observată. Teoria actuală explică acest lucru, folosind modelul două lichide pentru heliu II. În acest model, heliu lichid sub punctul de lambda conține o proporție de atomi de heliu într-o stare de bază, care sunt superfluid și curge cu viscozitatea egala exact cu zero, precum și o parte din atomii de heliu într-o stare excitată, care se comportă mai mult ca un fluid obișnuit

În efectul fântână, o cameră este construită și conectată la un rezervor de heliu II printr-un disc sinterizat, prin care heliul superfluid se scurge cu ușurință, dar prin care heliul non-superfluid nu poate trece. Dacă interiorul containerului este încălzit, heliului superfluid se modifică la heliu non-superfluid. În scopul menținerii echilibrului, fracțiunea de heliu superfluid, heliul superfluid se scurge și crește presiunea, cauzând iesirea lichidului din recipient în fântână.

Conductivitatea termică a heliului II este mai mare decât cea a oricărei alte substanțe cunoscute, de un milion de ori decat heliul I și câteva sute de ori decât cea a cuprului. Acest lucru se datorează faptului că în conducția de căldură are loc o excepție cuantică. Cele mai multe materiale care conduc căldura și au o bandă de electroni liberi, care servesc pentru a transferă căldura. Heliul II nu are nicio astfel de banda de valență, dar cu toate acestea, conduce bine căldura. Fluxul de căldură este reglementat de ecuații similare cu ecuația undelor utilizată pentru a caracteriza propagarea sunetului în aer. Când căldura este introdusă, se mută la 20 de metri pe secundă la 1,8 K prin heliul II, la fel ca valurile într-un fenomen cunoscut sub numele de sunet secundar . Heliu al II-lea prezintă, de asemenea, un efect de strecurare. Atunci când o suprafață extinsă trece de nivelul de heliu II, heliul II se deplasează de-a lungul suprafeței, aparent împotriva fortei gravitaționale. Heliu II va iesi dintr-un vas care nu este sigilat prin strecurarea de-a lungul marginilor, până când se ajunge la o regiune mai caldă unde se evaporă. Se mișcă într-un film cu grosimea de 30 nanometri, indiferent de materialul suprafeței. Acest film se numește film Rollin, după numele fizicianului care a caracterizat prima dată această caracteristică, Bernard V.Rollin.

Ca rezultat al acestui comportament de scurgere și a capacității heliului II de a se scurge rapid prin deschideri mici, este foarte dificil să se limiteze heliul lichid. Cu excepția cazului în care containerul este atent construit, heliul II se va strecura de-a lungul suprafeți și prin supape până când acesta ajunge undeva mai cald, în cazul în care se va evapora. Undele care se propagă de-a lungul unui film Rollin sunt reglementate de aceeasi ecuație ca și undele gravitaționale în apă puțin adâncă, mai degrabă decât gravitația, forța de readucere este forța Van der Waals.

Heliul are valenta zero si este inert chimic in conditii normale. Este un izolator electric, conducand curentul electric doar daca este ionizat. Ca si celellalte gaze nobil, heliul are nivelele energetice foarte stabile (datorita straturilor complet ocupate cu electroni), acest lucru permitand ca gazul sa ramana ionizat la tensiune electrica mai mica decat potentialul sau de ionizare. Heliul poate forma compusi chimici instabili prin descarcari electrice sau bombardare cu electroni cu wolframul, iodul, fluorul, sulful si fosforul. Substantele sintetizate pana acum sunt HeNe, HgHe ₁₀, WHe ₂, He ₂⁺, He ₂ ²⁺, HeH⁺ si HeD⁺. Prin aceasta tehnica a fost obtinuta si molecula neutra de He ₂, ce are un numar mari de benzi spectrale, cei doi atomi fiind uniti prin intermediul unei legaturi trielectronice bicentrice si HgHe, care este stabilizata prin forte de polarizare. Prin electroscopie s-au putut studia heliurile PbHe ₂, PtHe si PdHe. Teoretic mai pot exista si alti compusi ai heliului, cum ar fi fluorhidrura de heliu (HHeF) ce reprezinta analogul fluorhidrurii de argon (HArF), descoperita in 2000. In urma calculelor s-a constatat ca mai pot exista doi compusi ce contin legaturi heliu-oxigen ce ar putea fi stabili. Aceste doua noi specii, CsFHeO si N(CH ₃) ₄FHeO, sunt derivati din anionul foarte stabil [F- HeO] teoretizat pentru prima oara in Taivan in 2005. Daca un asemenea compus va fi confirmat si experimental, dat fiind faptului ca heliul este cel mai nobil element, singurul gaz rar ce ar putea forma asemenea specii chimice ar fi neonul.

Heliul poate fi înglobat în structura de tip cușcă a unei rețele fulerenice prin încălzire la presiuni înalte. Structura de fulerenă endohedrală ce se formează este stabilă la temperaturi înalte. La formarea compușilor chimici ai fulerenei endohedrale, heliul rămâne înglobat în structura compusului. În cazul folosirii izotopului He ³, procesul de captare, se poate observa imediat prin spectroscopia de rezonanță magnetică nucleară a heliului. Multe fulerene continand heliu-3 au fost descoperite. Chiar daca atomii de heliu nu sunt uniti prin legaturi ionice sau covalente, aceste substante au proprietati si compozitie bine definite, fiind compusi chimici stoichiometrici.

Heliul este, după hidrogen, cel mai răspândit element din universul cunoscut, reprezentând 23% din masa barionică a universului. Marea majoritate a heliului s-a format prin nucleosinteză la unu - trei minute după Big Bang. În stea e, acesta este format din fuziunii nucleare de hidrogen.

În atmosfera Pământului, concentrația de heliu are un volum de doar 5,2 părți per milion .În heterosfera Pământului, si o parte din atmosfera superioară, heliu și alte gaze mai ușoare sunt elementele cele mai abundente.

Concentratia este scăzută și relativ constanta, în ciuda producției continuă de heliu nou, deoarece cel mai mult heliu în atmosfera Pamantului se evacuează în spațiu de către mai multe procese. Aproape tot heliul de pe Pământ este un rezultat al dezintegrarii radioactive, și, astfel, un balon cu heliu Pământeasc este în esență un sac de retragere al particulelor alfa. Heliul se găsește în cantități mari în minerale de uraniu și thoriu, inclusiv cleveite, pehblendă, carnotite și monazit, deoarece acestea emit particule alfa (nuclee de heliu, He ²⁺), la care electronii se combina imediat, de îndată ce particula este oprita de catre piatra. În acest fel, un procent estimat de 3000 de tone de heliu sunt generate pe an de-a lungul litosferei.

În scoarța Pământului, concentrația de heliu este de 8 părți pe miliard. În apa de mare, concentrația este de doar 4 părți pe trilion. Există, de asemenea, cantități mici în mineralele din izvoarele hidrosferice, gaz vulcanic, și fier meteoritic. Deoarece heliul este prins într-un mod similar prin strat de rocă precum gaze naturale non-permeabile, concentrațiile cele mai mari de pe planetă se găsesc în sectorul gazelor naturale, din care provine cel mai comercială heliu. Concentrația variază într-o gamă largă de la un câteva ppm până la peste 7% într-un domeniu de gaz mic în San Juan County, New Mexico

Conservarea rezervelor de heliu

Rezervele actuale de heliu sunt utilizate în aplicații numeroasele sale mult mai repede decât se completate. Având în vedere această situație, există preocupări majore că furnizarea de heliu poate fi epuizate în curând. De fapt, cele mai mari rezerve din lume se afla în Amarillo, Texas, sunt de așteptat să se termine în următorii opt ani. Această situație ar putea fi prevenita, dacă utilizatorii circulanti capteaza și recicleaza gaze și în cazul în care companiile de petrol și gaze a face uz de tehnici de captare atunci când extrag gazele, în scopul de a reface rezervele

După ce o operațiune de forare pentru depistarea petrolului din anul 1903 în Dexter, Kansas a scos la iveală un geizer gazos care nu ardea, geologul local Erasmus Hawortha a colectat mostre din gazul emanat și le-a adus la Universitatea din Kansas la Lawrence unde, cu ajutorul chimiștilor Hamilton Cady și David McFarland, a descoperit că gazul era constituit din 72% azot, 15% metan (un procent combustibil doar cu suficient oxigen), 1% hidrogen și 12% de gaz neidentificat. Printr-o analiză îndelungată, Cady și McFarland au descoperit că 1.84% din mostra gazoasă era heliu. Acest lucru a indicat faptul că, în ciuda faptului că este un element rar întâlnit pe Pămant, heliul se găsește în concentrații mari sub Marile Câmpii Americane, care erau viabile pentru extracție ca bioprodus al gazului natural. Cele mai mari rezerve se aflau în Hugoton, în apropierea terenurilor bogate în gaz metan din sud-estul statului Kansas și în fâșiile de pământ din Texas și Oklahoma.

Aceste resurse au transformat Statele Unite în cel mai mare distribuitor mondial de heliu. Urmând îndrumarea lui Sir Richard Threlfall, marina militară americană a sponsorizat trei mașinării mici de producere a acestui gaz în timpul Primului Război Mondial. Scopul acestui experiment era crearea unui combustibil neinflamabil și mai ușor decât aerul pentru a alimenta baloanele de baraj. Pe parcursul acestui program a fost obținută o cantitate de 5,700 m ³ de heliu (puritate 92%) față de 100 litri produși anterior. O cantitate din acest gaz a fost utilizat la prima aeronavă cu combustibil din heliu (C-7, fabricată de US Navy), care a avut primul zbor între Hampton Roads, Virginia și Bolling Field in Washington, D.C. pe 1 decembrie 1921.

Chiar dacă procesul de extracție bazat pe lichefierea gazului la temperaturi joase nu a fost dezvoltat la timp pentru a fi folosit în Primul Război Mondial, producerea acestuia a continuat. Heliul a fost utilizat initial pe post de combustibil mai usor decat aerul, această întrebuințare cunoscând o dezvoltare importantă în timpul Celui De-al Doilea Război Mondial la sudarea în arc electric. Spectrometrul de masă cu heliu a fost o parte importantă în proiectarea bombei atomice din Proiectul Manhattan.

Guvernul Statelor Unite a înființat rezerva nationala de heliu în 1925 în orașul Amarillo din statul Texas, având ca scop aprovizionarea aeronavelor militar în timpul războielor și aeronavelor comerciale pe timp de pace. Din cauza embargoului militar american împotriva Germaniei, rezerva de heliu a fost diminuată, astfel Hindenburg a folosit hidrogenul pe post de combustibil. Utilizările heliului au înregistrat o scădere după Al doilea război mondial, însă a fost extinsă în anii 1950 pentru a asigura o cantitate de heliu lichid ce a fost folosit ca agent de răcire pentru a crea combustibil de rachetă pe bază de amestec de oxigen și hidrogen în timpul Războiului Rece și al cursei spațiale. În 1965, folosirea gazului în Statele Unite era de opt ori mai mare decât în timpul celui de-al doilea război mondial.

După emiterea „Amendamentelor legate de heliu în 1960" (legea publică 86-777), Biroul minelor al Statelor Unite a pregătit cinci mașinării private pentru a recupera heliul din gazul natural. Pentru acest program, Biroul a construit 684 km de conducte din Bushton, Kansas pentru a le conecta cu rezervele de gaz din Cliffside, teren aflat lângă Amarillo, Texas. Acest amestec de heliu și azot a fost injectat în pământ și apoi purificat.

După 1995, a fost colectată o cantitate de un miliard de metri cubi, rezerva de gaz având datorii de 1,4 miliarde de dolari americani. Astfel Congresul Statelor Unite a hotărât un an mai târziu oprirea succesivă a acesteia. „Actul de privatizare a heliului din 1996" prevedea golirea rezervei până în 2005.

Heliul produs între 1930 și 1945 avea o puritate de aproximativ 98,3% (2% fiind azot), cantitate adecvată pentru aeronave. În 1945, o cantitate mică era utilizată pentru sudare. Din 1949 au început să fie disponibile cantități de heliu de puritate 99.9%.

Statele Unite a fost țara ce producea circa 90% din cantitatea de heliu folosită la nivel mondial, în timp ce extracțiile din Canada, Polonia, Rusia și a altor națiuni erau infime. La mijlocul anilor 1990, o nouă exploatare s-a realizat la Arzew, Algeria, unde se produceau 17 milioane de metri cubi, cantitate necesară pentru a acoperi nevoile tuturor țărilor europene. Între timp, în anii 2000, consumul de gaz de pe teritoriul Statelor Unite s-a ridicat la peste 15 000 de tone. În 2004-2006, alte două exploatări, în Ras Laffen, Qatar și în Skikda, Algeria au fost construite, însă până în 2007 cea de la Ras Laffen funcționa la capacitate de 50%, iar cealaltă încă nu a fost inaugurată. Astfel, Algeria a devenit într-un timp scurt al doilea producător mondial de heliu. În această perioadă, prețul de consum și de producere al gazului a crescut. Între 2002 și 2007 acesta s-a dublat, iar în timpul anului 2008 producătorii au mărit prețul cu 50%.

Pentru folosirea pe scara larga, heliul este extras prin distilare fracționată a gazului natural, care conține până la 7% heliu

Heliul are un punct de fierbere mai mic decât orice alt element, temperatură redusă și presiune ridicată sunt folosite pentru a lichefia aproape toate celelalte gaze (cea mai mare parte azot și metan).

Gazul brut de heliu rezultat este purificat prin expunerile la temperaturi succesive de coborâre, în care aproape toate azot și alte gaze rămase se precipită din amestecul gazos. Cărbunele activat este folosit ca un pas de purificare finală, de obicei, ca rezultat pur 99,995% Grad-A heliu. Impuritatea principală în heliul Grad-A este neonul.

Într-o etapă de producție finală, cea mai mare parte din heliul care este produs este lichefiat printr-un proces criogenic. Acest lucru este necesar pentru aplicații care necesită heliu lichid și, de asemenea, permite furnizorilor de heliu sa reduca costurile de transport pe distanțe lungi, incat cele mai mari recipiente cu lichid de heliu au mai mult de cinci ori capacitatea celor mai mari remorci de tuburi de heliu gazoase. În 2005, aproximativ 160 de milioane de metri cubi de heliu au fost extrase din gaze naturale sau retrase din rezerve de heliu, cu aproximativ 83% din Statele Unite, 11% din Algeria, precum și cea mai mare parte restul din Rusia și Polonia. În statele Unite, cea mai mare heliu este extrasă din gaz natural din Hugoton și câmpuri de gaze din apropiere de Kansas, Oklahoma, și Texas.. Difuzarea de gaze naturale brute prin intermediul membranelor semipermeabile speciale și altor bariere este o altă metodă de a recupera și purifica heliul.

Heliu poate fi sintetizat prin bombardament de litiu sau bor cu viteza ridicata a protonilor, dar acest lucru nu este o metodă de producție viabilă economic

Heliul este folosit pentru mai multe scopuri, datorită proprietăților sale unice, cum ar fi punctul de fierbere scăzut, densitatea redusă, solubilitatea redusă, conductivitate termică maximă și inerție.

Heliul este disponibil în comerț, sub formă lichidă sau gazoasă.

În stare lichidă, acesta poate fi livrat în recipiente mici, numite "baloane Dewars", care dețin până la 1.000 de litri de heliu, sau în containere mari, ISO, care au capacitățile nominale la fel de mari ca 11000 galoane SUA (42 m 3 ).

În stare gazoasã, cantitãți mici de heliu sunt furnizate în cilindri de înaltã presiune care dețin 300 metri cubi, în timp ce cantitãțile mari de gaze de înaltã presiune sunt livrate în remorci de tub, care au capacitãți de pânã la 180.000 de metri cubi.

Pentru că este mai ușor decât aerul, dirijabilele și baloanele sunt de cele mai multe ori umflate cu heliu.

În timp ce hidrogenul este cu aproximativ 7% mai mult plutitor, heliul are avantajul de a fi n;h\

on-inflamabil (în afară de a fi agent de ignifugare)

În rachete, heliul este folosit ca un ulaj pentru a deplasa combustibilul și oxidantii în rezervoare de stocare și de a condensa hidrogenul și oxigenul pentru a face combustibil pentru rachete.

Acesta este, de asemenea, folosit pentru a curãța de combustibil și oxidant echipamentele de sprijin la sol înainte de lansare și de hidrogen prerãcit lichid în spațiul de vehiculului.

De exemplu, rapelul Saturn V utilizat în programul Apollo are nevoie de aproximativ 13 de milioane de metri cubi (370,000 m 3 ) de heliu pentru a lansa

Laserele heliu- neon au diverse aplicații, inclusiv cititorare de coduri de bare.

Heliul este mai putin dens decat aerul atmosferic, de aceea poate schimba timbrul ) vocii unei persoane atunci când este inhalat. Cu toate acestea, inhalarea dintr-o sursă comercialã tipică, cum ar fi cea folosită pentru a umple baloane, poate fi periculoasă, din cauza riscului de asfixiere din cauza lipsei de oxigen, precum și numărul de contaminanti care pot fi prezenti. Acestea ar putea include urme de alte gaze, în plus față de ulei lubrifiant aerosolizat.

Datorita solubilității sale reduse în țesutul nervos, amestecurile heliului, cum ar fi: trimix (gaz de respirație), heliox și heliair sunt folosite pentru scufundări în adânc, pentru a reduce efectele narcozei generate de azot.

La adâncimi mai joase de 150 m., cantităților mici de hidrogen li se adaugă un amestec de heliu-oxigen pentru a contracara efectele sindromului nervos de presiune înaltă. La aceste adâncimi, densitatea joasă a heliului este găsită pentru a reduce considerabil efortul de respirație.

Una dintre aplicațiile industriale ale heliului este detectarea scurgerilor. Pentru că difuzia prin solide de la de trei ori rata aerului, heliul este utilizat ca un gaz trasor pentru a detecta scurgeri în vid ale echipamentelor și containerelor de înaltă presiune.

Pentru a determina rata totală de scurgere a produsului testat (de exemplu, în pompele de căldură sau un sistem de aer condiționat), obiectul este plasat într-o cameră de testare, aerul din camera este eliminat cu pompe de vid și produsul este umplut cu heliu sub presiune specifică.

Heliu care scapa prin scurgeri de informații este detectat de un dispozitiv sensibil ( spectrometru de masă), chiar și la ratele de scurgere la fel de mici ca 10 -9 mbar l / s.

Procedura de măsurare este în mod normal, automatã și este numită „testul integral al heliului".

Într-un test simplu, produsul este umplut cu heliu și un operator cautã manual scurgerile cu un dispozitiv portabil numit sniffer.

Pentru inerția și conductivitatea sa termicã maximă, transparența neutronică, și pentru că nu formeazã izotopi radioactivi în condiții de operare a reactorilor, heliul este utilizat ca mediu de transfer termic în unii reactori nucleari răciți cu gaz Heliul este utilizat ca un gaz de protecție în procesele de sudură cu arc la materialele care sunt ușor contaminabile de către aer.

Heliul este utilizat ca un gaz protector în producerea cristalelor de siliciu și germaniu, în producția titanului și zirconiului și în cromatografia gazelor, deoarece este inert.

Datoritã inerției sale, a naturii sale de gaz ideal, a vitezi maxime a sunetului, și valorii ridicate a capacitãții calorice, este de asemenea util în tunelele de vânt supersonice și facilitãților impulsului..

Heliu, amestecat cu un gaz mai greu, cum ar fi xenon, este util pentru refrigerare termoacusticã, datoritã înaltei sale capacitãți termice și numãrului Prandtl mic..

Inerția heliului are avantaje de mediu mai mari decât sistemele de refrigerare conventionale, care contribuie la epuizarea stratului de ozon sau încãlzirea globalã

Utilizarea heliului reduce efectele distorsionante ale variațiilor de temperaturã în spațiul dintre lentile, în unele telescoape, din cauza indexului de refracție extrem de redus. Această metodă este folosită în special în cazul telescoapelor solare, [11] [12]acolo unde tuburile telescopice cu vid ar fi foarte greu de utilizat.

Vârsta rocilor și mineralelor care conțin uraniu și thoriu poate fi estimată prin mãsurarea nivelului de heliu printr-un proces numit datarea heliului.

Heliul lichid este folosit pentru a răci anumite metale la temperaturi extrem de scăzute necesare pentru superconductivitatea acestora, cum ar fi magneți supraconductori, pentru imagistica de rezonanță magnetică.

Large Hadron Collider de la CERN foloseste 96 de tone de heliu lichid pentru a menține o temperatură la 1,9 grade Kelvin

Heliul la temperaturi joase este, de asemenea, utilizat în criogenie.

Sub formă de gaz, este frecvent utilizat pentru cromatografia gazelor.

Rata de scurgere de nave industriale (de obicei camere de vid și rezervoare criogenice) este mãsuratã cu ajutorul heliului din cauza diametrului sãu molecularã mic și pentru cã este inert.

Nici o altã substanțã inertã nu se va scurge prin intermediul micro-fisurilor sau micro-porilor în peretele unui vas, la o ratã mai mare de heliu.

Un detector de scurgeri de heliu, numit „spectrometru de masã cu heliu", este folosit pentru a gãsi scurgerile din vase.

Scurgerile de heliu prin fisuri nu ar trebui confundate cu permeabilitate gaz printr-un material în vrac.

În timp ce heliul a fost documentat cu constante de permeabilitate (astfel, o rata de penetrare calculabilã) prin sticlã, ceramică și materiale sintetice, gaze inerte, cum ar fi heliul, nu vor pătrunde cele mai multe metale grele

Efecte biologice

Vocea umana nu este asemanatoare cu un instrument cu coarde, unde un corp ce vibreaza stabileste complet inaltimea unui sunet. La om, mai degraba, faldurile vocale actioneaza ca o sursa de vibratie politonica, asemeni registrelor intalnite la instrumentele muzicale din lemn. La fel ca si la instrumentele de lemn, marimea cavitatii rezonante joaca un rol important în alegerea și dezvoltarea unei anumite frecvențe fundamentale de vibrație sau armonică, în timpul producerii sunetului. Vocea unei persoane care a inhalat heliu suferă schimbări temporare ale timbrului într-un mod care face să sune strident, deoarece accentele mai mari sunt amplificate. Viteza sunetului în heliu este de aproape trei mai mare decât ori viteza sunetului în aer, căci frecvența fundamentală a unei cavități umplute cu gaz este proporțională cu viteza sunetului în gaz, atunci când este inhalat heliu există o creștere corespunzătoare a pasului frecvențelor de rezonanță a tractul vocal. ( Efectul opus, scăderea frecvenței, poate fi obținută prin inhalarea unui gaz greu cum ar fi hexafluorura de sulf).

Pentru a produce sunete, corzile vocale umane vibrează în aerul pe care îl expirăm din plămâni, viteza acestui proces determinând tonalitatea vocii (cu cât ele vibrează mai repede, cu atât tonalitatea este mai înaltă). Deoarece densitatea heliului este mai mică decât cea a mediului ambiant, corzile vocale vibrează mai rapid și astfel se schimbă tonalitatea, devenind mai înaltă. Efectul invers, cel în care se obțin frecvențe mai joase, poate fi obținut prin inhalarea kriptonului. Inspirarea heliului in exces poate fi daunatoare, producand asfixierea prin inlocuirea oxigenului necesar respirarii. Inhalarea heliului pur in mod continuu duce la moarte in cateva minute. Respirarea lui direct din cilindrii presurizati este extrem de periculoasa, cauzand barotraumatisme, astfel rupand tesutul plamanilor. Totusi, decesele cauzate de heliu sunt rare, intre 2000 si 2004 inregistrandu-se doua cazuri in Statele Unite.

La presiuni ridicate (mai mult de 2 MPa), un amestec de oxigen si heliu ( Heliox) poate provoca Sindromul Nervos al Înaltelor Presiuni, afectiune ce poate fi ameliorata prin adaugarea unei mici cantitati de azot.

Heliul neutru in conditii standard nu este toxic, nu provoaca afectiuni biologice si se pot gasi urme de acest gaz in sange. Daca se inhaleaza o cantitate mare de heliu astfel incat sa dislocuiasca oxigenul necesar respirarii, el poate provoca asfixierea. Conditiile de siguranta pentru heliul criogenic sunt similare celor pentru heliul lichid; temperatura sa foarte scazuta poate provoca arsuri la rece si din cauza raportul de expansiune gaz-lichid se pot provoca incendii daca nu sunt instalante depresurizatoare. Recipientele cu heliu gazos la temperaturi intre 5 si 10 kelvini trebuiesc manipulate intocmai ca cele ce contin heliu lichid din cauza expansiunii termice rapide si semnificative care se produce la mai putin de 10 K, cand heliul gazos este incalzit la temperatura camerei.

I. G. Deac, Elemente de criogenie, Editura Napoca Star, 2010, p 11-21

# data[].attributes.attachment_link.description
Heliu Informații generale Nume, Simbol, Număr Heliu, He, 2 Grupă, Perioadă, Bloc 18; VIII-A, 1, s Proprietăți atomice Configurație electronică 1s 2 Electroni pe nivelul de energie 2 Proprietăți fizice Presiune critică 2,27×10 5 Pa Volum molar 21,0×10 −3 m³/kmol Viteza sunetului 970 m/s la 20 °C Informații diverse Electronegativitate (Pauling) - Cei mai stabili izotopi Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Hidrogen

Luminescență purpurie în stare plasmatică

Liniile spectrale ale hidrogenului

Informații generale

Nume, Simbol, Număr

Hidrogen, H, 1

Grupă, Perioadă, Bloc

1, 1, s

Proprietăți atomice

Configurație electronică

1s ¹

Electroni pe nivelul de energie

1

Proprietăți fizice

Punct de topire

-259,1 °C ; 14,025 K

Punct de fierbere

-252,9 °C ; 20,268 K

Volum molar

22,42×10⁻³ m³/kmol

Viteza sunetului

1270 m/s la 20 °C

Informații diverse

Electronegativitate (Pauling)

2,2

Cei mai stabili izotopi

Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

Hidrogenul este elementul chimic în tabelul periodic al elementelor cu simbolul H și numărul atomic 1. Este un gaz ușor inflamabil, incolor, insipid, inodor, iar în natură se întâlnește mai ales sub formă de moleculă diatomică, H ₂. Având masa atomică egală cu 1,00794 u.a.m., hidrogenul este cel mai ușor element chimic. Etimologic, cuvântul hidrogen este o combinație a două cuvinte grecești, având semnificația de „a produce apă".

Hidrogenul elementar este principala componentă a Universului, având o pondere de 75% din masa acestuia. În starea de plasmă, se găsește ca element majoritar în alcătuirea stelelor. Hidrogenul elementar este foarte puțin răspândit pe Pământ.

Pentru necesități industriale există diferite procedee de producere, puse la punct din punct de vedere tehnologic sau aflate în fază de laborator. Hidrogenul poate fi obținut prin electroliza apei, procesul necesitând costuri mai mari decât cel de producere prin procesarea gazelor naturale.

Cel mai răspândit izotop al hidrogenului este protiul, care este alcătuit dintr-un singur proton în nucleu și un electron în învelișul electronic. În compușii ionici poate avea sarcină negativă ( anion cunoscut sub numele de hidrură, H⁻) sau sarcină pozitivă H⁺ ( hidron). Hidrogenul formează compuși chimici cu majoritatea elementelor din sistemul periodic și este prezent în apă și în mulți dintre compușii organici. Are un rol important în reacțiile acido-bazice, acestea bazându-se pe schimbul de protoni între molecule. Fiind singurul atom pentru care soluția analitică a ecuației lui Schrödinger este pe deplin cunoscută, prezintă un rol major în fundamentarea teoriei mecanicii cuantice.

Hidrogenul este un gaz puternic reactiv și își găsește aplicații datorită capacității sale chimice de reducător. Hidrogenul se folosește în industria petrochimică la producerea benzinelor, în industria chimico-alimentară pentru hidrogenarea grăsimilor (de exemplu producerea margarinei), în prelucrările mecanice ale metalelor și în tratamentul termic al acestora.

Hidrogenul a fost testat pentru folosirea alternativă în vehiculele echipate cu motoare cu ardere internă. Avantajul său principal constă în faptul că este ecologic, din arderea sa rezultând vapori de apă. Dezavantajele constau în pericolul mare de explozie, dificultatea stocării în vehicule și lipsa unei infrastructuri de stații de alimentare cu hidrogen. Poate fi folosit pentru producerea directă a electricității, prin intermediul pilelor de combustie.

In anul 2019 a fost descoperit primul compus format în univers la cca 300.000 ani după Big Bang, ionul hidrură de heliu (HeH+) (în engleză „helium hydride ion"). Este o combinație între un atom de heliu și un proton (atom de hidrogen fără electroni). Descoperirea s-a făcut ajutorul observatorului astronomic SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, plasat în stratosferă, o cooperare germano-americană) în nebuloasa planetară NGC 7027.

Descoperire

Hidrogenul a fost descoperit de către chimistul și fizicianul englez Henry Cavendish în 1766, în urma unui experiment în care studia reacțiile dintre mercur și un acid. La amestecarea celor două substanțe, observa apariția unor mici bule de gaz în amestec. Acest aspect l-a determinat să efectueze o cercetare suplimentară, numind substanța necunoscută „aer inflamabil". În 1781 a descoperit că acest element produce apă atunci când arde. O analiză mai detaliată a fost făcută de către Antoine Lavoisier, care descoperă gazul independent de Cavendish în urma unui experiment ce urmărea determinarea masei pierdute sau create în urma unei reacții chimice. Cercetătorul a încălzit apa într-un recipient închis, vaporii formați condensându-i într-un alt recipient. Cantitatea pierdută a fost atribuită degajării unui gaz (H ₂). Chimistul francez a observat că „aerul inflamabil" al lui Cavendish în combinație cu oxigenul formează picături de apă, conform lui Joseph Priestley. Lavoisier a numit gazul „hidrogen", nomeclatura fiind de origine greacă ( ὕδωρ, hydro înseamnă apă, iar γίγνομαι, gignomai înseamnă a naște, a crea).

Rolul în teoria cuantică

Datorită structurii atomice relativ simple, constituit dintr-un proton și un electron, atomul de hidrogen împreună cu spectrul luminii emise de el, au reprezentat un domeniu central al dezvoltării teoriei structurii atomice. În plus, simplitatea moleculei de H ₂ și a cationului H⁺ au condus la înțelegerea completă a naturii legăturii chimice ce a urmat imediat după dezvoltarea studiului atomului de hidrogen în mecanica cuantică (mijlocul anilor 1920).

Maxwell a observat că la H 2, sub temperatura mediului ambiant, valoarea căldurii molare se abate inexplicabil de la aceea a unui gaz diatomic, iar la temperaturi criogenice se apropie din ce în ce mai mult de cea a unui gaz monoatomic. Conform teoriei cuantice, această comportare rezultă din distribuția spațială ale nivelelor de energie de rotație, care la H ₂ sunt foarte îndepărtate, datorită masei sale mici. Aceste nivele îndepărtate împiedică la temperaturi mici partiția egală (între cei doi atomi ai moleculei) a energiei termice în energie de rotație. Compușii diatomici gazoși formați din atomi mai grei nu au diferențe mari între nivelele energetice de rotație și nu prezintă același efect.

Hidrogenul este elementul cu cea mai mică densitate. În formă moleculară (H ₂) este de aproximativ 14,4 ori mai ușor decât aerul. La presiune normală punctul său de topire este de 14,02 K, iar cel de fierbere este de 20,27 K. Punctul său triplu este la 13,81 K, și 7,042 kPa, iar cel critic la 33,2 K și 1,29 MPa. Solubilitatea în apă este de 1,6 mg/l. Unele proprietăți termodinamice (legate de fenomenele de transport) sunt datorate masei moleculare mici și vitezei termice a unei molecule de 1770 m/s la 25 °C. La temperatura camerei, hidrogenul difuzează cel mai rapid, are cea mai înaltă conductivitate termică și cea mai mare efuziune dintre toate gazele. O vâscozitate mai mică au doar trei gaze poliatomice, unul dintre ele fiind n-butan.

Mobilitatea hidrogenului într-o masă solidă este, de asemenea, foarte mare. Astfel, acesta difuzează prin diverse materiale, cum ar fi polietilena și cuarțul. Un important fenomen este acela de difuzie în fier, platină și în alte metale tranziționale. Aceste proprietăți conduc la utilizări tehnice numeroase, dar de asemenea, și la dificultăți legate de transportul, depozitarea și de prelucrare a amestecurilor de hidrogen.

Hidrogenul gazos (în stare de moleculă diatomică) este extrem de inflamabil și la presiune atmosferică se aprinde în aer la concentrații volumetrice cuprinse între 4% și 75%, iar în contact cu oxigenul pur între 4,65% și 93,9%. Limitele între care apare detonația sunt între 18,2% și 58,9% în aer, respectiv între 15% și 90% în oxigen. Variația entalpiei în urma combustiei ( puterea calorifică, căldura de ardere) este de −286 kJ/mol:

[23]

Amestecul dintre oxigen și hidrogen în diferite proporții este exploziv. Hidrogenul se autoaprinde și explodează în contact cu aerul în intervalul de concentrații cuprins între 4% și 75%, temperatura de autoaprindere fiind de 560 °C. Flacăra unui amestec pur hidrogen-oxigen emite radiații ultraviolete invizibile cu ochiul liber.

H ₂ reacționează cu toate elementele oxidante. Acesta poate reacționa spontan și violent la temperatura camerei cu clorul și fluorul, formând HCl și HF.

Hidrogenul este cel mai răspândit element în univers, reprezentând mai mult de 75% în masă și mai mult de 90% după numărul de atomi. Se găsește în cantități mari în compoziția stelelor și a planetelor gigantice gazoase. Norii moleculari de H ₂ sunt asociați cu formarea stelelor. Hidrogenul joacă un rol-cheie și în exploziile stelare datorate reacțiilor de fuziune nucleară dintre protoni.

În Univers, hidrogenul este întâlnit mai ales sub forma de atom și în stare de plasmă. Proprietățile acestora sunt diferite față de cele ale moleculei de hidrogen. Electronul și protonul de hidrogen nu formează legături în starea de plasmă, din cauza conductivității electrice diferite și a unei emisii radiative mari (originea luminii emise de Soare și alte stele). Particulele încărcate cu sarcini electrice sunt puternic influențate de câmpurile magnetice și electrice. De exemplu, în vânturile solare particulele interacționează cu magnetosfera terestră, generând curenți Birkeland și produc fenomenul cunoscut sub denumirea de auroră boreală. Hidrogenul se găsește în stare atomică neutră în mediul interstelar, iar cea mai mare cantitate este întâlnită la sistemele Lyman-alpha.

În condiții normale, hidrogenul există pe Pământ sub formă de moleculă diatomică, H ₂, însă nu este foarte răspândit în atmosfera terestră (în concentrație medie de 1 ppm de volum) din cauza masei mici, astfel forța gravitațională a planetei are un efect foarte slab asupra sa. Totuși, hidrogenul (prin compușii săi) este cel mai răspândit element de la suprafața Terrei. Cei mai întâlniți compuși chimici ai săi sunt hidrocarburile și apa. Hidrogenul gazos este produs de anumite specii de bacterii și alge, acesta fiind componentul principal al flatulenței. Metanul este o importantă sursă de hidrogen.

Atomul de hidrogen

Nivelul energetic fundamental al electronului în atomul de hidrogen are energia egală cu -13,6 eV. Nivelele superioare se numesc nivele excitate, energia acestora crescând până la 0 eV (valoarea nivelului energetic aflat la infinit), ele se calculează folosind modelul lui Bohr. Acesta consideră că nucleul este fix, iar electronul are o traiectorie circulară în jurul acestuia asemănătoare cu planetele ce gravitează în jurul Soarelui (de unde provine denumirea alternativă de model planetar). Forța electromagnetică atrage electronul și protonul unul spre celălalt, în timp ce corpurile cerești se atrag datorită gravitației. Potrivit condiției de cuantificare a momentului cinetic postulat de Bohr, valoarea momentului cinetic al electronului este multiplu întreg al constantei reduse al lui Planck, de unde rezultă că în cadrul atomului, electronului îi sunt permise anumite orbite cu raze bine stabilite. Această relație de cuantificare explică spectrul discret al nivelelor energetice.

O descriere mai exactă a atomului de hidrogen este dată în fizica cuantică unde se calculează densitatea de probabilitate prin norma funcției de undă a electronului în jurul protonului pe baza ecuației lui Schrödinger sau a formulării lui Feynman cu integrală de drum.

Hidrogenul are trei izotopi naturali, ¹H, ²H și ³H. Alții, ce au nucleele foarte instabile ( ⁴H până la ⁷ H), au fost sintetizați în laborator dar nu au fost observați în natură.

este cel mai răspândit izotop al hidrogenului, având o pondere de peste 99,98% în compoziția izotopică naturală al acestui element. Datorită faptului că acesta are în nucleul un singur proton, a fost numit protiu, această denumire fiind însă rar utilizată.

, celălalt izotop stabil al hidrogenului, este cunoscut și sub numele de . Conține în nucleu un proton și un neutron, acest izotop provenind de la Big Bang, continuând să existe până acum datorită stabilității sale. Nu este radioactiv și nu reprezintă o sursă periculoasă de poluare. Apa ce este bogată în dioxid de deuteriu se mai numește și apă grea. Deuteriul și compușii săi sunt utilizați ca etalon în experimente neradioactive și ca solvent în procedeele de spectroscopie RMN. Apa grea este utilizată ca moderator de neutron și ca lichid de răcire pentru reactorii nucleari. Deuteriul este de asemenea folosit drept combustibil pentru fuziune nucleară de larg consum.

se mai numește și (mai rar: trițiu); conține în nucleu un proton și doi neutroni. Este radioactiv, rezultând din izotopul Heliu-3 prin dezintegrarea beta și are un timp de înjumătățire de 12,32 ani. Cantități mici din acest izotop sunt răspândite și în natură, acesta rezultând din interacțiunea razelor cosmice cu gazele atmosferice; tritiul este eliberat și în timpul testelor nucleare. Este folosit și în reacții de fuziune nucleară, și pentru evidențierea și studiul de geochimia izotopilor și în dispozitive autogeneratoare de lumină. Tritiul se mai utilizează și în marcarea radioizotopică, în special în domeniul biologiei, medicinei sau geologiei. Dioxidul de tritiu se mai numește și apă supergrea.

Hidrogenul este singurul element care are nume diferite pentru izotopii săi cei mai răspândiți. Simbolurile D și T (în loc de ²H și ³H) sunt folosite pentru deuteriu și tritiu, dar P este utilizat pentru fosfor, deci nu se poate folosi pentru simbolizarea protiului. IUPAC acceptă atât ambele variante, dar ²H și ³ H sunt preferate.

Emisia spectrală a atomului de hidrogen este caracterizată prin linii spectrale date de formula lui Rydbeg. Studiul liniilor spectrale este important în mecanica cuantică și la studiul prezenței hidrogenului pentru determinarea deplasării spre roșu.

Există doi izomeri de spin ai moleculei de hidrogen care diferă prin spinii relativi ai nucleului. În forma de ortohidrogen, spinii celor doi protoni sunt paraleli și formează un triplet; în forma de parahidrogen, spinii sunt antiparaleli și formează un singlet. La temperatură și presiune standard, hidrogenul gazos conține 25% parahidrogen și 75% ortohidrogen („starea normală" a hidrogenului). Proporțiile în care se găsesc orto și parahidrogenul depind de temperatură, dar forma orto este excitată și are o energie mai mare, deci este instabilă și nu poate fi purificată. La temperaturi foarte joase, starea de echilibru e formată aproape în întregime din parahidrogen. Proprietățile fizice ale parahidrogenului pur diferă puțin de cele ale hidrogenului în stare normală. Diferențele dintre formele orto și para se manifestă și în compușii care conțin hidrogen, cum ar fi apa sau metilenul.

Transformarea între orto și parahidrogen ce are loc fără catalizator se desfășoară mai rapid la temperaturi mari, astfel H ₂ condensat rapid conține o cantitate mare de ortohidrogen care se convertește în parahidrogen foarte încet. Proporția de orto/para în hidrogenul molecular (H ₂) condensat este un factor important în prepararea și stocarea hidrogenului lichid; conversia din orto în parahidrogen este un proces exoterm, prin care se degajă suficientă căldură pentru a evapora hidrogenul lichid, astfel pierzându-se materialului lichefiat. Catalizatorii utilizați la această transformare, cum ar fi oxidul feric, carbonul activat, azbestul platinizat, compuși ai uraniului, metale rare, oxidul de crom, câțiva compuși ai nichelului, sunt utilizați în timpul răcirii hidrogenului.

O formă moleculară numită molecula protonată de hidrogen sau H ₃⁺ este întâlnită în mediul interstelar, fiind produsă prin ionizarea moleculei de hidrogen de către razele cosmice. De asemenea, a fost observată și în straturile superioare ale planetei Jupiter. Această moleculă este relativ stabilă în afara Terrei datorită temperaturii scăzute și a densității ridicate. H ₃⁺ este unul din cei mai răspândiți ioni din Univers, jucând un rol important în chimia mediului interstelar.

În general, hidrogenul este considerat drept un nemetal, însă la temperaturi joase și la presiuni mari unele din proprietățile sale se aseamănă cu cele ale metalelor. Hidrogenul metalic a fost obținut pentru prima oară în 1973 la o presiune de 2,8 Mbar și la 20 K. Aliajul SiH ₄ cu structură metalică a fost obținut în 2008, descoperindu-se că este un foarte bun conductor electric, în conformitate cu predicțiile anterioare ale lui lui N. W. Ashcroft. În acest compus, chiar și la presiuni moderate, hidrogenul are o structură cu o densitate ce corespunde cu cea a hidrogenului metalic.

Compușii covalenți și cei organici

Chiar dacă H ₂ nu este foarte reactiv în condiții obișnuite, el formează compuși cu majoritatea elementelor. Se cunosc milioane de hidrocarburi, dar acestea nu se obțin prin reacția directă dintre elemente (carbon și hidrogen), deși producerea gazului de sinteză în procedeul Fischer-Tropsch poate fi considerată aproape o excepție deoarece procesul folosește carbonul din cărbunele, iar hidrogenul poate fi generat în proces din apă. Hidrogenul poate forma compuși cu elementele mai electronegative decât el, cum ar fi halogenii; în acest tip de compuși, hidrogenul prezintă o sarcină pozitivă parțială. Când se leagă de fluor, oxigen sau azot, hidrogenul participă la formarea unei legături puternice numite legătură de hidrogen, ce este un factor important în stabilitatea multor molecule biologice. Hidrogenul poate forma compuși și cu elementele mai puțin electronegative, cum ar fi metalele sau semimetalele, având o sarcină parțial negativă. Acești compuși sunt cunoscuți sub numele de hidruri. Hidrogenul formează o varietate de compuși cu carbonul. Datorita asocierii în general a acestora cu organismele vii, aceștia sunt numiți compuși organici; cu studierea lor se ocupă chimia organică, iar cu studiul rolului lor în organismele vii - biochimia. În unele definiții „organic" se referă doar la un compus ce conține carbon. Însă majoritatea substanțelor organice prezintă și hidrogen, iar legătura carbon-hidrogen determină multe din particularitățile lor. De aceea, legăturile carbon-hidrogen sunt prezente în unele definiții ale cuvântului „organic". În chimia anorganică hidrurile pot reprezenta catene de legături între doi ioni metalici ai unei combinații complexe. Această funcție se întâlnește la elementele din grupa 13, cu precădere la boruri și compușii complecși ai aluminiului.

Compușii hidrogenului sunt adesea numiți „hidruri", acest termen fiind uneori impropriu utilizat. „Hidrură" definește o substanță în care atomul de H are caracter anionic sau sarcină negativă, deci H −, fiind utilizat pentru compușii hidrogenului cu un element mai electropozitiv. Existența anionului hidrură, sugerată de Gilbert N. Lewis în 1916 pentru elementele din prima grupă și a doua principală, a fost pusă în evidență în 1920 de către Moers prin electroliza topiturii de hidrură de litiu (LiH), când a fost produsă o cantitate stoechiometrică de hidrogen la anod. Pentru hidrurile altor elemente, termenul este ambiguu, luând în considerare electronegativitatea hidrogenului. Excepție face BeH ₂, care este un polimer. În hidrura de litiu și aluminiu, anionul AlH ₄− are centre de hidrură atașate puternic de aluminiu. Chiar dacă hidrogenul poate forma hidruri cu toate elementele din grupele principale, numărul și combinațiile posibile diferă de la o grupă la alta. Hidrura de indiu nu a fost încă identificată, însă există o multitudine de compuși complecși ai săi.

Protoni și acizi

Oxidarea hidrogenului, adică îndepărtarea electronului său, decurge teoretic cu formarea H⁺, ion ce nu conține niciun electron în învelișul electronic și un proton în nucleu. De aceea, H⁺ este adesea numit „proton" și are un rol important în teoria protonică a acizilor. Conform teoriei Bronsted-Lowry, acizii sunt acele substanțe care cedează protoni, iar bazele sunt acceptori de protoni. Protonul H⁺ nu poate exista liber, ci doar în soluții sau în cristale ionice, datorită afinității foarte mari pentru electronii altor elemente. Uneori, termenul de „proton" este utilizat impropriu pentru a se referi la hidrogenul cu sarcină pozitivă sau cationul de hidrogen legat de alte specii moleculare. Pentru a se evita implicarea existența unică a „protonului solvatat" în soluții, se consideră că soluțiile apoase cu caracter acid conțin ionul hidroniu (H ₃O⁺). Totuși, unii cationi solvatați ai hidrogenului sunt mai degrabă organizați în molecule de tipul celei de H ₉O ₄⁺. Alți ioni oxoniu se formează când apa formează soluții cu alți solvenți. Deși nu se întâlnește pe Pământ, ionul H ₃⁺ (cunoscut sub numele de hidrogen molecular protonat sau cationul triatomic de hidrogen) este una dintre cele mai răspândite specii chimice în restul universului.

H ₂ este produs în laboratoarele de chimie și cele de biologie, fiind adesea un produs secundar al unei reacții; în industrie pentru hidrogenarea substanțelor nesaturate; în natură ca metodă de a reduce echivalenții în reacțiile biochimice.

În laborator, H ₂ este de obicei obținut prin reacția metalelor cu acizii în aparatul Kipp.

Aluminiul poate produce H ₂ prin tratarea cu baze:

Electroliza apei este o metodă simplă de a produce hidrogen. Un curent de joasă tensiune trece prin apă, iar oxigenul gazos se formează la anod, în timp ce hidrogenul gazos apare la catod. De obicei la producerea hidrogenului, catodul este confecționat din platină. Dacă se realizează și arderea, oxigenul este preferat pentru combustie, astfel ambii electrozi sunt confecționați din metale inerte. Eficiența maximă (electricitatea utilizată raportată la cantitatea de hidrogen produsă) este de 80% - 94%.

În 2007 s-a descoperit că un aliaj format din aluminiu și galiu în forma granulară în reacție cu apa poate fi folosit pentru a produce hidrogen. Din acest proces mai rezultă de asemenea și alumină, însă galiul scump, ce previne apariția stratului de oxid, poate fi refolosit. Acest lucru are o mare importanță în economia hidrogenului, deoarece acesta poate fi produs la locul de lucru și nu trebuie transportat.

Cea mai importantă (din punct de vedere economic) metodă de obținere a hidrogenului este extragerea acestuia din hidrocarburi. Cea mai mare parte a hidrogenului obținut în mod industrial provine din reformarea vaporilor gazelor naturale. La temperaturi ridicate (700 - 1100 °C; 1300 - 2000 °F), apa în stare de vapori reacționează cu metanul, rezultând monoxid de carbon și H ₂:

Această reacție se realizează ușor la presiune joasă, dar de obicei se realizează la presiuni mari (20 bar), deoarece la aceste presiuni se desfășoară aplicațiile uzuale ale hidrogenul astfel obținut. Amestecul rezultat se numește gaz de sinteză deoarece este utilizat pentru obținerea directă a metanolului și a compușilor săi. Și alte hidrocarburi în afară de metan pot produce gaz de sinteză în diferite proporții. O problemă ce apare în această tehnologie este formarea cocsului sau a carbonului:

Această reacție decurge de obicei cu formarea unui exces de H ₂O. Hidrogenul adițional poate fi recuperat din vapori utilizându-se monoxidul de carbon în reacție cu gazul de apă pe un catalizator de oxid de fier. Procesul este și o metodă de obținere a dioxidului de carbon:

Alte metode importante de obținere a H ₂ sunt oxidarea parțială a hidrocarburilor:

și reacția cărbunelui cu apa:

Uneori, hidrogenul este fabricat și consumat în timpul aceluiași proces, fără a mai fi separat. În procedeul Haber pentru obținerea amoniacului, hidrogenul provine din la gazul natural. Din electroliza saramurii pentru a produce clor se obține și hidrogen ca produs secundar.

Există mai mult de 200 de cicluri termochimice care pot fi folosite pentru descompunerea apei. Sunt studiate unele dintre acestea, cum ar fi ciclul oxidului de fier, ciclul oxid de ceriu (IV)-ceriu (III), ciclul zinc-oxid de zinc, ciclul sulfură-iod, ciclul cupru-clor și ciclul sulfurii hibride, fiind în stadiul de testări pentru a produce hidrogen și oxigen din apă folosind căldura, fără a se utiliza electricitatea. Numeroase laboratoare (inclusiv în Franța, Germania, Grecia, Japonia și Statele Unite ale Americii) dezvoltă metode termochimice de producere a hidrogenului din energie solară și apă.

H ₂ se obține în urma unor metabolisme anaerobe și este produs de anumite microorganisme, de obicei prin cataliza enzimelor ce conțin fier sau nichel. Cu ajutorul acestor enzime, numite hidrogenaze, se obține hidrogen în urma procesului de fotosinteză. Gena introdusă ajută frunza să descompună molecula de apă în elementele componente. Algele folosite sunt plante unicelulare care produc, în mod natural, cantități mici de hidrogen în timp ce își extrag energia necesară din lumina Soarelui. David Tiede, unul dintre inventatorii acestei metode, afirmă că algele produc hidrogen ca să se apere de radicalii liberi rezultați în urma fotosintezei, care altfel le-ar oxida părți vitale ale celulei. Dar, dacă hidrogenaza este stimulată chimic și dacă algele sunt plasate în recipiente de sticlă și expuse luminii solare, ele produc mai mult hidrogen, iar acesta poate fi recoltat, iar apoi îmbuteliat cu ajutorul unei pompe. Profesorul Thomas Rauchfuss, de la Universitatea din Illinois, cel care a propus tipul exact de proteină sintetică necesar procesului, a declarat: „Cultivarea algelor modificate genetic, în care s-a introdus proteina sintetică, s-a dovedit a fi extrem de stabilă. Algele nu degenerează și nu revin la specia anterioară. Procesul are o mulțime de beneficii în comparație cu obținerea altor plante din care se extrag biocombustibili. Algele pot fi crescute în recipiente transparente plasate în deșert sau pe acoperișul caselor. Ele nu au nevoie de teren și nu intră în competiție cu producția de alimente". La unele specii de alge, cum ar fi Chlamydomonas reinhardtii sau cyanobacteria, la întuneric, protonii și electronii sunt reduși pentru a forma H ₂ gazos cu ajutorul hidrogenazei în cloroplast.

Anual se înregistrează un consum mondial de hidrogen de peste 500 miliarde metri cubi normali în diverse scopuri și în diferite domenii. În afara utilizării ca reactant, hidrogenul are multe aplicații în inginerie și fizică. Se utilizează la sudură, iar datorită bunei conductivități termice este folosit ca agent de răcire în generatoare electrice din centralele electrice. are un rol important în cercetările din criogenie, inclusiv în studiile legate de superconductivitate. Molecula de hidrogen, având o densitate de 15 ori mai mică decât cea a aerului, a fost întrebuințată drept gaz portant pentru baloane și dirijabile. De asemenea, este materie primă în diverse tehnologii: de reducere a minereurilor, de fabricare a amoniacului și în procedeele de hidrogenare. Hidrogenul are aplicații și în industria automobilelor, chimică, aerospațială și de telecomunicații.

Izotopii hidrogenului au aplicații specifice. Deuteriul din compoziția apei grele este utilizat în reacțiile de fisiune nucleară ca moderator pentru încetinirea neutronilor. Compușii acestuia se folosesc în cadrul studiilor ce urmăresc efectele reacțiilor izotopice. Tritiul, produs în reactoarele nucleare, se folosește în producerea bombelor cu hidrogen, în marcare izotopică și ca sursa de iradiere pentru vopselele fosforescente.

Hidrogenul poate forma amestecuri explozive cu aerul și reacționează violent cu oxidanții. În cazul inhalării în cantități foarte mari, poate produce asfixierea, pierderea mobilității motrice și a cunoștinței. Scurgerea hidrogenului gazos în atmosferă poate cauza autoaprinderea sa. Flacăra de hidrogen este invizibilă, acest lucru putând produce arsuri accidentale.

Multe proprietăți fizice și chimice ale hidrogenului depind de proporția de orto/parahidrogen. Uneori durează săptămâni pentru a atinge starea de echilibru a acestor alotropi. Valorile critice de temperatură și presiune la care are loc deflagrația hidrogenului depind de forma recipientului.

1. de ^ Hidrogen - Noul purtător de energie Despre rolul hidrogenului în sistemele energetice existente și viitoare în Asociația Germană a Hidrogenului și Pilelor de Combustie (DWBV). Accesat la 6 iunie 2009.

2. ^ „Hydrogen". Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wylie-Interscience. . pp. 797-799. ISBN 0-471-61525-0.

3. ^ Emsley, John (). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 183-191. ISBN 0-19-850341-5.

4. ^ Stwertka, Albert (). A Guide to the Elements. Oxford University Press. pp. 16-21. ISBN 0-19-508083-1.

5. en ^ Crepeau, Bob (). „Niels Bohr: The Atomic Model". Great Scientific Minds. Great Neck Publishing. ISBN 1-4298-0723-7.

6. ^ Information Specific to Liquid Hydrogen, harvard.edu, accesat 12 iunie 2009

7. ^ Carcassi, M. N. (). „Deflagrations of H₂-air and CH₄-air lean mixtures in a vented multi-compartment environment". Energy. 30 (8): 1439-1451. doi:10.1016/j.energy.2004.02.012.

8. ^ Energy is per mole of the combustible material, Hydrogen. 286 kJ/mol

9. en ^ „Jefferson Lab - Hydrogen".

10. en ^ Storrie-Lombardi, Lisa J. (). „Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas". Astrophysical Journal. 543: 552-576. arXiv:astro-ph/0006044  . doi:10.1086/317138+.

11. en ^ Dresselhaus, Mildred; et al. (). „Basic Research Needs for the Hydrogen Economy" (PDF). Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy, Office of Science Laboratory.

12. ^ Miessler, Gary L. (). Inorganic Chemistry (ed. 3rd edition). Prentice Hall. ISBN 0130354716.

13. ^

14. ^ Korsheninnikov; A. A.; et al. (). „Experimental Evidence for the Existence of ⁷H and for a Specific Structure of ⁸He". Physical Review Letters. 90 (8): 082501. doi:10.1103/PhysRevLett.90.082501.

15. en ^ Urey, Harold C. (). „Names for the Hydrogen Isotopes". Science. 78 (2035): 602-603. doi:10.1126/science.78.2035.602. PMID 17797765.

16. en ^ Oda, Y (). „1H NMR studies of deuterated ribonuclease HI selectively labeled with protonated amino acids". Journal of Biomolecular NMR. 2 (2): 137-47. doi:10.1007/BF01875525+. PMID 1330130.

17. en ^ „The Tritium Laboratory". University of Miami. .

18. ^

19. en ^ Staff (). „Hydrogen (H₂) Properties, Uses, Applications: Hydrogen Gas and Liquid Hydrogen". Universal Industrial Gases, Inc.

20. en ^ Tikhonov, Vladimir I. (). „Separation of Water into Its Ortho and Para Isomers". Science. 296 (5577): 2363. doi:10.1126/science.1069513. PMID 12089435.

21. en ^ Hritz, James (). „CH. 6 - Hydrogen" (PDF). NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual, Document GRC-MQSA.001. NASA.

22. en ^ Shinitzky, Meir; Elitzur, Avshalom C. (10 ianuarie). „Ortho-para spin isomers of the protons in the methylene group". Chirality. Rehovot, Israel: Weizmann Institute of Science. 18 (9): 754-756. doi:10.1002/chir.20319. PMID 16856167.

23. en ^ „Ortho-Para conversion. Pag. 13" (PDF).

24. M. I. Eremets, I. A. Trojan, S. A. Medvedev, J. S. Tse, Y. Yao. ^ Superconductivity in Hydrogen Dominant Materials. Silane Science 14 martie 2008 Vol. 319. no. 5869, pp. 1506-1509, rezumat accesat 2009-06-08

25. en ^ „Structure and Nomenclature of Hydrocarbons". Purdue University.

26. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

27. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

28. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

29. ^

30. ^ Hibbs, David E. (). „A remarkably stable indium trihydride complex: synthesis and characterisation of [InH₃{P(C₆H₁₁)₃}]". Chemical Communications: 185-186. doi:10.1039/a809279f.

31. ^ Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991), p167-169

32. Luminița Vlădescu, ^ Echilibre chimice în chimia analitică. Editura: Didactică și Pedagogică - 2004

33. ^ Okumura, Anthony M. (). „Infrared spectra of the solvated hydronium ion: vibrational predissociation spectroscopy of mass-selected H₃O+*(H₂O)n*(H₂)m". Journal of Physical Chemistry. 94 (9): 3416-3427. doi:10.1021/j100372a014.

34. ^ Carrington, Alan (). „The infrared predissociation spectrum of triatomic hydrogen cation (H₃⁺)". Accounts of Chemical Research. 22 (6): 218-222. doi:10.1021/ar00162a004.

35. en ^ Acid-Base Behaviour of the Period 3 Oxides. chemguide.co.uk. accesat la 12 mai 2009.

36. en ^ Kruse, B. (). „Hydrogen Status og Muligheter" (PDF). Bellona.

37. ^ Oxtoby, D. W. (). Principles of Modern Chemistry (ed. 5th edition). Thomson Brooks/Cole. ISBN 0030353734.

38. ^ en [

39. en ^ „Hydrogen Properties, Uses, Applications". Universal Industrial Gases, Inc. .

40. en ^ Lees, Andrew (). „Chemicals from salt". BBC. Arhivat din original la .

41. en ^ „Development of solar-powered thermochemical production of hydrogen from water" (PDF).

42. en ^ Robert Perret. „Development of Solar-Powered Thermochemical Production of Hydrogen from Water, DOE Hydrogen Program, 2007" (PDF).

43. ^ Florin, L., Tsokoglou, A. and Happe, T. (). „A novel type of iron hydrogenase in the green alga Scenedesmus obliquus is linked to the photosynthetic electron transport chain". J. Biol. Chem. 276 (9): 6125-6132. doi:10.1074/jbc.M008470200. PMID 11096090.

44. ^ Alge care produc hidrogen combustibil. ecomagazin.ro. Accesat la 6 iunie 2009.

45. ^ Ulei pentru motoare diesel obținut din alge. Adevărul. Accesat la 6 mai 2009.

46. ^ Kruse, O.; Rupprecht, J.; Bader, K.-P.; Thomas-Hall, S.; Schenk, P. M.; Finazzi, G.; Hankamer, B (2005). „Improved photobiological H2 production in engineered green algal cells". The Journal of Biological Chemistry 280 (40): 34170-7.

47. ^

48. ^ „Atomic Hydrogen Welding". Specialty Welds. .

49. en ^ Hardy, Walter N. (). „From H2 to cryogenic H masers to HiTc superconductors: An unlikely but rewarding path". Physica C: Superconductivity. Vancouver, Canada: University of British Columbia. 388-389: 1-6. doi:10.1016/S0921-4534(02)02591-1.

50. en ^ Block, Matthias. „Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection". 16th WCNDT 2004. Montreal, Canada: Sensistor Technologies.

51. ^ en

52. ^

53. ^

54. ^ en Smith, H. O. (). „Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems" (PDF). NASA.

55. en ^ „Hydrogen Safety". Humboldt State University.

I. G. Deac, Elemente de criogenie, Editura Napoca Star, 2010, p14

Raluca Ripan, I. Ceteanu, Manual de lucrări practice de chimie anorganică - vol I Metaloizi, Editura de stat didactică și pedagogică, București, 1961

# data[].attributes.attachment_link.description
Hidrogen Luminescență purpurie în stare plasmatică Liniile spectrale ale hidrogenului Informații generale Nume, Simbol, Număr Hidrogen, H, 1 Grupă, Perioadă, Bloc 1, 1, s Proprietăți atomice Configurație electronică 1s 1 Electroni pe nivelul de energie 1 Proprietăți fizice Punct de topire -259,1 °C ; 14,025 K Punct de fierbere -252,9 °C ; 20,268 K Volum molar 22,42×10-3 m³/kmol Viteza sunetului 1270 m/s la 20 °C Informații diverse Electronegativitate (Pauling) 2,2 Cei mai stabili izotopi Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Acest articol sau această secțiune are bibliografia incompletă sau inexistentă.
Puteți contribui prin adăugarea de referințe în vederea susținerii bibliografice a afirmațiilor pe care le conține.

Informații suplimentare: Kelvin (dezambiguizare)

Scara Kelvin este scară de temperatură termodinamică (absolută) unde temperatura de zero absolut (0 K) este cea mai scăzută temperatură posibilă, nimic neputând fi răcit mai mult, iar în substanță nu mai există energie sub formă de căldură. Unitatea de măsură a scării Kelvin este kelvinul (simbol: K), care este unitatea de temperatură în SI și este una din cele șapte unități de măsură fundamentale.

Scara Kelvin poartă numele fizicianului și inginerului irlandez William Thomson, Lord Kelvin (1824-1907).

Unitatea și scara „kelvin" este definită, conform convențiilor internaționale, prin două puncte: zero absolut și punctul triplu al apei. De asemenea, această definiție leagă exact scara Kelvin de scara Celsius. Zero absolut - temperatura față de care nimic nu poate fi mai rece și la care în substanță nu mai există energie sub formă de energie interna - este definită ca fiind exact 0 K și −273,15 °C. Punctul triplu al apei este definit ca fiind la exact 273,16 K și 0,01 °C. Această definiție are trei consecințe:

1. stabilește valoarea unității kelvin ca fiind exact 1 / 273,16 părți din diferența dintre punctul triplu al apei și zero absolut;

2. stabilește că un kelvin are exact aceeași mărime cu un grad de pe scara Celsius; și

3. stabilește că diferența punctelor de zero între cele două scări este exact 273,15 kelvini (0 K = −273,15 °C și 273,16 K = 0,01 °C). Temperaturile în kelvini pot fi convertite în alte unități conform tabelului de sus-dreapta.

În tabelul de mai jos sunt prezentate câteva temperaturi de bază pe scările Kelvin și Celsius.

A Pentru apă standard VSMOW, la presiunea de 101325 Pa, la calibrarea doar pe baza definirii temperaturii termodinamice prin două puncte.

Prefixele SI sunt folosite pentru indicarea multiplilor și submultiplilor kelvinului.

Denumiri, plural și majuscule

Denumirea „grad Kelvin" a fost introdusă de cea de a 11-a Conferință Generală de Măsuri și Greutăți din 1960. În 1967 a 13-a Conferință Generală de Măsuri și Greutăți a eliminat din denumirea unității cuvântul „grad", denumirea ei devenind kelvin, cu pluralul kelvini. Totodată a stabilit că simbolurile „°K" și „grd" nu mai sunt admise.

Când cuvântul se referă la unitatea kelvin (temperatură sau interval de temperatură) se scrie cu minuscule, cu excepția cazului când cuvântul este primul din propoziție. Când cuvântul se referă la scara Kelvin, se scrie cu majusculă.

Forma și stilul simbolului K

Simbolul kelvinului este întotdeauna litera latină majusculă K (nu se admite cursiv), deoarece minuscula este prefixul SI pentru 1 × 10 ³.

Simbolul special Unicode al kelvinului

Unicode, care este un standard industrial conceput să permită reprezentarea consistentă în calculatoare a tuturor simbolurilor din scrierile folosite în lume plasează „simbolul kelvin" la U+212A. În paginile www pentru simbolul kelvin se va folosi secvența: . Aspectul său este aproape la fel cu al majusculei K.

Deoarece unele calculatoare au probleme la afișarea simbolului kelvinului se admite folosirea în locul lui a majusculei K.

Temperatura de culoare

Kelvinul este folosit adesea pentru indicarea temperaturii de culoare a surselor de lumină. Definirea temperaturii de culoare se bazează pe radiația corpului negru, radiație a cărei culoare depinde de temperatura corpului radiant. Corpurile a căror temperatură este sub circa 4000 K par roșiatice, în timp ce cele a căror temperatură este peste circa 7500 K par albăstrui. Temperatura de culoare este importantă în domeniul proiecției imaginilor și al fotografiei, pentru peliculele de tip „pentru lumină de zi" temperatura de culoare a luminii trebuind să fie de circa 5500 K. În astronomie clasificarea stelelor și poziția lor în Diagrama Hertzsprung-Russell se bazează, între altele, pe temperatura suprafeței lor. De exemplu, temperatura fotosferei Soarelui este de 5778 K.

Bibliografie

# data[].attributes.attachment_link.description
Acest articol sau această secțiune are bibliografia incompletă sau inexistentă. Puteți contribui prin adăugarea de referințe în vederea susținerii bibliografice a afirmațiilor pe care le conține. Informații suplimentare: Kelvin (dezambiguizare) Scara Kelvin este scară de temperatură termodinamică (absolută) unde temperatura de zero absolut (0 K) este cea mai scăzută temperatură posibilă, nimic neputând fi răcit mai mult, iar în substanță nu mai există energie sub formă de căldură.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
O planetă este un corp astronomic care orbitează o stea sau o rămășiță stelară, care este suficient de masivă pentru a fi rotunjită de propria sa gravitație, nu este suficient de masivă pentru a provoca fuziunea termonucleară și și-a curățat regiunea vecină de planetezimale.

Termenul de planetă este vechi, având legături cu istoria, astrologia, știința, mitologia și religia. Cinci planete din Sistemul Solar sunt vizibile cu ochiul liber. În multe culturi timpurii, acestea erau considerate zeițe. Pe măsură ce cunoștințele științifice avansau, percepția umană asupra planetelor s-a schimbat, încorporând o serie de obiecte disparate. În 2006, Uniunea Astronomică Internațională (IAU) a adoptat oficial o rezoluție care definește planetele din Sistemul Solar. Această definiție este controversată, deoarece exclude multe obiecte ale masei planetare în funcție de unde sau ce orbitează. Deși opt dintre corpurile planetare descoperite înainte de 1950 rămân „planete" sub definiția actuală, unele corpuri cerești, cum ar fi Ceres, Pallas, Juno și Vesta (fiecare obiect din centura de asteroizi solari) și Pluto (primul obiect trans-Neptunian descoperit), care au fost considerate cândva planetele de către comunitatea științifică, nu mai sunt privite ca planete sub definiția actuală.

Planetele din astrologie au o definiție diferită.

Ptolemeu a gândit un sistem în care planetele orbitează Pământul în mișcări deferente și epiciclice. Deși ideea că planetele orbitau Soarele fusese sugerată de mai multe ori, abia în secolul al XVII-lea această opinie a fost susținută de dovezi din primele observații astronomice cu telescopul, realizate de Galileo Galilei. Cam în același timp, prin analiza atentă a datelor observaționale pre-telescopice colectate de Tycho Brahe, Johannes Kepler a descoperit că orbitele planetelor erau eliptice și nu circulare. Pe măsură ce instrumentele de observare s-au îmbunătățit, astronomia a observat că, la fel ca Terra, fiecare dintre planete se rotea în jurul unei axe înclinate în raport cu polul său orbital, iar unele aveau aceleași caracteristici precum calote glaciare și anotimpuri. Încă din zorii epocii spațiale, observarea atentă a sondelor spațiale a constatat că Pământul și celelalte planete au caracteristici precum vulcanismul, uraganele, plăcile tectonice și chiar hidrologia.

Planetele din Sistemul Solar sunt împărțite în două tipuri principale: planete mari gigantice cu densitate mică și telurice stâncoase mai mici. Există opt planete în Sistemul Solar. În ordinea distanței față de Soare, sunt cele patru planete telurice: Mercur, Venus, Pământ și Marte, apoi cele patru planete gigant: Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun. Șase dintre planete sunt orbitate de unul sau mai mulți sateliți naturali.

În Calea Lactee au fost descoperite câteva mii de planete în jurul altor stele („planete extrasolare" sau „ exoplanete"). La 2 aprilie 2020 erau cunoscute 4.241 de exoplanete în 3.139 de sisteme planetare, variind ca mărime de la dimensiunea Lunii până la giganți gazoși cam de două ori mai mari decât Jupiter, din care peste 100 de planete au aceeași dimenisune ca Terra; dintre acestea nouă se află la aceeași distanță relativă la steaua lor ca Terra de Soare, adică în zona locuibilă circumstelară. La 20 decembrie 2011, echipa telescopului spațial Kepler a raportat descoperirea primelor planete extrasolare de dimensiuni terestre, Kepler-20e și Kepler-20f,orbitând o stea asemănătoare Soarelui, Kepler-20. Un studiu din 2012, care analizează datele de la microlentile gravitaționale, estimează în medie cel puțin 1,6 planete legate de fiecare stea din Calea Lactee. Se crede că aproximativ una din cinci stele ca Soarele are o planetă de dimensiunea Pământului în zona sa locuibilă.

Cuvântul românesc planetă este un împrumut din franceză: planète și din latină: planeta. (Termenul francez planète are drept origine același termen latin planeta). Termenul latin planeta provine din greaca veche planêtês, care, în expresia πλανήτης αστήρης, transliterat: planêtês astêrês, desemneză „astru în mișcare" (sau „astru rătăcitor"), în opoziție cu stelele care apar imobile pe bolta cerească.

Ideea planetelor a evoluat de-a lungul istoriei sale, de la luminile divine ale antichității la obiectele pământești ale epocii științifice. Conceptul s-a extins pentru a include lumi nu numai în Sistemul Solar, ci și în sute de alte sisteme extrasolare. Ambiguitățile inerente definirii planetelor au dus la multe controverse științifice.

Cele cinci planete clasice, fiind vizibile cu ochiul liber, sunt cunoscute încă din cele mai vechi timpuri și au avut un impact semnificativ asupra mitologiei, cosmologiei religioase și astronomiei antice. În antichitate, astronomii au observat cum anumite lumini se deplasau pe cer, spre deosebire de „stelele fixe", care mențineau o poziție relativă constantă pe cer. Grecii antici au numit aceste lumini πλάνητες ἀστέρες ( planētes asteres, „stele rătăcitoare") sau pur și simplu πλανῆται ( planētai, „rătăcitor"), din care a derivat cuvântul „planetă" de azi.

În Grecia antică, China, Babilon și toate civilizațiile pre-moderne, se credea că Pământul este centrul Universului și că toate „planetele" înconjurau Pământul. Motivele acestei percepții au fost că stelele și planetele păreau să se învârtă în jurul Pământului în fiecare zi și aparenta percepție de bun-simț că Pământul era solid și stabil și că nu se mișca, ci era în repaus.

Prima civilizație cunoscută că a avut o teorie funcțională a planetelor au fost babilonienii, care au trăit în Mesopotamia în primul și al doilea mileniu î.Hr. Cel mai vechi text astronomic care s-a păstrat este Tăblița lui Venus a lui Ammisaduqa, o copie din secolul VII î.Hr. a unei liste de observații a mișcărilor planetei Venus, care datează probabil încă din al doilea mileniu î.Hr. Mul Apin este o pereche de tăblițe cuneiforme care datează din secolul al VII-lea î.Hr. și care desenează mișcările Soarelui, Lunii și planetelor pe parcursul anului. Astrologii babilonieni au pus, de asemenea, bazele pentru ceea ce ulterior a devenit astrologia occidentală. Enuma anu enlil scrisă în perioada neo-asiriană în secolul al VII-lea lea î.Hr., cuprinde o listă de semne și relațiile lor cu diverse fenomene cerești, inclusiv mișcările planetelor. Venus, Mercur, Marte, Jupiter și Saturn au fost toate identificate de astronomii babilonieni. Acestea vor rămâne singurele planete cunoscute până la inventarea telescopului, în timpurile moderne timpurii.

Deoarece nu erau la fel de interesați de divinități ca babilonienii, inițial, grecii antici nu au acordau prea multă semnificație planetelor. Pitagoreicii, în secolele VI și V î.Hr. par să fi dezvoltat propria lor teorie planetară independentă, care a constat în Pământ, Soare, Lună, planete care se roteau în jurul unui „Foc Central", centrul Universului. Se spune că Pitagora sau Parmenide a fost primul care a identificat steaua de seară (Hesperos) și steaua de dimineață (Phosphoros) ca fiind una și aceeași, deși acest lucru a fost cunoscut de mult timp de către babilonieni. În secolul al III-lea î.Hr. Aristarh din Samos a propus un sistem heliocentric, conform căruia Pământul și planetele se roteau în jurul Soarelui. Cu toate acestea, sistemul geocentric a rămas dominant până la Revoluția științifică.

Până în secolul I î.Hr., în perioada elenistică, grecii au început să dezvolte propriile scheme matematice pentru a prezice pozițiile planetelor. Aceste scheme, care s-au bazat mai mult pe geometrie decât pe aritmetica babilonienilor, au sfârșit prin a eclipsa teoriile babilonienilor deoarece erau mai complexe și cuprinzătoare, conținând majoritatea mișcărilor astronomice observate de pe Pământ cu ochiul liber. Aceste teorii au atins expresia lor maximă în Almagest, scrisă de Ptolemeu în secolul al II-lea. Atât de completă a fost dominația modelului lui Ptolemeu încât a înlocuit toate lucrările anterioare despre astronomie și a rămas textul astronomic definitiv în lumea occidentală timp de 13 secole. Pentru greci și romani existau șapte planete cunoscute, fiecare înconjurând Pământul conform legilor complexe stabilite de Ptolemeu. Erau, în ordine crescătoare de la Pământ (în ordinea lui Ptolemeu și folosind nume moderne): Luna, Mercur, Venus, Soarele, Marte, Jupiter și Saturn.

În anul 499 astronomul indian Aryabhata a propus un model planetar care a încorporat în mod explicit rotația Pământului în jurul axei sale, pe care el o explică ca fiind cauza a ceea ce pare a fi o mișcare a stelelor spre vest. De asemenea, a crezut că orbitele planetelor sunt eliptice. Acest model a fost acceptat pe scară largă de mulți astronomi indieni, în special în India de Sud, unde au fost urmate principiile sale de rotație diurnă a Pământului, precum și o serie de lucrări secundare.

În 1500, Nilakantha Somayaji de la școala Kerala de astronomie și matematică, în lucrarea sa Tantrasangraha, a revizuit modelul lui Aryabhata. În Aryabhatiyabhasya, un comentariu despre Aryabhatiya lui Aryabhata, el a dezvoltat un model planetar în care Mercur, Venus, Marte, Jupiter și Saturn orbitează Soarele, care la rândul lor orbitează Pământul, similar cu sistemul tychonic care va fi propus mai târziu de Tycho Brahe la sfârșitul secolului al XVI-lea. Majoritatea astronomilor de la școala Kerala care l-au urmat au acceptat modelul său planetar.

În secolul al XI-lea, tranzitul lui Venus a fost observat de Avicenna, care a stabilit că Venus era, cel puțin uneori, sub Soare în cosmologia tolemică. În secolul al XII-lea, Ibn Bajjah a observat „două planete ca puncte negre pe fața Soarelui", care ulterior a fost identificat ca fiind tranzitul lui Mercur și Venus de către astronomul Qotb al-Din Shirazi în secolul al XIII-lea. Cu toate acestea, Ibn Bajjah nu ar fi putut observa un tranzit al lui Venus, deoarece nu a avut loc nici unul în timpul vieții sale.

Pe măsură ce cunoștințele științifice au progresat, înțelegerea termenului „planetă" s-a schimbat de la ceva care se mișcă pe cer (în raport cu câmpul stelar) către un corp care orbitează Pământul (sau despre care se credea că ar face acest lucru la vremea respectivă) și, în secolul al XVIII-lea la ceva care orbita direct Soarele, când modelul heliocentric al lui Copernic, Galileo și Kepler a dobândit influență.

Astfel, Pământul a fost inclus în lista planetelor, în timp ce Soarele și Luna au fost excluse. La început, când primii sateliți ai lui Jupiter și Saturn au fost descoperiți în secolul al XVII-lea, termenii „planetă" și „satelit" au fost folosiți în mod interschimbabil, deși al doilea a obținut treptat prevalența în secolul următor. Până la mijlocul secolului al XIX-lea, numărul de „planete" a crescut rapid deoarece orice obiect recent descoperit care orbita direct Soarele a fost enumerat ca planetă de către comunitatea științifică.

În secolul al XIX-lea, astronomii au început să conștientizeze că acele corpuri recent descoperite care au fost clasificate ca planete timp de aproape o jumătate de secol (cum ar fi Ceres, Pallas, Juno și Vesta) erau foarte diferite de cele tradiționale. Aceste corpuri au împărțit aceeași regiune de spațiu între Marte și Jupiter ( centura de asteroizi) și aveau o masă mult mai mică; ca urmare au fost reclasificate ca „asteroizi".

În absența unei definiții formale, o „planetă" a ajuns să fie înțeleasă ca orice corp „mare" care orbita Soarele. Pentru că a existat un decalaj de dimensiuni dramatice între asteroizi și planete, iar valul noilor descoperiri părea să se fi încheiat după descoperirea lui Neptun în 1846, nu era necesară o definire formală.

În secolul XX, a fost descoperită Pluto. Întrucât observațiile inițiale indicau că era mai mare decât Pământul, obiectul a fost imediat acceptat ca a noua planetă. Monitorizarea ulterioară a arătat că de fapt era mult mai mică: în 1936, Ray Lyttleton a sugerat că Pluto ar putea fi un satelit scăpat de la Neptun, iar Fred Whipple a sugerat în 1964 că Pluto ar putea fi o cometă. Întrucât era încă mult mai mare decât toți asteroizii cunoscuți, și-a păstrat acest statut până în 2006.

În 1992, astronomii Aleksander Wolszczan și Dale Frail au anunțat descoperirea planetelor în jurul unui pulsar, PSR B1257+12. Această descoperire este în general considerată a fi prima detectare definitivă a unui sistem planetar în jurul altei stele. Apoi, la 6 octombrie 1995, Michel Mayor și Didier Queloz de la Observatorul de la Geneva au anunțat prima detectare definitivă a unei exoplanete orbitând o stea obișnuită cu secvență principală ( 51 Pegasi).

Descoperirea planetelor extrasolare a dus la o altă ambiguitate în definirea unei planete: punctul în care o planetă devine stea. Multe planete extrasolare cunoscute au o masă mai mare de câteva ori masa lui Jupiter, apropiindu-se de cea a obiectelor stelare cunoscute sub numele de pitică cenușie. Piticele cenușii sunt considerate în general stele datorită capacității lor de a fuziona deuteriu, un izotop mai greu al hidrogenul. În timp ce stelele cu o masă mai mare de 75 de ori mai mare decât cea a lui Jupiter fuzionează hidrogenul, stelele cu o masă de doar 13 ori mai mare decât cea a lui Jupiter pot fuziona deuteriu. Deuteriu este destul de rar și majoritatea piticelor cenușii ar fi încetat să mai fuzioneze deuteriu cu mult înainte de descoperirea lor, făcându-le efectiv să nu se distingă de planetele supermasive.

Odată cu descoperirea din ultima jumătate a secolului XX a mai multor obiecte din Sistemul Solar și a obiectelor mari din jurul altor stele, au apărut dispute despre ceea ce ar trebui să constituie o planetă. Au existat dezacorduri deosebite cu privire la faptul că un obiect ar trebui să fie considerat o planetă dacă a făcut parte dintr-o populație distinctă, cum ar fi o centură, sau dacă a fost suficient de mare pentru a genera energie prin fuziunea termonucleară a deuteriului.

Un număr tot mai mare de astronomi au susținut că Pluto va fi declasificat ca planetă, deoarece multe obiecte similare care se apropiau de dimensiunile sale au fost găsite în aceeași regiune a Sistemului Solar ( centura Kuiper) în anii 1990 și începutul anilor 2000. S-a descoperit că Pluto este doar un singur corp mic într-o populație de mii.

Unele dintre ele, cum ar fi Quaoar, Sedna și Eris, au fost anunțate în presa populară ca a zecea planetă, nereușind să primească recunoaștere științifică largă. În 2005, anunțul lui Eris, un obiect cu o masă cu 27% mai mare decât Pluto, a creat necesitatea și dorința publică pentru o definiție oficială a planetei.

Planete extrasolare

1. Sunt „planete" indiferent cum s-au format obiectele cu masă reală sub masa limită de fuziune termonucleară a deuteriului (calculată în prezent a fi de 13 ori mai mare decât masa lui Jupiter pentru obiectele cu aceeași abundență izotopică ca Soarele) și orbitând stele sau resturi stelare. asa și dimensiunea minimă necesare pentru ca un obiect extrasolar să fie considerat o planetă ar trebui să fie aceeași cu cea utilizată în Sistemul Solar.

2. Obiectele substelare cu o masă reală deasupra masei limită a fuziunii termonucleare a deuteriului sunt „pitice cenușii", indiferent de modul în care s-au format sau unde se află.

3. Obiectele plutitoare libere din grupele de stele tinere, a căror masă se află sub masa limită de fuziune termonucleară a deuteriului nu sunt „planete", ci sunt „sub-pitice cenușii" (sau un alt nume mai potrivit care trebuie atribuit).

Această definiție de lucru este folosită pe scară largă de către astronomi atunci când publică descoperiri ale exoplanetelor în reviste academice. Deși este temporar, rămâne o definiție eficientă a funcționării până la adoptarea formală a uneia permanente. Nu abordează disputa privind limita de masă inferioară și astfel a evitat controversa privind obiectele din Sistemul Solar. Această definiție nu face nici un comentariu asupra stării planetare a obiectelor care orbitează pitice cenușii, cum ar fi 2M1207b.

O definiție a unei sub-pitice cenușii este un obiect cu masă planetară, format prin colapsul nebuloasei și nu prin acreție. Această distincție de formare între o sub-pitică cenușie și o planetă nu este convenită în mod universal; astronomii sunt împărțiți în două tabere dacă procesul de formare a unei planete este considerat ca parte a clasificării sale. Unul din motive este că, adesea, nu se poate determina procesul de formare. De exemplu, o planetă formată prin acreție în jurul unei stele poate fi ejectată din sistem devenind o plutitoare liberă, și, de asemenea, o sub-pitică cenușie care s-a format singură într-un grup de stele prin colapsul nebuloasei poate fi capturată pe orbita unei stele.

Un studiu sugerează că obiectele de peste 10 formate prin instabilitate gravitațională nu ar trebui să fie încadrate ca planete.

Cele 13 mase Jupiter reprezintă o masă medie mai degrabă decât o valoare de prag precisă. Obiectele mari vor fuziona majoritatea deuteriului lor, iar cele mai mici vor fuziona doar puțin, iar valoarea de 13 este undeva între ele. De fapt, calculele arată că un obiect fuzionează 50% din conținutul său de deuteriu inițial când masa totală este cuprinsă între 12 și 14 . Cantitatea de deuteriu fuzionată depinde nu numai de masă, ci și de compoziția obiectului, de cantitatea de heliu și deuteriu prezent.

Problema limitei inferioare a fost abordată în cadrul ședinței din 2006 a Adunării Generale a UAI. După multe dezbateri adunarea a votat și a adoptat o rezoluție cu următoarea definiție a unei planete din Sistemul Solar:

„O „planetă" [1] este un corp ceresc care (a) se află pe orbită în jurul Soarelui, (b) are suficientă masă pentru a fi în echilibru hidrostatic (aproape rotund) și (c) a curățat vecinătatea orbitei sale.
[1] Cele opt planete sunt: Mercur, Venus, Pământ, Marte, Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun."

Conform acestei definiții, Sistemul Solar are opt planete. Corpurile care îndeplinesc primele două condiții, dar nu și a treia (cum ar fi Ceres, Pluto și Eris) sunt clasificate drept planete pitice, cu condiția să nu fie și sateliți naturali ai altor planete. Inițial, un comitet IAU a propus o definiție care ar fi inclus un număr mult mai mare de planete, deoarece nu a inclus (c) drept criteriu. După multe discuții, s-a decis, prin vot, ca aceste corpuri să fie clasificate ca planete pitice.

Această definiție se bazează pe teoriile formării planetare, în care embrionii planetari își curăță mai întâi vecinătatea orbitală de alte obiecte mai mici. După cum descrie astronomul Steven Soter:

„Produsul final al acumulării de discuri secundare este un număr mic de corpuri relativ mari (planete), fie pe orbitele care nu se intersectează, fie în rezonanță, care împiedică coliziunile între ele. Planetele minore și cometele, inclusiv obiectele din centura Kuiper, diferă de planete prin aceea că se pot ciocni între ei și cu planetele."

Definiția UAI din 2006 prezintă unele provocări pentru exoplanete, deoarece limbajul este specific Sistemului Solar și pentru că criteriile de rotunjime și de curățare a zonei orbitale nu sunt în prezent observabile. Astronomul Jean-Luc Margot a propus un criteriu matematic care să stabilească dacă un obiect își poate curăța orbita în timpul vieții stelei gazdă, pe baza masei planetei, axa semimajoră și masa stelei gazdă. Această formulă produce o valoare π care este mai mare decât 1 pentru planete. Cele opt planete cunoscute și toate exoplanetele cunoscute au valori π peste 100, în timp ce Ceres, Pluto și Eris au valori π de 0,1 sau mai puțin. Obiecte cu valori π de 1 sau mai mult sunt de asemenea așteptate să fie aproximativ sferice, astfel încât obiectele care îndeplinesc cerința de curățare a zonei orbitale îndeplinesc automat cerința de rotunjire.

Obiecte considerate anterior planete

Tabelul de mai jos prezintă corpurile Sistemului Solar care odată au fost considerate planete.

Stea

Clasificată ca planetă clasică (din grecescul πλανῆται, rătăcitor) în Antichitatea clasică și Europa medievală, în conformitate cu modelul geocentric.

Sateliți naturali

Cei mai mari sateliți ai lui Jupiter, cunoscuți sub numele de sateliții galileeni după descoperitorul lor Galileo Galilei. El s-a referit la acești sateliți drept „planetele Mediciani" în cinstea protectorului său, familia Medici. Erau cunoscute sub numele de planete secundare.

Sateliți naturali

Cinci dintre sateliții mai mari ai lui Saturn, descoperiți de Christiaan Huygens și Giovanni Domenico Cassini. La fel ca sateliții majori ai lui Jupiter, erau cunoscuți sub numele de planete secundare.

Asteroizi

Considerate planete de la descoperirea lor între 1801 și 1807 până când au fost reclasificate ca asteroizi în anii 1850.

Ceres a fost clasificat ulterior drept planetă pitică în 2006.

Asteroizi

Mai mulți asteroizi, descoperiți între 1845 și 1851. Lista corpurilor dintre Marte și Jupiter, listă care s-a extins rapid, a determinat reclasificarea lor ca asteroizi, lucru acceptat pe scară largă până în 1854.

Planetă pitică și obiect din centura Kuiper

Primul obiect trans-neptunian cunoscut (adică planeta minoră cu o axă semi-majoră dincolo de Neptun). Considerată planetă de la descoperirea sa în 1930 până când a fost reclasificată ca planetă pitică în 2006.

Dincolo de comunitatea științifică, Pluto are încă o importanță culturală pentru mulți din publicul larg datorită clasificării sale istorice ca planetă din 1930 până în 2006.

Numele planetelor din lumea occidentală sunt derivate din practicile de numire ale romanilor, care în cele din urmă derivă din cele ale grecilor și ale babilonienilor. În Grecia antică, cele două mari stele Soarele și Luna erau numite Helios și Selene. Cea mai îndepărtată planetă (Saturn) se numea Phainon, „strălucitorul", urmată de Phaethon (Jupiter), „luminosul"; planeta roșie (Marte) era cunoscută sub numele de Pyroeis, „cea de culoarea focului". Cea mai strălucitoare (Venus) era cunoscută sub numele de Phosphorus, „cea aducătoare de lumină" iar planeta finală (Mercur) a fost numită Stilbon, „cea a strălucirii trecătoare".

De asemenea, grecii au consacrat fiecare planetă unuia dintre zeii din panteonul lor: Helios și Selene erau nume atât de planete cât și de zei, Phainon a fost consacrat lui Cronos, titanul care a fost tatăl olimpicilor, Phaethon a fost consacrat lui Zeus, fiul lui Cronos care l-a detronat ca rege. Pyroeis a fost consacrat lui Ares, fiul lui Zeus și zeul războiului, Phosphoros era controlat de Afrodita, zeița iubirii iar Hermes, mesagerul zeilor și zeul învățării și al spiritului, a stăpânit asupra lui Stilbon.

Practica greacă de a transplanta numele zeilor planetelor a fost aproape sigur împrumutată de la babilonieni. Babilonienii au numit-o pe Phosphoros după zeița iubirii , Pyroeis după zeul războiului , Stilbon după zeul înțelepciunii și pe Phaethon după zeul lor principal, . Există prea multe concordanțe între convențiile de denumire grecești și babiloniene pentru ca acestea să fi apărut separat. Traducerea nu a fost perfectă. De exemplu, zeul babilonian Nergal a fost un zeu al războiului și astfel grecii l-au identificat cu Ares. Spre deosebire de Ares, Nergal era și zeul bolilor și al infernului.

Astăzi, majoritatea oamenilor din lumea occidentală cunosc planetele după nume derivate din panteonul olimpic al zeilor. Deși grecii moderni încă își folosesc numele străvechi pentru planete, alte limbi europene, din cauza influenței Imperiului Roman și, mai târziu, a Bisericii Catolice, folosesc mai degrabă numele latine decât cele grecești. Romanii, care, la fel ca grecii erau indo-europeni, împărtășeau cu ei un panteon comun sub diferite denumiri, însă nu aveau bogate tradiții narative pe care cultura poetică greacă le-a dat zeilor lor. În perioada finală a Republicii Romane, scriitorii romani au împrumutat o mare parte din narațiunile grecești și le-au aplicat propriului panteon, până la punctul în care au devenit practic nu se mai puteau distinge.

Când romanii au studiat astronomia greacă, au dat planetelor propriile nume ale zeilor: (pentru Hermes), (Afrodita), (Ares), (Zeus) și (Cronus). Când au fost descoperite planetele ulterioare în secolele al XVIII-lea și al XIX-lea, practica de numire a fost păstrată cu (Poseidon). Uranus este unic prin faptul că este numit mai degrabă după o zeitate greacă decât pentru omologul său roman ().

Unii romani, după o credință originară din Mesopotamia, dar care s-a dezvoltat în Egiptul elenistic, credeau că cei șapte zei după care au fost numite planetele petreceau ore pe rând în fiecare zi având grijă de problemele de pe Pământ. Ordinea schimburilor era: Saturn, Jupiter, Marte, Soare, Venus, Mercur, Luna (de la cea mai îndepărtată până la cea mai apropiată planetă). Prin urmare, prima zi era începută de Saturn (ora 1), a doua zi de Soare (ora 25), urmată de Lună (ora 49), Marte, Mercur, Jupiter și Venus. Deoarece fiecare zi a fost numită de zeul care a început-o, aceasta este și ordinea zilelor săptămânii în calendarul roman după ciclul Nundinae fost respins.

Întrucât Pământul a fost acceptat în general ca planetă în secolul al XVII-lea, nu există o tradiție de a-l numi după un zeu.

Culturile non-europene folosesc alte sisteme de denumire planetară. India folosește un sistem bazat pe Navagraha, care include cele șapte planete tradiționale ( Surya pentru Soare, Chandra pentru Lună, Budha pentru Mercur, Shukra pentru Venus, Mangala pentru Marte, Bṛhaspati pentru Jupiter și Shani pentru Saturn) și nodurile lunare ascendente și descendente (puncte în care orbita Lunii traversează ecliptica) Rahu și Ketu.

China și țările din estul Asiei supuse istoric influenței culturale chinezești (cum ar fi Japonia, Coreea și Vietnam) folosesc un sistem de denumire bazat pe cele cinci elemente chinezești: apă (Mercur), metal (Venus), foc (Marte), lemn (Jupiter) și pământ (Saturn).

În astronomia tradițională ebraică, cele șapte planete tradiționale au (în cea mai mare parte) denumiri descriptive - Soarele este חמה Ḥammah sau „cel fierbinte", Luna este לבנה Levanah sau „cea albד", Venus este כוכב נוגה Kokhav Nogah sau „planeta strדlucitoare", Mercur este כוכב Kokhav sau „planeta" (avגnd מn vedere lipsa ei de caracteristici distincte), Marte este מאדים Ma'adim sau „cea roșie", iar Saturn este שבתאי Shabbatai sau „cel care se odihnește" (מn referire la mișcarea sa lentד מn comparație cu celelalte planete vizibile). Cel mai ciudat este Jupiter, numit צדק Tzedeq sau „dreptate". Steiglitz sugereazד cד ar putea fi un eufemism pentru numele original al כוכב בעל Kokhav Ba'al sau „planeta lui Baal".

־n arabד, Mercur este عُطَارِد ( ʿUṭārid, este asociat cu Ishtar/Astarte), Venus este الزهرة ( az-Zuhara, "cea strדlucitoare", un epitet al zeiței Al-'Uzzב), Pדmגntul este الأرض ( al-ʾArḍ, de la aceeași rדdדcinד ca eretz), Marte este اَلْمِرِّيخ ( al-Mirrīkh, מnsemnגnd „sדgeata fדrד pene" datoritד mișcדrii sale retrograde), Jupiter este المشتري ( al-Muštarī, „cel de מncredere", din Akkadian) și Saturn este زُحَل ( Zuḥal, „cel care abandoneazم").

Nu se cunoaște cu certitudine cum se formează planetele. Teoria predominantă este aceea că acestea sunt formate în timpul colapsării unei nebuloase într-un disc subțire de gaz și praf. În nucleu se formează o protostea, înconjurat de un disc protoplanetar rotativ. Prin acreție (un proces de aglutinare de coliziune) particulele de praf din disc acumulează constant masă formând corpuri tot mai mari. Se formează concentrații locale de masă cunoscute sub numele de planetezimale care accelerează procesul de acreție prin atragerea de material suplimentar cu forța sa gravitațională. Aceste concentrații devin din ce în ce mai dense până se prăbușesc spre interior datorită gravitației formând protoplanete. După ce o planetă atinge o masă ceva mai mare decât masa lui Marte, aceasta începe să acumuleze o atmosferă extinsă, crescând mult rata de captare a planetezimalelor. În funcție de istoricul acumulărilor de solide și gaze, poate rezulta o planetă uriașă, un gigant de gheață sau o planetă telurică.

Când protosteaua a crescut până la punctul de aprindere pentru a forma o stea, discul rămas este îndepărtat din interior spre exterior prin fotoevaporare, vânt solar și alte efecte.

După aceea, pot exista numeroase protoplanete care orbitează steaua sau una pe cealaltă, dar în timp, multe se vor ciocni, fie pentru a forma o singură planetă mai mare, fie eliberând material care va fi absorbit de alte protoplanete sau planete. Acele obiecte care au devenit suficient de masive, vor capta cea mai mare parte din vecinătatea lor orbitală devenind planete. Protoplanetele care au evitat coliziunile pot deveni sateliți naturali ai planetelor printr-un proces de captare gravitațională sau rămân în centurile altor obiecte pentru a deveni planete pitice sau corpuri mici.

Impactul energetic al planetelor mai mici (precum și dezintegrarea radioactivă) vor încălzi planeta în creștere, determinând să se topească cel puțin parțial. Interiorul planetei începe să se diferențieze în funcție de masă, dezvoltând un nucleu mai dens. Planetele telurice mai mici își pierd cea mai mare parte a atmosferei din cauza acestei acreții, dar gazele pierdute pot fi înlocuite prin pierderea gazelor din manta și a impactelor ulteriore cu cometele. (Planetele mai mici vor pierde orice atmosferă pe care o vor câștiga prin diferite mecanisme de evadare.)

Odată cu descoperirea și observarea sistemelor planetare din jurul altor stele, devine posibilă elaborarea, revizuirea sau chiar înlocuirea acestui proces. În prezent, se crede că nivelul de metalicitate - termen astronomic care descrie abundența elementelor chimice cu un număr atomic mai mare de 2 (heliu) - determină probabilitatea ca o stea să aibă planete. Prin urmare, se crede că o stea de populație I bogată în metale va avea probabil un sistem planetar mai substanțial decât o stea de populație II, săracă în metale.

Există opt planete în Sistemul Solar, în următoarea ordine a distanței față de Soare:

Jupiter este cea mai mare, de 318 ori mai mare decât Pământul, în timp ce Mercur este cea mai mică, cu 0,055 din masa Pământului.

Planetele Sistemului Solar pot fi împărțite în categorii în funcție de compoziția lor:

Telurice: Planete care sunt similare cu Pământul, cu corpuri compuse în mare parte din rocă: Mercur, Venus, Pământ și Marte. La 0,055 din masa Pământului, Mercur este cea mai mică planetă telurică (și cea mai mică planetă) din Sistemul Solar. Pământul este cea mai mare planetă telurică.

Planete gigant (ioviene): Planete masive, semnificativ masive față de cele telurice: Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun.

Gigant gazos, Jupiter și Saturn sunt planete gigant compuse în principal din hidrogen și heliu și sunt cele mai masive planete din Sistemul Solar. Jupiter, care are de 318 ori masa Pământului, este cea mai mare planetă din Sistemul Solar, iar Saturn are de 95 de ori masa Pământului.

Gigant de gheață, Uranus și Neptun, sunt compuse în principal din materiale cu punct de fierbere scăzut, cum ar fi apă, metan și amoniac, cu atmosfere groase de hidrogen și heliu. Au o masă semnificativ mai mică decât giganții gazoși (doar de 14 și 17 ori masa Pământului).

O exoplanetă (planetă extrasolară) este o planetă din afara Sistemului Solar. La 2 aprilie 2020 existau 4.241 de exoplanete confirmate în 3.139 de sisteme, din care 691 de sisteme au mai multe planete.

Prima descoperire confirmată a unei planete extrasolare orbitând o stea obișnuită cu secvență principală s-a produs la 6 octombrie 1995, când Michel Mayor și Didier Queloz de la Universitatea din Geneva au anunțat depistarea unei exoplanete în jurul stelei 51 Pegasi. De atunci până la misiunea Kepler, cele mai cunoscute planete extrasolare au fost giganți gazoși comparabili în masă cu Jupiter sau mai mari, deoarece au fost mai ușor detectat. Catalogul planetelor candidate Kepler constă în cea mai mare parte din planete de dimensiunea Neptunului sau mai mici, până la mai mici decât Mercur.

Există noi categorii de planete pe care nu le găsim în Sistemul Solar: așa numitele Super-Pământ și Mini-Neptun, care ar putea fi stâncoase precum Pământul sau un amestec de gaze precum Neptun; o posibilă line de demarcare între cele două tipuri de planetă ar putea fi o rază de 1,75 ori mai mare decât Pământ. Există Jupiteri fierbinți care orbitează foarte aproape de steaua lor și s-ar putea evapora devenind planete chtoniene, care sunt nucleele rămase. Un alt tip posibil de planetă sunt planetele de carbon, care se formează în sisteme cu o proporție mai mare de carbon decât în Sistemul Solar.

La 20 decembrie 2011, echipa telescopului spațial Kepler a raportat descoperirea primelor exoplanete de dimensiunea Pământului: Kepler-20e și Kepler-20f, care orbitează o stea asemănătoare Soarelui, Kepler-20.

Există exoplanete care sunt mult mai apropiate de steaua lor mamă decât orice planetă din Sistemul Solar de Soare și există și exoplanete care sunt mult mai îndepărtate de steaua lor. Mercur, cea mai apropiată planetă de Soare, la 0,4 AU, are o orbită de 88 de zile dar cele mai scurte orbite cunoscute pentru exoplanete durează doar câteva ore. Sistemul Kepler-11 are cinci dintre planetele sale pe orbite mai scurte decât ale lui Mercur, toate planetele fiind mult mai masive decât Mercur. Neptun este la 30 AU de Soare și are o orbită de 165 de ani dar există exoplanete care sunt la sute de AU de steaua lor și au o orbită de peste 1000 de ani, de exemplu 1RXS1609 b.

Un obiect de masă planetară sau corp planetar este un obiect ceresc cu o masă care se încadrează în domeniul definiției unei planete: suficient de masiv pentru a atinge echilibrul hidrostatic (pentru a fi rotunjit sub propria gravitație), dar nu suficient pentru a susține fuziunea nucleului ca o stea. Prin definiție, toate planetele sunt obiecte de masă planetară, dar scopul acestui termen este să se refere la obiecte care nu se conformează așteptărilor tipice pentru o planetă. Acestea includ planete pitice, care sunt rotunjite de propria lor gravitație dar nu sunt suficient de masive pentru a-și curăța propria orbită, sateliții mai mari și planetele orfane plutitoare libere care sunt ejectate dintr-un sistem sau obiecte formate prin colapsul nebuloasei și nu prin acreție (uneori numite sub-pitice cenușii).

O planetă pitică este un obiect de masă planetară care nu este nici planetă adevărată și nici satelit natural; se află pe orbita directă a unei stele și este suficient de masivă pentru ca gravitația sa să o comprime într-o formă hidrostatică echilibrată (de obicei un sferoid), dar nu a curățat vecinătatea orbitei sale de alte materiale. Alan Stern, care a propus termenul „planetă pitică", a susținut că amplasarea nu ar trebui să conteze și că ar trebui luate în considerare doar atributele geofizice (definiția geofizică a planetei), și că planetele pitice sunt astfel un subtip al planetei. Cu toate acestea, UAI clasifică planetele pitice ca o categorie separată. Nu se cunoaște numărul planetelor pitice din Sistemul Solar. UAI a recunoscut trei ( Ceres, Pluto și Eris) și a atribuit numirea a doi candidați suplimentari, Haumea și Makemake, comitetului de numire a planetelor pitice din cadrul UAI.

Mai multe simulări computerizate ale formării stelare și a sistemului planetar au sugerat ca unele obiecte de masă planetară să fie ejectate în spațiul interstelar. Unii oameni de știință au susținut că astfel de obiecte găsite în spațiul adânc ar trebui clasificate drept „planete", deși alții au sugerat că ar trebui numite pitice cenușii cu masă scăzută.

Stelele se formează prin colapsul gravitațional al norilor de gaz, dar obiectele mai mici se pot forma și prin colapsul norului. Obiectele de masă planetară formate în acest fel sunt uneori numite sub-pitice cenușii.Sub-piticele cenușii pot fi plutitoare libere, cum ar fi Cha 110913-773444 și OTS 44, su pot orbita un obiect mare, cum ar fi 2MASS J04414489+2301513.

Sistemele binare ale sub-piticelor cenușii sunt teoretic posibile; inițial s-a crezut că Oph 162225-240515 era un sistem binar dintre o pitică cenușie de 14 mase Jupiter și o sub-pitică cenușie de 7 mase Jupiter, dar observațiile ulterioare au revizuit masele estimate în sus la peste 13 mase Jupiter, făcându-le pitice cenușii, conform definițiilor de lucru ale UAI.

Unii sateliți mari au dimensiuni similare sau mai mari decât planeta Mercur, de exemplu sateliții galileeni ai lui Jupiter și Titan. Alan Stern a susținut că amplasarea nu ar trebui să conteze și că în definiția unei planete trebuie luate în considerare doar atributele geofizice și propune termenul de planetă satelit pentru un satelit de dimensiunea unei planete.

Planetele orfane din roiuri stelare au viteze similare cu stelele și astfel pot fi recapturate. De obicei, sunt captate pe orbite largi, între 100 și 10 ⁵ AU. Eficiența de captare scade odată cu creșterea volumului roiului, iar pentru o anumită dimensiune a roiului eficiența de captare crește odată cu masa gazdei. Este aproape independent de masa planetară. Planetele singure și multiple pot fi capturate în orbite arbitrare nealiate, ne-coplanare între ele sau cu rotația gazdelor stelare.

Deși fiecare planetă are caracteristici fizice unice, există unele caracteristici comune între ele. Unele dintre aceste caracteristici, cum ar fi inelele sau sateliții naturali, au fost observate până acum doar la planetele din Sistemul Solar, în timp ce altele sunt observate în mod obișnuit și la planetele extrasolare.

Perioada revoluției unei planete pe orbita sa este cunoscută sub denumirea de perioadă siderală sau an sideral.

Un an pe o planetă depinde de distanța de steaua sa; cu cât o planetă este mai îndepărtată de steaua sa, nu numai că va avea o distanță mai mare de parcurs, dar va reduce și viteza deoarece va fi mai puțin afectată de gravitația stelei. Nici o orbită a planetei nu este perfect circulară și, prin urmare, distanța fiecăreia variază de-a lungul anului. Cea mai apropiată abordare a stelei sale se numește periapsă (periheliu în Sistemul Solar), în timp ce cea mai mare îndepărtare de stea se numește apoapsă (afeliu). Pe măsură ce o planetă se apropie de periapsidă, viteza sa crește pe măsură ce energia gravitațională se transformă în energie cinetică, la fel cum un obiect care cade pe Pământ accelerează pe măsură ce cade; pe măsură ce planeta atinge apoapsida, viteza sa scade, la fel cum un obiect aruncat în sus pe Pământ încetinește, când atinge vârful traiectoriei sale.

Orbita fiecărei planete este definită de un set de elemente:

Excentricitatea unei orbite descrie modul în care est alungită orbita unei planete. Planetele cu excentricități scăzute au orbite mai circulare, în timp ce planetele cu excentricități ridicate au orbite mai eliptice. Planetele din Sistemul Solar au excentricități foarte scăzute și deci aproape orbite circulare.[117] Cometele și obiectele centurii Kuiper (precum și mai multe planete extrasolare) au excentricități foarte mari și deci orbite extrem de eliptice.[119][120]

Semiaxa majoră este distanța de la o planetă la jumătatea celui mai mare diametru al orbitei sale eliptice (vezi imaginea). Această distanță nu este aceeași cu apoapsida sa, deoarece nici o orbită a planetei nu are steaua exact în centrul ei.[117]

Înclinația unei planete indică cât de departe este orbita sa deasupra sau sub un plan de referință. În Sistemul Solar, planul de referință este planul orbitei Pământului, numit ecliptic. Pentru planetele extrasolare, planul, cunoscut sub numele de planul cerului sau planul celest, este planul perpendicular pe linia de vedere a observatorului de pe Terra.[121] Toate cele opt planete ale Sistemului Solar se află foarte aproape de ecliptică; cometele și obiectele centurii Kuiper precum Pluto sunt cu unghiuri mult mai mari față de aceasta.[122] Punctele în care o planetă își traversează planul de referință deasupra și dedesubt se numesc noduri ascendente și descendente.[117] Longitudinea nodului ascendent este unghiul dintre longitudinea zero a planului de referință și nodul ascendent al planetei. Argumentul periapsei (sau periheliu în Sistemul Solar) este unghiul dintre nodul ascendent a planetei și cea mai mare apropiere de steaua sa.[117]

Planetele au, de asemenea, diferite grade de înclinare axială: se află într-un anumit unghi față de planul ecuatorului stelelor lor. Acesta variază cantitatea de lumină primită de fiecare emisferă pe tot parcursul anului; atunci când emisfera nordică nu este îndreptată spre steaua sa, emisfera sudică indică spre ea și invers. Prin urmare, fiecare planetă are anotimpuri: schimbări de climă pe tot parcursul anului. Momentul în care fiecare emisferă este cea mai îndepărtată sau mai apropiată de steaua sa se numește solstițiu. Fiecare planetă are două solstiții pe parcursul unui an; când o emisferă are solstițiul de vară (ziua este mai lungă), cealaltă are solstițiul de iarnă (ziua este mai scurtă).

Cantitatea variabilă de lumină și căldură primită de fiecare emisferă creează modificări anuale ale modelelor meteorologice pentru fiecare jumătate a planetei. Înclinarea axială a lui Jupiter este foarte mică, deci variația sa sezonieră este minimă. Uranus, în schimb, are o înclinare axială atât de extremă încât emisferele sale sunt fie perpetuu în lumina soarelui, fie perpetuu în întuneric în momentul solstițiilor sale. Printre planetele extrasolare, înclinațiile axiale nu sunt cunoscute cu certitudine, deși majoritatea Jupiterelor fierbinți se consideră că au o înclinare axială neglijabilă sau zero ca urmare a apropierii lor de stele.

Planetele se rotesc în jurul axelor invizibile care trec prin centrele lor. Perioada de rotație a unei planete este cunoscută sub numele de zi stelară. Majoritatea planetelor din Sistemul Solar se rotesc în aceeași direcție cu care orbitează Soarele, care este în sens contrar acelor de ceasornic, așa cum se vede de deasupra polului nord al Soarelui, excepțiile fiind Venus și Uranus, care se rotesc în sensul acelor de ceasornic, deși înclinarea axială extremă a lui Uranus duce la convenții diferite despre care dintre polii săi reprezintă „nordul" și, prin urmare, dacă planeta se rotește în sensul acelor de ceasornic sau în sens contrar acelor de ceasornic. Indiferent de convenția folosită, Uranus are o rotație retrogradă în raport cu orbita sa.

Rotația unei planete poate fi indusă de mai mulți factori în timpul formării. Un moment cinetic rezultat poate fi indus de contribuțiile individuale ale momentelor cinetice ale obiectelor acumulate. Acumularea de gaz de către planetele gigant poate contribui și la momentul cinetic. În cele din urmă, în ultimele etape ale formării planetei, un proces stohastic de accreție protoplanetară poate modifica aleatoriu axa de rotație a planetei.

Perioadele de rotație ale planetelor extrasolare nu sunt cunoscute. Cu toate acestea, pentru Jupiterii „fierbinți", proximitatea față de steaua lor înseamnă că se află în cuplaj mare, adică orbitele lor sunt în sincronizare cu rotațiile lor. Ca urmare, ele arată doar o față către stelele lor, cu o parte continuu ziua și cealaltă parte continuu noaptea.

Caracteristica dinamică definitorie a unei planete este aceea că și-a curățat vecinătatea. O planetă care și-a curățat vecinătatea a acumulat suficientă masă pentru a aduna sau a îndepărta toate planetezimalele de pe orbita sa. Această caracteristică a fost stabilită ca parte a definiției oficiale a unei planete de către IAU în august 2006. Criteriu exclude corpurile planetare Pluto, Eris și Ceres din rândul planetelor, acestea clasificându-se ca planete pitice. Deși până în prezent, acest criteriu se aplică numai Sistemului Solar, au fost găsite o serie de sisteme extrasolare tinere în care dovezile sugerează o curățare orbitală în discurile lor circumstanțiale.

O caracteristică fizică definitorie a unei planete este aceea că are suficientă masă pentru ca forța propriei sale gravitații să domine forțele electromagnetice care unesc structura sa fizică, ceea ce duce la o stare de echilibru hidrostatic. Acest lucru înseamnă că toate planetele sunt sferice sau sferoidale. Până la o anumită masă, un obiect poate avea formă neregulată, dar dincolo de acel punct, care variază în funcție de compoziția sa chimică, gravitația începe să atragă obiectul spre centrul său de masă până când obiectul se prăbușește într-o sferă.

Masa este, de asemenea, atributul principal prin care planetele se disting de stele. Limita de masă superioară pentru planete este de aproximativ 13 ori mai mare decât masa planetei Jupiter (MJ) pentru obiectele cu abundență naturală similară cu Soarele, dincolo de care atinge condiții adecvate pentru fuziunea nucleară. În Sistemul Solar, în afară de Soare, nu există obiecte de masă asemănătoare, însă există exoplanete de această dimensiune. Limita de masă de 13 MJ nu este convenită în mod universal, iar Enciclopedia Planetelor Extrasolare include obiecte de până la 60 de MJ, iar în timp ce Exoplanet Data Explorer consideră până la 24 MJ.

Cea mai mică planetă cunoscută este PSR B1257+12A, una dintre primele planete extrasolare descoperite, care a fost găsită în 1992 pe orbită în jurul unui pulsar. Masa sa este aproximativ jumătate din cea a planetei Mercur. Cea mai mică planetă cunoscută care orbitează o stea cu secvență principală, alta decât Soarele, este Kepler-37b, cu o masă (și o rază) puțin mai mari decât cea a Lunii.

Fiecare planetă și-a început existența într-o stare complet fluidă; la începutul formării, materialele mai dense și mai grele s-au scufundat în centru lăsând materialele mai ușoare aproape de suprafață. Prin urmare, fiecare are un interior diferențiat, format dintr-un miez dens planetar înconjurat de o manta care este sau era fluidă. Planetele telurice sunt sigilate cu cruste dure, iar la planetele gigant, mantaua se dizolvă pur și simplu în straturile superioare ale norilor. Planetele telurice au nuclee din elemente precum fierul și nichelul și mantale de silicați.

Se crede că Jupiter și Saturn au nuclee de rocă și metal înconjurate de manta de hidrogen metalic. Uranus și Neptun, care sunt mai mici, au nuclee stâncoase înconjurate de manta de apă, amoniac, metan și alte substanțe volatile cu puncte de topire de peste 100 K. Acțiunea fluidelor interne în nucleele planetelor creează un geodinam, care generează un câmp magnetic.

Toate planetele Sistemului Solar, cu excepția lui Mercur, au atmosfere substanțiale, deoarece gravitația lor este suficient de puternică pentru a menține gazele aproape de suprafața planetei. Planetele gigant mai mari sunt suficient de masive pentru a păstra cantități mari de gaze ușoare hidrogen și heliu, în timp ce planetele mai mici pierd aceste gaze în spațiu. Compoziția atmosferei Pământului este diferită de celelalte planete, deoarece diferitele procese de viață care au avut loc pe planetă au introdus oxigen molecular liber. Atmosfera lui Mercur a fost în cea mai mare parte (dar nu în întregime), măturată de vântul solar.

Atmosfera planetară este afectată de diferite grade de energie primite atât de la Soare, cât și din interiorul său, ceea ce duce la formarea de sisteme meteorologice dinamice, cum ar fi uraganele (pe Pământ), furtuni de praf la nivel planetar (pe Marte), un anticiclon mai mare decât Pământul pe Jupiter (numit Marea Pată Roșie) și găuri în atmosferă (pe Neptun). Cel puțin o planetă extrasolară, HD 189733 b, a fost identificată cu un astfel de sistem meteorologic, similar cu Marea Pata Roșie, dar de două ori mai mare.

S-a observat că Jupiterii fierbinți își pierd atmosfera în spațiu din cauza radiațiilor stelare, la fel cum se întâmplă cu cozile cometelor. Aceste planete pot avea mari diferențe de temperatură între zi și noapte, ceea ce produce vânturi supersonice.

Dintre cele opt planete din Sistemul Solar, numai Venus și Marte nu au un astfel de câmp magnetic. În plus, satelitul lui Jupiter Ganymede are, de asemenea, una. Dintre planetele magnetizate, câmpul magnetic al Mercur este cel mai slab și abia reușește să devieze vântul solar. Câmpul magnetic al lui Ganymede este de câteva ori mai mare, iar cel al lui Jupiter este cel mai puternic din Sistemul Solar (atât de puternic, încât prezintă un risc grav pentru sănătatea viitoarelor misiuni cu echipaj către sateliții să). Câmpurile magnetice ale celorlalte planete gigant sunt aproximativ similare cu cel al Pământului, dar momentele lor magnetice sunt semnificativ mai mari. Câmpurile magnetice ale lui Uranus și Neptun sunt înclinate puternic în raport cu axa de rotație și deplasate din centrul planetei.

În 2004, o echipă de astronomi din Hawaii a observat o planetă extrasolară în jurul stelei HD 179949, care părea să creeze o pată pe suprafața stelei sale. Echipa a emis ipoteza că magnetosfera planetei transfera energie pe suprafața stelei, crescând temperatura deja ridicată de 7.760 °C cu încă 400 °C.

Mai multe planete sau planete pitice din Sistemul Solar (cum ar fi Neptun și Pluto) au perioade orbitale care sunt în rezonanță unele cu altele sau cu corpuri mai mici (acest lucru este de asemenea comun în sistemele de satelit). Toate cu excepția lui Mercur și Venus au sateliți naturali, adesea numiți „luni". Pământul are una, Marte are două, iar planetele gigant au numeroase luni în sisteme complexe de tip planetar. Multe luni ale planetelor gigant au caracteristici similare cu cele ale planetele telurice și ale planetelor pitice, iar unele au fost studiate ca locații posibile pentru viață (în special Europa).

Cele patru planete gigant sunt, de asemenea, orbitate de inele planetare de dimensiuni și complexități variate. Inelele sunt compuse în principal din praf sau particule, dar pot găzdui mici „luni" a căror gravitație le formează și le menține structura. Deși originea inelelor planetare nu este cunoscută cu exactitate, se crede că acestea sunt rezultatul sateliților naturali care au căzut sub limita Roche a planetei părinte și au fost dezintegrate de forțele de maree.

Nu au fost observate caracteristici secundare în jurul planetelor extrasolare. Cu toate acestea, sub-pitica cenușie Cha 110913-773444, care a fost descrisă ca o planetă orfană, se crede că este orbitată de un mic disc protoplanetar iar despre sub-pitica cenușie OTS 44 s-a dovedit că este înconjurată de un disc protoplanetară substanțial de cel puțin 10 mase de Pământ.

1. ^ For the purpose of this 1 in 5 statistic, "Sun-like" means G-type star. Data for Sun-like stars wasn't available so this statistic is an extrapolation from data about K-type stars

2. ^ Măsurat relativ la Terra.

3. Jupiter has the most verified satellites (79) in the Solar System.^ [97]

1. ^ „IAU 2006 General Assembly: Result of the IAU Resolution votes". International Astronomical Union. .

2. ^ „Working Group on Extrasolar Planets (WGESP) of the International Astronomical Union". IAU. . Arhivat din original la .

3. ^

4. ^

5. ^ NASA Staff (). „Kepler: A Search For Habitable Planets - Kepler-20e". NASA.

6. ^ NASA Staff (). „Kepler: A Search For Habitable Planets - Kepler-20f". NASA.

7. ^ Johnson, Michele (). „NASA Discovers First Earth-size Planets Beyond Our Solar System". NASA.

8. ^ Hand, Eric (). „Kepler discovers first Earth-sized exoplanets". Nature. doi:10.1038/nature.2011.9688.

9. ^

10. ^ Sanders, R. (). „Astronomers answer key question: How common are habitable planets?". newscenter.berkeley.edu.

11. ^ Petigura, E. A.; Howard, A. W.; Marcy, G. W. (). „Prevalence of Earth-size planets orbiting Sun-like stars". Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (48): 19273-19278. arXiv:1311.6806  . Bibcode:2013PNAS..11019273P. doi:10.1073/pnas.1319909110. 3845182  . PMC PMID 24191033.

12. Ioan Oprea, Carmen-Gabriela Pamfil, Rodica Radu, Victoria Zăstroiu, ^ Noul dicționar universal al limbii române (2007).

13. ^ Nouveau dictionnaire étymologique et hystorique (1977).

14. ^ πλάνης , πλανήτης . Liddell, Henry George; Scott, Robert; A Greek-English Lexicon de la Perseus Project.

15. ^ „Planet Etymology". dictionary.com.

16. ^ Note: select the Etymology tab

17. ^ Ronan, Colin. „Astronomy Before the Telescope". Astronomy in China, Korea and Japan (ed. Walker). pp. 264-265.

18. ^ Kuhn, Thomas S. (). The Copernican Revolution . Harvard University Press. pp. 5-20. ISBN 978-0-674-17103-9.

19. ^

20. ^ Francesca Rochberg (). „Astronomy and Calendars in Ancient Mesopotamia". În Jack Sasson. Civilizations of the Ancient Near East. III. p. 1930.

21. ^ Kasak, Enn; Veede, Raul (). Mare Kõiva; Andres Kuperjanov, ed. „Understanding Planets in Ancient Mesopotamia" (PDF). Electronic Journal of Folklore. 16: 7-35. doi:10.7592/fejf2001.16.planets.

22. ^

23. ^ „THE BEGINNING OF THE SCIENTIFIC REVOLUTION", Vlib.iue.it/carrie/texts/carrie_books/gilbert/23.html

24. ^ Ptolemy; Toomer, G. J. (). Ptolemy's Almagest. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-00260-6.

25. J. J. O'Connor and E. F. Robertson, ^ Aryabhata the Elder, MacTutor History of Mathematics archive

26. ^ Sarma, K. V. (1997) "Astronomy in India" in Selin, Helaine (editor) Encyclopaedia of the History of Science, Technology, and Medicine in Non-Western Cultures, Kluwer Academic Publishers, ISBN: 0-7923-4066-3, p. 116

27. ^ Sally P. Ragep (). „Ibn Sina, Abu Ali [known as Avicenna] (980?1037)". În Thomas Hockey. Ibn Sīnā: Abū ʿAlī al‐Ḥusayn ibn ʿAbdallāh ibn Sīnā. The Biographical Encyclopedia of Astronomers. Springer Science+Business Media. pp. 570-572. Bibcode:2000eaa..bookE3736.. doi:10.1888/0333750888/3736. ISBN 978-0-333-75088-9.

28. ^

29. ^ Hilton, James L. (). „When Did the Asteroids Become Minor Planets?". U.S. Naval Observatory. Arhivat din original la .

30. ^ Whipple, Fred (). „The History of the Solar System". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 52 (2): 565-594. Bibcode:1964PNAS...52..565W. doi:10.1073/pnas.52.2.565. PMC 300311  . PMID 16591209.

31. ^ Green, D. W. E. (). „(134340) Pluto, (136199) Eris, and (136199) Eris I (Dysnomia)" (PDF). IAU Circular. Central Bureau for Astronomical Telegrams, International Astronomical Union. 8747: 1. Bibcode:2006IAUC.8747....1G. Circular No. 8747. Arhivat din original la .

32. ^ Evidence of an Upper Bound on the Masses of Planets and its Implications for Giant Planet Formation, Kevin C. Schlaufman, 18 Jan 2018. The Astrophysical Journal, Volume 853, Number 1, 2018 January 22, http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aa961c/meta

33. ^ „Pluto loses status as a planet". BBC. .

34. ^ „Simpler way to define what makes a planet". Science Daily. .

35. ^ „Why we need a new definition of the word 'planet'". Los Angeles Times.

36. ^ Salmon, Thomas; Tytler, James (). „The New Universal Geographical Grammar".

37. ^ Hilton, James L. „When did the asteroids become minor planets?". U.S. Naval Observatory. Arhivat din original la .

38. ^

39. ^

40. ^

41. ^ Ragep, F. J.; Hartner, W. (). „Zuhara". Encyclopaedia of Islam (ed. Second) - via referenceworks.brillonline.com.

42. ^ Ali-Abu'l-Hassan, Mas'di (). „Historical encyclopaedia: entitled "Meadows of gold and mines of gems"". Printed for the Oriental Translation Fund of Great Britain and Ireland - via Google Books.

43. ^ „Planetary Spheres كواكب". .

44. ^ al-Masūdī (). „El-Masūdī's Historical Encyclopaedia, entitled "Meadows of Gold and Mines of Gems."". Oriental Translation Fund of Great Britain and Ireland - via Google Books.

45. ^ D'Angelo, G.; Durisen, R. H.; Lissauer, J. J. (). „Giant Planet Formation". În S. Seager. Exoplanets. University of Arizona Press, Tucson, AZ. pp. 319-346. arXiv:1006.5486  . Bibcode:2010exop.book..319D.

46. ^ Dutkevitch, Diane (). The Evolution of Dust in the Terrestrial Planet Region of Circumstellar Disks Around Young Stars (PhD thesis). University of Massachusetts Amherst. Bibcode:1995PhDT..........D. Arhivat din original la .

47. ^ Kasting, James F. (). „Earth's early atmosphere". Science. 259 (5097): 920-6. Bibcode:1993Sci...259..920K. doi:10.1126/science.11536547. PMID 11536547.

48. ^ Scott S. Sheppard (). „The Jupiter Satellite Page (Now Also The Giant Planet Satellite and Moon Page)". Carnegie Institution for Science.

49. ^ „Exoplanet Archive Planet Counts".

50. ^ Johnson, Michele; Harrington, J.D. (). „NASA's Kepler Mission Announces a Planet Bonanza, 715 New Worlds". NASA.

51. ^ „The Habitable Exoplanets Catalog - Planetary Habitability Laboratory @ UPR Arecibo".

52. ^ Basri, G.; Brown, E. M. (mai 2006), „Planetesimals to Brown Dwarfs: What is a Planet?", Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 34: 193-216, arXiv:astro-ph/0608417  , Bibcode:2006AREPS..34..193B, doi:10.1146/annurev.earth.34.031405.125058

53. ^ Stern, S. Alan; Levison, Harold F. (), Rickman, H., ed., „Regarding the criteria for planethood and proposed planetary classification schemes", Highlights of Astronomy, San Francisco, CA: Astronomical Society of the Pacific, 12: 205-213, Bibcode:2002HiA....12..205S, doi:10.1017/S1539299600013289, ISBN 978-1-58381-086-6. See p. 208.

54. ^ http://www.iau.org/static/resolutions/Resolution_GA26-5-6.pdf IAU 2006 General Assembly. International Astronomical Union. Retrieved January 26, 2008.

55. ^ Luhman, K. L.; Adame, Lucía; D'Alessio, Paola; Calvet, Nuria (). „Discovery of a Planetary-Mass Brown Dwarf with a Circumstellar Disk". Astrophysical Journal. 635 (1): L93. arXiv:astro-ph/0511807  . Bibcode:2005ApJ...635L..93L. doi:10.1086/498868.

56. ^ Clavin, Whitney (). „A Planet with Planets? Spitzer Finds Cosmic Oddball". Spitzer Space Telescope Newsroom. Arhivat din original la .

57. ^ Bailes, M.; Bates, S. D.; Bhalerao, V.; Bhat, N. D. R.; et al. (). „Transformation of a Star into a Planet in a Millisecond Pulsar Binary". Science. 333 (6050): 1717-20. arXiv:1108.5201  . Bibcode:2011Sci...333.1717B. doi:10.1126/science.1208890. PMID 21868629.

58. ^ „Should Large Moons Be Called 'Satellite Planets'?". News.discovery.com. . Arhivat din original la .

59. ^ On the origin of planets at very wide orbits from the re-capture of free floating planets, Hagai B. Perets, M. B. N. Kouwenhoven, 2012

60. ^ Young, Charles Augustus (). Manual of Astronomy: A Text Book. Ginn & company. pp. 324-7.

61. ^

62. ^

63. ^ Goldstein, R. M.; Carpenter, R. L. (). „Rotation of Venus: Period Estimated from Radar Measurements". Science. 139 (3558): 910-1. Bibcode:1963Sci...139..910G. doi:10.1126/science.139.3558.910. PMID 17743054.

64. ^ Borgia, Michael P. (). The Outer Worlds; Uranus, Neptune, Pluto, and Beyond. Springer New York. pp. 195-206.

65. ^ Lissauer, Jack J. (). „Planet formation". Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 31. (A94-12726 02-90) (1): 129-174. Bibcode:1993ARA&A..31..129L. doi:10.1146/annurev.aa.31.090193.001021.

66. ^ Faber, Peter; Quillen, Alice C. (). „The Total Number of Giant Planets in Debris Disks with Central Clearings". arXiv:0706.1684  [astro-ph].

67. ^ Brown, Michael E. (). „The Dwarf Planets". California Institute of Technology.

68. ^ Exoplanets versus brown dwarfs: the CoRoT view and the future, Jean Schneider, 4 Apr 2016

69. ^ „Planetary Interiors". Department of Physics, University of Oregon.

70. ^ Podolak, M.; Weizman, A.; Marley, M. (decembrie 1995). „Comparative models of Uranus and Neptune". Planetary and Space Science. 43 (12): 1517-1522. Bibcode:1995P&SS...43.1517P. doi:10.1016/0032-0633(95)00061-5.

71. Hunten D. M., Shemansky D. E., Morgan T. H. (1988), ^ The Mercury atmosphere, In: Mercury (A89-43751 19-91). University of Arizona Press, pp. 562-612

72. ^ Knutson, Heather A.; Charbonneau, David; Allen, Lori E.; Fortney, Jonathan J. (). „A map of the day-night contrast of the extrasolar planet HD 189733 b". Nature. 447 (7141): 183-6. arXiv:0705.0993  . Bibcode:2007Natur.447..183K. doi:10.1038/nature05782. PMID 17495920.

73. ^ Ballester, Gilda E.; Sing, David K.; Herbert, Floyd (). „The signature of hot hydrogen in the atmosphere of the extrasolar planet HD 209458b" (PDF). Nature. 445 (7127): 511-4. Bibcode:2007Natur.445..511B. doi:10.1038/nature05525. PMID 17268463.

74. ^ Harrington, Jason; Hansen, Brad M.; Luszcz, Statia H.; Seager, Sara (). „The phase-dependent infrared brightness of the extrasolar planet Andromeda b". Science. 314 (5799): 623-6. arXiv:astro-ph/0610491  . Bibcode:2006Sci...314..623H. doi:10.1126/science.1133904. PMID 17038587.

75. ^ Kivelson, Margaret Galland; Bagenal, Fran (). „Planetary Magnetospheres". În Lucyann Mcfadden; Paul Weissman; Torrence Johnson. Encyclopedia of the Solar System. Academic Press. p. 519. ISBN 978-0-12-088589-3.

# data[].attributes.attachment_link.description
O planetă este un corp astronomic care orbitează o stea sau o rămășiță stelară, care este suficient de masivă pentru a fi rotunjită de propria sa gravitație, nu este suficient de masivă pentru a provoca fuziunea termonucleară și și-a curățat regiunea vecină de planetezimale.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Telescopul (din greacă: tele = departe, skopein = a cerceta, a examina) este un instrument care colectează lumina de la un obiect îndepărtat, se concentrează într-un punct (numit focar), și produce o imagine mărită. Deși se indică cu termenul „telescop", de obicei, telescopul optic, care operează în frecvențele luminii vizibile, există, de asemenea, telescoape sensibile la alte frecvențe ale spectrului electromagnetic.

După principiul de funcționare există două tipuri principale de telescoape optice: reflector și refractor. În telescopul reflector imaginea observată este reflectată de o oglindă intr-un sistem de prisme si apoi la o lentilă ocular, așezată de obicei pe partea laterală a instrumentului. În telescopul refractor se folosește refracția în lentile.

Nașterea telescopului refractor este de obicei atribuitǎ lui Galileo Galilei, care a arătat prima aplicație în Veneția în 1609. De fapt, primele lentile au fost construite în 1607 de către artizani olandezi care le-au aplicat instrumentelor rudimentare cu putere de rezoluție foarte mică. Proprietățile lentilelor, oricum, erau cunoscute de ceva timp și trebuie să fie atribuit lui Galileo meritul de îmbunătățire și prima utilizare astronomică. Deși se pare că primul telescop refractor a fost construit în 1608 de către olandezul Hans Lippershey (circa 1570-1619), alte surse îi atribuie inventarea primului telescop lui Joan Roget, fabricant de ochelari din Girona, Catalonia, care a trăit în jurul anului 1600.

Atmosfera Pământului absoarbe majoritatea radiației electromagnetice din spațiu, cu excepția luminii vizibile și undelor radio. Din acest motiv, observația de la sol este limitată la utilizarea de telescoape optice și de telescoape radio. Primele sunt plasate de preferință în locuri înalte sau izolate (munți, deșerturi, ...) cu scopul de a reduce influența turbulențelor atmosferice și a poluării luminoase.

Pentru observarea în benzile rămase ale spectrului electromagnetic ( microunde, infraroșu, ultraviolete, raze X, raze gamma), care sunt absorbite de atmosferǎ, sunt folosite aproape exclusiv telescoape orbitale ori situate în baloane aerostatice la altitudine mare.

Diferențe între un telescop și o lunetă astronomică:

luneta astronomică (cunoscută uneori și sub denumirea de telescop refractor sau telescop cu refracție) are un obiectiv compus dintr-un ansamblu de lentile montate într-un tub;

telescopul (cunoscut uneori și sub denumirea de telescop reflector) are un obiectiv construit dintr-o oglindă parabolică sau sferică, drept component esențial.

Trebuie semnalat riscul de confuzie în folosirea și traducerea cuvântului telescop, îndeosebi în cursul consultării documentațiilor redactate în limba engleză. Într-adevăr, în această limbă, cuvântul telescope este folosit atât pentru a denumi „luneta astronomică" (se vorbește atunci despre refracting telescope) cât și pentru telescopul propriu-zis (se vorbește despre reflecting telescope).

Avantajele telescopului

Avantajele telescopului, comparativ cu luneta astronomică, sunt:

posibilitatea construirii obiectivelor de diametre mari;

lipsa aberațiilor cromatice;

efecte de difracție mai mici;

putere separatoare și grosisment superior;

la același diametru al obiectivelor, telescopul este mai ușor și mai ieftin.

Avantajele lunetei astronomice

Comparativ cu telescopul, luneta astronomică are ca avantaje:

imagini mai clare;

constratul imaginii este mai bun, chiar la puteri de mărire mai mari;

tubul optic al lunetetei astronomice este mai ușor de întreținut, întrucât este etanș;

telescoapele au nevoie de unele reglaje în plus.

Telescopul optic formează imagini ale cerului relativ apropiate și mărește luminozitatea aparentă a aștrilor, permițând distingerea detaliilor și observarea a mult mai multor stele decât cu ochiul liber. Telescoapele optice sunt împǎrțite în douǎ categorii principale: telescoape reflectoare și telescoape refractoare.

Obiectivul telescopului reflector este constituit dintr-o oglindă (sau un sistem de oglinzi) de sticlă metalizată de formă paraboloidală, care poate atinge chiar și 11 m în diametru. Cu ajutorul unei oglinzi plane sau curbe, imaginea dată de obiectiv este îndreptată spre un ocular.

Telescoapele de refracție au 2 lentile: una mare, plasată în partea frontală și numită „obiectiv", care colectează lumina, și una mică în partea posterioară, „ocularul", care focalizează razele luminoase în ochiul observatorului. Acest telescop a fost utilizat de Galileo Galilei în anul 1609 pentru a privi Luna, pe care a văzut-o de 30 de ori mai aproape decât cu ochiul liber.

Obiectivele cu deschideri mari de doi metri sunt domeniu evident al telescoapelor reflectoare. Dupǎ o anumită dimensiune lentilele devin atât de scumpe și grele încât a fost, din punctul de vedere tehnic și economic, impracticabil de a le folosi.

Comparativ cu luneta astronomică, avantajele telescopului sunt:

posibilitatea construirii obiectivelor de diametre mari;

la același diametru al obiectivului, lunetele astronomice sunt mai grele și mult mai scumpe decât telescoapele;

lipsa aberațiilor cromatice;

efecte de difracție mai mici;

putere separatoare și grosisment superior.

Telescopul optic poate fi utilizat atât pentru observarea directă, cât și pentru cercetări fotografice sau spectroscopice .

La perfecționarea telescopului au contribuit, printre alții, Isaac Newton, Laurent Cassegrain, James Gilbert Baker, W. Herschel, J. Herschel, Foucault, Bernhard Schmidt, George Willis Ritchey, Henri Chrétien, Dmitry Dmitrievich Maksutov / Dmitri Dmitrievici Maksutov.

Telescopul optic cu cel mai mare obiectiv din lume, 10,4 metri, (august 2009) este Grantecan.

Telescopul poate fi dotat și cu alte accesorii, în funcție de obiectul ceresc care se dorește să fie observat: filtru solar, filtru lunar, alte filtre colorate.

Să nu se privească niciodată Soarele direct prin telescop / luneta astronomică! Este necesară așezarea unui filtru solar adecvat, în fața obiectivului! În caz contrar, pierderea vederii este iremediabilă! În locul folosirii filtrelor așezate în fața obiectivului, o altă variantă sigură este proiectarea imaginii solare pe un ecran, sau, mai simplu, pe o bucată albă de carton.

Producători cunoscuți de telescoape pentru astronomii amatori

Dicționar enciclopedic român, Editura Politică, București, 1966.

Atlas stelar StarGuide, Telescop Expert (www.telescop-expert.ro)

Marcel Marian Jinca, Astronomie practică și teoretică. De la amator la expert, Bumbești Jiu 2013; 186 de pagini+10 planșe+CD ISBN 978-973-0-11875-9

S. N. Blažko, Praktická astronomie. Praha: SNTL 1956

V. Erhart, Praktická astronomická optika. Praha: SNTL 1955

Jingquan Cheng: The Principles of Astronomical Telescope Design. Springer, Berlin 2009 ISBN 978-0-387-88790-6

Patrick McCray: Giant telescopes - astronomical ambition and the promise of technology. Harvard Univ. Press, Cambridge 2004, ISBN 0-674-01147-3

Joanna Mikolajewska, (et al.): Stellar Astrophysics with the World's Largest Telescopes. American Inst. of Physics, Melville 2005, ISBN 0-7354-0237-X

M. Barlow Pepin: Care of astronomical telescopes and accessories - a manual for the astronomical observer and amateur telescope maker. Springer, London 2005, ISBN 1-85233-715-X

Michael Gainer: Real astronomy with small telescopes - step-by-step activities for discovery. Springer, London 2007, ISBN 978-1-84628-478-6

Peter L.Manly: Unusual telescopes. Cambridge Univ. Press, Cambridge 1991, ISBN 0-521-38200-9

Thomas H Court, Moritz von Rohr: A history of the development of the telescope from about 1675 to 1830 based on documents in the court collection, 1929 Trans. Opt. Soc. 30 207

Contemporary Astronomy - Second Edition, Jay M. Pasachoff, Saunders Colleges Publishing - 1981, ISBN 0-03-057861-2

Elliott, Robert S. (), Electromagnetics, McGraw-Hill

Wade, Nicholas Jakcermun; Finger, Stanley (), „The eye as an optical instrument: from camera obscura to Helmholtz's perspective", Perception, 30 (10): 1157-1177, doi:10.1068/p3210, PMID 11721819

Jean Texereau, La construction du télescope d'amateur, Société astronomique de France, 1961 - (édition de 2004 et réédité par Vuibert ISBN 2711753433; ISBN 978-2711753437);

André Danjon et André Couder, Lunettes et télescopes. Théorie - Conditions d'emploi - Description - Réglage, Librairie Scientifique et technique, Albert Blanchard, Paris, 1935. Réédition 1999 ISBN 2-85367-027-9.

Charles Rydel (sous la direction de), Conception et construction du télescope et astrographe amateur, de Boeck éditeur 2012, 512 pagini ISBN 9782804168995

Jean-Marc Lecleire, Réalisez votre télescope, 1997, 278 de pagini ISBN 978-2951175006

Schilling, Govert / Christensen, Lars Lindberg: Unser Fenster zum Weltraum - 400 Jahre Entdeckungen mit Teleskopen. Wiley-VCH, Berlin 2008. ISBN 978-3-527-40867-2

Ulf Borgeest: Europas neue Teleskope. Verl. Sterne und Weltraum, Heidelberg 2003, ISBN 3-936278-47-4

Claus Grupen: Astroteilchenphysik: Das Universum im Licht der kosmischen Strahlung. Vieweg, 2000, ISBN 3-528-03158-1 (online)

Conrad Bohm. Dall'astrolabio al telescopio spaziale. Trieste, Editoriale scienza, 1996. ISBN 88-7307-079-5.

Emilio Borchi e Renzo Macii. Sul telescopio a riflessione. Firenze, Osservatorio Ximeniano, 1992.

Walter Ferreri. Il libro dei telescopi. Milano, Il Castello. ISBN 978-88-8039-093-0.

Walter Ferreri. Come osservare il cielo col mio primo telescopio Milano, Il Castello. ISBN 978-88-8039-650-5.

Luca Parravicini. Osservare il cielo con il telescopio astronomico. Milano, G. De Vecchi, 1999. ISBN 88-412-7483-2.

Giorgio Strano (a cura di). Il telescopio di Galileo: lo strumento che ha cambiato il mondo. Catalogo della Mostra di Firenze 2008. Firenze, Giunti, 2008. ISBN 978-88-09-05937-5.

Legături externe

# data[].attributes.attachment_link.description
Telescopul (din greacă: tele = departe, skopein = a cerceta, a examina) este un instrument care colectează lumina de la un obiect îndepărtat, se concentrează într-un punct (numit focar), și produce o imagine mărită. Deși se indică cu termenul „telescop", de obicei, telescopul optic, care operează în frecvențele luminii vizibile, există, de asemenea, telescoape sensibile la alte frecvențe ale spectrului electromagnetic.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Hidrogen

Luminescență purpurie în stare plasmatică

Liniile spectrale ale hidrogenului

Informații generale

Nume, Simbol, Număr

Hidrogen, H, 1

Grupă, Perioadă, Bloc

1, 1, s

Proprietăți atomice

Configurație electronică

1s ¹

Electroni pe nivelul de energie

1

Proprietăți fizice

Punct de topire

-259,1 °C ; 14,025 K

Punct de fierbere

-252,9 °C ; 20,268 K

Volum molar

22,42×10⁻³ m³/kmol

Viteza sunetului

1270 m/s la 20 °C

Informații diverse

Electronegativitate (Pauling)

2,2

Cei mai stabili izotopi

Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

Hidrogenul este elementul chimic în tabelul periodic al elementelor cu simbolul H și numărul atomic 1. Este un gaz ușor inflamabil, incolor, insipid, inodor, iar în natură se întâlnește mai ales sub formă de moleculă diatomică, H ₂. Având masa atomică egală cu 1,00794 u.a.m., hidrogenul este cel mai ușor element chimic. Etimologic, cuvântul hidrogen este o combinație a două cuvinte grecești, având semnificația de „a produce apă".

Hidrogenul elementar este principala componentă a Universului, având o pondere de 75% din masa acestuia. În starea de plasmă, se găsește ca element majoritar în alcătuirea stelelor. Hidrogenul elementar este foarte puțin răspândit pe Pământ.

Pentru necesități industriale există diferite procedee de producere, puse la punct din punct de vedere tehnologic sau aflate în fază de laborator. Hidrogenul poate fi obținut prin electroliza apei, procesul necesitând costuri mai mari decât cel de producere prin procesarea gazelor naturale.

Cel mai răspândit izotop al hidrogenului este protiul, care este alcătuit dintr-un singur proton în nucleu și un electron în învelișul electronic. În compușii ionici poate avea sarcină negativă ( anion cunoscut sub numele de hidrură, H⁻) sau sarcină pozitivă H⁺ ( hidron). Hidrogenul formează compuși chimici cu majoritatea elementelor din sistemul periodic și este prezent în apă și în mulți dintre compușii organici. Are un rol important în reacțiile acido-bazice, acestea bazându-se pe schimbul de protoni între molecule. Fiind singurul atom pentru care soluția analitică a ecuației lui Schrödinger este pe deplin cunoscută, prezintă un rol major în fundamentarea teoriei mecanicii cuantice.

Hidrogenul este un gaz puternic reactiv și își găsește aplicații datorită capacității sale chimice de reducător. Hidrogenul se folosește în industria petrochimică la producerea benzinelor, în industria chimico-alimentară pentru hidrogenarea grăsimilor (de exemplu producerea margarinei), în prelucrările mecanice ale metalelor și în tratamentul termic al acestora.

Hidrogenul a fost testat pentru folosirea alternativă în vehiculele echipate cu motoare cu ardere internă. Avantajul său principal constă în faptul că este ecologic, din arderea sa rezultând vapori de apă. Dezavantajele constau în pericolul mare de explozie, dificultatea stocării în vehicule și lipsa unei infrastructuri de stații de alimentare cu hidrogen. Poate fi folosit pentru producerea directă a electricității, prin intermediul pilelor de combustie.

In anul 2019 a fost descoperit primul compus format în univers la cca 300.000 ani după Big Bang, ionul hidrură de heliu (HeH+) (în engleză „helium hydride ion"). Este o combinație între un atom de heliu și un proton (atom de hidrogen fără electroni). Descoperirea s-a făcut ajutorul observatorului astronomic SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, plasat în stratosferă, o cooperare germano-americană) în nebuloasa planetară NGC 7027.

Descoperire

Hidrogenul a fost descoperit de către chimistul și fizicianul englez Henry Cavendish în 1766, în urma unui experiment în care studia reacțiile dintre mercur și un acid. La amestecarea celor două substanțe, observa apariția unor mici bule de gaz în amestec. Acest aspect l-a determinat să efectueze o cercetare suplimentară, numind substanța necunoscută „aer inflamabil". În 1781 a descoperit că acest element produce apă atunci când arde. O analiză mai detaliată a fost făcută de către Antoine Lavoisier, care descoperă gazul independent de Cavendish în urma unui experiment ce urmărea determinarea masei pierdute sau create în urma unei reacții chimice. Cercetătorul a încălzit apa într-un recipient închis, vaporii formați condensându-i într-un alt recipient. Cantitatea pierdută a fost atribuită degajării unui gaz (H ₂). Chimistul francez a observat că „aerul inflamabil" al lui Cavendish în combinație cu oxigenul formează picături de apă, conform lui Joseph Priestley. Lavoisier a numit gazul „hidrogen", nomeclatura fiind de origine greacă ( ὕδωρ, hydro înseamnă apă, iar γίγνομαι, gignomai înseamnă a naște, a crea).

Rolul în teoria cuantică

Datorită structurii atomice relativ simple, constituit dintr-un proton și un electron, atomul de hidrogen împreună cu spectrul luminii emise de el, au reprezentat un domeniu central al dezvoltării teoriei structurii atomice. În plus, simplitatea moleculei de H ₂ și a cationului H⁺ au condus la înțelegerea completă a naturii legăturii chimice ce a urmat imediat după dezvoltarea studiului atomului de hidrogen în mecanica cuantică (mijlocul anilor 1920).

Maxwell a observat că la H 2, sub temperatura mediului ambiant, valoarea căldurii molare se abate inexplicabil de la aceea a unui gaz diatomic, iar la temperaturi criogenice se apropie din ce în ce mai mult de cea a unui gaz monoatomic. Conform teoriei cuantice, această comportare rezultă din distribuția spațială ale nivelelor de energie de rotație, care la H ₂ sunt foarte îndepărtate, datorită masei sale mici. Aceste nivele îndepărtate împiedică la temperaturi mici partiția egală (între cei doi atomi ai moleculei) a energiei termice în energie de rotație. Compușii diatomici gazoși formați din atomi mai grei nu au diferențe mari între nivelele energetice de rotație și nu prezintă același efect.

Hidrogenul este elementul cu cea mai mică densitate. În formă moleculară (H ₂) este de aproximativ 14,4 ori mai ușor decât aerul. La presiune normală punctul său de topire este de 14,02 K, iar cel de fierbere este de 20,27 K. Punctul său triplu este la 13,81 K, și 7,042 kPa, iar cel critic la 33,2 K și 1,29 MPa. Solubilitatea în apă este de 1,6 mg/l. Unele proprietăți termodinamice (legate de fenomenele de transport) sunt datorate masei moleculare mici și vitezei termice a unei molecule de 1770 m/s la 25 °C. La temperatura camerei, hidrogenul difuzează cel mai rapid, are cea mai înaltă conductivitate termică și cea mai mare efuziune dintre toate gazele. O vâscozitate mai mică au doar trei gaze poliatomice, unul dintre ele fiind n-butan.

Mobilitatea hidrogenului într-o masă solidă este, de asemenea, foarte mare. Astfel, acesta difuzează prin diverse materiale, cum ar fi polietilena și cuarțul. Un important fenomen este acela de difuzie în fier, platină și în alte metale tranziționale. Aceste proprietăți conduc la utilizări tehnice numeroase, dar de asemenea, și la dificultăți legate de transportul, depozitarea și de prelucrare a amestecurilor de hidrogen.

Hidrogenul gazos (în stare de moleculă diatomică) este extrem de inflamabil și la presiune atmosferică se aprinde în aer la concentrații volumetrice cuprinse între 4% și 75%, iar în contact cu oxigenul pur între 4,65% și 93,9%. Limitele între care apare detonația sunt între 18,2% și 58,9% în aer, respectiv între 15% și 90% în oxigen. Variația entalpiei în urma combustiei ( puterea calorifică, căldura de ardere) este de −286 kJ/mol:

[23]

Amestecul dintre oxigen și hidrogen în diferite proporții este exploziv. Hidrogenul se autoaprinde și explodează în contact cu aerul în intervalul de concentrații cuprins între 4% și 75%, temperatura de autoaprindere fiind de 560 °C. Flacăra unui amestec pur hidrogen-oxigen emite radiații ultraviolete invizibile cu ochiul liber.

H ₂ reacționează cu toate elementele oxidante. Acesta poate reacționa spontan și violent la temperatura camerei cu clorul și fluorul, formând HCl și HF.

Hidrogenul este cel mai răspândit element în univers, reprezentând mai mult de 75% în masă și mai mult de 90% după numărul de atomi. Se găsește în cantități mari în compoziția stelelor și a planetelor gigantice gazoase. Norii moleculari de H ₂ sunt asociați cu formarea stelelor. Hidrogenul joacă un rol-cheie și în exploziile stelare datorate reacțiilor de fuziune nucleară dintre protoni.

În Univers, hidrogenul este întâlnit mai ales sub forma de atom și în stare de plasmă. Proprietățile acestora sunt diferite față de cele ale moleculei de hidrogen. Electronul și protonul de hidrogen nu formează legături în starea de plasmă, din cauza conductivității electrice diferite și a unei emisii radiative mari (originea luminii emise de Soare și alte stele). Particulele încărcate cu sarcini electrice sunt puternic influențate de câmpurile magnetice și electrice. De exemplu, în vânturile solare particulele interacționează cu magnetosfera terestră, generând curenți Birkeland și produc fenomenul cunoscut sub denumirea de auroră boreală. Hidrogenul se găsește în stare atomică neutră în mediul interstelar, iar cea mai mare cantitate este întâlnită la sistemele Lyman-alpha.

În condiții normale, hidrogenul există pe Pământ sub formă de moleculă diatomică, H ₂, însă nu este foarte răspândit în atmosfera terestră (în concentrație medie de 1 ppm de volum) din cauza masei mici, astfel forța gravitațională a planetei are un efect foarte slab asupra sa. Totuși, hidrogenul (prin compușii săi) este cel mai răspândit element de la suprafața Terrei. Cei mai întâlniți compuși chimici ai săi sunt hidrocarburile și apa. Hidrogenul gazos este produs de anumite specii de bacterii și alge, acesta fiind componentul principal al flatulenței. Metanul este o importantă sursă de hidrogen.

Atomul de hidrogen

Nivelul energetic fundamental al electronului în atomul de hidrogen are energia egală cu -13,6 eV. Nivelele superioare se numesc nivele excitate, energia acestora crescând până la 0 eV (valoarea nivelului energetic aflat la infinit), ele se calculează folosind modelul lui Bohr. Acesta consideră că nucleul este fix, iar electronul are o traiectorie circulară în jurul acestuia asemănătoare cu planetele ce gravitează în jurul Soarelui (de unde provine denumirea alternativă de model planetar). Forța electromagnetică atrage electronul și protonul unul spre celălalt, în timp ce corpurile cerești se atrag datorită gravitației. Potrivit condiției de cuantificare a momentului cinetic postulat de Bohr, valoarea momentului cinetic al electronului este multiplu întreg al constantei reduse al lui Planck, de unde rezultă că în cadrul atomului, electronului îi sunt permise anumite orbite cu raze bine stabilite. Această relație de cuantificare explică spectrul discret al nivelelor energetice.

O descriere mai exactă a atomului de hidrogen este dată în fizica cuantică unde se calculează densitatea de probabilitate prin norma funcției de undă a electronului în jurul protonului pe baza ecuației lui Schrödinger sau a formulării lui Feynman cu integrală de drum.

Hidrogenul are trei izotopi naturali, ¹H, ²H și ³H. Alții, ce au nucleele foarte instabile ( ⁴H până la ⁷ H), au fost sintetizați în laborator dar nu au fost observați în natură.

este cel mai răspândit izotop al hidrogenului, având o pondere de peste 99,98% în compoziția izotopică naturală al acestui element. Datorită faptului că acesta are în nucleul un singur proton, a fost numit protiu, această denumire fiind însă rar utilizată.

, celălalt izotop stabil al hidrogenului, este cunoscut și sub numele de . Conține în nucleu un proton și un neutron, acest izotop provenind de la Big Bang, continuând să existe până acum datorită stabilității sale. Nu este radioactiv și nu reprezintă o sursă periculoasă de poluare. Apa ce este bogată în dioxid de deuteriu se mai numește și apă grea. Deuteriul și compușii săi sunt utilizați ca etalon în experimente neradioactive și ca solvent în procedeele de spectroscopie RMN. Apa grea este utilizată ca moderator de neutron și ca lichid de răcire pentru reactorii nucleari. Deuteriul este de asemenea folosit drept combustibil pentru fuziune nucleară de larg consum.

se mai numește și (mai rar: trițiu); conține în nucleu un proton și doi neutroni. Este radioactiv, rezultând din izotopul Heliu-3 prin dezintegrarea beta și are un timp de înjumătățire de 12,32 ani. Cantități mici din acest izotop sunt răspândite și în natură, acesta rezultând din interacțiunea razelor cosmice cu gazele atmosferice; tritiul este eliberat și în timpul testelor nucleare. Este folosit și în reacții de fuziune nucleară, și pentru evidențierea și studiul de geochimia izotopilor și în dispozitive autogeneratoare de lumină. Tritiul se mai utilizează și în marcarea radioizotopică, în special în domeniul biologiei, medicinei sau geologiei. Dioxidul de tritiu se mai numește și apă supergrea.

Hidrogenul este singurul element care are nume diferite pentru izotopii săi cei mai răspândiți. Simbolurile D și T (în loc de ²H și ³H) sunt folosite pentru deuteriu și tritiu, dar P este utilizat pentru fosfor, deci nu se poate folosi pentru simbolizarea protiului. IUPAC acceptă atât ambele variante, dar ²H și ³ H sunt preferate.

Emisia spectrală a atomului de hidrogen este caracterizată prin linii spectrale date de formula lui Rydbeg. Studiul liniilor spectrale este important în mecanica cuantică și la studiul prezenței hidrogenului pentru determinarea deplasării spre roșu.

Există doi izomeri de spin ai moleculei de hidrogen care diferă prin spinii relativi ai nucleului. În forma de ortohidrogen, spinii celor doi protoni sunt paraleli și formează un triplet; în forma de parahidrogen, spinii sunt antiparaleli și formează un singlet. La temperatură și presiune standard, hidrogenul gazos conține 25% parahidrogen și 75% ortohidrogen („starea normală" a hidrogenului). Proporțiile în care se găsesc orto și parahidrogenul depind de temperatură, dar forma orto este excitată și are o energie mai mare, deci este instabilă și nu poate fi purificată. La temperaturi foarte joase, starea de echilibru e formată aproape în întregime din parahidrogen. Proprietățile fizice ale parahidrogenului pur diferă puțin de cele ale hidrogenului în stare normală. Diferențele dintre formele orto și para se manifestă și în compușii care conțin hidrogen, cum ar fi apa sau metilenul.

Transformarea între orto și parahidrogen ce are loc fără catalizator se desfășoară mai rapid la temperaturi mari, astfel H ₂ condensat rapid conține o cantitate mare de ortohidrogen care se convertește în parahidrogen foarte încet. Proporția de orto/para în hidrogenul molecular (H ₂) condensat este un factor important în prepararea și stocarea hidrogenului lichid; conversia din orto în parahidrogen este un proces exoterm, prin care se degajă suficientă căldură pentru a evapora hidrogenul lichid, astfel pierzându-se materialului lichefiat. Catalizatorii utilizați la această transformare, cum ar fi oxidul feric, carbonul activat, azbestul platinizat, compuși ai uraniului, metale rare, oxidul de crom, câțiva compuși ai nichelului, sunt utilizați în timpul răcirii hidrogenului.

O formă moleculară numită molecula protonată de hidrogen sau H ₃⁺ este întâlnită în mediul interstelar, fiind produsă prin ionizarea moleculei de hidrogen de către razele cosmice. De asemenea, a fost observată și în straturile superioare ale planetei Jupiter. Această moleculă este relativ stabilă în afara Terrei datorită temperaturii scăzute și a densității ridicate. H ₃⁺ este unul din cei mai răspândiți ioni din Univers, jucând un rol important în chimia mediului interstelar.

În general, hidrogenul este considerat drept un nemetal, însă la temperaturi joase și la presiuni mari unele din proprietățile sale se aseamănă cu cele ale metalelor. Hidrogenul metalic a fost obținut pentru prima oară în 1973 la o presiune de 2,8 Mbar și la 20 K. Aliajul SiH ₄ cu structură metalică a fost obținut în 2008, descoperindu-se că este un foarte bun conductor electric, în conformitate cu predicțiile anterioare ale lui lui N. W. Ashcroft. În acest compus, chiar și la presiuni moderate, hidrogenul are o structură cu o densitate ce corespunde cu cea a hidrogenului metalic.

Compușii covalenți și cei organici

Chiar dacă H ₂ nu este foarte reactiv în condiții obișnuite, el formează compuși cu majoritatea elementelor. Se cunosc milioane de hidrocarburi, dar acestea nu se obțin prin reacția directă dintre elemente (carbon și hidrogen), deși producerea gazului de sinteză în procedeul Fischer-Tropsch poate fi considerată aproape o excepție deoarece procesul folosește carbonul din cărbunele, iar hidrogenul poate fi generat în proces din apă. Hidrogenul poate forma compuși cu elementele mai electronegative decât el, cum ar fi halogenii; în acest tip de compuși, hidrogenul prezintă o sarcină pozitivă parțială. Când se leagă de fluor, oxigen sau azot, hidrogenul participă la formarea unei legături puternice numite legătură de hidrogen, ce este un factor important în stabilitatea multor molecule biologice. Hidrogenul poate forma compuși și cu elementele mai puțin electronegative, cum ar fi metalele sau semimetalele, având o sarcină parțial negativă. Acești compuși sunt cunoscuți sub numele de hidruri. Hidrogenul formează o varietate de compuși cu carbonul. Datorita asocierii în general a acestora cu organismele vii, aceștia sunt numiți compuși organici; cu studierea lor se ocupă chimia organică, iar cu studiul rolului lor în organismele vii - biochimia. În unele definiții „organic" se referă doar la un compus ce conține carbon. Însă majoritatea substanțelor organice prezintă și hidrogen, iar legătura carbon-hidrogen determină multe din particularitățile lor. De aceea, legăturile carbon-hidrogen sunt prezente în unele definiții ale cuvântului „organic". În chimia anorganică hidrurile pot reprezenta catene de legături între doi ioni metalici ai unei combinații complexe. Această funcție se întâlnește la elementele din grupa 13, cu precădere la boruri și compușii complecși ai aluminiului.

Compușii hidrogenului sunt adesea numiți „hidruri", acest termen fiind uneori impropriu utilizat. „Hidrură" definește o substanță în care atomul de H are caracter anionic sau sarcină negativă, deci H −, fiind utilizat pentru compușii hidrogenului cu un element mai electropozitiv. Existența anionului hidrură, sugerată de Gilbert N. Lewis în 1916 pentru elementele din prima grupă și a doua principală, a fost pusă în evidență în 1920 de către Moers prin electroliza topiturii de hidrură de litiu (LiH), când a fost produsă o cantitate stoechiometrică de hidrogen la anod. Pentru hidrurile altor elemente, termenul este ambiguu, luând în considerare electronegativitatea hidrogenului. Excepție face BeH ₂, care este un polimer. În hidrura de litiu și aluminiu, anionul AlH ₄− are centre de hidrură atașate puternic de aluminiu. Chiar dacă hidrogenul poate forma hidruri cu toate elementele din grupele principale, numărul și combinațiile posibile diferă de la o grupă la alta. Hidrura de indiu nu a fost încă identificată, însă există o multitudine de compuși complecși ai săi.

Protoni și acizi

Oxidarea hidrogenului, adică îndepărtarea electronului său, decurge teoretic cu formarea H⁺, ion ce nu conține niciun electron în învelișul electronic și un proton în nucleu. De aceea, H⁺ este adesea numit „proton" și are un rol important în teoria protonică a acizilor. Conform teoriei Bronsted-Lowry, acizii sunt acele substanțe care cedează protoni, iar bazele sunt acceptori de protoni. Protonul H⁺ nu poate exista liber, ci doar în soluții sau în cristale ionice, datorită afinității foarte mari pentru electronii altor elemente. Uneori, termenul de „proton" este utilizat impropriu pentru a se referi la hidrogenul cu sarcină pozitivă sau cationul de hidrogen legat de alte specii moleculare. Pentru a se evita implicarea existența unică a „protonului solvatat" în soluții, se consideră că soluțiile apoase cu caracter acid conțin ionul hidroniu (H ₃O⁺). Totuși, unii cationi solvatați ai hidrogenului sunt mai degrabă organizați în molecule de tipul celei de H ₉O ₄⁺. Alți ioni oxoniu se formează când apa formează soluții cu alți solvenți. Deși nu se întâlnește pe Pământ, ionul H ₃⁺ (cunoscut sub numele de hidrogen molecular protonat sau cationul triatomic de hidrogen) este una dintre cele mai răspândite specii chimice în restul universului.

H ₂ este produs în laboratoarele de chimie și cele de biologie, fiind adesea un produs secundar al unei reacții; în industrie pentru hidrogenarea substanțelor nesaturate; în natură ca metodă de a reduce echivalenții în reacțiile biochimice.

În laborator, H ₂ este de obicei obținut prin reacția metalelor cu acizii în aparatul Kipp.

Aluminiul poate produce H ₂ prin tratarea cu baze:

Electroliza apei este o metodă simplă de a produce hidrogen. Un curent de joasă tensiune trece prin apă, iar oxigenul gazos se formează la anod, în timp ce hidrogenul gazos apare la catod. De obicei la producerea hidrogenului, catodul este confecționat din platină. Dacă se realizează și arderea, oxigenul este preferat pentru combustie, astfel ambii electrozi sunt confecționați din metale inerte. Eficiența maximă (electricitatea utilizată raportată la cantitatea de hidrogen produsă) este de 80% - 94%.

În 2007 s-a descoperit că un aliaj format din aluminiu și galiu în forma granulară în reacție cu apa poate fi folosit pentru a produce hidrogen. Din acest proces mai rezultă de asemenea și alumină, însă galiul scump, ce previne apariția stratului de oxid, poate fi refolosit. Acest lucru are o mare importanță în economia hidrogenului, deoarece acesta poate fi produs la locul de lucru și nu trebuie transportat.

Cea mai importantă (din punct de vedere economic) metodă de obținere a hidrogenului este extragerea acestuia din hidrocarburi. Cea mai mare parte a hidrogenului obținut în mod industrial provine din reformarea vaporilor gazelor naturale. La temperaturi ridicate (700 - 1100 °C; 1300 - 2000 °F), apa în stare de vapori reacționează cu metanul, rezultând monoxid de carbon și H ₂:

Această reacție se realizează ușor la presiune joasă, dar de obicei se realizează la presiuni mari (20 bar), deoarece la aceste presiuni se desfășoară aplicațiile uzuale ale hidrogenul astfel obținut. Amestecul rezultat se numește gaz de sinteză deoarece este utilizat pentru obținerea directă a metanolului și a compușilor săi. Și alte hidrocarburi în afară de metan pot produce gaz de sinteză în diferite proporții. O problemă ce apare în această tehnologie este formarea cocsului sau a carbonului:

Această reacție decurge de obicei cu formarea unui exces de H ₂O. Hidrogenul adițional poate fi recuperat din vapori utilizându-se monoxidul de carbon în reacție cu gazul de apă pe un catalizator de oxid de fier. Procesul este și o metodă de obținere a dioxidului de carbon:

Alte metode importante de obținere a H ₂ sunt oxidarea parțială a hidrocarburilor:

și reacția cărbunelui cu apa:

Uneori, hidrogenul este fabricat și consumat în timpul aceluiași proces, fără a mai fi separat. În procedeul Haber pentru obținerea amoniacului, hidrogenul provine din la gazul natural. Din electroliza saramurii pentru a produce clor se obține și hidrogen ca produs secundar.

Există mai mult de 200 de cicluri termochimice care pot fi folosite pentru descompunerea apei. Sunt studiate unele dintre acestea, cum ar fi ciclul oxidului de fier, ciclul oxid de ceriu (IV)-ceriu (III), ciclul zinc-oxid de zinc, ciclul sulfură-iod, ciclul cupru-clor și ciclul sulfurii hibride, fiind în stadiul de testări pentru a produce hidrogen și oxigen din apă folosind căldura, fără a se utiliza electricitatea. Numeroase laboratoare (inclusiv în Franța, Germania, Grecia, Japonia și Statele Unite ale Americii) dezvoltă metode termochimice de producere a hidrogenului din energie solară și apă.

H ₂ se obține în urma unor metabolisme anaerobe și este produs de anumite microorganisme, de obicei prin cataliza enzimelor ce conțin fier sau nichel. Cu ajutorul acestor enzime, numite hidrogenaze, se obține hidrogen în urma procesului de fotosinteză. Gena introdusă ajută frunza să descompună molecula de apă în elementele componente. Algele folosite sunt plante unicelulare care produc, în mod natural, cantități mici de hidrogen în timp ce își extrag energia necesară din lumina Soarelui. David Tiede, unul dintre inventatorii acestei metode, afirmă că algele produc hidrogen ca să se apere de radicalii liberi rezultați în urma fotosintezei, care altfel le-ar oxida părți vitale ale celulei. Dar, dacă hidrogenaza este stimulată chimic și dacă algele sunt plasate în recipiente de sticlă și expuse luminii solare, ele produc mai mult hidrogen, iar acesta poate fi recoltat, iar apoi îmbuteliat cu ajutorul unei pompe. Profesorul Thomas Rauchfuss, de la Universitatea din Illinois, cel care a propus tipul exact de proteină sintetică necesar procesului, a declarat: „Cultivarea algelor modificate genetic, în care s-a introdus proteina sintetică, s-a dovedit a fi extrem de stabilă. Algele nu degenerează și nu revin la specia anterioară. Procesul are o mulțime de beneficii în comparație cu obținerea altor plante din care se extrag biocombustibili. Algele pot fi crescute în recipiente transparente plasate în deșert sau pe acoperișul caselor. Ele nu au nevoie de teren și nu intră în competiție cu producția de alimente". La unele specii de alge, cum ar fi Chlamydomonas reinhardtii sau cyanobacteria, la întuneric, protonii și electronii sunt reduși pentru a forma H ₂ gazos cu ajutorul hidrogenazei în cloroplast.

Anual se înregistrează un consum mondial de hidrogen de peste 500 miliarde metri cubi normali în diverse scopuri și în diferite domenii. În afara utilizării ca reactant, hidrogenul are multe aplicații în inginerie și fizică. Se utilizează la sudură, iar datorită bunei conductivități termice este folosit ca agent de răcire în generatoare electrice din centralele electrice. are un rol important în cercetările din criogenie, inclusiv în studiile legate de superconductivitate. Molecula de hidrogen, având o densitate de 15 ori mai mică decât cea a aerului, a fost întrebuințată drept gaz portant pentru baloane și dirijabile. De asemenea, este materie primă în diverse tehnologii: de reducere a minereurilor, de fabricare a amoniacului și în procedeele de hidrogenare. Hidrogenul are aplicații și în industria automobilelor, chimică, aerospațială și de telecomunicații.

Izotopii hidrogenului au aplicații specifice. Deuteriul din compoziția apei grele este utilizat în reacțiile de fisiune nucleară ca moderator pentru încetinirea neutronilor. Compușii acestuia se folosesc în cadrul studiilor ce urmăresc efectele reacțiilor izotopice. Tritiul, produs în reactoarele nucleare, se folosește în producerea bombelor cu hidrogen, în marcare izotopică și ca sursa de iradiere pentru vopselele fosforescente.

Hidrogenul poate forma amestecuri explozive cu aerul și reacționează violent cu oxidanții. În cazul inhalării în cantități foarte mari, poate produce asfixierea, pierderea mobilității motrice și a cunoștinței. Scurgerea hidrogenului gazos în atmosferă poate cauza autoaprinderea sa. Flacăra de hidrogen este invizibilă, acest lucru putând produce arsuri accidentale.

Multe proprietăți fizice și chimice ale hidrogenului depind de proporția de orto/parahidrogen. Uneori durează săptămâni pentru a atinge starea de echilibru a acestor alotropi. Valorile critice de temperatură și presiune la care are loc deflagrația hidrogenului depind de forma recipientului.

1. de ^ Hidrogen - Noul purtător de energie Despre rolul hidrogenului în sistemele energetice existente și viitoare în Asociația Germană a Hidrogenului și Pilelor de Combustie (DWBV). Accesat la 6 iunie 2009.

2. ^ „Hydrogen". Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wylie-Interscience. . pp. 797-799. ISBN 0-471-61525-0.

3. ^ Emsley, John (). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 183-191. ISBN 0-19-850341-5.

4. ^ Stwertka, Albert (). A Guide to the Elements. Oxford University Press. pp. 16-21. ISBN 0-19-508083-1.

5. en ^ Crepeau, Bob (). „Niels Bohr: The Atomic Model". Great Scientific Minds. Great Neck Publishing. ISBN 1-4298-0723-7.

6. ^ Information Specific to Liquid Hydrogen, harvard.edu, accesat 12 iunie 2009

7. ^ Carcassi, M. N. (). „Deflagrations of H₂-air and CH₄-air lean mixtures in a vented multi-compartment environment". Energy. 30 (8): 1439-1451. doi:10.1016/j.energy.2004.02.012.

8. ^ Energy is per mole of the combustible material, Hydrogen. 286 kJ/mol

9. en ^ „Jefferson Lab - Hydrogen".

10. en ^ Storrie-Lombardi, Lisa J. (). „Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas". Astrophysical Journal. 543: 552-576. arXiv:astro-ph/0006044  . doi:10.1086/317138+.

11. en ^ Dresselhaus, Mildred; et al. (). „Basic Research Needs for the Hydrogen Economy" (PDF). Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy, Office of Science Laboratory.

12. ^ Miessler, Gary L. (). Inorganic Chemistry (ed. 3rd edition). Prentice Hall. ISBN 0130354716.

13. ^

14. ^ Korsheninnikov; A. A.; et al. (). „Experimental Evidence for the Existence of ⁷H and for a Specific Structure of ⁸He". Physical Review Letters. 90 (8): 082501. doi:10.1103/PhysRevLett.90.082501.

15. en ^ Urey, Harold C. (). „Names for the Hydrogen Isotopes". Science. 78 (2035): 602-603. doi:10.1126/science.78.2035.602. PMID 17797765.

16. en ^ Oda, Y (). „1H NMR studies of deuterated ribonuclease HI selectively labeled with protonated amino acids". Journal of Biomolecular NMR. 2 (2): 137-47. doi:10.1007/BF01875525+. PMID 1330130.

17. en ^ „The Tritium Laboratory". University of Miami. .

18. ^

19. en ^ Staff (). „Hydrogen (H₂) Properties, Uses, Applications: Hydrogen Gas and Liquid Hydrogen". Universal Industrial Gases, Inc.

20. en ^ Tikhonov, Vladimir I. (). „Separation of Water into Its Ortho and Para Isomers". Science. 296 (5577): 2363. doi:10.1126/science.1069513. PMID 12089435.

21. en ^ Hritz, James (). „CH. 6 - Hydrogen" (PDF). NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual, Document GRC-MQSA.001. NASA.

22. en ^ Shinitzky, Meir; Elitzur, Avshalom C. (10 ianuarie). „Ortho-para spin isomers of the protons in the methylene group". Chirality. Rehovot, Israel: Weizmann Institute of Science. 18 (9): 754-756. doi:10.1002/chir.20319. PMID 16856167.

23. en ^ „Ortho-Para conversion. Pag. 13" (PDF).

24. M. I. Eremets, I. A. Trojan, S. A. Medvedev, J. S. Tse, Y. Yao. ^ Superconductivity in Hydrogen Dominant Materials. Silane Science 14 martie 2008 Vol. 319. no. 5869, pp. 1506-1509, rezumat accesat 2009-06-08

25. en ^ „Structure and Nomenclature of Hydrocarbons". Purdue University.

26. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

27. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

28. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

29. ^

30. ^ Hibbs, David E. (). „A remarkably stable indium trihydride complex: synthesis and characterisation of [InH₃{P(C₆H₁₁)₃}]". Chemical Communications: 185-186. doi:10.1039/a809279f.

31. ^ Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991), p167-169

32. Luminița Vlădescu, ^ Echilibre chimice în chimia analitică. Editura: Didactică și Pedagogică - 2004

33. ^ Okumura, Anthony M. (). „Infrared spectra of the solvated hydronium ion: vibrational predissociation spectroscopy of mass-selected H₃O+*(H₂O)n*(H₂)m". Journal of Physical Chemistry. 94 (9): 3416-3427. doi:10.1021/j100372a014.

34. ^ Carrington, Alan (). „The infrared predissociation spectrum of triatomic hydrogen cation (H₃⁺)". Accounts of Chemical Research. 22 (6): 218-222. doi:10.1021/ar00162a004.

35. en ^ Acid-Base Behaviour of the Period 3 Oxides. chemguide.co.uk. accesat la 12 mai 2009.

36. en ^ Kruse, B. (). „Hydrogen Status og Muligheter" (PDF). Bellona.

37. ^ Oxtoby, D. W. (). Principles of Modern Chemistry (ed. 5th edition). Thomson Brooks/Cole. ISBN 0030353734.

38. ^ en [

39. en ^ „Hydrogen Properties, Uses, Applications". Universal Industrial Gases, Inc. .

40. en ^ Lees, Andrew (). „Chemicals from salt". BBC. Arhivat din original la .

41. en ^ „Development of solar-powered thermochemical production of hydrogen from water" (PDF).

42. en ^ Robert Perret. „Development of Solar-Powered Thermochemical Production of Hydrogen from Water, DOE Hydrogen Program, 2007" (PDF).

43. ^ Florin, L., Tsokoglou, A. and Happe, T. (). „A novel type of iron hydrogenase in the green alga Scenedesmus obliquus is linked to the photosynthetic electron transport chain". J. Biol. Chem. 276 (9): 6125-6132. doi:10.1074/jbc.M008470200. PMID 11096090.

44. ^ Alge care produc hidrogen combustibil. ecomagazin.ro. Accesat la 6 iunie 2009.

45. ^ Ulei pentru motoare diesel obținut din alge. Adevărul. Accesat la 6 mai 2009.

46. ^ Kruse, O.; Rupprecht, J.; Bader, K.-P.; Thomas-Hall, S.; Schenk, P. M.; Finazzi, G.; Hankamer, B (2005). „Improved photobiological H2 production in engineered green algal cells". The Journal of Biological Chemistry 280 (40): 34170-7.

47. ^

48. ^ „Atomic Hydrogen Welding". Specialty Welds. .

49. en ^ Hardy, Walter N. (). „From H2 to cryogenic H masers to HiTc superconductors: An unlikely but rewarding path". Physica C: Superconductivity. Vancouver, Canada: University of British Columbia. 388-389: 1-6. doi:10.1016/S0921-4534(02)02591-1.

50. en ^ Block, Matthias. „Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection". 16th WCNDT 2004. Montreal, Canada: Sensistor Technologies.

51. ^ en

52. ^

53. ^

54. ^ en Smith, H. O. (). „Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems" (PDF). NASA.

55. en ^ „Hydrogen Safety". Humboldt State University.

I. G. Deac, Elemente de criogenie, Editura Napoca Star, 2010, p14

Raluca Ripan, I. Ceteanu, Manual de lucrări practice de chimie anorganică - vol I Metaloizi, Editura de stat didactică și pedagogică, București, 1961

# data[].attributes.attachment_link.description
Hidrogen Luminescență purpurie în stare plasmatică Liniile spectrale ale hidrogenului Informații generale Nume, Simbol, Număr Hidrogen, H, 1 Grupă, Perioadă, Bloc 1, 1, s Proprietăți atomice Configurație electronică 1s 1 Electroni pe nivelul de energie 1 Proprietăți fizice Punct de topire -259,1 °C ; 14,025 K Punct de fierbere -252,9 °C ; 20,268 K Volum molar 22,42×10-3 m³/kmol Viteza sunetului 1270 m/s la 20 °C Informații diverse Electronegativitate (Pauling) 2,2 Cei mai stabili izotopi Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Hidrogen

Luminescență purpurie în stare plasmatică

Liniile spectrale ale hidrogenului

Informații generale

Nume, Simbol, Număr

Hidrogen, H, 1

Grupă, Perioadă, Bloc

1, 1, s

Proprietăți atomice

Configurație electronică

1s ¹

Electroni pe nivelul de energie

1

Proprietăți fizice

Punct de topire

-259,1 °C ; 14,025 K

Punct de fierbere

-252,9 °C ; 20,268 K

Volum molar

22,42×10⁻³ m³/kmol

Viteza sunetului

1270 m/s la 20 °C

Informații diverse

Electronegativitate (Pauling)

2,2

Cei mai stabili izotopi

Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

Hidrogenul este elementul chimic în tabelul periodic al elementelor cu simbolul H și numărul atomic 1. Este un gaz ușor inflamabil, incolor, insipid, inodor, iar în natură se întâlnește mai ales sub formă de moleculă diatomică, H ₂. Având masa atomică egală cu 1,00794 u.a.m., hidrogenul este cel mai ușor element chimic. Etimologic, cuvântul hidrogen este o combinație a două cuvinte grecești, având semnificația de „a produce apă".

Hidrogenul elementar este principala componentă a Universului, având o pondere de 75% din masa acestuia. În starea de plasmă, se găsește ca element majoritar în alcătuirea stelelor. Hidrogenul elementar este foarte puțin răspândit pe Pământ.

Pentru necesități industriale există diferite procedee de producere, puse la punct din punct de vedere tehnologic sau aflate în fază de laborator. Hidrogenul poate fi obținut prin electroliza apei, procesul necesitând costuri mai mari decât cel de producere prin procesarea gazelor naturale.

Cel mai răspândit izotop al hidrogenului este protiul, care este alcătuit dintr-un singur proton în nucleu și un electron în învelișul electronic. În compușii ionici poate avea sarcină negativă ( anion cunoscut sub numele de hidrură, H⁻) sau sarcină pozitivă H⁺ ( hidron). Hidrogenul formează compuși chimici cu majoritatea elementelor din sistemul periodic și este prezent în apă și în mulți dintre compușii organici. Are un rol important în reacțiile acido-bazice, acestea bazându-se pe schimbul de protoni între molecule. Fiind singurul atom pentru care soluția analitică a ecuației lui Schrödinger este pe deplin cunoscută, prezintă un rol major în fundamentarea teoriei mecanicii cuantice.

Hidrogenul este un gaz puternic reactiv și își găsește aplicații datorită capacității sale chimice de reducător. Hidrogenul se folosește în industria petrochimică la producerea benzinelor, în industria chimico-alimentară pentru hidrogenarea grăsimilor (de exemplu producerea margarinei), în prelucrările mecanice ale metalelor și în tratamentul termic al acestora.

Hidrogenul a fost testat pentru folosirea alternativă în vehiculele echipate cu motoare cu ardere internă. Avantajul său principal constă în faptul că este ecologic, din arderea sa rezultând vapori de apă. Dezavantajele constau în pericolul mare de explozie, dificultatea stocării în vehicule și lipsa unei infrastructuri de stații de alimentare cu hidrogen. Poate fi folosit pentru producerea directă a electricității, prin intermediul pilelor de combustie.

In anul 2019 a fost descoperit primul compus format în univers la cca 300.000 ani după Big Bang, ionul hidrură de heliu (HeH+) (în engleză „helium hydride ion"). Este o combinație între un atom de heliu și un proton (atom de hidrogen fără electroni). Descoperirea s-a făcut ajutorul observatorului astronomic SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, plasat în stratosferă, o cooperare germano-americană) în nebuloasa planetară NGC 7027.

Descoperire

Hidrogenul a fost descoperit de către chimistul și fizicianul englez Henry Cavendish în 1766, în urma unui experiment în care studia reacțiile dintre mercur și un acid. La amestecarea celor două substanțe, observa apariția unor mici bule de gaz în amestec. Acest aspect l-a determinat să efectueze o cercetare suplimentară, numind substanța necunoscută „aer inflamabil". În 1781 a descoperit că acest element produce apă atunci când arde. O analiză mai detaliată a fost făcută de către Antoine Lavoisier, care descoperă gazul independent de Cavendish în urma unui experiment ce urmărea determinarea masei pierdute sau create în urma unei reacții chimice. Cercetătorul a încălzit apa într-un recipient închis, vaporii formați condensându-i într-un alt recipient. Cantitatea pierdută a fost atribuită degajării unui gaz (H ₂). Chimistul francez a observat că „aerul inflamabil" al lui Cavendish în combinație cu oxigenul formează picături de apă, conform lui Joseph Priestley. Lavoisier a numit gazul „hidrogen", nomeclatura fiind de origine greacă ( ὕδωρ, hydro înseamnă apă, iar γίγνομαι, gignomai înseamnă a naște, a crea).

Rolul în teoria cuantică

Datorită structurii atomice relativ simple, constituit dintr-un proton și un electron, atomul de hidrogen împreună cu spectrul luminii emise de el, au reprezentat un domeniu central al dezvoltării teoriei structurii atomice. În plus, simplitatea moleculei de H ₂ și a cationului H⁺ au condus la înțelegerea completă a naturii legăturii chimice ce a urmat imediat după dezvoltarea studiului atomului de hidrogen în mecanica cuantică (mijlocul anilor 1920).

Maxwell a observat că la H 2, sub temperatura mediului ambiant, valoarea căldurii molare se abate inexplicabil de la aceea a unui gaz diatomic, iar la temperaturi criogenice se apropie din ce în ce mai mult de cea a unui gaz monoatomic. Conform teoriei cuantice, această comportare rezultă din distribuția spațială ale nivelelor de energie de rotație, care la H ₂ sunt foarte îndepărtate, datorită masei sale mici. Aceste nivele îndepărtate împiedică la temperaturi mici partiția egală (între cei doi atomi ai moleculei) a energiei termice în energie de rotație. Compușii diatomici gazoși formați din atomi mai grei nu au diferențe mari între nivelele energetice de rotație și nu prezintă același efect.

Hidrogenul este elementul cu cea mai mică densitate. În formă moleculară (H ₂) este de aproximativ 14,4 ori mai ușor decât aerul. La presiune normală punctul său de topire este de 14,02 K, iar cel de fierbere este de 20,27 K. Punctul său triplu este la 13,81 K, și 7,042 kPa, iar cel critic la 33,2 K și 1,29 MPa. Solubilitatea în apă este de 1,6 mg/l. Unele proprietăți termodinamice (legate de fenomenele de transport) sunt datorate masei moleculare mici și vitezei termice a unei molecule de 1770 m/s la 25 °C. La temperatura camerei, hidrogenul difuzează cel mai rapid, are cea mai înaltă conductivitate termică și cea mai mare efuziune dintre toate gazele. O vâscozitate mai mică au doar trei gaze poliatomice, unul dintre ele fiind n-butan.

Mobilitatea hidrogenului într-o masă solidă este, de asemenea, foarte mare. Astfel, acesta difuzează prin diverse materiale, cum ar fi polietilena și cuarțul. Un important fenomen este acela de difuzie în fier, platină și în alte metale tranziționale. Aceste proprietăți conduc la utilizări tehnice numeroase, dar de asemenea, și la dificultăți legate de transportul, depozitarea și de prelucrare a amestecurilor de hidrogen.

Hidrogenul gazos (în stare de moleculă diatomică) este extrem de inflamabil și la presiune atmosferică se aprinde în aer la concentrații volumetrice cuprinse între 4% și 75%, iar în contact cu oxigenul pur între 4,65% și 93,9%. Limitele între care apare detonația sunt între 18,2% și 58,9% în aer, respectiv între 15% și 90% în oxigen. Variația entalpiei în urma combustiei ( puterea calorifică, căldura de ardere) este de −286 kJ/mol:

[23]

Amestecul dintre oxigen și hidrogen în diferite proporții este exploziv. Hidrogenul se autoaprinde și explodează în contact cu aerul în intervalul de concentrații cuprins între 4% și 75%, temperatura de autoaprindere fiind de 560 °C. Flacăra unui amestec pur hidrogen-oxigen emite radiații ultraviolete invizibile cu ochiul liber.

H ₂ reacționează cu toate elementele oxidante. Acesta poate reacționa spontan și violent la temperatura camerei cu clorul și fluorul, formând HCl și HF.

Hidrogenul este cel mai răspândit element în univers, reprezentând mai mult de 75% în masă și mai mult de 90% după numărul de atomi. Se găsește în cantități mari în compoziția stelelor și a planetelor gigantice gazoase. Norii moleculari de H ₂ sunt asociați cu formarea stelelor. Hidrogenul joacă un rol-cheie și în exploziile stelare datorate reacțiilor de fuziune nucleară dintre protoni.

În Univers, hidrogenul este întâlnit mai ales sub forma de atom și în stare de plasmă. Proprietățile acestora sunt diferite față de cele ale moleculei de hidrogen. Electronul și protonul de hidrogen nu formează legături în starea de plasmă, din cauza conductivității electrice diferite și a unei emisii radiative mari (originea luminii emise de Soare și alte stele). Particulele încărcate cu sarcini electrice sunt puternic influențate de câmpurile magnetice și electrice. De exemplu, în vânturile solare particulele interacționează cu magnetosfera terestră, generând curenți Birkeland și produc fenomenul cunoscut sub denumirea de auroră boreală. Hidrogenul se găsește în stare atomică neutră în mediul interstelar, iar cea mai mare cantitate este întâlnită la sistemele Lyman-alpha.

În condiții normale, hidrogenul există pe Pământ sub formă de moleculă diatomică, H ₂, însă nu este foarte răspândit în atmosfera terestră (în concentrație medie de 1 ppm de volum) din cauza masei mici, astfel forța gravitațională a planetei are un efect foarte slab asupra sa. Totuși, hidrogenul (prin compușii săi) este cel mai răspândit element de la suprafața Terrei. Cei mai întâlniți compuși chimici ai săi sunt hidrocarburile și apa. Hidrogenul gazos este produs de anumite specii de bacterii și alge, acesta fiind componentul principal al flatulenței. Metanul este o importantă sursă de hidrogen.

Atomul de hidrogen

Nivelul energetic fundamental al electronului în atomul de hidrogen are energia egală cu -13,6 eV. Nivelele superioare se numesc nivele excitate, energia acestora crescând până la 0 eV (valoarea nivelului energetic aflat la infinit), ele se calculează folosind modelul lui Bohr. Acesta consideră că nucleul este fix, iar electronul are o traiectorie circulară în jurul acestuia asemănătoare cu planetele ce gravitează în jurul Soarelui (de unde provine denumirea alternativă de model planetar). Forța electromagnetică atrage electronul și protonul unul spre celălalt, în timp ce corpurile cerești se atrag datorită gravitației. Potrivit condiției de cuantificare a momentului cinetic postulat de Bohr, valoarea momentului cinetic al electronului este multiplu întreg al constantei reduse al lui Planck, de unde rezultă că în cadrul atomului, electronului îi sunt permise anumite orbite cu raze bine stabilite. Această relație de cuantificare explică spectrul discret al nivelelor energetice.

O descriere mai exactă a atomului de hidrogen este dată în fizica cuantică unde se calculează densitatea de probabilitate prin norma funcției de undă a electronului în jurul protonului pe baza ecuației lui Schrödinger sau a formulării lui Feynman cu integrală de drum.

Hidrogenul are trei izotopi naturali, ¹H, ²H și ³H. Alții, ce au nucleele foarte instabile ( ⁴H până la ⁷ H), au fost sintetizați în laborator dar nu au fost observați în natură.

este cel mai răspândit izotop al hidrogenului, având o pondere de peste 99,98% în compoziția izotopică naturală al acestui element. Datorită faptului că acesta are în nucleul un singur proton, a fost numit protiu, această denumire fiind însă rar utilizată.

, celălalt izotop stabil al hidrogenului, este cunoscut și sub numele de . Conține în nucleu un proton și un neutron, acest izotop provenind de la Big Bang, continuând să existe până acum datorită stabilității sale. Nu este radioactiv și nu reprezintă o sursă periculoasă de poluare. Apa ce este bogată în dioxid de deuteriu se mai numește și apă grea. Deuteriul și compușii săi sunt utilizați ca etalon în experimente neradioactive și ca solvent în procedeele de spectroscopie RMN. Apa grea este utilizată ca moderator de neutron și ca lichid de răcire pentru reactorii nucleari. Deuteriul este de asemenea folosit drept combustibil pentru fuziune nucleară de larg consum.

se mai numește și (mai rar: trițiu); conține în nucleu un proton și doi neutroni. Este radioactiv, rezultând din izotopul Heliu-3 prin dezintegrarea beta și are un timp de înjumătățire de 12,32 ani. Cantități mici din acest izotop sunt răspândite și în natură, acesta rezultând din interacțiunea razelor cosmice cu gazele atmosferice; tritiul este eliberat și în timpul testelor nucleare. Este folosit și în reacții de fuziune nucleară, și pentru evidențierea și studiul de geochimia izotopilor și în dispozitive autogeneratoare de lumină. Tritiul se mai utilizează și în marcarea radioizotopică, în special în domeniul biologiei, medicinei sau geologiei. Dioxidul de tritiu se mai numește și apă supergrea.

Hidrogenul este singurul element care are nume diferite pentru izotopii săi cei mai răspândiți. Simbolurile D și T (în loc de ²H și ³H) sunt folosite pentru deuteriu și tritiu, dar P este utilizat pentru fosfor, deci nu se poate folosi pentru simbolizarea protiului. IUPAC acceptă atât ambele variante, dar ²H și ³ H sunt preferate.

Emisia spectrală a atomului de hidrogen este caracterizată prin linii spectrale date de formula lui Rydbeg. Studiul liniilor spectrale este important în mecanica cuantică și la studiul prezenței hidrogenului pentru determinarea deplasării spre roșu.

Există doi izomeri de spin ai moleculei de hidrogen care diferă prin spinii relativi ai nucleului. În forma de ortohidrogen, spinii celor doi protoni sunt paraleli și formează un triplet; în forma de parahidrogen, spinii sunt antiparaleli și formează un singlet. La temperatură și presiune standard, hidrogenul gazos conține 25% parahidrogen și 75% ortohidrogen („starea normală" a hidrogenului). Proporțiile în care se găsesc orto și parahidrogenul depind de temperatură, dar forma orto este excitată și are o energie mai mare, deci este instabilă și nu poate fi purificată. La temperaturi foarte joase, starea de echilibru e formată aproape în întregime din parahidrogen. Proprietățile fizice ale parahidrogenului pur diferă puțin de cele ale hidrogenului în stare normală. Diferențele dintre formele orto și para se manifestă și în compușii care conțin hidrogen, cum ar fi apa sau metilenul.

Transformarea între orto și parahidrogen ce are loc fără catalizator se desfășoară mai rapid la temperaturi mari, astfel H ₂ condensat rapid conține o cantitate mare de ortohidrogen care se convertește în parahidrogen foarte încet. Proporția de orto/para în hidrogenul molecular (H ₂) condensat este un factor important în prepararea și stocarea hidrogenului lichid; conversia din orto în parahidrogen este un proces exoterm, prin care se degajă suficientă căldură pentru a evapora hidrogenul lichid, astfel pierzându-se materialului lichefiat. Catalizatorii utilizați la această transformare, cum ar fi oxidul feric, carbonul activat, azbestul platinizat, compuși ai uraniului, metale rare, oxidul de crom, câțiva compuși ai nichelului, sunt utilizați în timpul răcirii hidrogenului.

O formă moleculară numită molecula protonată de hidrogen sau H ₃⁺ este întâlnită în mediul interstelar, fiind produsă prin ionizarea moleculei de hidrogen de către razele cosmice. De asemenea, a fost observată și în straturile superioare ale planetei Jupiter. Această moleculă este relativ stabilă în afara Terrei datorită temperaturii scăzute și a densității ridicate. H ₃⁺ este unul din cei mai răspândiți ioni din Univers, jucând un rol important în chimia mediului interstelar.

În general, hidrogenul este considerat drept un nemetal, însă la temperaturi joase și la presiuni mari unele din proprietățile sale se aseamănă cu cele ale metalelor. Hidrogenul metalic a fost obținut pentru prima oară în 1973 la o presiune de 2,8 Mbar și la 20 K. Aliajul SiH ₄ cu structură metalică a fost obținut în 2008, descoperindu-se că este un foarte bun conductor electric, în conformitate cu predicțiile anterioare ale lui lui N. W. Ashcroft. În acest compus, chiar și la presiuni moderate, hidrogenul are o structură cu o densitate ce corespunde cu cea a hidrogenului metalic.

Compușii covalenți și cei organici

Chiar dacă H ₂ nu este foarte reactiv în condiții obișnuite, el formează compuși cu majoritatea elementelor. Se cunosc milioane de hidrocarburi, dar acestea nu se obțin prin reacția directă dintre elemente (carbon și hidrogen), deși producerea gazului de sinteză în procedeul Fischer-Tropsch poate fi considerată aproape o excepție deoarece procesul folosește carbonul din cărbunele, iar hidrogenul poate fi generat în proces din apă. Hidrogenul poate forma compuși cu elementele mai electronegative decât el, cum ar fi halogenii; în acest tip de compuși, hidrogenul prezintă o sarcină pozitivă parțială. Când se leagă de fluor, oxigen sau azot, hidrogenul participă la formarea unei legături puternice numite legătură de hidrogen, ce este un factor important în stabilitatea multor molecule biologice. Hidrogenul poate forma compuși și cu elementele mai puțin electronegative, cum ar fi metalele sau semimetalele, având o sarcină parțial negativă. Acești compuși sunt cunoscuți sub numele de hidruri. Hidrogenul formează o varietate de compuși cu carbonul. Datorita asocierii în general a acestora cu organismele vii, aceștia sunt numiți compuși organici; cu studierea lor se ocupă chimia organică, iar cu studiul rolului lor în organismele vii - biochimia. În unele definiții „organic" se referă doar la un compus ce conține carbon. Însă majoritatea substanțelor organice prezintă și hidrogen, iar legătura carbon-hidrogen determină multe din particularitățile lor. De aceea, legăturile carbon-hidrogen sunt prezente în unele definiții ale cuvântului „organic". În chimia anorganică hidrurile pot reprezenta catene de legături între doi ioni metalici ai unei combinații complexe. Această funcție se întâlnește la elementele din grupa 13, cu precădere la boruri și compușii complecși ai aluminiului.

Compușii hidrogenului sunt adesea numiți „hidruri", acest termen fiind uneori impropriu utilizat. „Hidrură" definește o substanță în care atomul de H are caracter anionic sau sarcină negativă, deci H −, fiind utilizat pentru compușii hidrogenului cu un element mai electropozitiv. Existența anionului hidrură, sugerată de Gilbert N. Lewis în 1916 pentru elementele din prima grupă și a doua principală, a fost pusă în evidență în 1920 de către Moers prin electroliza topiturii de hidrură de litiu (LiH), când a fost produsă o cantitate stoechiometrică de hidrogen la anod. Pentru hidrurile altor elemente, termenul este ambiguu, luând în considerare electronegativitatea hidrogenului. Excepție face BeH ₂, care este un polimer. În hidrura de litiu și aluminiu, anionul AlH ₄− are centre de hidrură atașate puternic de aluminiu. Chiar dacă hidrogenul poate forma hidruri cu toate elementele din grupele principale, numărul și combinațiile posibile diferă de la o grupă la alta. Hidrura de indiu nu a fost încă identificată, însă există o multitudine de compuși complecși ai săi.

Protoni și acizi

Oxidarea hidrogenului, adică îndepărtarea electronului său, decurge teoretic cu formarea H⁺, ion ce nu conține niciun electron în învelișul electronic și un proton în nucleu. De aceea, H⁺ este adesea numit „proton" și are un rol important în teoria protonică a acizilor. Conform teoriei Bronsted-Lowry, acizii sunt acele substanțe care cedează protoni, iar bazele sunt acceptori de protoni. Protonul H⁺ nu poate exista liber, ci doar în soluții sau în cristale ionice, datorită afinității foarte mari pentru electronii altor elemente. Uneori, termenul de „proton" este utilizat impropriu pentru a se referi la hidrogenul cu sarcină pozitivă sau cationul de hidrogen legat de alte specii moleculare. Pentru a se evita implicarea existența unică a „protonului solvatat" în soluții, se consideră că soluțiile apoase cu caracter acid conțin ionul hidroniu (H ₃O⁺). Totuși, unii cationi solvatați ai hidrogenului sunt mai degrabă organizați în molecule de tipul celei de H ₉O ₄⁺. Alți ioni oxoniu se formează când apa formează soluții cu alți solvenți. Deși nu se întâlnește pe Pământ, ionul H ₃⁺ (cunoscut sub numele de hidrogen molecular protonat sau cationul triatomic de hidrogen) este una dintre cele mai răspândite specii chimice în restul universului.

H ₂ este produs în laboratoarele de chimie și cele de biologie, fiind adesea un produs secundar al unei reacții; în industrie pentru hidrogenarea substanțelor nesaturate; în natură ca metodă de a reduce echivalenții în reacțiile biochimice.

În laborator, H ₂ este de obicei obținut prin reacția metalelor cu acizii în aparatul Kipp.

Aluminiul poate produce H ₂ prin tratarea cu baze:

Electroliza apei este o metodă simplă de a produce hidrogen. Un curent de joasă tensiune trece prin apă, iar oxigenul gazos se formează la anod, în timp ce hidrogenul gazos apare la catod. De obicei la producerea hidrogenului, catodul este confecționat din platină. Dacă se realizează și arderea, oxigenul este preferat pentru combustie, astfel ambii electrozi sunt confecționați din metale inerte. Eficiența maximă (electricitatea utilizată raportată la cantitatea de hidrogen produsă) este de 80% - 94%.

În 2007 s-a descoperit că un aliaj format din aluminiu și galiu în forma granulară în reacție cu apa poate fi folosit pentru a produce hidrogen. Din acest proces mai rezultă de asemenea și alumină, însă galiul scump, ce previne apariția stratului de oxid, poate fi refolosit. Acest lucru are o mare importanță în economia hidrogenului, deoarece acesta poate fi produs la locul de lucru și nu trebuie transportat.

Cea mai importantă (din punct de vedere economic) metodă de obținere a hidrogenului este extragerea acestuia din hidrocarburi. Cea mai mare parte a hidrogenului obținut în mod industrial provine din reformarea vaporilor gazelor naturale. La temperaturi ridicate (700 - 1100 °C; 1300 - 2000 °F), apa în stare de vapori reacționează cu metanul, rezultând monoxid de carbon și H ₂:

Această reacție se realizează ușor la presiune joasă, dar de obicei se realizează la presiuni mari (20 bar), deoarece la aceste presiuni se desfășoară aplicațiile uzuale ale hidrogenul astfel obținut. Amestecul rezultat se numește gaz de sinteză deoarece este utilizat pentru obținerea directă a metanolului și a compușilor săi. Și alte hidrocarburi în afară de metan pot produce gaz de sinteză în diferite proporții. O problemă ce apare în această tehnologie este formarea cocsului sau a carbonului:

Această reacție decurge de obicei cu formarea unui exces de H ₂O. Hidrogenul adițional poate fi recuperat din vapori utilizându-se monoxidul de carbon în reacție cu gazul de apă pe un catalizator de oxid de fier. Procesul este și o metodă de obținere a dioxidului de carbon:

Alte metode importante de obținere a H ₂ sunt oxidarea parțială a hidrocarburilor:

și reacția cărbunelui cu apa:

Uneori, hidrogenul este fabricat și consumat în timpul aceluiași proces, fără a mai fi separat. În procedeul Haber pentru obținerea amoniacului, hidrogenul provine din la gazul natural. Din electroliza saramurii pentru a produce clor se obține și hidrogen ca produs secundar.

Există mai mult de 200 de cicluri termochimice care pot fi folosite pentru descompunerea apei. Sunt studiate unele dintre acestea, cum ar fi ciclul oxidului de fier, ciclul oxid de ceriu (IV)-ceriu (III), ciclul zinc-oxid de zinc, ciclul sulfură-iod, ciclul cupru-clor și ciclul sulfurii hibride, fiind în stadiul de testări pentru a produce hidrogen și oxigen din apă folosind căldura, fără a se utiliza electricitatea. Numeroase laboratoare (inclusiv în Franța, Germania, Grecia, Japonia și Statele Unite ale Americii) dezvoltă metode termochimice de producere a hidrogenului din energie solară și apă.

H ₂ se obține în urma unor metabolisme anaerobe și este produs de anumite microorganisme, de obicei prin cataliza enzimelor ce conțin fier sau nichel. Cu ajutorul acestor enzime, numite hidrogenaze, se obține hidrogen în urma procesului de fotosinteză. Gena introdusă ajută frunza să descompună molecula de apă în elementele componente. Algele folosite sunt plante unicelulare care produc, în mod natural, cantități mici de hidrogen în timp ce își extrag energia necesară din lumina Soarelui. David Tiede, unul dintre inventatorii acestei metode, afirmă că algele produc hidrogen ca să se apere de radicalii liberi rezultați în urma fotosintezei, care altfel le-ar oxida părți vitale ale celulei. Dar, dacă hidrogenaza este stimulată chimic și dacă algele sunt plasate în recipiente de sticlă și expuse luminii solare, ele produc mai mult hidrogen, iar acesta poate fi recoltat, iar apoi îmbuteliat cu ajutorul unei pompe. Profesorul Thomas Rauchfuss, de la Universitatea din Illinois, cel care a propus tipul exact de proteină sintetică necesar procesului, a declarat: „Cultivarea algelor modificate genetic, în care s-a introdus proteina sintetică, s-a dovedit a fi extrem de stabilă. Algele nu degenerează și nu revin la specia anterioară. Procesul are o mulțime de beneficii în comparație cu obținerea altor plante din care se extrag biocombustibili. Algele pot fi crescute în recipiente transparente plasate în deșert sau pe acoperișul caselor. Ele nu au nevoie de teren și nu intră în competiție cu producția de alimente". La unele specii de alge, cum ar fi Chlamydomonas reinhardtii sau cyanobacteria, la întuneric, protonii și electronii sunt reduși pentru a forma H ₂ gazos cu ajutorul hidrogenazei în cloroplast.

Anual se înregistrează un consum mondial de hidrogen de peste 500 miliarde metri cubi normali în diverse scopuri și în diferite domenii. În afara utilizării ca reactant, hidrogenul are multe aplicații în inginerie și fizică. Se utilizează la sudură, iar datorită bunei conductivități termice este folosit ca agent de răcire în generatoare electrice din centralele electrice. are un rol important în cercetările din criogenie, inclusiv în studiile legate de superconductivitate. Molecula de hidrogen, având o densitate de 15 ori mai mică decât cea a aerului, a fost întrebuințată drept gaz portant pentru baloane și dirijabile. De asemenea, este materie primă în diverse tehnologii: de reducere a minereurilor, de fabricare a amoniacului și în procedeele de hidrogenare. Hidrogenul are aplicații și în industria automobilelor, chimică, aerospațială și de telecomunicații.

Izotopii hidrogenului au aplicații specifice. Deuteriul din compoziția apei grele este utilizat în reacțiile de fisiune nucleară ca moderator pentru încetinirea neutronilor. Compușii acestuia se folosesc în cadrul studiilor ce urmăresc efectele reacțiilor izotopice. Tritiul, produs în reactoarele nucleare, se folosește în producerea bombelor cu hidrogen, în marcare izotopică și ca sursa de iradiere pentru vopselele fosforescente.

Hidrogenul poate forma amestecuri explozive cu aerul și reacționează violent cu oxidanții. În cazul inhalării în cantități foarte mari, poate produce asfixierea, pierderea mobilității motrice și a cunoștinței. Scurgerea hidrogenului gazos în atmosferă poate cauza autoaprinderea sa. Flacăra de hidrogen este invizibilă, acest lucru putând produce arsuri accidentale.

Multe proprietăți fizice și chimice ale hidrogenului depind de proporția de orto/parahidrogen. Uneori durează săptămâni pentru a atinge starea de echilibru a acestor alotropi. Valorile critice de temperatură și presiune la care are loc deflagrația hidrogenului depind de forma recipientului.

1. de ^ Hidrogen - Noul purtător de energie Despre rolul hidrogenului în sistemele energetice existente și viitoare în Asociația Germană a Hidrogenului și Pilelor de Combustie (DWBV). Accesat la 6 iunie 2009.

2. ^ „Hydrogen". Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wylie-Interscience. . pp. 797-799. ISBN 0-471-61525-0.

3. ^ Emsley, John (). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 183-191. ISBN 0-19-850341-5.

4. ^ Stwertka, Albert (). A Guide to the Elements. Oxford University Press. pp. 16-21. ISBN 0-19-508083-1.

5. en ^ Crepeau, Bob (). „Niels Bohr: The Atomic Model". Great Scientific Minds. Great Neck Publishing. ISBN 1-4298-0723-7.

6. ^ Information Specific to Liquid Hydrogen, harvard.edu, accesat 12 iunie 2009

7. ^ Carcassi, M. N. (). „Deflagrations of H₂-air and CH₄-air lean mixtures in a vented multi-compartment environment". Energy. 30 (8): 1439-1451. doi:10.1016/j.energy.2004.02.012.

8. ^ Energy is per mole of the combustible material, Hydrogen. 286 kJ/mol

9. en ^ „Jefferson Lab - Hydrogen".

10. en ^ Storrie-Lombardi, Lisa J. (). „Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas". Astrophysical Journal. 543: 552-576. arXiv:astro-ph/0006044  . doi:10.1086/317138+.

11. en ^ Dresselhaus, Mildred; et al. (). „Basic Research Needs for the Hydrogen Economy" (PDF). Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy, Office of Science Laboratory.

12. ^ Miessler, Gary L. (). Inorganic Chemistry (ed. 3rd edition). Prentice Hall. ISBN 0130354716.

13. ^

14. ^ Korsheninnikov; A. A.; et al. (). „Experimental Evidence for the Existence of ⁷H and for a Specific Structure of ⁸He". Physical Review Letters. 90 (8): 082501. doi:10.1103/PhysRevLett.90.082501.

15. en ^ Urey, Harold C. (). „Names for the Hydrogen Isotopes". Science. 78 (2035): 602-603. doi:10.1126/science.78.2035.602. PMID 17797765.

16. en ^ Oda, Y (). „1H NMR studies of deuterated ribonuclease HI selectively labeled with protonated amino acids". Journal of Biomolecular NMR. 2 (2): 137-47. doi:10.1007/BF01875525+. PMID 1330130.

17. en ^ „The Tritium Laboratory". University of Miami. .

18. ^

19. en ^ Staff (). „Hydrogen (H₂) Properties, Uses, Applications: Hydrogen Gas and Liquid Hydrogen". Universal Industrial Gases, Inc.

20. en ^ Tikhonov, Vladimir I. (). „Separation of Water into Its Ortho and Para Isomers". Science. 296 (5577): 2363. doi:10.1126/science.1069513. PMID 12089435.

21. en ^ Hritz, James (). „CH. 6 - Hydrogen" (PDF). NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual, Document GRC-MQSA.001. NASA.

22. en ^ Shinitzky, Meir; Elitzur, Avshalom C. (10 ianuarie). „Ortho-para spin isomers of the protons in the methylene group". Chirality. Rehovot, Israel: Weizmann Institute of Science. 18 (9): 754-756. doi:10.1002/chir.20319. PMID 16856167.

23. en ^ „Ortho-Para conversion. Pag. 13" (PDF).

24. M. I. Eremets, I. A. Trojan, S. A. Medvedev, J. S. Tse, Y. Yao. ^ Superconductivity in Hydrogen Dominant Materials. Silane Science 14 martie 2008 Vol. 319. no. 5869, pp. 1506-1509, rezumat accesat 2009-06-08

25. en ^ „Structure and Nomenclature of Hydrocarbons". Purdue University.

26. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

27. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

28. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

29. ^

30. ^ Hibbs, David E. (). „A remarkably stable indium trihydride complex: synthesis and characterisation of [InH₃{P(C₆H₁₁)₃}]". Chemical Communications: 185-186. doi:10.1039/a809279f.

31. ^ Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991), p167-169

32. Luminița Vlădescu, ^ Echilibre chimice în chimia analitică. Editura: Didactică și Pedagogică - 2004

33. ^ Okumura, Anthony M. (). „Infrared spectra of the solvated hydronium ion: vibrational predissociation spectroscopy of mass-selected H₃O+*(H₂O)n*(H₂)m". Journal of Physical Chemistry. 94 (9): 3416-3427. doi:10.1021/j100372a014.

34. ^ Carrington, Alan (). „The infrared predissociation spectrum of triatomic hydrogen cation (H₃⁺)". Accounts of Chemical Research. 22 (6): 218-222. doi:10.1021/ar00162a004.

35. en ^ Acid-Base Behaviour of the Period 3 Oxides. chemguide.co.uk. accesat la 12 mai 2009.

36. en ^ Kruse, B. (). „Hydrogen Status og Muligheter" (PDF). Bellona.

37. ^ Oxtoby, D. W. (). Principles of Modern Chemistry (ed. 5th edition). Thomson Brooks/Cole. ISBN 0030353734.

38. ^ en [

39. en ^ „Hydrogen Properties, Uses, Applications". Universal Industrial Gases, Inc. .

40. en ^ Lees, Andrew (). „Chemicals from salt". BBC. Arhivat din original la .

41. en ^ „Development of solar-powered thermochemical production of hydrogen from water" (PDF).

42. en ^ Robert Perret. „Development of Solar-Powered Thermochemical Production of Hydrogen from Water, DOE Hydrogen Program, 2007" (PDF).

43. ^ Florin, L., Tsokoglou, A. and Happe, T. (). „A novel type of iron hydrogenase in the green alga Scenedesmus obliquus is linked to the photosynthetic electron transport chain". J. Biol. Chem. 276 (9): 6125-6132. doi:10.1074/jbc.M008470200. PMID 11096090.

44. ^ Alge care produc hidrogen combustibil. ecomagazin.ro. Accesat la 6 iunie 2009.

45. ^ Ulei pentru motoare diesel obținut din alge. Adevărul. Accesat la 6 mai 2009.

46. ^ Kruse, O.; Rupprecht, J.; Bader, K.-P.; Thomas-Hall, S.; Schenk, P. M.; Finazzi, G.; Hankamer, B (2005). „Improved photobiological H2 production in engineered green algal cells". The Journal of Biological Chemistry 280 (40): 34170-7.

47. ^

48. ^ „Atomic Hydrogen Welding". Specialty Welds. .

49. en ^ Hardy, Walter N. (). „From H2 to cryogenic H masers to HiTc superconductors: An unlikely but rewarding path". Physica C: Superconductivity. Vancouver, Canada: University of British Columbia. 388-389: 1-6. doi:10.1016/S0921-4534(02)02591-1.

50. en ^ Block, Matthias. „Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection". 16th WCNDT 2004. Montreal, Canada: Sensistor Technologies.

51. ^ en

52. ^

53. ^

54. ^ en Smith, H. O. (). „Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems" (PDF). NASA.

55. en ^ „Hydrogen Safety". Humboldt State University.

I. G. Deac, Elemente de criogenie, Editura Napoca Star, 2010, p14

Raluca Ripan, I. Ceteanu, Manual de lucrări practice de chimie anorganică - vol I Metaloizi, Editura de stat didactică și pedagogică, București, 1961

# data[].attributes.attachment_link.description
Hidrogen Luminescență purpurie în stare plasmatică Liniile spectrale ale hidrogenului Informații generale Nume, Simbol, Număr Hidrogen, H, 1 Grupă, Perioadă, Bloc 1, 1, s Proprietăți atomice Configurație electronică 1s 1 Electroni pe nivelul de energie 1 Proprietăți fizice Punct de topire -259,1 °C ; 14,025 K Punct de fierbere -252,9 °C ; 20,268 K Volum molar 22,42×10-3 m³/kmol Viteza sunetului 1270 m/s la 20 °C Informații diverse Electronegativitate (Pauling) 2,2 Cei mai stabili izotopi Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Hidrogen

Luminescență purpurie în stare plasmatică

Liniile spectrale ale hidrogenului

Informații generale

Nume, Simbol, Număr

Hidrogen, H, 1

Grupă, Perioadă, Bloc

1, 1, s

Proprietăți atomice

Configurație electronică

1s ¹

Electroni pe nivelul de energie

1

Proprietăți fizice

Punct de topire

-259,1 °C ; 14,025 K

Punct de fierbere

-252,9 °C ; 20,268 K

Volum molar

22,42×10⁻³ m³/kmol

Viteza sunetului

1270 m/s la 20 °C

Informații diverse

Electronegativitate (Pauling)

2,2

Cei mai stabili izotopi

Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

Hidrogenul este elementul chimic în tabelul periodic al elementelor cu simbolul H și numărul atomic 1. Este un gaz ușor inflamabil, incolor, insipid, inodor, iar în natură se întâlnește mai ales sub formă de moleculă diatomică, H ₂. Având masa atomică egală cu 1,00794 u.a.m., hidrogenul este cel mai ușor element chimic. Etimologic, cuvântul hidrogen este o combinație a două cuvinte grecești, având semnificația de „a produce apă".

Hidrogenul elementar este principala componentă a Universului, având o pondere de 75% din masa acestuia. În starea de plasmă, se găsește ca element majoritar în alcătuirea stelelor. Hidrogenul elementar este foarte puțin răspândit pe Pământ.

Pentru necesități industriale există diferite procedee de producere, puse la punct din punct de vedere tehnologic sau aflate în fază de laborator. Hidrogenul poate fi obținut prin electroliza apei, procesul necesitând costuri mai mari decât cel de producere prin procesarea gazelor naturale.

Cel mai răspândit izotop al hidrogenului este protiul, care este alcătuit dintr-un singur proton în nucleu și un electron în învelișul electronic. În compușii ionici poate avea sarcină negativă ( anion cunoscut sub numele de hidrură, H⁻) sau sarcină pozitivă H⁺ ( hidron). Hidrogenul formează compuși chimici cu majoritatea elementelor din sistemul periodic și este prezent în apă și în mulți dintre compușii organici. Are un rol important în reacțiile acido-bazice, acestea bazându-se pe schimbul de protoni între molecule. Fiind singurul atom pentru care soluția analitică a ecuației lui Schrödinger este pe deplin cunoscută, prezintă un rol major în fundamentarea teoriei mecanicii cuantice.

Hidrogenul este un gaz puternic reactiv și își găsește aplicații datorită capacității sale chimice de reducător. Hidrogenul se folosește în industria petrochimică la producerea benzinelor, în industria chimico-alimentară pentru hidrogenarea grăsimilor (de exemplu producerea margarinei), în prelucrările mecanice ale metalelor și în tratamentul termic al acestora.

Hidrogenul a fost testat pentru folosirea alternativă în vehiculele echipate cu motoare cu ardere internă. Avantajul său principal constă în faptul că este ecologic, din arderea sa rezultând vapori de apă. Dezavantajele constau în pericolul mare de explozie, dificultatea stocării în vehicule și lipsa unei infrastructuri de stații de alimentare cu hidrogen. Poate fi folosit pentru producerea directă a electricității, prin intermediul pilelor de combustie.

In anul 2019 a fost descoperit primul compus format în univers la cca 300.000 ani după Big Bang, ionul hidrură de heliu (HeH+) (în engleză „helium hydride ion"). Este o combinație între un atom de heliu și un proton (atom de hidrogen fără electroni). Descoperirea s-a făcut ajutorul observatorului astronomic SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, plasat în stratosferă, o cooperare germano-americană) în nebuloasa planetară NGC 7027.

Descoperire

Hidrogenul a fost descoperit de către chimistul și fizicianul englez Henry Cavendish în 1766, în urma unui experiment în care studia reacțiile dintre mercur și un acid. La amestecarea celor două substanțe, observa apariția unor mici bule de gaz în amestec. Acest aspect l-a determinat să efectueze o cercetare suplimentară, numind substanța necunoscută „aer inflamabil". În 1781 a descoperit că acest element produce apă atunci când arde. O analiză mai detaliată a fost făcută de către Antoine Lavoisier, care descoperă gazul independent de Cavendish în urma unui experiment ce urmărea determinarea masei pierdute sau create în urma unei reacții chimice. Cercetătorul a încălzit apa într-un recipient închis, vaporii formați condensându-i într-un alt recipient. Cantitatea pierdută a fost atribuită degajării unui gaz (H ₂). Chimistul francez a observat că „aerul inflamabil" al lui Cavendish în combinație cu oxigenul formează picături de apă, conform lui Joseph Priestley. Lavoisier a numit gazul „hidrogen", nomeclatura fiind de origine greacă ( ὕδωρ, hydro înseamnă apă, iar γίγνομαι, gignomai înseamnă a naște, a crea).

Rolul în teoria cuantică

Datorită structurii atomice relativ simple, constituit dintr-un proton și un electron, atomul de hidrogen împreună cu spectrul luminii emise de el, au reprezentat un domeniu central al dezvoltării teoriei structurii atomice. În plus, simplitatea moleculei de H ₂ și a cationului H⁺ au condus la înțelegerea completă a naturii legăturii chimice ce a urmat imediat după dezvoltarea studiului atomului de hidrogen în mecanica cuantică (mijlocul anilor 1920).

Maxwell a observat că la H 2, sub temperatura mediului ambiant, valoarea căldurii molare se abate inexplicabil de la aceea a unui gaz diatomic, iar la temperaturi criogenice se apropie din ce în ce mai mult de cea a unui gaz monoatomic. Conform teoriei cuantice, această comportare rezultă din distribuția spațială ale nivelelor de energie de rotație, care la H ₂ sunt foarte îndepărtate, datorită masei sale mici. Aceste nivele îndepărtate împiedică la temperaturi mici partiția egală (între cei doi atomi ai moleculei) a energiei termice în energie de rotație. Compușii diatomici gazoși formați din atomi mai grei nu au diferențe mari între nivelele energetice de rotație și nu prezintă același efect.

Hidrogenul este elementul cu cea mai mică densitate. În formă moleculară (H ₂) este de aproximativ 14,4 ori mai ușor decât aerul. La presiune normală punctul său de topire este de 14,02 K, iar cel de fierbere este de 20,27 K. Punctul său triplu este la 13,81 K, și 7,042 kPa, iar cel critic la 33,2 K și 1,29 MPa. Solubilitatea în apă este de 1,6 mg/l. Unele proprietăți termodinamice (legate de fenomenele de transport) sunt datorate masei moleculare mici și vitezei termice a unei molecule de 1770 m/s la 25 °C. La temperatura camerei, hidrogenul difuzează cel mai rapid, are cea mai înaltă conductivitate termică și cea mai mare efuziune dintre toate gazele. O vâscozitate mai mică au doar trei gaze poliatomice, unul dintre ele fiind n-butan.

Mobilitatea hidrogenului într-o masă solidă este, de asemenea, foarte mare. Astfel, acesta difuzează prin diverse materiale, cum ar fi polietilena și cuarțul. Un important fenomen este acela de difuzie în fier, platină și în alte metale tranziționale. Aceste proprietăți conduc la utilizări tehnice numeroase, dar de asemenea, și la dificultăți legate de transportul, depozitarea și de prelucrare a amestecurilor de hidrogen.

Hidrogenul gazos (în stare de moleculă diatomică) este extrem de inflamabil și la presiune atmosferică se aprinde în aer la concentrații volumetrice cuprinse între 4% și 75%, iar în contact cu oxigenul pur între 4,65% și 93,9%. Limitele între care apare detonația sunt între 18,2% și 58,9% în aer, respectiv între 15% și 90% în oxigen. Variația entalpiei în urma combustiei ( puterea calorifică, căldura de ardere) este de −286 kJ/mol:

[23]

Amestecul dintre oxigen și hidrogen în diferite proporții este exploziv. Hidrogenul se autoaprinde și explodează în contact cu aerul în intervalul de concentrații cuprins între 4% și 75%, temperatura de autoaprindere fiind de 560 °C. Flacăra unui amestec pur hidrogen-oxigen emite radiații ultraviolete invizibile cu ochiul liber.

H ₂ reacționează cu toate elementele oxidante. Acesta poate reacționa spontan și violent la temperatura camerei cu clorul și fluorul, formând HCl și HF.

Hidrogenul este cel mai răspândit element în univers, reprezentând mai mult de 75% în masă și mai mult de 90% după numărul de atomi. Se găsește în cantități mari în compoziția stelelor și a planetelor gigantice gazoase. Norii moleculari de H ₂ sunt asociați cu formarea stelelor. Hidrogenul joacă un rol-cheie și în exploziile stelare datorate reacțiilor de fuziune nucleară dintre protoni.

În Univers, hidrogenul este întâlnit mai ales sub forma de atom și în stare de plasmă. Proprietățile acestora sunt diferite față de cele ale moleculei de hidrogen. Electronul și protonul de hidrogen nu formează legături în starea de plasmă, din cauza conductivității electrice diferite și a unei emisii radiative mari (originea luminii emise de Soare și alte stele). Particulele încărcate cu sarcini electrice sunt puternic influențate de câmpurile magnetice și electrice. De exemplu, în vânturile solare particulele interacționează cu magnetosfera terestră, generând curenți Birkeland și produc fenomenul cunoscut sub denumirea de auroră boreală. Hidrogenul se găsește în stare atomică neutră în mediul interstelar, iar cea mai mare cantitate este întâlnită la sistemele Lyman-alpha.

În condiții normale, hidrogenul există pe Pământ sub formă de moleculă diatomică, H ₂, însă nu este foarte răspândit în atmosfera terestră (în concentrație medie de 1 ppm de volum) din cauza masei mici, astfel forța gravitațională a planetei are un efect foarte slab asupra sa. Totuși, hidrogenul (prin compușii săi) este cel mai răspândit element de la suprafața Terrei. Cei mai întâlniți compuși chimici ai săi sunt hidrocarburile și apa. Hidrogenul gazos este produs de anumite specii de bacterii și alge, acesta fiind componentul principal al flatulenței. Metanul este o importantă sursă de hidrogen.

Atomul de hidrogen

Nivelul energetic fundamental al electronului în atomul de hidrogen are energia egală cu -13,6 eV. Nivelele superioare se numesc nivele excitate, energia acestora crescând până la 0 eV (valoarea nivelului energetic aflat la infinit), ele se calculează folosind modelul lui Bohr. Acesta consideră că nucleul este fix, iar electronul are o traiectorie circulară în jurul acestuia asemănătoare cu planetele ce gravitează în jurul Soarelui (de unde provine denumirea alternativă de model planetar). Forța electromagnetică atrage electronul și protonul unul spre celălalt, în timp ce corpurile cerești se atrag datorită gravitației. Potrivit condiției de cuantificare a momentului cinetic postulat de Bohr, valoarea momentului cinetic al electronului este multiplu întreg al constantei reduse al lui Planck, de unde rezultă că în cadrul atomului, electronului îi sunt permise anumite orbite cu raze bine stabilite. Această relație de cuantificare explică spectrul discret al nivelelor energetice.

O descriere mai exactă a atomului de hidrogen este dată în fizica cuantică unde se calculează densitatea de probabilitate prin norma funcției de undă a electronului în jurul protonului pe baza ecuației lui Schrödinger sau a formulării lui Feynman cu integrală de drum.

Hidrogenul are trei izotopi naturali, ¹H, ²H și ³H. Alții, ce au nucleele foarte instabile ( ⁴H până la ⁷ H), au fost sintetizați în laborator dar nu au fost observați în natură.

este cel mai răspândit izotop al hidrogenului, având o pondere de peste 99,98% în compoziția izotopică naturală al acestui element. Datorită faptului că acesta are în nucleul un singur proton, a fost numit protiu, această denumire fiind însă rar utilizată.

, celălalt izotop stabil al hidrogenului, este cunoscut și sub numele de . Conține în nucleu un proton și un neutron, acest izotop provenind de la Big Bang, continuând să existe până acum datorită stabilității sale. Nu este radioactiv și nu reprezintă o sursă periculoasă de poluare. Apa ce este bogată în dioxid de deuteriu se mai numește și apă grea. Deuteriul și compușii săi sunt utilizați ca etalon în experimente neradioactive și ca solvent în procedeele de spectroscopie RMN. Apa grea este utilizată ca moderator de neutron și ca lichid de răcire pentru reactorii nucleari. Deuteriul este de asemenea folosit drept combustibil pentru fuziune nucleară de larg consum.

se mai numește și (mai rar: trițiu); conține în nucleu un proton și doi neutroni. Este radioactiv, rezultând din izotopul Heliu-3 prin dezintegrarea beta și are un timp de înjumătățire de 12,32 ani. Cantități mici din acest izotop sunt răspândite și în natură, acesta rezultând din interacțiunea razelor cosmice cu gazele atmosferice; tritiul este eliberat și în timpul testelor nucleare. Este folosit și în reacții de fuziune nucleară, și pentru evidențierea și studiul de geochimia izotopilor și în dispozitive autogeneratoare de lumină. Tritiul se mai utilizează și în marcarea radioizotopică, în special în domeniul biologiei, medicinei sau geologiei. Dioxidul de tritiu se mai numește și apă supergrea.

Hidrogenul este singurul element care are nume diferite pentru izotopii săi cei mai răspândiți. Simbolurile D și T (în loc de ²H și ³H) sunt folosite pentru deuteriu și tritiu, dar P este utilizat pentru fosfor, deci nu se poate folosi pentru simbolizarea protiului. IUPAC acceptă atât ambele variante, dar ²H și ³ H sunt preferate.

Emisia spectrală a atomului de hidrogen este caracterizată prin linii spectrale date de formula lui Rydbeg. Studiul liniilor spectrale este important în mecanica cuantică și la studiul prezenței hidrogenului pentru determinarea deplasării spre roșu.

Există doi izomeri de spin ai moleculei de hidrogen care diferă prin spinii relativi ai nucleului. În forma de ortohidrogen, spinii celor doi protoni sunt paraleli și formează un triplet; în forma de parahidrogen, spinii sunt antiparaleli și formează un singlet. La temperatură și presiune standard, hidrogenul gazos conține 25% parahidrogen și 75% ortohidrogen („starea normală" a hidrogenului). Proporțiile în care se găsesc orto și parahidrogenul depind de temperatură, dar forma orto este excitată și are o energie mai mare, deci este instabilă și nu poate fi purificată. La temperaturi foarte joase, starea de echilibru e formată aproape în întregime din parahidrogen. Proprietățile fizice ale parahidrogenului pur diferă puțin de cele ale hidrogenului în stare normală. Diferențele dintre formele orto și para se manifestă și în compușii care conțin hidrogen, cum ar fi apa sau metilenul.

Transformarea între orto și parahidrogen ce are loc fără catalizator se desfășoară mai rapid la temperaturi mari, astfel H ₂ condensat rapid conține o cantitate mare de ortohidrogen care se convertește în parahidrogen foarte încet. Proporția de orto/para în hidrogenul molecular (H ₂) condensat este un factor important în prepararea și stocarea hidrogenului lichid; conversia din orto în parahidrogen este un proces exoterm, prin care se degajă suficientă căldură pentru a evapora hidrogenul lichid, astfel pierzându-se materialului lichefiat. Catalizatorii utilizați la această transformare, cum ar fi oxidul feric, carbonul activat, azbestul platinizat, compuși ai uraniului, metale rare, oxidul de crom, câțiva compuși ai nichelului, sunt utilizați în timpul răcirii hidrogenului.

O formă moleculară numită molecula protonată de hidrogen sau H ₃⁺ este întâlnită în mediul interstelar, fiind produsă prin ionizarea moleculei de hidrogen de către razele cosmice. De asemenea, a fost observată și în straturile superioare ale planetei Jupiter. Această moleculă este relativ stabilă în afara Terrei datorită temperaturii scăzute și a densității ridicate. H ₃⁺ este unul din cei mai răspândiți ioni din Univers, jucând un rol important în chimia mediului interstelar.

În general, hidrogenul este considerat drept un nemetal, însă la temperaturi joase și la presiuni mari unele din proprietățile sale se aseamănă cu cele ale metalelor. Hidrogenul metalic a fost obținut pentru prima oară în 1973 la o presiune de 2,8 Mbar și la 20 K. Aliajul SiH ₄ cu structură metalică a fost obținut în 2008, descoperindu-se că este un foarte bun conductor electric, în conformitate cu predicțiile anterioare ale lui lui N. W. Ashcroft. În acest compus, chiar și la presiuni moderate, hidrogenul are o structură cu o densitate ce corespunde cu cea a hidrogenului metalic.

Compușii covalenți și cei organici

Chiar dacă H ₂ nu este foarte reactiv în condiții obișnuite, el formează compuși cu majoritatea elementelor. Se cunosc milioane de hidrocarburi, dar acestea nu se obțin prin reacția directă dintre elemente (carbon și hidrogen), deși producerea gazului de sinteză în procedeul Fischer-Tropsch poate fi considerată aproape o excepție deoarece procesul folosește carbonul din cărbunele, iar hidrogenul poate fi generat în proces din apă. Hidrogenul poate forma compuși cu elementele mai electronegative decât el, cum ar fi halogenii; în acest tip de compuși, hidrogenul prezintă o sarcină pozitivă parțială. Când se leagă de fluor, oxigen sau azot, hidrogenul participă la formarea unei legături puternice numite legătură de hidrogen, ce este un factor important în stabilitatea multor molecule biologice. Hidrogenul poate forma compuși și cu elementele mai puțin electronegative, cum ar fi metalele sau semimetalele, având o sarcină parțial negativă. Acești compuși sunt cunoscuți sub numele de hidruri. Hidrogenul formează o varietate de compuși cu carbonul. Datorita asocierii în general a acestora cu organismele vii, aceștia sunt numiți compuși organici; cu studierea lor se ocupă chimia organică, iar cu studiul rolului lor în organismele vii - biochimia. În unele definiții „organic" se referă doar la un compus ce conține carbon. Însă majoritatea substanțelor organice prezintă și hidrogen, iar legătura carbon-hidrogen determină multe din particularitățile lor. De aceea, legăturile carbon-hidrogen sunt prezente în unele definiții ale cuvântului „organic". În chimia anorganică hidrurile pot reprezenta catene de legături între doi ioni metalici ai unei combinații complexe. Această funcție se întâlnește la elementele din grupa 13, cu precădere la boruri și compușii complecși ai aluminiului.

Compușii hidrogenului sunt adesea numiți „hidruri", acest termen fiind uneori impropriu utilizat. „Hidrură" definește o substanță în care atomul de H are caracter anionic sau sarcină negativă, deci H −, fiind utilizat pentru compușii hidrogenului cu un element mai electropozitiv. Existența anionului hidrură, sugerată de Gilbert N. Lewis în 1916 pentru elementele din prima grupă și a doua principală, a fost pusă în evidență în 1920 de către Moers prin electroliza topiturii de hidrură de litiu (LiH), când a fost produsă o cantitate stoechiometrică de hidrogen la anod. Pentru hidrurile altor elemente, termenul este ambiguu, luând în considerare electronegativitatea hidrogenului. Excepție face BeH ₂, care este un polimer. În hidrura de litiu și aluminiu, anionul AlH ₄− are centre de hidrură atașate puternic de aluminiu. Chiar dacă hidrogenul poate forma hidruri cu toate elementele din grupele principale, numărul și combinațiile posibile diferă de la o grupă la alta. Hidrura de indiu nu a fost încă identificată, însă există o multitudine de compuși complecși ai săi.

Protoni și acizi

Oxidarea hidrogenului, adică îndepărtarea electronului său, decurge teoretic cu formarea H⁺, ion ce nu conține niciun electron în învelișul electronic și un proton în nucleu. De aceea, H⁺ este adesea numit „proton" și are un rol important în teoria protonică a acizilor. Conform teoriei Bronsted-Lowry, acizii sunt acele substanțe care cedează protoni, iar bazele sunt acceptori de protoni. Protonul H⁺ nu poate exista liber, ci doar în soluții sau în cristale ionice, datorită afinității foarte mari pentru electronii altor elemente. Uneori, termenul de „proton" este utilizat impropriu pentru a se referi la hidrogenul cu sarcină pozitivă sau cationul de hidrogen legat de alte specii moleculare. Pentru a se evita implicarea existența unică a „protonului solvatat" în soluții, se consideră că soluțiile apoase cu caracter acid conțin ionul hidroniu (H ₃O⁺). Totuși, unii cationi solvatați ai hidrogenului sunt mai degrabă organizați în molecule de tipul celei de H ₉O ₄⁺. Alți ioni oxoniu se formează când apa formează soluții cu alți solvenți. Deși nu se întâlnește pe Pământ, ionul H ₃⁺ (cunoscut sub numele de hidrogen molecular protonat sau cationul triatomic de hidrogen) este una dintre cele mai răspândite specii chimice în restul universului.

H ₂ este produs în laboratoarele de chimie și cele de biologie, fiind adesea un produs secundar al unei reacții; în industrie pentru hidrogenarea substanțelor nesaturate; în natură ca metodă de a reduce echivalenții în reacțiile biochimice.

În laborator, H ₂ este de obicei obținut prin reacția metalelor cu acizii în aparatul Kipp.

Aluminiul poate produce H ₂ prin tratarea cu baze:

Electroliza apei este o metodă simplă de a produce hidrogen. Un curent de joasă tensiune trece prin apă, iar oxigenul gazos se formează la anod, în timp ce hidrogenul gazos apare la catod. De obicei la producerea hidrogenului, catodul este confecționat din platină. Dacă se realizează și arderea, oxigenul este preferat pentru combustie, astfel ambii electrozi sunt confecționați din metale inerte. Eficiența maximă (electricitatea utilizată raportată la cantitatea de hidrogen produsă) este de 80% - 94%.

În 2007 s-a descoperit că un aliaj format din aluminiu și galiu în forma granulară în reacție cu apa poate fi folosit pentru a produce hidrogen. Din acest proces mai rezultă de asemenea și alumină, însă galiul scump, ce previne apariția stratului de oxid, poate fi refolosit. Acest lucru are o mare importanță în economia hidrogenului, deoarece acesta poate fi produs la locul de lucru și nu trebuie transportat.

Cea mai importantă (din punct de vedere economic) metodă de obținere a hidrogenului este extragerea acestuia din hidrocarburi. Cea mai mare parte a hidrogenului obținut în mod industrial provine din reformarea vaporilor gazelor naturale. La temperaturi ridicate (700 - 1100 °C; 1300 - 2000 °F), apa în stare de vapori reacționează cu metanul, rezultând monoxid de carbon și H ₂:

Această reacție se realizează ușor la presiune joasă, dar de obicei se realizează la presiuni mari (20 bar), deoarece la aceste presiuni se desfășoară aplicațiile uzuale ale hidrogenul astfel obținut. Amestecul rezultat se numește gaz de sinteză deoarece este utilizat pentru obținerea directă a metanolului și a compușilor săi. Și alte hidrocarburi în afară de metan pot produce gaz de sinteză în diferite proporții. O problemă ce apare în această tehnologie este formarea cocsului sau a carbonului:

Această reacție decurge de obicei cu formarea unui exces de H ₂O. Hidrogenul adițional poate fi recuperat din vapori utilizându-se monoxidul de carbon în reacție cu gazul de apă pe un catalizator de oxid de fier. Procesul este și o metodă de obținere a dioxidului de carbon:

Alte metode importante de obținere a H ₂ sunt oxidarea parțială a hidrocarburilor:

și reacția cărbunelui cu apa:

Uneori, hidrogenul este fabricat și consumat în timpul aceluiași proces, fără a mai fi separat. În procedeul Haber pentru obținerea amoniacului, hidrogenul provine din la gazul natural. Din electroliza saramurii pentru a produce clor se obține și hidrogen ca produs secundar.

Există mai mult de 200 de cicluri termochimice care pot fi folosite pentru descompunerea apei. Sunt studiate unele dintre acestea, cum ar fi ciclul oxidului de fier, ciclul oxid de ceriu (IV)-ceriu (III), ciclul zinc-oxid de zinc, ciclul sulfură-iod, ciclul cupru-clor și ciclul sulfurii hibride, fiind în stadiul de testări pentru a produce hidrogen și oxigen din apă folosind căldura, fără a se utiliza electricitatea. Numeroase laboratoare (inclusiv în Franța, Germania, Grecia, Japonia și Statele Unite ale Americii) dezvoltă metode termochimice de producere a hidrogenului din energie solară și apă.

H ₂ se obține în urma unor metabolisme anaerobe și este produs de anumite microorganisme, de obicei prin cataliza enzimelor ce conțin fier sau nichel. Cu ajutorul acestor enzime, numite hidrogenaze, se obține hidrogen în urma procesului de fotosinteză. Gena introdusă ajută frunza să descompună molecula de apă în elementele componente. Algele folosite sunt plante unicelulare care produc, în mod natural, cantități mici de hidrogen în timp ce își extrag energia necesară din lumina Soarelui. David Tiede, unul dintre inventatorii acestei metode, afirmă că algele produc hidrogen ca să se apere de radicalii liberi rezultați în urma fotosintezei, care altfel le-ar oxida părți vitale ale celulei. Dar, dacă hidrogenaza este stimulată chimic și dacă algele sunt plasate în recipiente de sticlă și expuse luminii solare, ele produc mai mult hidrogen, iar acesta poate fi recoltat, iar apoi îmbuteliat cu ajutorul unei pompe. Profesorul Thomas Rauchfuss, de la Universitatea din Illinois, cel care a propus tipul exact de proteină sintetică necesar procesului, a declarat: „Cultivarea algelor modificate genetic, în care s-a introdus proteina sintetică, s-a dovedit a fi extrem de stabilă. Algele nu degenerează și nu revin la specia anterioară. Procesul are o mulțime de beneficii în comparație cu obținerea altor plante din care se extrag biocombustibili. Algele pot fi crescute în recipiente transparente plasate în deșert sau pe acoperișul caselor. Ele nu au nevoie de teren și nu intră în competiție cu producția de alimente". La unele specii de alge, cum ar fi Chlamydomonas reinhardtii sau cyanobacteria, la întuneric, protonii și electronii sunt reduși pentru a forma H ₂ gazos cu ajutorul hidrogenazei în cloroplast.

Anual se înregistrează un consum mondial de hidrogen de peste 500 miliarde metri cubi normali în diverse scopuri și în diferite domenii. În afara utilizării ca reactant, hidrogenul are multe aplicații în inginerie și fizică. Se utilizează la sudură, iar datorită bunei conductivități termice este folosit ca agent de răcire în generatoare electrice din centralele electrice. are un rol important în cercetările din criogenie, inclusiv în studiile legate de superconductivitate. Molecula de hidrogen, având o densitate de 15 ori mai mică decât cea a aerului, a fost întrebuințată drept gaz portant pentru baloane și dirijabile. De asemenea, este materie primă în diverse tehnologii: de reducere a minereurilor, de fabricare a amoniacului și în procedeele de hidrogenare. Hidrogenul are aplicații și în industria automobilelor, chimică, aerospațială și de telecomunicații.

Izotopii hidrogenului au aplicații specifice. Deuteriul din compoziția apei grele este utilizat în reacțiile de fisiune nucleară ca moderator pentru încetinirea neutronilor. Compușii acestuia se folosesc în cadrul studiilor ce urmăresc efectele reacțiilor izotopice. Tritiul, produs în reactoarele nucleare, se folosește în producerea bombelor cu hidrogen, în marcare izotopică și ca sursa de iradiere pentru vopselele fosforescente.

Hidrogenul poate forma amestecuri explozive cu aerul și reacționează violent cu oxidanții. În cazul inhalării în cantități foarte mari, poate produce asfixierea, pierderea mobilității motrice și a cunoștinței. Scurgerea hidrogenului gazos în atmosferă poate cauza autoaprinderea sa. Flacăra de hidrogen este invizibilă, acest lucru putând produce arsuri accidentale.

Multe proprietăți fizice și chimice ale hidrogenului depind de proporția de orto/parahidrogen. Uneori durează săptămâni pentru a atinge starea de echilibru a acestor alotropi. Valorile critice de temperatură și presiune la care are loc deflagrația hidrogenului depind de forma recipientului.

1. de ^ Hidrogen - Noul purtător de energie Despre rolul hidrogenului în sistemele energetice existente și viitoare în Asociația Germană a Hidrogenului și Pilelor de Combustie (DWBV). Accesat la 6 iunie 2009.

2. ^ „Hydrogen". Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wylie-Interscience. . pp. 797-799. ISBN 0-471-61525-0.

3. ^ Emsley, John (). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 183-191. ISBN 0-19-850341-5.

4. ^ Stwertka, Albert (). A Guide to the Elements. Oxford University Press. pp. 16-21. ISBN 0-19-508083-1.

5. en ^ Crepeau, Bob (). „Niels Bohr: The Atomic Model". Great Scientific Minds. Great Neck Publishing. ISBN 1-4298-0723-7.

6. ^ Information Specific to Liquid Hydrogen, harvard.edu, accesat 12 iunie 2009

7. ^ Carcassi, M. N. (). „Deflagrations of H₂-air and CH₄-air lean mixtures in a vented multi-compartment environment". Energy. 30 (8): 1439-1451. doi:10.1016/j.energy.2004.02.012.

8. ^ Energy is per mole of the combustible material, Hydrogen. 286 kJ/mol

9. en ^ „Jefferson Lab - Hydrogen".

10. en ^ Storrie-Lombardi, Lisa J. (). „Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas". Astrophysical Journal. 543: 552-576. arXiv:astro-ph/0006044  . doi:10.1086/317138+.

11. en ^ Dresselhaus, Mildred; et al. (). „Basic Research Needs for the Hydrogen Economy" (PDF). Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy, Office of Science Laboratory.

12. ^ Miessler, Gary L. (). Inorganic Chemistry (ed. 3rd edition). Prentice Hall. ISBN 0130354716.

13. ^

14. ^ Korsheninnikov; A. A.; et al. (). „Experimental Evidence for the Existence of ⁷H and for a Specific Structure of ⁸He". Physical Review Letters. 90 (8): 082501. doi:10.1103/PhysRevLett.90.082501.

15. en ^ Urey, Harold C. (). „Names for the Hydrogen Isotopes". Science. 78 (2035): 602-603. doi:10.1126/science.78.2035.602. PMID 17797765.

16. en ^ Oda, Y (). „1H NMR studies of deuterated ribonuclease HI selectively labeled with protonated amino acids". Journal of Biomolecular NMR. 2 (2): 137-47. doi:10.1007/BF01875525+. PMID 1330130.

17. en ^ „The Tritium Laboratory". University of Miami. .

18. ^

19. en ^ Staff (). „Hydrogen (H₂) Properties, Uses, Applications: Hydrogen Gas and Liquid Hydrogen". Universal Industrial Gases, Inc.

20. en ^ Tikhonov, Vladimir I. (). „Separation of Water into Its Ortho and Para Isomers". Science. 296 (5577): 2363. doi:10.1126/science.1069513. PMID 12089435.

21. en ^ Hritz, James (). „CH. 6 - Hydrogen" (PDF). NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual, Document GRC-MQSA.001. NASA.

22. en ^ Shinitzky, Meir; Elitzur, Avshalom C. (10 ianuarie). „Ortho-para spin isomers of the protons in the methylene group". Chirality. Rehovot, Israel: Weizmann Institute of Science. 18 (9): 754-756. doi:10.1002/chir.20319. PMID 16856167.

23. en ^ „Ortho-Para conversion. Pag. 13" (PDF).

24. M. I. Eremets, I. A. Trojan, S. A. Medvedev, J. S. Tse, Y. Yao. ^ Superconductivity in Hydrogen Dominant Materials. Silane Science 14 martie 2008 Vol. 319. no. 5869, pp. 1506-1509, rezumat accesat 2009-06-08

25. en ^ „Structure and Nomenclature of Hydrocarbons". Purdue University.

26. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

27. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

28. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

29. ^

30. ^ Hibbs, David E. (). „A remarkably stable indium trihydride complex: synthesis and characterisation of [InH₃{P(C₆H₁₁)₃}]". Chemical Communications: 185-186. doi:10.1039/a809279f.

31. ^ Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991), p167-169

32. Luminița Vlădescu, ^ Echilibre chimice în chimia analitică. Editura: Didactică și Pedagogică - 2004

33. ^ Okumura, Anthony M. (). „Infrared spectra of the solvated hydronium ion: vibrational predissociation spectroscopy of mass-selected H₃O+*(H₂O)n*(H₂)m". Journal of Physical Chemistry. 94 (9): 3416-3427. doi:10.1021/j100372a014.

34. ^ Carrington, Alan (). „The infrared predissociation spectrum of triatomic hydrogen cation (H₃⁺)". Accounts of Chemical Research. 22 (6): 218-222. doi:10.1021/ar00162a004.

35. en ^ Acid-Base Behaviour of the Period 3 Oxides. chemguide.co.uk. accesat la 12 mai 2009.

36. en ^ Kruse, B. (). „Hydrogen Status og Muligheter" (PDF). Bellona.

37. ^ Oxtoby, D. W. (). Principles of Modern Chemistry (ed. 5th edition). Thomson Brooks/Cole. ISBN 0030353734.

38. ^ en [

39. en ^ „Hydrogen Properties, Uses, Applications". Universal Industrial Gases, Inc. .

40. en ^ Lees, Andrew (). „Chemicals from salt". BBC. Arhivat din original la .

41. en ^ „Development of solar-powered thermochemical production of hydrogen from water" (PDF).

42. en ^ Robert Perret. „Development of Solar-Powered Thermochemical Production of Hydrogen from Water, DOE Hydrogen Program, 2007" (PDF).

43. ^ Florin, L., Tsokoglou, A. and Happe, T. (). „A novel type of iron hydrogenase in the green alga Scenedesmus obliquus is linked to the photosynthetic electron transport chain". J. Biol. Chem. 276 (9): 6125-6132. doi:10.1074/jbc.M008470200. PMID 11096090.

44. ^ Alge care produc hidrogen combustibil. ecomagazin.ro. Accesat la 6 iunie 2009.

45. ^ Ulei pentru motoare diesel obținut din alge. Adevărul. Accesat la 6 mai 2009.

46. ^ Kruse, O.; Rupprecht, J.; Bader, K.-P.; Thomas-Hall, S.; Schenk, P. M.; Finazzi, G.; Hankamer, B (2005). „Improved photobiological H2 production in engineered green algal cells". The Journal of Biological Chemistry 280 (40): 34170-7.

47. ^

48. ^ „Atomic Hydrogen Welding". Specialty Welds. .

49. en ^ Hardy, Walter N. (). „From H2 to cryogenic H masers to HiTc superconductors: An unlikely but rewarding path". Physica C: Superconductivity. Vancouver, Canada: University of British Columbia. 388-389: 1-6. doi:10.1016/S0921-4534(02)02591-1.

50. en ^ Block, Matthias. „Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection". 16th WCNDT 2004. Montreal, Canada: Sensistor Technologies.

51. ^ en

52. ^

53. ^

54. ^ en Smith, H. O. (). „Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems" (PDF). NASA.

55. en ^ „Hydrogen Safety". Humboldt State University.

I. G. Deac, Elemente de criogenie, Editura Napoca Star, 2010, p14

Raluca Ripan, I. Ceteanu, Manual de lucrări practice de chimie anorganică - vol I Metaloizi, Editura de stat didactică și pedagogică, București, 1961

# data[].attributes.attachment_link.description
Hidrogen Luminescență purpurie în stare plasmatică Liniile spectrale ale hidrogenului Informații generale Nume, Simbol, Număr Hidrogen, H, 1 Grupă, Perioadă, Bloc 1, 1, s Proprietăți atomice Configurație electronică 1s 1 Electroni pe nivelul de energie 1 Proprietăți fizice Punct de topire -259,1 °C ; 14,025 K Punct de fierbere -252,9 °C ; 20,268 K Volum molar 22,42×10-3 m³/kmol Viteza sunetului 1270 m/s la 20 °C Informații diverse Electronegativitate (Pauling) 2,2 Cei mai stabili izotopi Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Hidrogen

Luminescență purpurie în stare plasmatică

Liniile spectrale ale hidrogenului

Informații generale

Nume, Simbol, Număr

Hidrogen, H, 1

Grupă, Perioadă, Bloc

1, 1, s

Proprietăți atomice

Configurație electronică

1s ¹

Electroni pe nivelul de energie

1

Proprietăți fizice

Punct de topire

-259,1 °C ; 14,025 K

Punct de fierbere

-252,9 °C ; 20,268 K

Volum molar

22,42×10⁻³ m³/kmol

Viteza sunetului

1270 m/s la 20 °C

Informații diverse

Electronegativitate (Pauling)

2,2

Cei mai stabili izotopi

Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

Hidrogenul este elementul chimic în tabelul periodic al elementelor cu simbolul H și numărul atomic 1. Este un gaz ușor inflamabil, incolor, insipid, inodor, iar în natură se întâlnește mai ales sub formă de moleculă diatomică, H ₂. Având masa atomică egală cu 1,00794 u.a.m., hidrogenul este cel mai ușor element chimic. Etimologic, cuvântul hidrogen este o combinație a două cuvinte grecești, având semnificația de „a produce apă".

Hidrogenul elementar este principala componentă a Universului, având o pondere de 75% din masa acestuia. În starea de plasmă, se găsește ca element majoritar în alcătuirea stelelor. Hidrogenul elementar este foarte puțin răspândit pe Pământ.

Pentru necesități industriale există diferite procedee de producere, puse la punct din punct de vedere tehnologic sau aflate în fază de laborator. Hidrogenul poate fi obținut prin electroliza apei, procesul necesitând costuri mai mari decât cel de producere prin procesarea gazelor naturale.

Cel mai răspândit izotop al hidrogenului este protiul, care este alcătuit dintr-un singur proton în nucleu și un electron în învelișul electronic. În compușii ionici poate avea sarcină negativă ( anion cunoscut sub numele de hidrură, H⁻) sau sarcină pozitivă H⁺ ( hidron). Hidrogenul formează compuși chimici cu majoritatea elementelor din sistemul periodic și este prezent în apă și în mulți dintre compușii organici. Are un rol important în reacțiile acido-bazice, acestea bazându-se pe schimbul de protoni între molecule. Fiind singurul atom pentru care soluția analitică a ecuației lui Schrödinger este pe deplin cunoscută, prezintă un rol major în fundamentarea teoriei mecanicii cuantice.

Hidrogenul este un gaz puternic reactiv și își găsește aplicații datorită capacității sale chimice de reducător. Hidrogenul se folosește în industria petrochimică la producerea benzinelor, în industria chimico-alimentară pentru hidrogenarea grăsimilor (de exemplu producerea margarinei), în prelucrările mecanice ale metalelor și în tratamentul termic al acestora.

Hidrogenul a fost testat pentru folosirea alternativă în vehiculele echipate cu motoare cu ardere internă. Avantajul său principal constă în faptul că este ecologic, din arderea sa rezultând vapori de apă. Dezavantajele constau în pericolul mare de explozie, dificultatea stocării în vehicule și lipsa unei infrastructuri de stații de alimentare cu hidrogen. Poate fi folosit pentru producerea directă a electricității, prin intermediul pilelor de combustie.

In anul 2019 a fost descoperit primul compus format în univers la cca 300.000 ani după Big Bang, ionul hidrură de heliu (HeH+) (în engleză „helium hydride ion"). Este o combinație între un atom de heliu și un proton (atom de hidrogen fără electroni). Descoperirea s-a făcut ajutorul observatorului astronomic SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, plasat în stratosferă, o cooperare germano-americană) în nebuloasa planetară NGC 7027.

Descoperire

Hidrogenul a fost descoperit de către chimistul și fizicianul englez Henry Cavendish în 1766, în urma unui experiment în care studia reacțiile dintre mercur și un acid. La amestecarea celor două substanțe, observa apariția unor mici bule de gaz în amestec. Acest aspect l-a determinat să efectueze o cercetare suplimentară, numind substanța necunoscută „aer inflamabil". În 1781 a descoperit că acest element produce apă atunci când arde. O analiză mai detaliată a fost făcută de către Antoine Lavoisier, care descoperă gazul independent de Cavendish în urma unui experiment ce urmărea determinarea masei pierdute sau create în urma unei reacții chimice. Cercetătorul a încălzit apa într-un recipient închis, vaporii formați condensându-i într-un alt recipient. Cantitatea pierdută a fost atribuită degajării unui gaz (H ₂). Chimistul francez a observat că „aerul inflamabil" al lui Cavendish în combinație cu oxigenul formează picături de apă, conform lui Joseph Priestley. Lavoisier a numit gazul „hidrogen", nomeclatura fiind de origine greacă ( ὕδωρ, hydro înseamnă apă, iar γίγνομαι, gignomai înseamnă a naște, a crea).

Rolul în teoria cuantică

Datorită structurii atomice relativ simple, constituit dintr-un proton și un electron, atomul de hidrogen împreună cu spectrul luminii emise de el, au reprezentat un domeniu central al dezvoltării teoriei structurii atomice. În plus, simplitatea moleculei de H ₂ și a cationului H⁺ au condus la înțelegerea completă a naturii legăturii chimice ce a urmat imediat după dezvoltarea studiului atomului de hidrogen în mecanica cuantică (mijlocul anilor 1920).

Maxwell a observat că la H 2, sub temperatura mediului ambiant, valoarea căldurii molare se abate inexplicabil de la aceea a unui gaz diatomic, iar la temperaturi criogenice se apropie din ce în ce mai mult de cea a unui gaz monoatomic. Conform teoriei cuantice, această comportare rezultă din distribuția spațială ale nivelelor de energie de rotație, care la H ₂ sunt foarte îndepărtate, datorită masei sale mici. Aceste nivele îndepărtate împiedică la temperaturi mici partiția egală (între cei doi atomi ai moleculei) a energiei termice în energie de rotație. Compușii diatomici gazoși formați din atomi mai grei nu au diferențe mari între nivelele energetice de rotație și nu prezintă același efect.

Hidrogenul este elementul cu cea mai mică densitate. În formă moleculară (H ₂) este de aproximativ 14,4 ori mai ușor decât aerul. La presiune normală punctul său de topire este de 14,02 K, iar cel de fierbere este de 20,27 K. Punctul său triplu este la 13,81 K, și 7,042 kPa, iar cel critic la 33,2 K și 1,29 MPa. Solubilitatea în apă este de 1,6 mg/l. Unele proprietăți termodinamice (legate de fenomenele de transport) sunt datorate masei moleculare mici și vitezei termice a unei molecule de 1770 m/s la 25 °C. La temperatura camerei, hidrogenul difuzează cel mai rapid, are cea mai înaltă conductivitate termică și cea mai mare efuziune dintre toate gazele. O vâscozitate mai mică au doar trei gaze poliatomice, unul dintre ele fiind n-butan.

Mobilitatea hidrogenului într-o masă solidă este, de asemenea, foarte mare. Astfel, acesta difuzează prin diverse materiale, cum ar fi polietilena și cuarțul. Un important fenomen este acela de difuzie în fier, platină și în alte metale tranziționale. Aceste proprietăți conduc la utilizări tehnice numeroase, dar de asemenea, și la dificultăți legate de transportul, depozitarea și de prelucrare a amestecurilor de hidrogen.

Hidrogenul gazos (în stare de moleculă diatomică) este extrem de inflamabil și la presiune atmosferică se aprinde în aer la concentrații volumetrice cuprinse între 4% și 75%, iar în contact cu oxigenul pur între 4,65% și 93,9%. Limitele între care apare detonația sunt între 18,2% și 58,9% în aer, respectiv între 15% și 90% în oxigen. Variația entalpiei în urma combustiei ( puterea calorifică, căldura de ardere) este de −286 kJ/mol:

[23]

Amestecul dintre oxigen și hidrogen în diferite proporții este exploziv. Hidrogenul se autoaprinde și explodează în contact cu aerul în intervalul de concentrații cuprins între 4% și 75%, temperatura de autoaprindere fiind de 560 °C. Flacăra unui amestec pur hidrogen-oxigen emite radiații ultraviolete invizibile cu ochiul liber.

H ₂ reacționează cu toate elementele oxidante. Acesta poate reacționa spontan și violent la temperatura camerei cu clorul și fluorul, formând HCl și HF.

Hidrogenul este cel mai răspândit element în univers, reprezentând mai mult de 75% în masă și mai mult de 90% după numărul de atomi. Se găsește în cantități mari în compoziția stelelor și a planetelor gigantice gazoase. Norii moleculari de H ₂ sunt asociați cu formarea stelelor. Hidrogenul joacă un rol-cheie și în exploziile stelare datorate reacțiilor de fuziune nucleară dintre protoni.

În Univers, hidrogenul este întâlnit mai ales sub forma de atom și în stare de plasmă. Proprietățile acestora sunt diferite față de cele ale moleculei de hidrogen. Electronul și protonul de hidrogen nu formează legături în starea de plasmă, din cauza conductivității electrice diferite și a unei emisii radiative mari (originea luminii emise de Soare și alte stele). Particulele încărcate cu sarcini electrice sunt puternic influențate de câmpurile magnetice și electrice. De exemplu, în vânturile solare particulele interacționează cu magnetosfera terestră, generând curenți Birkeland și produc fenomenul cunoscut sub denumirea de auroră boreală. Hidrogenul se găsește în stare atomică neutră în mediul interstelar, iar cea mai mare cantitate este întâlnită la sistemele Lyman-alpha.

În condiții normale, hidrogenul există pe Pământ sub formă de moleculă diatomică, H ₂, însă nu este foarte răspândit în atmosfera terestră (în concentrație medie de 1 ppm de volum) din cauza masei mici, astfel forța gravitațională a planetei are un efect foarte slab asupra sa. Totuși, hidrogenul (prin compușii săi) este cel mai răspândit element de la suprafața Terrei. Cei mai întâlniți compuși chimici ai săi sunt hidrocarburile și apa. Hidrogenul gazos este produs de anumite specii de bacterii și alge, acesta fiind componentul principal al flatulenței. Metanul este o importantă sursă de hidrogen.

Atomul de hidrogen

Nivelul energetic fundamental al electronului în atomul de hidrogen are energia egală cu -13,6 eV. Nivelele superioare se numesc nivele excitate, energia acestora crescând până la 0 eV (valoarea nivelului energetic aflat la infinit), ele se calculează folosind modelul lui Bohr. Acesta consideră că nucleul este fix, iar electronul are o traiectorie circulară în jurul acestuia asemănătoare cu planetele ce gravitează în jurul Soarelui (de unde provine denumirea alternativă de model planetar). Forța electromagnetică atrage electronul și protonul unul spre celălalt, în timp ce corpurile cerești se atrag datorită gravitației. Potrivit condiției de cuantificare a momentului cinetic postulat de Bohr, valoarea momentului cinetic al electronului este multiplu întreg al constantei reduse al lui Planck, de unde rezultă că în cadrul atomului, electronului îi sunt permise anumite orbite cu raze bine stabilite. Această relație de cuantificare explică spectrul discret al nivelelor energetice.

O descriere mai exactă a atomului de hidrogen este dată în fizica cuantică unde se calculează densitatea de probabilitate prin norma funcției de undă a electronului în jurul protonului pe baza ecuației lui Schrödinger sau a formulării lui Feynman cu integrală de drum.

Hidrogenul are trei izotopi naturali, ¹H, ²H și ³H. Alții, ce au nucleele foarte instabile ( ⁴H până la ⁷ H), au fost sintetizați în laborator dar nu au fost observați în natură.

este cel mai răspândit izotop al hidrogenului, având o pondere de peste 99,98% în compoziția izotopică naturală al acestui element. Datorită faptului că acesta are în nucleul un singur proton, a fost numit protiu, această denumire fiind însă rar utilizată.

, celălalt izotop stabil al hidrogenului, este cunoscut și sub numele de . Conține în nucleu un proton și un neutron, acest izotop provenind de la Big Bang, continuând să existe până acum datorită stabilității sale. Nu este radioactiv și nu reprezintă o sursă periculoasă de poluare. Apa ce este bogată în dioxid de deuteriu se mai numește și apă grea. Deuteriul și compușii săi sunt utilizați ca etalon în experimente neradioactive și ca solvent în procedeele de spectroscopie RMN. Apa grea este utilizată ca moderator de neutron și ca lichid de răcire pentru reactorii nucleari. Deuteriul este de asemenea folosit drept combustibil pentru fuziune nucleară de larg consum.

se mai numește și (mai rar: trițiu); conține în nucleu un proton și doi neutroni. Este radioactiv, rezultând din izotopul Heliu-3 prin dezintegrarea beta și are un timp de înjumătățire de 12,32 ani. Cantități mici din acest izotop sunt răspândite și în natură, acesta rezultând din interacțiunea razelor cosmice cu gazele atmosferice; tritiul este eliberat și în timpul testelor nucleare. Este folosit și în reacții de fuziune nucleară, și pentru evidențierea și studiul de geochimia izotopilor și în dispozitive autogeneratoare de lumină. Tritiul se mai utilizează și în marcarea radioizotopică, în special în domeniul biologiei, medicinei sau geologiei. Dioxidul de tritiu se mai numește și apă supergrea.

Hidrogenul este singurul element care are nume diferite pentru izotopii săi cei mai răspândiți. Simbolurile D și T (în loc de ²H și ³H) sunt folosite pentru deuteriu și tritiu, dar P este utilizat pentru fosfor, deci nu se poate folosi pentru simbolizarea protiului. IUPAC acceptă atât ambele variante, dar ²H și ³ H sunt preferate.

Emisia spectrală a atomului de hidrogen este caracterizată prin linii spectrale date de formula lui Rydbeg. Studiul liniilor spectrale este important în mecanica cuantică și la studiul prezenței hidrogenului pentru determinarea deplasării spre roșu.

Există doi izomeri de spin ai moleculei de hidrogen care diferă prin spinii relativi ai nucleului. În forma de ortohidrogen, spinii celor doi protoni sunt paraleli și formează un triplet; în forma de parahidrogen, spinii sunt antiparaleli și formează un singlet. La temperatură și presiune standard, hidrogenul gazos conține 25% parahidrogen și 75% ortohidrogen („starea normală" a hidrogenului). Proporțiile în care se găsesc orto și parahidrogenul depind de temperatură, dar forma orto este excitată și are o energie mai mare, deci este instabilă și nu poate fi purificată. La temperaturi foarte joase, starea de echilibru e formată aproape în întregime din parahidrogen. Proprietățile fizice ale parahidrogenului pur diferă puțin de cele ale hidrogenului în stare normală. Diferențele dintre formele orto și para se manifestă și în compușii care conțin hidrogen, cum ar fi apa sau metilenul.

Transformarea între orto și parahidrogen ce are loc fără catalizator se desfășoară mai rapid la temperaturi mari, astfel H ₂ condensat rapid conține o cantitate mare de ortohidrogen care se convertește în parahidrogen foarte încet. Proporția de orto/para în hidrogenul molecular (H ₂) condensat este un factor important în prepararea și stocarea hidrogenului lichid; conversia din orto în parahidrogen este un proces exoterm, prin care se degajă suficientă căldură pentru a evapora hidrogenul lichid, astfel pierzându-se materialului lichefiat. Catalizatorii utilizați la această transformare, cum ar fi oxidul feric, carbonul activat, azbestul platinizat, compuși ai uraniului, metale rare, oxidul de crom, câțiva compuși ai nichelului, sunt utilizați în timpul răcirii hidrogenului.

O formă moleculară numită molecula protonată de hidrogen sau H ₃⁺ este întâlnită în mediul interstelar, fiind produsă prin ionizarea moleculei de hidrogen de către razele cosmice. De asemenea, a fost observată și în straturile superioare ale planetei Jupiter. Această moleculă este relativ stabilă în afara Terrei datorită temperaturii scăzute și a densității ridicate. H ₃⁺ este unul din cei mai răspândiți ioni din Univers, jucând un rol important în chimia mediului interstelar.

În general, hidrogenul este considerat drept un nemetal, însă la temperaturi joase și la presiuni mari unele din proprietățile sale se aseamănă cu cele ale metalelor. Hidrogenul metalic a fost obținut pentru prima oară în 1973 la o presiune de 2,8 Mbar și la 20 K. Aliajul SiH ₄ cu structură metalică a fost obținut în 2008, descoperindu-se că este un foarte bun conductor electric, în conformitate cu predicțiile anterioare ale lui lui N. W. Ashcroft. În acest compus, chiar și la presiuni moderate, hidrogenul are o structură cu o densitate ce corespunde cu cea a hidrogenului metalic.

Compușii covalenți și cei organici

Chiar dacă H ₂ nu este foarte reactiv în condiții obișnuite, el formează compuși cu majoritatea elementelor. Se cunosc milioane de hidrocarburi, dar acestea nu se obțin prin reacția directă dintre elemente (carbon și hidrogen), deși producerea gazului de sinteză în procedeul Fischer-Tropsch poate fi considerată aproape o excepție deoarece procesul folosește carbonul din cărbunele, iar hidrogenul poate fi generat în proces din apă. Hidrogenul poate forma compuși cu elementele mai electronegative decât el, cum ar fi halogenii; în acest tip de compuși, hidrogenul prezintă o sarcină pozitivă parțială. Când se leagă de fluor, oxigen sau azot, hidrogenul participă la formarea unei legături puternice numite legătură de hidrogen, ce este un factor important în stabilitatea multor molecule biologice. Hidrogenul poate forma compuși și cu elementele mai puțin electronegative, cum ar fi metalele sau semimetalele, având o sarcină parțial negativă. Acești compuși sunt cunoscuți sub numele de hidruri. Hidrogenul formează o varietate de compuși cu carbonul. Datorita asocierii în general a acestora cu organismele vii, aceștia sunt numiți compuși organici; cu studierea lor se ocupă chimia organică, iar cu studiul rolului lor în organismele vii - biochimia. În unele definiții „organic" se referă doar la un compus ce conține carbon. Însă majoritatea substanțelor organice prezintă și hidrogen, iar legătura carbon-hidrogen determină multe din particularitățile lor. De aceea, legăturile carbon-hidrogen sunt prezente în unele definiții ale cuvântului „organic". În chimia anorganică hidrurile pot reprezenta catene de legături între doi ioni metalici ai unei combinații complexe. Această funcție se întâlnește la elementele din grupa 13, cu precădere la boruri și compușii complecși ai aluminiului.

Compușii hidrogenului sunt adesea numiți „hidruri", acest termen fiind uneori impropriu utilizat. „Hidrură" definește o substanță în care atomul de H are caracter anionic sau sarcină negativă, deci H −, fiind utilizat pentru compușii hidrogenului cu un element mai electropozitiv. Existența anionului hidrură, sugerată de Gilbert N. Lewis în 1916 pentru elementele din prima grupă și a doua principală, a fost pusă în evidență în 1920 de către Moers prin electroliza topiturii de hidrură de litiu (LiH), când a fost produsă o cantitate stoechiometrică de hidrogen la anod. Pentru hidrurile altor elemente, termenul este ambiguu, luând în considerare electronegativitatea hidrogenului. Excepție face BeH ₂, care este un polimer. În hidrura de litiu și aluminiu, anionul AlH ₄− are centre de hidrură atașate puternic de aluminiu. Chiar dacă hidrogenul poate forma hidruri cu toate elementele din grupele principale, numărul și combinațiile posibile diferă de la o grupă la alta. Hidrura de indiu nu a fost încă identificată, însă există o multitudine de compuși complecși ai săi.

Protoni și acizi

Oxidarea hidrogenului, adică îndepărtarea electronului său, decurge teoretic cu formarea H⁺, ion ce nu conține niciun electron în învelișul electronic și un proton în nucleu. De aceea, H⁺ este adesea numit „proton" și are un rol important în teoria protonică a acizilor. Conform teoriei Bronsted-Lowry, acizii sunt acele substanțe care cedează protoni, iar bazele sunt acceptori de protoni. Protonul H⁺ nu poate exista liber, ci doar în soluții sau în cristale ionice, datorită afinității foarte mari pentru electronii altor elemente. Uneori, termenul de „proton" este utilizat impropriu pentru a se referi la hidrogenul cu sarcină pozitivă sau cationul de hidrogen legat de alte specii moleculare. Pentru a se evita implicarea existența unică a „protonului solvatat" în soluții, se consideră că soluțiile apoase cu caracter acid conțin ionul hidroniu (H ₃O⁺). Totuși, unii cationi solvatați ai hidrogenului sunt mai degrabă organizați în molecule de tipul celei de H ₉O ₄⁺. Alți ioni oxoniu se formează când apa formează soluții cu alți solvenți. Deși nu se întâlnește pe Pământ, ionul H ₃⁺ (cunoscut sub numele de hidrogen molecular protonat sau cationul triatomic de hidrogen) este una dintre cele mai răspândite specii chimice în restul universului.

H ₂ este produs în laboratoarele de chimie și cele de biologie, fiind adesea un produs secundar al unei reacții; în industrie pentru hidrogenarea substanțelor nesaturate; în natură ca metodă de a reduce echivalenții în reacțiile biochimice.

În laborator, H ₂ este de obicei obținut prin reacția metalelor cu acizii în aparatul Kipp.

Aluminiul poate produce H ₂ prin tratarea cu baze:

Electroliza apei este o metodă simplă de a produce hidrogen. Un curent de joasă tensiune trece prin apă, iar oxigenul gazos se formează la anod, în timp ce hidrogenul gazos apare la catod. De obicei la producerea hidrogenului, catodul este confecționat din platină. Dacă se realizează și arderea, oxigenul este preferat pentru combustie, astfel ambii electrozi sunt confecționați din metale inerte. Eficiența maximă (electricitatea utilizată raportată la cantitatea de hidrogen produsă) este de 80% - 94%.

În 2007 s-a descoperit că un aliaj format din aluminiu și galiu în forma granulară în reacție cu apa poate fi folosit pentru a produce hidrogen. Din acest proces mai rezultă de asemenea și alumină, însă galiul scump, ce previne apariția stratului de oxid, poate fi refolosit. Acest lucru are o mare importanță în economia hidrogenului, deoarece acesta poate fi produs la locul de lucru și nu trebuie transportat.

Cea mai importantă (din punct de vedere economic) metodă de obținere a hidrogenului este extragerea acestuia din hidrocarburi. Cea mai mare parte a hidrogenului obținut în mod industrial provine din reformarea vaporilor gazelor naturale. La temperaturi ridicate (700 - 1100 °C; 1300 - 2000 °F), apa în stare de vapori reacționează cu metanul, rezultând monoxid de carbon și H ₂:

Această reacție se realizează ușor la presiune joasă, dar de obicei se realizează la presiuni mari (20 bar), deoarece la aceste presiuni se desfășoară aplicațiile uzuale ale hidrogenul astfel obținut. Amestecul rezultat se numește gaz de sinteză deoarece este utilizat pentru obținerea directă a metanolului și a compușilor săi. Și alte hidrocarburi în afară de metan pot produce gaz de sinteză în diferite proporții. O problemă ce apare în această tehnologie este formarea cocsului sau a carbonului:

Această reacție decurge de obicei cu formarea unui exces de H ₂O. Hidrogenul adițional poate fi recuperat din vapori utilizându-se monoxidul de carbon în reacție cu gazul de apă pe un catalizator de oxid de fier. Procesul este și o metodă de obținere a dioxidului de carbon:

Alte metode importante de obținere a H ₂ sunt oxidarea parțială a hidrocarburilor:

și reacția cărbunelui cu apa:

Uneori, hidrogenul este fabricat și consumat în timpul aceluiași proces, fără a mai fi separat. În procedeul Haber pentru obținerea amoniacului, hidrogenul provine din la gazul natural. Din electroliza saramurii pentru a produce clor se obține și hidrogen ca produs secundar.

Există mai mult de 200 de cicluri termochimice care pot fi folosite pentru descompunerea apei. Sunt studiate unele dintre acestea, cum ar fi ciclul oxidului de fier, ciclul oxid de ceriu (IV)-ceriu (III), ciclul zinc-oxid de zinc, ciclul sulfură-iod, ciclul cupru-clor și ciclul sulfurii hibride, fiind în stadiul de testări pentru a produce hidrogen și oxigen din apă folosind căldura, fără a se utiliza electricitatea. Numeroase laboratoare (inclusiv în Franța, Germania, Grecia, Japonia și Statele Unite ale Americii) dezvoltă metode termochimice de producere a hidrogenului din energie solară și apă.

H ₂ se obține în urma unor metabolisme anaerobe și este produs de anumite microorganisme, de obicei prin cataliza enzimelor ce conțin fier sau nichel. Cu ajutorul acestor enzime, numite hidrogenaze, se obține hidrogen în urma procesului de fotosinteză. Gena introdusă ajută frunza să descompună molecula de apă în elementele componente. Algele folosite sunt plante unicelulare care produc, în mod natural, cantități mici de hidrogen în timp ce își extrag energia necesară din lumina Soarelui. David Tiede, unul dintre inventatorii acestei metode, afirmă că algele produc hidrogen ca să se apere de radicalii liberi rezultați în urma fotosintezei, care altfel le-ar oxida părți vitale ale celulei. Dar, dacă hidrogenaza este stimulată chimic și dacă algele sunt plasate în recipiente de sticlă și expuse luminii solare, ele produc mai mult hidrogen, iar acesta poate fi recoltat, iar apoi îmbuteliat cu ajutorul unei pompe. Profesorul Thomas Rauchfuss, de la Universitatea din Illinois, cel care a propus tipul exact de proteină sintetică necesar procesului, a declarat: „Cultivarea algelor modificate genetic, în care s-a introdus proteina sintetică, s-a dovedit a fi extrem de stabilă. Algele nu degenerează și nu revin la specia anterioară. Procesul are o mulțime de beneficii în comparație cu obținerea altor plante din care se extrag biocombustibili. Algele pot fi crescute în recipiente transparente plasate în deșert sau pe acoperișul caselor. Ele nu au nevoie de teren și nu intră în competiție cu producția de alimente". La unele specii de alge, cum ar fi Chlamydomonas reinhardtii sau cyanobacteria, la întuneric, protonii și electronii sunt reduși pentru a forma H ₂ gazos cu ajutorul hidrogenazei în cloroplast.

Anual se înregistrează un consum mondial de hidrogen de peste 500 miliarde metri cubi normali în diverse scopuri și în diferite domenii. În afara utilizării ca reactant, hidrogenul are multe aplicații în inginerie și fizică. Se utilizează la sudură, iar datorită bunei conductivități termice este folosit ca agent de răcire în generatoare electrice din centralele electrice. are un rol important în cercetările din criogenie, inclusiv în studiile legate de superconductivitate. Molecula de hidrogen, având o densitate de 15 ori mai mică decât cea a aerului, a fost întrebuințată drept gaz portant pentru baloane și dirijabile. De asemenea, este materie primă în diverse tehnologii: de reducere a minereurilor, de fabricare a amoniacului și în procedeele de hidrogenare. Hidrogenul are aplicații și în industria automobilelor, chimică, aerospațială și de telecomunicații.

Izotopii hidrogenului au aplicații specifice. Deuteriul din compoziția apei grele este utilizat în reacțiile de fisiune nucleară ca moderator pentru încetinirea neutronilor. Compușii acestuia se folosesc în cadrul studiilor ce urmăresc efectele reacțiilor izotopice. Tritiul, produs în reactoarele nucleare, se folosește în producerea bombelor cu hidrogen, în marcare izotopică și ca sursa de iradiere pentru vopselele fosforescente.

Hidrogenul poate forma amestecuri explozive cu aerul și reacționează violent cu oxidanții. În cazul inhalării în cantități foarte mari, poate produce asfixierea, pierderea mobilității motrice și a cunoștinței. Scurgerea hidrogenului gazos în atmosferă poate cauza autoaprinderea sa. Flacăra de hidrogen este invizibilă, acest lucru putând produce arsuri accidentale.

Multe proprietăți fizice și chimice ale hidrogenului depind de proporția de orto/parahidrogen. Uneori durează săptămâni pentru a atinge starea de echilibru a acestor alotropi. Valorile critice de temperatură și presiune la care are loc deflagrația hidrogenului depind de forma recipientului.

1. de ^ Hidrogen - Noul purtător de energie Despre rolul hidrogenului în sistemele energetice existente și viitoare în Asociația Germană a Hidrogenului și Pilelor de Combustie (DWBV). Accesat la 6 iunie 2009.

2. ^ „Hydrogen". Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wylie-Interscience. . pp. 797-799. ISBN 0-471-61525-0.

3. ^ Emsley, John (). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 183-191. ISBN 0-19-850341-5.

4. ^ Stwertka, Albert (). A Guide to the Elements. Oxford University Press. pp. 16-21. ISBN 0-19-508083-1.

5. en ^ Crepeau, Bob (). „Niels Bohr: The Atomic Model". Great Scientific Minds. Great Neck Publishing. ISBN 1-4298-0723-7.

6. ^ Information Specific to Liquid Hydrogen, harvard.edu, accesat 12 iunie 2009

7. ^ Carcassi, M. N. (). „Deflagrations of H₂-air and CH₄-air lean mixtures in a vented multi-compartment environment". Energy. 30 (8): 1439-1451. doi:10.1016/j.energy.2004.02.012.

8. ^ Energy is per mole of the combustible material, Hydrogen. 286 kJ/mol

9. en ^ „Jefferson Lab - Hydrogen".

10. en ^ Storrie-Lombardi, Lisa J. (). „Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems: the Evolution of Neutral Gas". Astrophysical Journal. 543: 552-576. arXiv:astro-ph/0006044  . doi:10.1086/317138+.

11. en ^ Dresselhaus, Mildred; et al. (). „Basic Research Needs for the Hydrogen Economy" (PDF). Argonne National Laboratory, U.S. Department of Energy, Office of Science Laboratory.

12. ^ Miessler, Gary L. (). Inorganic Chemistry (ed. 3rd edition). Prentice Hall. ISBN 0130354716.

13. ^

14. ^ Korsheninnikov; A. A.; et al. (). „Experimental Evidence for the Existence of ⁷H and for a Specific Structure of ⁸He". Physical Review Letters. 90 (8): 082501. doi:10.1103/PhysRevLett.90.082501.

15. en ^ Urey, Harold C. (). „Names for the Hydrogen Isotopes". Science. 78 (2035): 602-603. doi:10.1126/science.78.2035.602. PMID 17797765.

16. en ^ Oda, Y (). „1H NMR studies of deuterated ribonuclease HI selectively labeled with protonated amino acids". Journal of Biomolecular NMR. 2 (2): 137-47. doi:10.1007/BF01875525+. PMID 1330130.

17. en ^ „The Tritium Laboratory". University of Miami. .

18. ^

19. en ^ Staff (). „Hydrogen (H₂) Properties, Uses, Applications: Hydrogen Gas and Liquid Hydrogen". Universal Industrial Gases, Inc.

20. en ^ Tikhonov, Vladimir I. (). „Separation of Water into Its Ortho and Para Isomers". Science. 296 (5577): 2363. doi:10.1126/science.1069513. PMID 12089435.

21. en ^ Hritz, James (). „CH. 6 - Hydrogen" (PDF). NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual, Document GRC-MQSA.001. NASA.

22. en ^ Shinitzky, Meir; Elitzur, Avshalom C. (10 ianuarie). „Ortho-para spin isomers of the protons in the methylene group". Chirality. Rehovot, Israel: Weizmann Institute of Science. 18 (9): 754-756. doi:10.1002/chir.20319. PMID 16856167.

23. en ^ „Ortho-Para conversion. Pag. 13" (PDF).

24. M. I. Eremets, I. A. Trojan, S. A. Medvedev, J. S. Tse, Y. Yao. ^ Superconductivity in Hydrogen Dominant Materials. Silane Science 14 martie 2008 Vol. 319. no. 5869, pp. 1506-1509, rezumat accesat 2009-06-08

25. en ^ „Structure and Nomenclature of Hydrocarbons". Purdue University.

26. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

27. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

28. en ^ „Organic Chemistry". Dictionary.com. Lexico Publishing Group. .

29. ^

30. ^ Hibbs, David E. (). „A remarkably stable indium trihydride complex: synthesis and characterisation of [InH₃{P(C₆H₁₁)₃}]". Chemical Communications: 185-186. doi:10.1039/a809279f.

31. ^ Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991), p167-169

32. Luminița Vlădescu, ^ Echilibre chimice în chimia analitică. Editura: Didactică și Pedagogică - 2004

33. ^ Okumura, Anthony M. (). „Infrared spectra of the solvated hydronium ion: vibrational predissociation spectroscopy of mass-selected H₃O+*(H₂O)n*(H₂)m". Journal of Physical Chemistry. 94 (9): 3416-3427. doi:10.1021/j100372a014.

34. ^ Carrington, Alan (). „The infrared predissociation spectrum of triatomic hydrogen cation (H₃⁺)". Accounts of Chemical Research. 22 (6): 218-222. doi:10.1021/ar00162a004.

35. en ^ Acid-Base Behaviour of the Period 3 Oxides. chemguide.co.uk. accesat la 12 mai 2009.

36. en ^ Kruse, B. (). „Hydrogen Status og Muligheter" (PDF). Bellona.

37. ^ Oxtoby, D. W. (). Principles of Modern Chemistry (ed. 5th edition). Thomson Brooks/Cole. ISBN 0030353734.

38. ^ en [

39. en ^ „Hydrogen Properties, Uses, Applications". Universal Industrial Gases, Inc. .

40. en ^ Lees, Andrew (). „Chemicals from salt". BBC. Arhivat din original la .

41. en ^ „Development of solar-powered thermochemical production of hydrogen from water" (PDF).

42. en ^ Robert Perret. „Development of Solar-Powered Thermochemical Production of Hydrogen from Water, DOE Hydrogen Program, 2007" (PDF).

43. ^ Florin, L., Tsokoglou, A. and Happe, T. (). „A novel type of iron hydrogenase in the green alga Scenedesmus obliquus is linked to the photosynthetic electron transport chain". J. Biol. Chem. 276 (9): 6125-6132. doi:10.1074/jbc.M008470200. PMID 11096090.

44. ^ Alge care produc hidrogen combustibil. ecomagazin.ro. Accesat la 6 iunie 2009.

45. ^ Ulei pentru motoare diesel obținut din alge. Adevărul. Accesat la 6 mai 2009.

46. ^ Kruse, O.; Rupprecht, J.; Bader, K.-P.; Thomas-Hall, S.; Schenk, P. M.; Finazzi, G.; Hankamer, B (2005). „Improved photobiological H2 production in engineered green algal cells". The Journal of Biological Chemistry 280 (40): 34170-7.

47. ^

48. ^ „Atomic Hydrogen Welding". Specialty Welds. .

49. en ^ Hardy, Walter N. (). „From H2 to cryogenic H masers to HiTc superconductors: An unlikely but rewarding path". Physica C: Superconductivity. Vancouver, Canada: University of British Columbia. 388-389: 1-6. doi:10.1016/S0921-4534(02)02591-1.

50. en ^ Block, Matthias. „Hydrogen as Tracer Gas for Leak Detection". 16th WCNDT 2004. Montreal, Canada: Sensistor Technologies.

51. ^ en

52. ^

53. ^

54. ^ en Smith, H. O. (). „Safety Standard for Hydrogen and Hydrogen Systems" (PDF). NASA.

55. en ^ „Hydrogen Safety". Humboldt State University.

I. G. Deac, Elemente de criogenie, Editura Napoca Star, 2010, p14

Raluca Ripan, I. Ceteanu, Manual de lucrări practice de chimie anorganică - vol I Metaloizi, Editura de stat didactică și pedagogică, București, 1961

# data[].attributes.attachment_link.description
Hidrogen Luminescență purpurie în stare plasmatică Liniile spectrale ale hidrogenului Informații generale Nume, Simbol, Număr Hidrogen, H, 1 Grupă, Perioadă, Bloc 1, 1, s Proprietăți atomice Configurație electronică 1s 1 Electroni pe nivelul de energie 1 Proprietăți fizice Punct de topire -259,1 °C ; 14,025 K Punct de fierbere -252,9 °C ; 20,268 K Volum molar 22,42×10-3 m³/kmol Viteza sunetului 1270 m/s la 20 °C Informații diverse Electronegativitate (Pauling) 2,2 Cei mai stabili izotopi Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.

# data[].attributes.body
A realizat: Vrabie Victoria cl. a-9,, A"
LIceul Teoretic Puhoi
Disciplină: Fizică
Profesoară: Reuleț Angela

Webografie:
https://ro.wikipedia.org/wiki/Soare

# data[].attributes.body
Majoritatea radiațiilor solare se află în spectrul luminii ultraviolete, vizibile și infraroșii.

Lumina solară este necesară la fotosinteza plantelor.

Căldura, sub formă de radiație infraroșie, creează pe Pământ temperatura medie globală necesară vieții și asigură energia necesară circulației oceanice și atmosferice.

O mare parte din radiațiile nocive ultraviolete este blocată de stratul de ozon din atmosfera Pământului. Restul de UV neblocate care ajung până la suprafața Pământului pot provoca arsuri grave de piele, cataracte și chiar cancer.

Soarele are culoarea alb-argintie. Din cauza fenomenelor optice din atmosfera Pământului, el pare roșu-gălbui.

# data[].attributes.headline
Informaţii adăugatoare: CE e eclipsă de Soare?

# data[].attributes.subject
Informaţii adăugatoare: CE e eclipsă de Soare?

# data[].attributes.body
O eclipsă de Soare are loc ori de câte ori Luna trece între Soare și Pământ, umbrind o parte a suprafeței Pământului. Cea mai recentă eclipsă totală de Soare a avut loc la 20 martie 2015, în România fiind vizibilă ca eclipsă parțială.

# data[].attributes.body
Cu timpul, pe măsură ce instrumentele astronomice s-au perfecționat, oamenii au putut observa mai amănunțit toate perturbațiile Soarelui: petele solare ale fotosferei; erupțiile solare, protuberanțele și filamentele cromosferei; jeturile de gaze ale coroanei. Astăzi se știe că aceste fenomene sunt în strânsă legătură unele cu altele. Frecvența și intensitatea lor variază cu o perioadă de aprox. 11 ani. În timpul acestei perioade numărul petelor solare înregistrează un minimum și un maximum. Următorul număr maxim este prevăzut în jurul anului 2011. Activitatea solară a rămas suficient de învăluită în mister, dar se știe că aceasta este legată de magnetism și de rotația Soarelui.

# data[].attributes.body
În timpul unei erupții solare o cantitate enormă de energie care se află în cromosferă și coroană este eliberată dintr-o dată. Materia este proiectată în coroană și particule de atomi accelerate până la viteze foarte mari sunt expulzate în spațiul interplanetar. Aceste fenomene sunt însoțite de o emisie de raze X (Röntgen), de unde radio și, în cazul erupțiilor mai puternice, de lumină vizibilă. Când ajung în apropierea Pământului și intră în atmosferă, în special deasupra regiunii polului nord, particulele creează aurorele polare. De asemenea, ele perturbă propagarea undelor radio în jurul globului. Uneori ele duc și la defectarea rețelelor de distribuire a electricității.

# data[].attributes.body
Prin activitate solară este denumit ansamblul fenomenelor nestaționare care au loc la suprafața și în atmosfera Soarelui, adică petele, erupțiile cromosferice, faculele, filamentele, protuberanțele, erupțiile radio și de radiații X. Fiind mai ușor accesibile observațiilor directe, petele au fost primele fenomene descoperite (Galileo Galilei în 1610). Toate celelalte fenomene solare au fost descoperite în a doua jumătate a secolului al XIX-lea și în prima jumătate a secolului al XX-lea. Legitățile activității solare au fost stabilite ca urmare a îndelungatelor observații și statistici asupra petelor solare și asupra celorlalte fenomene solare.

# data[].attributes.body
Spre centrul Soarelui este din ce în ce mai cald, iar materia este din ce în ce mai comprimată. În centru temperatura ajunge la 15 milioane de grade, iar presiunea este de 100 milioane de ori mai mare decat cea din centrul Pământului. În acest cuptor, atomii de hidrogen se aglomerează câte patru și se transformă în atomi de heliu. În cadrul acestei reacții de fuziune nucleară se degajă căldură și lumină, sursa strălucirii Soarelui. În fiecare secundă, 564 de milioane de tone de hidrogen se transformă în aproape 560 de milioane de tone de heliu în centrul Soarelui, iar diferența, mai mult de 4 milioane de tone pe secundă, se transformă în energie radiativă (în jur de 383 yotawatt, adică 3,83 x 10²⁶ Watt).

# data[].attributes.body
Cromosfera și coroana sunt învelișurile exterioare ale Soarelui. Ele formează așa-numita atmosferă solară. În mod obișnuit nu le vedem, pentru că sunt mult mai puțin luminoase decât fotosfera. Cromosfera se ridică până la 5.000 km de suprafața Soarelui. Ea este acoperită de mici jeturi dinamice de gaz foarte cald, spiculii (sau spicule). Temperatura ei crește o dată cu altitudinea: în vârf, ea atinge 20.000 °C. Coroana, care îmbracă atmosfera, se diluează treptat în spațiu și nu are o limită exterioară bine definită. Ea este foarte rarefiată, dar extrem de caldă: temperatura sa depașește 1 milion de grade.

# data[].attributes.attachment_link.title
новый коллаж.jpg

# data[].attributes.body
Ea apare, se transformă și dispare în aproximativ 10 minute. Pe alocuri, suprafața Soarelui prezintă pete întunecate, numite pete solare, care au fost foarte mult cercetate dupa inventarea lunetei și a telescopului. Urmărindu-le zi de zi, observăm că ele nu ramân în același loc. Această deplasare dovedește că Soarele se învârtește în jurul propriei sale axe. În timpul unei eclipse totale, când discul orbitor al Soarelui dispare, uneori chiar total, în spatele Lunii pentru câteva ore, remarcăm în jurul Soarelui o bordură subțire, de un roșu aprins, cromosfera, iar dincolo de aceasta, un halo argintiu, mai mult sau mai puțin neregulat, coroana.

# data[].attributes.body
Lumina orbitoare a Soarelui provine de la un înveliș de grosime mai mică de 300 km, fotosfera. Aceasta este cea care dă impresia că Soarele are o margine bine delimitată. Temperatura fotosferei este de aprox. 5.780 Kelvin. Văzută prin telescop, ea se prezintă ca o rețea de celule mici sau granule strălucitoare, aflate într-o permanentă agitație. Fiecare granulă este o bulă de gaz de mărimea unei țări ca Franța.

# data[].attributes.body
Hidrogenul reprezintă aproximativ 74% din masa Soarelui, heliul 25%, iar restul este constituit din cantități mici de elemente mai grele. Datorită acestei compoziții și a temperaturilor ridicate, pe Soare nu există o crustă (scoarță) solidă, și nici materie în stare lichidă, toată materia solară fiind în întregime în stare de plasmă și gazoasă.

Soarele face parte din clasa spectrală G2V. "G2" înseamnă că:

temperatura la suprafață este de aproximativ 5778 K (5505 °C, 9941 °F);

iar spectrul său conține linii de metale ionizate și neutre precum și foarte slabe linii de hidrogen.

Sufixul "V" (citit 5) indică apartenența Soarelui la grupul majoritar al stelelor aflate în secvența principală. Aceasta înseamnă că își generează energia prin fuziunea nucleară a nucleelor de hidrogen în heliu, și că se află în echilibru hidrostatic, adică nici nu se contractă nici nu se dilată. Numai în galaxia noatră sunt mai mult de 100 de milioane de stele din clasa G2. Datorită distribuției logaritmice a mărimii stelelor, Soarele este de fapt mai strălucitor decât 85% din stelele galaxiei, majoritatea acestora fiind pitice roșii.

# data[].attributes.body
Soarele este steaua aflată în centrul Sistemului nostru Solar. Masa totală a Pământului, a tuturor celorlalte planete, asteroizi, meteoroizi, comete precum și a prafului interplanetar care orbiteazăîn jurul Soarelui, reprezintă abia 0,14% din masa întregului Sistem Solar, în timp ce masa Soarelui reprezintă 99,86%. Energia provenită de la Soare (sub forma luminii, căldurii ș.a.) face posibilă întreaga viață de pe Pământ, de exemplu prin fotosinteză, iar prin intermediul căldurii și clima favorabilă.
În cadrul discuțiilor dintre cercetători, Soarele este desemnat uneori și prin numele său latin Sol, sau grecesc Helios. Simbolul său astronomic este un cerc cu un punct în centru.  Unele popoare din Antichitate îl considerau ca fiind o planetă.