Видимое движение планет и Солнца
1. Петлеобразное движение планет
Общее представление о строении Солнечной системы вы получили еще в курсе природоведения. Теперь вам предстоит более глубоко изучить строение Солнечной системы, и начнем с описания и анализа наблюдаемого движения планет. Невооруженным глазом можно увидеть пять планет — Меркурий (Мercury), Венеру (Venus), Марс (Mars), Юпитер (Jupiter) и Сатурн (Saturn).
Планету по внешнему виду нелегко отличить от звезды, тем более что не всегда она бывает значительно ярче ее. Планеты относятся к числу тех светил, которые не только участвуют в суточном вращении небесной сферы, но еще и смещаются (иногда незаметно) на фоне зодиакальных созвездий. С этой особенностью планет связано само слово «планета», которым древние греки называли «блуждающие звёзды». Чем лучше вы будете знать звездное небо, тем скорее обнаружите на нем планеты как «лишние» светила в созвездиях. В 8-кратный бинокль (а лучше телескоп!) можно заметить, что Венера, Юпитер, Сатурн имеют диски, в отличие от звезд, которые в оптические инструменты видны как точечные объекты.
Если проследить за перемещением какой-нибудь планеты, например Марса, ежемесячно отмечая его положение на звездной карте, то может выявиться главная особенность видимого движения планеты: планета описывает на фоне звездного неба петлю.
Блуждание планет в зодиакальных созвездиях смог объяснить только Николай Коперник в начале 16 века. Такое видимое отображение на небесной сфере происходит в силу движения Земли и планет с разными скоростями вокруг Солнца. Для описания светил [Луна, Солнце, Планеты], экваториальные координаты которых меняются быстро, используют понятие эклиптики. Эклиптика — это видимый годовой путь центра солнечного диска по небесной сфере. Видимое движение Солнца по эклиптике — это отражение действительного движения Земли вокруг Солнца (доказано лишь в 1728 году Джеймсом Брадлеем открытием годичной аберрации [отклонение от нормы] ).
Орбитой небесного тела называется траектория его движения во Вселенной . Скорости движения планет по орбитам убывают с удалением планет от Солнца. Плоскости орбит всех планет Солнечной системы лежат вблизи плоскости эклиптики, отклоняясь от нее.
Планеты перемещаются между звездами в основном с запада на восток (как Солнце и Луна), такое их перемещение называют прямым движением . Однако каждая планета в определенное время замедляет свое перемещение, останавливается и начинает двигаться с востока на запад, такое перемещение называют попятным движение . Затем светило опять останавливается и возобновляет прямое движение. Поэтому видимый путь каждой планеты на небосводе — сложная линия с зигзагами и петлями. Эта траектория к тому же меняется от цикла к циклу, в течение которого планета возвращается примерно на одно и то же место среди звезд.
По отношению к орбите и условиям видимости с Земли планеты разделяются на внутренние (Меркурий, Венера) и внешние (Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Внешние планеты всегда повернуты к Земле стороной, освещаемой Солнцем. Внутренние планеты меняют свои фазы подобно Луне. Планеты, орбиты которых расположены внутри земной орбиты, называются нижними планетами , а планеты, орбиты которых расположены вне земной орбиты, называются верхними планетами .
Благодаря движению Земли вокруг Солнца, пути внешних (верхних) планет кажутся нам не плавными, кругообразными, какими они являются на самом деле, а зигзаговидными или петлеобразными. Планета сначала быстро бросается вперед, затем останавливается, затем делает попятное движение, снова останавливается и снова делает прыжок вперед и т. д., пока не обойдет кругом всего видимого неба и не начнет следующего обхода такими же скачками, но уже по новому пути.
Для нас, живущих после Коперника, в этом не только нет ничего удивительного, но именно так и должно быть. Поясним такое движение на примере, который может проделать каждый самостоятельно. Я беру в руки карандаш, поднимаю его до уровня своих глаз, прищуриваю один из них и смотрю другим, какое место на стене закрывает кончик этого карандаша?
Затем, оставив карандаш неподвижным, начинаю качать головой, делая ею круговые движения. Мне кажется, что проекция конца карандаша вычеркивает на стене эллипс или двигается взад и вперед. Если же, не переставая кружить своей головой, я буду медленно двигать карандаш на вытянутой вперед руке вокруг себя, то мне будет казаться, что он описывает на стоящей за ним стене совершенно такие же петлеобразные фигуры, как и планета между звездами. Причины в обоих случаях совершенно те же самые. Обращающийся вокруг моей шеи кончик карандаша представляет внешнюю планету, медленно и плавно обращающуюся вокруг солнца, а мой глаз, делающий вместе с головой круговые движения вокруг продолжения моей шеи, представляет землю, тоже обращающуюся вокруг солнца. Когда эта Земля опережает кончик карандаша, мне кажется, что проекция его на стене производит попятное движение, как планета на фоне отдаленных звезд при тех же обстоятельствах. Когда же глаз отойдет при качании моей головы в противоположную сторону от кончика карандаша, мне кажется, что его проекция движется на стене вперед ускоренным путем.
Николай Коперник указал, что Земля, занимая третье место от Солнца, так же, как и другие планеты, движется в пространстве вокруг Солнца и одновременно вращается вокруг своей оси. Эта система Коперника очень просто объясняла петлеобразное движение планет. У каждой планеты своя орбита и потому разный период обращения планет вокруг Солнца, а значит скорость движения планет вокруг Солнца и относительно друг друга неодинакова. На рисунке ниже показано движение Марса на небесной сфере, наблюдаемое с Земли. Одинаковыми цифрами отмечены положения Марса, Земли и точек траектории Марса на небосводе в одни и те же моменты времени.
В астрологии такое движение планет называется ретроградным:
Таким образом петлеобразное движение определяется взаимным расположением планет.
2. Конфигурация планет
Конфигурациями называются некоторые характерные взаимные расположения планет, Земли и Солнца. Конфигурации нижних и верхних планет различны, так как различны условия их видимости. Видимость планеты зависит от её расположения к Солнцу, которое освещает планету, и Земли, с которой мы эту планету наблюдаем.
Для нижних планет выделяют соединения (нижние и верхние) и элонгации (восточные и западные)
Для верхних планет выделяют соединение, противостояние и квадратура .
Конечно же из-за обращения всех планет вокруг Солнца их конфигурации периодически повторяются. А промежуток времени между двумя последовательными одноименными конфигурациями планеты называется синодическим периодом (от греч. σύνοδος — соединение) . Проще говоря, это промежуток времени, по истечении которого планета (или другое тело Солнечной системы) для наблюдателя с Земли возвращается в прежнее положение относительно Солнца.
Синодические периоды планет были рассчитаны ещё в глубокой древности, когда считалось, что все тела обращаются вокруг Земли. Однако мы уже знаем, что Земля не является неподвижным телом, а вместе с остальными планетами движется вокруг Солнца. Так вот, промежуток времени, в течение которого планета совершает один полный оборот вокруг Солнца по орбите относительно звёзд, называется сидерическим (звёздным) периодом (от лат. sidus — звезда; род. падеж sideris ). Часто, для простоты, сидерический период называют годом. К примеру, Земной год, Меркурианский год, Юпитерианский год и так далее.
Сидерический период обращения планеты вокруг Солнца с движущейся Земли определить невозможно, так как к его окончанию Земля успевает сместиться в новую точку пространства, и проекция планеты на фон неподвижных звёзд также оказывается смещённой. Получится, что планета может не дойти либо перейти ту точку среди звёзд, откуда было замечено начало её движения. Но между синодическим (то есть видимым) и сидерическим (то есть истинным) периодами планет существует взаимосвязь. Установим её:
Уравнение синодического движения верхних планет можно получить аналогичными рассуждениями. Единственное отличие состоит в том, что их сидерический период обращения больше сидерического периода Земли. Поэтому для верхних планет уже Земля, забега вперёд, совершает один оборот вокруг Солнца и догоняет планету.
3. Сутки в асторономии
Продолжительность суток на планете зависит от угловой скорости её собственного вращения. В астрономии различают несколько типов суток, в зависимости от системы отсчёта. Если в качестве точки отсчёта вращения выбрать далёкую звезду, то, в отличие от центрального светила планетной системы, такие сутки будут иметь иную продолжительность. Например, на Земле различают средние солнечные сутки (24 часа) и звёздные, или сидерические сутки (приблизительно 23 часа 56 минут 4 секунды). Они не равны друг другу, потому что, из-за орбитального движения Земли вокруг Солнца, для наблюдателя, находящегося на поверхности Земли, Солнце смещается на фоне далёких звёзд.
Звёздные сутки — период вращения какого-либо небесного тела вокруг собственной оси в инерциальной системе отсчёта , за которую обычно принимается система отсчёта, связанная с удалёнными звёздами. Для Земли это время, за которое Земля совершает один оборот вокруг своей оси по отношению к далёким звёздам. На выше приведенном рисунке: 1-2 — звёздные сутки.
Солнечные сутки — промежуток времени, за который небесное тело совершает 1 поворот вокруг своей оси относительно центра Солнца . На выше приведенном рисунке: 1-3 — солнечные сутки.
Источник
Видимое движение планет на небесной сфере
Внутренние и внешние планеты Солнечно системы и их движение — наблюдение Венеры, Марса, Юпитера и Меркурия на ночном небе
Внутренние и внешние планеты Солнечно системы и их движение
В состав Солнечной системы входит девять планет, пять из которых видны невооруженным глазом. Это планеты Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн.
Среди звезд планеты выделяются своей яркостью, но их видимое положение относительно звезд непостоянно. Они непрерывно перемещаются по небу, как бы блуждают среди звезд. Видимое движение планет происходит вблизи эклиптики, т. е. в поясе зодиакальных созвездий. В отличие от видимого движения Солнца и Луны оно имеет сложный характер, так как является отражением действительных движений Земли и планет по их орбитам вокруг Солнца.
По положению своих орбит относительно орбиты Земли планеты делятся на внутренние и внешние. Внутренние планеты обращаются вокруг Солнца внутри орбиты Земли, а внешние—за ее пределами. К внутренним планетам относятся Меркурий и Венера, а к внешним — Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон.
Характер видимого движения и условия наблюдения внутренних и внешних планет различны.
Наблюдение движения внутренних планет Солнечной системы
Видимое с Земли движение внутренних планет солнечной системы
Период обращения внутренней планеты вокруг Солнца меньше периода вращения Земли- Поэтому она в движении по своей орбите будет опережать Землю и последовательно проходить через точки 1, 2, 3 и 4. Когда планета проходит между Землей и Солнцем и находится в точке 1, она земному наблюдателю не видна, так как в это время к Земле обращена неосвещенная сторона планеты. Спустя некоторое время после прохождения точки 1, планета становится видимой и наблюдателю будет казаться, что она относительно Солнца отклоняется вправо.
Когда планета достигнет точки 2, наблюдатель увидит ее на небесной сфере в точке А. Затем в своем видимом движении планета совершает среди звезд петлю и начинает двигаться в обратном направлении. Удаление ее от Солнца уменьшается, она постепенно скрывается в его лучах и заходит одновременно с ним. В это время планета проходит за Солнцем. Через некоторое время планета становится снова видимой, но теперь уже слева от Солнца. Достигнув предельного отклонения от Солнца влево, планета в точке В снова делает петлю, меняет направление своего движения и затем начинает приближаться к Солнцу.
Таким образом, видимое движение внутренней планеты представляется как бы колебанием ее около Солнца.
При положении планеты справа от Солнца она наблюдается на небесной сфере как утренняя звезда, а при положении слева — как вечерняя звезда.
Наиболее благоприятными условиями наблюдения внутренних планет являются условия, при которых они находятся вбизи точек наибольшего углового отклонения от Солнца.
У Меркурия максимальное угловое отклонение достигает 28°, а у Венеры — 48°. Поскольку Меркурий находится близко к Солнцу, то наблюдать его трудно. Даже при максимальном угловом отклонении от Солнца его можно наблюдать только в сумерках вскоре после захода Солнца или непосредственно перед восходом Солнца. Венера при наибольшем угловом отклонении восходит примерно за 3—4 ч до восхода Солнца, а при вечерней видимости через столько же времени заходит после захода Солнца.
Наблюдение движения внешних планет Солнечной системы
Внешние планеты Солнечной системы обращаются вокруг Солнца на куда более далеком расстоянии, чем Земля. Поэтому характер их видимого движения несколько иной, чем у внутренних планет.
При наблюдении, среди звезд внешние планеты перемещаются заметно медленнее видимого годового движения Солнца. Наиболее быстрое видимое движение из внешних планет имеет Марс, который расположен ближе всего к Земле.
Видимое с Земли движение внешних планет солнечной системы
Рисунок выше иллюстрирует схематичное изображение процесса наблюдения внешней планеты. Так как Земля движется по своей орбите с большей скоростью, чем более удаленная от Солнца планета, то при прохождении Земли через точки 1 и 2 наблюдателю будет казаться, что планета переместилась по небесной сфере из точки А в точку В.
При дальнейшем движении Земли от точки 2 планета в своем видимом движении сделает петлю у точки В и затем начинает двигаться в обратном направлении. В тот момент, когда Земля придет в точку 3, наблюдатель увидит планету на небесной сфере в точке С. При движении Земли от точки 3 планета сделает петлю около точки С и снова начнет прямое движение.
Для внешних планет наилучшими условиями их наблюдения будут периоды, когда они находятся в противостоянии.
Противостоянием называется положение планеты на небесной сфере относительно Земли в направлении, противоположном Солнцу. В противостоянии планета наблюдается в нулевой фазе (диск освещен полностью) – поэтому это положение планеты является самым удобным для ее наблюдения.
В период противостояния планета находится в созвездии, противоположном тому, в котором в это время находится Солнце. Следовательно, в этом положении планета может быть видна на небе всю ночь.
Источник