Период вращения Марса вокруг Солнца
Знать период обращения Марса вокруг Солнца и другие его орбитальные характеристики важно для реализации программы по колонизации Красной планеты.
Причины вращения Марса по орбите
Движение любого небесного объекта вокруг Солнца объясняется действием 2 основных сил:
- гравитации светила, которая притягивает тело и не дает ему улететь в открытое космическое пространство;
- центробежной силы, стремящейся вытолкнуть объект с его траектории и не дающей ему упасть на нашу звезду.
Основные характеристики вращения планеты
Движение Марса вокруг собственной оси и по орбите вокруг центра солнечной системы во многом напоминает земное. Однако есть и различия:
- эксцентриситет марсианской орбиты в 5,5 раз выше, чем у Земли — Красная планета движется по гораздо более вытянутой траектории;
- осевое вращение Марса более нестабильно и хаотично, его ось способна непредсказуемо изменять свой наклон.
Последнее объясняется фактом, что Марс не имеет естественных лун, способных силой своего притяжения стабилизировать и регулировать вращение планеты — ее спутники Деймос и Фобос слишком малы, чтобы оказывать подобное влияние. Кроме того, на наклон оси может воздействовать гравитация соседнего гиганта Юпитера.
Параметры марсианской орбиты
Красная планета движется вокруг центральной точки нашей системы по вытянутой эллиптической траектории. Ученые выяснили, что примерно 1,35-1,5 млн лет назад марсианская орбита была приближена к кругу, но после растянулась под воздействием гравитации соседних космических тел.
Орбитальная линейная скорость планеты составляет 24,13 км/с. Полный оборот вокруг Солнца Марс совершает за 687 земных дней. Направление обращения — то же, что и у подавляющего большинства объектов нашей системы: против движения стрелки часов, если взглянуть на орбиту со стороны условного северного полюса мира. В таком же направлении планета движется и вокруг своей оси.
Для расчетов берут среднее значение расстояния от Солнца до Марса — 228 млн км. Когда планета находится в перигелии, ближайшей точке к светилу, радиус ее орбиты равен 206,7 млн км, в афелии он удаляется на максимальное расстояние от звезды — на 249,2 млн км. Настолько существенная разница объясняет разброс в количестве поступающего на планету солнечного света (20-30%) и температурные перепады на ее поверхности.
Необычную сезонность на Марсе объясняют также большой эксцентриситет траектории и наклон экватора к плоскости орбиты — 25,2° (аналогичный земной параметр составляет 23,5°). Как и на Земле, здесь в одном полушарии планеты длится летний период, во втором — зима, после они меняются местами, но длительность их непостоянна, они могут растягиваться и уменьшаться.
В северном полушарии теплый сезон (лето и весна) наступает, когда планета находится в афелии, поэтому он здесь длинный и прохладный. В южной полусфере это время начинается в перигелии, потому сезон более короткий и теплый. На Земле сезоны распределяются более равномерно из-за того, что наша орбитальная траектория больше походит на окружность.
Противостояния Марса
Каждые 26 земных месяцев Марс и Земля оказываются на минимальном расстоянии друг от друга, а когда наша планета начинает обгонять своего соседа, земному наблюдателю видится, будто последний начал свое движение назад — это ретроградный эффект.
Такие периоды называются противостояниями, при них Солнце, Земля и Марс находятся на одной прямой линии, и это оптимальное время для запуска космических кораблей на Красную планету из-за снижения затрат топлива и продолжительности полета, который продлится всего 7-8 месяцев. Например, такой возможностью воспользовался аппарат Mars InSight, запущенный в марте 2018 г. и удачно совершивший посадку на марсианскую поверхность в ноябре того же года.
Каждые 15 лет наблюдается Великое противостояние — от простого оно отличается тем, что Марс находится на минимальном расстоянии от нашего светила. В это время он виден земному наблюдателю всю ночь, восходит одновременно с закатом вечером на востоке и заходит утром на западе в момент рассвета.
Вращение по оси
Линейная скорость осевого вращения Марса примерно вдвое меньше Земли — 868 км/ч против земных 1674 км/час, но сутки на этих двух планетах длятся почти одинаково: марсианский день равен 24 часам 37 минутам 23 секундам.
Источник
Период обращения Марса вокруг Солнца
Наша солнечная система чётко отлаженный механизм. Всё в космосе вращаются по своим орбитам, красная планета не исключение. В статье мы разберём, какой период обращения Марса вокруг Солнца.
Как всё работает
Как происходит движение вокруг светила? Звезда имеет большую массу, чем другие тела вокруг, и она старается притянуть их к себе, но под действием центробежной силы, они пытаться оторваться. Создаться равновесие и космические объекты вращаются на своих местах. Если вам интересна эта тема, то почитайте законы Кеплера, где объяснено всё более подробно.
Орбитальные характеристики Марса
Формирование
Марс сформировался 4.65 миллиарда лет, но не всегда орбита планеты была такой, как сейчас, эллиптической формы. Учёные определили, что 1,35 миллиарда лет назад, она была почти идеальной окружной формы. На данный момент орбита планеты изменениям не подвержена и таким образом, период обращения Марса вокруг Солнца составляет 687 земных суток или 1.88 земных года.
Изучение характеристик движения планет, для учёных представляет большой интерес, прежде всего для их колонизации. Правильно и точно рассчитанное прохождение объекта в нужное время, поможет сэкономить топливо и время, для полётов к этим неизученным мирам. А ресурсы — это самое ценное, что нужно первопроходцам в неизвестном и враждебном мире.
Орбита планеты Марс
Когда-нибудь, пилотируемый корабль совершит свой первый полёт с человеком на борту к четвёртой планете от Солнца, сколько времени для этого надо, неизвестно, но это будет. А сейчас, нам остаётся только научиться всё правильно рассчитать, чтобы не совершить той ошибки, которая будет стоить очень дорого.
Источник
Период вращения Марса вокруг Солнца
Основные параметры Марса, определяющие влияние на многие свойства этой планеты зародились во время возникновения Солнечной системы. К ним относятся масса, наклон оси вращения, период и форма орбиты. Успешное изучение этих характеристик лежит в основе проекта по колонизации Марса и поиску жизни на этой планете.
Орбита Марса. Причины вращения
Движение по орбите обусловлено влиянием солнечных сил притяжения. Чем массивнее объект, тем выше его гравитационное воздействие на другие объекты в пространстве. Солнце обладает наибольшей массой в Солнечной системе. Его масса составляет 1,98892х1030 килограммов. Благодаря этим характеристикам Солнце имеет гораздо большую силу притяжения, чем Земля и Марс вместе. В последнее время все чаще можно встретить утверждение, что Марс и остальные планеты вращаются вокруг центра масс солнечной системы. И это не является ошибкой, так как ученые установили, что центр масс нашей системы находится практически в центре Солнца.
Из-за воздействия силы притяжения звезды, Марс вытягивает на орбиту вокруг Солнца. Но почему тогда он вращается и не падает на Солнце? Чтобы найти ответ, рассмотрим пример. К длинной веревочке с одной стороны привязан шар, а другой её конец зафиксирован в руке. Если раскрутить этот шар, он будет вращаться вокруг руки, но при этом не сможет отдалиться дальше, чем позволит длина веревки. Марс движется по тому же принципу, сила притяжения Солнца не отпускает его и заставляет двигаться по орбите, а центробежная сила, которая появляется при круговом движении, стремится вытолкнуть планету за пределы траектории его движения. На этом хрупком равновесии между силами и основывается принцип движения Марса в пространстве.
Период Марса вокруг Солнца в два раза длиннее земного. Полный оборот вокруг Солнца он совершает за 687 земных суток. Или 1,88, если измерять в земных годах. Однако это измерение отражает изменение положения планеты относительно звёзд и называется сидерический период вращения.
Можно так же рассчитать период обращения вокруг Солнца относительно Земли — это называется синодический период вращения. Он представляет собой промежуток между соединениями планеты в конкретной точке неба, обычно эта точка — Солнце. Синодический период красной планеты равен – 2,135.
Движение Марса. Основные параметры
Характеристики движения Марса по орбите и вокруг своей оси имеют много общего с земными. Однако, осевое движение Марса более хаотично и нестабильно, чем движение Земли. Во время движения марсианская ось может хаотично и непредсказуемо наклоняться, это объясняется отсутствием у него такого же массивного спутника, как Луна, который силой притяжения регулировал и стабилизировал бы движение планеты. Его спутники, Фобос и Деймос, ничтожно малы, их влияние на скорость вращения незначительно и не принимается во внимание в расчетах.
Характеристики марсианской орбиты
Марс движется вокруг Солнца по круговой орбите, которая не является окружностью, а представляет собой сложную эллиптическую фигуру. Орбита Марса отдалена от солнца на полтора раза больше, чем земная. Она имеет эллиптическую форму, которая образовалась под влиянием на нее сил притяжения других планет Солнечной системы. Ученые установили, что 1,35 миллиона лет назад его орбита представляла собой почти ровную окружность. Эксцентриситет марсианской орбиты (характеристика, которая показывает, насколько орбита отклоняется от окружности) равен 0,0934. Его орбита вторая в системе по эксцентричности, на первом месте Меркурий. Для сравнения эксцентриситет орбиты Земли равен 0,017.
При нахождении планеты в ближайшей к Солнцу точке — перигелии, радиус орбиты составляет 206,7 миллиона километров, при нахождении на максимальном расстоянии от Солнца – афелии, радиус увеличивается до 249,2 миллиона километров. Из-за разницы расстояний меняется количество поступающей на планету солнечной энергии, она составляет 20-30%, поэтому на Марсе наблюдается широкий разброс температур.
Одна из основных характеристик – это орбитальная скорость. Средняя скорость вращения вокруг Солнца равна 24,13 км/с.
Марс удален от Солнца на большее расстояние, чем Земля, поэтому радиус марсианской орбиты так же отличается в большую сторону. Мы уже выяснили, что марсианская траектория движения представляет собой вытянутый эллипс, поэтому её радиус не является постоянной величиной, среднее расстояние до Солнца равно 228 миллиона километров.
Каждый 26 месяцев Земля догоняет Марс по орбите. Это происходит из-за разницы в скорости движения планет (земная — 30 километров в секунду) и меньшего диаметра орбиты. В это время расстояние между планетами минимально, потому удобнее всего планировать космические миссии по изучению планеты в этот период. Это снижает затраты топлива и времени на путешествие, 6-8 месяцев, по космическим меркам это не так уж много.
Осевое вращение
Марс не ограничивается движением только по орбите, он также совершает вращение вокруг своей оси. Скорость экваториального вращения равняется 868,22 км/ч, для сравнения, на Земле она равняется 1674,4 км/час. Сутки на красной планете длятся 24 часа, если вас интересуют средние солнечный день, или 24 часа, 56 минут и 4 секунды, если принимать в расчёт сидерический день. Получается, что красная планета вращается только на 40 минут медленнее Земли.
Вращение обеспечивает на планете не только смену дня и ночи, оно также меняет форму планеты под влиянием центробежной силы, сплющивая ее с полюсов на 0,3%. Изменение формы не так заметно из-за высокой плотности планеты.
Наклон марсианской оси вращения равен 25,19°, земной – 23,5°. Смена марсианских зимне-весенних сезонов происходит благодаря наклону оси вращения и эксцентриситету орбиты. Смена зимнего и летнего сезонов на Марсе происходит в противофазе, то есть, когда в одном полушарии наступает летний период, в другом неизменно начинаются зимние холода. Но из-за формы орбиты, длительность сезонов здесь может растягиваться, а, может, уменьшаться. Так в северном полушарии лето и весна длятся 371 сол. Они наступают, когда Марс находится на участке орбиты, максимально удаленном от Солнца. Потому марсианское лето на севере долгое, но прохладное, а на юге — короткое и тёплое. На Земле времена года распределяются равномернее, так как земная орбита близка к идеальной окружности по форме. Стоит заметить, что Марс вращается вокруг оси хаотичнее, чем планеты с более массивными спутниками, что может в любой момент повлиять на длительность зимне-весенних сезонов.
В 21 веке с помощью современного оборудования изучение движения планеты продвинулось далеко вперед, хотя первые свидетельства, подтверждающие изучение марсианского движения, были обнаружены еще в древнем Египте. Еще в древности учёные рассчитали траекторию движения планеты по ночному небу относительно Земли, и обнаружить ее ретроградное движение. Но красная планета не спешит раскрывать все свои секреты, до сих пор ученым не известны все параметры движения Марса в пространстве. А многие из имеющихся вычислений предстоит уточнить и дополнить.
Источник
Как определить период обращения марса вокруг солнца
Масса: 1/10 массы Земли
Радиус: 1/2 радиуса Земли
Расстояние до Солнца: 1,5 а.е. (1 а.е. = 150 млн км)
Период обращения вокруг Солнца: 1,9 земных лет
Период вращения вокруг оси: 24 часа 37 минут
Спутники: Фобос и Деймос
Марс — последняя, самая удалённая от Солнца планета земной группы. То есть планета, имеющая, как и Земля, твёрдую поверхность. По которой, например, можно ходить или ездить 1 . Этим сейчас, кстати, занимаются два из четырёх доставленных туда в разное время марсоходов, управляемых с Земли по радио. Давайте прогуляемся и мы.
Марс вообще-то планетка маленькая: диаметр у него в 2 раза меньше, чем у Земли, а значит — площадь поверхности меньше в 4 раза (это примерно площадь всех земных материков). И лёгкая: притяжение на поверхности планеты слабее земного почти в 2,5 раза, и мы там весили бы почти в 2,5 раза меньше, чем на Земле. Благодаря этому на Марсе спокойно стоят такие высокие горы, какие на Земле «просели» бы под собственной тяжестью, раздавив и расплавив своё основание. Самая высокая гора — потухший вулкан Олимп — имеет высоту около 25 км, то есть раза в 3 выше нашего Эвереста. Это вторая по высоте гора в Солнечной системе; первая находится на астероиде Веста. А ещё на Марсе — самые глубокие на планетах Солнечной системы каньоны; самый большой — долина Маринер — по меньшей мере в 3 раза глубже любого из земных (его глубина 7–10 км), а по длине (4000 км) равен почти четверти марсианского экватора. Но, в отличие от большинства земных каньонов, марсианские образованы не реками, пробивающимися через скалы, а движениями тектонических плит. А ещё на Марсе самый большой метеоритный кратер. Вот сколько рекордов на одном Марсе!
И длина суток, и наклон оси у Марса очень похожи на земные, хотя год в два раза длиннее. Поэтому с астрономической точки зрения смена времён года происходит практически так же, как на Земле. Есть только одно отличие: орбита Марса — довольно сильно вытянутый эллипс (не то что у Земли и тем более Венеры — у них почти точно круг). От этого в северном марсианском полушарии лето довольно холодное, зато длинное, потому что пока планета дальше от Солнца, она медленнее «ползёт» по своей орбите. А зима тёплая и длится недолго. В южном полушарии наоборот — климат контрастнее, и лето намного короче зимы. Температура на экваторе в полдень до +20°С, на полюсе зимой — около −150°С.
Грунт, то есть пыль и камешки, на Марсе практически такой же, как на Земле. Только ржавчины (оксида железа) почему-то больше. От этого Марс красноватый, даже с Земли это видно. (Не из-за этого ли его назвали в честь бога войны?) Пейзаж похож на какую-нибудь земную каменистую пустыню.
Атмосфера у Марса есть, но слабенькая, тоненькая. Давление «воздуха» у поверхности в 100 с лишним раз меньше, чем на Земле, а масса всей атмосферы — меньше земной в 200 раз 2 . Состоит она в основном из углекислого газа (CO2). Это то самое вещество, которое мы выдыхаем, а растения «обратно» делают из него кислород. (Только на Марсе некому этим заняться. ) А ещё — это то же вещество, что и «сухой лёд» в киосках у мороженщиков: оно, как и вода, может быть в твёрдом состоянии, а может в газообразном. А вот в жидком — не может! Для этого нужно было бы гораздо большее давление. Поэтому сухой лёд ни к чему не прилипает и не течёт: он сразу испаряется. И вот что замечательно: за холодную марсианскую зиму четверть или даже треть всей атмосферы замерзает и оседает в виде «сухого снега» вблизи полюса, так что полярная снежно-ледовая шапка увеличивается, а атмосферное давление очень сильно падает. Бывает, что и на низких широтах по утрам выпадает снег или иней — только не «водный», как у нас, а «углекислый». А весной, когда солнце начинает пригревать, полярные шапки стремительно испаряются, и массы нового «воздуха» устремляются от полюса к экватору. Получаются очень сильные ветры, которые поднимают в воздух тучи пыли. Так что когда в фантастических рассказах пишут про страшные пыльные бури на Марсе — это не выдумка, а настоящая марсианская «весенняя» погода.
Иней на Марсе. Снимок станции «Викинг»
Лет 140 назад итальянский астроном Скиапарелли, наблюдая Марс в телескоп, обнаружил на нём сеть тёмных линий, прямых или почти прямых. Он назвал их каналами (по-итальянски, впрочем, это слово может означать и ущелья. ). В то время на Земле как раз достроили Суэцкий канал и начинали строить Панамский, и сразу появилось предположение, что это марсиане прорыли каналы, спасая свою планету от засухи. Тёмные линии интерпретировались как широкие полосы растительности по берегам. Началась настоящая «марсианская лихорадка», оптимисты уже строили планы контактов с инопланетянами. К сожалению, посланные к Марсу примерно сто лет спустя космические аппараты не подтвердили почти ничего из рисунков и предположений Скиапарелли. Некоторые из виденных им линий оказались горными хребтами, разломами или цепочками кратеров; остальные — просто оптической иллюзией. То есть там, где было только несколько размытых пятен, глаз видел прямые линии — наверно, потому, что очень хотелось их увидеть.
Но в одном Скиапарелли оказался прав — если не живые марсиане, то вода на Марсе действительно есть. А где есть вода — там может быть жизнь! Правда, пока нашли только лёд, «замурованный» в грунте и спрятанный в полярных шапках под слоем «сухого льда». Жидкой воды в таком виде, как у нас, на Марсе быть не может: из-за очень маленького атмосферного давления она бы там мгновенно закипела 3 . Зато, возможно, там есть «ужасно солёная» вода — есть такие особые соли, которые могут помешать воде испариться даже при марсианском очень низком давлении. Конечно, ни одно земное существо жить в такой ядовито-солёной воде не смогло бы, но мало ли.
У Марса есть луны, то есть естественные спутники, целых два! Но с нашей Луной они, конечно, не идут ни в какое сравнение. По сравнению с ней это просто два камешка: Фобос — размером 22 км, Деймос — 12 км. Они так малы, что площадь всей поверхности Фобоса примерно равна площади Москвы! Все «приличные» планеты и даже самые крупные астероиды имеют более-менее шарообразный вид — их силы притяжения хватило на то, чтобы разровнять поверхность: как мы уже говорили, гора намного выше Эвереста на Земле просела бы, а основание её расплавилось под тяжестью вершины и растеклось. Спутники Марса, как и мелкие астероиды, не смогли скруглить свою поверхность и так и остались «булыжниками» неправильной формы.
И Фобос, и Деймос имеют очень маленькую плотность: первый — меньше 2 г/см 3 , второй — и вовсе 1,5 г/см 3 . Это примерно как у кирпича и у сахара и в 2–3 раза меньше плотности Марса, не говоря уж о Земле. Из какого-то очень пористого камня сделаны эти спутники; похоже, что у них внутри куча дыр и пустот, занимающих не то четверть, не то даже половину объёма.
Ещё интересно, как они движутся. Фобос вертится очень близко к самому Марсу и очень быстро: полный оборот — за 7,5 часов. Сам Марс вокруг своей оси крутится медленнее. Из-за этого Фобос для марсианского наблюдателя движется не в ту сторону: встаёт на западе и садится на востоке! Да ещё и успевает взойти и сесть по 2 раза в сутки.
Задача
Нарисуйте картинку и разберитесь, почему так получается.
См. рисунок — вращение Марса и орбитальное движение Фобоса (отношение радиусов планеты и орбиты спутника — как в действительности).
А Деймос — в 2,5 раза дальше и вращается медленнее: 1 оборот за 30 часов, это дольше суток, но ненамного. Поэтому для марсианского наблюдателя он движется «нормально», как все, но очень медленно. От восхода до заката Деймоса проходит почти трое марсианских суток.
Марс своими приливами синхронизировал оба своих спутника, теперь они делают оборот вокруг оси за то же время, что и вокруг Марса, и повёрнуты к нему всё время одной стороной. Но что удивительно — действие приливных сил на этом не кончается. Деймос продолжает — совсем чуточку — тормозить вращение Марса, а Марс в отместку ускоряет движение Деймоса по орбите! Этот эффект очень слабенький, но из-за него Деймос очень медленно удаляется от Марса. (И наша Луна от Земли — тоже.) А с Фобосом всё ещё интереснее: оттого, что он вертится «слишком быстро», он не тормозит, а разгоняет вращение Марса вокруг оси. А Марс соответственно тормозит его движение по орбите. В итоге орбита Фобоса становится всё ниже и ниже — он приближается к Марсу на 2 метра за 100 лет. И совсем скоро по космическим меркам — через какие-нибудь 10 миллионов лет — Фобос окажется так близко к Марсу, что приливные силы разорвут его на куски.
На фотографиях видно, что Деймос гораздо более «гладкий», чем Фобос. По-видимому, это из-за большого количества пыли, которая «прячет» мелкие неровности. А Фобос зато гораздо темнее, и на нём много загадочных длинных полос — то ли трещин, то ли царапин. Почему спутники Марса так сильно отличаются друг от друга — пока непонятно. А вы как думаете?
Художник Мария Усеинова
1 Почему такой поверхности нет у остальных планет и что у них вместо неё — расскажем в следующий раз.
2 Задача для старших: как, зная одно из этих чисел, найти другое?
Как связаны масса атмосферы и давление на поверхности планеты?
Толщина атмосферы порядка 100 км (и у Земли, и у Марса) мала по сравнению с радиусом планеты. Поэтому давление p = m атм g S = m атм GM 4π R 4 , где M, R — соответственно масса и радиус планеты. Отсюда
3 Вы, может быть, слышали, что высоко в горах, на высоте 4–5 км, вода закипает не при 100°C, а уже при 90°C или даже 80°C. Если подниматься ещё выше — температура кипения продолжает снижаться.
Поскольку на Марсе атмосферное давление такое, какое на Земле бывает на высоте примерно 40 км, температура закипания воды там равна 0°C, так что лёд «закипает, не успев расплавиться».
Источник