От чего зависит условия видимости планет относительно солнца

От чего зависит условия видимости планет относительно солнца

§11 . Конфигурация планет. Синодический период

Условия видимости планет меняются по-разному: если Меркурий и Венеру можно видеть только утром или вечером, то остальные — Марс, Юпитер и Сатурн — бывают видны также и ночью. По временам одна или несколько планет могут быть вовсе невидны, поскольку они располагаются на небе поблизости от Солнца. В этом случае говорят, что планета находится в соединении с Солнцем. Если же планета располагается на небе вблизи точки, диаметрально противоположной Солнцу, то она находится в противостоянии. В этом случае планета появляется над горизонтом в то время, когда Солнце заходит, а заходит она одновременно с восходом Солнца. Следовательно, всю ночь планета находится над горизонтом.

Соединениеи противостояние, а также другие характерные расположения планеты относительно Солнца называются конфигурациями. Внутренние планеты (Меркурий и Венера), которые всегда находятся внутри земной орбиты, и внешние, которые движутся вне ее (все остальные планеты), меняют свои конфигурации по-разному. Названия различных конфигураций внутренних и внешних планет, которые характеризуют расположение планеты относительно Солнца на небе приведены на рисунке 3.4.

Ясно, что условия видимости планеты в той или иной конфигурации зависят от ее расположения по отношению к Солнцу, которое планету освещает, и Земли, с которой мы ее наблюдаем. На рисунке 3.4 показано, каково при различных конфигурациях взаимное расположение Земли, планеты и Солнца в пространстве.

Единственной конфигурацией, в которой может находиться любая планета, независимо от того, внутренняя она или внешняя, является верхнее соединение. В этом случае она находится на линии, соединяющей центры Солнца, Земли и планеты, за Солнцем — «выше» него. Поэтому Солнце, рядом с которым планета находится на небе, не дает возможности ее увидеть. Если же внутренняя планета расположена на той же линии между Землей и Солнцем, то происходит ее нижнее соединение с Солнцем.

Внешняя планета может находиться на любом угловом расстоянии от Солнца (от 0 до 180°). Когда оно составляет 90°, то говорят, что планета находится в квадратуре. Для внутренних планет максимально возможное угловое удаление от Солнца (в элонгации) невелико: для Венеры — до 48°, а для Меркурия — всего 28°.

11.2 Синодический и сидерический периоды обращения планет

Конфигурации планеты периодически повторяются.

Промежуток времени между двумя последовательными одноименными конфигурациями планеты (например, верхними соединениями) называется ее синодическим периодом.

Еще в глубокой древности, когда считалось, что планеты обращаются вокруг Земли, для каждой из них на основе многолетних наблюдений был определен синодический период обращения.

Согласно гелиоцентрической системе, сама Земля обращается вокруг Солнца с периодом, равным году. Это ее движение необходимо учитывать, чтобы узнать периоды обращения планет в невращающейся инерциальной системе отсчета, или, как принято говорить, по отношению к звездам.

Период обращения планеты вокруг Солнца по отношению к звездам называется звездным (или сидерическим) периодом.

Очевидно, что по своей продолжительности синодический период планеты не совпадает ни с ее сидерическим периодом, ни с годом, который является звездным периодом обращения Земли.

Рассмотрим, как связан синодический период планеты со звездными периодами Земли и самой планеты. Пусть звездный период обращения внешней планеты равен Р, звездный период Земли — Т, а синодический период — S . Тогда угловые скорости их движения по орбитам будут равны соответственно 360 0 /P и 360°/Т. От момента какой-либо конфигурации (например, противостояния) до следующей такой же конфигурации планета пройдет дугу своей орбиты, равную . За этот же промежуток времени (за синодический период) Земля пройдет дугу на 360 0 большую, которая равна . Тогда:

Почти такой же будет формула для внутренней планеты:

Следовательно, зная синодический период планеты, можно вычислить ее звездный период обращения вокруг Солнца.

1. Что называется конфигурацией планеты?
2. Какие планеты считаются внутренними, какие — внешними?
3. В какой конфигурации может находиться любая планета?
4.Какие планеты могут находиться в противостоянии? Какие — не могут?
5. Назовите планеты, которые могут наблюдаться рядом с Луной во время ее полнолуния.

1. Нарисуйте, как будут располагаться на своих орбитах Земля и планета:
а) Меркурий — в нижнем соединении;
б) Венера — в верхнем соединении;
в) Юпитер — в противостоянии;
г) Сатурн — в верхнем соединении.
2. Сравните условия видимости Марса в положениях, показанных на рисунках 3.4, а и 3.4, б.
3. Оцените, сколько примерно времени и когда (утром или вечером) может наблюдаться Венера, если она удалена к востоку от Солнца на 45°.
4. Через какой промежуток времени встречаются на циферблате часов минутная и часовая стрелки?
5. Звездный период обращения Юпитера равен 12 годам. Через какой промежуток времени повторяются его противостояния?

Источник

От чего зависит условия видимости планет относительно солнца

При наблюдении планет успех во многом зависит от условий видимости планеты и состояния атмосферы. Условия видимости в свою очередь зависят от положения планеты относительно Земли и Солнца, а также от широты места, где находится наблюдатель.

Для нижних планет (Венеры и Меркурия) наилучшие условия видимости бывают около времени наибольшего видимого удаления (элонгации) планеты от Солнца. В это время планета дольше видна после захода или до восхода Солнца. Правда, разность времени захода (или восхода) Солнца и планеты определяется не только величиной элонгации, но и склонением обоих светил и широтой места. Если склонение Венеры при восточной (вечерней) элонгации превышает склонение Солнца, ее суточный путь высок и продолжительность видимости после захода Солнца может доходить до 4 1/2 часов. Легко сообразить, что такие условия бывают весной и зимой, когда склонение Солнца растет, а Венера находится в тех местах эклиптики, где Солнце будет спустя некоторое время, и как бы предшествует Солнцу в его годовом движении по эклиптике. Наоборот, при западной (утренней) элонгации Венера дольше всего видна летом и осенью, когда склонение Солнца убывает, а Венера, отставая от Солнца, находится в области эклиптики с большим склонением. Сказанное относится и к Меркурию. Для расчета времени видимости нижней планеты на каждый день рекомендуется строить графики времени захода и восхода Солнца и планеты, а также начала и конца сумерек, подобно изображенному на рис. 45.

Впрочем, такую яркую планету, как Венера, можно наблюдать не только во время элонгации — ее можно наблюдать и днем, при полном солнечном свете, когда планета находится высоко над горизонтом и ее лучи не испытывают большого поглощения в атмосфере. Дневные наблюдения имеют еще то преимущество, что в это время яркость планеты соответствует яркости окружающего ландшафта, к которой приноровился глаз, благодаря чему отсутствует то слепящее действие, которое оказывает на наше зрение яркий диск планеты ночью. С другой стороны, днем увеличивается неспокойствие воздуха и наблюдению мешает светлый фон неба, накладывающийся на фон диска и тем ухудшающий видимость малоконтрастных деталей.

Чтобы найти Венеру в телескоп днем, нужно знать ее экваториальные координаты: прямое восхождение и склонение. Если телескоп имеет экваториальную установку и снабжен разделенными кругами, то всегда удобнее разыскивать планету по Солнцу. Наведя телескоп на Солнце, отсчитываем по кругам разности координат планеты и Солнца, вычисленные предварительно по астрономическому календарю, и соответственно переведем трубу. Если планета не окажется в поле зрения искателя (§ 21), надо немного поводить телескопом вдоль суточной параллели вправо и влево.

Если имеются звездные часы или наблюдатель переведет обычно употребляемое декретное время в звездное, то можно обойтись и без наводки на Солнце, найдя планету по ее склонению и часовому углу t, определяемому из известной формулы:

(1)

где s — местное звездное время, α — прямое восхождение планеты. Конечно, все расчеты для выбранного наблюдателем момента нужно производить не во время наблюдений, а заранее.

Верхние планеты удобнее всего наблюдать около момента противостояния, когда планета отстоит от Солнца на 180°. В это время планета находится ближе всего к Земле и поэтому имеет наибольшие видимые размеры и блеск. Кроме того, благодаря своему положению относительно Солнца планета видна всю ночь.

Условия видимости верхней планеты во многом зависят от ее высоты над горизонтом. В момент верхней кульминации (кульминацией называется прохождение светила через небесный меридиан. Наибольшей высоты всякое светило достигает во время верхней кульминации.) (к югу от зенита) высота h любого светила равна (2)

где φ — широта места, а δ — склонение светила.

Очевидно, что все верхние планеты достигают наибольшей высоты в зимние противостояния (как Луна во время полнолуния), когда эти планеты проходят по тем созвездиям, в которых Солнце бывает летом. Если же противостояние имеет место летом, суточный путь планеты проходит низко над горизонтом, что затрудняет наблюдения.

Особые условия приходится учитывать при наблюдениях Марса. Благодаря значительной эллиптичности его орбиты расстояние его от Земли во время противостояния может колебаться между 56 и 102 млн. км. Наибольшие сближения Марса и Земли происходят раз в 15 или 17 лет, и притом непременно в августе — сентябре, когда Марс находится в созвездии Водолея (в направлении на это созвездие находится перигелий орбиты Марса). К сожалению, в это время суточный путь планеты низок, и наблюдать Марс удобно только на южных обсерваториях.

Большое значение при наблюдениях планет имеют атмосферные условия: прозрачность и спокойствие атмосферы. Атмосферные условия зависят от климата данного места, от времени суток и времени года, когда производятся наблюдения, и от многих других причин. Наилучшие атмосферные условия имеют место на значительной высоте над уровнем моря, когда наиболее плотный, запыленный и неспокойный слой атмосферы остается внизу. Поэтому большинство современных астрономических обсерваторий строится высоко в горах.

Близость больших городов, заводов и фабрик сильно ухудшает качество изображения из-за неизбежной запыленности и загрязненности воздуха. В городах мешает еще и уличное освещение. Расположение обсерватории у подножья горного хребта связано с постоянными помехами от дующих с гор ветров, а соседство с пустыней заставляет опасаться засорения атмосферы пылью.

Качество изображения во многом зависит от свойств употребляемого инструмента, о чем будет сказано ниже. На результаты наблюдения влияет и состояние самого наблюдателя. Положение наблюдателя должно быть как можно более удобным, чтобы не вызывать утомления. Время от времени и телу и глазам нужно давать отдых. Усталость или сонливость всегда вредно сказывается на качестве наблюдений.

Источник

От чего зависит условия видимости планет относительно солнца

10. Конфигурации и условия видимости планет

1. Конфигурации планет

Конфигурациями планет называют некоторые характерные взаимные расположения планет, Земли и Солнца.

Прежде всего заметим, что условия видимости планет с Земли резко различаются для планет внутренних (Венера и Меркурий), орбиты которых лежат внутри земной орбиты, и для планет внешних (все остальные).

Внутренняя планета может оказаться между Землей и Солнцем или за Солнцем. В таких положениях планета невидима, так как теряется в лучах Солнца. Эти положения называются соединениями планеты с Солнцем. В нижнем соединении планета ближе всего к Земле, а в верхнем соединении она от нас дальше всего (рис. 28).

Рис. 28. Конфигурации планет

Легко видеть, что угол между направлениями с Земли на Солнце и на внутреннюю планету никогда не превышает определенной величины, оставаясь острым. Этот предельный угол называется наибольшим удалением планеты от Солнца. Наибольшее удаление Меркурия доходит до 28°, Венеры — до 48°. Поэтому внутренние планеты всегда видны вблизи Солнца либо утром в восточной стороне неба, либо вечером в западной стороне неба. Из-за близости Меркурия к Солнцу увидеть эту планету невооруженным глазом удается редко.

Венера отходит от Солнца на небе на больший угол, и она бывает ярче всех звезд и планет. После захода Солнца она дольше остается на небе в лучах зари и даже на ее фоне видна .отчетливо. Также хорошо она бывает видна и в лучах утренней зари. Легко понять, что в южной стороне неба и среди ночи ни Меркурия, ни Венеры увидеть нельзя.

Если, проходя между Землей и Солнцем, Меркурий или Венера проецируются на солнечный диск, то они тогда видны на нем как маленькие черные кружочки. Подобные прохождения по диску Солнца во время нижнего соединения Меркурия и особенно Венеры бывают сравнительно редко, не чаще чем через 7-8 лет.

Освещенное Солнцем полушарие внутренней планеты при разных положениях ее относительно Земли нам видно по-разному (рис. 29). Поэтому для земных наблюдателей внутренние планеты меняют свои фазы, как Луна. В нижнем соединении с Солнцем планеты повернуты к нам своей неосвещенной стороной и невидимы. Немного в стороне от этого положения они имеют вид серпа. С увеличением углового расстояния планеты от Солнца угловой диаметр планеты убывает, а ширина серпа делается все большей. Когда угол при планете между направлениями на Солнце и на Землю составляет 90°, мы видим ровно половину освещенного полушария планеты. Полностью такая планета обращена к нам своим дневным полушарием во время верхнего соединения. Но тогда она теряется в солнечных лучах и невидима.

Рис. 29. Расположение орбит Меркурия и Венеры относительно горизонта для наблюдателя, когда Солнце заходит (указаны фазы и видимый диаметр планет в разных положениях относительно Солнца при одном и том положении наблюдателя)

Внешние планеты могут находиться по отношению к Земле за Солнцем (в соединении с ним), как Меркурий и Венера, и тогда они тоже теряются в солнечных лучах. Но они могут находиться и на продолжении прямой линии Солнце — Земля, так что Земля при этом оказывается между планетой и Солнцем. Такая конфигурация называется противостоянием. Она наиболее удобна для наблюдений планеты, так как в это время планета, во-первых, ближе всего к Земле, во-вторых, повернута к ней своим освещенным полушарием и, в-третьих, находясь на небе в противоположном Солнцу месте, планета бывает в верхней кульминации около полуночи и, следовательно, долго видна и до и после полуночи.

Моменты конфигураций планет, условия их видимости в данном году приводятся в «Школьном астрономическом календаре».

2. Синодические периоды обращения планет и их связь с сидерическими периодами

Мы наблюдаем планеты с Земли, которая сама обращается вокруг Солнца. Это движение Земли необходимо учитывать, чтобы узнать периоды обращения планет в невращающейся инерциальной системе отсчета, или, как часто говорят, по отношению к звездам.

Период обращения планет вокруг Солнца по отношению к звездам называется звездным или сидерическим периодом.

Чем ближе планета к Солнцу, тем больше ее линейная и угловая скорости и короче звездный период обращения вокруг Солнца.

Убедитесь в этом, изучив приложение V.

Однако из непосредственных наблюдений определяют не сидерический период обращения планеты, а промежуток времени, протекающий между ее двумя последовательными одноименными конфигурациями, например между двумя последовательными соединениями (противостояниями). Этот период называется синодическим периодом обращения. Определив из наблюдений синодические периоды 5, путем вычислений находят звездные периоды обращения планет Т.

Рассмотрим, как же связаны синодический и звездный периоды обращения планет на примере Марса.

Скорость движения планет тем больше, чем они ближе к Солнцу. Поэтому после противостояния Марса Земля станет его обгонять. С каждым днем она будет отходить от него все дальше. Когда она обгонит его на полный оборот, то снова произойдет противостояние.

Синодический период внешней планеты — это промежуток времени, по истечении которого Земля обгоняет планету на 360° при их движении вокруг Солнца.

Угловая скорость Земли (угол, описываемый ею за сутки) составляет угловая скорость Марса — где Т— число суток в году, Т — звездный период обращения планеты, выраженный в сутках. Следовательно, за сутки Земля обгоняет планету на Если S — синодический период планеты в сутках, то через S суток Земля, обгонит планету на 360°, т. е.

Для внутренних планет, обращающихся быстрее, чем Земля, Т>Т (планета будет обгонять Землю), надо писать:

Для Венеры синодический период составляет 584 сут, для Марса 780 сут.

Проверьте это, используя данные приложения V.

Упражнение 7

1. Звездный период обращения Юпитера равен 12 годам. Через какой промежуток времени повторяются его противостояния?

2. Синодический период обращения воображаемой планеты составляет 3 года. Каков звездный период ее обращения около Солнца?

3. Какова должна быть продолжительность звездного и синодического периодов обращения планеты в случае их равенства?

Источник