Состояние при котором марс находится по другую сторону от солнца называется

Противостояние Марса и Земли: причины и факты

Для проведения астрономических исследований противостояния Земли и Марса являются благоприятным периодом. Максимальная близость планеты позволяет ученым и любителям астрономии производить расчёты, составлять карты, совершать важные открытия.

Что такое оппозиция (противостояние)

Постоянное движение небесных тел обеспечивает их различное положение к Солнцу и друг к другу. Марс по отношению к Земле является внешней планетой. Среднее расстояние от него до Солнца составляет около 1,5 астрономических единиц. За астрономическую единицу измерения взято среднее расстояние от Земли до Солнца.

Наша планета, двигаясь по внутренней орбите, вначале обходит Марс, а на втором витке отстает от него. Так чередуются сближения и удаления планет, в ходе которых возникает оппозиция Марса.

Противостояние обозначает явление, когда Марс и Земля находятся на минимальном расстоянии друг к другу и располагаются на одной линии по одну сторону от Солнца

В положении оппозиции Марс:

• приближается к земному шару на максимально близкое расстояние;
• в полночь пересекает небесный меридиан;
• достигает наибольшего видимого размера;
• обращается к наблюдателю освещенным Солнцем полушарием.

По этим причинам астрономы всего мира ждут момента сближения двух планет для фотографирования и проведения визуальных наблюдений. В час оппозиций даже непрофессиональные телескопы позволяют рассмотреть детали поверхности планеты. Протяженность противостояния Марса длится около 2 – 3 земных месяцев.

Почему во время противостояния меняется расстояние между планетами

Ученые выявили особенность: расстояние между планетами во время оппозиций не постоянная величина, а разная. К примеру, в противостоянии 1988 года Марс удалился от земного шара на 58,81 млн. км, в 2018 году – только на 55,77 млн. км. Разница между данными показателями составила 3,04 млн. км.

Почему же дистанция между планетами не постоянна? По каким причинам она изменяется?

Как мы узнали выше противостояние — это когда планеты выстраиваются на одну линию по одну сторону от Солнца. В этот момент они находятся на минимальном расстоянии по отношению друг к другу. Такое явление происходит раз в два года. При этом расстояние каждый раз разное. Обусловлено это тем, что такая встреча планет происходит на разных участках орбиты. А причины, по которым это происходит следующие:

1. Сближение планет происходит на разных участках орбиты

Из-за того, что Земля и Марс удалены от Солнца на разное расстояние, протяженность их орбит тоже различная. У нашей планеты она составляет длину около 940 млн. км, у красной планеты – почти 1430 млн. км.

Кроме этого небесные тела перемещаются вокруг Солнца с неодинаковой скоростью. Если планета ближе к Солнцу – то скорость выше. Если дальше – то скорость ниже, так как сила притяжения с увеличением расстояния уменьшается.

Полный виток вокруг Солнца наша земля совершает за 1 год со скоростью 29,76 км/ч. Марсу на преодоление своего оборота требуется времени больше: 686,94 земных суток при скорости около 24,11 км/ч. Получается, что орбитальная скорость Земли выше на 7%.

Разницы в скорости движения и в протяженности орбит определяют постоянные изменения расстояния между планетами. Периоды, когда Земля догоняет Марс и выстраивается на одну линию, происходит с периодичностью раз в 2 года.

2. Особенности траекторий орбит

Если бы вокруг Солнца планеты двигались по правильным окружностям, то во время противостояния Марса и Земли между ними всегда было бы одинаковое расстояние. Однако в нашей вселенной не только Солнце, но все космические тела оказывают гравитационное воздействие друг на друга.

Еще Иоганн Кеплер доказал, что планеты обращаются не по круговым, а по эллиптическим орбитам. Причем фокусы эллиптических орбит планет не совпадают.

Форма вытянутых орбит определяется эксцентриситетом, который показывает величину отклонения орбиты от окружности. Чем выше показатель эксцентриситета к единице, тем ближе конфигурация орбиты к форме эллипса.

Величина эксцентриситета Земли равна 0,01673, а Марса – 0,09336. Отсюда следует, что орбита Земли более круглая, а Марса – ближе к форме эллипса.

Эллиптические орбиты обуславливает различное положение планет по отношению к Солнцу. Точку орбиты, в которой планета приблизилась к Солнцу, называют перигелий, а удаленную точку – афелий.

Максимально приближенное расстояние между планетами

Когда Земля стоит в афелии, Марс – в перигелии, а Солнце с ними на одной прямой, происходит максимальное сближение. И, наоборот, если наша планета располагается в перигелии, а Марс – в афелии, то расстояние достигает максимальных величин.

Планеты в оппозиции

Когда противостояние Марса выпадает на зимние месяцы, удаленность от Земли достигает 100 млн. км. Это объясняется тем, что в данный период Марс размещается в самых удаленных от Солнца точках орбиты, а Земля в минимальных.

Названные причины обеспечивают непостоянные расстояния между Землей и Марсом. Из-за того, что марсианская орбита с годами приобретает все более эксцентричную форму, расстояние между планетами будет изменяться еще значительнее. Минимальные расстояния уменьшаться, а максимальные – увеличатся. Американский ученый Жан Миус определил изменения на период с 0 по 3000 год:

• Минимальное расстояние ожидается 8 сентября 2729 года и составит 55,65 млн. км.
• Максимальное расстояние в 101,50 млн. км произойдет 6 марта 2832 года.

Через какой промежуток времени повторяются противостояния Марса

Наблюдения за оппозициями Марса выявили любопытные факты. Оказывается, противостояния не происходят хаотично, а повторяются с определенной закономерностью.

• Как часто случаются марсианские противостояния?
• Почему они возникают не спонтанно, а периодично?

Ученые подтвердили: оппозиции Марса характеризуются цикличностью. Временной интервал между ними составляет 765 – 800 земных суток. Средний показатель последовательных противостояний – 2 года 49 дней.

Дата событий не постоянна: каждое последующее противостояние Марса происходит со смещением по календарю примерно на 1 месяц.

Таблица противостояний Марса с 1995 по 2052 год.

Великие противостояния Марса

Один раз в 15 или 17 лет планеты встречаются на расстоянии менее 60 млн. км. В 2003 году оно равнялось 55,79 млн. км. Такое событие называют великим противостоянием.

Астрономические расчеты определили величайшее в истории противостояние Марса. Оно случилось в каменном веке, когда в 57 617 году до н.э. красная планета подошла к земному шару на расстояние 55,76 млн. км.

Последнее великое противостояние Марса можно было наблюдать в июле 2018 года, когда расстояние достигло показателя в 57,77 млн. км. Следующее – ожидается в 2035 году.

В таблице представлен список великих противостояний Марса по датам

В 2003 году сближение вышло на рекордное расстояние – 55,79 млн. км. Если понимать, что такое событие выпадает один раз в человеческой жизни, то астрономы назвали это противостояние не просто великим, а величайшим противостоянием Марса за минувшие годы.

Цикличность марсианских противостояний

Сближения планет характеризуются определенными закономерностями. Противостояния Марса повторяются по схеме:

• один раз в два года;
• максимальные и минимальные показатели расстояний повторяются через 15 – 17 лет.

К примеру, последние великие противостояния Марса произошли в 2003 и 2018 годах, как раз с интервалом в 15 лет. Очередную великую оппозицию можно будет наблюдать через 17 лет, в сентябре 2035 года.

Схожие по показателям марсианские оппозиции объединяются в более крупные временные циклы, которые повторяются каждые 79 лет. Очередность выражается в следующей последовательности: 15 + 17 + 15 + 17 + 15 = 79 лет. Каждый последующий цикл повторят эту схему: начинается и заканчивается интервалом в 15 лет.

Ученые определили периоды повторений великих оппозиций с интервалом в 284 года. Он выражается следующим образом: 79 + 79 + 79 + 15 + 17 + 15 = 284. Погрешность в повторах точных дат невелика: от двух до пяти календарных дней.

Так, величайшее противостояние Марса повторится в 2287 году. Величина расстояния между планетами сократится и достигнет рекордной величины – 55,69 млн. км.

Данный рубеж будет преодолен через 363 года (284 года + 79 лет). В сентябре 2650 года расстояние сократится до 66,65 млн. км.

Противоположные Марсовые оппозиции

Конфигурация, когда Марс и Земля находятся в полярных участках неба, называется противоположной оппозицией. При этом они располагаются на одной прямой линии, но в разных направлениях от Солнца.

Во время противоположной оппозиции в час земного заката красная планета виднеется на востоке, а ночью находится прямо над головой. Свечение Марса отличается интенсивным желтовато-красным цветом, превышающим в 10 раз свет самых ярких звезд.

Земля и Марс на самом отдаленном расстоянии друг от друга

Противоположные оппозиции наблюдаются через 26 месяцев. В этот период интервал между планетами составляет около 401 млн. км.

Научные открытия

Во время великих противостояний Марса астрономами были совершены многие значимые открытия.

1. В 1830 году немецкий астроном Иоганн фон Медлер определил период вращения планеты и приступил к составлению карт марсианской поверхности.
2. Спустя 34 года астроном-любитель из Великобритании Уильям Даус дополнил существовавшие к тому времени карты Марса новыми подробностями.
3. Благоприятное противостояние 1877 года подарило американцу Асафу Холлу возможность доказательства существования двух спутников планеты – Фобоса и Деймоса.
4. В этом же году Джованни Скиапарелли увидел на марсианской поверхности многочисленные линии, позднее названные каналами. Их наличие породило немало слухов о возможности существования на красной планете разумной жизни. Позже марсианские каналы стали толчком для создания знаменитого фантастического романа Герберта Уэллса «Война миров».

В современную эру космических исследований противостояния Марса утратили свою уникальность для научных наблюдений. Но многочисленная армия астрономов-любителей с нетерпением ожидает наступления оппозиций.

Источник

Состояние при котором марс находится по другую сторону от солнца называется

Планеты Солнечной системы обращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам (см.законы Кеплера) и делятся на две группы. Планеты, которые расположены ближе к Солнцу, чем Земля, называются нижними. Это Меркурий и Венера. Планеты, которые расположены дальше от Солнца, чем Земля, называются верхними. Это Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон.

Планеты в процессе обращения вокруг Солнца могут располагаться относительно Земли и Солнца произвольным образом. Такое взаимное расположение Земли, Солнца и планеты называется конфигурацией. Некоторые из конфигураций являются выделенными и носят специальные названия (см. рис. 19).

Нижняя планета может располагаться на одной линии с Солнцем и Землей: либо между Землей и Солнцем — нижнее соединение, либо за Солнцем — верхнее соединение. В момент нижнего соединения может произойти прохождение планеты по диску Солнца (планета проецируется на диск Солнца). Но из-за того, что орбиты планет не лежат в одной плоскости, такие прохождения случаются не каждое нижнее соединение, а достаточно редко. Конфигурации, при которых планета при наблюдении с Земли находится на максимальном угловом удалении от Солнца (это наиболее благоприятные периоды для наблюдения нижних планет), называются наибольшими элонгациями, западной и восточной.

Верхняя планета также может находиться на одной линии с Землей и Солнцем: за Солнцем — соединение, и по другую сторону от Солнца — противостояние. Противостояние — это самое благоприятное время для наблюдения верхней планеты. Конфигурации, при которых угол между направлениями с Земли на планету и на Солнце равен 90 o , называются квадратурами, западной и восточной.

Промежуток времени между двумя последовательными одноименными конфигурациями планеты называется ее синодическим периодом обращения P, в отличие от истинного периода ее обращения относительно звезд, называемого поэтому сидерическим S. Разница между этими двумя периодами возникает из-за того, что Земля тоже обращается вокруг Солнца с периодом T. Синодический и сидерический периоды связаны между собой:

для нижней планеты, и

10.2. Законы Кеплера

Законы, по которым планеты обращаются вокруг Солнца, были эмпирически (т.е. из наблюдений) установлены Кеплером, а затем теоретически обоснованы на основе закона всемирного тяготения Ньютона.

Первый закон. Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

Второй закон. При движении планеты ее радиус-вектор описывает равные площади за равные промежутки времени.

Третий закон. Квадраты сидерических времен обращений планет относятся друг к другу как кубы больших полуосей их орбит (как кубы их средних расстояний от Солнца):

Третий закон Кеплера является приближенным, из закона всемирного тяготения был получен уточненный третий закон Кеплера:

Третий закон Кеплера выполняется с хорошей точностью только потому, что массы планет много меньше массы Солнца .

Эллипс — это геометрическая фигура (см. рис. 20), у которой есть две главные точки — фокусы F₁, F₂, и сумма расстояний от любой точки эллипса до каждого из фокусов есть величина постоянная, равная большой оси эллипса. У эллипса есть центр O, расстояние от которого до наиболее удаленной точки эллипса называется большой полуосью a, а расстояние от центра до самой ближайшей точки называется малой полуосью b. Величина, которая характеризует сплюснутость эллипса, называется эксцентриситетом e:

Окружность является частным случаем эллипса (e=0).

Расстояние от планеты до Солнца изменяется от наименьшего, равного

(эта точка орбиты называется перигелием) до наибольшего, равного

(эта точка орбиты называется афелием).

10.3. Движение искусственных небесных тел

Движение искусственных небесных тел подчиняется тем же законам, что и естественных. Тем не менее, необходимо отметить ряд особенностей.

Главное — размеры орбит искусственных спутников, как правило, сравнимы с размерами планеты, вокруг которой они обращаются, поэтому часто говорят о высоте спутника над поверхностью планеты (рис.21). При этом надо учитывать, что в фокусе орбиты спутника находится центр планеты.

Для искусственных спутников вводят понятие первой и второй космической скорости.

Первая космическая скорость или круговая скорость — это скорость кругового орбитального движения у поверхности планеты на высоте h:

Это минимально необходимая скорость, которую необходимо придать космическому аппарату, чтобы он стал искусственным спутником данной планеты. Для Земли у поверхности vк = 7.9 км/сек.

Вторая космическая скорость или параболическая скорость — это скорость, которую необходимо придать космическому аппарату, чтобы он мог покинуть сферу притяжения данной планеты по параболической орбите:

Для Земли вторая космическая скорость равна 11.2 км/сек.

Скорость небесного тела в любой точке эллиптической орбиты на расстоянии R от тяготеющего центра может быть рассчитана по формуле:

Здесь повсюду см 3 /(г с 2 ) — это гравитационная постоянная.

4. Может ли случиться прохождение Марса по диску Солнца? Прохождение Меркурия? Прохождение Юпитера?

5. Можно ли увидеть Меркурий вечером на востоке? А Юпитер?

46. Противостояние Марса произошло 19 мая. В каком созвездии он был виден?

Решение: Орбиты всех планет лежат приблизительно в одной плоскости, поэтому планеты двигаются по небесной сфере примерно по эклиптике. В момент противостояния прямые восхождения Марса и Солнца отличаются на 180 o : . Вычислим на 19 мая. 21 марта оно равно 0 o . В день прямое восхождение Солнца увеличивается примерно на 1 o . С 21 марта по 19 мая прошло 59 дней. Значит, , а . На небесной карте можно увидеть, что эклиптика при таком прямом восхождении проходит по созвездиям Весы и Скорпион, значит Марс находился в одном из этих созвездий.

47. (398) Наилучшая вечерняя видимость Венеры (наибольшее ее удаление к востоку от Солнца) была 5 февраля. Когда в следующий раз наступила видимость Венеры в тех же условиях, если ее сидерический период обращения равен 225 d ?

Решение: Наилучшая вечерняя видимость Венеры наступает во время ее восточной элонгации. Следовательно, следующая наилучшая вечерняя видимось наступит во время следующей восточной элонгации. А промежуток времени между двумя последовательными восточными элонгациями равен синодическому периоду обращения Венеры и легко может быть вычислен:

или P=587 d . Значит, следующая вечерняя видимость Венеры в тех же условиях наступит через 587 дней, т.е. 14-15 сентября следующего года.

48. (663) Определить массу Урана в единицах массы Земли, сравнивая движение Луны вокруг Земли с движением спутника Урана — Титанией, обращающегося вокруг него с периодом 8 d .7 на расстоянии 438 000 км. Период обращения Луны вокруг Земли 27 d .3, и среднее расстояние ее от Земли составляет 384 000 км.

Решение: Для решения задачи необходимо воспользоваться третьим уточненным законом Кеплера. Так как для любого тела массой m, обращающегося вокруг другого тела массой на среднем расстоянии a с периодом T:

то мы имеем право для любой пары обращающихся друг вокруг друга небесных тел записать равенство:

Принимая за первую пару Уран с Титанией, а за вторую — Землю с Луной, а также пренебрегая массой спутников по сравнению с массой планет получим:

49. Принимая орбиту Луны за окружность и зная орбитальную скорость движения Луны v_Л = 1.02 км/с, определить массу Земли.

Решение: Вспомним формулу для квадрата круговой скорости (35) и подставим среднее расстояние Луны от Земли a_Л (см. предыдущую задачу):

50. Вычислить массу двойной звезды Центавра, у которой период обращения компонентов вокруг общего центра масс T=79 лет, а расстояние между ними 23.5 астрономических единицы (а.е.). Астрономической единицей называется расстояние от Земли до Солнца, равное примерно 150 млн. км.

Решение: Решение этой задачи аналогично решению задачи о массе Урана. Только при определении масс двойных звезд их сравнивают с парой Солнце-Земля и выражают их массу в массах Солнца.

51.(1210) Вычислите линейные скорости космического корабля в перигее и апогее, если над Землей в перигее он пролетает на высоте 227 км над поверхностью океана и большая ось его орбиты составляет 13 900 км. Радиус и масса Земли 6371 км и 6.0 10 27 г.

Решение: Рассчитаем расстояние от спутника до Земли в апогее (наибольшем расстоянии от Земли). Для этого необходимо зная расстояние в перигее (наименьшее расстояние от Земли) вычислить эксцентриситет орбиты спутника по формуле (31) и затем определить искомое расстояние используя формулу (32). Получим h_a = 931 км.

Далее воспользуемся формулой (35) для вычисления скорости тела на любом расстоянии от тяготеющего центра и вычислим скорость в перигее и апогее:

52. (393) Синодический период обращения одного из астероидов составляет 3 года. Каков звездный период его обращения около Солнца?

53. (400) Найти среднее суточное движение Меркурия по орбите (величину дуги орбиты, которую он проходит за земные сутки), если синодический период его обращения вокруг Солнца равняется 115.88 суткам.

54. (417) С какой видимой угловой скоростью Венера пересекает диск Солнца? Сколько времени длится ее прохождение по диску Солнца, если оно центральное? Расстояние Венеры от Солнца 0.723 а.е., синодический период обращения 584 дня, угловой диаметр Солнца 32′.

55. (662) Вычислить массу Нептуна относительно массы Земли, зная, что его спутник отстоит от центра планеты на 354 000 км и период его обращения равен 5 суткам 21 часу.

56. (671) Какова должна быть масса Земли (по сравнению с действительной), чтобы Луна обращалась вокруг нее с современным периодом, но на вдвое большем расстоянии?

57. (675) Удержало ли бы Солнце нашу Землю, несущуюся вокруг него со скоростью 29.76 км/сек, если бы масса Солнца внезапно уменьшилась в два раза?

58. (1214) Для целей связи нужны спутники, которые «висят» над одной и той же точкой Земли, так называемые геостационарные спутники. На какой высоте над поверхностью Земли они должны находиться?

59. (1217) Космонавты облетают Луну по круговой орбите на высоте 50 км. На сколько им надо увеличить двигателями скорость своего космического корабля, чтобы вернуться на Землю? Радиус Луны 1738 км, а ее масса составляет 1/81 массы Земли.

Источник