Видимые движения небесных тел. законы кеплера

Движение Луны вокруг Земли

Луна является спутником Земли. Из всех небесных тел она находится ближе всего к нашей планете. Земля вращается вокруг собственной оси, Луна вращается вокруг Земли в том же направлении. Вместе они вращаются вокруг Солнца.

Луна движется достаточно быстро. Ее средняя скорость составляет $1,02 \frac{км}{с}$. Поэтому мы можем заметить ее движение в течение одной ночи.

Луна — это не звезда, она не излучает свет самостоятельно. Мы видим ее на ночном небе, потому что ее освещает Солнце. Точнее говоря, мы видим часть ее поверхности — дневную сторону (рисунок 5).

Рисунок 5. Наблюдение дневной стороны Луны с земной поверхности

Если Луна находится в положении, как на рисунке 5, а, то наблюдатель, находящийся в красной точке либо не увидит поверхности Луны, либо увидит лишь малую ее часть. А при другом положении луны (рисунок 5, б) наблюдатель уже видит всю ее дневную сторону.

Луна перемещается по небу с запада на восток. Она двигается быстрее Солнца. В итоге, за месяц мы можем наблюдать смену лунных фаз: новолуние, первая фаза, первая четверть, вторая фаза, полнолуние, третья фаза, последняя четверть, четвертая фаза (рисунок 6).

Рисунок 6. Фазы Луны

В новолуние Луну не получиться разглядеть даже в телескоп. В этом положении она находится в направлении Солнца — повернута к Земле неосвещенным полушарием.

А в полнолуние Луна оказывается в противоположной Солнцу стороне. В этом случае мы будем видеть полностью освещенную сторону Луны. 

Путь Луны по небу проходит близко к эклиптике. Поэтому полная луна светит всю ночь. Она поднимается из-за горизонта при заходе Солнца.

Между полнолунием и новолунием мы наблюдаем промежуточные фазы. Ее стороны освещены частично и мы говорим, что Луна либо убывает, либо прибывает.

{"questions":,"explanations":,"answer":}}}]}

Определение и значение

Проекция плоскости орбиты Земли над небесной сферой называется эклиптикой. Этим термином также характеризуется видимый путь, который Солнце проходит за год через двенадцать созвездий зодиака. Он совпадает с линией, определяющей плоскость орбиты Земли и других планет вокруг небесного светила.

Ещё в древности люди заметили сменяемость времён года, характеризующихся различными погодными условиями. Первые земледельческие цивилизации появились возле рек:

• Нил;
• Евфрат;
• Инд;
• Янцзы и т. д.

Каждый год уровень воды в этих реках испытывал большие сезонные колебания, поэтому для предсказания погоды и времени наступления разливов применялись знания о движении Солнца. Люди давно заметили, что оно движется по разным траекториям, которые повторяются примерно через 365 земных суток, то есть годичный цикл.

Её наклон был измерен греческим астрономом Эратосфеном в третьем веке до нашей эры (23º 51 ’19). В своём путешествии вокруг Солнца Земля всегда поддерживает этот наклон в одном и том же направлении, вызывая климатические сезоны из-за различных положений солнечного луча.

Виды движения планет

Первое представление о расположении планет на небосводе высказал Птолемей в трактате «Великое математическое построение по астрономии». Ученый предположил, что небесные тела движутся по кругу. Птолемей утверждал, что движение планет, как Солнца и Луны, происходит вокруг Земли. Даная теория просуществовала до работ Коперника и была принята, как в западном, так и в арабском мире.

Коперником была создана гелиоцентрическая система. Он объяснил, что Земля – это не центр Вселенной, а движение планет происходит вокруг Солнца по орбитам. Все свои утверждения он высказал в работе «О вращении небесных сфер», которую издали в 1543 году.

Последователем Коперника стал астроном Тихо Браге. На собственном острове он установил огромные бронзовые круги, на которых отмечал свои результаты наблюдения за движением небесных тел. Его результаты попали в руки математику Иоганну Кеплеру, который и установил 3 закона движения планет.

Первый закон движения планет. Кеплер работал с тем, что планеты движутся по круглой орбите. Однако его расчеты имели множество расхождений с реальными наблюдениями. И тогда ученый предположил, что орбиты имеют форму эллипса. У каждой эллипсовидной орбиты есть два фокусы, представляющие собой заданные точки. Следовательно, 1-й закон Кеплера гласит:

Второй закон движения планет. Чтобы понять закон, необходимо от Солнца провести радиус-вектор к планете. Небесное Светило при этом должно находиться в одном из фокусов орбиты. За одно и тоже время этот радиус-вектор будет описывать равные площади на плоскости, в которой происходит движение планеты вокруг Солнца.

Второй закон Кеплера:

Третий закон движения планет. Абсолютно все орбиты планет имеют точку максимально приближенную к Солнцу (перигелий) и точку максимально отдаленную от Солнца (афелий). Отрезок между этими двумя точками именуют большой осью орбиты. Разделив данный отрезок пополам получают большую полуось, которая как раз и используется в астрономии.

В современной астрономии существует несколько видов движения планет:

Перед тем как познакомиться с каждым видом движения планет в Солнечной системе более подробно, важно отметить, что все планеты условно делят на верхние и нижние, либо же внутренние и внешние. К числу нижних (внутренних) относят Меркурий и Венеру, к числу верхних (внешних) – все остальные (Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун)

Данная классификация производится по отношению к земной орбите.

Открытие скорости света

С развитием науки измерения производились все точнее и подтверждения ньютоновских законов становились все более убедительными. Первые точные измерения касались спутников Юпитера. Казалось бы, если тщательно наблюдать за их обращением, то можно убедиться, что все происходит согласно Ньютону. Однако выяснилось, что это не так. Спутники Юпитера появлялись в расчетных точках то на 8 мин раньше, то на 8 мин позже, чем полагалось бы согласно законам Ньютона. Обнаружилось, что они опережают график, когда Юпитер сближается с Землей, и отстают, когда Юпитер и Земля расходятся, — очень странное явление.

Рёмер (Олаф Рёмер (1644-1710) — датский астроном), убежденный в правильности закона тяготения, пришел к интересному выводу, что для путешествия от спутников Юпитера до Земли свету требуется определенное время, и, глядя на спутники Юпитера, мы видим их не там, где они находятся сейчас, а там, где они были несколько минут назад — столько минут, сколько требуется свету, чтобы дойти до нас. Когда Юпитер ближе к нам, свет приходит быстрее, а когда Юпитер дальше — свет идет дольше; поэтому Рёмеру пришлось внести поправку в наблюдения на эту разницу во времени, т.е. учесть, что иногда мы делаем эти наблюдения раньше, а иногда позже. Отсюда ему удалось определить скорость света. Так было впервые установлено, что свет распространяется не мгновенно

Периоды обращения планет

Синодическим периодом планеты называется промежуток времени, протекающий между повторениями ее одинаковых конфигураций.

Скорость движения планет тем больше, чем они ближе к Солнцу. Поэтому после противостояния Земля станет обгонять те планеты, которые находятся дальше от Солнца. Со временем снова произойдет противостояние, поскольку Земля обгоняет планету на полный оборот.

Можно сказать, что синодический период внешней планеты — это промежуток времени, по истечении которого Земля обгоняет планету на 360° в их движении вокруг Солнца.

Сидерический период — это время, по прошествии которого для наблюдателя, находящегося на Солнце, планета возвращается к той же самой звезде.

Между синодическим (S, в сутках) и сидерическим (T, в сутках) месяцами существует соотношение. Для планет, находящихся между Солнцем и Землей:

ФИЗИКА

§ 64. Видимое движение светил

Солнце и движущиеся вокруг него небесные тела составляют Солнечную систему. Звёзды, которые мы видим невооружённым глазом, — это ничтожная доля звёзд, входящих в нашу Галактику. Вид звёздного неба меняется в зависимости от местонахождения наблюдателя на Земле. Так, суточное движение Солнца для жителей Северного полушария — это движение слева направо, для жителей Южного полушария — справа налево.

Путь, который проходит Солнце за год на фоне звёзд, называют эклиптикой (рис. 130), а период одного оборота по эклиптике называют звёздным годом. Он равен 365,2564 средних солнечных суток. Созвездия, через которые проходит эклиптика, называют зодиакальными. Их число соответствует количеству месяцев в году. Солнце перемещается по небу, переходя из одного созвездия в другое, и завершает полный оборот в течение года.

Рис. 130. Движение Солнца по эклиптике

Видимое движение Солнца по эклиптике подтверждает, что Земля движется вокруг Солнца (рис. 131). Солнце движется по эклиптике неравномерно. Дневная и ночная части его пути неодинаковы. Они равны только в дни равноденствия, когда Солнце находится на небесном экваторе.

Рис. 131. Движение Земли вокруг Солнца и кажущееся годичное движение Солнца

Земля является одной из планет Солнечной системы. Она обращается вокруг Солнца по эллиптической орбите и вращается вокруг собственной оси. Движение Земли вокруг Солнца и некоторый наклон земной оси приводят к смене времён года. При движении Земли вокруг Солнца ось Земли остаётся параллельной самой себе.

Луна — спутник Земли, ближайшее к Земле небесное тело. Она вращается вокруг Земли в том же направлении, что и Земля вокруг своей оси, а вместе с Землёй обращается вокруг Солнца.

Луна движется довольно быстро, так что её движение можно заметить в течение одной ночи. Луна не излучает света, поэтому на небе видна только освещенная Солнцем её поверхность — дневная сторона. Перемещаясь по небу с запада на восток, Луна за месяц догоняет и перегоняет Солнце. При этом происходит смена лунных фаз: новолуние, первая четверть, полнолуние, последняя четверть (рис. 132).

Рис. 132. Фазы Луны

В новолуние Луну не разглядеть даже в телескоп, так как она располагается в том же направлении, что и Солнце, и повёрнута к Земле неосвещённым полушарием. Когда Луна оказывается в стороне, противоположной Солнцу, наступает полнолуние. Полная Луна светит всю ночь. Путь Луны по небу проходит недалеко от эклиптики, поэтому полная Луна поднимается из-за горизонта при заходе Солнца.

Смена лунных фаз

Движение планет среди звёзд более сложное, чем движение Солнца и Луны. Все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении. Планета, двигаясь в том же направлении, что и Солнце и Луна, через некоторое время замедляет свой ход, затем останавливается, смещается в обратном направлении и после очередной остановки снова меняет направление движения на первоначальное. Если нанести на карту этот путь, то получается петля (рис. 133). Невооружённым взглядом на небе можно увидеть пять планет: Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн.

Рис. 133. Петлеобразное движение планет

Задание

1. С помощью «Школьного астрономического календаря» изучите вид звёздного неба в мае. Сначала на карте определите Большую Медведицу, а затем найдите её на вечернем небе.
2. Используя астрономический календарь, определите на ночном небе Сатурн.
3. По рисунку 130 определите, когда наступают дни осеннего и весеннего равноденствия.
4. С помощью рисунка 130 определите, когда отмечают дни летнего и зимнего солнцестояния. Почему их ещё называют днями солнцеворота?

Технические требования

Полёты от Земли к другим планетам Солнечной системы предполагают высокие энергетические затраты. Чтобы достигнуть Юпитера с орбиты Земли, требуются почти такие же затраты энергии для космического аппарата, какие нужны для его первоначального вывода на околоземную орбиту. В астродинамике этот расход энергии определяется чистым изменением скорости космического аппарата, или дельта-v. Энергия, необходимая для достижения Юпитера с земной орбиты, требует дельта-v примерно 9 км/с, в сравнении с 9,0—9,5 км/с для достижения низкой околоземной орбиты с поверхности. Конечно, для уменьшения затрат энергии (топлива) при запуске может быть использован гравитационный манёвр посредством пролёта мимо планет (таких как Земля или Венера), хотя ценой этого является значительное увеличение продолжительности полёта для достижения цели по сравнению с прямой траекторией. Ионный двигатель, подобный использованному на космическом аппарате «Dawn», способен развить дельту-v более чем 10 км/с. Этого более чем достаточно для миссии пролёта мимо Юпитера от околосолнечной орбиты того же радиуса, что и земная орбита, без использования гравитационного манёвра.

Юпитер не имеет твёрдой поверхности для посадки, при наличии плавного перехода между атмосферой планеты и её жидкой средой. Любые зонды при погружении в атмосферу в конечном итоге оказываются раздавлены огромным давлением атмосферы Юпитера. Поэтому все выполненные и планирующиеся миссии к Юпитеру являются лишь пролётными или орбитальными, а также атмосферными (с непосредственным исследованием верхних слоёв атмосферы). Посадочные миссии на Юпитер невозможны. Однако возможны посадки на спутники Юпитера.

Другой важной проблемой является радиационное облучение, которому космический зонд подвергается из-за наличия высокоэнергетических заряженных частиц в пространстве вокруг Юпитера (см. также Магнитосфера Юпитера). Например, когда «Пионер-11» максимально приблизился к планете, уровень радиации был в десять раз выше того, который предсказывали разработчики «Пионеров», и это привело к опасениям, что зонды не выживут; однако, с несколькими незначительными сбоями, зонд сумел пройти через радиационный пояс

Однако зонд потерял большинство изображений спутника Ио, поскольку радиация, воздействуя на фотополяриметр для изображений «Пионера», вызвала некоторое количество ложных команд. Последующие и более технологически продвинутые «Вояджеры» должны были подвергнуться доработке, чтобы справиться со значительным уровнем излучения. Зонд «Галилео» за восемь лет нахождения на орбите планеты получил дозу радиации, значительно превышающую спецификации разработчиков, и его системы в различных ситуациях выходили из строя. Гироскопы аппарата часто показывали повышенные ошибки, и иногда появлялась электрическая дуга между его вращающимися и невращающимися частями, вызывая переход в безопасный режим, что привело к полной потере данных с 16-й, 18-й и 33-й орбит. Радиация также вызывала фазовые сдвиги в ультра-стабильном кварцевом генераторе «Галилео»

Например, когда «Пионер-11» максимально приблизился к планете, уровень радиации был в десять раз выше того, который предсказывали разработчики «Пионеров», и это привело к опасениям, что зонды не выживут; однако, с несколькими незначительными сбоями, зонд сумел пройти через радиационный пояс. Однако зонд потерял большинство изображений спутника Ио, поскольку радиация, воздействуя на фотополяриметр для изображений «Пионера», вызвала некоторое количество ложных команд. Последующие и более технологически продвинутые «Вояджеры» должны были подвергнуться доработке, чтобы справиться со значительным уровнем излучения. Зонд «Галилео» за восемь лет нахождения на орбите планеты получил дозу радиации, значительно превышающую спецификации разработчиков, и его системы в различных ситуациях выходили из строя. Гироскопы аппарата часто показывали повышенные ошибки, и иногда появлялась электрическая дуга между его вращающимися и невращающимися частями, вызывая переход в безопасный режим, что привело к полной потере данных с 16-й, 18-й и 33-й орбит. Радиация также вызывала фазовые сдвиги в ультра-стабильном кварцевом генераторе «Галилео».

Попятное, прямое и петлеобразное движение планет

Прямым движением планет называют движение небесных тел с запада на восток, то есть по направлению движения Солнца.

Попятное, или как его еще называют ретроградное движение планет – представляет собой перемещение небесных сфер по отношению к звездам по небосводу с востока на запад. Другими словами данное направление является противоположным движению Солнца и Луны.

Видимое движение солнечных планет всегда изучается с учетом движения планеты, за которой наблюдаем, и самим Земным шаром по своим орбитам вокруг Светила. Исходя из закона Ньютона о всемирном тяготении, чем дальше планета расположена от Солнца, тем меньше скорость ее обращения. Из-за разной скорости движения в момент «противостояния», планета, расположившаяся ближе к Солнцу, начинает «обгонять» ту, которая находится на более удаленном расстоянии. Кроме этого, во время попятного движения, человек фиксирует, что планеты движутся по петлям, возникающим в результате наклона планетарных орбит относительно плоскости эклиптики. Другими словами, попятное движение внешних планет возникает не потому что они начинают двигаться в обратном направлении, а потому что в определенные моменты Земля обгоняет другие небесные сферы из-за своей приближенности к Солнцу и более высокой скорости вращения по своей орбите.

Эклиптика. Движение Солнца по эклиптике

Еще древние астрономы, наблюдая за небесными светилами,зафиксировали, что в полдень, на протяжении года Солнце находится на разной высоте. Также, если в полночь летом или зимой, весной или осенью посмотреть на горизонт с южной его стороны, то отчетливо можно увидеть разные созвездия. Например: те, которые просматриваются летом, совсем не увидеть зимой. И кардинально наоборот: летние звезды в созвездиях совсем не просматриваются в зимнее время. Исходя из этих наблюдений, было установлено годичное движение Солнца относительно звезд. В науке появился термин эклиптика.

Мы уже знаем, что движение Солнца понятие условное. Кажущееся движение звезды происходит в связи с движением Земли вокруг Солнца. Суточное движение Земли, то есть полный оборот вокруг своей оси,происходит за 23 часа 56 минут 4 секунды. Соответственно Солнце за сутки смещается на небе на 1°. А время, в течение которого оно проходит весь круг по небесной сфере, называется годом. Он равен 365 суткам и 6 часам. Каждый четвертый год принято считать високосным, так как за это время накапливаются лишние сутки. Поэтому в високосном году на одни сутки больше, их 366.

Эклиптика. Движение Солнца по эклиптике

Древние астрономы, наблюдавшие за небесными телами, заметили, что солнце в полдень в течение года находится на разной высоте. Если вы посмотрите на горизонт в полночь летом или зимой, весной или осенью, вы сможете отчетливо увидеть различные созвездия на южной стороне. Например: то, что видно летом, совсем не видно зимой. И как раз наоборот: летние звезды созвездий совсем не видны зимой. На основе этих наблюдений было определено годовое движение Солнца относительно звезд. Термин «эклиптика» появился в науке.

Мы уже знаем, что движение Солнца относительно. Видимое движение звезды относительно движения Земли вокруг Солнца. Суточное движение Земли, т.е. один полный оборот вокруг своей оси, происходит за 23 часа, 56 минут и 4 секунды. Аналогичным образом, Солнце перемещается по небосводу на 1° в день. Время, за которое он проходит весь круг небесной сферы, называется годом. Это соответствует 365 дням и 6 часам. Каждый четвертый год является високосным, поскольку в течение года добавляются дополнительные дни. Таким образом, високосный год имеет 366 дополнительных дней.

Движение Солнца[править | править код]

Солнце движется почти равномерно (почти — из-за эксцентриситета орбиты Земли) по большому кругу небесной сферы, называемому эклиптикой, с запада на восток (то есть в сторону, противоположную вращению небесной сферы), совершая полный оборот за один сидерический год (365,2564 дня). Сидерический год отличается от тропического года, определяющего смену сезонов, вследствие прецессии земной оси (см. Предварение равноденствий).

Изменение экваториальных координат Солнца

Когда Солнце находится в точке весеннего равноденствия, его прямое восхождение и склонение равны нулю. С каждым днём прямое восхождение и склонение Солнца увеличиваются, и в точке летнего солнцестояния прямое восхождение становится равным 90° (6h), а склонение достигает максимального значения +23°26′. Далее, прямое восхождение продолжает увеличиваться, а склонение уменьшается, и в точке осеннего равноденствия они принимают значения 180° (12h) и 0°, соответственно. После этого, прямое восхождение по-прежнему увеличивается и в точке зимнего солнцестояния становится равным 270° (18h), а склонение достигает минимального значения −23°26′, после чего вновь начинает расти.

Движение и фазы Луны

Известно, что луна меняет свой вид. Сама она не излучает света, поэтому на небе видна только освещенная Солнцем ее поверхность — дневная сторона. Перемещаясь по небу с запада на восток, Луна за месяц догоняет и перегоняет Солнце.

При этом происходит смена лунных фаз: новолуние, первая четверть, полнолуние и последняя четверть.

В новолуние Луну не разглядеть даже в телескоп. Она располагается в том же направлении, что и Солнце (только выше или ниже его), и повернута к Земле неосвещенным полушарием. Через один-два дня, когда Луна удалится от Солнца, узкий серп можно будет наблюдать за несколько минут до ее захода в западной стороне неба на фоне вечерней зари. Первое появление лунного серпа после новолуния греки называли неомения («новая Луна»). Этот момент у древних народов считался началом лунного месяца.

Фазы Луны.
1 — новолуние: Луна не видна.
2 — молодая Луна: первое появление Луны на небе после новолуния в виде узкого серпа.
3 — четверть: освещена половина Луны.
4 — прибывающая Луна.
5 — полнолуние: освещена вся Луна целиком.
6 — убывающая Луна.
7 — последняя четверть Луны: снова освещена половина Луны.
8 — старая Луна.

Через 7 суток 10 ч после новолуния наступает фаза, именуемая первой четвертью. За это время Луна удалилась от Солнца на 90°. Теперь солнечные лучи освещают только правую половину лунного диска. После захода Солнца Луна находится в южной стороне неба и заходит около полуночи. Продолжая перемещаться от Солнца все дальше к востоку, Луна с вечера появляется на восточной стороне неба. Заходит она уже после полуночи, причем каждые сутки все позднее и позднее.

Когда наш спутник оказывается в стороне, противоположной Солнцу (на угловом расстоянии 180° от него), наступает полнолуние. Полная Луна светит всю ночь. Она восходит с вечера и заходит под утро. Спустя 14 суток 18 ч с момента новолуния Луна начинает приближаться к Солнцу справа. Освещенная доля лунного диска уменьшается. Все позднее восходит Луна над горизонтом и к утру уже не заходит. Расстояние между Луной и Солнцем уменьшается со 180° до 90°. Опять становится видна только половина лунного диска, но это уже левая его часть. Наступает последняя четверть. А через 22 дня 3 ч после новолуния Луна в последней четверти восходит около полуночи и светит в течение всей второй половины ночи. К восходу Солнца она оказывается в южной стороне неба.

Иногда в течение нескольких дней до и после новолуния удается заметить пепельный свет Луны. Это слабое свечение ночной части лунного диска — не что иное, как солнечный свет, отраженный Землей на Луну. Когда лунный серп увеличивается, пепельный свет бледнеет и становится незаметным

Ширина лунного серпа продолжает уменьшаться, а сама Луна постепенно приближается к Солнцу с правой (западной) стороны. Бледный серп появляется на восточном небосклоне под утро, с каждыми сутками все позднее. Опять виден пепельный свет ночной Луны. Угловое расстояние между Луной и Солнцем уменьшается от 90° до 0°. Наконец Луна догоняет Солнце и снова становится невидимой. Наступает следующее новолуние. Лунный месяц закончился. Прошло 29 дней 12 ч 44 мин 2,8 с, или почти 29,5 суток.

Промежуток времени между последовательными одноименными фазами Луны называется синодическим месяцем. Таким образом, синодический период связан с видимым на небе расположением небесного тела (в данном случае Луны) относительно Солнца.

Путь Луны по небу проходит недалеко от эклиптики, поэтому полная Луна поднимается из-за горизонта при заходе Солнца и приближенно повторяет путь, пройденный им за полгода до этого. Летом Солнце поднимается на небе высоко, полная же Луна не удаляется далеко от горизонта. Зимой Солнце стоит низко, а Луна, напротив, поднимается высоко и долго освещает зимние пейзажи, придавая снегу синий оттенок.

Свой путь вокруг Земли относительно звезд Луна совершает за 27 суток 7 ч 43 мин 11,5 с. Этот период называется сидерическим (oт лат. sideris — звезда), или звездным, месяцем. Таким образом, сидерический месяц немного короче синодического. Чтобы объяснить этот факт, рассмотрим движение Луны от новолуния до новолуния. Луна, совершив оборот вокруг Земли за 27,3 суток, возвращается на свое место среди звезд. Но Солнце за это время уже переместилось по эклиптике к востоку, и только когда Луна догонит его, наступит следующее новолуние. А для этого ей потребуется еще примерно 2,2 суток.

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.

История становления современных астрономических взглядов

Схематическое изображение Солнечной системы и космических аппаратов покидающих ее пределы

Сегодня гелиоцентрическая модель Солнечной системы является непреложной истиной. Но так было не всегда, а до тех пор пока польский астроном Николай Коперник не предложил идею (которую высказывал еще Аристарх) о том, что не Солнце вращается вокруг Земли, а наоборот. Следует помнить, что некоторые до сих пор думают, что Галилео создал первую модель Солнечной системы. Но это заблуждение, Галилей всего лишь высказывался в защиту Коперника.

Модель Солнечной системы по Копернику не всем пришлась по вкусу и многие его последователи, например монах Джордано Бруно, были сожжены. Но модель по Птолемею не могла полностью объяснить наблюдаемых небесных явлений и зерна сомнений, в умах людей, были уже посажены. К примеру геоцентрическая модель не была в состоянии полностью объяснить неравномерность движения небесных тел, например попятные движения планет.

В разные этапы истории существовало множество теорий устройства нашего мира. Все они изображались в виде рисунков, схем, моделей. Тем не менее, время и достижения научно-технического прогресса расставили все на свои места. И гелиоцентрическая математическая модель Солнечной системы это уже аксиома.

Видимые движения планет

Луна — это первое небесное тело, перемещение которого на фоне постоянного узора созвездий было отмечено людьми, ведь движется она довольно быстро, так что ее движение можно заметить буквально в течение одной ночи.

Каждый час Луна смещается относительно звезд на величину своего поперечника, разумеется участвуя вместе с ними и в суточном вращении вокруг полюса мира. Направление перемещения среди звезд противоположно направлению ее суточного вращения.

Труднее заметить подобное движение Солнца — ведь оно светит днем, а фон дневного неба слишком ярок, чтобы на нем можно было заметить слабые источники света — звезды (хотя они там присутствуют). Поэтому и нельзя прямо наблюдать перемещение Солнца среди них. Однако, наблюдая сезонные изменения ночного неба, люди поняли, что Солнце тоже перемещается относительно звезд — в ту же сторону, что и Луна, но гораздо медленнее.

Еще до этого открытия были обнаружены светила, и притом весьма яркие, чье движение среди звезд было несомненным. Их назвали планетами. Уже в римскую эпоху они получили имена богов и богинь римского пантеона — в полном соответствии с особенностями своего облика и движения.

Армиллярная сфера, отражающая движения небесных тел по Птолемею. Франция, конец XVIII в.

Движение планет среди звезд выглядит более сложным, чем перемещение Солнца и Луны. Двигаясь в том же направлении, что и наши главные светила, через некоторое время планета замедляет ход, затем останавливается, смещается в обратном направлении и после очередной остановки снова меняет направление движения на первоначальное. Движение с запада на восток называется прямым, с востока на запад — попятным, а моменты смены направления — стояниями. Если нанести этот путь на карту, получится петля.

Для объяснения таких необычных движений в свое время были придуманы весьма сложные механические системы. Над умами долго довлели религиозно-философские идеи об устройстве мира и его гармонии. В частности, совершенным движением, единственно достойным приложения к небесным объектам, считалось равномерное движение по окружности. Поэтому система александрийца Клавдия Птолемея, господствовавшая в науке много столетий, пыталась описать видимые движения планет как комбинацию таких равномерных движений по окружности. К тому же система эта была геоцентрической: в центре Вселенной помещалась неподвижная Земля; вокруг нее вращались даже не планеты, а центры окружностей, по которым равномерно двигались планеты. Но такая схема не могла точно описать видимое движение планет, и ее пришлось усложнять введением новых кругов. Потребовался гений Коперника и Кеплера, чтобы описать истинные движения планет вокруг Солнца.

Таким образом, когда Венера и Земля находятся примерно на одной прямой с Солнцем и по одну сторону от него, Венера обгоняет Землю в орбитальном движении и на небе Земли перемещается среди звезд попятным движением. Когда в такой ситуации оказываются Земля и Марс, уже Земля обгоняет своего внешнего соседа, и тот получает попятное движение на небе.

Небесная сфера, венчающая часы мирового времени в Берлине

Размеры петли зависят от расстояния между планетой и Землей: чем оно больше, тем петля меньше. Отметим еще, что планеты описывают петли, а не просто движутся туда-обратно по одной линии исключительно из-за того, что плоскости их орбит не совпадают с плоскостью эклиптики (т. е. плоскостью земной орбиты).

10.2. ‡аконы Љеплера

‡аконы, по которым планеты обращаютсЯ вокруг ‘олнца, были эмпирически
(т.е. из наблюдений) установлены Љеплером, а затем теоретически обоснованы
на основе закона всемирного тЯготениЯ Ќьютона.

Џервый закон. ЉаждаЯ планета движетсЯ по эллипсу, в одном из фокусов
которого находитсЯ ‘олнце.

‚торой закон. Џри движении планеты ее радиус-вектор описывает
равные площади за равные промежутки времени.

’ретий закон. Љвадраты сидерических времен обращений планет относЯтсЯ
друг к другу как кубы больших полуосей их орбит (как кубы их средних расстоЯний
от ‘олнца):

’ретий закон Љеплера ЯвлЯетсЯ приближенным, из закона всемирного тЯготениЯ
был получен уточненный третий закон Љеплера:

’ретий закон
Љеплера выполнЯетсЯ с хорошей точностью только потому, что массы планет
много меньше массы ‘олнца
.

ќллипс — 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. “ 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. ‚еличина, котораЯ характеризует сплюснутость эллипса,
называетсЯ эксцентриситетом e:

ђис. 20. Ћрбита планеты — эллипс

Ћкружность ЯвлЯетсЯ частным случаем эллипса (e=0).

ђасстоЯние от планеты до ‘олнца изменЯетсЯ от наименьшего, равного

rmin = a(1-e)

(31)

перигелием

rmax = a(1+e)

(32)

афелием

Движение Солнца

Солнце движется почти равномерно (почти — из-за эксцентриситета орбиты Земли) по большому кругу небесной сферы, называемому эклиптикой, с запада на восток (то есть в сторону, противоположную вращению небесной сферы), совершая полный оборот за один сидерический год (365,2564 дня). Сидерический год отличается от тропического года, определяющего смену сезонов, вследствие прецессии земной оси (см. Предварение равноденствий).

Изменение экваториальных координат Солнца

Когда Солнце находится в точке весеннего равноденствия, его прямое восхождение и склонение равны нулю. С каждым днём прямое восхождение и склонение Солнца увеличиваются, и в точке летнего солнцестояния прямое восхождение становится равным 90° (6 h ), а склонение достигает максимального значения +23°26′. Далее, прямое восхождение продолжает увеличиваться, а склонение уменьшается, и в точке осеннего равноденствия они принимают значения 180° (12 h ) и 0°, соответственно. После этого, прямое восхождение по-прежнему увеличивается и в точке зимнего солнцестояния становится равным 270° (18 h ), а склонение достигает минимального значения −23°26′, после чего вновь начинает расти.