урок 3. Видимое движение небесных светил. Петлеобразное движение планет, попятное и прямое движение планет. Эклиптика, зодиакальные созвездия

• Название: Видимое движение небесных светил. Петлеобразное движение планет, попятное и прямое движение планет. Эклиптика, зодиакальные созвездия
• Дата: 31.03.2023
• Размер: 6.12 Mb.
• Имя файла: урок 3.doc
• Тип: Документы; #1028223

Видимое движение небесных светил. Петлеобразное движение планет, попятное и прямое движение планет. Эклиптика, зодиакальные созвездия.

Общее представление о строении Солнечной системы вы получили еще в курсе природоведения. Теперь вам предстоит более глубоко изучить строение Солнечной системы, и начнем с описания и анализа наблюдаемого движения планет. Невооруженным глазом можно увидеть пять планет — Меркурий (Мercury), Венеру (Venus), Марс (Mars), Юпитер (Jupiter) и Сатурн (Saturn).



Планету по внешнему виду нелегко отличить от звезды, тем более что не всегда она бывает значительно ярче ее. Планеты относятся к числу тех светил, которые не только участвуют в суточном вращении небесной сферы, но еще и смещаются (иногда незаметно) на фоне зодиакальных созвездий. С этой особенностью планет связано само слово «планета», которым древние греки называли «блуждающие звезды». Чем лучше вы будете знать звездное небо, тем скорее обнаружите на нем планеты как «лишние» светила в созвездиях. В 8-кратный бинокль (а лучше телескоп!) можно заметить, что Венера, Юпитер, Сатурн имеют диски, в отличие от звезд, которые в оптические инструменты видны как точечные объекты.

Если проследить за перемещением какой-нибудь планеты, например Марса, ежемесячно отмечая его положение на звездной карте, то может выявиться главная особенность видимого движения планеты: планета описывает на фоне звездного неба петлю. 

 

Блуждание планет в зодиакальных созвездиях смог объяснить только Николай Коперникв начале 16 века. Такое видимое отображение на небесной сфере происходит в силу движения Земли и планет с разными скоростями вокруг Солнца. Для описания светил [Луна, Солнце, Планеты], экваториальные координаты которых меняются быстро, используют понятие эклиптики. Эклиптика — это видимый годовой путь центра солнечного диска по небесной сфере. Видимое движение Солнца по эклиптике — это отражение действительного движения Земли вокруг Солнца (доказано лишь в 1728 году Джеймсом Брадлеем открытием годичной аберрации [отклонение от нормы]).

Орбитой небесного тела называется траектория его движения во Вселенной. Скорости движения планет по орбитам убывают с удалением планет от Солнца. Плоскости орбит всех планет Солнечной системы лежат вблизи плоскости эклиптики, отклоняясь от нее.



Планеты перемещаются между звездами в основном с запада на восток (как Солнце и Луна), такое их перемещение называют прямым движением. Однако каждая планета в определенное время замедляет свое перемещение, останавливается и начинает двигаться с востока на запад, такое перемещение называют попятным движение. Затем светило опять останавливается и возобновляет прямое движение. Поэтому видимый путь каждой планеты на небосводе — сложная линия с зигзагами и петлями. Эта траектория к тому же меняется от цикла к циклу, в течение которого планета возвращается примерно на одно и то же место среди звезд.



По отношению к орбите и условиям видимости с Земли планеты разделяются на внутренние (Меркурий, Венера) и внешние (Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Внешние планеты всегда повернуты к Земле стороной, освещаемой Солнцем. Внутренние планеты меняют свои фазы подобно Луне. Планеты, орбиты которых расположены внутри земной орбиты, называются нижними планетами, а планеты, орбиты которых расположены вне земной орбиты, называются верхними планетами.



Благодаря движению Земли вокруг Солнца, пути внешних (верхних) планет кажутся нам не плавными, кругообразными, какими они являются на самом деле, а зигзаговидными или петлеобразными. Планета сначала быстро бросается вперед, затем останавливается, затем делает попятное движение, снова останавливается и снова делает прыжок вперед и т. д., пока не обойдет кругом всего видимого неба и не начнет следующего обхода такими же скачками, но уже по новому пути.

Для нас, живущих после Коперника, в этом не только нет ничего удивительного, но именно так и должно быть. Поясним такое движение на примере, который может проделать каждый самостоятельно. Я беру в руки карандаш, поднимаю его до уровня своих глаз, прищуриваю один из них и смотрю другим, какое место на стене закрывает кончик этого карандаша? 



Затем, оставив карандаш неподвижным, начинаю качать головой, делая ею круговые движения. Мне кажется, что проекция конца карандаша вычеркивает на стене эллипс или двигается взад и вперед. Если же, не переставая кружить своей головой, я буду медленно двигать карандаш на вытянутой вперед руке вокруг себя, то мне будет казаться, что он описывает на стоящей за ним стене совершенно такие же петлеобразные фигуры, как и планета между звездами. Причины в обоих случаях совершенно те же самые. Обращающийся вокруг моей шеи кончик карандаша представляет внешнюю планету, медленно и плавно обращающуюся вокруг солнца, а мой глаз, делающий вместе с головой круговые движения вокруг продолжения моей шеи, представляет землю, тоже обращающуюся вокруг солнца. Когда эта Земля опережает кончик карандаша, мне кажется, что проекция его на стене производит попятное движение, как планета на фоне отдаленных звезд при тех же обстоятельствах. Когда же глаз отойдет при качании моей головы в противоположную сторону от кончика карандаша, мне кажется, что его проекция движется на стене вперед ускоренным путем. 

Николай Коперник указал, что Земля, занимая третье место от Солнца, так же, как и другие планеты, движется в пространстве вокруг Солнца и одновременно вращается вокруг своей оси. Эта система Коперника очень просто объясняла петлеобразное движение планет. У каждой планеты своя орбита и потому разный период обращения планет вокруг Солнца, а значит скорость движения планет вокруг Солнца и относительно друг друга неодинакова. На рисунке ниже показано движение Марса на небесной сфере, наблюдаемое с Земли. Одинаковыми цифрами отмечены положения Марса, Земли и точек траектории Марса на небосводе в одни и те же моменты времени. 



 В астрологии такое движение планет называется ретроградным: 

 Таким образом петлеобразное движение определяется взаимным расположением планет.

 

 2. Конфигурация планет

 

Конфигурациями называются некоторые характерные взаимные расположения планет, Земли и Солнца. Конфигурации нижних и верхних планет различны, так как различны условия их видимости. Видимость планеты зависит от ее расположения к Солнцу, которое освещает планету, и Земли, с которой мы эту планету наблюдаем.



 

 Для нижних планет выделяют соединения(нижние и верхние) и элонгации(восточные и западные)

 





 

Для верхних планет выделяют соединение, противостояниеи квадратура. 

 

Конечно же из-за обращения всех планет вокруг Солнца их конфигурации периодически повторяются. А промежуток времени между двумя последовательными одноименными конфигурациями планеты называется синодическим периодом (от греч. σύνοδος — соединение). Проще говоря, это промежуток времени, по истечении которого планета (или другое тело Солнечной системы) для наблюдателя с Земли возвращается в прежнее положение относительно Солнца. 



Синодические периоды планет были рассчитаны еще в глубокой древности, когда считалось, что все тела обращаются вокруг Земли. Однако мы уже знаем, что Земля не является неподвижным телом, а вместе с остальными планетами движется вокруг Солнца. Так вот, промежуток времени, в течение которого планета совершает один полный оборот вокруг Солнца по орбите относительно звезд, называется сидерическим (звездным) периодом (от лат. sidus — звезда; род. падеж sideris).Часто, для простоты, сидерический период называют годом. К примеру, Земной год, Меркурианский год, Юпитерианский год и так далее.



Сидерический период обращения планеты вокруг Солнца с движущейся Земли определить невозможно, так как к его окончанию Земля успевает сместиться в новую точку пространства, и проекция планеты на фон неподвижных звезд также оказывается смещенной. Получится, что планета может не дойти либо перейти ту точку среди звезд, откуда было замечено начало ее движения. Но между синодическим (то есть видимым) и сидерическим (то есть истинным) периодами планет существует взаимосвязь. Установим ее:



1/S=1/P-1/T. Часто синодическое движение – это в соединении с Землёй, поэтому синодический период Земли – это земной год, т.е., Т=1, формула есть 1/S=1/P-1

Уравнение синодического движения верхних планет можно получить аналогичными рассуждениями. Единственное отличие состоит в том, что их сидерический период обращения больше сидерического периода Земли. Поэтому для верхних планет уже Земля, забегая вперед, совершает один оборот вокруг Солнца и догоняет планету.

1/S=1-1/P 

Решение задач

1. Каков синодический период Марса, если его звездный период равен 1,88 земного года?

Марс – это верхняя планета, значит, 1/S=1/T-1/P=1-1/P

T=период вращения Земли (сидерический), равен ровно 1 год. Вычисления будем делать в годах.

S=1/(1-1/P)=1/(1-1/1,88)=2,136 лет = 2,136*365,25=780,3 суток

2. Нижние соединения Меркурия повторяются через 116 суток. Определите сидерический период Меркурия.

Меркурий – это нижняя планета, записываем

1/S=1/P-1/T, 1/P=1/S+1/T, или P=1/(1/S+1/T)=1/(1/116+1/365,25) = 88,04 сут

3. Определите звездный период Венеры, если ее нижние соединения повторяются через 584 суток.

Венера – это нижняя планета, поэтому формула такая:

1/S=1/P-1/T, откуда P=1/(1/584+1/365,25)=224,7 суток

[225 суток]

4. Через какой промежуток времени повторяются противостояния Юпитера, если его сидерический период равен 11,86 г?

Юпитер – это верхняя планета, поэтому формула такая:

1/S=1/T-1/P, отсюда S=1/(1/1-1/11,86)=1,09 лет

5. Найдено, что некоторая воображаемая планета имеет синодический период 150 суток. Каков её сидерический период?

Так как синодический период меньше земного, то это нижняя планета, запишем 1/S=1/P-1

Тогда Р=1/(1/S+1)=1/(1/150+1/365,25)=106,3 сут.
3. Сутки в астрономии

 

Продолжительность суток на планете зависит от угловой скорости ее собственного вращения. В астрономии различают несколько типов суток, в зависимости от системы отсчета. Если в качестве точки отсчета вращения выбрать далекую звезду, то, в отличие от центрального светила планетной системы, такие сутки будут иметь иную продолжительность. Например, на Земле различают средние солнечные сутки (24 часа) и звездные, или сидерические сутки (приблизительно 23 часа 56 минут 4 секунды). Они не равны друг другу, потому что, из-за орбитального движения Земли вокруг Солнца, для наблюдателя, находящегося на поверхности Земли, Солнце смещается на фоне далеких звезд. 

 

Звездные сутки — период вращения какого-либо небесного тела вокруг собственной оси в инерциальной системе отсчета, за которую обычно принимается система отсчета, связанная с удаленными звездами. Для Земли это время, за которое Земля совершает один оборот вокруг своей оси по отношению к далеким звездам. На выше приведенном рисунке: 1-2 — звездные сутки.

Солнечные сутки — промежуток времени, за который небесное тело совершает 1 поворот вокруг своей оси относительно центра Солнца. На вышеприведенном рисунке: 1-3 — солнечные сутки.