Конфигурация планет
Конфигурация — характерное взаимное положение Солнца, планет, других небесных тел Солнечной системы на небесной сфере. У нижних планет и других небесных тел, чьи орбиты расположены внутри земной орбиты, различают: соединения с Солнцем, при которых планета и Солнце имеют одинаковую эклиптическую долготу (или одинаковое прямое восхождение): верхнее соединение (Солнце находится между планетой и Землёй). нижнее соединение (планета находится между Солнцем и Землёй).
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 не видны, 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.
Ясно, что условия видимости планеты в той или иной конфигурации зависят от её расположения по отношению к Солнцу, которое планету освещает, и Земли, с которой мы её наблюдаем. На рисунке показано, каково при различных конфигурациях взаимное расположение Земли T, планет P1, P2 и Солнца S 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 даёт возможности её увидеть. У внешних планет соединение может быть только верхним, поэтому для них такую конфигурацию часто называют просто соединением. Внутренняя планета может оказаться между Солнцем и Землёй, и тогда говорят о её нижнем соединении 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 47°, а для Меркурия — всего 28°.
На фото изображено противостояние (ПС) Марса (М1), то есть такая конфигурация, когда Земля находится на одной прямой между Марсом и Солнцем. В противостоянии яркость планеты самая большая, потому что к Земле обращено все ее дневное полушарие.
Орбиты двух планет, Меркурия и Венеры, расположены ближе к Солнцу, чем Земля, поэтому в противостоянии они не бывают. В положении, когда Венера или Меркурий находятся ближе всего к Земле, их не видно, потому что к нам повернуто ночное полушарие планеты (рис. 4.1). Такая конфигурация называется нижним соединением с Солнцем В верхнем соединении планету тоже не видно, потому что между ней и Землей находится яркое Солнце.
Синодический период
Синодический период обращения (от греч. σύνοδος — соединение) — промежуток времени между двумя последовательными соединениями Луны или какой-нибудь планеты Солнечной системы с Солнцем при наблюдении за ними с Земли.
Помимо этого, есть такое положение планетных объектов, которое определяется как максимально угловое расстояние между ними и Солнцем. К слову, оно называется элонгация.
Для примера, с нашей планеты заметно перемещение Меркурия и Венеры, которое сопровождается сменой фаз. Поскольку они движутся недалеко от Солнца, и мы можем наблюдать их максимальное удаление от него. А вот в зависимости от направления их движения различают утреннюю (западную) и вечернюю (восточную) элонгацию.
По данным учёных, угловое расстояние планетных тел может составлять от 0 до 180 градусов. Когда угол между ними и земной точки, направленной на них равен 90 градусов, планета находится в квадратуре. Она так же, как элонгация, бывает западной и восточной.
В результате того, что все тела вращаются вокруг одного главного светила, та или иная конфигурация планет Солнечной системы периодически повторяется. Между тем, у каждой планеты этот период свой. И он зависит не только от вращения вокруг Солнца, но и от её собственного движения.
Так как синодические периоды обращения планет различные, учёные определили их для каждой отдельно.
Итак, в годах данный промежуток составляет: Меркурий — 0,317, Венера — 1,599, Марс — 2,135, Юпитер — 1,092, Сатурн — 1,035, Уран — 1,012 и Нептун — 1,006.
Не стоит путать, синодический и сидерический периоды. Первый отражает время между взаимным положением Солнца и планет. А второй промежуток, за который совершается полный оборот вокруг солнца.
Сидерический период
Сидерический период обращения (от лат. sidus, звезда; род. падеж sideris) — промежуток времени, в течение которого какое-либо небесное тело-спутник совершает вокруг главного тела полный оборот относительно звёзд.
Сидерический период, который равен 365,26 земных суток, имеет огромное значение в теоретической астрофизике. Результаты вычисления орбит других тел, вращающихся вокруг Земли и в Солнечной системе в целом, приобретают более высокую точность, если знать взаимное угловое смещение. Благодаря этому астрономы всего мира знают о скором сближении космических тел с Землей и получают возможность наблюдать за ними с близкого расстояния.
Также сидерический период важен для оценки расстояния между разными телами в Солнечной системе, а в ряде случаев такая информация становится определяющей и для понимания расстояний до удаленных объектов.
Есть и практическое применение таких данных. Так, что касается нашего спутника, Луны, сидерический период равен 27,32 солнечных суток, что позволяет с высокой точностью предсказывать фазы Луны, прогнозировать приливы и отливы, а в сочетании с сидерическими периодами обращения других объектов – устанавливать даты и время солнечных и лунных затмений.
Также сидерический период имеет большое значение для навигационных технологий. Это особенно важно для применения в области космонавтики – для высокоточных расчетов орбит спутников и космических кораблей (геостационарной, геосинхронной, средне- и низкоорбитальной и проч.).
Космическая безопасность – еще одна сфера применения расчетов сидерического периода. Точная информация о времени, которое у кометы или астероида занимает обращение вокруг Солнца или другого объекта, позволяет рассчитать направление движения космического тела и оценить потенциальную угрозу нашей планете.
Сидерические периоды планет Солнечной системы
Меркурий - 87,97 дней, Венера - 224,7 дней, Земля - 1 год или 365,2564 дней,Луна - 27,322 дней, Марс - 1,88 года, Астероиды(в среднем) - 4,6 года, Юпитер - 11,86 лет, Сатурн - 29,46 лет, Уран - 84,02 года, Нептун - 164,78 года, Плутон - 248,09 лет, Хаумеа - 285 лет, Макемаке - 309,88 лет, Эрида - 557 лет, Седна - 12 059 лет.
Главное отличие между сидерическим и синодическим периодами
Как уже было сказано, сидерический - это реальный период обращения, а синодический - это кажущийся, однако в чем же главная разница между этими понятиями?
Вся разница заключается в количестве объектов, относительно которых измеряется временная характеристика. Понятие "сидерический период" принимает во внимание всего один относительный объект, например, Марс вращается вокруг Солнца, то есть движение рассматривается только относительно одной звезды. Синодический же временной период - это характеристика, которая учитывает относительное положение двух и более объектов, например, два одинаковых положения Юпитера относительно земного наблюдателя. То есть здесь необходимо учитывать положение Юпитера не только относительно Солнца, но и относительно Земли, которая также вращается вокруг Солнца.
Формула расчета сидерического периода
Для определения реального периода обращения планеты вокруг своей звезды или естественного спутника вокруг своей планеты, необходимо воспользоваться третьим законом Кеплера, который устанавливает взаимосвязь между реальным орбитальным периодом объекта и полудлиной его большой оси. В общем случае форма орбиты любого космического тела представляет собой эллипс.
Формула для определения сидерического периода имеет вид: T = 2*pi*√(a3/(G*M)), где pi = 3,14 - число пи, a - полудлина большой оси эллипса, G = 6,674*10-11 м3/(кг*с2) - универсальная гравитационная постоянная, M - масса объекта, вокруг которого осуществляется вращение.
Таким образом, зная параметры орбиты любого объекта, а также массу звезды, можно легко вычислить значение реального периода обращения этого объекта по своей орбите.
Расчет синодического временного периода
Как вычислить? Синодический период планеты или ее естественного спутника можно рассчитать, если знать значение реального ее периода обращения вокруг рассматриваемого объекта и реального периода обращения этого объекта вокруг своей звезды.
Формула, которая позволяет провести подобный расчет, имеет вид: 1/P = 1/T ± 1/S, здесь P - реальный период обращения рассматриваемого объекта, T - реальный период обращения объекта, относительно которого рассматривается движение, вокруг своей звезды, S - неизвестный синодический временной период.
Знаком "±" в формуле следует пользоваться так: если T > S, тогда формула используется со знаком "+", если же T < S, тогда нужно подставить знак "-".
Использование формулы на примере Луны
Чтобы показать, как правильно пользоваться приведенным выражением, возьмем для примера вращение Луны вокруг Земли и синодический период обращения Луны рассчитаем.
Известно, что наша планета имеет реальный период обращения по орбите вокруг Солнца, равный T = 365,256363 дней. В свою очередь, из наблюдений можно установить, что на небосводе Луна появляется в рассматриваемой точке через каждые S = 29,530556 дня, то есть это ее синодический период. Поскольку S < T, то формулу, связывающую разные периоды, следует брать со знаком "+", получаем: 1/P = 1/365,256363 + 1/29,530556 = 0,0366, откуда P = 27,3216 дней. Как можно видеть, Луна на 2 дня быстрее совершает свой оборот вокруг Земли, чем земной наблюдатель снова может ее увидеть в отмеченном месте на небосводе.
Источники: https://infourok.ru/lekciya-konfiguracii-planet-zakony-dvizheniya-planet-4179257.html
https://videouroki.net/video/12-konfiguraciya-planet-sinodicheskij-period.html
http://infofiz.ru/index.php/mirastr/astronomlk/555-lk5astr?showall=1&limitstart=
https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/356873
https://kosmosgid.ru/planety/konfiguratsiya-planet
Астрономия 11 класс