Расстояние от Солнца до Земли меняется в течение года, но это не связано с временами года.
Термин «перигелий» описывает точку на орбите астрономического тела, в которой оно находится ближе всего к Солнцу. Это слово, образованное от греческих слов peri (вокруг) и helios (Солнце), отражает своё значение.
Напротив, термин «афелий» относится к точке, в которой орбитальное тело находится дальше всего от Солнца.
Когда наступает Перигелий?
Земля приблизится к Солнцу на минимальное расстояние, известное как перигелий, 3 января 2026 года в 12:15 по восточному стандартному времени (17:15 по Гринвичу).
Орбиты небесных тел во Вселенной обычно не являются идеально круглыми — они эллиптические. Некоторые орбиты лишь слегка эллиптические (как слегка сплюснутый круг, или, говоря астрономическим языком, орбита с низким эксцентриситетом), в то время как другие кажутся довольно сплюснутыми (высокоэллиптические орбиты).
Солнце не сидит сложа руки в центре этих эллипсов на равном расстоянии от их крайних точек. На самом деле оно движется по своей крошечной эллиптической орбите вокруг так называемого центра тяжести (барицентра) системы, состоящей из Солнца и вращающихся вокруг него планет. Этот барицентр обычно не совпадает с центральной точкой эллипса. Он смещён в сторону одной из сторон эллипса. Если провести линию через барицентр, соединяющую самые удалённые точки орбиты меньшего тела, то одна часть линии будет длиннее (апоцентр), а другая — короче (перицентр). Точка, в которой перицентр пересекается с орбитой тела, — это перигелий, ближайшая к Солнцу точка орбиты тела. (Точка на конце апоцентра — это афелий).
Для некоторых тел, таких как все планеты Солнечной системы, разница между перигелием и афелием незначительна. Для других, например, многих комет и астероидов, разница может быть огромной.
У спутников, вращающихся вокруг Солнца, также есть перигелии, которые тщательно рассчитываются в соответствии с целью миссии. Например, солнечный зонд «Паркер» НАСА пролетает всего в нескольких миллионах миль от поверхности Солнца, собирая данные о его огненной атмосфере. Но затем он удаляется за пределы орбиты Венеры, чтобы «остыть».
Европейская миссия Solar Orbiter совершает менее агрессивные сближения со звездой, приближаясь к ней всего на треть астрономической единицы (а.е.).
Астрономическая единица (а.е.) — это среднее расстояние между Землёй и Солнцем, которое составляет 92 955 807 миль или 149 597 870 километров.
Причина в том, что цель Solar Orbiter — делать снимки Солнца. Даже на таком расстоянии температура на борту космического аппарата превышает 900 градусов по Фаренгейту (более 500 градусов по Цельсию), и потребовалось немало инженерных решений, чтобы камера там работала.
Перигелий Земли
Перигелий Земли приходится на начало января. Точная дата меняется, потому что календарный год не совсем совпадает с орбитой Земли.
В 2025 году перигелий произойдёт в 8:28 утра по восточному поясному времени (13:28 по Гринвичу) 3 января, согласно «Времени и дате». В это время Земля будет находиться на расстоянии 91 405 992 миль (147 103 686 километров) от Солнца.
Разница в расстоянии от Земли до Солнца в перигее и афелии составляет около 3 миллионов миль (5 миллионов км). Это чуть больше 3% от среднего расстояния между Землёй и Солнцем. Влияние этих сезонных изменений на климат планеты незначительно; смена времён года на Земле обусловлена наклоном земной оси по отношению к плоскости орбиты планеты.
Как астрономы обнаружили перигелий Земли?
Как астрономы узнали, что существуют такие понятия, как перигелий и афелий? Поняли ли они, что в определённые периоды года Солнце становится больше или меньше? Ответ — нет.
Эдвард Блумер, астроном из Королевской обсерватории в Гринвиче, Англия, объясняет, что это открытие связано с наблюдением за орбитами других планет.
«Примерно в 1604 году Иоганн Кеплер сопоставил эллиптическую модель орбиты Марса с наблюдениями за Марсом, — рассказал Блумер Space.com. — Он сформулировал первый закон движения планет, согласно которому планеты вращаются вокруг Солнца по эллипсу, в фокусе которого находится Солнце».
По словам Блумера, в Средние века были и другие намёки на то, что с Солнцем что-то не так. На протяжении тысячелетий наблюдение за движением Солнца было основным способом определения времени. Солнце было центром жизни древних обществ, и внимательные наблюдатели со временем заметили, что Солнце ведёт себя странно.
«Они уже говорили о разнице между солнечным днём и идеальным днём, о среднем значении этого показателя, — сказал Блумер. — События то опережали, то отставали, что, как мы позже узнали, связано с изменениями скорости, с которой Земля вращается вокруг Солнца, из-за эллиптической формы её орбиты».
Аналемма
То, что смогли вычислить наши предки, — это аналемма, график положения Солнца на небе в полдень, наблюдаемый из одной точки на Земле в течение года.
«Аналемма в основном имеет форму восьмёрки, — сказал Блумер. — Но две части не равны как по высоте, так и по ширине. И если вы знаете своё местоположение и наблюдаете за Солнцем, то разницу в этом пути можно отследить, что позволяет измерить эксцентриситет орбиты и определить её перигелий».
Перигелии других планет
Все планеты Солнечной системы имеют почти круговые орбиты с относительно небольшими различиями в расстоянии от Солнца в афелии и перигелии. Венера и Нептун движутся по самым круговым орбитам. Разница в расстоянии от Солнца в этих двух точках составляет всего 0,10 а. е. для Венеры, которая в среднем вращается на расстоянии 0,7 а. е. от звезды.
Для Нептуна, находящегося на большой и далёкой орбите на расстоянии около 30 а. е., разница между перигелием и афелием составляет 0,5 а. е., согласно данным Королевской Гринвичской обсерватории.
Карликовая планета Плутон, с другой стороны, имеет довольно вытянутую орбиту. Меркурий, ближайшая к Солнцу планета, имеет самую эксцентричную орбиту, разница между расстоянием в перигее и афелии составляет 0,17 а. е. . Это довольно много для Меркурия, который в среднем вращается на расстоянии всего 0,39 а. е.
«Именно гравитационные эффекты всех остальных тел Солнечной системы влияют на форму орбит, — сказал Блумер. — Но также на размеры, форму, скорость и вращение самих объектов».
Прецессия перигелия
На Земле перигелий и афелий в какой-то момент совпадали с зимним и летним солнцестояниями. Но это было в 1246 году, согласно Time and Date. Из-за так называемой орбитальной прецессии между солнцестояниями и перигелием и афелием постепенно увеличивается разрыв. Согласно Time and Date, к 6430 году перигелий будет приходиться на мартовское равноденствие (20 марта).
Орбитальная прецессия — это, по сути, постепенное смещение точки перигелия вокруг Солнца. Подобно колебаниям волчка, точка перигелия смещается вокруг барицентра с каждой последующей орбитой.
Перигелии всех планет прецессируют, что в основном можно объяснить теорией гравитации Исаака Ньютона как результат притяжения всех остальных планет и спутников Солнечной системы друг к другу, согласно лаборатории Беркли.
Однако есть одно исключение, которое немного озадачило астрономов, — это прецессия орбиты Меркурия.
Прецессия перигелия Меркурия и общая теория относительности
Проще говоря, прецессия орбиты Меркурия, рассчитанная по законам Ньютона, происходит медленнее, чем на самом деле наблюдают астрономы (5557 секунд дуги в столетие по сравнению с фактическими 5600 секундами дуги в столетие), согласно данным Лаборатории Беркли.
В прошлом для объяснения этого несоответствия выдвигались различные предположения, в том числе о существовании другой планеты, названной Вулканом, которая находится ещё ближе к Солнцу, сказал Блумер. Но в конце концов общая теория относительности Альберта Эйнштейна разрешила эту загадку.
«Это был один из настоящих успехов релятивистской теории Эйнштейна, — сказал Блумер. — Это было одно из трёх крупных испытаний общей теории относительности. Потребовалось десять лет, но он смог объяснить, что происходит с перигелием Меркурия, не прибегая к помощи других элементов системы».
Перигелии комет и астероидов
В отличие от почти круглых планетарных орбит, кометы и астероиды, как правило, движутся по орбитам с очень высоким эксцентриситетом. Они появляются из самых дальних уголков Солнечной системы, далеко за орбитой Нептуна, затем проносятся мимо Солнца и снова исчезают на столетия.
Из-за своей неправильной формы и небольших размеров эти тела гораздо сильнее подвержены гравитационному воздействию планет и других более крупных тел Солнечной системы, что делает их орбиты довольно нерегулярными. Их перигелии значительно меняются от орбиты к орбите, а иногда они вообще покидают Солнечную систему, ускоряясь под действием гравитации Юпитера или самого Солнца, — сказал Блумер.
Для комет период вблизи перигелия (во время тех орбит, когда они приближаются к центру Солнечной системы) — это время их наибольшей славы. Тепло Солнца в центральной части Солнечной системы растапливает лёд, из которого состоят кометы, и вызывает впечатляющие выбросы газа, которые наблюдатели за небом с благоговением наблюдают как характерный кометный хвост. Пробыв в центре внимания несколько недель, кометы исчезают, чтобы вернуться спустя десятилетия или столетия, если вообще вернутся.
Другой "перис"
У спутников и планет, которые в основном вращаются вокруг других тел Солнечной системы, есть свои точки наибольшего приближения к родительскому телу. Для объектов, вращающихся вокруг Земли, эта точка называется перигеем. Спутники Юпитера и зонды, вращающиеся вокруг газового гиганта, называют свою точку наибольшего приближения перигеем.