Период обращения вокруг солнца. Полный оборот планет. Уравнения синодического движения

13 марта 1781 года английский астроном Уильям Гершель открыл седьмую планету Солнечной системы - Уран. А 13 марта 1930 года американский астроном Клайд Томбо открыл девятую планету Солнечной системы - Плутон. К началу XXI века считалось, что в Солнечную систему входят девять планет. Однако в 2006 году Международный астрономический союз решил лишить Плутон этого статуса.

Известно уже 60 естественных спутников Сатурна, большая часть из которых обнаружены при помощи космических аппаратов. Большая часть спутников состоит из горных пород и льда. Крупнейший спутник - Титан, открытый в 1655 году Христианом Гюйгенсом, - по своей величине превосходит планету Меркурий. Диаметр Титана около 5200 км. Титан облетает вокруг Сатурна каждые 16 дней. Титан - единственный спутник, обладающий очень плотной атмосферой , в 1,5 раза больше Земной, и состоящей в основном из 90% азота, с умеренным содержанием метана.

Международный астрономический союз официально признал Плутон планетой в мае 1930 года. В тот момент предполагали, что его масса сравнима с массой Земли, но позже было установлено, что масса Плутона почти в 500 раз меньше земной, даже меньше массы Луны. Масса Плутона 1,2 на 10 в22 степени кг (0,22 массы Земли). Среднее расстояние Плутона от Солнца 39,44 а.е. (5,9 на 10 в12 степени км), радиус около 1,65 тысяч км. Период обращения вокруг Солнца 248,6 года, период вращения вокруг своей оси 6,4 суток. Состав Плутона предположительно включает в себя камень и лед; планета имеет тонкую атмосферу, состоящую из азота, метана и углеродной одноокиси. У Плутона есть три спутника: Харон, Гидра и Никта.

В конце XX и начале XXI веков во внешней части Солнечной системы было открыто множество объектов. Стало очевидным, что Плутон - лишь один из наиболее крупных известных до настоящего времени объектов пояса Койпера. Более того, по крайней мере один из объектов пояса - Эрида - является более крупным телом, чем Плутон и на 27% тяжелее его. В связи с этим возникла идея не рассматривать более Плутон как планету . 24 августа 2006 года на XXVI Генеральной ассамблее Международного астрономического союза (МАС) было принято решение впредь называть Плутон не "планетой", а "карликовой планетой".

На конференции было выработано новое определение планеты, согласно которому планетами считаются тела, вращающиеся вокруг звезды (и сами не являющиеся звездой), имеющие гидростатически равновесную форму и "расчистившие" область в районе своей орбиты от других, более мелких, объектов. Карликовыми планетами будут считаться объекты, вращающиеся вокруг звезды, имеющие гидростатически равновесную форму, но не "расчистившие" близлежащее пространство и не являющиеся спутниками. Планеты и карликовые планеты - это два разных класса объектов Солнечной системы. Все прочие объекты, вращающиеся вокруг Солнца и не являющиеся спутниками, будут называться малыми телами Солнечной системы.

Таким образом, с 2006 года в Солнечной системе стало восемь планет : Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Международным астрономическим союзом официально признаны пять карликовых планет: Церера, Плутон, Хаумеа, Макемаке, Эрида.

11 июня 2008 года МАС объявил о введении понятия "плутоид" . Плутоидами решено называть небесные тела, обращающиеся вокруг Солнца по орбите, радиус которой больше радиуса орбиты Нептуна, масса которых достаточна, чтобы гравитационные силы придавали им почти сферическую форму, и которые не расчищают пространство вокруг своей орбиты (то есть, вокруг них обращается множество мелких объектов).

Поскольку для таких далеких объектов, как плутоиды, определить форму и тем самым отношение к классу карликовых планет пока затруднительно, ученые рекомендовали временно относить к плутоидам все объекты, абсолютная астероидная величина которых (блеск с расстояния в одну астрономическую единицу) ярче +1. Если позднее выяснится, что отнесенный к плутоидам объект карликовой планетой не является, его этого статуса лишат, хотя присвоенное имя оставят. К плутоидам были отнесены карликовые планеты Плутон и Эрида . В июле 2008 года в эту категорию был включен Макемаке. 17 сентября 2008 в список добавили Хаумеа.

Материал подготовлен на основе информации открытых источников

Еще с древних времен человечество считало, что Земля движется. Но вот как она движется во Вселенной всегда было спорным вопросом. Предполагалось, что вся Вселенная вращается вокруг нашей планеты. Первым предположил, что все-таки Земля вращается вокруг Солнца Н. Коперник. Затем другие ученые пытались математически найти зависимость и вычислить время движения Земли.

С течением времени сформировались достоверные факты о вращении нашей планеты:

• выделяют два периода в году, когда Земля находится на определенном расстоянии. Первый период - когда Земля находится максимально близко к Солнцу. Называется такое время перигелий. Период, когда Земля на максимальном расстоянии от Солнца - афелий. Афелий приходится на начало июля, перигелий - на начало января;
• форма нашей планетной орбиты не идеальный круг, а эллипс. Первым ученым описавшим это, был немецкий исследователь, астроном и математик Кеплер;
• Земля имеет наклон к своей оси 23,4 градуса по отношению к вертикальной оси, это объясняет существование времен года в двух полушариях. Дни солнцестояния - когда точка на орбите наклонена по максимуму в направлении от Солнца, дни равноденствия - когда эти направления будут перпендикулярны друг другу.

Земля делает один оборот вокруг своей оси за двадцать четыре часа, так называемые сутки. В зоне, где солнечный свет попадает, обращенной к Солнцу, будет наблюдаться день, на противоположной стороне - ночь.

Вращение Земли

Период обращения Земли вокруг Солнца - это календарный год (365 дней). Так как это число не точно совпадает с количеством часов в 365-ти сутках, а немного больше, то за четыре года набегают целые сутки. Поэтому существуют високосные года, с количеством суток 366 и дополнительным днем в месяце феврале.

Дни солнцестояния - 22 декабря (зимний) - самый короткий день, 22 июня (летний)- самый длинный день. Дни равноденствия - 21 марта и 23 сентября - продолжительность дня и ночи равны как на Северном так и на Южном полушариях.

Конфигурации – видимые на небе взаимные расположения тел Солнечной системы.

Нижние, (Меркурий, Венера) – ближе к Солнцу, чем Земля.

Для нижних планет: Нижнее соединение (1) - планета между Солнцем и Землей. (рис 17.)

Рис 17. Схема конфигураций нижних планет соединение,

4 – наибольшая восточная элонгация

Верхнее соединение (3) - планета дальше от Земли, чем Солнце.

Западная (2) и восточная (4) элонгации – угловое удаление планеты от линии Земля – Солнце.

Очередность прохождения: 1 – нижнее соединение, 2 – наибольшая западная элонгация, 3 – верхнее.

Рис 18. Схема конфигураций верхних планет

Для верхних планет

Соединение (1) – планета за Солнцем.

Противостояние (оппозиция) – п3. – Солнце и планета по разные стороны от Земли.

Западная (2) и восточная квадратуры (4).

Для нижних планет возможно прохождение по диску Солнца (редкое явление).

При западной элонгации планета появляется над горизонтом и уходит за горизонт раньше Солнца. Над горизонтом находится днем и в лучах Солнца не видна – видимость утренняя. При восточной элонгации – видимость вечерняя, (планета заходит после Солнца).

У верхних планет наиболее благоприятная эпоха для наблюдения – противостояние. Лучше в зимнее противостояние, когда планеты перемещаются по созвездиям Тельца, Близнецов и Рака. Планеты высоко поднимаются и большую часть суток видны над горизонтом (ночи длиннее).

Периоды обращения планет

Синодический (S ) период – планеты – промежуток времени между двумя последовательными одноименными конфигурациями.

Сидерический (Т) или звездный период планет – промежуток времени, в течении которого планета совершит полный оборот вокруг Солнца.

Сидерический период обращения Земли называется звездным годом.

Уравнения синодического движения.

Для нижних планет (1)

Для верхних планет - (2)

Из наблюдений определяются S и.

Законы Кеплера

Кеплер был сторонником учения Коперника и поставил перед собой задачу усовершенствовать его систему по наблюдениям Марса, которые на протяжении 20 лет производил датский астроном Тихо Браге (1546 -1601) и в течение нескольких лет сам Кеплер.

В начале Кеплер разделял традиционное убеждение, что небесные тела могут двигаться только по кругам, и поэтому он потратил много времени на то, чтобы подобрать для Марса круговую орбиту.

После многолетних и очень трудоемких вычислений, отказавшись от общего заблуждения о кругообразности движений, Кеплер открыл три закона планетных движений, которые в настоящее время формулируется следующим образом:

1.Все планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых (общем для всех планет) находится Солнце.

2.Радиус-вектор планеты в равные промежутки времени описывает равновеликие площади.

3.Квадраты сидерических периодов обращений планет вокруг Солнца пропорциональны кубам больших полуосей их эллиптических орбит.

Как известно, у эллипса сумма расстояний от какого-либо его точки до двух неподвижных точек f1 и f2, лежащих на его оси АП и называемых фокусами, есть величина постоянная, равная большой оси АП (рис 19). Расстояние ПО (или ОА) , где О- центр эллипса называется большой полуосью а, а отношение = е – эксцентриситетом эллипса. Последний, характеризует отклонения от окружности, е=0.

Рис 19. а) Эллиптическая орбита, б) иллюстрация второго закона Кеплера.

Орбиты планет мало отличаются от окружностей, т.е. их эксцентриситеты невелики. Наименьший эксцентриситет имеет орбита Венера (е=0,007), наибольший – орбита Плутона (е=0,249). Эксцентриситет земной орбиты е=0,017.

Согласно первому закону Кеплера Солнце в одном из фокусов эллиптической орбиты планеты. Пусть на рис.19, а это будет фокус f 1 (С – Солнце). Тогда наиболее близкая к Солнцу точка орбиты П называется перигелием, а наиболее удаленная от Солнца точка А- афелием. Большая ось орбиты АП называется линией апсид, а линия f 1 Р, соединяющая Солнце и планету Р на ее орбите,- радиусом –вектором планеты.

Расстояние планеты от Солнца в перигелии

q = a (1-e), (2.3)

Q = a (1 +e). (2.4)

За среднее расстояние планеты от Солнца принимается большая полуось орбиты

Таким образом, по современным представлениям в солнечной системе, тела двигаются по эллипсам, в одном из фокусов которого находится Солнце.

Земля — космический объект, вовлеченный в непрерывное движение Вселенной. Она вращается вокруг своей оси, преодолевает миллионы километров по орбите вокруг Солнца, вместе со всей планетарной системой медленно огибает центр галактики Млечный путь. Первые два движения Земли отчетливо заметны для ее обитателей по смене суточной и сезонной освещенности, изменению температурного режима, особенностям времен года. Сегодня в центре нашего внимания характеристики и период обращения Земли вокруг Солнца, его влияние на жизнь планеты.

Общие сведения

Наша планета движется по третьей по удаленности от светила орбите. От Солнца Землю в среднем отделяет 149,5 миллиона километров. Протяженность орбиты составляет примерно 940 млн км. Это расстояние планета преодолевает за 365 дней и 6 часов (один звездный, или сидерический, год — период обращения Земли вокруг Солнца относительно удаленных светил). Скорость ее во время движения по орбите достигает в среднем 30 км/с.

Для земного наблюдателя обращение планеты вокруг светила выражается в изменении положения Солнца на небосводе. Оно перемещается на один градус в день в восточном направлении по отношению к звездам.

Орбита планеты Земля

Траектория движения нашей планеты не является идеальным кругом. Она представляет собой эллипс с Солнцем в одном из его фокусов. Такая форма орбиты «вынуждает» Землю то приближаться к светилу, то удаляться от него. Точка, в которой расстояние от планеты до Солнца минимальное, называется перигелий. Афелий — участок орбиты, где Земля максимально удалена от светила. В наше время первая точка достигается планетой примерно 3 января, а вторая — 4 июля. При этом Земля движется вокруг Солнца не с постоянной скоростью: после прохождения афелия она ускоряется и замедляется, преодолев перигелий.

Минимальное расстояние, разделяющее два космических тела в январе, составляет 147 млн км, максимальное — 152 млн км.

Спутник

Вместе с Землей вокруг Солнца движется и Луна. При наблюдении с северного полюса спутник движется против часовой стрелки. Орбита Земли и орбита Луны лежат в разных плоскостях. Угол между ними примерно 5º. Это несовпадение значительно уменьшает количество лунных и солнечных затмений. Если бы плоскости орбит были идентичными, то одно из этих явлений случалось раз в две недели.

Орбита Земли и устроены таким образом, что оба объекта вращаются вокруг общего центра масс с периодом примерно 27,3 суток. При этом приливные силы спутника постепенно замедляют движение нашей планеты вокруг оси, тем самым незначительно увеличивая продолжительность дня.

Последствия

Ось нашей планеты не перпендикулярна плоскости ее орбиты. Этот наклон, а также движение вокруг светила приводят к определенным изменениям климата в течение года. Солнце поднимается выше над территорией нашей страны в то время, когда к нему наклонен северный полюс планеты. День становится длиннее, температура растет. Когда отклоняется от светила, на смену теплу приходит похолодание. Аналогичные изменения климата свойственны и южному полушарию.

Смена времен года происходит в точках равноденствия и солнцестояния, характеризующих определенное положение земной оси относительно орбиты. Остановимся на этом подробнее.

Самый длинный и самый короткий день

Солнцестояние — это момент времени, когда планетарная ось максимально наклонена к светилу или в противоположную сторону. Орбита движения Земли вокруг Солнца имеет два таких участка. В средних широтах точка, в которой оказывается светило в полдень, с каждым днем поднимается все выше. Так продолжается вплоть до летнего солнцестояния, которое приходится на 21 июня в северном полушарии Затем место полуденного пребывания светила начинает снижаться до 21-22 декабря. На эти дни в северном полушарии приходится зимнее солнцестояние. В средних широтах наступает самый короткий день, а затем он начинает прибывать. В южном полушарии наклон оси противоположный, поэтому приходится здесь на июнь, а летнее — на декабрь.

День равен ночи

Равноденствие — момент, когда ось планеты становится перпендикулярна к плоскости орбиты. В это время терминатор, граница между освещенной и темной половиной, проходит строго по полюсам, то есть день равен ночи. Таких точек на орбите тоже две. Весеннее равноденствие приходится на 20 марта, осеннее — на 23 сентября. Эти даты справедливы для северного полушария. В южном аналогично солнцестояниям равноденствия меняются местами: на март приходится осеннее, а на сентябрь — весеннее.

Где теплее?

Круговая орбита Земли — ее особенности в сочетании с наклоном оси — имеет еще одно следствие. В тот момент, когда планета проходит ближе всего к Солнцу, в его сторону смотрит южный полюс. В соответствующем полушарии в это время лето. Планета в момент прохождения перигелия получает на 6,9 % больше энергии, чем тогда, когда преодолевает афелий. Эта разница приходится именно на южное полушарие. В течение года оно получает чуть больше солнечного тепла, чем северное. Однако различие это несущественно, поскольку весомая часть «дополнительной» энергии приходится на водные просторы южного полушария и поглощается ими.

Тропический и сидерический год

Период обращения Земли вокруг Солнца относительно звезд, как уже говорилось, составляет примерно 365 дней 6 часов 9 минут. Это сидерический год. Логично предположить, что и смена сезонов укладывается в этот отрезок. Однако это не совсем так: время обращения Земли вокруг Солнца не совпадает с полным периодом смены сезонов. Она составляет так называемый тропический год, длящийся 365 дней 5 часов и 51 минуту. Измеряют его чаще всего от одного весеннего равноденствия до другого. Причина двадцатиминутной разницы между продолжительностью двух периодов — прецессия земной оси.

Год календарный

Для удобства принято считать, что в году 365 дней. Оставшиеся шесть с небольшим часов складываются в сутки за четыре оборота Земли вокруг Солнца. Для компенсации этого и с целью не допустить увеличение разницы между календарным и сидерическим годом вводится «дополнительный» день, 29 февраля.

Некоторое влияние на этот процесс оказывает единственный спутник Земли - Луна. Выражается оно, как отмечалось ранее, в замедлении вращения планеты. Каждые сто лет длительность суток увеличивается примерно на одну тысячную.

Григорианский календарь

Привычный нам счет дням был введен в 1582 году. в отличие от юлианского на протяжении длительного времени позволяет «гражданскому» году соответствовать полному циклу смены сезонов. Согласно ему каждые четыреста лет точно повторяются месяцы, дни недели и даты. По длительности год в григорианском календаре очень близок к тропическому.

Целью реформы было возвращение дня весеннего равноденствия на привычное место — на 21 марта. Дело в том, что с первого века нашей эры до шестнадцатого реальная дата, когда день равен ночи, передвинулась на 10 марта. Главной мотивацией пересмотра календаря стала необходимость правильного расчета дня Пасхи. Для этого было важно сохранить 21 марта днем, приближенным к реальному равноденствию. С этой задачей григорианский календарь справляется очень неплохо. Смещение даты весеннего равноденствия на один день произойдет не раньше, чем через 10 000 лет.

Если сравнивать календарный и то тут возможны более существенные изменения. В результате особенностей движения Земли и влияющих на него факторов примерно за 3200 лет накопится несоответствие со сменой сезонов длиною в один день. Если в это время будет важным сохранить примерное равенство тропического и календарного года, то вновь потребуется реформа, аналогичная той, что было осуществлена в XVI веке.

Период обращения Земли вокруг Солнца, таким образом, соотносится с понятиями календарного, сидерического и тропического года. Способы определения их продолжительности совершенствуются со времен античности. Новые данные о взаимодействии объектов в космическом пространстве позволяют делать предположения об актуальности современного понимания термина «год» через две, три и даже десять тысяч лет. Время обращения Земли вокруг Солнца и его связь со сменой сезонов и календарем — хороший пример влияния глобальных астрономических процессов на общественную жизнь человека, а также зависимостей отдельных элементов внутри глобальной системы Вселенной.