Чем объяснить петлеобразное движение планет на фоне звезд
Истинное движение планет и законы Кеплера
Видимые петлеобразные движения планет Коперник объяснял сочетанием движения Земли с движением каждой планеты вокруг Солнца. Так как периоды обращения Земли и любой планеты неодинаковы, то бывает, что, например, Земля обгоняет планету, и тогда планета кажется смещающейся относительно звезд к западу. В другое же время движения их складываются так, что планета кажется перемещающейся к востоку.
Это поясняет рисунок 20, где стрелки показывают направление обращения Земли и планеты, которая дальше от Солнца, чем Земля, и движется медленнее. Прямые линии соединяют одновременные положения Земли и планеты и указывают направление, по которому планета видна с Земли при разных ее положениях на орбите. Стрелки у видимого пути планеты показывают, как при этом меняется направление ее видимого движения.
Коперник определил периоды обращения планет и их расстояния от Солнца по сравнению с расстоянием Земли от Солнца.
Взаимное расположение Земли и планет все время меняется. Например, планета, более далекая от Солнца, чем Земля, по отношению к последней может быть за Солнцем (Рисунок 21), а планета, более близкая,- между Землей и Солнцем или тоже за ним. В этих положениях планеты нам не видны, так как скрываются в лучах Солнца. Планету, более далекую от Солнца, чем Земля, лучше всего наблюдать, когда она видна в стороне, противоположной Солнцу. Тогда она ближе к Земле и хорошо видна в телескоп. В эту пору она кульминирует в полночь и долго видна в течение дня. Положение планеты, противоположное Солнцу по отношению к Земле, называется противостоянием.
Первый закон. Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.
Эллиптические орбиты планет мало отличаются от окружности, и их эксцентриситеты немногим больше нуля.
Второй закон (закон площадей). Радиус-вектор планеты в равные времена описывает равные площади.
Третий закон. Квадраты периодов обращений планет относятся, как кубы больших полуосей их орбит.
Зная из наблюдений периоды обращения планет, можно но этой формуле определить большие полуоси орбит планет по отношению
Упражнение 1.
1. Марс дальше от Солнца, чем Земля, в 1,5 раза. Чему равен «год» Марса?
2. Период обращения Плутона 250 лет. Чему равна большая полуось его орбиты?
Астрономия
Лучшие условия по продуктам Тинькофф по этой ссылке
Дарим 500 ₽ на баланс сим-карты и 1000 ₽ при сохранении номера
. 500 руб. на счет при заказе сим-карты по этой ссылке
Лучшие условия по продуктам
ТИНЬКОФФ по данной ссылке
План урока:
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.
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.
Зодиакальные созвездия
Двигаясь по своей орбите, Земля в течение года делает один круг. Солнце, двигаясь по линии эклиптики, в течение года проходит через 13 созвездий, которые принято называть зодиакальными.
Источник
Другими словами: созвездия, которые находятся вдоль эклиптики, и называются зодиакальными.
В современной астрономии выделяют 13, а не 12, как было раньше, зодиакальных созвездий. Еще древние астрономы каждому из них дали свое имя, которое закрепилось за созвездием на многие годы. Как правило, при выборе названия, учитывалось сходство с определенным предметом, животным, образом. Сегодня каждый знает их названия. Зодиакальными созвездиями являются:
Большое количество ярких звезд входит в состав каждого зодиакального созвездия. Именно эти звезды помогли поделить небо на определенные участки, и каждое зодиакальное созвездие обрело свои границы. Вот лишь некоторые из самых ярких звезд. В созвездии Близнецов сияет звезда Поллукс, Альхена и Кастор, Скорпион имеет Саргас и Антарес, Стрелец – Нунки и Каус Аустралис, Лев – Альгиеба и др.
Напомним, что современные границы созвездий были официально определены в 1928 году Международным астрономическим союзом.
Овен
Относится к древним созвездиям. Его знали еще в Древней Греции. Расположено в Северном полушарии. Созвездие отлично видно на всей территории России. Лето, осень, зима – это лучшее время для наблюдения. По легенде Овен – это волшебный баран, который имел скрученные рога (золотое руно). Именно за золотым руно отправились аргонавты (в древнегреческой мифологии участники похода в Колхиду (побережье Чёрного моря) на корабле «Арго»).
Состоит созвездие из 57 видимых невооруженным глазом звезд. По своим размерам Овен занимает 39 место среди 88 зарегистрированных современных созвездий. Имеет яркие звезды: Хамаль, Шератан, Мезартим, Ботейн.
Телец
Близнецы
Созвездие находится в Северном полушарии, имеет две достаточно яркие звезды (Кастор и Поллукс), расположенные недалеко друг от друга. Они изображают головы братьев-близнецов. Их ноги находятся на Млечном Пути и направлены на юго-запад. Лучше всего видно Близнецов в декабре-январе. Можно рассмотреть невооруженным взглядом 70 звезд, занимает 30 место по площади.
Созвездие Северного полушария, находится по занимаемой площади на 31 месте. Относится к самым древним и неприметным. Лучшее время для наблюдения январь-февраль. Очень интересна история этого зодиакального созвездия.Когда Геракл вел борьбу с Лернейской Гидрой, на него напал морской Рак. Храбрый воин победил злодея. Но богиня Гера, которая невзлюбила Геракла, увековечила Рака, поместив на небо.60 звезд Рака можно рассмотреть без приборов только в довольно ясную ночь при отсутствии каких-либо помех. Альтарф и Акубенс – это яркие звезды созвездия.
Дева
На первом месте по величине среди зодиакальных и второе место среди всех 88 зарегистрированных созвездий занимает Дева. Находится в Южном полушарии. Созвездие имеет форму пятиугольника. В Деве расположилась точка осеннего равноденствия. Лучше наблюдать за созвездием в марте и апреле.95 звезд Девы можно увидеть без каких-либо приборов. Примечательными в созвездии являются звезды Поррима, Спика и квазар №3С 273, который относится к самым ярким.
Весы
Созвездие находится в Южном полушарии, занимает 29 место по площади. Одно из достаточно узнаваемых на небосводе. Без приборов можно рассмотреть 83 звезды. Апрель и май – это лучшие месяцы для наблюдения за Весами. Полностью можно увидеть созвездие только в центре и на юге России. Интересна история происхождения Весов. Этот предмет брала с собой дочь Зевса и богини Фемиды Астрея, когда посещала Землю. Завязав глаза, она с весами в руках пыталась справедливо оценить земную жизнь и выявить лжецов, обманщиков и нарушителей законов. За это Зевс и решил увековечить этот предмет в знак памяти о своей дочери.
Скорпион
Созвездие расположилось в Южном полушарии, на Млечном Пути и имеет отчетливый рисунок, в котором просматривается Скорпион. Настоящей жемчужиной зодиакального созвездия считается красный сверхгигант Антарес. Диаметр и светимость этой звезды в сотни раз превышают показатели Солнца. Также в составе Скорпиона несколько звездных систем. 100 звезд можно наблюдать невооруженным глазом. Лучшее время для наблюдения – конец лета. Занимает 33 место по площади.
Змееносец
Находится в Южном полушарии, на 11 месте по площади. Характеризуется большим скоплением звезд, 100 из которых видно без оптических приборов. Свое название зодиакальное созвездие приобрело еще в древности. В образе Змееносца изображен целитель Асклепий, который имел дар исцелять людей. Среди ярких звезд выделяют Рас Альхаге, Сабик.
Стрелец
Находится в Южном полушарии. Занимает 15 место по площади. 115 звезд этого созвездия видны невооруженным взглядом. Главными звездами Стрельца являются Каус Аустралис, Нунки, Дзета Асцелла. Хорошо видно созвездие на юге Росси, идеальные месяцы для наблюдения июль-август.
Козерог
Расположилось созвездие в Южном полушарии, по площади оно занимает 40 место. Всего 50 звезд созвездия можно рассмотреть без оптических приборов. Хорошо видно на юге и в центре России. Наилучшие месяцы для наблюдения июль – август. Козерог – это фантастическое существо, которое имеет козлиное тело с рыбьим хвостом. Примечательным в Козероге есть шаровое скопление М30.
Водолей
Относится к довольно древним и большим зодиакальным созвездиям. Находится на 10 месте по площади. 90 звезд можно наблюдать невооруженным глазом. К самым ярким относят Садальсууд и Садальмелик, Скат. Лучшее время для наблюдения – август и сентябрь. Лучшее место – центр и юг страны. У греков в образе Водолея видим нескольких персонажей Ганимеда, Девкалиона, Кекропа. Древние народы считали Водолея довольно важным созвездием, олицетворяющим божественного существа Ан. Именно он поил землю живительной влагой.
Рыбы
Созвездие находится в Северном полушарии, занимает 14 место по площади. Без оптических приборов можно увидеть 75 звезд. Благоприятное время для наблюдения – начало осени. Само созвездие неброское, относится к категории тусклых. Оно состоит из Северной (три звезды) и Западной рыбы(семь звезд), которые соединяются воображаемой полосой.
Астрологи, в отличие от астрономов, выделяют только 12 зодиакальных знаков.Для каждого из них они составляют гороскопы, которыми люди успешно пользуются как ежедневно, так и на протяжении всего года. Временные границы астрологических созвездий условные и совсем не совпадают с астрономическими. Астрологи поделили всю эклиптическую окружность на 30 градусные дуги и получили 12 знаков Зодиака, которые соответствуют определенному месяцу в году. Змееносца в списке нет. Согласно астрономии Солнце в созвездии Скорпиона находится 7 дней, в астрологии это время увеличено до одного месяца.
Видимое движение планет и Солнца
1. Петлеобразное движение планет
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 звёзды». 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 Коперник в 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] ).
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 её 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)
Синодические периоды планет были рассчитаны ещё 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 звёзд, называется сидерическим (звёздным) 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 звёзд также оказывается смещённой. Получится, что планета может не дойти либо перейти ту точку среди звёзд, откуда было замечено начало её движения. Но между синодическим (то есть видимым) и сидерическим (то есть истинным) периодами планет существует взаимосвязь. Установим её:
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, забега вперёд, совершает один оборот вокруг Солнца и догоняет планету.
3. Сутки в асторономии
Продолжительность суток на планете зависит от угловой скорости её собственного вращения. В астрономии различают несколько типов суток, в зависимости от системы отсчёта. Если в качестве точки отсчёта вращения выбрать далёкую 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 звёздные, 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 далёких звёзд.
