Тут ми поговоримо про те, які особливості руху різних тіл Сонячної системи треба враховувати при їх спостереженні.
Почнемо наше дослідження з планет. Для нас, що знаходяться на Землі. при цьому важливо те, ближче або далі від Сонця знаходиться планета, ніж Земля. Як ми побачимо, умови спостережень планет сильно залежать від цього.
Припустимо, що нас цікавлять планети, що знаходяться ближче до Сонця. Це, як ми знаємо, Меркурій і Венера. Їх орбіти проходять всередині орбіти Землі, тому по відношенню до Землі ці планети називають внутрішніми. Для Марса таких планет було б три: ті ж Меркурій і Венера, а також наша Земля.
Погляньте на малюнок. На ньому цифрами позначені положення деякої внутрішньої планети в різні моменти часу. Зовнішня орбіта - це орбіта Землі. Якщо проводити спостереження з нашої планети, в чому ми і намагаємося розібратися, то очевидно, що внутрішня планета ніколи не буде дуже далеко віддалятися від Сонця на небі. Звідси випливає, що побачити її можна лише тоді, коли планета відійде на значне кутова відстань від центрального світила, до його сходу або після заходу. Момент найбільшого кутового видалення називають елонгацією. Елонгація буває східної (1) або західної (3). Це залежить від того, з якого боку від Сонця знаходиться планета. Якщо Ви згадайте про те, що Сонце, планети, зірки сходять на сході, а заходять на заході, то без праці самі зможете з'ясувати, що під час західній елонгації внутрішню планету можна спостерігати перед сходом Сонця. Під час східної - після заходу сонця. У першому випадку, спостереження обмежені моментом появи Сонця над горизонтом, у другому - заходом самої планети.
У елонгації Меркурій відходить від Сонця в кращому випадку на 28 °, а Венера - на 48 °. Саме тому Меркурій дуже важко "виловити" в сутінках на небосхилі. У поєднанні зі значним нахилом його орбіти до площини орбіти Землі таке мале кутова відстань іноді навіть в дні елонгацій робить спостереження Меркурія важкодоступними. Особливо це проявляється в середніх широтах, де екліптика - видимий шлях Сонця і планет на небі - розташовується під невеликим кутом до горизонту. Меркурій в середніх широтах не вдається побачити, часом, роками, якщо враховувати і можливі погодні негаразди.
І Меркурій, і Венера ніколи не видно неозброєним оком високо над горизонтом через свою "прихильність" до Сонця.
У зв'язку з тим, що Венера видно то вранці, то ввечері, її в давнину вважали два різних світила, які іменували Ранкової або Вечірньої зірками. Те ж відбулося і з Меркурієм, який, через невловимості, напевно був помічений людством пізніше. Меркурій називали богом сутінків.
Моменти, в які напрямки на Сонце і на планету збігаються, називають сполуками. Внутрішні планети мають верхнє (в положенні №4, за Сонцем) і нижнє (в положенні №2, перед Сонцем) з'єднання. У верхньому з'єднанні видимий диск планети повністю освітлений, але спостереження неможливі через тісного сусідства з Сонцем. У такі моменти відстань від нас до планети найбільше. У нижньому сполученні внутрішня планета найближче підходить до Землі, до нас повернута неосвітлена сторона планети, і вона також найближче розташована до Сонця на небі.
Ви можете в русі подивитися зміни зовнішнього вигляду Венери з інтервалами в 10 днів. Починаємо ми з одного прекрасного ранку. В той день Венера перебувала в західній елонгації. У момент верхнього з'єднання ми робимо паузу і переводимо свій погляд з східного обрію на західний, де гряде вечірня видимість планети. У нижньому сполученні ми знову зупиняємося і повертаємося до огляду східного горизонту, де знову очікуємо видимості ранкової. Поспостерігайте, як змінюється видимі діаметр і фаза планети. Зауважте, що Земля не лежить в площині орбіти Венери, а лише перетинає її. У нашій моделі, якщо Ви не розібралися, небосхил - зверху, поверхня Землі - знизу. Її ми зробили прозорою, щоб не випускати з поля зору Сонце. У лінії горизонту підписані сторони світу. Промальована орбіта планети. Видимі розміри Сонця і, особливо, Венери сильно збільшені. (Gif, 339,5 k)
Спостереженню об'єктів, що знаходяться низько над горизонтом, сильно заважає земна атмосфера, яка псує зображення світил. Венера і Меркурій майже завжди розташовуються близько до горизонту, їх зображення в телескопах найчастіше нечіткі. Ви можете поспостерігати зміни видимих розмірів планет і зміну фаз. Деталі поверхонь, з різних причин, не доступні споглядання земних астрономів. У Венери щільна атмосфера, що приховує все, що тільки можна. Меркурій занадто малий і далекий, для того, щоб нам вдалося розглянути хоч щось докладніше.
Найбільш сприятливими для спостереження Венери і Меркурія є ті роки, в які дні східних елонгацій випадають на весну або західних - на осінь. При цих умовах, в момент заходу Сонця (в першому випадку) або його сходу (у другому) екліптика розташовується під великим кутом до горизонту, що, звичайно, збільшує час спостереження внутрішньої планети.
Зовнішніми називають планети, для яких Земля є планетою внутрішньої. Це Марс, Юпітер, Сатурн. Уран. Нептун і Плутон.
На малюнку зліва Ви бачите, як змінюється вид зовнішньої планети Юпітер при різних взаємних розташуваннях Землі, Сонця і самої планети. Фаза планети помітно не змінюється: напрямок з планети на Сонце і на Землю майже збігаються, тому нам з Землі завжди видно освітлена частина планети. Відстань між нашою планетою і зовнішньої змінюється з часом більш помітно. Як наслідок, ми бачимо зміни видимого діаметра диска планети протягом року. Однак чим далі від нас розташовується планета, тим менше відчутно коливання кутових розмірів диска зовнішньої планети. Якщо для Юпітера максимальний і мінімальний розміри можуть співвідноситися як два до трьох, то вже для Сатурна це співвідношення не перевищує 9 до 11. Марс (малюнок внизу) в кращі для спостережень дні може бути в сім разів більше себе самого в дні гірші. Він набагато ближче до нас, ніж Юпітер.
Коли ж наступають ці найгірші або кращі дні? З малюнка можна зрозуміти, що найкраще для спостережень взаємне розташування Сонця, Землі і планети досягається в позиції №2: Сонце і зовнішня планета розташовуються по різні боки від Землі. У такі дні зовнішня планета найближче підходить до Землі і видно протягом всієї ночі. Таке розташування світила називається протистоянням (планета "коштує" проти Сонця). У положенні №4 планета знаходиться за Сонцем, і такий момент називають з'єднанням (планета з'єднується в небі з Сонцем). Нарешті, в положеннях №1 і №3 кут між напрямками на Сонце і на планету складає рівно 90 °. Ці положення є як би проміжними між положеннями з'єднання і протистояння. Перебуваючи в них, планета так розташовується на нашому небі, що, прохід її через південну сторону горизонту знаменує собою або схід Сонця (№1), або його візит (№3).
Незабаром після проходження точки №1 зовнішня планета припиняє свій рух серед зірок із заходу на схід, зупиняється (стояння). Деякий час по тому, ми з Землі помічаємо, що планета починає рухатися на захід, зворотним рухом. Потім вона проходить через положення №2, знову зупиняється і починає рухатися в звичайному, як кажуть, прямому напрямку. Деякий час спут планета проходить точку №3. Звичайно, те, що планета зупиняється на небі, не означає, що вона дійсно припиняє рухатися. Просто Земля переміщується по своїй орбіті швидше будь-якої зовнішньої планети (в відповідність з третім законом Кеплера). Між точками №1 і№3 Земля і зовнішня планета знаходяться в одній стороні від Сонця і як би змагаються в швидкості. Земля випереджає суперницю, і нам здається, що зовнішня планета рухається назад.
Рух Сатурна протягом року
Найбільш сприятливими для спостереження зовнішніх планет в північних широтах є року, в які протистояння припадають на зиму. При виконанні цієї умови планета в дні протистояння високо піднімається над горизонтом вночі.
Спостереження будь-яких планет тісно пов'язане, як ми зрозуміли, з взаємним положенням Землі, планети і Сонця. Будь-яка планета стає "недоступною" за часів зближення з денним світилом на небі. Всі можливі взаємні розташування Сонця, Землі і планети повторюються в певній послідовності. Через один і той же проміжок часу, свій для кожної планети, обраний нами взаємне розташування (наприклад, з'єднання) відбудеться знову. Цей проміжок часу називають синодичним або сонячним періодом обертання планети, тобто періодом обертання відносно Сонця. У таблиці ми наводимо значення цієї величини в земних добі для кожної планети Сонячної системи. Спробуйте самі виявити деяку закономірність у цих цифрах і пояснити її собі, можливо, скориставшись цим розділом.
Спостереження астероїдів і комет
Шляхи більшості астероїдів. доступних спостереженням, проходять між орбітами Марса і Юпітера. Звичайно, з Землі розглянути диск астероїда Вам навряд чи вдасться. Дуже вже астероїди невеликі. Але їх спостереження в загальних рисах має особливостями, властивими зовнішніх планет.
Однак серед малих планет є небесні тіла. які мають ознаки як внутрішніх планет, так і зовнішніх: через витягнутості своєї орбіти такі астероїди можуть мати перигелій. розташований всередині орбіти Землі (приклад - астероїд Ікар). Для спостережень таких астероїдів потрібно враховувати відразу дві обставини: кутова видалення астероїда від Сонця і відстань між астероїдом і Землею в просторі. Моменти найсприятливіших спостережень таких астероїдів, а також комет, не збігаються з моментами протистоянь. Вам варто обзавестися астрономічним календарем, де описані умови спостереження не тільки планет, але астероїдів, комет та інших астрономічних об'єктів. За допомогою цих відомостей Ви можете самі знайти компроміс між можливою тривалістю спостереження небесного тіла і його яскравістю на небосхилі.
Метеори, зодіакальний світло, протівосіяніе і метеорити
Спостереження метеорних тіл стає можливим при їх входженні в земну атмосферу, коли вони розігріваються тертям, випаровуються і викликають світіння молекул розжарених газів. У будь-яку ніч, навіть в місячну, Ви маєте шанс побачити метеори. Однак Ваш улов помітно зросте, якщо Ви скористаєтеся тим же астрономічним календарем і виберете для спостережень ніч, в яку Земля буде припиняти орбіту одного з десятків метеорних потоків: скупчень частинок, які подорожують в Сонячній системі по одному шляху.
Назву свою потік отримує по імені сузір'я, в якому розташовується радіант потоку в той час, коли потік і Земля перетинаються. Радіант - це та точка, з якої, як нам здається, вилітають метеори потоку. Так як метеорні тіла потоків рухаються по паралельних шляхах, при спостереженні із Землі нам здається, що метеори вискакують з деякою однієї точки. Такий же обман зору можуть викликати у Вас рейки. Іноді здається, що вони далеко сходяться, хоча, насправді, і залишаються завжди паралельними.
Різні потоки мають свої особливі характеристики. Крім основного показника - числа метеорних спалахів на годину - існує ще й опису самих метеорів: колір, середня яскравість, швидкість. Ви можете знайти ці відомості в довідниках.
Згадайте про те, як рухається по орбіті Земля. Спробуйте самі з'ясувати, в який час доби можна спостерігати найшвидкісніші метеори.
Прародителькою потоку вважають комету Темпеля-Туттля. Цей потік приблизно раз в 33 роки перетинає своєї центральною частиною Землю, що і викликає появу безлічі метеорів в короткий проміжок часу. Таке явище і називають метеорних дощем. Протягом години в такий дощ можна побачити тисячі метеорів. На цій фотографії видно кілька метеорів у вигляді зелених рисок. Пошукайте самі радіант потоку по знімку.
В недалеких від екватора широтах Ви можете побачити ще два астрономічних явища: зодіакальний світло і протівосіяніе. Обидва явища пов'язані зі свіченням безлічі пилинок, що обертаються навколо Сонця. Більшість небесних тіл Сонячної системи в своєму обертанні навколо Сонця "воліють" рухатися поблизу екліптики. Світіння відбитим світлом Сонця безлічі пилинок спостерігається якраз в області екліптики, що проходить по сузір'ях Зодіаку. Зодіакальний світло можна бачити в безмісячні ночі на заході після заходу Сонця і на сході перед світанком. Посилення зодіакального світла в прямо протилежному Сонцю напрямку на небесній сфері називають протівосіянія. Порошинки, які знаходяться проти Сонця, світять яскравіше з тієї ж причини, що зовнішні планети в протистоянні і Місяць в повний місяць.
Повторимося, що в середніх широтах зодіакальне світло і протівосіяніе - не доступне видовище.
Нарешті, для спостереження впали на поверхню Землі відносно великих метеорних тіл, які не встигли випаруватися в земній атмосфері, вирушайте в музеї і астрономічні установи. Метеорити були доступні для споглядання, наприклад, в Московському планетарії.
Сонце можна бачити кожен день. Але в який раз хочеться попередити, що дивитися на Сонце навіть неозброєним оком небезпечно для зору. Використовуйте закопчене скло, якщо у Вас немає спеціальних темних фільтрів. При спостереженні в бінокль або телескоп необхідно вдаватися до ще більшої обережності. Без спеціально призначених для спостережень фільтрів дивитися на Сонце ні в якому разі не можна.
Та й нічого без фільтра не розглянути. Зате з оним можна побачити сонячні плями. За їх переміщенню день у день можна простежити обертання денного світила. Ви маєте шанс провести і більш глибокі дослідження. Для цього Вам доведеться порівнювати переміщення плям на різних широтах Сонця. Якщо Ви станете ретельно замальовувати вид Сонця при кожному спостереженні, Вам вдасться підтвердити відомий факт: Сонце обертається шарами, екватор швидше за все, полюса - повільніше. Не забудьте, що екватор Сонця зовсім не паралельний лінії горизонту. Він майже збігається з екліптикою, враховуйте це.
При можливості розглядати Сонце з великими збільшеннями, Вам, буде нескладно побачити зміна виду Сонячних плям день у день.
З фільтром добре видно потемніння диска Сонця до краю. Це пов'язано з наявністю у Сонця своєї атмосфери. Світло від фотосфери на краях диска проходить більший шлях в атмосфері Сонця і в більшій мірі нею поглинається.
Ну а якщо Вам пощастить спостерігати повне сонячне затемнення, то по краях місячного диска вдасться побачити нижній шар сонячної атмосфери - червону хромосферу. Якщо пощастить, то Ви побачите і гігантський викид сонячної речовини - протуберанець.
Не забудьте про можливість здійснювати і доступніші дослідження, які людство проводить вже тисячоліття. День за днем, в один і той же час Вам під силу відзначати положення Сонця щодо обрію. Найкраще це робити в полудень. Проводьте спостереження в одному і тому ж місці. Тоді Вам буде легше зіставити положення Сонця з предметами, деревами і будинками на горизонті. Зробіть замальовку виду південного обрію в місці Ваших спостережень і наносите на нього положення Сонця, підписуйте дату. Ви можете полегшити собі життя, проводячи спостереження хоча б раз на тиждень. Якщо доведете справу до кінця, то отримаєте на малюнку красиву вісімку. Спробуйте собі це пояснити. Тільки одна вказівка: живіть протягом усього циклу спостережень за одним часом: нехай Ваші годинник для спостережень не помічають переходу з літнього часу на зимовий і навпаки. Інакше нічого не вийде, або вийде не так.
Про Місяць, супутник Землі, скажімо особливо в кінці сторінки. а тут поговоримо про супутники Юпітера і Сатурна. Про супутниках інших планет, як про об'єкти легких для спостереження, годі й казати.
Супутники Юпітера обертаються в площині екватора планети, а екватор майже збігається з площиною екліптики. Тому ми дивимося з Землі на систему Юпітера як би збоку, перебуваючи майже в площині орбіт супутників планети. Тільки Ваші копіткі спостереження зможуть виявити той невеликий кут, на який нахилені ці орбіти до площини орбіти Землі.
Звичайно, зі звичайними інструментами Ви зможете побачити тільки Галілеєві супутники. Замальовувати положення цієї четвірки щодо Юпітера протягом хоча б двох тижнів, і Вам вдасться завдати на Вашу схему розташування орбіт кожного супутника. Щоб не сплутати супутники між собою, Вам корисно буде знати, що Ганімед є найяскравішим з них, на другому місці - Іо. на третьому - Європа. і на четвертому - Каллісто. При цьому, Іо та Європа дуже близькі по яскравості. Майте на увазі також, що Іо знаходиться найближче до Юпітера, а далі слідують Європа, Ганімед і Каллісто. Положення перших двох супутників можна відзначати навіть кілька разів за ніч.
Екватор Сатурна помітно нахилений до площини його орбіти, і орбіти його супутників Ви вже не бачите збоку. Втім, мова, швидше за все, йде лише про яскравому супутнику - Титані. Це небесне тіло восьмий зоряної величини робить один виток навколо Сатурна за 16 днів (див. Малюнок). Спробуйте підтвердити це своїми спостереженнями.
Заодно замальовувати вид кілець Сатурна щомісяця. Ви, з часом, помітите, що орієнтація їх по відношенню до Землі змінюється. Це пов'язано з рухом Сатурна по орбіті і, в меншій мірі, з рухом Землі.
Щоб Ви там не казали, а спостереження Місяця - найдоступніший астрономічне видовище. Скориставшись картою. Ви можете самі знайти ті чи інші деталі на місячній поверхні. Пам'ятайте, що рельєф легше розрізнити поблизу термінатора.
Замальовки виду Місяця дозволять Вам виявити лібрації.
Самі з'ясуйте для себе, протягом якого часу Місяць змінить всі свої обличчя.
Місячні затемнення переконають Вас в тому, що Земля - кругла.
Іншу інформацію дивіться тут: