Планета - це обертається навколо зірки несамосвітних космічне тіло, мало масивне, щоб бути зіркою, але досить потужний, щоб прийняти форму, близьку до кулі. Ми бачимо планети на небі тому, що вони відбивають світло, що падає на них від Сонця. Згасло б Сонце, погасли б і планети на небі.
У Сонячній системі налічується 8 великих планет. Вони обертаються навколо Сонця в одну і ту ж сторону. Якщо дивитися з точки над північним полюсом Сонця, то звернення планет буде відбуватися проти годинникової стрілки
У порядку віддалення від Сонця планети розташовані так: Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун. У межах Сонячної системи відстані зручно висловлювати в астрономічних одиницях (а.о.). 1 а.о. = 149 597 870,9 км.
Відносини між часом (Т), швидкістю (V) і відстанню (S) наступні: Т = S. V. S = T · V. V = S. T. Стосовно до звернення по орбіті:
Т - проміжок часу, протягом якого планета здійснює 1 повний оборот навколо Сонця по відношенню до зірок. Цей проміжок часу називають сидерическим періодом обертання навколо Сонця (період позначають буквою Р) або сидерическим роком.
V - орбітальна швидкість планети.
S - відстань, яке проходить планета за 1 рік. Це ні що інше, як довжина орбіти планети (довжину позначають буквою L). Період обертання, довжина орбіти і орбітальна швидкість взаємопов'язані: Р = L. V. L = Р · V. V = L. Р. Знаючи будь-які два з цих параметрів, можна обчислити третій.
Довжину орбіти (довжину окружності) обчислюють виходячи з її радіусу (середньої відстані планети від Сонця): L = 2πR. Якщо замість L у вищенаведені рівняння поставити 2πR, то отримаємо: P = 2πR. V. 2πR = P · V. V = 2πR. Р. Число π ( "архімедовим число") ≈ 3,14.
Вирішимо задачу: яку частину довжини своєї орбіти пролетить Марс за той час, поки Земля пролетить половину довжини своєї орбіти?
1) Половину довжини своєї орбіти Земля пролетить за 365,26 доби. 2 = 182,63 доби.
2) Знайдемо, яку частину року Марса складають 182,63 діб. 182,63 діб. (1,88 земних років · 365,26 діб / рік) ≈ 0,27 або ≈ 1/4. Відповідно, за 1/4 року Марс пролетить 1/4 своєї орбіти.
У розумінні вчених птолемеевской епохи планети зверталися навколо Сонця по ідеальним колах. Тільки на початку XVII століття великий німецький математик і астроном Йоганн Кеплер прийшов до висновку, що планети повинні обертатися навколо Сонця не по колу, а по еліпсам. Відкритий ним перший закон руху планет (I закон Кеплера) так і говорить: "Кожна планета обертається по еліпсу, в одному з фокусів якого знаходиться Сонце". Еліпс виглядає так (точками показані фокуси еліпса):
Найближча до Сонця точка орбіти називається перигелієм, а найбільш віддалена - афелием. Орбіти планет, звичайно, не так сильно витягнуті, як еліпс на малюнку. Вони близькі до кіл, але у кожної з них є свій перигелій і афелій. Орбітальна швидкість планети в перигелії максимальна, а в афелії - мінімальна. Наприклад, у Землі в перигелії швидкість 30,27 км / с, а в афелії - 29,27 км / с.
Планети разом з Сонцем і Місяцем беруть участь в добовому обертанні зоряного неба, а значить сходять в східній частині горизонту, піднімаються, опускаються і заходять в західній частині горизонту. Як відомо, причиною добового обертання є осьове обертання Землі. Але оскільки самі планети обертаються навколо Сонця і ми спостерігаємо за ними з рухомої Землі, планети поступово зміщуються щодо зірок. Такий рух називають видимим річним рухом (або переміщенням) планет. Видиме річний рух планет і орбітальний рух - не одне й те саме. За орбіті планети завжди рухаються в одну і ту ж сторону з майже постійними швидкостями. А на небі вони можуть уповільнювати свій рух, зупинятися, задкувати назад, описуючи петлі і зигзаги ( "планетес" в перекладі означає "блукаюче світило").
По відношенню до земної орбіти планети поділяють на зовнішні (верхні) і внутрішні (нижні). Внутрішні планети знаходяться всередині земної орбіти (Меркурій і Венера), а зовнішні - зовні (Марс, Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун). Від цього багато в чому залежать умови видимості планет на зоряному небі. Умови видимості - це час доби, коли планета видна (ввечері, вночі, під ранок), це тривалість видимості (від декількох хвилин до 12 годин), це висота над горизонтом (чим вище підніметься планета, тим краще її зображення в телескопі), це її видимий кутовий діаметр (чим він більший, тим більше подробиць можна розгледіти на планеті в телескоп). Умови видимості планети постійно змінюються, покращуються або погіршуються.
Важливими є й конфігурації (розташування), які утворюють планети з Сонцем і Землею.
Для внутрішніх планет (Меркурія і Венери) характерні верхні і нижні з'єднання, а також західні і східні елонгації (найбільші видимі на небі у даленія від Сонця). Для зовнішніх планет (Марса, Юпітера, Сатурна, Урана і Нептуна) характерні сполуки, протистояння, а також західні і східні квадратури.
Верхнє з'єднання внутрішньої планети - планета, хоч я знаю, так як знаходиться за Сонцем. Відстань від Землі до планети максимальне.
Західна елонгація внутрішньої планети - планета видна у вигляді серпа вранці перед сходом Сонця. Елонгації - найкращий час для спостережень внутрішньої планети.
Східна елонгація внутрішньої планети - планета видна у вигляді серпа ввечері після заходу Сонця.
З'єднання зовнішньої планети - планета, хоч я знаю, так як знаходиться за Сонцем. Відстань до планети максимальне.
Протистояння зовнішньої планети - Земля знаходиться між Сонцем і планетою; планета видна всю ніч у вигляді повністю освітленого диска. Протистояння - найкращий час для спостережень зовнішніх планет. Відстань до планети мінімальне, видимий діаметр диска максимальний.
Західна квадратура зовнішньої планети - планета видна в другій половині ночі в східній стороні неба.
Східна квадратура зовнішньої планети - планета видна в першій половині ночі в західній стороні неба.
Зі схеми легко зрозуміти, що внутрішні планети ніколи не бувають в протистоянні і не можуть бути видні всю ніч. Зовнішні планети ніколи не проектуються на диск Сонця. Розберемо наступну конфігурацію планет:
- можна побачити Венеру ввечері після заходу Сонця (Сонце правіше Венери і, отже, раніше зайде за горизонт), Венера виглядає у формі серпа, повернутого вправо;
- можна побачити Землю вранці перед сходом Сонця (Сонце лівіше Землі і, отже, сходить пізніше Землі), диск Землі освітлений трохи більше половини, опуклість вліво;
- Сонце, Венеру і Землю одночасно побачити не можна, тому що всі вони знаходяться над горизонтом у денний час доби, а небо на Марсі днем вельми світле;
- Венера рухається швидше Марса, отже, відстань між ними буде скорочуватися, поки не настане нижнє з'єднання;
- Венера на небі Марса буде наближатися до Сонця і тривалість її видимості вечорами буде зменшуватися.
- Венеру не видно, вона за Сонцем (відстань до Венери максимальне, але буде поступово скорочуватися);
- Венера сходить і заходить разом з Сонцем;
- через кілька тижнів Венера вийде з-за Сонця і буде видно вечорами;
- Марс видно вечорами, його диск освітлений більше половини, опуклість вправо;
- Земля рухається швидше Марса, тікає від нього, відстань між ними збільшується;
- тривалість видимості Марса зменшується, незабаром настане з'єднання Марса з Сонцем (Марс буде за Сонцем).
З Венери (вважаємо, що атмосфера як у Землі):
- Землю не видно, вона за Сонцем (з'єднання), відстань до Землі максимально;
- Земля сходить і заходить одночасно з Сонцем;
- Венера рухається швидше Землі і буде поступово наздоганяти її, відстань буде скорочуватися;
- скоро Землю можна буде побачити вечорами після заходу Сонця (Венера має зворотне обертання);
- Марс видно вечорами, відстань між Венерою і Марсом скорочується, видимий розмір Марса буде збільшуватися;
- умови видимості Марса поліпшуються, скоро настане протистояння і Марс буде видно всю ніч.
Відстані між Землею і планетами постійно змінюються. Тому змінюються і видимі (кутові) розміри планет на земному небі. Ось в яких межах вони змінюються:
Юпітер 29,8 - 50,1 "
Сатурн 14,5 - 20,1 "
Планети також поділяють на планети земної групи і планети-гіганти.
Планети земної групи (Меркурій, Венера, Земля і Марс) порівняно близько розташовані до Сонця і тому отримують від нього значну кількість тепла і світла. Для підтримки життя на Землі, наприклад, це є визначальним фактором. Планети земної групи невеликі, порівняно повільно обертаються навколо своїх осей, мають тверду поверхню, високу щільність, мають мало супутників (Земля - 1, Марс - 2) або не мають їх взагалі (Меркурій і Венера).
Планети-гіганти (Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун) розташовані порівняно далеко від Сонця і, отже, слабо висвітлюються і зігріваються його променями. Планети-гіганти в кілька разів по діаметру перевершують Землю, досить швидко обертаються навколо своїх осей, не мають твердої поверхні, мають низьку щільність, володіють великими системами супутників (у Юпітера відомо 67 супутників на сьогоднішній день). Крім того, у всіх планет-гігантів виявлені кільця (особливо потужними і красивими кільцями володіє Сатурн). Кільця складаються з окремих частинок різного розміру. Частинки обертаються навколо планет подібно супутникам.
Рух навколо осі називається обертанням, а рух навколо Сонця або планети - зверненням.
Всі зірки і планети обертаються навколо своїх осей. Таке обертання називається осьовим. Осьове обертання зірок і планет призводить до їх стиснення з полюсів. Строго кажучи, жодна зірка, жодна планета не є за формою кулею. Чим швидше обертається планета, тим сильніше вона стиснута з полюсів. Стиснення з полюсів називається полярним стисненням. При цьому полярний діаметр планети завжди коротше екваторіального діаметра. Наприклад, у Землі полярний діаметр на 43 км коротше екваторіального (43 км від середнього діаметра Землі 12 750 км становить ≈ 0,003). Оскільки планети земної групи тверді і порівняно повільно обертаються, їх полярне стиснення невелике. На відміну від них планети-гіганти є газо-рідкими тілами. Їх швидке осьове обертання надає їм сплюснутую форму, яка добре помітна не тільки на фотографіях, але і в невеликі телескопи. Наприклад, полярний діаметр Сатурна коротше екваторіального на 11 800 км (11 800 км від середнього діаметра Сатурна 114 000 км становить ≈ 0,1). Про планетах кажуть, що вони мають форму еліпсоїда обертання.
Період обертання планети по відношенню до зірок називається сидерическим періодом обертання або зоряними цілодобово.
Сидеричний період обертання
15 годин 57,3 хвилини
Найдовші зоряна доба на Венері. Дуже цікаво також, що Венера обертається по відношенню до інших планет в зворотну сторону. тобто зі сходу на захід. Найкоротші зоряна доба у Юпітера. Потрібно пам'ятати, що планети-гіганти газо-рідкі і тому обертаються нерівномірно, як і Сонце. Наприклад, екваторіальні зони Юпітера роблять повний оборот за 9 годин 50,5 хвилин, а зони в середніх широтах - за 9 годин 55,5 хвилин, тобто на 5 хвилин довше! Тому не має сенсу говорити про періоди обертання планет-гігантів з точністю до секунд (як у Землі і Марса). У планет-гігантів в таблиці наведені періоди обертання на середніх широтах.
Через орбіту будь-якої планети можна провести площину - площину орбіти. Площини орбіт планет не збігаються. До площини орбіти Землі вони нахилені під кутами від 0,77º (Уран) до 7º (Меркурій).
Осі обертання планет нахилені до площин їх орбіт під різними кутами:
Меркурій - 90,0º
Венера - 87,4º
Земля - 66,5º
Марс - 64,8º
Юпітер - 86,9º
Сатурн - 63,3º
Уран - 7,8º
Нептун - 61,7º
Чим більше нахил осі до площини орбіти планети, тим менше на планеті виражена зміна пір року. На Меркурії, Венері, Юпітері зміни пір року немає. У решти планет зміна пір року присутня. Особливо це знаходить свій вираз у Урана, який рухається по орбіті "лежачи на боці":
Маси і розміри планет визначають силу тяжіння на їх поверхнях. яка перш за все вказує, чи може дана планета утримувати навколо себе атмосферу. Меркурій - найменша з планет, атмосфера на ньому практично відсутня. Більшість супутників планет і астероїди також не мають атмосфер. Марс - трохи більше за розмірами, атмосфера на Марсі є, але досить розріджена (не плутати зі словом "розряджена"). Розріджена - значить, малоплотних, має малу щільність. Найбільш протяжними і щільними атмосферами мають планети-гіганти, особливо Юпітер і Сатурн.
Атмосфери планет - це суміші різних газів. В атмосферах Венери і Марса в основному присутня вуглекислий газ (хімічна формула СО2), в атмосфері Землі - азот (N2) і кисень (О2), в атмосферах планет-гігантів - водень (Н2) і гелій (Не). Гази з атмосфер планет повільно і безперервно випаровуються в космічний простір. Це явище називається диссипацией атмосфер або планетних вітром.
Ласкаво просимо в ЗАШ
Основи астрономії в задачах. 8 клас
Основи астрономії в задачах. 9 клас
Основи астрономії в задачах. 10-11 клас
Основи астрофізики в задачах. 10-11 клас
Планети Сонячної системи
Теорія і практика вирішення конкурсних завдань для шко.
Вечірня фізична школа
Консультація для учасників ЄДІ з фізики
Практичний тренувальний дистанційний курс для.