Что такое орбита планеты? Может ли планета сойти с орбиты? Что будет, если планета сойдет с орбиты? Какая планета больше - Марс или Земля? Планеты Солнечной системы и их размеры На каких орбитах находятся планеты
Планеты Солнечной системы обращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам (см.законы Кеплера ) и делятся на две группы. Планеты, которые расположены ближе к Солнцу, чем Земля, называются нижними . Это Меркурий и Венера. Планеты, которые расположены дальше от Солнца, чем Земля, называются верхними . Это Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон.
Планеты в процессе обращения вокруг Солнца могут располагаться относительно Земли и Солнца произвольным образом. Такое взаимное расположение Земли, Солнца и планеты называется конфигурацией . Некоторые из конфигураций являются выделенными и носят специальные названия (см. рис. 19).
Нижняя планета может располагаться на одной линии с Солнцем и Землей: либо между Землей и Солнцем - нижнее соединение , либо за Солнцем - верхнее соединение . В момент нижнего соединения может произойти прохождение планеты по диску Солнца (планета проецируется на диск Солнца). Но из-за того, что орбиты планет не лежат в одной плоскости, такие прохождения случаются не каждое нижнее соединение, а достаточно редко. Конфигурации, при которых планета при наблюдении с Земли находится на максимальном угловом удалении от Солнца (это наиболее благоприятные периоды для наблюдения нижних планет), называются наибольшими элонгациями, западной и восточной .
Верхняя планета также может находиться на одной линии с Землей и Солнцем: за Солнцем - соединение , и по другую сторону от Солнца - противостояние . Противостояние - это самое благоприятное время для наблюдения верхней планеты. Конфигурации, при которых угол между направлениями с Земли на планету и на Солнце равен 90 o , называются квадратурами, западной и восточной .
Промежуток времени между двумя последовательными одноименными конфигурациями
планеты называется ее синодическим
периодом обращения P
, в отличие
от истинного периода ее обращения относительно звезд, называемого поэтому
сидерическим
S
. Разница между этими двумя периодами возникает из-за
того, что Земля тоже обращается вокруг Солнца с периодом T
.
Синодический и сидерический периоды связаны между собой:
для верхней.
10.2. Законы Кеплера
Законы, по которым планеты обращаются вокруг Солнца, были эмпирически (т.е. из наблюдений) установлены Кеплером, а затем теоретически обоснованы на основе закона всемирного тяготения Ньютона.
Первый закон. Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.
Второй закон. При движении планеты ее радиус-вектор описывает равные площади за равные промежутки времени.
Третий закон.
Квадраты сидерических времен обращений планет относятся
друг к другу как кубы больших полуосей их орбит (как кубы их средних расстояний
от Солнца):
Третий закон Кеплера является приближенным, из закона всемирного тяготения
был получен уточненный третий закон Кеплера
:
Третий закон Кеплера выполняется с хорошей точностью только потому, что массы планет много меньше массы Солнца .
Эллипс - это геометрическая фигура (см. рис. 20), у которой есть две
главные точки - фокусы
F
1 , F
2 , и сумма расстояний от любой точки
эллипса до каждого из фокусов есть величина постоянная, равная большой оси
эллипса. У эллипса есть центр
O
, расстояние от которого до
наиболее удаленной точки эллипса называется большой полуосью
a
, а
расстояние от центра до самой ближайшей точки называется малой
полуосью
b
. Величина, которая характеризует сплюснутость эллипса,
называется эксцентриситетом e
:
Окружность является частным случаем эллипса (e =0).
Расстояние от планеты до Солнца изменяется от наименьшего, равного
перигелием ) до наибольшего, равного
(эта точка орбиты называется афелием ).
10.3. Движение искусственных небесных тел
Движение искусственных небесных тел подчиняется тем же законам, что и естественных. Тем не менее, необходимо отметить ряд особенностей.
Главное - размеры орбит искусственных спутников, как правило, сравнимы с размерами планеты, вокруг которой они обращаются, поэтому часто говорят о высоте спутника над поверхностью планеты (рис.21). При этом надо учитывать, что в фокусе орбиты спутника находится центр планеты.
Для искусственных спутников вводят понятие первой и второй космической скорости.
Первая космическая скорость
или круговая скорость - это скорость
кругового орбитального движения у поверхности планеты на высоте h
:
Вторая космическая скорость
или параболическая скорость - это скорость,
которую необходимо придать космическому аппарату, чтобы он мог покинуть
сферу притяжения данной планеты по параболической орбите:
Скорость небесного тела в любой точке эллиптической орбиты на расстоянии
R от тяготеющего центра может быть рассчитана по формуле:
Вопросы
4. Может ли случиться прохождение Марса по диску Солнца? Прохождение Меркурия? Прохождение Юпитера?
5. Можно ли увидеть Меркурий вечером на востоке? А Юпитер?
Задачи
Решение:
Орбиты всех планет лежат приблизительно в одной плоскости,
поэтому планеты двигаются по небесной сфере примерно по эклиптике.
В момент противостояния прямые восхождения Марса и Солнца отличаются
на 180 o
:
. Вычислим
на 19
мая. 21 марта оно равно 0 o
. В день прямое восхождение Солнца увеличивается
примерно на 1 o
. С 21 марта по 19 мая прошло 59 дней. Значит,
, а
. На небесной карте можно увидеть, что эклиптика при таком прямом
восхождении проходит по созвездиям Весы и Скорпион, значит Марс находился в
одном из этих созвездий.
47. Наилучшая вечерняя видимость Венеры (наибольшее ее удаление к востоку от Солнца) была 5 февраля. Когда в следующий раз наступила видимость Венеры в тех же условиях, если ее сидерический период обращения равен 225 d ?
Решение:
Наилучшая вечерняя видимость Венеры наступает во время ее
восточной элонгации. Следовательно, следующая наилучшая вечерняя видимось
наступит во время следующей восточной элонгации. А промежуток времени между
двумя последовательными восточными элонгациями равен синодическому периоду
обращения Венеры и легко может быть вычислен:
или P =587 d . Значит, следующая вечерняя видимость Венеры в тех же условиях наступит через 587 дней, т.е. 14-15 сентября следующего года.
48. (663) Определить массу Урана в единицах массы Земли, сравнивая движение Луны вокруг Земли с движением спутника Урана - Титанией, обращающегося вокруг него с периодом 8 d .7 на расстоянии 438 000 км. Период обращения Луны вокруг Земли 27 d .3, и среднее расстояние ее от Земли составляет 384 000 км.
Решение:
Для решения задачи необходимо воспользоваться третьим уточненным
законом Кеплера. Так как для любого тела массой m
, обращающегося вокруг
другого тела массой на среднем расстоянии a
с периодом T
:
 |
(36) |
То мы имеем право для любой пары обращающихся друг вокруг друга небесных тел
записать равенство:
Принимая за первую пару Уран с Титанией, а за вторую - Землю с Луной, а также пренебрегая массой спутников по сравнению с массой планет получим:
49. Принимая орбиту Луны за окружность и зная орбитальную скорость движения Луны v Л = 1.02 км/с, определить массу Земли.
Решение:
Вспомним формулу для квадрата круговой скорости () и подставим
среднее расстояние Луны от Земли a
Л (см. предыдущую задачу):
50. Вычислить массу двойной звезды Центавра, у которой период обращения компонентов вокруг общего центра масс T=79 лет, а расстояние между ними 23.5 астрономических единицы (а.е.). Астрономической единицей называется расстояние от Земли до Солнца, равное примерно 150 млн. км.
Решение:
Решение этой задачи аналогично решению задачи о массе Урана.
Только при определении масс двойных звезд их сравнивают с парой Солнце-Земля
и выражают их массу в массах Солнца.
51. (1210) Вычислите линейные скорости космического корабля в перигее и апогее, если над Землей в перигее он пролетает на высоте 227 км над поверхностью океана и большая ось его орбиты составляет 13 900 км. Радиус и масса Земли 6371 км и 6.0 10 27 г.
Решение: Рассчитаем расстояние от спутника до Земли в апогее (наибольшем расстоянии от Земли). Для этого необходимо зная расстояние в перигее (наименьшее расстояние от Земли) вычислить эксцентриситет орбиты спутника по формуле () и затем определить искомое расстояние используя формулу (32). Получим h a = 931 км.
Самым главным (и самым массивным!) членом Солнечной системы является само Солнце. Поэтому не случайно великое светило занимает в Солнечной системе центральное положение. Оно окружено многочисленными спутниками. Наиболее значительные из них - большие планеты.
Планеты представляют собой шарообразные "небесные земли". Подобно Земле и Луне, собственного света они не имеют - освещаются исключительно солнечными лучами. Известно девять больших планет, удаленных от центрального светила в следующем порядке: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон
. Пять планет - Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн - благодаря своему яркому блеску известны людям с незапамятных времен. Николай Коперник к числу планет отнес и нашу Землю. А самые далекие планеты - Уран, Нептун и Плутон - были открыты с помощью телескопов.
|
Солнечная система, система космических тел, включающая, помимо центрального светила - Солнца
- девять больших планет, их спутники, множество малых планет, кометы, мелкие метеорные тела и космическую пыль, движущиеся в области преобладающего гравитационного действия Солнца. Образовалась Солнечная система около 4,6 млрд. лет назад из холодного газопылевого облака. В настоящее время с помощью современных телескопов (в частности космического телескопа им. Хаббла) астрономы обнаружили несколько звезд с подобными протопланетными туманностями, что подтверждает эту космогоническую гипотезу. |
Наша Земля отстоит от Солнца на третьем месте. Ее среднее расстояние от него составляет 149 600 000 км. Оно принято за одну астрономическую единицу (1 а. е.) и служит эталоном в измерении межпланетных расстояний. Свет проходит 1 а. е. за 8 минут и 19 секунд, или за 499 секунд.
Среднее расстояние Меркурия от Солнца равно 0,387 а. е., то есть он в 2,5 раза ближе к центральному светилу, чем наша Земля, а среднее расстояние далекого Плутона составляет почти 40 таких единиц. Радиосигналу, посланному с Земли в сторону Плутона, потребовалось бы на "путешествие" почти 5,5 часа. Чем дальше планета находится от Солнца, тем меньше лучистой энергии она получает. Поэтому средняя температура планет быстро падает с увеличением расстояния от лучезарного светила.
По физическим характеристикам планеты четко делятся на две группы. Четыре ближайшие к Солнцу - Меркурий, Венера, Земля и Марс - называются планетами земной группы . Они сравнительно невелики, но их средняя плотность большая: примерно в 5 раз больше плотности воды. После Луны планеты Венера и Марс являются нашими ближайшими космическими соседями. Далекие от Солнца Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун значительно массивнее планет земной группы и еще больше превосходят их по объему. В недрах этих планет вещество сильно сжато, тем не менее их средняя плотность невелика, а у Сатурна даже меньше плотности воды. Следовательно, планеты-гиганты состоят из более легких (летучих) веществ, нежели планеты земной группы.
Одно время к планетам типа Земли астрономы относили и Плутон. Однако последние исследования заставили ученых отказаться от такого взгляда. Методом спектроскопии на его поверхности обнаружен замерзший метан. Это открытие свидетельствует о сходстве Плутона с крупными спутниками планет-гигантов. Некоторые исследователи склоняются к мысли, что Плутон - это "убежавший" спутник Нептуна.
Еще Галилею, открывшему четыре самых больших спутника Юпитера (их называют галилеевыми спутниками), замечательное юпитерианское семейство представлялось Солнечной системой в миниатюре. Сегодня естественные спутники известны почти у всех больших планет (за исключением Меркурия и Венеры), а их общее количество возросло до 137. Особенно много спутников-лун у планет-гигантов.
Если бы нам представилась возможность взглянуть на Солнечную систему со стороны ее северного полюса, то можно было бы наблюдать картину упорядоченного движения планет. Все они движутся вокруг Солнца почти по круговым орбитам в одну и ту же сторону - противоположную вращению часовой стрелки. Такое направление движения в астрономии принято называть прямым движением
. Но обращение планет совершается не вокруг геометрического центра Солнца, а вокруг общего центра масс всей Солнечной системы, по отношению к которому само Солнце описывает сложную кривую. И очень часто этот центр масс оказывается за пределами солнечного шара.
Солнечная система далеко не исчерпывается центральным светилом - Солнцем и девятью большими планетами с их спутниками. Слов нет, большие планеты - самые важные представители семьи Солнца. Однако у нашего великого светила есть еще очень много и других "родственников".
Немецкий ученый Иоганн Кеплер почти всю свою жизнь занимался поисками гармонии планетных движений. Он первый обратил внимание на то, что между орбитами Марса и Юпитера наблюдается незаполненность пространства. И Кеплер оказался прав. Через два столетия в этом промежутке действительно была открыта планета, только не большая, а малая. По своему диаметру она оказалась в 3,4 раза, а по объему - в 40 раз меньше нашей Луны. Новую планету назвали по имени древнеримской богини Цереры, покровительницы земледелия.
С течением времени выяснилось, что у Цереры есть тысячи небесных "сестер" и большинство их движется как раз между орбитами Марса и Юпитера. Там они образуют своеобразный пояс малых планет . В основной массе это планеты-крошки с поперечником около 1 км. Второй пояс малых планет недавно открыт на окраинах нашей планетной системы - за орбитой Урана. Вполне возможно, что общее количество этих небесных тел в Солнечной системе достигает нескольких миллионов.
Но семья Солнца одними планетами (большими и малыми) не исчерпывается. Иногда на небе бывают видны хвостатые "звезды" - кометы . Они приходят к нам издалека и появляются обычно внезапно. Как считают ученые, на окраинах Солнечной системы имеется "облако", состоящее из 100 млрд потенциальных, то есть ничем не проявляющихся, кометных ядер. Вот оно-то и служит постоянным источником наблюдаемых нами комет.
Изредка нас "навещают" кометы-великаны. Яркие хвосты таких комет простираются чуть ли не на все небо. Так, у сентябрьской кометы 1882 года хвост достигал в длину 900 млн км! Когда ядро этой кометы пролетало около Солнца, ее хвост уходил далеко за орбиту Юпитера...
Как видим, у нашего Солнца оказалась очень большая семья. Помимо девяти больших планет с их спутниками под началом великого светила находится еще не меньше 1 млн малых планет, порядка 100 млрд комет, а также бесчисленное множество метеорных тел: от глыб размером в несколько десятков метров до микроскопических пылинок.
Планеты находятся друг от друга на огромных расстояниях. Даже соседняя с Землей Венера никогда не бывает расположена к нам ближе 39 млн км, что в 3000 раз больше диаметра земного шара...
Невольно задумаешься: что же представляет собой наша Солнечная система? Космическую пустыню с затерявшимися в ней отдельными мирами? Пустоту? Нет, Солнечная система не пустота. В межпланетном пространстве движется еще неисчислимое количество частиц твердого вещества самых разнообразных размеров, но преимущественно очень мелких, с массой в тысячные и миллионные доли грамма. Это метеорная пыль . Она образуется путем испарения и разрушения кометных ядер. В результате же дробления сталкивающихся малых планет возникают обломки различной величины, так называемые метеорные тела . Под давлением солнечных лучей самые мелкие частицы метеорной пыли выметаются на окраины Солнечной системы, а более крупные по спирали приближаются к Солнцу и, не долетев до него, испаряются в окрестностях центрального светила. Некоторые метеорные тела выпадают на Землю в виде метеоритов .
Околосолнечное пространство пронизывается всеми видами электромагнитных излучений и корпускулярными потоками.
Очень мощным их источником является само Солнце. А вот на окраинах Солнечной системы преобладают излучения, идущие из глубин нашей Галактики. Кстати: как установить границы Солнечной системы? Где они проходят?
Некоторым может показаться, что границы солнечных владений очерчены орбитой Плутона. Ведь за Плутоном больших планет вроде бы нет. Вот тут-то в самый раз "вкопать" пограничные столбы... Но нельзя забывать, что многие кометы уходят далеко за орбиту Плутона. Афелии - самые далекие точки - их орбит лежат в облаке первозданных ледяных ядер. Это гипотетическое (предполагаемое) кометное облако удалено от Солнца, видимо, на 100 тыс. а. е., то есть в 2,5 тыс. раз дальше, чем Плутон. Так что и сюда простирается власть великого светила. Здесь тоже Солнечная система!
Очевидно, Солнечная система достигает тех мест межзвездного пространства, где сила тяготения Солнца соизмерима с силой тяготения ближайших звезд. Самая близкая к нам звезда альфа Центавра удалена от нас на 270 тыс. а. е. и по своей массе примерно равна Солнцу. Следовательно, точка, в которой уравновешиваются силы притяжения Солнца и альфы Центавра, находится примерно посреди разделяющего их расстояния. А это значит, что границы солнечных владений удалены от великого светила по меньшей мере на 135 тыс. а. е., или на 20 триллионов километров!
Момент, когда планеты находятся на максимальном сближении друг с другом, называется оппозицией. Расстояние между планетами может изменяться даже в оппозиции. Ближайшее расстояние от Земли до Венеры составляет 38 миллионов километров.
А самое дальнее — 261 млн. км. В то время как это кажется удивительно большим, это ничто по сравнению с дистанцией между другими планетами. Попробуйте представить себе, как далеко находится Земля от Нептуна.
Относительная близость Венеры помогает объяснить, почему это второй по яркости объект в ночном небе. Она имеет видимую звездную величину около -4,9. Она также может полностью исчезнуть с ночного неба, когда находится на самой дальней, от нас, точке орбиты.
Видимая звездная величина зависит также от отражательной способности облаков из серной кислоты, которые доминируют в ее атмосфере. Эти облака отражают большую часть видимого света, увеличивая альбедо планеты.
Транзиты планеты
Венера будет периодически проходить по диску Солнца. Это называется транзитом по диску Солнца. Эти транзиты происходят парами с более чем столетним интервалом. С появлением телескопа, транзиты были обнаружены в 1631, 1639, 1761, 1769 и 1874, 1882 годах. Самые последние произошли 8 июня 2004 года и 6 июня 2012 года.
Венера всегда ярче любой звезды. Когда расстояние от нее до Земли наименьшее, яркость планеты в небе Земли наибольшая.
Она может быть легко заметна, когда Солнце находится низко над горизонтом. Она всегда находится примерно в 47 ° от Солнца.
Планета вращается быстрее, чем Земля, поэтому обгоняет ее каждые 584 дня. Когда это происходит, ее легче видеть утром, сразу после восхода Солнца.
| · · · · | |
Людей всегда интересовали неизведанные просторы космоса. Исследования других планет привлекали многих научных деятелей, да и простому человеку интересен вопрос о том, что же там в космосе? В первую очередь учёными обращается внимание на планеты Солнечной системы. Так как они ближе всего к Земле и их легче изучать. Особенно активно изучается загадочная красная планета - Марс. Давайте узнаем, какая планета больше - Марс или Земля, и попробуем понять, чем красное небесное тело так нас привлекает.
Краткая характеристика планет Солнечной системы. Их размеры
С Земли все планеты нашей системы кажутся нам мелкими светящимися точками, которые тяжело увидеть невооружённым глазом. Отличается от всех Марс - он кажется нам крупнее, чем остальные и иногда даже без телескопического оборудования можно увидеть его оранжевый свет.
Какая планета больше: Марс или Земля? Мы видим Марс так хорошо, потому что его размеры огромны, или он просто находится ближе к нам? Давайте разберёмся в этом вопросе. Для этого последовательно рассмотрим размеры всех планет, относящихся к Солнечной системе. Их разделили на две группы.
Земная группа планет
Меркурий - это самая маленькая планета. К тому же она находится ближе всех остальных к Солнцу. Её диаметр 4878 км.
Венера - планета, следующая по отдалённости от Солнца и самая близкая к Земле. Температура её поверхности достигает +5000 градусов по Цельсию. Диаметр Венеры - 12103 км.
Земля отличается тем, что имеет атмосферу и запасы воды, которые и дали возможность зародиться жизни. Размер её чуть больше Венеры и составляет 12 765 км.
Марс - четвёртая по счёту планета от Солнца. Земли и имеет диаметр по экватору 6786 км. Его атмосфера почти на 96 % состоит из Марс имеет более вытянутую орбиту вращения, чем Земля.
Планеты-гиганты
Юпитер - самая большая из планет Солнечной системы. Его диаметр 143000 км. Состоит он из газа, который находится в вихревом движении. Юпитер вертится вокруг своей оси очень быстро, приблизительно за 10 земных часов он делает полный оборот. Его окружают 16 спутников.
Сатурн - планета, которую оправданно можно назвать уникальной. Его структура имеет самую маленькую плотность. Ещё Сатурн известен своими кольцами, ширина которых 115000 км, а толщина 5 км. Он является второй по величине планетой Солнечной системы. Его размер 120000 км.
Уран необычен тем, что с помощью телескопа его можно увидеть в сине-зелёном цвете. Эта планета также состоит из газов, которые движутся со скоростью 600 км/ч. Диаметр составляет чуть больше 51 000 км.
Нептун состоит из смеси газов, большая часть которых - метан. Именно из-за этого планета приобрела синий цвет. Поверхность Нептуна окутана облаками из аммиака и воды. Размер планеты 49 528 км.
Самая удалённая планета от Солнца - Плутон, она не относится ни к одной из групп планет Солнечной системы. Его диаметр вдвое меньше чем у Меркурия и составляет 2320 км.
Характеристика планеты Марс. Особенности Красной планеты и сравнение ее размера с размером Земли
Вот мы и рассмотрели размеры всех планет Солнечной системы. Теперь можно ответить на вопрос о том, какая планета больше - Марс или Земля. В этом может помочь простое сравнение показателей диаметра планет. Размеры Марса и Земли отличаются вдвое. Красная планета почти вполовину меньше, чем наша Земля.
Марс является очень интересным космическим объектом для изучения. Масса планеты составляет 11 % от Температура на её поверхности меняется на протяжении суток от +270 до -700 градусов С. Резкий перепад связан с тем, что атмосфера Марса не такая плотная и состоит преимущественно из углекислого газа.
Описание Марса начинается с акцента на его насыщенном красном цвете. Интересно, что послужило причиной этому? Ответ прост - состав почвы, богатый на оксиды железа, и повышенная концентрация углекислого газа в его атмосфере. За такой специфический цвет древние люди называли планету кровавой и дали ей имя в честь римского бога войны - Ареса.
Поверхность планеты в основном пустынная, но имеются и тёмные области, природа которых ещё не изучена. Марса - равнина, а южное чуть поднятое от среднего уровня и усеяно кратерами.
Многие не знают, но на Марсе находится самая высокая гора во всей Солнечной системе - Олимп. Её высота от основания до вершины равна 21 км. Ширина этой возвышенности - 500 км.
Возможна ли
Все труды учёных-астрономов направлены на то, чтобы найти в космических просторах признаки жизни. Для того чтобы изучить Марс на присутствие живых клеток и организмов на его поверхности, неоднократно эту планету посещали марсоходы.
Многочисленные экспедиции уже доказали, что ранее на Красной планете присутствовала вода. Она и сейчас там есть, только в виде льда, и скрыта она под тонким слоем каменной почвы. Присутствие воды подтверждают также и снимки, на которых отчётливо видны русла марсианских рек.
Многие учёных хотят доказать, что человек может адаптироваться к жизни на Марсе. В доказательство такой теории приводятся следующие факты:
- Почти одинаковая скорость движения Марса и Земли.
- Сходство гравитационных полей.
- Углекислый газ можно использовать для получения жизненно необходимого кислорода.
Возможно, в дальнейшем развитие технологий позволит нам с лёгкостью совершать межпланетные путешествия и даже селиться на Марсе. Но в первую очередь человечество должно сохранять и оберегать свою родную планету - Землю, чтобы никогда не пришлось задумываться, какая планета больше - Марс или Земля, и сможет ли красная планета принять всех желающих переселенцев.