Видимые движения планет и конфигурации планет. Общая астрономия. Конфигурации планет Виды конфигурации планет

Все космогонические гипотезы можно разделить на несколько групп. Согласно одной из них Солнце и все тела Солнечной системы: планеты, спутники, астероиды, кометы и метеорные тела - образовались из единого газовопылевого, или пылевого облака. Согласно второй Солнце и его семейство имеют различное происхождение, так что Солнце образовалось из одного газовопылевого облака (туманности, глобулы), а остальные небесные тела Солнечной системы - из другого облака, которое было захвачено каким-то, не совсем понятным, образом Солнцем на свою орбиту и разделилось каким-то, еще более непонятным образом на множество самых различных тел (планет, их спутников, астероидов, комет и метеорных тел), имеющих самые различные характеристики: массу, плотность, эксцентриситет, направление обращения по орбите и направление вращения вокруг своей оси, наклонение орбиты к плоскости экватора Солнца (или эклиптики) и наклон плоскости экватора к плоскости своей орбиты.
Девять больших планет обращаются вокруг Солнца по эллипсам (мало отличающимся от окружностей) почти в одной плоскости. В порядке удаления от Солнца - это Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон . Кроме них в Солнечной системе множество малых планет (астероидов), большинство которых движется между орбитами Марса и Юпитера. Пространство между планетами заполнено крайне разреженным газом и космической пылью. Его пронизывают электромагнитные излучения.
Солнце в 109 раз больше Земли по диаметру и примерно в 333 000 раз массивнее Земли . Масса всех планет составляет всего лишь около 0,1% от массы Солнца, поэтому оно силой своего притяжения управляет движением всех членов Солнечной системы.

Конфигурация и условия видимости планет

Конфигурациями планет называют некоторые характернее взаимные расположения планет, Земли и Солнца.
Условия видимости планет с Земли резко различаются для планет внутренних (Венера и Меркурий), орбиты которых лежат внутри земной орбиты, и для планет внешних (все остальные).
Внутренняя планета может оказаться между Землей и Солнцем или за Солнцем. В таких положениях планета невидима, так как теряется в лучах Солнца. Эти положения называются соединениями планеты с Солнцем. В нижнем соединении планета ближе всего к Земле, а в верхнем соединении она от нас дальше всего.

Синодические периоды обращения планет и их связь с сидерическими периодами

Период обращения планет вокруг Солнца по отношению к звездам называется звездным или сидерическим периодом.
Чем ближе планета к Солнцу, тем больше ее линейная и угловая скорости и короче звездный период обращения вокруг Солнца.
Однако из непосредственных наблюдений определяют не сидерический период обращения планеты, а промежуток времени, протекающий между ее двумя последовательными одноименными конфигурациями, например между двумя последовательными соединениями (противостояниями). Этот период называется синодическим периодом обращения. Определив из наблюдений синодические периоды, путем вычислений находят звездные периоды обращения планет.
Синодический период внешней планеты - это промежуток времени, по истечении которого Земля обгоняет планету на 360° при их движении вокруг Солнца.

Законы Кеплера

Заслуга открытия законов движения планет принадлежит выдающемуся немецкому ученому Иоганну Кеплеру (1571 -1630). В начале XVII в. Кеплер, изучая обращение Марса вокруг Солнца, установил три закона движения планет.

Первый закон Кеплера . Каждая планета обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

Второй закон Кеплера (закон площадей). Радиус-вектор планеты за одинаковые промежутки времени описывает равные площади.

Третий закон Кеплера . Квадраты звездных периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей их орбит.

Среднее расстояние всех планет от Солнца в астрономических единицах можно вычислить, используя третий закон Кеплера. Определив среднее расстояние Земли от Солнца (т. е. значение 1 а.е.) в километрах, можно найти в этих единицах расстояния до всех планет Солнечной системы.Большая полуось земной орбиты принята за астрономическую единицу расстояний (=1 a.e.)
Классическим способом определения расстояний был и остается угломерный геометрический способ. Им определяют расстояния и до далеких звезд, к которым метод радиолокации неприменим. Геометрический способ основан на явлении параллактического смещения .

Параллактическим смещением называется изменение направления на предмет при перемещении наблюдателя .

ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ

Задача . Противостояния некоторой планеты повторяются через 2 года. Чему равна большая полуось ее орбиты?

Размер и форма Земли

На фотоснимках, сделанных из космоса, Земля выглядит как шар, освещенный Солнцем.
Точный ответ о форме и размере Земли дают градусные измерения , т. е. измерения в километрах длины дуги в 1° в разных местах на поверхности Земли. Градусные измерения показали, что длина 1° дуги меридиана в километрах в полярной области наибольшая (111,7 км), а на экваторе наименьшая (110,6 км). Следовательно, на экваторе кривизна поверхности Земли больше, чем у полюсов, а это говорит о том, что Земля не является шаром. Экваториальный радиус Земли больше полярного на 21,4 км. Поэтому Земля (как и другие планеты) вследствие вращения сжата у полюсов.
Шар, равновеликий нашей планете, имеет радиус, равный 6370 км. Это значение принято считать радиусом Земли.
Угол, под которым со светила виден радиус Земли, перпендикулярный к лучу зрения, называется горизонтальным параллаксом.

Масса и плотность Земли

Закон всемирного тяготения позволяет определить одну из важнейших характеристик небесных тел - массу, в частности массу нашей планеты. Действительно, исходя из закона всемирного тяготения, ускорение свободного падения g=(G*M)/r 2 . Следовательно, если известны значения ускорения свободного падения, гравитационной постоянной и радиуса Земли, то можно определить ее массу.
Подставив в указанную формулу значение g = 9,8 м/с 2 , G =6,67 * 10 -11 Н * м 2 /кг 2 ,

R =6370 км, найдем, что масса Земли М=6 x 10 24 кг. Зная массу и объем Земли, можно вычислить ее среднюю плотность.

Конфигурации планет

Условия видимости планет меняются по-разному: если Меркурий и Венеру можно видеть только утром или вечером, то остальные - Марс, Юпитер и Сатурн - бывают видны также и ночью. По временам одна или несколько планет могут быть вовсе не видны, поскольку они располагаются на небе поблизости от Солнца. В этом случае говорят, что планета находится в соединении с Солнцем. Если же планета располагается на небе вблизи точки, диаметрально противоположной Солнцу, то она находится в противостоянии. В этом случае планета появляется над горизонтом в то время, когда Солнце заходит, а заходит она одновременно с восходом Солнца. Следовательно, всю ночь планета находится над горизонтом. Соединение и противостояние, а также другие характерные расположения планеты относительно Солнца называются конфигурациями. Внутренние планеты (Меркурий и Венера), которые всегда находятся внутри земной орбиты, и внешние, которые движутся вне ее (все остальные планеты), меняют свои конфигурации по-разному. Названия различных конфигураций внутренних и внешних планет, которые характеризуют расположение планеты относительно Солнца на небе, приведены ниже. Конфигурации планет.

Ясно, что условия видимости планеты в той или иной конфигурации зависят от ее расположения по отношению к Солнцу, которое планету освещает, и Земли, с которой мы ее наблюдаем. Единственной конфигурацией, в которой может находиться любая планета, независимо от того, внутренняя она или внешняя, является верхнее соединение. В этом случае она находится на линии, соединяющей центры Солнца, Земли и планеты, за Солнцем - «выше» него. Поэтому Солнце, рядом с которым планета находится на небе, не дает возможности ее увидеть. Если же внутренняя планета расположена на той же линии между Землей и Солнцем, то происходит ее нижнее соединение с Солнцем. Внешняя планета может находиться на любом угловом расстоянии от Солнца (от 0 до 180°). Когда оно составляет 90°, то говорят, что планета находится в квадратуре. Для внутренних планет максимально возможное угловое удаление от Солнца (в элонгации) невелико: для Венеры - до 48°, а для Меркурия - всего 28°. Конфигурации планет периодически повторяются.

Общность газовых планет-гигантов

Любая из планет-гигантов превосходит по массе все планеты земной группы, вместе взятые. Крупнейшая планета Солнечной системы - Юпитер - в 11 раз по диаметру и в 300 с лишним раз по массе больше, чем Земля.

Все планеты-гиганты имеют мощные протяженные атмосферы, состоящие в основном из молекулярного водорода и содержащие также гелий (от 6 до 15% по объему), метан, аммиак, воду и некоторые другие соединения, в том числе более сложные. Сжатие этих планет, которое заметно даже на первый взгляд, вызвано их быстрым вращением вокруг оси. Характерно, что экваториальные области планет-гигантов вращаются быстрее, чем области, находящиеся ближе к полюсам. На Юпитере различие периодов вращения на разных широтах составляет около 6 мин, а на Сатурне превышает 20 мин. Наиболее изученным среди планет-гигантов является Юпитер, на котором даже в небольшой школьный телескоп видны многочисленные темные и светлые полосы, тянущиеся параллельно экватору планеты. Так выглядят облачные образования в его атмосфере, на уровне которых давление примерно такое же, как у поверхности Земли. Красновато-коричневый цвет полос объясняется, видимо, тем, что, помимо кристалликов аммиака, составляющих основу облаков, в них содержатся различные аэрозольные примеси, в частности соединения серы и фосфора

Планеты-гиганты находятся далеко от Солнца, поэтому там очень холодно. Температура в атмосфере Юпитера на уровне облачного слоя составляет всего 134 К (около -140 °С), Сатурна - 97 К, а на Уране и Нептуне она не превышает 60 К. Такая температура установилась на планетах не только за счет энергии, приходящей от Солнца, но и благодаря потоку энергии из их недр. На Юпитере, Сатурне и Нептуне он существенно больше потока солнечной энергии. Вместе с данными о химическом составе планет эти сведения позволяют рассчитать физические условия в их недрах - построить модели внутреннего строения планет-гигантов. Согласно такой модели для Юпитера температура в его центре составляет около 30 000 К, давление достигает 8*10в12 Па, а для Нептуна - 7000 К и 6*10в11 Па. Расчеты показывают, что по мере приближения к центру планеты водород вследствие возрастания давления должен переходить из газообразного в газожидкое состояние - так называют состояние вещества, при котором сосуществуют его газообразная и жидкая фазы. Когда при дальнейшем приближении к центру давление в миллионы раз превысит атмосферное давление, существующее на Земле, водород приобретает свойства, характерные для металлов. Металлическую фазу водорода удалось получить в лабораторных условиях на Земле.

Данные о природе и химическом составе спутников планет-гигантов, полученные в последние годы с помощью космических аппаратов, стали еще одним подтверждением справедливости современных представлений о происхождении тел Солнечной системы. В условиях, когда водород и гелий на периферии протопланетного облака почти полностью вошли в состав планет-гигантов, их спутники оказались похожими на Луну и планеты земной группы. Все эти спутники состоят из тех же веществ, что и планеты земной группы, - силикатов, оксидов и сульфидов металлов и т.д., а также водяного (или водно-аммиачного) льда. Относительное содержание каменистых и ледяных пород у отдельных спутников различно. На поверхности многих спутников помимо многочисленных кратеров метеоритного происхождения обнаружены также тектонические разломы и трещины их коры или ледяного покрова. Самым удивительным оказалось открытие на ближайшем к Юпитеру спутнике Ио около десятка действующих вулканов. Высота выброса при крупнейшем из этих извержений составила около 300 км, а его источником была вулканическая кальдера размером 24х8 км. Продолжительность большинства извержений превысила четыре месяца. Таким образом, первое достоверное наблюдение вулканической деятельности за пределами нашей планеты позволяет считать Ио наиболее вулканически активным объектом среди всех тел планетного типа. На спутнике Урана - Миранде - видны уникальные структуры поверхности. Их возникновение связано, видимо, с мощными ударными процессами, которые могли привести к разрушению спутника. Многие спутники планет-гигантов имеют небольшие размеры и неправильную форму.

Недавно найденные спутники скорее всего сформировались в главном астероидном поясе, расположенном между орбитами Марса и Юпитера (и стало быть представляют собой каменные, а не ледяные глыбы), а затем они были рассеяны под воздействием гравитации Юпитера и в результате каких-то непонятных процессов переместились в конце концов к Сатурну.

Исследования, проведенные с помощью космических аппаратов, показали, что, кроме множества спутников, все планеты-гиганты имеют еще и кольца.

С момента своего открытия в XVII в. кольца Сатурна долгое время считались уникальным образованием в Солнечной системе, хотя некоторые ученые высказывали предположения о наличии колец у Юпитера и других планет-гигантов. Уже в XIX в. в работах Джеймса Максвелла и Аристарха Аполлоновича Белопольского было доказано, что кольца не могут быть сплошными. «Исчезновения» колец Сатурна, которые случались примерно через 15 лет, когда Земля оказывалась в плоскости этих колец, можно было объяснить тем, что толщина колец мала. Постепенно стало очевидно, что кольца Сатурна представляют собой скопления небольших по размеру тел, крупных и мелких кусков, которые обращаются вокруг планет по почти круговым орбитам. Все они так малы, что по отдельности не видны. Благодаря их обращению вокруг планеты кольца кажутся сплошными, хотя сквозь кольца Сатурна, например, просвечивает и поверхность планеты, и звезды. Даже эти наиболее заметные кольца при общей ширине порядка 60 000 км имеют толщину не более 1 км. Снимки, сделанные с КА «Вояджер», показывают их сложное строение. Кольца всех остальных планет-гигантов, включая Юпитер, значительно уступают по размерам и яркости кольцам Сатурна.

Решебник по астрономии 11 класс на урок №6 (рабочая тетрадь) - Гелиоцентрическая система Коперника

1. Кратко опишите системы мира:

а) по Птолемею: геоцентрическая система, все небесные тела движутся около неподвижной Земли, которая является центром.

б) по Копернику: Земля - третья планета от Солнца и обращает Солнце за один звёздный год; планеты движутся в пространстве вокруг Солнца - центра.

2. Закончите предложения.

Планетой называют небесное тело, движущееся вокруг звезды в её гравитационном поле, имеющее форму, близкую к сферической, светящееся отражённым от звезды светом.

Помимо общего суточного движения планеты на фоне звезд описывают сложные петлеобразные пути. При медленном перемещении с запада на восток движение планеты называют прямым, а при перемещения с востока на запад - обратным, или попятным.

Конфигурациями планет называют характерные взаимные расположения планет, Земли и Солнца.

3. Перечислите:

а) нижние планеты: Венера и Меркурий;
б) верхние планеты: Марс, Юпитер, Уран, Нептун, Сатурн.

4. Используя рисунок 6.1, укажите основные конфигурации планет при их расположении в точках 1-8.

1. Соединение
2. верхнее соединение
3. наибольшее удаление (восточная элонгация)
4. нижнее соединение
5. наибольшее удаление (западная элонгация)
6. противостояние
7. восточная квадратура
8. западная квадратура

5. Используя рисунок 6.1, ответьте на вопросы.

В какой конфигурации на минимальное расстояние к Земле подходит нижняя планета?

В нижнем соединении.

В какой конфигурации на минимальное расстояние к Земле подходит верхняя планета?

В противостоянии.

6. Заполните таблицу условий видимости планет с Земли (благоприятные, неблагоприятные условия видимости).

7. Какие планеты могут проходить по диску Солнца?

Венера, Меркурий.

8. Дайте определения понятиям.

Синодический период обращения - промежуток времени между двумя последовательными одноимёнными конфигурациями планеты.

Сидерический (или звездный) период обращения - промежуток времени, в течение которого планета совершает полный оборот вокруг Солнца по орбите относительно звёзд.

9. Запишите формулы взаимосвязи синодического и сидерического периодов обращений:

а) для нижних планет: 1/S = 1/T = 1/T З
б) для верхних планет: 1/S = 1/T З - 1/T

10. Решите задачи.

Вариант 1.

1. Каков синодический период Марса, если его звездный период Т- 1,88 земного года?

2. Нижние соединения Меркурия повторяются через 116 суток. Определите сидерический период Меркурия.

Вариант 2.

1. Определите звездный период Венеры, если ее нижние соединения повторяются через 584 суток.

2. Через какой промежуток времени повторяются противостояния Юпитера, если его сидерический период Т= 11,86 года?

Конфигурация: В Викисловаре есть статья «конфигурация» Конфигурация (астрономия) … Википедия

Астрономия Древней Греции астрономические познания и взгляды тех людей, которые писали на древнегреческом языке, независимо от географического региона: сама Эллада, эллинизированные монархии Востока, Рим или ранняя Византия. Охватывает… … Википедия

конфигурация - и, ж. configuration f., нем. Konfiguration <лат. configuratio подобие. 1. астр. Взаимное расположение планет. Сл. 18. Всякое различие отстояния неба и звезд, от их разстояний между собою, конфигурации, и от схождения и расхождения происходит.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

Конфигурации планет. У этого термина существуют и другие значения, см. Квадратура. Квадратура в астрономии такая конфигурация Луны или верхней планеты (то есть план … Википедия

Схема соединения Марса с Солнцем Соединение (в астрономии) такая конфигурация небесных тел, при которой их эклиптические долготы равны. Иногда использ … Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Марс. Марс Снимок Марса … Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Парад планет (значения). Соединение Меркурия … Википедия

Соединение планет («Парад планет») в астрономии расположение двух или нескольких объектов Солнечной системы (Солнца, Луны, планет, комет, астероидов и др.) или объекта Солнечной системы и звезды так, что и их эклиптические долготы (иногда прямые… … Википедия

Разработки уроков (конспекты уроков)

Среднее общее образование

Линия УМК Б. А. Воронцова-Вельяминова. Астрономия (10-11)

Внимание! Администрация сайта сайт не несет ответственности за содержание методических разработок, а также за соответствие разработки ФГОС.

Цель урока

Анализировать условия видимости внешних и внутренних планет.

Задачи урока

• Проанализировать конфигурации планет как различие положения Солнца и планеты относительно земного наблюдателя; исследовать условия видимости планет при различных конфигурациях; ввести понятия синодического и сидерического периодов обращения планет и получить аналитическую зависимость между ними для внешних и внутренних планет.

Виды деятельности

Строить логичные устные высказывания, характеризовать условия видимости астрономических объектов (внешних и внутренних планет), извлекать информацию из текста научного содержания, осуществлять самоконтроль деятельности, использовать полученные знания в повседневной жизни, осуществлять рефлексию познавательной деятельности.

Ключевые понятия

Конфигурация планет, синодический период, сидерический период, внешние планеты, внутренние планеты, условия видимости планет, элонгация, соединение, противостояние, квадратура.