Видимое движение планет и символы. Движение небесных тел Траектория движения венеры по небу
Еще в стародавние времена ученые мужи начали понимать, что не Солнце вращается вокруг нашей планеты, а все происходит с точностью наоборот. Точку в этом спорном для человечества факте поставил Николай Коперник. Польский астроном создал свою гелиоцентрическую систему, в которой убедительно доказал, что Земля не является центром Вселенной, а все планеты, по его твердому убеждению, вращаются по орбитам вокруг Солнца. Работа польского ученого «О вращении небесных сфер», была издана в немецком Нюрнберге в 1543 году.
Представления о том, как расположены планеты на небосводе первым в своем трактате «Великое математическое построение по астрономии», высказал древнегреческий астроном Птолемей. Он первым предположил, что они совершают свои движения по кругу. Но Птолемей ошибочно считал, что все планеты, а также Луна и Солнце движутся вокруг Земли. До работы Коперника его трактат считался общепринятым как в арабском, так и западном мире.
От Браге до Кеплера
После смерти Коперника его труды продолжил датчанин Тихо Браге. Астроном, являющийся весьма состоятельным человеком, оборудовал принадлежащий ему остров, внушительными бронзовыми кругами, на которые наносил результаты наблюдения за небесными телами. Результаты, полученные Браге, помогли в исследовании математику Иоганну Кеплеру. Движение планет Солнечной системы именно немец систематизировал и вывел три своих знаменитых закона.
От Кеплера до Ньютона
Кеплер впервые доказал, что все 6 известных к тому времени планет двигаются вокруг Солнца не по кругу, а по эллипсам. Англичанин Исаак Ньютон, открыв закон всемирного тяготения, существенно продвинул представления человечества об эллиптических орбитах небесных тел. Его объяснения, что приливы и отливы на Земле происходят под влиянием Луны, оказались убедительными для научного мира.
Вокруг Солнца
Сравнительные размеры крупнейших спутников Солнечной системы и планет Земной группы.
Срок, за который планеты совершают полный оборот вокруг Солнца, естественно различный. У Меркурия, самой ближней к звезде, он составляет 88 земных суток. Наша Земля проходит цикл за 365 дней и 6 часов. Самая крупная в Солнечной системе планета Юпитер завершает свой оборот за 11,9 земных лет. Ну а у Плутона, — наиболее удаленной от Солнца планеты оборот и вовсе составляет 247,7 года.
Следует также учесть, что все планеты в нашей Солнечной системе движутся, не вокруг светила, а вокруг так называемого центра масс. Каждая при этом, вращаясь вокруг своей оси, слегка раскачиваются (подобно юле). К тому же и сама ось может ненамного смещаться.
Слайд 2
Состав Солнечной системы
Планеты- 8 больших планет со спутниками и кольцами: Меркурий, Венера, Земля (с Луной), Марс (с Фобосом и Деймос), Юпитер (с кольцом и не менее 63 спутников), Сатурн (с мощным кольцом и не менее 55 спутников) – эти планеты видны невооруженным глазом; Уран (открыт в 1781г, с кольцом и не менее 29 спутника), Нептун (открыт в 1846г, с кольцом и не менее 13 спутников). Карликовые планеты - Плутон (открыт в 1930г, его спутник Харон - была планетой до 24.08.2006 года), Церера (первый астероид открыт в 1801г), и объекты пояса Койпера: Эрис (136199, открыт в 2003г) и Седна (90377, открыт в 2003г). Малые планеты – астероиды = (первый Церера открыт в 1801г - переведен в разряд карликовых планет), расположены в основном в 4-х поясах: Главном – между орбитами Марса и Юпитера, поясе Койпера – за орбитой Нептуна, троянцы: на орбите Юпитера и Нептуна. Размеры менее 800 км. Известно почти 300 000. Кометы – небольшие тела до 100 км в диаметре, конгломерат пыли и льда, движущиеся по очень вытянутым орбитам. Облако Оорта (резервуар комет) на периферии Солнечной системы (3000 – 160000 а.е). Метеорные тела – небольшие тела от песчинок до камней в несколько метров диаметром (образуются от комет и дробления астероидов). Небольшие при входе в земную атмосферу сгорают, а те, которые достигают Земли – метеориты. Межпланетная пыль – от комет и дробления астероидов. Межпланетный газ – от Солнца и планет, очень разряжен. Электромагнитное излучение и гравитационные волны.
Слайд 3
Петлеобразное движение планет
Более чем за 2000 лет до НЭ люди заметили, что некоторые звезды перемещаются по небу – их позже греки назвали “блуждающими” – планетами. Нынешнее название планет заимствовано у древних римлян. Выяснилось, что планеты блуждают в зодиакальных созвездиях. Поскольку при наблюдении с Земли на движение планет вокруг Солнца накладывается еще и движение Земли по своей орбите, планеты перемещаются на фоне звезд то с запада на восток (прямое движение), то с востока на запад (попятное движение). Объяснить это движение смог к 1539 году польский астроном Николай Коперник (1473-1543). Для внутренней, Венеры Для внешней, Марса Характер видимого движения планеты зависит от того, к какой группе она принадлежит.
Слайд 4
Видимое движение Марса среди звёзд в период с 1.10.2007 по 1.04.2008 Венера и Юпитер в лучах вечерней зари. Редкое небесное явление: пять планет Солнечной системы (все какие только можно увидеть невооруженным глазом) встретились на вечернем небе! С 13 по 16 мая 2002г возле "блуждающих светил" присутствовал серп молодой Луны.
Слайд 5
Конфигурация планет
Для нижних(внутренних) соединениепланета находится на прямой Солнце-Земля. верхнее– планета за Солнцем (V2). нижнее– планета перед Солнцем (V4). элонгация- угловое удаление планеты от Солнца. мак: Меркурия-28о, Венеры-48о. восточная - планета видна на востоке до восхода Солнца в лучах утренней зари(V1). западная– планета видна на западе в лучах вечерней зари после захода Солнца(V3). Нижние (внутренние) – планеты, орбиты которых расположены внутри земной орбиты. Верхние (внешние) – планеты, орбиты которых находятся за орбитой Земли. Конфигурация – характерное взаимное расположение планеты, Солнца и Земли. Для верхних (внешних) соединение- планета за Солнцем, на прямой Солнце-Земля (М1). противостояние–планета за Землей от Солнца – лучшее время наблюдения внешних планет, она полностью освещена Солнцем(М3). квадратура- четверть круга западная–планета наблюдается в западной стороне (М4). восточная–наблюдается в восточной стороне (М2). Виды Внешняя планета может находиться на любом угловом расстоянии от Солнца.
Слайд 6
Условия видимости внутренних планет Внутренние планеты лучше всего видны при максимальном удалении от Солнца (в элонгации), которая для Меркурия составляет 28о, Венеры-48о.
Слайд 7
Периоды обращения планет
В ходе разработки гелиоцентрической системы строения мира Николай Коперник к 1539 году получил формулы (уравнения синодического периода) для расчета периодов обращения планет и впервые их вычислил. Нижние (внутренние) планеты движутся по орбите быстрее Земли, а верхние (внешние) медленнее. Сидерический (T –звездный) –промежуток времени в течение которого планета совершает полный оборот вокруг Солнца по своей орбите относительно звезд.Синодический (S) – промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми конфигурациями планеты. для внутренних для внешних
Слайд 8
В зените рефракция минимальна - она возрастает по мере наклона к горизонту до 35" и сильно зависит от физических характеристик атмосферы: состава, плотности, давления, температуры. Вследствие рефракции истинная высота небесных светил всегда меньше их видимой высоты. Искажаются форма и угловые размеры светил: на восходе и закате близ горизонта "сплющиваются" диски Солнца и Луны, поскольку нижний край диска поднимается рефракцией сильнее верхнего. Преломление лучей звездного света в атмосферных слоях (потоках) разной плотности вызывает мерцание звезд - неравномерные усиления и ослабления их блеска, сопровождающиеся изменениями их цвета. Астрономическая рефракция - явление преломления (искривления) световых лучей при прохождении через атмосферу, вызванное оптической неоднородностью атмосферы. Рефракция изменяет зенитное расстояние (высоту) светил, "поднимая" изображения светил над их истинными положениями.
Посмотреть все слайды
О пыль миров! О рой священных пчел!
Я исследил, измерил, взвесил, счел,
Дал имена, составил карты, сметы
Но ужас звезд от знания не потух.
М. Волошин
Урок 1/7
Тема: Видимое движение планет.
Цель: Познакомить учащихся с составом Солнечной системы, понятий о космических и небесных явлениях, связанных с обращением планет вокруг Солнца и видимым движением других космических тел: петлеобразным движением планет, конфигурациями и их видами, периодами обращения.
Задачи
:
1. Обучающая
: систематизация понятий о небесных явлениях: видимом движении и конфигурациях планет, наблюдающихся в результате взаимного перемещения и расположения небесных светил относительно земного наблюдателя; подробное рассмотрение причин и характеристик космического явления обращения планет вокруг Солнца и его следствий - небесных явлений: видимого движения внутренних и внешних планет на небесной сфере и их конфигураций (верхнего и нижнего соединений, элонгаций, противостояний, квадратур), атмосферной рефракции.
2. Воспитывающая
: формирование научного мировоззрения в ходе знакомства с историей человеческого познания и объяснения повседневно наблюдаемых небесных явлений; борьба с религиозными предрассудками.
3. Развивающая
: формирование умений выполнять упражнения на применение основных формул сферической астрономии при решении соответствующих расчетных задач и применять подвижную карту звездного неба, звездные атласы, справочники, Астрономический календарь для определения положения и условий видимости небесных светил и протекания небесных явлений.
Знать
1-й уровень (стандарт)-
общую характеристику состава Солнечной системы (сведения о телах и характерные закономерности), видами конфигурации, понятием синодического и сидерического периодов обращения и их взаимосвязи.
2-й уровень
- общую характеристику состава Солнечной системы (сведения о телах и характерные закономерности), видами конфигурации, понятием синодического и сидерического периодов обращения и их взаимосвязи, формулы, выражающие связь между сидерическими и синодическими периодами обращения и вращения планет;
Уметь:
1-й уровень (стандарт)
- определять вид конфигурации и производить простейшие вычисления периодов обращения, использовать Астрономические календари, справочники и подвижную карту звездного неба для определения условий наступления и протекания данных небесных явлений.
2-й уровень
- определять вид конфигурации, использовать Астрономические календари, справочники и подвижную карту звездного неба для определения условий наступления и протекания данных небесных явлений, решать задачи, связанные с расчетом положения и условий видимости планет с учетом формул, выражающих связь сидерических и синодических периодов их обращения и вращения.
Оборудование: Таблица “Солнечная система”, слайд-фильм “Строение Солнечной системы”, диапозитивы: петлеобразное движение планеты, конфигурация и фазы внутренних планет, модель планетной системы, д/ф “Видимое движение небесных тел”, к/ф “Планетная система”, “Петля Марса”. Таблица - “Состав Солнечной системы”. ПКЗН. CD- "Red Shift 5.1" (Экскурсии -2. Солнце, Земля и Луна - Зигзаги планет; принцип нахождение небесного объекта в заданный момент времени, Лекции - Блуждающие планеты).
Межпредметная связь: математика (развитие вычислительных навыков и геометрических представлений), первоначальное представление учащиеся о строении Солнечной системы, полученных в курсах природоведения и истории.
Ход урока:
1.Повторение материала (8-10мин)
А) Вопросы:
- Сообщение о календаре.
- Решение задачи №4 (стр. 29).
- Решение задачи №5 (стр. 29).
- Решение задачи №7 (стр. 29).
- Связь времени с долготой. Всемирное и другие виды времени.
Б) Остальные: 1. Кроссворд
2. Укажите причины небесных явлений , отмечая напротив каждого варианта вопроса верный номер варианта ответа, например: А1; Б2; В3 и т.д.
3. Работа по вопросам .
- Азимут светила 45°, а высота 60°. В какой стороне неба светило? [на западе]
- Определите созвездие в котором находится звезда α=4 ч 14 м, δ=16°28". [α- Тельца - Алдебаран]
- Когда в течение суток зенитное расстояние Солнца равно 90 о? [ восход, заход]
- Сколько суток содержал в 1918г в РФ в связи с реформой, календарь?
- Планета видна на расстоянии 120 о от Солнца. Верхняя или нижняя эта планета? [верхнее]
- 20 марта 1997г было противостояние Марса. В каком созвездии находился Марс? [Рыбы - точка γ]
- Сохранится ли видимая с Земли конфигурация созвездий, если астронавт будет наблюдать звездное небо с Марса? [да]
2. Новый материал (15мин)
1. Состав Солнечной системы:
- Планеты- На сегодня известно 8 больших планет со спутниками и кольцами: Меркурий, Венера, Земля (с Луной), Марс (с Фобосом и Деймос), Юпитер (с кольцом и не менее 63 спутников), Сатурн (с мощным кольцом и не менее 60 спутников) - эти планеты видны невооруженным глазом; Уран (открыт в 1781г, с кольцом и не менее 27 спутника), Нептун (открыт в 1846г, с кольцом и не менее 13 спутников).
- Карликовые планеты - Плутон (открыт в 1930г, с Хароном и еще 2 спутниками = был планетой до 24.08.2006 года), Церера (первый астероид открыт в 1801г), и объекты пояса Койпера: Зена (Xena, объект 2003UB313 - официальное название 136199 Eris (Эрис)) и Седна (объект 90377), находящиеся за орбитой Плутона и открытые в 2003 году.
- Малые планеты - астероиды = (первый Церера открыт в 1801г - переведен в разряд карликовых планет с 24.08.2006г), расположены в основном в 4-х поясах: Главном - между орбитами Марса и Юпитера, поясе Койпера - за орбитой Нептуна, троянцы: на орбите Юпитера и Нептуна. Размеры менее 800 км. Сейчас известно почти 400 000.
- Кометы - небольшие тела до 100 км в диаметре, конгломерат пыли и льда, движущиеся по очень вытянутым орбитам. Облако Оорта (резервуар комет) находится на периферии Солнечной системы.
- Метеорные тела - небольшие тела от песчинок до камней в несколько метров диаметром (образуются от комет и дробления астероидов). Небольшие при входе в земную атмосферу сгорают, а те, которые достигают Земли - метеориты.
- Межпланетная пыль - от комет и дробления астероидов. Мелкая выталкивается на периферию Солнечной системы солнечным давлением, а более крупные притягиваются планетами и Солнцем.
- Межпланетный газ - от Солнца и планет, очень разряжен. В нем распространяется “солнечный ветер” - поток плазмы (ионизированного газа от Солнца).
- Электромагнитное излучение и гравитационные поля - Солнечная система пронизана магнитными полями Солнца и планет, гравитационными полями и электромагнитными волнами различной длины волн, порождаемые планетами и Солнцем.
2. Петлеобразное движение планет
 |
Более чем за 2000 лет до НЭ люди заметили, что некоторые звезды перемещаются по небу - их позже греки назвали “блуждающими” - планетами
. К ним относили Луну и Солнце. Нынешнее название планет заимствовано у древних римлян. Выяснилось, что планеты блуждают в зодиакальных созвездиях. Но объяснить смог только Н.Коперник
в начале 16в видимым отображением на небесной сфере в силу движения Земли и планет с разными скоростями вокруг Солнца. Траектория движения небесного тела называется его орбитой . Скорости движения планет по орбитам убывают с удалением планет от Солнца. Плоскости орбит всех планет Солнечной системы лежат вблизи плоскости эклиптики, отклоняясь от нее: Меркурий на 7 о , Венера на 3,5 о ; у других наклон еще меньше. По отношению к орбите и условиям видимости с Земли планеты разделяются на внутренние (Меркурий, Венера) и внешние (Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Внешние планеты всегда повернуты к Земле стороной, освещаемой Солнцем. Внутренние планеты меняют свои фазы подобно Луне. |
3. Конфигурация планет.
 |
Конфигурация
- характерное взаимное расположение планет относительно Солнца и Земли.  Нижние - соединение (верхнее и нижнее - планета находится на прямой Солнце-Земля) и элонгация (западная и восточная - наибольшее угловое удаление планеты от Солнца: Меркурия-28 о , Венеры-48 о - лучшее время наблюдения планет). В нижнем соединении Венера и Меркурий периодически проходят по диску Солнца : Меркурий в мае и ноябре 13 раз в 100 лет. Последние прошли 7.05.2003г и 8.11.2006г, а будут 9.05.2016г и 11.11.2019г. Венера в июне и декабре повторяются через 8 и 105,5, или 8 и 121,5 лет, последнее было 8.06.2004г а будет 6.06.2012г. Верхние - квадратура (западная и восточная - четверть круга) и соединение (противостояние - когда планета за Землей от Солнца - лучшее время наблюдения внешних планет, она полностью освещена Солнцем). |
4. Периоды обращения планет.
В ходе разработки гелиоцентрической системы строения мира Н.Коперник
получил формулы (уравнения синодического периода
) для расчета периодов обращения планет и впервые их вычислил.
Сидерический (T - звездный)
- промежуток времени в течение которого планета совершает полный оборот вокруг Солнца по своей орбите относительно звезд
.
Синодический
(S
) - промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми конфигурациями планеты
.
.jpg) |
Нижние (внутренние) планеты движутся по орбите быстрее Земли, а верхние (внешние) медленнее. Если планета совершает полный оборот за период Т , то в сутки она сместится по орбите на 360 о /Т , а Земля на 360 о /Т з . Тогда для нижней планеты разность средних смещений есть наблюдаемое суточное смещение 360 о /S=360 о /Т - 360 о /Т з или 1/S=1/Т - 1/Т з (фор.12) , а для верхней 1/S=1/Т з - 1/Т (фор.13) внутренней |
.jpg)
внешней
 Астрономическая рефракция
- явление преломления (искривления) световых лучей при прохождении через атмосферу, вызванное оптической неоднородностью атмосферного воздуха. Вследствие уменьшения плотности атмосферы с высотой искривленный луч света обращен выпуклостью в сторону зенита. Рефракция изменяет зенитное расстояние (высоту) светил по закону: r = a
* tg z
, где: z
- зенитное расстояние, a
= 60,25" - постоянная рефракции для земной атмосферы (при t
= 0 о
С, p
= 760 мм. рт. ст.).В зените рефракция минимальна - она возрастает по мере наклона к горизонту до 35" и сильно зависит от физических характеристик атмосферы: состава, плотности, давления, температуры. Вследствие рефракции истинная высота небесных светил всегда меньше их видимой высоты: рефракция "поднимает" изображения светил над их истинными положениями. Искажаются форма и угловые размеры светил: на восходе и закате близ горизонта "сплющиваются" диски Солнца и Луны, поскольку нижний край диска поднимается рефракцией сильнее верхнего. Искажается показатель преломления света в зависимости от длины волны: при очень чистой атмосфере человек может увидеть на заходе или восходе Солнца редкий "зеленый луч". Поскольку расстояния до звезд несравнимо превосходят их размеры, можно считать звезды точечными источниками света, лучи которых распространяются в пространстве по параллельным прямым. Преломление лучей звездного света в атмосферных слоях (потоках) разной плотности вызывает мерцание звезд - неравномерные усиления и ослабления их блеска, сопровождающиеся изменениями их цвета ("игрой звезд"). |
| Земная атмосфера рассеивает солнечный свет на случайных микроскопических неоднородностях плотности воздуха, сгущениях и разрежениях размерами 10 -3
-10 -9
м. Интенсивность рассеяния света обратно пропорциональна четвертой степени длины световой волны (закон Рэлея). Сильнее всего рассеиваются короткие волны: фиолетовые, синие и голубые лучи, слабее всего - оранжевые и красные. Вследствие этого земное небо имеет днем голубой
цвет. Ночью на Земле никогда не бывает абсолютно темно: рассеянный в атмосфере свет звезд и давно зашедшего Солнца создает ничтожно малую освещенность в 0,0003 лк. Продолжительность светового времени суток - дня всегда превышает промежуток времени от восхода до захода Солнца. Рассеяние солнечных лучей в земной атмосфере порождает сумерки , плавный переход от светлого времени суток - дня к темному - ночи, и обратно. Сумерки возникают из-за подсвечивания верхних слоев атмосферы Солнцем, находящимся ниже линии горизонта. Продолжительность их определяется положением Солнца на эклиптике и географической широтой места. Различают гражданские сумерки: период времени от захода Солнца (верхнего края солнечного диска) до его погружения на 6 о -7 о под горизонт; навигационные сумерки - до момента погружения Солнца под горизонт на 12 о; астрономические сумерки - пока угол не составит 18 о . На высоких (± 59,5 о ) широтах Земли наблюдаются белые ночи - явление прямого перехода вечерних сумерек в утренние при отсутствии темного времени суток. Обобщено в таблице. |
| Космические явления | Небесные явления, возникающие вследствие данных космических явлений |
| Атмосферные явления | 1) Атмосферная рефракция: - искажение небесных координат светил; - необходимость поправки экваториальных координат небесных светил на рефракцию; - искажение формы и угловых размеров небесных светил по высоте на восходе и закате; - мерцание звезд; - "зеленый луч". 2) Рассеяние света в атмосфере Земли: - голубой цвет дневного неба; - синий, сиреневый цвет вечернего (утреннего) неба; - сумерки. - продолжительность светового времени суток (дня) всегда превышает промежуток времени от восхода до захода Солнца; - белые ночи; полярный день и полярная ночь на высоких широтах; - свечение ночного неба; - заря; красный цвет зари; - покраснение дисков Солнца и Луны на восходе и закате. |
III. Закрепление материала 8 мин)
- Просмотреть пример №3 (стр. 34).
- Марс в противостоянии виден в созвездии Весов. В каком созвездии находится в это время Солнце? (Овен)
- В каком созвездии находится Меркурий (Венера), если планета сейчас в верхнем (нижнем) соединении с Солнцем? (по ПКЗН в зодиакальных созвездиях нахождения Солнца)
- 21 июля 2001 года Меркурий в наибольшей западной элонгации. В каком созвездии в какое время суток и сколько времени можно наблюдать эту планету? (В западной элонгации планета наблюдается вечером, по ПКЗН Близнецы-Телец, 28 о /15 о =1час 52 мин).
- Каковы условия видимости Земли с поверхности Луны? Орбиты спутника Венеры? С поверхности Марса? (Обратить внимание на положение Солнца, мешающего видимости)
- CD- "Red Shift 5.1":
= показывается (при необходимости) принцип нахождения объекта в заданное время и пример для Марса нахождения предыдущего и следующего противостояния. (26.10.2006г и 5.12.2008г)
= в каких созвездиях, какова фаза, звездная величина, элонгация и угловой диаметр планет, Солнца, Луны (находим лучше всего в астрономическом календаре)
= какие планеты в октябре находятся в соединении с Солнцем (для 2007г это Меркурий в нижнем) - Какова продолжительность года на Марсе, если между двумя противостояниями проходит 780 d ? (1/S=1/Т з - 1/Т , отсюда Т= (Т з. S)/(S- Т з)= (365,25 . 780)/(780-365,25)=686,9 d)
- Наиболее удобно наблюдать Меркурий вблизи его элонгаций. Почему? Как часто они повторяются, если год на Меркурии равен 88 d ? (не так мешает свет Солнца, 1/S=1/Т - 1/Т з , отсюда S=(88 . 365,25)/(365,25-88)=115,9 d)
- Противостояние Юпитера наблюдалось 30 апреля 1994г в 13,9 ч. Когда будет следующее противостояние? Будет ли оно видно?
Решение: По формуле 13 получим S =1,092года=1,092 . 365,25=1 год + 34 дня. Добавляем к данной дате и получим противостояние 2 июня 1995г. По ПКЗН находим - созвездии Змееносца между 16 и 17 час, то есть в дневное время - не видимо.
Итог:
1) Что такое конфигурация? Ее виды.
2) Что такое сидерический и синодический период?
3) Состав Солнечной системы.
4) Почему на звездных картах не указывают положения планет?
5) В каких созвездиях надо искать на небе планеты?
6) Какие планеты могут наблюдаться на фоне диска Солнца?
7) Сдать контрольную работу, кроссворд, сообщение, опросник (то что делали - что задавалось) по первой главе "Введение в астрономию".
8) Оценки
Домашнее задание:
§7; вопросы и задания стр. 35.
Задания из сборника олимпиадных задач В.Г. Сурдина:
4.10. На Земле солнечные сутки длиннее звездных, а на Венере - наоборот. Почему? (для решения нужно помнить, что Земля вращается вокруг своей оси в противоположном направлении от направления, в котором она обращается вокруг Солнца. Венера - единственная из планет Солнечной системы, вращающаяся в том же направлении, в котором она обращается вокруг Солнца. Солнце на Венере опускается за горизонт раньше звезд, одновременно с которыми оно взошло).
4.13. Считается, что у Венеры бывает либо утренняя, либо вечерняя видимость. А можно ли наблюдать Венеру в течение одних суток и утром и вечером? (Ответ: "да". Явление "двойной видимости" Венеры наблюдается в случае большого различия между склонениями Солнца и Венеры. В этом случае в средних и северных широтах Венера всходит чуть раньше Солнца, а заходит чуть позже Солнца).
последнее изменение 14.10.2009 года
| «Планетарий» 410,05 мб | Ресурс позволяет установить на компьютер учителя или учащегося полную версию инновационного учебно-методического комплекса "Планетарий". "Планетарий" - подборка тематических статей - предназначены для использования учителями и учащимися на уроках физики, астрономии или естествознания в 10-11 классах. При установке комплекса рекомендуется использовать только английские буквы в именах папок. | ||
| Демонстрационные материалы 13,08 мб | Ресурс представляет собой демонстрационные материалы инновационного учебно-методического комплекса "Планетарий". | ||
Солнце. Движение Солнца является наиболее простым, оно перемещается относительно звезд, все время двигаясь с запада на восток (в направлении, противоположном суточному вращению небесной сферы) и совершает полный оборот, т. е. возвращается в свое первоначальное положение относительно неподвижных звезд, через 365,2564 средних солнечных суток. Этот период называется сидерическим годом. Путь Солнца относительно звезд называется эклиптикой. Скорость движения Солнца по эклиптике непостоянна (это связано с эллиптичностью орбиты Земли). Наиболее быстро оно движется в начале января (ок. 1°7" в сутки), а наиболее медленно - в начале июля (ок. 57" в сутки).
Луна. Видимое движение Луны на первый взгляд представляется простым. Она, неизменно имея прямое движение, смещается относительно звезд на 12-13° за сутки. Полный период обращения Луны называется месяцем. При более детальном рассмотрении обнаруживаются весьма сложные особенности ее движения - такие, что уравнения небесной механики, описывающие движение Луны, включают в себя тысячи членов.
Планеты. В своем видимом движении планеты всегда остаются вблизи эклиптики, их максимальное удаление не превышает 6° (исключение составляет Плутон, у которого эта величина может доходить до 17°). Пояс шириной в 6° по обе стороны от эклиптики назван Зодиаком. Видимый путь любой планеты, нанесенный на звездную карту, представляет собой сложную кривую с зигзагами и петлями. Большую часть времени планеты перемещаются относительно звезд так же, как и Солнце, т. е. с запада на восток (прямое движение). Через некоторый промежуток времени, специфический для каждой планеты (зависящий от периода обращения ее вокруг Солнца), планета замедляет свое прямое движение и как бы останавливается (стояние). Затем она начинает перемещаться в обратном направлении, т. е. с востока на запад (ретроградное движение). Продолжительность периода такого движения для одной и той же планеты каждый раз приблизительно одна и та же (для Меркурия ок. 17 дней, Венеры - 41 день, Марса - 70 дней и т. д.). К концу периода ретроградного движения скорость перемещения планеты вновь замедляется, затем наблюдается стояние, и планета возобновляет свое прямое движение (объяснение видимого движения планет см.: в статье Гелиоцентрическая система мира). Видимое движение нижних планет происходит так, что их максимальное удаление от Солнца не превышает некоторой величины (см.: Элонгация). В отличие от верхних планет у нижних различают два вида соединений: верхнее и нижнее. Нижняя планета, пройдя верхнее соединение (в это время она имеет прямое движение, более быстрое, чем Солнце), удаляется от Солнца на восток и становится видна как вечерняя звезда, постепенно замедляя свое движение. Достигнув максимальной восточной элонгации, планета имеет скорость прямого движения меньшую, чем скорость движения Солнца. Оно постепенно догоняет планету и вступает с ней в нижнее соединение. В этот момент планета имеет ретроградное движение. Пройдя нижнее соединение, Солнце опережает планету, которая вскоре становится видна на утреннем небосклоне как утренняя звезда. Достигнув максимальной западной элонгации, планета снова начинает двигаться быстрее Солнца, догоняет его, вступая с ним в верхнее соединение, и весь цикл повторяется вновь.
ВИДИМОЕ ДВИЖЕНИЕ
У нас, наблюдающих небо с Земли, создается впечатление (в противоположность объективной реальности), что Солнце вращается вокруг нас - в то время как на самом деле. мы вращаемся вокруг него... Это явление и называется видимым движением. В астрологии положение планет определяют относительно Земли, а не Солнца. Таким образом, говорят о «геоцентрической» долготе* (от греч. Gea - Земля), а не о «гелиоцентрической» (греч. Helios - Солнце).
ВИДИМОЕ ДВИЖЕНИЕ
Стало астрологической традицией говорить о зодиаке и небесных телах так, как будто они вращаются вокруг Земли, а Земля остается неподвижной. Чтобы другие люди не считали, что астрология замкнулась на доко-перниковском взгляде на мир, астрологи иногда уточняют, что речь идет о видимом движении звезд и планет. Таким образом, астрологи следуют за известной традицией, отталкивающейся от ежедневного появления и исчезновения Солнца (например, «восход» и «заход» светила), тогда как большинство жителей развитых стран знают, что именно осевое вращение Земли является причиной этого видимого движения.
− прямоугольные координаты точки Р
− сферические координаты точки Р
Горизонтальная система координат
- При построении любой системы небесных координат на небесной сфере выбирается большой круг (основной круг системы координат) и две диаметрально противоположные точки на оси, перпендикулярной к плоскости этого круга (полюса системы координат).
- В качестве основного круга горизонтальной системы координат принимают истинный горизонт, полюсами служат зенит (Z) и надир (Z 1), через которые проводятся большие полукруги, называемые кругами высоты или вертикалами.
Небесное светило
Истинный горизонт
Вертикал
- Мгновенное положение светила M относительно горизонта и небесного меридиана определяется двумя координатами: высотой (h) и азимутом (A), которые называются горизонтальными.
Зенитное расстояние
0 ° ≤ h ≤ 90°
0 ° ≤ A ≤ 360°
- Южная половина небесного меридиана (ZSZ 1) есть начальный вертикал, а круги высоты ZEZ 1 и ZWZ 1 , проходящие через точки востока E и запада W, называются первым вертикалом.
- Малые круги (ab, cd), параллельные плоскости истинного горизонта, называются кругами равной высоты или альмукантаратами.
- В течение суток азимут и высота светил непрерывно меняются.
- Поэтому горизонтальная система координат непригодна для составления звездных карт и каталогов.
- Для этой цели нужна система, в которой вращение небесной сферы не влияет на значения координат светил.
Экваториальная система координат
- Для неизменности сферических координат нужно, чтобы координатная сетка вращалась вместе с небесной сферой.
- Этому условию удовлетворяет экваториальная система координат.
- Основная плоскость в этой системе – небесный экватор, а полюса – северный и южный полюсы мира.
Северный полюс мира
Небесный экватор
Южный полюс мира
- Через полюса проводятся большие полукруги, называемые кругами склонения, а параллельно плоскости экватора – небесные параллели.
Небесная параллель
Круг склонения
- Положение светила в экваториальной системе координат отсчитывается по кругу склонения (склонение) и по небесному экватору (прямое восхождение). Точкой отсчета координаты служит точка весеннего равноденствия.
Эклиптика
Северный полюс
эклиптики
Наклонение
эклиптики
Небесный
Южный полюс
эклиптики
Точка весеннего
равноденствия
- Круг склонения, проходящий через точку весеннего равноденствия называется равноденственным колюром. Прямое восхождение есть угол при полюсе мира между равноденственным колюром и кругом склонения, проходящим через светило. Склонение – это угловое расстояние светила от небесного экватора.
Круг склонения
Равноденственный
Склонение
Небесный
Прямое восхождение
Точка весеннего
равноденствия
- Точка весеннего равноденствия находится в созвездии Рыбы, и она служит начальной точкой, от которой в направлении против часовой стрелки отсчитывается координата прямое восхождение, которую обычно обозначают буквой α . Эта координата является аналогом долготы в географических координатах.
- В астрономии принято прямое восхождение измерять в часовой мере, а не в градусной. При этом исходят из того, что полная окружность составляет 24 ч.
- Вторая координата светила δ – склонение – является аналогом широты, ее измеряют в градусной мере. Так, звезда Альтаир (α Орла) имеет координаты α = 19ч48м18с, склонение δ = +8°44".
- Измеренные координаты звезд хранят в каталогах, по ним строят звездные карты, которые используют астрономы при поиске нужных светил.
- Темной ночью мы можем увидеть на небе около 2500 звезд (с учетом невидимого полушария 5000), которые отличаются по блеску и цвету. Кажется, что они прикреплены к небесной сфере и вместе с ней обращаются вокруг Земли. Чтобы ориентироваться среди них, небо разбили на 88 созвездий.
- Во II в. до н. э. Гиппарх разделил звезды по блеску на звездные величины, самые яркие он отнес к звездам первой величины (1 m ), а самые слабые, едва видимые невооруженным глазом, - к 6 m .
- В созвездии звезды обозначаются греческими буквами, некоторые самые яркие звезды имеют собственные названия. Так, Полярная звезда - Малой Медведицы имеет блеск 2 m . Самая яркая звезда северного неба Вега - Лиры имеет блеск около 0 m .
- В настоящее время для ориентации среди звезд астрономы используют различные системы небесных координат. Одна из них – экваториальная система координат (рис. 1). В ее основе лежит небесный экватор – проекция земного экватора на небесную сферу.
- Эклиптика и экватор пересекаются в двух точках: весеннего (γ ) и осеннего (Ὠ ) равноденствия.
Видимое движение планет
- В древности были известны 5 похожих на звезды, но более ярких светил, которые хотя и участвуют в суточном вращении небосвода, но совершают и самостоятельные видимые движения. Древние греки назвали такие светила планетами (по-гречески «планета» означает «блуждающая»).
- Невооруженным глазом можно увидеть 5 блуждающих светил (планет) - Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн.
- Планеты всегда располагаются на небе недалеко от эклиптики, но в отличие от Солнца и Луны через определенные временные интервалы меняют направление своего движения.
- Они перемещаются между звездами в основном с запада на восток (как Солнце и Луна) - прямое движение.
- Однако каждая планета в определенное время замедляет свое движение, останавливается и начинает двигаться с востока на запад - попятное движение.
- Затем светило опять останавливается и возобновляет прямое движение. Поэтому видимый путь каждой планеты на небосводе - сложная линия с зигзагами и петлями.
- В XVI в. польский ученый Николай Коперник, отбросив догматическое представление о неподвижности Земли, поставил ее в число рядовых планет.
- 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. Гелиоцентрическая система Коперника очень просто объясняла петлеобразное движение планет.
- На рисунке 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.
- Меркурий и Венера всегда находятся вблизи Солнца, удаляясь от него попеременно к западу и к востоку. Благодаря близости к Солнцу эти две планеты видны только в восточной области неба под утро, до восхода Солнца, либо в западной стороне по вечерам, вскоре после захода Солнца.
- Таким образом, видимое движение Меркурия и Венеры значительно отличается от видимого пути Марса, Юпитера и Сатурна.
- Перемещение же Солнца и Луны на фоне звезд происходит по большим кругам всегда в прямом направлении.
- Петлеобразные участки видимого пути планет могут располагаться в разных зодиакальных созвездиях, но в их расположении имеется существенное различии.
- Весь пояс зодиакальных созвездий Марса обходит за 687 суток, Юпитер – почти за 12 лет, а Сатурн – за 29,5 года. Эти три планеты периодически бывают вблизи Солнца и тогда не видны, затем постепенно отходят от него к западу и описывают петлю в области неба, противоположной Солнцу.
- Эти планеты бывают видны в различные часы темного времени суток. Аналогично движутся Уран, Нептун и Плутон.
- Планеты, орбиты которых расположены в н у т р и земной орбиты, называются н и ж н и м и , а планеты, орбиты которых расположены в н е земной орбиты, - в е р х н и м и . Характерные взаимные расположения планет относительно Солнца и Земли называются к о н ф и г у р а ц и я м и планет .
- Конфигурации нижних и верхних планет различны. У нижних планет это
с о е д и н е н и я (верхнее и нижнее ) и э л о н г а ц и и (восточная и западная ; это наибольшие угловые удаления планеты от Солнца).
- У верхних планет - к в а д р а т у р ы (восточная и западная: слово «квадратура» означает «четверть круга»), с о е д и н е н и е и п р о т и в о с т о я н и е .
- Видимое движение нижних планет напоминает колебательное движение около Солнца. Нижние планеты лучше всего наблюдать вблизи элонгации (наибольшая элонгация Меркурия - 28°, а Венеры - 48°). С Земли в это время видно не все освещенное Солнцем полушарие планеты, а лишь часть его (ф а з а планеты). При восточной элонгации планета видна на западе вскоре после захода Солнца, при западной - на востоке незадолго перед восходом Солнца.
- Верхние планеты лучше всего видны вблизи противостояний, когда к Земле обращено все освещенное Солнцем полушарие планеты.
- В астрономии среднее расстояние от Земли до Солнца принято за единицу расстояния и называется астрономической единицей (а. е.), 1 а. е. = 1,5 10 8 км.
- Так, Меркурий находится от Земли на расстоянии 0,39 а. е., а Сатурн – на расстоянии 9,54 а. е.
- Выражение «путь Солнца среди звёзд» кому-то покажется странным. Ведь днём звёзд не видно. Поэтому нелегко заметить, что Солнце медленно, примерно на 1° за сутки, перемещается среди звёзд справа налево. Зато можно проследить, как в течение года меняется вид звёздного неба. Всё это - следствия обращения Земли вокруг Солнца. Путь видимого годичного перемещения Солнца на фоне звёзд именуется эклиптикой (от греч. «эклипсис» - «затмение»), а период оборота по эклиптике - звёздным годом. Он равен 365 суткам 6 ч 9 мин 10с, или Зб5,25б4 средних солнечных суток. Эклиптика и небесный экватор пересекаются под углом 23°26′ в точках весеннего и осеннего равноденствия. В первой из этих точек Солнце обычно бывает 21 марта, когда оно переходит из южного полушария неба в северное. Во второй - 23 сентября, при переходе из северного полушария в южное. В наиболее удалённой к северу точке эклиптики Солнце бывает 22 июня (летнее солнцестояние), а к югу - 22 декабря (зимнее солнцестояние). В високосный год эти даты сдвинуты на один день. Из четырёх точек эклиптики главной является точка весеннего равноденствия. Именно от неё отсчитывается одна из небесных координат - прямое восхождение. Она же служит для отсчёта звёздного времени и тропического года - промежутка времени между двумя последовательными прохождениями центра Солнца через точку весеннего равноденствия. Тропический год определяет смену времён года на нашей планете.
Неравномерное движение Солнца среди звёзд
- Около 2 тыс. лет назад, когда Гиппарх составил свой звёздный каталог (первый дошедший до нас целиком), точка весеннего равноденствия находилась в созвездии Овна.
- К нашему времени она переместилась почти на 30°, в созвездие Рыб, а точка осеннего равноденствия - из созвездия Весов в созвездие Девы. Но по традиции точки равноденствий обозначаются знаками прежних «равноденственных» созвездий - Овна ‘Y’ и Весов Ὠ .
- То же случилось и с точками солнцестояний: летнее в созвездии Тельца отмечается знаком Рака ®, а зимнее в созвездии Стрельца - знаком Козерога ^.
- Половину эклиптики от весеннего равноденствия до осеннего (с 21 марта по 23 сентября) Солнце проходит за 186 суток. Вторую половину, от осеннего равноденствия до весеннего, - за 179-180 суток.
- Но половинки эклиптики равны: каждая 180°. Следовательно, Солнце движется по эклиптике неравномерно. Эта неравномерность отражает изменения скорости движения Земли по эллиптической орбите вокруг Солнца.
- Неравномерность движения Солнца по эклиптике приводит к разной длительности времён года.
- Для жителей Северного полушария весна и лето на шесть суток продолжительнее осени и зимы. Земля 2-4 июля расположена от Солнца на 5 млн километров дальше, чем 2-3 января, и движется по своей орбите медленнее в соответствии со вторым законом Кеплера.
- Летом Земля получает от Солнца меньше тепла, но зато лето в Северном полушарии продолжительнее зимы. Поэтому в Северном полушарии Земли теплее, чем в Южном.
