Законы движения планет (11 класс)

Введение

Движение планет имеет особое значение, поскольку в прошлом оно сыграло важную роль в формировании механистического взгляда на Вселенную. Немногие теории оказали столь же огромное влияние на западную цивилизацию, как ньютоновы законы движения и всемирного тяготения, связывающие в единое целое движение звезд и земных объектов.Большую часть знаний о движении планет объединили в себе законы Кеплера.Кеплеру удалось определить по данным наблюдений, сделанных на нашем вращаю-щемся вокруг своей оси вокруг Солнца земном шаре, геометрию орбит и скорости движения других планет.Первый закон описывает геометрию траекторий планетарных орбит.Он утвер-ждает, что орбиты планет представляют собой эллипсы, в одном из фокусов которыхрасположено Солнце.Эксцентриситеты орбит и их удаления от Солнца вперигелии(ближайшей к Солнцу точке) и апогелии (самой удаленной точке) у всех планет разые, но все эллиптические орбиты роднит одно— Солнце расположено в одном из двух фокусов эллипса.
Местоположение орбиты, орбитальное движение, а также период вращения вокруг оси и её наклон − важные характеристики, которые в некоторых случаях могут полностью определять условия на поверхности планеты

1.Планеты и их спутники
Вокруг Солнца по эллиптическим орбитам обращаются, кроме Земли, еще восемь приблизительно сферических тел, размеры которых сравнимы с размерами Земли. В порядке их расположения, считая от Солнца, это Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Эти тела носят общее название больших планет.
Форма и размеры планет. Все перечисленные планеты, подобно нашей Земле, имеют приблизительно сферическую форму или, точнее, форму эллипсоидов вращения, сплюснутых в «направлении оси вращения. Измерение видимых угловых диаметров дисков планет и их горизонтальных параллаксов позволяет установить линейные размеры планет и их сплюснутость.
Самая большая планета — Юпитер, диаметр его в 11,2 раза больше земного и, следовательно, его объем превосходит объем Земли в 1345 раз.. Велики по сравнению с Землей планеты Сатурн, Уран и Нептун. Наиболее близка по размерам к Земле Венера. Наибольшее сжатие наблюдается у Юпитера, Урана и Сатурна.
Массы планет. В табл. 2 приведены также массы планет, выраженные в единицах массы Земли. Как видим, массы планет подобно их размерам значительно различаются между собой. Наибольшая масса у Юпитера, наименьшая — у Меркур-ия; масса Венеры ближе всего к массе Земли, Суммарная масса планет ничтожно мала по сравнению с массой Солнца и составляет около 0,31% его массы.
Спутники планет. Вокруг Земли вращается ее естественный спут-, ник Луна, вместе с которой Земля вращается вокруг Солнца. Тела, подобные Луне, вращаются и вокруг других больших планет солнечной системы и все они носят общее название спутников. Не имеют спутников ближайшие к Солнцу планеты — Меркурий и Венера -и наиболее удаленный от Солнца — Плутон. У Марса два спутника — Фобос и Деймос. У Юпитера известно 12 спутников, у Сатурна — 9, у Урана - - 5, у Нептуна — 2[5].
Таким образом, общее число спутников, известных в настоящее время, равно 31. Большинство спутников имеют собственные названия, за исключением малых спутников Юпитера» обозначаемых порядковыми числами. Названия спутников приведены в табл 3.
Формы и размеры спутников. Спутники планет имеют приблизительно шарообразную форму, в табл. 3 указаны их диаметры в километрах. Как видим, по абсолютным размерам некоторые спутники Юпитера, Сатурна и спутник Нептуна - • Тритон превосходят Луну. Однако по отношению к планете спутники очень малы. Так, наибольший спутник Юпитера Калисто имеет диаметр, почти в 30 раз меньший диаметра Юпитера. Исключение из этого правила составляет Луна, диаметр которой только в 4 раза меньше диаметра Земли. Эта особенность позволяет рассматривать Землю и Луну как двойную планету.
Кольца Сатурна. Помимо перечисленных спутников, Сатурн имеет огромное количество очень мелких спутников, по-видимому, Линейные размеры астероидов обычно очень малы по сравнению с планетами и спутниками. Можно полагать, что поперечные размеры большинства астероидов составляют 15—75 км.
В настоящее время известно свыше 1600 астероидов, многие из которых имеют собственные имена. Однако общее число астероидов предполагается значительно большим и оценивается примерно в 1 млн. Орбиты астероидов расположены в основном между орбитами Юпитера и Марса, но у некоторых астероидов перигелии лежат внутри орбиты Венеры, а у других — афелии находятся вблизи орбиты Сатурна. Массы астероидов весьма малы по сравнению с массами больших планет и их спутников.
Кометы, Кроме больших планет и астероидов, в солнечной системе встречаются особые тела, называемые кометами и представляющие скопления небольших осколочных тел неправильной формы, окутанные оболочкой, состоящей из пыли и газов. При приближении кометы-к Солнцу ее оболочка увеличивается вследствие нагревания, а под действием давления солнечного излучения и сил притяжения к Солнцу у кометы образуется хвост, который и послужил основанием для данного названия этих тел (комета - - в переводе хвостатая, или волосатая, звезда)

. Размеры газовых оболочек и хвостов комет иногда сравнимы с диаметром Солнца. Однако газовые оболочки и хвосты комет имеют очень малую плотность, вследствие чего массы комет, несмотря на значительные размеры, ничтожно малы по сравнению с массами не только планет и спутников, но и астероидов.
Большинство комет появляется в поле зрения неожиданно и видно в продолжение нескольких недель.
Обозначаются кометы по имени открывших их астрономов (комета Галлея, комета Энке) или порядковым номером и годом, в котором комета появилась (1827 II, 1950 VII). В среднем в течение года наблюдаются 4—б комет. Когда комета удаляется от Солнца на большое расстояние, она становится недоступной для" наблюдения.
Метеорные тела. Пространство солнечной системы включает большое количество тел неправильной формы, размеры которых так малы, что непосредственно их наблюдать невозможно. Эти тела называются метеорными телами. Их удается обнаружить только в том случае, когда они сталкиваются с Землей и вследствие трения в атмосфере сгорают, оставляя яркий, быстро затухающий след. Это явлением получило название метеора[3].
Метеорные тела имеют очень малые поперечные размеры.
Если размеры метеорных тел измеряются метрами, то при встрече с Землей они не успевают полностью сгореть в земной атмосфере, их остатки выпадают на Землю и называются метеоритами. Большие метеорные тела называются болидами. Вследствие малых размеров метеорных тел по сравнению с Землей малы и их массы
2.Видимое движение планет
Еще в глубокой древности было замечено, что планеты, перемещаясь по зодикальным созвездиям, большую часть времени движутся в направлении с запада к востоку, но постепенно их движение замедляется, они останавливаются (наступает стояние), затем некоторое время движутся в противоположном направлении, снова останавливаются и после этого продолжают свой путь к востоку. Движение планет в направлении с запада к востоку считается прямым, и в противоположном направлении попятным. Таким образом, видимый путь планеты на небе получается петлеобразным.
Форма и размеры описываемых планетами петель различны, как различны и промежутки времени их прямого и попятного движения. У Меркурия дуга попятного движения составляет около 13°, у Венеры —- примерно 16°, у Марса — близка, к 15, у Юпитера немногим более 10°,ау Сатурна приблизительно 7.
Чтобы изучить видимое движение планет, необходимо систематически следить за их положением относительно звезд. При наличии угломерного инструмента (универсального инструмента или теодолита) следует регулярно измерять угловые расстояния планеты от выбранных в качестве ориен тиров двух-трех звезд, отмечая время с точностью до 10 мин. Если угломерного инструмента нет, то можно проводить измерения сквозь самодельную рамку с внутренними размерами 21 х 14 см. натянутыми на ней через каждые 3,5 см белыми нитями. К нижней планке рамки нужно прикрепить ручку, а к середине боковых планок — шнур такой длины, чтобы он, будучи накинутым на шею, фиксировал рамку на расстоянии 40 см от глаз наблюдателя[2].
При наблюдениях рамку устанавливают на штативе или держат за ручку. Какой-либо крест нитей нужно всегда наводить на одну и ту же звезду вблизи планеты, а ее положение отмечать относительно сетки нитей. Помечая положение планеты на звездной карте (или лучше на копии с нее) на протяжении нескольких дней или недель, легко заметить перемещение планеты. Если проводить наблюдения несколько месяцев, то можно убедиться в петлеобразной форме ее видимого пути.
Петлеобразные участки видимого пути планет могут находиться в разных зодиакальных созвездиях, но в расположении этих участков имеется существенное различие. Весь пояс зодиакальных созвездий Марс 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 отстают от него к западу и в области неба, противоположной Солнцу, всегда описывают очередную петлю. В зависимости от расположения относительно Солнца эти планеты бывают видны в различные часы темною времени суток, о том числе и на протяжении всей ночи.
Меркурий и Венера всегда находятся вблизи Солнца, удаляясь от него попеременно к западу и к востоку не более 28° (Меркурий) и 48" (Венера). Ьл;и одаря близости к Солнцу эти две планеты бывают видны только в восточной области неба под утро, до восхода Солнца, либо в западной стороне но вечерам, скрываясь за горизонтом вскоре после его захода. Меркурий и Венера движутся петлеобразно вблизи Солнца и вместе с ним за год обходят весь Зодиак