Мы наблюдаем движение планет Солнечной системы с движущейся вокруг Солнца Земли и это приводит к ряду особенностей в их видимых перемещениях на небе. Траектории движения планет проектируются на неподвижные звёзды. Планеты, как и Солнце, движутся только по зодиакальным созвездиям, постоянно пересекая эклиптику, но никогда сильно не удаляются от неё.
Планеты движутся в прямом направлении движения Солнца по эклиптике, потом замедляют свой ход, останавливаются и движутся в противоположном направлении. Через какое-то время направление движения снова меняется. Эти движения называются прямыми и попятными. Древние астрономы называли планеты из-за их сложного движения «блуждающими светилами».
Прямые и попятные движения планет объясняются различием орбитальных линейных скоростей планеты и Земли. При этом планеты имеют петлеобразные траектории. Размер петли зависит от отношения радиусов орбит планеты и Земли. У Меркурия дуга попятного движения равна 13°, у Марса около 15°, у Юпитера угловой размер петли около 11°, а у Плутона всего 3°.
При своём движении по орбитам планеты могут занимать различные положения относительно Солнца и Земли. Эти положения называются конфигурации. Конфигурации различаются для нижних и для верхних планет. Нижними являются планеты, находящиеся ближе к Солнцу, чем Земля, верхними — те, которые дальше.
Для нижних планет выделяют конфигурации: нижнее и верхнее соединение с Солнцем, наибольшая западная и восточная элонгации. Слово элонгация означает удаление. Смысл двух элонгаций заключается в том, что если мы будем наблюдать нижние планеты с Земли, то они будут находиться на самом большом угловом расстоянии от Солнца. Когда планета находится в соединении, то она с Земли не наблюдается, так как максимально сближается с Солнцем и теряется в его лучах. Конфигурации для верхних планет несколько иные. Верхние планеты имеют соединение, противостояние (оппозицию), западную и восточную квадратуру. Смысл этих конфигураций можно понять аналогично, как и для нижних планет. Соединение означает соединение с Солнцем при наблюдении планеты с Земли. Значит, во время нахождения планеты в этой конфигурации, она наблюдаться не может, так как теряется в солнечных лучах. В противостоянии, наоборот, планета будет видна лучше всего, так как противостоит Солнцу, а значит наблюдается на обратной стороне неба. В это время планета ближе всего подходит к Земле и видна почти всю ночь. Нижняя планета находится ближе всего к Земле в момент нижнего соединения и дальше всего в момент верхнего. Верхняя планета приближается в момент противостояния и удаляется в момент соединения. Прямые и попятные движения планет объясняются различием орбитальных линейных скоростей планеты и Земли. Весь пояс зодиакальных созвездий Марс обходит 687 суток, Юпитер за 12 лет, а Сатурн за 29.5 лет.
Синодический период обращения (S) планеты — промежуток времени между её двумя последовательными одноименными конфигурациями.
Сидерический или звёздный период обращения (Т) — промежуток времени, в течение которого планета совершает один полный оборот вокруг Солнца по своей орбите.
Сидерический период обращения Земли называется звёздным годом (T,). Угловое перемещение по орбите за сутки у планеты = 360/T, а у Земли = 360/T+,. разность суточных угловых перемещений планеты и Земли есть видимое смещение планеты за сутки, т.е. 360/S.
Непосредственно из наблюдений могут быть определены только синодические периоды обращений планет S и сидерический период обращения Земли. Сидерические же периоды обращений планет вычисляются по уравнению синодического движения. Продолжительность звёздного года равна 365,256 средних солнечных суток.
Движение Луны
Видимое движение и фазы Луны.
Видимое движение Луны вокруг Земли использовалось с глубокой древности разными народами для многих целей. На наблюдении лунных фаз строился лунный календарь. По известному точно положению Луны на каждый час можно найти долготу места наблюдения. Это правило использовалось в мореходстве до 18 века, пока на кораблях не стали перевозить хронометры.
Однако, до сих пор морскими ведомствами разных государств печатаются таблицы положений Луны в служебных изданиях. Чтобы точно составлять таблицы, нужно знать теорию движения Луны.
Эта задача решалась астрономами на протяжении 25 веков. Движение Луны очень сложное из-за многочисленных возмущений её орбиты.
Орбита Луны представляет собой эллипс, эксцентриситет которого равен 1/18,большая полуось 384 400 км. В перигее расстояние от Земли до Луны меньше среднего на 21 000 км, в апогее на столько же больше.
Плоскость лунной орбиты наклонена к плоскости эклиптики под углом 5°09′.
Эта величина периодически колеблется от 4°58′ 5°20′ за полгода. Впервые
значение наклона орбиты нашёл Гиппарх и ошибся лишь на 9′.
Среднее значение эксцентриситета равно е = 0,055. (0,044 — 0,072)
Лунные узлы — точки пересечения лунной и земной орбит — постоянно перемещаются по эклиптике навстречу движения Луны, совершая полный оборот по эклиптике за 18 лет 7 месяцев.
Перигей лунной орбиты непрерывно движется к востоку, завершая полный оборот за 9 лет.
Фазы Луны.
Видимое движение Луны сопровождается непрерывным изменением её внешнего вида, характеризуемого фазой Луны. Фаза Луны измеряется отношением площади освещённой части видимого диска ко всей его площади.
Угол между направлением с Луны на Солнце и Землю называется фазовым углом.
Различают четыре основные фазы Луны, которые постепенно переходят одна в
другую: новолуние, первая четверть, полнолуние, последняя четверть.
Линия, отделяющая тёмную часть диска Луны от светлой, называется терминатором.
Соединение Луны с Солнцем во время новолуния и противостояние во время полнолуния называются сизигиями.
Луна обращена к Земле всегда одной и той же стороной, одним и тем же полушарием, так как она вращается вокруг своей оси с тем же периодом (и в том же направлении), с каким она обращается вокруг Земли.
Звёздные сутки на Луне составляют 27,32 земных средних суток.Ось вращения Луны наклонена к плоскости лунной орбиты на угол 83°20′. Луна немного поворачивается к земле то одной скрытой стороной, то другой, так что на Земле можно наблюдать 60% её поверхности. Это явление называется либрации (качания) Луны.
Синодический, сидерический и драконический месяцы.
Период обращения Луны вокруг Земли называется сидерическим или звёздным
месяцем. Его продолжительность равна 27,32 средних солнечных суток. По
истечении этого времени Луна снова занимает прежнее положение на своей орбите по отношению к звёздам. Промежуток времени между двумя последовательными одноименными фазами
Луны называется синодическим месяцем. Синодический месяц равен 29,53 средних солнечных суток. Он длиннее сидерического. Через сидерический месяц, Луна, сделав полный оборот по орбите, займёт прежнее положение относительно звёзд, но так как Земля сместится в положение 2, то полнолуния ещё не будет. Оно наступит спустя некоторое время, когда Земля займёт соответствующее положение.
Драконический месяц — промежуток времени между двумя последовательными
прохождениями Луны через один и тот же узел своей орбиты
(27,21 средних солнечных суток).
Драконический месяц короче сидерического из-за движения узлов лунной орбиты навстречу движению Луны.
Аномалистический месяц — промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Луны через перигей (27,55 средних суток).
Все эти месяцы точно вычислил ещё Гиппарх.
Солнечные и лунные затмения.
При движении вокруг Земли Луна проходит перед далёкими светилами и может
их заслонить своим диском. Это явление называется покрытие светил Луной.
Определение точных моментов начала и конца покрытий имеет большое значение для изучения движения Луны и формы её диска.
Покрытия Солнца Луной называются солнечными затмениями.
Солнечное затмение имеет различный вид для разных точек земной поверхности.
Диск Солнца будет полностью закрыт лишь для наблюдателя, находящегося внутри конуса лунной тени, максимальный диаметр которой на поверхности Земли не превосходит 270 км.
В этой области будет полное солнечное затмение.
В областях, куда падает полутень от Луны, внутри конуса лунной полутени будет частное солнечное затмение — диск Луны закроет только часть солнечного диска. Чем ближе наблюдатель к оси тени, тем большая часть диска Солнца закрыта. Вне конуса полутени виден весь диск Солнца и затмение не наблюдается.
Так как расстояние от Луны до Земли изменяется от 405 500 км до 363 300 км, а
длина конуса полной тени от Луны в среднем равна 374 000 км, то вершина конуса лунной тени иногда не доходит до поверхности Земли. В этом случае наблюдается кольцеобразное затмение.
В разных точках Земли солнечное затмение наступает в разное время. Лунная тень перемещается с запада на восток, образуя полосу длиной в несколько тысяч километров и шириной около 200 км. Длится полное затмение несколько минут — от 2 -х до 7 -ми. Общая продолжительность всех фаз может длиться свыше двух часов.
При попадании Луны в конус земной тени происходит лунное затмение.
Конус земной тени длиннее конуса лунной, а диаметр на расстоянии Луны превышает диаметр Луны больше чем в 2,5 раза.
Поскольку во время затмения Луна лишается солнечного света, то лунное затмение видно на всём ночном полушарии Земли и для всех точек начинается в
один и тот же физический момент (отличный от местного времени) и заканчивается одновременно.
При вхождении Луны полностью в земную тень наступает полное затмение Луны, при вхождении части Луны бывает частное затмение. Полное лунное затмение может продолжаться до 2-х часов.
Затмению предшествует и завершает его полутеневое лунное затмение, когда Луна проходит сквозь земную полутень.
Условия наступления затмений.
Если бы плоскость лунной орбиты совпадала с плоскостью эклиптики, то затмения происходили бы каждый синодический месяц. Из-за того, что угол наклона составляет 5009′, Луна во время новолуния или полнолуния может находиться далеко от плоскости эклиптики, и тогда её диск пройдёт выше или ниже Солнца или конуса тени Земли и затмения не произойдёт.
Чтобы произошло затмение нужно, чтобы Луна во время новолуния или полнолуния находилась вблизи узла своей орбиты, т.е. недалеко от эклиптики.
Чтобы произошло солнечное затмение, нужно чтобы геоцентрическая эклиптическая широта Луны была меньше 88′,7, а расстояние Луны от узла своей орбиты до 160,5.
Каждый год бывает два солнечных затмения возле узлов лунной орбиты, но может быть 4 и 5.
Для наступления лунного затмения нужно чтобы в полнолуние расстояние между центром земной тени и лунным узлом было меньше чем 100,6, и между центрами земной тени и Луны — меньше чем 56′,5. На протяжении года может не произойти ни одного лунного затмения, а может быть два или три.
Контрольные вопросы:
- Опишите форму видимого движения планет? Объясните причину формы?
- Движется ли Земля вокруг Солнца равномерно?
- Какие планеты относятся к верхним, какие к нижним?
- В какой области небесной сферы движутся планеты?
- Почему мы всегда видим одну сторону Луны?
- Фазы Луны?
- Форма траектории движения Луны?
- Почему происходит Солнечное затмений?
- Почему происходит Лунное затмение?
- Условия Затмений?
