1. Состав и масштаб Солнечной системы.
Солнечную систему представляют Солнце и планеты с их спутниками, что зори находятся несравненно дальше от нас, чем планеты. Самая отдаленная от нас из известных планет - Плутон находится от Земли почти в 40 раз дальше, чем Солнце. Но даже ближайшая к Солнцу заря удалена от нас еще в 7000 раз больше. Эту огромную разницу расстояний к планетам и зрение следует четко осознать.
Девять больших планет вращаются вокруг Солнца по эллипсам что мало отличаются от кругов почти в одной плоскости, В порядке отдаления от Солнца - это Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Кроме них, в Солнечной системе огромное количество малых планет астероидов, большинство из которых двигается между орбитами Марса и Юпитера см. Передний форзац. Вокруг Солнца вращаются также кометы ' - небольшие тела, окруженные обширной оболочкой из разреженного газа. Большинство из них имеют эллиптические орбиты, которые выходят за орбиту Плутона. Кроме того, вокруг Солнца оборачивается по эллипсам огромное количество метеорных тел размером от песчинки к мелкому астероиду. Вместе с астероидами и кометами они принадлежат к малым телам Солнечной системы. Пространство между планетами заполнено очень разреженным газом и космической пылью. Его пронизывают электромагнитные излучения; он является носителем магнитных и гравитационных полей.
Солнце в 109 раз больше от Земли за диаметром и приблизительно в 333 000 раз массивнее от нее. Масса всех планет представляет лишь около 0,1 % массы Солнца, потому оно силой своего тяготения направляет движение всех членов Солнечной системы.
2. Конфигурации планет. Конфигурациями планет называют некоторые характерные взаимные размещения планет, Земли и Солнца.
В первую очередь заметим, что условия видимости планет из Земли очень отличаются для планет внутренних Венера и Меркурий, орбиты которых лежат внутри земной орбиты, и для планет внешних все другие.
Внутренняя планета может очутиться между Землей и Солнцем или по солнцу. В таких положениях она невидимая, потому что теряется в променные Солнца. Эти положения называются соединениями планеты с Солнцем. В нижнем соединении планета ближайшее к Земле, а в верхнем - наиболее удаленная от нас рис. 1.
Легко видеть, что угол между направлениями от Земли на Солнце и на внутреннюю планету никогда не превышает определенную величину, оставаясь острым. Этот предельный угол называется наибольшим отдалением планеты от Солнца. Наибольшее отдаление Меркурия представляет 28 °, Венеры - 48°. Потому внутренние планеты всегда видно вблизи Солнца или утром в восточной стороне неба, или вечером - в западной. Через близость Меркурия к Солнцу увидеть эту планету невооруженным глазом удается редко.
Венера отходит от Солнца на небе на больший угол и бывают самыми яркими из всех зрение и планет. После заката Солнца она дольше остается на небе в променные зарева и даже на этом фоне ее четко видно. Так же хорошо видно Венера и в луче утреннего зарева. Легко понять, шо в южной стороне неба среди ночи ни Меркурия, ни Венеру увидеть нельзя.
Если, проходя между Землей и Солнцем, Меркурий или Венера проектируются на солнечный диск, то их тогда видно на нем как маленькие черные кружочки. Такие прохождения по диску Солнца
Во время нижнего соединения Меркурия и особенно Венеры бывают сравнительно редко, не чаще, чем через 7-8 лет.
Освещенное Солнцем полушарие внутренней планеты при разных положениях ее относительно Земли мы видим неодинаково рис. 2. Потому для земных наблюдателей внутренние планеты изменяют свои фазы подобно Луне. В нижнем соединении с Солнцем планеты возвращены к нам своей неосвещенной стороной и остаются невидимыми. Немного в стороне от этого положения они имеют вид серпа. С увеличением кутотовий диаметр ее уменьшается, а ширина серпа становится все больше. Когда угол при планете между направлениями на Солнце и на Землю представляет 90 °, мы видим ровно половину освещенного полушария планеты. Полностью такая планета свернул к нам своим дневным полушарием во время верхнего соединения. Но тогда она теряется в солнечном луче и становится невидимой.
Рис. 1. Конфигурация планет
Внешние планеты могут находиться относительно Земли по солнцу в сообщении с ним, как Меркурий и Венера, и тогда они тоже теряются в солнечном луче. Но они могут находиться и на продолжении прямой линии Солнце -- Земля, так что Земля при этом оказывается между планетой и Солнцем. Такая конфигурация называется противостоянием. Она удобнее всего для наблюдений планеты, потому что планета в это время, во-первых, ближайшее к Земле, во-вторых, возвращенная к ней своим освещенным полушарием и, в-третьих, находясь на небе в противоположном Солнцу месте, планета бывает в верхней кульминации около полуночи, потому ее долго видно и к, и после полуночи.
Моменты конфигураций планет, условия их видимости в данном году поданы в "Школьном астрономическом календаре".
2. Синодические периоды вращения планет и их связок с сидерическими периодами. Мы наблюдаем планеты из Земли, которая также вращается вокруг Солнца. Это движение Земли следует учитывать, чтобы определить периоды вращения планет в необоротной инерциальной системе отсчета, или, как часто говорят, относительно зрение.
Период вращения планет вокруг Солнца относительно зрение называется звездным, или сидерическим периодом.
Чем ближе планета к Солнцу, тем больше ее линейная и угловая скорости и тем более короткий звездный период вращения вокруг Солнца.
Однако на основе непосредственных наблюдений определяют не сидерический период вращения планеты, а промежуток времени между двумя П последовательными одноименными конфигурациями, например между Двумя последовательными соединениями противостояниями. Этот период называется синодическим периодом вращения. Определив на основе наблюдений синодические периоды S, вычисляем звездные периоды вращения планет T.
Рассмотрим, как же связаны синодический и звездный периоды вращения планет на примере Марса.
Скорость движения планет тем больше, чем ближе они к Солнцу. Поэтому после противостояния Марса Земля начинает опережать его. С каждым днем она будет отходить от него все дальше. Когда Земля опередит Марс на полный оборот, то опять состоится противостояние.
Синодический период внешней планеты - это промежуток времени, за который Земля опережает планету на 360 ° в их движении вокруг Солнца.
Угловая скорость Земли угол, который она описывает за сутки представляет, угловая скорость Марса, где - количество суток в году, Т - звездный период вращения планеты в сутках.
Следовательно, за сутки Земля опережает планету на - . Если S - синодический период планеты в сутках, то через S суток Земля опередит планету на 360°, то есть
- S = 3600, или
Для внутренних планет, которые вращаются быстрее Земли, Т Т планета опережает Землю, надо писать:
- S = 3600, или
Для Венеры синодический период представляет 584 сутки, для Марса 780 суток.