Уроки астрономии в школе
III. Строение Солнечной системы
§11. Конфигурация планет. Синодический период
Дополнительные материалы к уроку
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 её (все остальные планеты), меняют свои конфигурации по-разному. Названия различных конфигураций внутренних и внешних планет, которые характеризуют расположение планеты относительно Солнца на небе, приведены в таблице и на рисунке 3.4.
| Рисунок | Внутренняя планета | Внешняя планета |
| 3.4, а | Верхнее соединение | Верхнее соединение |
| 3.4, б | Восточная элонгация | Западная квадратура |
| 3.4, в | Нижнее соединение | Противостояние |
| 3.4, г | Западная элонгация | Восточная квадратура |
Ясно, что условия видимости планеты в той или иной конфигурации зависят от её расположения по отношению к Солнцу, которое планету освещает, и Земли, с которой мы её наблюдаем. На рисунке 3.4 показано, каково при различных конфигурациях взаимное расположение Земли Т, планет P1, P2 и Солнца S в пространстве.
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 даёт возможности её увидеть. У внешних планет соединение может быть только верхним, поэтому для них такую конфигурацию часто называют просто соединением. Внутренняя планета может оказаться между Солнцем и Землёй, и тогда говорят о её нижнем соединении 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 47°, а для Меркурия — всего 28°.
2. Синодический и сидерический периоды обращения планет
Конфигурации планеты периодически повторяются.
Промежуток времени между двумя последовательными одноимёнными конфигурациями планеты (например, верхними соединениями) называется её синодическим периодом.
Ещё в глубокой древности, когда считалось, что планеты обращаются вокруг Земли, для каждой из них на основе многолетних наблюдений был определён синодический период обращения.
Согласно гелиоцентрической системе, сама Земля обращается вокруг Солнца с периодом, равным году. Это её движение необходимо учитывать, чтобы узнать периоды обращения планет в невращающейся инерциальной системе отсчёта, или, как принято говорить, по отношению к звёздам.
Период обращения планеты вокруг Солнца по отношению к звёздам называется звёздным (или сидерическим) периодом.
Очевидно, что по своей продолжительности синодический период планеты не совпадает ни с её сидерическим периодом, ни с годом, который является звёздным периодом обращения Земли.
Рассмотрим, как связан синодический период планеты со звёздными периодами Земли и самой планеты. Чем ближе планета к Солнцу, тем быстрее она совершает свой оборот вокруг него. Пусть звёздный период обращения внешней планеты равен Р, звёздный период Земли — T(Т < Р), а синодический период — S. Тогда угловые скорости их движения по орбитам будут равны соответственно 360°/P и 360°/Т. От момента какой-либо конфигурации (например, противостояния) до следующей такой же конфигурации планета пройдёт дугу своей орбиты, равную 360°/P ∙ S. За этот же промежуток времени (за синодический период) Земля пройдёт дугу на 360° большую, которая равна 360°/Т ∙ S. Тогда:
360°/P ∙ S - 360°/Т ∙ S = 360°,
или
1/P - 1/T = 1/S
Почти такой же будет формула для внутренней планеты:
1/T - 1/P = 1/S
Следовательно, зная синодический период планеты, можно вычислить её звёздный период обращения вокруг Солнца.
Вопросы
1. Что называется конфигурацией планеты?
2. Какие планеты считаются внутренними, какие — внешними?
3. В какой конфигурации может находиться любая планета?
4. Какие планеты могут находиться в противостоянии? Какие — не могут?
5. Назовите планеты, которые могут наблюдаться рядом с Луной во время её полнолуния.
Упражнение 9
1. Нарисуйте, как будут располагаться на своих орбитах Земля и планета:
а) Меркурий — в нижнем соединении;
б) Венера — в верхнем соединении;
в) Юпитер — в противостоянии;
г) Сатурн — в верхнем соединении.
2. В какое время суток (утром или вечером) будет видна Венера, если она расположена так, как показано на рисунке 3.4, г?
3. Сравните условия видимости Марса в положениях, показанных на рисунках 3.4, в и 3.4, а.
4. Оцените, сколько примерно времени и когда (утром или вечером) может наблюдаться Венера, если она удалена к востоку от Солнца на 45°.
5. Через какой промежуток времени встречаются на циферблате часов минутная и часовая стрелки?
6. Звёздный период обращения Юпитера равен 12 годам. Через какой промежуток времени повторяются его противостояния?
