Конфигурации планет

 

Земля и все другие планеты движутся вокруг Солнца с различными скоростями, и точный расчёт взаимного положения Земли и других планет является очень трудной задачей. Однако есть простые приёмы, позволяющие наглядно объяснить положение этих планет относительно друг друга. Существуют определённые положения, которые называются конфигурациями планет, означающие степень наибольшего приближения или удаления их к Земле и друг другу.

 По отношению к Земле различают внешние (или верхние) планеты, которые находятся дальше от Солнца, чем Земля (Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) и нижние планеты (Меркурий и Венера). При этом, например, для Меркурия все планеты будут внешними, для Нептуна – все планеты внутренними. Земля является внешней планетой с точки зрения Венеры и внутренней планетой с точки зрения Марса.

На этом рисунке показаны различные варианты конфигураций планет и их названия. Рассмотрим их подробнее.

 

 

Движение верхних (внешних) планет. У Луны, верхних планет, а также других тел Солнечной системы, чья орбита лежит полностью вне земной орбиты, различают:

·         соединения с Солнцем, при которых планета и Солнце имеют одинаковую эклиптическую долготу (или одинаковое прямое восхождение);

·         противостояния, при которых эклиптические долготы (прямое восхождение) планеты и Солнца отличаются на 180°;

·         восточные и западные квадратуры.

Вблизи соединений верхние планеты находятся за Солнцем и не видны.

Иногда выделяют также полуквадратуры, когда угол между планетой (Луной) и Солнцем составляет 45°, и полуторные квадратуры (135°). Для нижних планет возможны лишь полуквадратуры, но реально такая конфигурация возникает лишь у Венеры (вблизи наибольшей восточной или наибольшей западной элонгации, которые могут достигать 48°), а также у астероидов, движущихся между орбитами Земли и Венеры.

Период, когда внешняя планета находится ближе всего к Земле, называется противостоянием. Интервал времени между двумя противостояниями одной и той же планеты составляет больше года (период, в течение которого Земля должна совершить один оборот, после чего «догнать» планету, которая также не стояла на месте). Противостояния Марса происходят раз в 26 месяцев (т.е. реже чем раз в 2 года), а противостояния Нептуна – раз в 367 дней.

Если бы орбиты всех планет были бы точно круговые, то во время противостояний расстояние между планетами во время противостояний было бы всегда одинаково. Однако все тела Солнечной системы (в том числе и Земля) движутся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, то приближаясь к нему, то удаляясь. Ближайшая к Солнцу точка орбиты небесного тела называется перигелием, а самая удаленная — афелием. Видимые размеры Марса максимальны во время великих противостояний, когда Земля находится в афелии, а Марс — вблизи перигелия своей орбиты.

 

 

Эти события могут происходить только в августе и сентябре, когда Марс расположен в южной части эклиптики. Поэтому наблюдатели Южного полушария всегда находятся в более выгодных условиях при наблюдении Марса во время великих противостояний. Период времени, в течение которого планета видна, часто называют периодом видимости планеты. Вполне естественно, что он захватывает некоторый отрезок времени до и после противостояния или элонгации. В дальнейшем при описании условий видимости планет мы приводим даты противостояний и элонгации, а также приблизительные положения планет среди звезд в различные годы. Таблицы точных положений большинства планет, выраженных в небесных координатах, называются эфемеридами; как правило, они приводятся во всех астрономических ежегодниках.

 Расположение планеты на 90° к востоку от Солнца называется восточной квадратурой, а на 90° к западу — западной квадратурой.

 

Попятное движение внешних планет. Внешние планеты движутся по своей орбите медленнее, чем Земля (и иные внутренние по отношению к ним планеты). Поэтому в моменты противостояний, когда Земля «обгоняет» их, эти планеты как бы разворачиваются и движутся в обратную сторону.

 

 

Когда верхняя планета видна на западе вскоре после захода Солнца, она движется по небесной сфере прямым движением, то есть в ту же сторону, что и Солнце. Однако скорость движения верхней планеты по небесной сфере всегда меньше, чем у Солнца, поэтому наступает момент, когда оно догоняет планету — происходит соединение планеты с Солнцем (последнее оказывается между Землёй и планетой). После того, как Солнце обгонит планету, её становится видно на востоке, перед восходом Солнца. Скорость прямого движения постепенно уменьшается, планета останавливается и начинает перемещаться среди звёзд с востока на запад, то есть попятным движением. В середине дуги своего попятного движения планета находится в точке небесной сферы, противоположной той, где в этот момент находится Солнце. Это положение называется противостоянием (Земля находится между Солнцем и планетой). Через некоторое время планета снова останавливается и меняет направление своего движения на прямое — и цикл повторяется.

 

 

Планеты имеют следующие средние величины дуг попятных движений: Меркурий — 12°, Венера — 16°, Марс — 15°, Юпитер — 10°, Сатурн — 7°, Уран — 4°, Нептун — 3°, Плутон — 2°.

 

Движение нижних (внутренних) планет. Внутренние планеты Меркурий и Венера не могут находиться в противостоянии — для них наиболее благоприятные условия наблюдений складываются в период их максимального удаления к востоку или западу от Солнца. Такое положение планет относительно Солнца называют восточной или западной элонгацией. При наблюдениях с Земли все планеты совершают медленное прямое движение среди звезд в восточном направлении, противоположном направлению суточного вращения небесной сферы. Но иногда планеты останавливаются, и затем меняют направление своего движения на противоположное, т.е. как бы пятятся назад. Это движение планет на запад называют попятным движением. У Меркурия и Венеры направление движения изменяется в восточной и западной элонгациях; остальные планеты меняют направление своего движения среди звезд в точках, лежащих вблизи точки противостояния по обе стороны от нее. В этой области планета описывает петлю или S-образную кривую в зависимости от положения относительно Земли. Аналогичная картина движения среди звезд наблюдается у астероидов и комет.

В своём движении по небесной сфере Меркурий и Венера никогда не уходят далеко от Солнца (Меркурий — не дальше 18° — 28°; Венера — не дальше 45° — 48°) и могут находиться либо к востоку, либо к западу от него. Момент наибольшего углового удаления от Солнца называется восточной или вечерней элонгацией; к западу — западной или утренней элонгацией.

При восточной элонгации планета видна на западе вскоре после захода Солнца. Двигаясь с востока на запад, то есть попятным движением, планета сначала медленно, а потом быстрее, приближается к Солнцу, пока не скрывается в его лучах. Этот момент называется нижним соединением (планета проходит между Землёй и Солнцем). Спустя некоторое время её становится видно на востоке незадолго до восхода Солнца. Продолжая попятное движение, она достигает западной элонгации, останавливается и начинает двигаться с запада на восток, то есть прямым движением, догоняя Солнце. Догнав его, она снова становится невидимой — наступает верхнее соединение (в этот момент Солнце оказывается между Землёй и планетой). Продолжая прямое движение, планета вновь достигает восточной элонгации, останавливается и начинает попятное движение — цикл повторяется.

 

Итак, у нижних планет и других небесных тел, чьи орбиты расположены внутри земной орбиты, различают:

·         соединения с Солнцем, при которых планета и Солнце имеют одинаковую эклиптическую долготу (или одинаковое прямое восхождение):

·         верхнее соединение (Солнце находится между планетой и Землёй)

·         нижнее соединение (планета находится между Солнцем и Землёй)

·         наибольшие элонгации, соответствующие наибольшему видимому угловому расстоянию планеты от Солнца:

·         наибольшую восточную элонгацию (наиболее удобные условия, по аналогии с великим противостоянием для внешних планет)

·         наибольшую западную элонгацию.

 

Фазы нижних планет. Вблизи верхнего соединения нижние планеты недоступны для наблюдения, так как находятся за Солнцем, скрываясь в его лучах. Непосредственно перед нижним соединением и после него нижние планеты видны в виде узкого серпа. Во время нижнего соединения возможно прохождение Меркурия или Венеры по диску Солнца, однако из-за относительного наклона планетных орбит фактическое прохождение происходит достаточно редко, обычно при нижнем соединении нижняя планета находится выше или ниже Солнца по эклиптической широте. В элонгациях нижние планеты имеют вид светлого полудиска.

Объяснение фаз Венеры

Фазы Венеры при наблюдениях 2002 года

Движение Луны. Фазы Луны. Так как плоскость орбит Луны и планет наклонены к плоскости земной орбиты, то их видимый путь среди звезд может проходить как выше, так и ниже эклиптики. Луна — очень яркий объект, на который все обращают внимание, поэтому даже неискушенные в наблюдениях люди часто замечают небольшие изменения ее высоты, связанные с тем, что видимый путь Луны среди звезд может проходить почти на 5° выше или ниже эклиптики. Медленное перемещение (примерно на видимый диаметр в час) Луны среди звезд на восток против суточного движения звездного неба незаметно для невооруженного глаза, но легко различимо даже в небольшой телескоп.

Продолжительность полной смены фаз Луны (так называемый синодический месяц) непостоянна из-за эллиптичности лунной орбиты, и варьируется от 29,25 до 29,83 земных солнечных суток. Средний синодический месяц составляет 29,5305882 суток (29 суток 12 часов 44 минуты 2,82 секунды).

Объяснение различных фаз Луны

В фазах Луны, близких к новолунию (в начале первой четверти и в конце последней четверти), при очень узком серпе, неосвещённая часть образует т. н. пепельный свет Луны — видимое свечение неосвещённой прямым солнечным светом поверхности характерного пепельного цвета.

 

Луна проходит следующие фазы освещения:

·         новолуние — состояние, когда Луна не видна.

·         молодая луна — первое появление Луны на небе после новолуния в виде узкого серпа.

·         первая четверть — состояние, когда освещена половина Луны.

·         прибывающая луна

·         полнолуние — состояние, когда освещена вся Луна целиком.

·         убывающая луна

·         последняя четверть — состояние, когда снова освещена половина луны.

·         старая луна

Движущаяся картинка изменения фаз Луны

Существует способ, позволяющий запомнить порядок определения фаз Луны. Чтобы отличить первую четверть от последней, наблюдатель, находящийся в северном полушарии может использовать следующие мнемонические правила. Если лунный серп в небе похож на букву «С (d)», то это — луна «Стареющая», то есть это последняя четверть (по-французски dernier). Если же он повёрнут в обратную сторону, то, мысленно приставив к нему палочку, можно получить букву «Р (p)» — луна «Растущая», то есть это первая четверть (по-французски premier). Растущий месяц обычно наблюдается вечером, а стареющий — утром.

Следует заметить, что вблизи экватора месяц всегда виден «лежа на боку», и данный способ не подходит для определения фазы. В Южном полушарии ориентация серпа в соответствующих фазах противоположная: растущий месяц (от новолуния до полнолуния) похож на букву «С» (Crescendo, <), а убывающий (от полнолуния до новолуния) похож на букву «Р» без палочки (Diminuendo, >).