Определение расстояний до планет - Законы движения планет - Астрономия 11 класс

§ 4. Законы движения планет

 

5. Определение расстояний до планет

 

Для измерения расстояний до планет в астрономических единицах можно использовать третий закон Кеплера, но для этого надо определить геометрическим методом расстояние от Земли до любой планеты. Предположим, что нужно измерить расстояние L от центра Земли В до светила S. За базис принимают радиус Земли Rq и измеряют угол <ASO = p, называется горизонтальным параллаксом светила, потому что одна сторона прямоугольного треугольника — катет AS, является горизонтом для точки А (рис. 4.11). Горизонтальный параллакс (от греч.— смещение) светила — это угол, под которым было бы видно перпендикулярный лучу зрения радиус Земли, если бы сам наблюдатель находился на этом светиле. Из прямоугольного треугольника OAS определяем гипотенузу OS:

 

                    (4.4)

 

 

Рис. 4.11. Горизонтальный параллакс р светила определяет угол, под которым из этого светила был бы виден перпендикулярный лучу зрения радиус Земли

 

Горизонтальные паралакси некоторых тел

Месяц 10 = 60'

Венера 31"

Марс 23”

Солнце 8,8"

Нептун 0,2"

Правда, при определении параллакса возникает проблема: как астрономы могут измерить угол г с поверхности Земли, не летая в космос? Для того чтобы определить горизонтальный параллакс светила S, нужно двум наблюдателям одновременно из точек А и В измерить небесные координаты (прямое восхождение и склонение) этого светила (см. §2). Эти координаты, которые измеряют одновременно с двух точек — А и В, будут немного отличаться. На основе этой разности координат определяют величину горизонтального параллакса.

Чем дальше от Земли наблюдается светило, тем меньше будет значение параллакса. Например, наибольший горизонтальный параллакс Месяц, когда он находится ближе всего к Земле: р = 1°01'. Горизонтальный параллакс планет гораздо меньше, и он не остается постоянным, потому что расстояния между Землей и планетами меняются. Среди планет наибольший параллакс имеет Венера — 31", а наименьший параллакс 0,21" — Нептун. Для сравнения можно привести пример, что под углом 1" видно букву «О» в этой книге с расстояния 100 м — такие крохотные углы вынуждены измерять астрономы для определения горизонтальных параллаксов тел в Солнечной системе. Как измерить расстояние до звезд, смотри в § 13.

Выводы

Все космические тела от планет до галактик движутся согласно закону всемирного тяготения, который был открыт Ньютоном. Законы Кеплера определяют форму орбиты и скорость движения планет Солнечной системы и их периоды обращения вокруг Солнца.

schooled.ru

Радиофизические свойства поверхностей и атмосфер планет внутренней солнечной системы

Планеты Меркурий, Венера и Марс вместе с Землей занимают внутреннюю часть Солнечной системы и наиболее доступны для исследований. Именно эти планеты вместе с Луной в первую очередь исследуются радиоастрономическими, радиолокационными методами и при помощи космических станций. Ближайшей к Солнцу планетой является Меркурий; самой удаленной от Солнца планетой внутренней части Солнечной системы является Марс.

В табл. 2 указаны размеры планет (максимальный радиус планеты), расстояние каждой планеты от Солнца, а также максимальное и минимальное расстояния от планеты до Земли.

Таблица 2
Планета Радиус экватора Среднее расстояние от планет до Солнца, 106 км Расстояние от Земли до планет, км
км относительно радиуса Земли
Земля 6370 1 149,6
Луна 1740 0,27 149,6 384400
Меркурий 2500 0,38 57,9 (92—207)·106
Венера 6060 0,95 108,2 (39—258)·106
Марс 3300 0,52 228,0 (56—398)·106

Ближайшая планета внешней части Солнечной системы — Юпитер удалена от Солнца на расстояние, в пять раз большее чем расстояние от Солнца до Земли. Расстояние от Земли до планет внешней части Солнечной системы в несколько раз превышает расстояние до планет внутренней части Солнечной системы, что существенно усложняет условия исследования планет внешней части Солнечной системы.

Рассмотрим кратко основные радиофизические параметры поверхностей и атмосфер Луны и планет внутренней части Солнечной системы, численные данные этих параметров сведены в табл. 3.

Лунная поверхность представляет собой темный сухой материал, несколько отличающийся по химическому составу от земных пород. Более твердую поверхность Луны покрывает осколочно-пылевой слой, названный реголитом. Плотность реголита наименьшая на поверхности и возрастает с глубиной, а общая толщина слоя колеблется от 40 см до 40 м. Советский исследователь В. С. Троицкий первый на основании радиолокационных наблюдений Луны предсказал, что поверхность Луны достаточно плотная, а не представляет собой толстый слой пыли, как думали ранее. Предсказания В. С. Троицкого полностью оправдались: когда первый лунный астронавт Н. Армстронг с опаской сделал первый шаг по Луне, оказалось, что грунт Луны достаточно прочен, и обувь астронавта погрузилась в пыль не более чем на 2 см. Характерной особенностью лунной поверхности является наличие кратеров — кольцевых горных образований. Большие равнины на поверхности Луны исследователи назвали «морями».

Таблица 3
Планета Характер поверхности Максимальная температура поверхности, Т, °С Коэффициент отражения поверхности Атмосферное давление вблизи поверхности, Па Коэффициент преломления тропосферы n Электронная плотность ионосферы, э/см3
Земля Вода, суша 58 0,40 105 1,00031 106
Луна Реголит, скалы, пыль 130 0,06 1,0 1,00000 103
Меркурий Скалы, пыль 420 0,06 102 1,00000 1,5·103
Венера Скалы 480 0,12 9,2·106 1,01400 5·105
Марс Равнина 30 0,07 6·102 1,00008 105

Первые сведения о строении поверхности обратной, невидимой с Земли, стороны Луны были получены с помощью межпланетной станции, запущенной 4 октября 1959 г. Неоднократные радиолокационные исследования Луны, проводившиеся на УКВ различной длины, позволили оценить электрические параметры ее поверхности. По своим электрическим свойствам поверхность Луны близка к пустыням на Земле. Вода на поверхности Луны отсутствует. Давление атмосферы вблизи поверхности Луны не превышает 1 Па. Луна не обладает существенным магнитным полем.

Оказалось, что плотность электронов вблизи поверхности Луны больше, чем в космосе, и достигает 103 э/см3. Поэтому говорят, что Луна имеет ионосферу.

Меркурий наиболее близко расположен к Солнцу. Радиолокационные отражения, полученные от поверхности Меркурия, указывают на то, что характер и электрические параметры его поверхности близки к поверхности Луны. Меркурий имеет очень разреженную атмосферу (атмосферное давление у поверхности около 100 Па), состоящую из тяжелых инертных газов: криптона, аргона и ксенона. Максимальная плотность электронов составляет 1,5·103 э/см3.

Венера по размеру, расстоянию от Солнца и протяженности атмосферы больше других планет похожа на Землю. Исследования планеты Венеры радиолокационным методом на волнах длиной от 3 см до 8 м показали, что ее поверхность имеет гористые участки и так же шероховата, как поверхность Луны. Проводимость поверхности ничтожно мала, а средняя диэлектрическая проницаемость такая же, как у скальных пород Земли.

Основной компонентой атмосферы Венеры является углекислый газ. Плотность атмосферы велика, и давление вблизи поверхности достигает 9,2·106 Па. Газы атмосферы Венеры ионизированы, причем днем электронная плотность ее достигает 5·105 э/см3, а ночью уменьшается до 104 э/см3 и имеет максимум на высоте 150 км. Получен график изменения электронной плотности с высотой. В атмосфере содержится значительное количество пыли, образующей облака, завихряющиеся и перемещающиеся благодаря господствующим там ветрам. Венера обладает постоянным магнитным полем.

Марс имеет поверхность, представляющую собой, в основном, пустынные равнины, состоящие из вулканических пород. Вблизи полюсов имеются шапки снега и льда. Воды на Марсе мало. Средняя диэлектрическая проницаемость такая же, как у пустынных пород Земли.

Атмосфера Марса состоит в основном из углекислого газа. В атмосфере содержатся пыль и кристаллы льда в виде облаков. Давление атмосферы у поверхности Марса составляет примерно 6·102 Па и убывает с высотой па экспоненциальному закону, так что на высоте 30 км давление менее 10 Па. Поэтому на высотах более 30 км тропосфера Марса не влияет на распространение УКВ. На дневной стороне Марса обнаружена ионосфера с максимальной электронной плотностью 105 э/см3, находящейся на высоте 120 км. На ночной стороне электронная плотность снижается до 103 э/см3.

www.radiouniverse.ru

Межпланетные расстояния

Паршаков Евгений Афанасьевич

Если свести в одну таблицу величины относительного торможения планет и их расстояния от Солнца, то никакой взаимосвязи между ними как будто бы не обнаруживается.

Но, если вместо расстояний от Солнца до орбит планет в таблицу внести межпланетные расстояния, т.е. средние расстояния между их орбитами, равные (an)-an-1, а также отношения расстояний двух соседних планет от Солнца, равные (an)/an-1, то зависимость планетных расстояний от Солнца от относительного торможения планет выявится достаточно четко.

Если взглянуть на вторую строку таблицы, то можно заметить, что расстояния между двумя соседними планетами постепенно увеличиваются, так, что расстояния между двумя более отдаленными от Солнца планетами больше, чем расстояния между двумя более близкими к Солнцу планетами. Исключение составляют расстояния между Меркурием и Венерой, Нептуном и Плутоном. Но именно здесь проходит, как мы видели выше, граница между различными группами планет по их величинам относительного торможения.Меркурий оторвался от своих собратьев из планет земной группы и быстрее приближается к Солнцу. Его расстояние от Венеры больше (0, 336 а.е.), чем расстояние Венеры от Земли (0, 277 а. е.). И объясняется это исключительно тем обстоятельством, что Меркурий имеет в пять раз большее относительное торможение, чем другие планеты земной группы.Плутон же ╚наступает на пятки╩ Нептуну, так что время от времени пересекает его орбиту. Расстояние от Плутона до Нептуна меньше (9, 381 а.е.), чем расстояние от Нептуна до Урана (10, 876 а.е.) И объясняется это также тем, что Плутон имеет во много раз большее относительное торможение, чем планеты-гиганты, особенно Нептун.

Других аномалий в межпланетных расстояниях в этой строке таблицы не обнаруживается, по крайней мере четко. Но если мы обратимся к третьей строке этой таблицы, то здесь можно обнаружить еще одну аномалию в межпланетн ых расстояниях. Она выглядит особенно рельефно, если отношение (an)/an-1 расположить в порядке их возрастания:

аПлутон/аНептун............... 1.3

aЗемля/аВенера................ 1.4

аМарс/аЗемля................. 1.5

аНептун/аУран................. 1.6

аСатурн/аЮпитер............... 1.8

аВенера/аМеркурий ..............1.9

аУран/аСатурн................. 2.0

аЮпитер/аМарс.................3.4

Если теперь вспомнить, что аномалии в относительных торможениях планет находятся как раз в тех местах, где обнаруживаются аномалии в межпланетных расстояниях, то нетрудно догадаться, что между ними существует самая прямая взаимосвязь. В самом деле, аномалии в межпланетных расстояниях существуют: первая - между Меркурием и Венерой, вторая - между Марсом и Юпитером, и третья - между Нептуном и Плутоном. И именно здесь же имеют место резкие переходы в величинах относительного торможения: относительное торможение Меркурия равно 6, 9, относительное торможение других планет земной группы в пять раз, в среднем, меньше и поэтому они отстают от него в своем приближении к Солнцу, относительное торможение планет-гигантов в 20 раз меньше относительного торможения планет земной группы и поэтому планеты-гиганты отстают от них, а относительное торможение Плутона примерно в 25 раз больше, чем у планет-гигантов, и поэтому он слишком близко приблизился к ним (Нептуну), что для него, возможно, в будущем чревато серьезными последствиями.

Можно было бы предположить, если не учитывать ускорение планет под влиянием приливного механизма, что в далеком будущем Меркурий настолько далеко оторвется от планет земной группы в своем беге к Солнцу, что упадет на его поверхность, затормозившись в верхних слоях его атмосферы. Плутон же настолько близко подойдет к Нептуну, что либо упадет на его поверхность, либо, что по-видимому, менее вероятно, перейдет на его орбиту. Любопытно, что Плутон, если он перейдет на орбиту Нептуна в далеком будущем, должен, по-видимому, обращаться вокруг Нептуна в качестве его спутника в обратном направлении. А это наводит на размышление относительно обратного движения вокруг Нептуна его большого спутника Тритона. Не таким ли образом Тритон, будучи ранее десятой планетой Солнечной системы, перешел на орбиту Нептуна?

Впрочем, для Плутона имеется и третья возможность, связанная с большим наклонением его орбиты (17, 20). Он может, благодаря его большому наклонению, которое, впрочем, постепенно уменьшается, обогнать Нептун и занять место восьмой планеты. А Нептун переместится в этом случае с восьмого на девятое место. И, таким образом, Плутон в далеком будущем, может быть, будет располагаться некоторое время между Ураном и Нептуном. Можно предположить, что небольшая планета Хирон, расположенная между орбитами Урана и Сатурна, раньше была за планетами-гигантами, а затем обогнала их и заняла современное положение.

Что межпланетные расстояния зависят от величин относительного торможения планет, видно и из их сопоставления у планет-гигантов. В самом деле, относительное торможение Сатурна превышает относительное торможение Юпитера в 1, 2 раза и поэтому расстояние между ними является наименьшим - 4, 34 а.е. Относительное торможение Урана, наоборот, меньше относительного торможения Сатурна в 1, 5 раза и поэтому расстояние между ними намного больше, чем расстояние между Сатурном и Юпитером, оно равно 9, 64 а.е. Относительное же торможение Нептуна меньше, и в еще большей степени, относительного торможения Урана. Их отношение равно 2, 1 и, соответственно, расстояние между ними, как и следовало ожидать, является небольшим, оно равно 10, 88 а.е.

Что же касается планет земной группы, то их межпланетные расстояния не находятся в такой четкой зависимости от их современных величин относительных торможений. А это говорит об их несколько ином происхождении и развитии. Но на этом вопросе мы остановимся ниже.

mirznanii.com

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о