Почему происходит петлеобразное движение планет по небу кратко

Обновлено: 04.07.2024

Наблюдая за движением планет в течение длительного времени, можно заметить, что планеты в основном перемещаются с запада на восток, не отходя далеко от эклиптики, постоянно находясь в пределах пояса зодиакальных созвездий. Это движение планет, похожее на движение Солнца и Луны среди звёзд, называют прямым движением.

В движении каждой планеты время от времени наступают остановки, получившие название стояний, после которых планета начинает двигаться среди звёзд в обратном направлении, т.е. с востока на запад. Это обратное, или попятное, движение длится несколько недель или месяцев, за тем следует новая остановка (новое состояние), после чего планета продолжает свое прямое движение к востоку. Таким образом, видимый путь планет на небе получается петлеобразным или зигзагообразным.

У Меркурия дуга попятного движения составляет около 13 0 , у Марса - около 15 0 , у Юпитера – немного более 10 0 .

Петлеобразные участки видимого пути планет могут находиться в разных зодиакальных созвездиях.

Весь пояс зодиакальных созвездий Марс обходит за 687 суток, Юпитер — за 12 лет, а Сатурн — за 29,5 лет.

Эти три планеты периодически бывают вблизи Солнца и тогда не видны; затем постепенно отступают от него к западу и в области неба, противоположной Солнцу, описывают очередную петлю. В зависимости от расположения относительно Солнца эти планеты видны в различные часы тёмного времени суток, в том числе и на протяжении всей ночи.

Меркурий и Венера всегда находятся вблизи Солнца, удаляясь от него попеременно к западу и к востоку не более чем на 28 0 (Меркурий) и 48 0 (Венера). Благодаря близости к Солнцу эти две планеты видны только в восточной области неба под утро, до восхода Солнца, либо в западной стороне по вечерам, вскоре после захода Солнца. Таким образом, видимое движение Меркурия и Венеры значительно отличается от видимого пути Марса, Юпитера и Сатурна. Перемещение же Солнца и Луны на фоне звёзд происходит по большим кругам всегда в прямом направлении.

Неравномерное движение Солнца среди звезд.

Кроме знакомого всем с детства суточного движения Солнца по небу, наблюдается и годичное перемещение нашего светила по небесной сфере вдоль некоторой линии, называемой эклиптикой.

Эклиптика — проекция земной орбиты на небесную сферу. Эта линия проходит через 12 зодиакальных созвездий: в мае Солнце движется по созвездию Тельца, в июне — Близнецов, в августе — Льва, в ноябре — Скорпиона и т. д.

Если проследить за движением Солнца по эклиптике в течение года, то обнаружится его неравномерность. Действительно, 21 марта, в день весеннего равноденствия, Солнце находится на эклиптике в точке Овен — точке весеннего равноденствия. Далее, перемещаясь по эклиптике, 22 июня Солнце проходит точку летнего солнцестояния — Рак. В этот день продолжительность дня в Северном полушарии максимальна.

Далее, пройдя дугу в 180 0 по эклиптике, 22 сентября Солнце пересекает точку осеннего равноденствия Весы.

22 декабря Солнце проходит точку зимнего солнцестояния Козерог; продолжительность этого дня минимальна.

Пройдя полную окружность по эклиптике, Солнце завершает своё годичное движение по зодиакальным созвездиям в точке весеннего равноденствия.

Измерения видимого углового диаметра Солнца в течение года показали, что в начале января он максимален и составляет около 32 0 5'. В начале июля он минимален и составляет 31 0 5'.

Так как движение Солнца по эклиптике отражает движение Земли вокруг Солнца, это означает, что зимой Солнце к нам ближе, чем летом. Правда, изменение расстояния до Солнца в течение года настолько мало, что не оказывает влияния на смену сезонов на Земле.

Путь Луны среди звёзд похож на солнечный, но значительно сложнее.

Видимое движение планет.

У Меркурия дуга попятного движения составляет около 13 0 , у Марса - около 15 0 , у Юпитера – немного более 10 0 .

Петлеобразные участки видимого пути планет могут находиться в разных зодиакальных созвездиях.

Весь пояс зодиакальных созвездий Марс обходит за 687 суток, Юпитер — за 12 лет, а Сатурн — за 29,5 лет.

Неравномерное движение Солнца среди звезд.

Далее, пройдя дугу в 180 0 по эклиптике, 22 сентября Солнце пересекает точку осеннего равноденствия Весы.

22 декабря Солнце проходит точку зимнего солнцестояния Козерог; продолжительность этого дня минимальна.

Сегодня ни для кого уже не секрет, что движение абсолютно всех планет Солнечной системы происходит вокруг Солнца. Однако чтобы получить эти знания человечеству потребовалось не одно столетие. В течение долгого времени люди верили, что Земля является центром Вселенной, а Солнце вращается вокруг нее.

План урока:

Виды движения планет

Последователем Коперника стал астроном Тихо Браге. На собственном острове он установил огромные бронзовые круги, на которых отмечал свои результаты наблюдения за движением небесных тел. Его результаты попали в руки математику Иоганну Кеплеру, который и установил 3 закона движения планет.

Первый закон движения планет. Кеплер работал с тем, что планеты движутся по круглой орбите. Однако его расчеты имели множество расхождений с реальными наблюдениями. И тогда ученый предположил, что орбиты имеют форму эллипса. У каждой эллипсовидной орбиты есть два фокусы, представляющие собой заданные точки. Следовательно, 1-й закон Кеплера гласит:

Второй закон движения планет. Чтобы понять закон, необходимо от Солнца провести радиус-вектор к планете. Небесное Светило при этом должно находиться в одном из фокусов орбиты. За одно и тоже время этот радиус-вектор будет описывать равные площади на плоскости, в которой происходит движение планеты вокруг Солнца.

Второй закон Кеплера:

Третий закон движения планет. Абсолютно все орбиты планет имеют точку максимально приближенную к Солнцу (перигелий) и точку максимально отдаленную от Солнца (афелий). Отрезок между этими двумя точками именуют большой осью орбиты. Разделив данный отрезок пополам получают большую полуось, которая как раз и используется в астрономии.

Этот закон используется для того, чтобы вычислить продолжительность года - периода, за который планета совершает полный оборот вокруг Солнца (Т). Для того чтобы получить это значение, достаточно знать расстояние между Солнцем и планетой (а).

В современной астрономии существует несколько видов движения планет:

петлеобразное;
попятное;
прямое.

Перед тем как познакомиться с каждым видом движения планет в Солнечной системе более подробно, важно отметить, что все планеты условно делят на верхние и нижние, либо же внутренние и внешние. К числу нижних (внутренних) относят Меркурий и Венеру, к числу верхних (внешних) – все остальные (Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Данная классификация производится по отношению к земной орбите.

У нижних планет во время видимого движения, как и у Луны, происходит смена фаз. Во время своего движения Меркурий и Венера периодически располагаться между Землей и Солнцем или за Солнцем. В этот момент планеты не видны, так как они теряются в солнечных лучах. Период, когда внутренняя планета максимально приближена к Земному шару называют нижним соединением. Соответственно, верхнее соединение – это период максимального отдаления планеты. При разных положениях освещенного Солнцем полушария внутренней планеты с Земли его будет видно по-разному. Во время нижнего соединения планета поворачивается к Земному шару своей неосвещенной стороной, поэтому наблюдатель ее не видит. Отклоняясь немного в сторону от этого положения, она начинает приобретать вид серпа. Чем больше угловое расстояние между планетой и Солнцем, тем больше размер видимого серпа. В тот момент, когда угол при планете между направлениями на Землю и на Светило достигает отметки 90 0 , наблюдателю видна ровно половина освещенной стороны внутренней планеты. Полностью освещенной стороной планета поворачивается при верхнем соединении, но из-за солнечных лучей ее не видно. Это совершенно нехарактерно для верхних планет, так как к наблюдателю с Земли они всегда будут повернуты освещенной Солнцем стороной. Предположим, что наблюдатель с Земного шара переместился в точку, которая расположена за орбитой Сатурна, то смену фаз он уже будет наблюдать и на Земле, и на Марсе, и на Юпитере, и на Сатурне. Эти планеты уже будут обращены к нему частично видимой, а частично невидимой стороной. Увидеть фазы планет с Земли в бинокль просто невозможно, для этого потребуется другое оборудование, например телескоп.

Попятное, прямое и петлеобразное движение планет

Прямым движением планет называют движение небесных тел с запада на восток, то есть по направлению движения Солнца.

Попятное, или как его еще называют ретроградное движение планет – представляет собой перемещение небесных сфер по отношению к звездам по небосводу с востока на запад. Другими словами данное направление является противоположным движению Солнца и Луны.

Эклиптика. Движение Солнца по эклиптике

Еще древние астрономы, наблюдая за небесными светилами,зафиксировали, что в полдень, на протяжении года Солнце находится на разной высоте. Также, если в полночь летом или зимой, весной или осенью посмотреть на горизонт с южной его стороны, то отчетливо можно увидеть разные созвездия. Например: те, которые просматриваются летом, совсем не увидеть зимой. И кардинально наоборот: летние звезды в созвездиях совсем не просматриваются в зимнее время. Исходя из этих наблюдений, было установлено годичное движение Солнца относительно звезд. В науке появился термин эклиптика.

Мы уже знаем, что движение Солнца понятие условное. Кажущееся движение звезды происходит в связи с движением Земли вокруг Солнца. Суточное движение Земли, то есть полный оборот вокруг своей оси,происходит за 23 часа 56 минут 4 секунды. Соответственно Солнце за сутки смещается на небе на 1°. А время, в течение которого оно проходит весь круг по небесной сфере, называется годом. Он равен 365 суткам и 6 часам. Каждый четвертый год принято считать високосным, так как за это время накапливаются лишние сутки. Поэтому в високосном году на одни сутки больше, их 366.

Зодиакальные созвездия

Двигаясь по своей орбите, Земля в течение года делает один круг. Солнце, двигаясь по линии эклиптики, в течение года проходит через 13 созвездий, которые принято называть зодиакальными.

Другими словами: созвездия, которые находятся вдоль эклиптики, и называются зодиакальными.

В современной астрономии выделяют 13, а не 12, как было раньше, зодиакальных созвездий. Еще древние астрономы каждому из них дали свое имя, которое закрепилось за созвездием на многие годы. Как правило, при выборе названия, учитывалось сходство с определенным предметом, животным, образом. Сегодня каждый знает их названия. Зодиакальными созвездиями являются:

Овен.
Телец.
Близнецы.
Рак.
Лев.
Дева.
Весы.
Скорпион.
Змееносец.
Стрелец.
Козерог.
Водолей.
Рыбы.

Если начать отчет движения Солнца с Овна (19 апреля - 3 мая), то ровно через год звезда снова окажется в этом же созвездии. Луна пройдет через все зодиакальные созвездия за меньший промежуток времени, всего за месяц. Ведь для полного оборота вокруг Земли ей нужно всего 27 дней. С разной скоростью будут перемещаться по созвездиям и планеты. Все зависит от их удаленности от Земли и Солнца. Точкой отсчета для зодиакальных созвездий стала точка весеннего равноденствия – 20 марта.

Большое количество ярких звезд входит в состав каждого зодиакального созвездия. Именно эти звезды помогли поделить небо на определенные участки, и каждое зодиакальное созвездие обрело свои границы. Вот лишь некоторые из самых ярких звезд. В созвездии Близнецов сияет звезда Поллукс, Альхена и Кастор, Скорпион имеет Саргас и Антарес, Стрелец – Нунки и Каус Аустралис, Лев – Альгиеба и др.

Напомним, что современные границы созвездий были официально определены в 1928 году Международным астрономическим союзом.

Овен

Телец

Созвездие относится к древним. У многих народов это животное было священным и почитаемым. Хорошо виден Телец на всей территории страны. Без всяких приборов можно рассмотреть 216 звезд, которые входят в состав Тельца. Находится в Северном полушарии. Лучшее время для наблюдения ноябрь - январь. Среди ярких звезд выделяют: Альдебаран, Нат, Альциона. Находится на 17 месте по занимаемой площади на небе.

Близнецы

Созвездие находится в Северном полушарии, имеет две достаточно яркие звезды (Кастор и Поллукс), расположенные недалеко друг от друга. Они изображают головы братьев-близнецов. Их ноги находятся на Млечном Пути и направлены на юго-запад. Лучше всего видно Близнецов в декабре-январе. Можно рассмотреть невооруженным взглядом 70 звезд, занимает 30 место по площади.

Рак

Созвездие Северного полушария, находится по занимаемой площади на 31 месте. Относится к самым древним и неприметным. Лучшее время для наблюдения январь-февраль. Очень интересна история этого зодиакального созвездия.Когда Геракл вел борьбу с Лернейской Гидрой, на него напал морской Рак. Храбрый воин победил злодея. Но богиня Гера, которая невзлюбила Геракла, увековечила Рака, поместив на небо.60 звезд Рака можно рассмотреть без приборов только в довольно ясную ночь при отсутствии каких-либо помех. Альтарф и Акубенс – это яркие звезды созвездия.

Лев

Созвездие Северного полушария, стоит по занимаемой площади на 12 месте. Невооруженным взглядом можно увидеть 70 звезд. Лучшие месяцы для наблюдения февраль – март. Туловище Льва представлено трапецией из 4 ярких звезд. Голова - дугой из звезд. Самая яркая звезда созвездия – Регул, бело-голубого цвета.

Дева

Весы

Созвездие находится в Южном полушарии, занимает 29 место по площади. Одно из достаточно узнаваемых на небосводе. Без приборов можно рассмотреть 83 звезды. Апрель и май – это лучшие месяцы для наблюдения за Весами. Полностью можно увидеть созвездие только в центре и на юге России. Интересна история происхождения Весов. Этот предмет брала с собой дочь Зевса и богини Фемиды Астрея, когда посещала Землю. Завязав глаза, она с весами в руках пыталась справедливо оценить земную жизнь и выявить лжецов, обманщиков и нарушителей законов. За это Зевс и решил увековечить этот предмет в знак памяти о своей дочери.

Скорпион

Созвездие расположилось в Южном полушарии, на Млечном Пути и имеет отчетливый рисунок, в котором просматривается Скорпион. Настоящей жемчужиной зодиакального созвездия считается красный сверхгигант Антарес. Диаметр и светимость этой звезды в сотни раз превышают показатели Солнца. Также в составе Скорпиона несколько звездных систем. 100 звезд можно наблюдать невооруженным глазом. Лучшее время для наблюдения – конец лета. Занимает 33 место по площади.

Змееносец

Находится в Южном полушарии, на 11 месте по площади. Характеризуется большим скоплением звезд, 100 из которых видно без оптических приборов. Свое название зодиакальное созвездие приобрело еще в древности. В образе Змееносца изображен целитель Асклепий, который имел дар исцелять людей. Среди ярких звезд выделяют Рас Альхаге, Сабик.

Стрелец

Находится в Южном полушарии. Занимает 15 место по площади. 115 звезд этого созвездия видны невооруженным взглядом. Главными звездами Стрельца являются Каус Аустралис, Нунки, Дзета Асцелла. Хорошо видно созвездие на юге Росси, идеальные месяцы для наблюдения июль-август.

Козерог

Расположилось созвездие в Южном полушарии, по площади оно занимает 40 место. Всего 50 звезд созвездия можно рассмотреть без оптических приборов. Хорошо видно на юге и в центре России. Наилучшие месяцы для наблюдения июль – август. Козерог – это фантастическое существо, которое имеет козлиное тело с рыбьим хвостом. Примечательным в Козероге есть шаровое скопление М30.

Водолей

Относится к довольно древним и большим зодиакальным созвездиям. Находится на 10 месте по площади. 90 звезд можно наблюдать невооруженным глазом. К самым ярким относят Садальсууд и Садальмелик, Скат. Лучшее время для наблюдения – август и сентябрь. Лучшее место – центр и юг страны. У греков в образе Водолея видим нескольких персонажей Ганимеда, Девкалиона, Кекропа. Древние народы считали Водолея довольно важным созвездием, олицетворяющим божественного существа Ан. Именно он поил землю живительной влагой.

Рыбы

Созвездие находится в Северном полушарии, занимает 14 место по площади. Без оптических приборов можно увидеть 75 звезд. Благоприятное время для наблюдения – начало осени. Само созвездие неброское, относится к категории тусклых. Оно состоит из Северной (три звезды) и Западной рыбы(семь звезд), которые соединяются воображаемой полосой.

Астрологи, в отличие от астрономов, выделяют только 12 зодиакальных знаков.Для каждого из них они составляют гороскопы, которыми люди успешно пользуются как ежедневно, так и на протяжении всего года. Временные границы астрологических созвездий условные и совсем не совпадают с астрономическими. Астрологи поделили всю эклиптическую окружность на 30 градусные дуги и получили 12 знаков Зодиака, которые соответствуют определенному месяцу в году. Змееносца в списке нет. Согласно астрономии Солнце в созвездии Скорпиона находится 7 дней, в астрологии это время увеличено до одного месяца.

1. Чем отличаются прямое и попятное движения планет?

Прямое движение — перемещение планет между звёздами в основном с запада на восток.

Попятное движение — замедление движения планеты и начала движения с востока на запад.

2. Как, исходя из гелиоцентрической системы мира, объясняется петлеобразное движение планет?

Петлеобразное движение планет объясняется тем, что мы наблюдаем их движение с обращающейся вокруг Солнца Земли, при этом различаются радиусы орбит планет и их орбитальные скорости.

3. Что понимают под конфигурациями планет? Опишите их.

Конфигурациями планет называют характерные взаимные расположения планет, Земли и Солнца. Конфигурации различают для нижних и верхних планет.

Нижние планеты — Меркурий, Венера.
Верхние планеты — Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.

4. Дайте определения синодическому и сидерическому периодам обращения планеты. В чём состоит их отличие?

Синодический период обращения — это промежуток времени между двумя последовательными одноимёнными конфигурациями планеты.

Сидерический (или звёздный) период обращения — это промежуток времени, в течении которого планеты совершает полный оборот вокруг Солнца по орбите относительно звёзд.

5. Звёздный период обращения Юпитера равен 12 годам. Через какой промежуток времени повторяются его противостояния?

Применяя уравнение синодического движения для верхних планет

найдём синодический период Юпитера (S), подставив в формулу $T$ Юпитера $=12$ годам и $T$ Земли $=1$ году. Получим $S=1.1$ года, или $398$ суток.

6. Какова должна быть продолжительность сидерического и синодического периодов обращения планеты в случае их равенства?

Для наблюдателя с Земли продолжительность сидерического и синодического периодов будет равняться 1 году.

Движение — форма существования материи, и любой объект во Вселенной движется. Объекты небесной сферы — не исключение. Поговорим кратко о видимых движениях небесных тел на уровне, достаточном для доклада в 11 классе.

Движение Солнца, Луны и звезд

Наблюдения за небом начались еще в древности, и первыми небесными телами, на которые обратил внимание человек, были Солнце, Луна и звезды.

Все они в течение дня движутся по небу по траекториям-окружностям, в центре которых находится Земля. Это обстоятельство и позволило уже в античности создать систему мира, в которой Земля находилась в центре Вселенной, а вокруг нее по небесной сфере двигались Солнце, Луна и звезды.

Рис. 1. Фотография звездных треков вокруг полюса мира.

Солнце движется по небесной сфере по такой же окружности, но чуть быстрее звезд, и со временем смещается относительно них. Путь, который проделывает Солнце среди звезд, называется эклиптикой. Луна также движется вблизи эклиптики.

Движение планет

Рис. 2. Видимый путь планеты на небе.

Объяснение движений небесных тел

Если движение Солнца, Луны и звезд объяснить было легко — они двигались по окружностям, — то петлеобразное движение планет объяснить было гораздо сложнее. Птолемей, устанавливая законы движения планет, предположил, что планеты движутся по эпициклам — то есть по малым окружностям, центры которых вращаются вокруг Земли по небесной сфере. Такая система мира была громоздкой однако, она удовлетворительно описывала особенности движения планет и просуществовала более тысячи лет.

Однако по мере развития научных знаний система мира Птолемея все меньше удовлетворяла астрономов. Например, она не могла объяснить фазы Венеры, которые заметны людям с очень острым зрением. Для объяснения движения и фаз Венеры (а также Меркурия) в Средневековье была предложена система, в которой Земля все еще была в центре Вселенной, а Солнце вращалось вокруг нее, но Венера и Меркурий вращались вокруг Солнца.

Такое изменение системы мира хорошо описывало видимые движения небесных тел:

Рис. 3. Объяснение пути планеты в гелиоцентрической системе.

В том же издании Коперник вычислил расстояния планет от Солнца и периоды их обращений.

В своем труде Коперник не претендовал на истинность гелиоцентрической системы. Он лишь отмечал, что данная система сильно упрощает расчеты. Тем не менее, появление гелиоцентрической системы дало мощный толчок к развитию астрономических знаний.

Гелиоцентрическая система Коперника была развита и дополнительно обоснована И. Кеплером в начале XVII в. Законы Кеплера не только уточняли траектории движения планет, описывая их эллипсами, а не окружностями, но и давали возможность расчета скоростей движения в любой точке эллипса.

Что мы узнали?

Солнце, Луна и звезды движутся по небесной сфере по окружностям, центры которых лежат на воображаемой оси мира. Планеты движутся по петлеобразным траекториям. Объяснение петлеобразного движения планет стало возможным лишь с принятием гелиоцентрической системы мира.

Читайте также: