§ 2.1. Планеты. Видимые движения планет. Планетные конфигурации. Уравнения синодического движения

Еще в глубокой древности среди звезд зодиакальных созвездий было замечено пять небесных светил, внешне очень похожих на звезды, но отличающихся от последних тем, что они не сохраняют одного и того же положения в созвездиях, а «блуждают» по ним подобно Солнцу и Луне. Эти тела были названы планетами, что значит «блуждающие светила». Древние римляне дали планетам имена своих богов: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. В XVIII-XX вв. были открыты еще три планеты: Уран (в 1781 г.), Нептун (в 1846 г.) и Плутон (в 1930 г.). До недавнего времени считалось, что в Солнечной системе 9 больших планет, однако в августе 2006 г. на состоявшемся астрономическом съезде было принято решение исключить Плутон из разряда больших планет и перевести его в разряд планет-астероидов.

В отличие от звезд планеты довольно быстро и сложным образом перемещаются по небу. В их движении по небу можно установить следующие закономерности:

1) все планеты при своем движении проходят через те же самые созвездия, что и Солнце, т.е. они движутся близко к эклиптике;

2) большую часть времени планеты перемещаются по эклиптике в том же направлении, что и Солнце, т.е. с запада к востоку (прямое движение), постепенно их движение замедляется, они останавливаются (наступает стояние), затем некоторое время движутся с востока к западу (попятное движение), снова останавливаются и после этого продолжают прямое движение, т.е. планеты описывают петли;

3) в движении планет по небу наблюдаются периодически повторяющиеся положения их относительно звезд.

Планеты по характеру своего видимого движения делятся на две группы: внутренние (или нижние) — Меркурий, Венера и внешние (или верхние) — все остальные, кроме Земли.

Каждая планета на небе может занимать различные положения относительно Солнца. При этом выделяют особые положения планет относительно Солнца, называемые планетными конфигурациями.

Пусть в некоторый момент времени Земля Т занимает на своей орбите некоторое положение относительно Солнца С (рис. 2.1). Нижняя или верхняя планета может находиться в этот момент в любой точке своей орбиты.

Рис. 2.1. Конфигурации планет .

Если внутренняя планета V находится в одной из четырех указанных на чертеже точек V₁ , V₂ , V₃ или V₄ , то она видна с Земли в нижнем (V₁) или в верхнем (V₃) соединении с Солнцем, в наибольшей западной (V₂) или в наибольшей восточной (V₄) элонгации. Если внешняя планета М находится в точках М₁ , М₂ , М₃ или М₄ своей орбиты, то она видна с Земли в противостоянии (М₁) , в соединении (M₃) , в западной (М₂) или в восточной (М₄) квадратуре.

Внутренняя планета находится ближе всего к Земле в момент нижнего соединения и дальше всего — в момент верхнего соединения. В моменты элонгаций угол между направлениями с Земли на Солнце и на планету становится максимальным, этот угол называется углом элонгации. Для Меркурия угол элонгации составляет 18-28°, а для Венеры — 45-48°. При восточной элонгации планета видна на западе, в лучах вечерней зари, вскоре после захода Солнца, и заходит через некоторое время после него. При западной элонгации ее можно увидеть на востоке перед восходом Солнца. В моменты соединений планета скрывается в лучах Солнца и перестает быть видимой (за исключением моментов прохождения планеты по диску Солнца). Внутренние планеты совершают как бы “колебания” около Солнца, как маятник около своего среднего положения.

В отличие от внутренних внешние планеты могут отходить на небе от Солнца на любой угол. Планета приближается к Земле на наименьшее расстояние в момент противостояния и удаляется от нее на максимальное расстояние в момент соединения. Именно в момент противостояния наступают наилучшие условия для наблюдения планеты.

Суть объяснения прямых и попятных движений планет заключается в сопоставлении орбитальных линейных скоростей планеты и Земли.

Когда внешняя планета находится около соединения, то ее скорость направлена в сторону, противоположную скорости Земли. С Земли планета будет казаться движущейся прямым движением, т.е. в сторону ее действительного движения, справа налево. При этом скорость ее будет казаться увеличенной. Когда планета находится около противостояния, то ее скорость и скорость Земли направлены в одну сторону. Но линейная скорость Земли больше линейной скорости верхней планеты, и поэтому с Земли планета будет казаться движущейся в обратную сторону, т.е. попятным движением, слева направо.

Подобные же рассуждения объясняют, почему внутренние планеты около нижнего соединения движутся среди звезд попятным движением, а около верхнего соединения — прямым движением.

С видимыми движениями планет связаны синодические и сидерические периоды их обращения.

Синодическим периодом обращения (S) планеты называется промежуток времени между ее двумя последовательными одноименными конфигурациями.

Сидерическим или звездным периодом обращения (Т) планеты называется промежуток времени, в течение которого планета совершает один полный оборот вокруг Солнца по своей орбите. За этот период планета повторяет свое расположение относительно звезд.

Сидерический период обращения Земли называется звездным годом (Т_). Между этими тремя периодами можно установить зависимость, которая выражается следующими соотношениями:

для внутренних планет

для внешних планет

Эти равенства называются уравнениями синодического движения.

Непосредственно из наблюдений могут быть определены только синодические периоды обращений планет S и сидерический период обращения Земли, т.е. звездный год Т_. Сидерические же периоды обращений планет Т вычисляются по соответствующему уравнению синодического движения.

Продолжительность звездного года равна 365,26 средних солнечных суток.