Второй закон Кеплера
Итак, мы сказали что согласно первому закону Кеплера Земля движется не по круговой, а по эллиптической орбите. Что же касается ее скорости, то она возрастает при приближении к Солнцу, и убывает при удалении от него.
Кеплер сформулировал это следующим образом:
За одинаковые промежутки времени радиус-вектор планеты описывает одинаковые площади.
Это так называемый закон площадей или второй закон Кеплера, пожалуй в самой бесполезной его формулировке. Но фактически мы имеем дело с законом сохранения момента импульса. И куда больший интерес для нас будет иметь следующее уравнение:
Произведение линейной скорости и радиус-вектора в перигелии, равно произведению скорости и радиус-вектора афелии. Это частный случай второго закона Кеплера, соответственно для максимального и минимального значений скорости движения планеты.
Юпитер
Свое название Юпитер получил в честь самого могущественного древнеримского бога. Неудивительно, именно эта планета может похвастать самыми большими размерами в Солнечной системе – его радиус составляет почти 70 тысяч квадратных километров (у Земли, например, всего 6 371 километр).
Удаленность от Солнца позволяет Юпитеру вращаться довольно медленно – всего 13 километров в секунду. Из-за этого на то, чтобы сделать полный круг, у планеты уходит почти 12 земных лет!
Зато сутки здесь самые короткие в нашей системе – 9 часов и 50 минут. Наклон оси вращения здесь крайне мал – лишь 3 градуса. Для сравнения — у нашей планеты этот показатель составляет 23 градуса. Из-за этого на Юпитере совершенно не бывает смен времен года. Всегда стоит одинаковая температура, изменяющаяся лишь в течение коротких суток.
Эксцентриситет у Юпитера довольно маленький – меньше 0,05. Поэтому он равномерно наматывает круги строго вокруг Солнца.
Каждая планета Солнечной системы вращается по своей орбите это. Орбиты планет солнечной системы.
Когда Плутон был расклассифицирован в карликовую планету, Меркурий стал планетой с самой эксцентричной орбитой. Эксцентриситет орбиты это то, насколько планета отклоняется от круглой форма. Таким образом, если орбита идеальный круг, то она имеет эксцентриситет равный нулю, и это число увеличивается с увеличением эксцентриситета.
Эксцентриситет Меркурия — 0, 205. Его орбита находится в диапазоне от 46 миллионов км в самой ближайшей точке к солнцу и 70 миллионов км в самой дальней точке. Самая ближайшая точка к солнцу на орбите, называется перигелий, а самая дальняя точка — афелий. Меркурий — самая быстрая планета, ему требуется всего 88 земных дней, чтобы сделать оборот вокруг солнца.
Эксцентриситет Венеры самый маленький в нашей солнечной системе, составляет 0, 007, т. е орбита Венеры почти идеальный круг. Орбита Венеры колеблется от 107 миллионов км в перигелии до 109 миллионов км в афелии. Венере требуется 224, 7 земных дней, чтобы сделать оборот вокруг солнца. Фактически день на Венере длиннее, чем год, потому что планета очень медленно вращается. Таким образом, если смотреть из северного полюса мира, все планеты вращаются против часовой стрелки, но Венера вращается по часовой стрелке, это единственная планета имеющая такое вращение.
У земли тоже очень маленький эксцентриситет — 0, 017. В среднем планета находится в 150 миллионах км от солнца, но расстояние может варьироваться от 147 до 150 миллионов км. Нашей планете необходимо примерно 365, 256 дня, чтобы сделать оборот вокруг солнца, это и есть причина високосных годов.
Эксцентриситет марса — 0, 093, что делает его орбиту одной из самых эксцентричных в солнечной системе. Перигелий марса составляет 207 миллионов км, и его афелий 249 миллионов км от солнца. В течение долгого времени орбита марса становилась более эксцентричной. Красной планете требуется 687 земных суток, чтобы обернуться вокруг солнца.
Юпитер имеет эксцентриситет 0, 048, с перигелием 741 миллионов км и афелием 778 миллионов км. Ему необходимо 4331 земных дня, т. е 11, 86 наших лет, чтобы облететь солнце.Эксцентриситет Сатурна — 0, 056. Ближайшая точка к солнцу на орбите Сатурна расположена в 1, 35 миллиардов км, а самая дальняя точка удалена от солнца на 1, 51 миллиард км. В зависимости от того, какую позицию Сатурн занимает на своей орбите, его кольца либо видны, либо почти незаметны. Один оборот вокруг солнца занимает 29, 7 земных лет. Фактически, с момента обнаружения Сатурна в 1610 году, немногим более чем за 400 лет, он сделал всего 13 оборотов вокруг солнца.
Перигелий урана 2, 27 миллиардов км, а афелий 3 миллиарда км от солнца. Его эксцентриситет 0, 047. Урану необходимо 84, 3 земных лет, чтобы обернуться вокруг солнца. Уран уникален, потому что он фактически вращается на боку с осевым наклоном почти в 99°.
Эксцентриситет Нептуна, почти настолько же низок как у Венеры. Перигелий планеты составляет 4, 45 миллиардов км и афелий 4, 55 миллиардов км. Так как Плутон был реклассифицирован как карликовая планета, Нептун — планета с орбитой, самой дальней от солнца.
Венера
Следующая планета в нашей системе – Венера. Единственная, на которой Солнце встает на западе и садится на востоке. Расстояние до центра системы – 108 миллионов километров. Благодаря этому скорость движения планеты по орбите значительно меньше, чем у Меркурия (всего 35 километров в секунду). Причем это единственная планета, у которой орбита действительно представляет собой практически идеальную окружность – погрешность (или, как говорят эксперты, эксцентриситет) крайне мала.
Планета Венера и интересные факты про неё
Как известно, практически все планеты и объекты Солнечной системы вращаются в одном направлении. Но только не Венера — у неё противоположное направление.
Между прочим, по яркости на небе Венера третий объект, уступая лишь Луне и Солнцу. Её видимая звёздная величина -4,6.
Кроме того, Венера — утренняя звезда. В народе, её так прозвали, потому как каждый день до восхода Солнца на небе появляется яркая звезда, которая, как оказалось, никакая ни звезда, а планета Венера.
По сути, она же является вечерней звездой, так как видна на закате каждый вечер. Хотя иногда её можно увидеть невооружённым глазом даже днём.
Собственно, объясняется это не только высокой яркостью планеты, но и близким расположением к нам.
Утренняя звезда
Помимо всего, хочется отметить цвет Венеры. Несмотря на то, что визуально с Земли она светло-жёлтая, это не совсем так. На самом деле, поверхность имеет красно-коричневый цвет, потому что покрыта вулканическими породами.
Как уже было сказано, Венера вторая планета, приближенная к главной звезде. Вследствие чего, мы можем наблюдать с Земли её прохождение по диску Солнца. Хотя это очень редкое явление. Согласно наблюдениям приблизительно раз за 250 лет оно происходит четыре раза. Причём два в декабре, а два в июне. В последний раз подобное событие было зафиксировано 6 июня 2012 года. По прогнозам астрономов следующее случится 11 декабря 2117 года.
Венера
Активное изучение планеты проводилось, главным образом, в 1960-80-х годах
Правда, из-за сложных условий на её поверхности и возросшему в тот период интересу к Марсу, внимание к Венере несколько поубавилось. Однако это не значит, что её исследование прекратилось
На данный момент, учёные разрабатывают проекты специальных космических аппаратов для полёта к ней. Вероятно, что в будущем мы узнаем много нового и, безусловно, интересного про земную «сестру».
Сатурн
Эта планета не слишком уступает Юпитеру по размерам, являясь вторым по размеру космическим телом в нашей солнечной системе. Его радиус – 58 тысяч километров.
Скорость планеты по орбите, как уже говорилось выше, продолжает падать. Для Сатурна этот показатель составляет всего 9,7 километра в секунду. А пройти со столь малой скоростью приходится действительно большое расстояние – дистанция до Солнца равна почти 9,6 астрономических единицы. Всего на этот путь уходит 29,5 лет. Зато сутки одни из самых коротких в системе – всего 10,5 часов.
Эксцентриситет планеты почти такой же, как у Юпитера – 0,056. Поэтому окружность получается довольно ровной – перигелий и афелий различаются всего на 162 миллиона километров. Если учитывать огромное расстояние до Солнца, то разница совсем небольшая.
Интересно, что кольца Сатурна тоже вращаются вокруг планеты. Причем скорость внешних слоев значительно меньше, чем внутренних.
Что это означает для нас
Мы не замечаем движения нашей планеты, но, если бы Земля внезапно остановилась, это имело бы плачевные последствия. Наша орбита установилась под влиянием солнечного притяжения и собственного движения планеты. Увеличение в несколько раз первого параметра и/или уменьшение второго приведет к тому, что Земля упадет на Солнце. Обратная ситуация, где солнечная гравитация исчезнет или существенно уменьшится, а планета начнет двигаться сильнее — опасна тем, что мы по касательной улетим в открытое космическое пространство.
А беспокойство о скором столкновении галактик являются преждевременными. Скорость движения Млечного Пути является относительно небольшой. На расстояние равное собственному диаметру он смещается не менее, чем за 200-300 млн лет.
Держим курс: равномерное вращательное движение
Если объект движется с постоянной по величине скоростью по окружности, то такое движение называется равномерным вращательным движением. Примерами такого движения являются движение гоночного автомобиля по круглому треку и стрелки на циферблате часов. На рис. 7.1 показан мяч для игры в гольф, привязанный нитью к шесту и совершающий движение по окружности. Мяч совершает движение с одинаковой по величине скоростью, но с изменяющимся направлением. Потому такое движение мяча называется равномерным вращательным движением.
Время, которое требуется мячику (или какому-либо другому объекту), чтобы полностью обогнуть окружность, называется периодом и обозначается символом \( T \). Период и линейную скорость можно легко связать, если известно пройденное расстояние, т.е. длина окружности \( 2\pi r \), а точнее ее радиус \( r \). Итак, линейная скорость мячика \( v \) равна:
а период вращения \( T \) равен:
Допустим, что длина нити равна 1 м, а период вращения равен 0,5 с. Чему в таком случае будет равна линейная скорость мячика? Подставим численные значения в одно из предыдущих соотношений и получим:
Итак, мячик вращается с линейной скоростью 13 м/с!
Гравитация – сила тяготения
Если же смотреть глубже, то станет ясно, что не было бы гравитации, не было бы и самих планет. Сила тяготения — притяжение материи к материи — это та сила, которая собрала вещество в планеты и придала им круглую форму.
Гравитация
Силы тяготения Солнца вполне хватает на то, что бы удерживать девять планет, десятки их спутников и тысячи астероидов и комет. Вся эта компания роем вращается вокруг Солнца, как мотыльки вокруг освещенного балкона. Если бы не было силы тяготения, эти планеты, спутники и кометы полетели бы каждый своим путем по прямой линии. Вместо этого они вращаются вокруг Солнца по своим орбитам, потому что Солнце силой своего притяжения постоянно искривляет их прямолинейную траекторию, притягивая к себе планеты, луны и кометы с астероидами.
Характеристика
Венера имеет состав, размер и массу очень похожие на земные. По оценке учёных, её диаметр равен 12102 км, таким образом радиус составляет 6051,8 км. А вот масса равняется 4,87*10²⁴ и плотность 5,24 г/см³.
Правда, есть и отличительные особенности. К примеру, венерианский год длится 224,7 суток, то есть столько времени затрачивается на оборот вокруг главного светила.
В то же время, период вращения вокруг своей оси занимает 243 земных дня. Между прочим, это самый длительный промежуток времени, необходимый планете для совершения полного оборота.
Орбита у нашей «сестры», можно сказать, круговая, поскольку эксцентриситет равен 0,0067.
По данным астрономов, от Солнца располагается на расстоянии 108 млн км (среднее значение), а дистанция до Земли колеблется от 38 до 261 млн км.
Имеет плотную атмосферу, которая состоит практически из одного углекислого газа.Атмосферное давление на поверхности больше земного в 92 раза, из-за чего около поверхностный слой находится не в газовом, а в состоянии сверхкритической жидкости.
В результате парникового эффекта средняя температура поверхности планеты 462 градуса по Цельсию, что делает её самой раскалённой среди всех.Кстати, у неё нет естественных спутников.
Орбита Венеры
Период Венеры
Венерианская орбита более остальных орбит системы стремится к окружности. Эксцентриент практически отсутствует:
- В перигелии расстояние равняется 107 477 000 км.
- В афелии 108 939 000 км.
Перигелий, афелий
Звездный период обращения Венеры вокруг Солнца равняется 224,7 дням. Именно такое количество дней требуется планете для движения по орбите вокруг Солнца.
Направление вращения планеты отличается от остальных планет, продолжительность пуи вокруг своей оси составляет 243 дням.
Прохождение Венеры по диску Солнца
Каждые 584 дня Венера приближается к Земле на 40 млн.км. Явление получило название прохождения Венеры по диску Солнца.
Из-за того, что Земля находится на большем расстоянии от Солнца, чем Вечерняя звезда, земляне могут наблюдать прохождение Венеры по диску Солнца. В этот период движения Венеры жители Земли видят на небосклоне небольшой черный диск на фоне Солнца. Подобное явление случается крайне редко, примерно 4 раза в 2,5 века. Два из них проходят в конце года, остальные 2 – в июне.
Последнее прохождение Венеры по диску Солнца прошло 6 июня 2012 года. Ближайшее приближение ожидается 11 декабря 2117 года.
Прохождение Венеры по диску Солнца
Противостояние планет
Противостоянием называется явление, при котором звезда или планета продолжает прямую между Солнцем и Землей. В этот период небесное светило видно с Земли с противоположного от Солнца направления.
Подобные движения возможны только для верхних планет системы, то есть всех кроме:
- Меркурия.
- Венеры.
Противостояние Венеры
И других объектов, которые находятся на большем расстоянии от Солнца, чем Земля.
Венера является нижней планетой, поэтому противостояний Венеры не бывает. Существует два возможных явления:
- Нижнее соединение, Венера располагается между Солнцем и Землей.
- Верхнее, Утренняя звезда расположена на одной прямой с Землей, но находясь за Солнцем.
Период вращения Венеры между двумя соединениями является синодическим периодом и длится более 1,5 земных лет.
Атмосфера Венеры
Существенный вклад в изучение как атмосферы, так и поверхности Венеры внесла миссия СССР с одноименным названием. Первым космическим кораблем, отправленным к планете и совершивший пролет мимо планеты был «Венера-1» разработанный Ракетно-космической корпорацией «Энергия» имени С.П. Королёва (сегодня НПО «Энергия). Несмотря на то, что с этим кораблем, как и с несколько другими аппаратами миссии связь была потеряна, были те которые смогли не только изучить химический состав атмосферы, но и даже достичь самой поверхности.
Первым кораблем, запущенным 12 июня 1967 года, который смог провести исследования атмосферы был «Венера-4». Спускаемый аппарат корабля был в буквальном смысле раздавлен давлением в атмосфере планеты, однако орбитальный модуль успел сделать целый ряд ценнейших наблюдений и получить первые данные о температуре Венеры, плотности и химическом составе. Миссия позволила определить, что атмосфера планеты состоит на 90% из углекислого газа с незначительным содержанием кислорода и водяного пара.
Приборы орбитального аппарата указали на то, что у Венеры отсутствуют радиационные пояса, а магнитное поле в 3000 раз слабее магнитного поля Земли. Индикатор ультрафиолетового излучения Солнца на борту корабля позволил выявить водородную корону Венеры, содержание водорода в которой было примерно в 1000 раз меньше, чем в верхних слоях атмосферы Земли. Данные были в дальнейшем подтверждены миссиями «Венера-5», «Венера-6».
Благодаря этим и последующим исследованиям, сегодня ученые могут выделить в атмосфере Венеры два широких слоя. Первый и основной слой – это облака, которые непробиваемой сферой охватывают всю планету. Второй — это все, что ниже этих облаков. Облака, окружающие Венеру, простираются от 50 до 80 километров над поверхностью планеты и состоят в основном из двуокиси серы (SO2) и серной кислоты (H2SO4). Эти облака настолько плотные, что они отражают обратно в космос 60% всего солнечного света, который получает Венера.
Второй слой, который находится под облаками, имеет две основных функции: плотность и состав. Совместный эффект этих двух функций на планете огромен, — он делает Венеру самой горячей и наименее гостеприимной из всех планет в Солнечной системе. Из за парникового эффекта температура слоя может достигать 480°С., что позволяет нагревать поверхность Венеры до максимальных в нашей системе температур.
Что такое орбитальная скорость?
Орбитой называют траекторию, по которой конкретная планета движется вокруг Солнца. Она вовсе не представляет собой идеальную окружность, как думают некоторые люди, не разбирающиеся в астрономии. Более того, она даже не слишком напоминает овал – ведь существует большое количество факторов за исключением силы притяжения Солнца, которые могут повлиять на движение небесных тел.
Также стоит сразу развеять другой известный миф – Солнце вовсе не всегда находится ровно в центре орбиты планет, вращающихся вокруг него.
Наконец, следует отметить, что не все орбиты планет лежат в одной плоскости. Некоторые значительно выбиваются из нее – например, если изобразить стандартные орбиты Земли и Венеры на астрономической карте, то можно убедиться в том, что они имеют всего несколько точек пересечения.
Теперь, когда с орбитами более или менее разобрались, можно вернуться к определению термина орбитальной скорости планет. Именно так астрономы называют скорость, с которой планета движется по своей траектории. Она может немного изменяться – в зависимости от того, какие небесные тела проходят поблизости. Особенно это заметно на примере Марса: каждый раз, когда он проходит в сравнительной близости от Юпитера, он немного замедляется, притягиваясь гравитационным полем этого гиганта.
Ученые давно установили зависимость скорости движения планет вокруг Солнца от расстояния до него.
То есть самая ближайшая к Солнцу планета – Меркурий – движется быстрее всего, в то время как скорость Плутона является самой маленькой в Солнечной системе.
С чем это связано?
Дело в том, что скорость каждой планеты соответствует той силе, с которой Солнце притягивает ее на определенном расстоянии. Если скорость будет меньше, то планета будет постепенно приближаться к звезде и в результате сгорит. Если же скорость слишком большая, то планета просто улетит от центра нашей Солнечной системы.
Каждый астроном, даже начинающий, прекрасно знает, что сила притяжения уменьшается по мере удаления от Солнца. Именно поэтому, чтобы сохранить свое место в Солнечной системе, Меркурий вынужден носиться с бешеной скоростью, Марс может двигаться помедленнее, а Плутон и вовсе едва перемещается.
Поверхность
На протяжении долгого времени оставалось загадкой, что представляет собой поверхность Венеры, так как она была полностью скрыта слоем облаков толщиной в 20 км. При помощи огромной параболической радиолокационной антенны, расположенной на острове Пуэрто-Рико в Карибском море, учёным удалось составить некоторое представление о рельефе планеты, так как радиосигналы способны проходить сквозь облака. Более подробные сведения были получены в 1970-80-х годах, когда на поверхность Венеры спустились советские автоматические станции.
В 1990 году США запустили исследовательский аппарат «Магеллан», с помощью которого была создана трёхмерная карта венерианской поверхности.
7 декабря 2015 года японский аппарат «Акацуки» со второй попытки (первая состоялась 21 мая 2010 года) успешно вышел на орбиту Венеры. 4-8 апреля 2015 года зонд смог передать на Землю первые снимки Венеры, сделанные в инфракрасном диапазоне. На них детально видны плотные облака из серной кислоты и дугообразная структура из облаков, которая проходит между полюсами планеты.
Хотя Венера отличается довольно плоским рельефом с небольшими холмистыми участками, там есть две обширные возвышенности высотой около 13 км, похожие на земные континенты. Первая из них расположена в Северном полушарии и называется Землёй Иштар (богиня любви в Древнем Вавилоне). Этот «континент» размерами напоминает Австралию. Земля Афродиты (греческая богиня любви), находящаяся в Южном полушарии планеты, ещё обширнее. Венерианские «материки», в отличие от земных, не омываются океанами: планета находится настолько близко к Солнцу, что если бы на ней и были океаны, то они давно бы уже выкипели.
На Венере находятся тысячи вулканов — их гораздо больше, чем на Земле. Некоторые из них довольно велики и достигают 1000 км в поперечнике и 6 км в высоту.
Здесь, по-видимому, кора на плиты не разделена, в отличие от земной, и вулканы, бóльшая часть которых действующие, располагаются беспорядочно. Извергаемые вулканами пыль и частицы пепла остаются в атмосфере, создавая толстый облачный покров планеты. Часть химических веществ вступает в реакции и выпадает на поверхность в виде капель серной и соляной кислот.
Транзиты Венеры
Орбита Венеры намного протяжённее
орбиты Меркурия и поэтому её транзиты случаются реже. В среднем — два раза в столетие с промежутком между ними примерно в 8 лет. Вот почему с момента
изобретения телескопа астрономам удалось наблюдать транзиты Венеры лишь 7 раз: в 1631, 1639, 1761, 1769, 1874, 1882, 2004 годах. Транзиты Венеры возможны только
в начале декабря и в июне, когда один из узлов орбиты планеты оказывается перед Солнцем. И происходит это с периодичностью для одного узла 8 и 121,5 года и для
другого — 8 и 105,5 года. Ближайший транзит состоялся 6 июня 2012 года. Транзиты, как и полные солнечные затмения, — это локальные феномены, то есть они
видны лишь на некоторых территориях Земли.
