Планеты солнечной системы

Наклонение

Запрос «» перенаправляется сюда. На эту тему нужно создать отдельную статью (см. ).

A{\displaystyle A} – объект B{\displaystyle B} – центральный объект C{\displaystyle C} – плоскость отсчёта D{\displaystyle D} – плоскость орбиты  i{\displaystyle i}  – наклонение

Наклоне́ние <орбиты> (накло́н <орбиты>, накло́нность <орбиты>) небесного тела — это угол между плоскостью его орбиты и плоскостью отсчёта (базовой плоскостью).

Обычно обозначается буквой i (от англ. inclination). Наклонение измеряется в угловых градусах, минутах и секундах.

Если ∘<i<90∘{\displaystyle 0^{\circ }<i<90^{\circ }}, то движение небесного тела называется прямым.

Если 90∘<i<180∘{\displaystyle 90^{\circ }<i<180^{\circ }}, то движение небесного тела называется обратным.

• В применении к Солнечной системе, за плоскость отсчёта обычно выбирают плоскость орбиты Земли (плоскость эклиптики). Плоскости орбит других планет Солнечной системы и Луны отклоняются от плоскости эклиптики лишь на несколько градусов.
• Для искусственных спутников Земли за плоскость отсчёта обычно выбирают плоскость экватора Земли.
• Для спутников других планет Солнечной системы за плоскость отсчёта обычно выбирают плоскость экватора соответствующей планеты.
• Для экзопланет и двойных звёзд за плоскость отсчёта принимают картинную плоскость.

Зная наклонение двух орбит к одной плоскости отсчёта и долготы их восходящих узлов, можно вычислить угол между плоскостями этих двух орбит — их взаимное наклонение, по формуле косинуса угла.

Особенности земной орбиты

С другой стороны, система Земля характеризуется афелием (точка удаления) и перигелием (точка приближения). В первом случае, дистанция до Солнца равна 152 млн км, а во втором 147 млн км. Однако за среднее расстояние принято считать 149,6 млн км.

Перигелий и афелий Земли

Собственно говоря, если круговая орбита Земли даже немного изменяется, то это значительно влияет на жизнь планеты. Так как орбитальное положение поддерживает определённую температуру на ней.

Между прочим, средний радиус земной орбиты (150 млн км) принято считать за одну астрономическую единицу. То есть этой мерой измеряют расстояние в космосе.Сейчас установили, что вращение Земли вокруг главной звезды происходит с ускорением 108000 км в час. Таким образом, для полного оборота планете необходимо 365 дней. Если точнее, то 365, 242199 суток. Поэтому каждые четыре года к нашему календарю добавляется еще один день.

29 февраля

Как уже отмечалось, на нашу орбиту в значительной мере оказывает влияние наклон оси планеты. Отсюда возникает сезонность погоды. Проще говоря, времена года. Именно вращение земной оси приводит к солнцестоянию и равноденствию.

Средняя аномалия

Запрос «» перенаправляется сюда. На эту тему нужно создать отдельную статью (см. ).

Анимация, иллюстрирующая истинную аномалию, эксцентрическую аномалию, среднюю аномалию и решение уравнения Кеплера.

Аномалии (рис.3)

Средняя аномалия для тела, движущегося по невозмущённой орбите — произведение его среднего движения и интервала времени после прохождения перицентра. Таким образом, средняя аномалия есть угловое расстояние от перицентра гипотетического тела, движущегося с постоянной угловой скоростью, равной среднему движению.

Обозначается буквой M{\displaystyle M} (от англ. mean anomaly)

В звёздной динамике средняя аномалия M{\displaystyle M} вычисляется по следующим формулам:

M=M+n(t−t){\displaystyle M=M_{0}+n(t-t_{0})}

где:

• M{\displaystyle M_{0}} — средняя аномалия на эпоху t{\displaystyle t_{0}},
• t{\displaystyle t_{0}} — начальная эпоха,
• t{\displaystyle t} — эпоха, на которую производятся вычисления, и
• n{\displaystyle n} — .

Либо через уравнение Кеплера:

M=E−e⋅sin⁡E{\displaystyle M=E-e\cdot \sin E}

где:

• E{\displaystyle E} — эксцентрическая аномалия (E{\displaystyle E} на рис.3),
• e{\displaystyle e} — эксцентриситет.

Позиции:

Европейская миссия Gaia, которая в настоящее время ведется, предназначена для измерения точного местоположения более чем одного миллиарда звезд, в основном в нашей собственной галактике. «Но Гайя также измеряет звездные позиции в соседних галактиках», — объясняет астроном университета Гронинген Давиде Массари. «И для некоторых из этих звезд у нас также есть свое местоположение, измеренное космическим телескопом Хаббла, около 12 лет назад».

Массари и его коллеги из Каптейнского астрономического института решили объединить два набора данных. Это непростая задача, так как две миссии измеряют местоположение по-разному. Команде удалось объединить данные, используя фоновые галактики, которые не изменились за последние 12 лет. «Мы должны быть очень осторожны, чтобы исключать любые систематические ошибки, — говорит Массари. Но им это удалось, и из 120 звезд в Галактике Скульптор, которые были измерены как Хабблом, так и Гайей, они обнаружили чрезвычайно точные парные наблюдения за 15 лет.

Перигелий, афелий и эксцентриситет

Разберемся с основными характеристиками орбитального пути. Все планеты Солнечной системы движутся вокруг Солнца. Проходя по своей траектории данное тело имеет точки наибольшей удаленности и приближенности к центральной звезде. Они называются соответственно афелий и перигелий. От их значения напрямую зависят климатические условия на том или ином теле.

Перигелий и афелий планет
нашей системы имеют следующие величины:

• Меркурий: 46 – 69,82 млн. км;
• Венера: 107,5 – 109 млн. км;
• Земля: 147,1 – 152,1 млн. км;
• Марс: 206,7 – 249,2 млн. км;
• Юпитер: 740,7 – 816 млн. км;
• Сатурн: 1,35 – 1,5 млрд. км;
• Уран: 2,73 – 3,01 млрд. км;
• Нептун: 4,45 – 4,5 млрд. км.

детальная схема

По представленным величинам
видно, что у одних планет разница между расстоянием в минимальной и
максимальной удаленности от Солнца крайне мала, а у других – значительна. С
этим выводом неразрывно связан другой термин, необходимый для описания орбиты
планет, — эксцентриситет.

Эксцентриситет траектории, по которой движется планета, определяет ее форму. Для вычисления этого параметра необходимо знать большую и малую полуоси орбиты планеты. Для каждой формы орбитального пути есть свое числовое значение эксцентриситета:

• 0 – круг;
• От 0 до 1 – эллипс;
• 1 – парабола;
• От 1 до ∞ — гипербола;
• ∞ — прямая.

Все орбиты планет Солнечный системы имеют значение эксцентриситета больше нуля, т.е. обладают эллипсовидной формой. При этом самые сжатые, схожие с круговыми, орбиты в Солнечной системе наблюдаются у Венеры и Нептуна, а наиболее вытянутые – у Меркурия и Марса.

Что такое орбита планеты, какую форму имеют орбиты Солнечной системы.

Подробное решение итоговое задание 1 по географии для учащихся 5 класса, авторов В. П. Дронов, Л. Е. Савельева 2015

1. Как можно ориентировать по звездам?

Ориентировать можно с помощью ярких звезд. Навигационными называются 26 наиболее ярких звезд, используемых для ориентирования. Они указывают направления на определенные стороны горизонта. К примеру, Полярная звезда всегда указывает направление на Север.

2. Что такое Солнечная система? Какие космические тела входят в ее состав?

Солнечная система – это Солнце и движущиеся вокруг него космические тела. В состав солнечной системы входит Солнце и движущиеся вокруг нее космические тела (планеты, спутники, кометы, астероиды), межпланетное пространство с мельчайшими частицами и разжиженным газом.

3. Что такое орбита планеты? Какую форму имеют орбиты планет солнечной системы?

Орбита – путь планеты вокруг Солнца. Орбиты планет Солнечной системы имеют форму эллипсов.

4. Какой по счету планетой от Солнца является Земля? Между какими планетами она расположена?

Земля является третьей планетой от Солнца. Она находится между Венерой и Марсом.

5. На какие группы делят планеты Солнечной системы? Чем отличаются планеты, входящие в эти группы?

Планеты Солнечной системы делятся на планеты земной группы и планеты-гиганты. Они отличаются составом и размерами. Планеты земной группы каменные и имеют небольшие размеры. Планеты гиганты имеют газопылевой состав и большие размеры.

6. Как Солнце влияет на Землю?

Солнце притягивает Землю и отвечает за ее движение. Оно снабжает Землю теплом и светом, что влияет на живые организмы. Солнечное излучение влияет на магнитное поле Земли.

7. Назовите планеты Солнечной системы. Какие из них получают от Солнца больше света и тепла, чем Земля, а какие – меньше?

Планеты Солнечной системы – Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Больше чем Земля света и тепла получают Меркурий и Венера. Все остальные планеты получают меньше тепла и света в сравнении с Землей.

8. Что называют сутками? Какова продолжительность одних земных суток? При каких условиях сутки могут стать длиннее или короче?

Сутки – естественная, данная природой основная единица измерения времени. Продолжительность земных суток – 24 часа. Продолжительность суток может изменить при изменении скорости вращения Земли вокруг своей оси: увеличение скорости вращения сократит сутки, замедление – увеличит.

9. Каковы географические следствия вращения Земли вокруг своей оси?

Вращение вокруг своей оси влияет на форму планеты. В его результате происходит смена дня и ночи. Из-за осевого вращения Земли все движущие предметы на Земле отклоняются в Северном полушарии вправо по ходу своего движения, в Южном полушарии – влево.

10. Что называют годом? Какова продолжительность одного земного года? Почему каждый четвертый год на Земле длиннее трех предыдущих на одни сутки? Как называются такие удлиненные года?

Год – период времени, за который Земля делает полный оборот вокруг Солнца по своей орбите. Земной год составляет 365 дней. Каждый четвертый год на сутки длиннее трех предыдущих и называется високосным. Дело в том, что продолжительность земных суток составляет чуть более 24 часов. Так за год набегает лишних 6 часов. Для удобства принято год считать равным 365 дням. А раз в четыре годы добавлять еще одни сутки.

11. Что такое географический полюс, экватор? Какова длина экватора Земли?

Географический полюс – это условная точка на земной поверхности, в которой та пересекается с земной осью.

Экватор – воображаемая окружность на поверхности Земли, проведенная на равном расстоянии от Северного и Южного полюса.

Длина экватора – 40076 км.

12. Почему расстояние от центра Земли до географических полюсов меньше, чем от центра Земли до экватора?

Полярный радиус меньше экваториального, поскольку Земля не идеальный шар, а слегка сплюснута у полюсов.

13. Почему на Земле происходит смена времен года?

Земля не просто вращается вокруг Солнца, но сохраняет при этом наклон своей оси. Это приводит к неравномерному нагреву разных территорий в течение годы, чем и обусловлена смена времен года.

14. Каковы географические следствия вращения Земли вокруг Солнца?

Следствие движения Земли вокруг Солнца является смена времен года, годичные ритмы живой и неживой природы.

Эксцентриситет

Основная статья: Эксцентриситет орбиты

Части эллипса (рис.2)

Эксцентрисите́т (обозначается «e{\displaystyle e}» или «ε») — числовая характеристика конического сечения.
Эксцентриситет инвариантен относительно движений плоскости и преобразований подобия.
Эксцентриситет характеризует «сжатость» орбиты. Он выражается по формуле:

ε=1−b2a2{\displaystyle \varepsilon ={\sqrt {1-{\frac {b^{2}}{a^{2}}}}}}, где b{\displaystyle b} — малая полуось (см. рис.2)

В зависимости от величины ε{\displaystyle \varepsilon } орбита представляет собой:

• ε={\displaystyle \varepsilon =0} — окружность
• <ε<1{\displaystyle 0<\varepsilon <1} — эллипс
• ε=1{\displaystyle \varepsilon =1} — параболу
• 1<ε<∞{\displaystyle 1<\varepsilon <\infty } — гиперболу, b{\displaystyle b} — мнимое число
• ε=∞{\displaystyle \varepsilon =\infty } — прямую (вырожденный случай)

Вселенная крутится, как юла. Астрономы обнаружили следы вращения мироздания.

До сих пор большинство исследователей склонялось к мнению, что наше мироздание статично. Или если и движется, то чуть-чуть. Каково же было удивление команды ученых из Мичиганского университета (США) во главе с профессором Майклом Лонго, когда они обнаружили в космосе явные следы вращения нашего мироздания. Выходит, с самого начала, еще при Большом взрыве, когда только рождалась Вселенная, она уже вращалась. Как будто кто-то запустил ее, как юлу. И она до сих пор крутится-вертится.

Исследования велись в рамках международного проекта «Цифровой обзор неба Слоана» (Sloan Digital Sky Survey). И этот феномен ученые обнаружили, каталогизировав направление вращения около 16 000 спиральных галактик со стороны северного полюса Млечного Пути. Вначале ученые пытались найти доказательства того, что Вселенная обладает свойствами зеркальной симметрии. В таком случае, рассуждали они, количество галактик, которые вращаются по часовой стрелке, и тех, что «закручены» в противоположном направлении, было бы одинаковым, сообщает pravda.ru.

Но оказалось, что по направлению к северному полюсу Млечного пути среди спиральных галактик преобладает вращение против часовой стрелки, то есть они ориентированы в правую сторону. Эта тенденция просматривается даже на расстоянии более 600 миллионов световых лет.

— Нарушение симметрии небольшое, всего около семи процентов, но вероятность того, что это такая космическая случайность — где-то около одной миллионной, — прокомментировал профессор Лонго. — Полученные нами результаты очень важны, поскольку они, похоже, противоречат практически всеобщему представлению о том, что если взять достаточно большой масштаб, то Вселенная будет изотропной, то есть не будет иметь выраженного направления.

По словам специалистов, симметричная и изотропная Вселенная должна была возникнуть из сферически симметричного взрыва, который по форме должен был напоминать баскетбольный мяч. Однако, если бы при рождении Вселенная вращалась вокруг своей оси в определенном направлении, то галактики сохранили бы это направление вращения. Но, раз они вращаются в разных направлениях, следовательно, и Большой взрыв имел разностороннюю направленность. Тем не менее, скорее всего, Вселенная до сих пор продолжает вращаться.

В общем-то, астрофизики и раньше догадывались о нарушении симметрии и изотропности. Их догадки были основаны на наблюдениях других гигантских аномалий. К ним относятся следы космических струн — невероятно протяженные дефекты пространства-времени нулевой толщины, гипотетически родившиеся в первые мгновения после Большого взрыва. Появлении «синяков» на теле Вселенной — так называемых отпечатков от прошлых ее столкновений с другими вселенными. А также движение «Темного потока» — огромных размеров поток галактических кластеров, несущихся на огромной скорости в одном направлении.

Влияние модели движения планет вокруг Солнца на структуру и состав Солнечной системы

Солнечная система включает несколько элементов:

1. Солнце

   Является центром и основным источником энергии. Благодаря сильнейшей гравитации Солнце обеспечивает постоянное расположение планет и их вращение по своим орбитам.

2. Планеты земной группы

   В астрономии Солнечная система делится на два участка – внутренний и внешний. В первую входят четыре планеты, расположенные ближе остальных к Солнцу: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Их объединяет наличие горных пород и металлов и вытекающая из этого высокая плотность. Кроме того, планеты скалистого типа отличаются небольшими размерами и массой по сравнению с другими небесными телами Солнечной системы.

3. Пояс астероидов, который находится за Марсом

   По мнению астрономов, время его образования совпадает с периодом формирования Солнечной системы. Образуют пояс космические обломки разных размеров.

4. Планеты-гиганты

   Внешний участок Солнечной системы – это четыре газовых гиганта: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Их общими характеристиками являются огромные размеры и низкая плотность, которая объясняется газовым составом. Эта особенность не мешает им обладать мощной гравитацией и удерживать вокруг себя массу спутников. Так, вокруг Юпитера вращается 63 небесных тела. Планеты-гиганты находятся на значительном удалении от Солнца.

5. Астероидные кольца

   Главное кольцо астероидов расположено между внутренним и внешним участками Солнечной системы, в районе Марса и Юпитера. Второе астероидное кольцо называется пояс Койпера и включает Плутон, который раньше считался планетой, а сейчас относится к карликам и является самым крупным объектом пояса Койпера. На сегодняшний день изучено 10 тысяч астероидов в главном кольце, а всего их, по предположениям астрономов более 300 тысяч.

6. Кометы

   Эти небесные объекты изо льда и пыли находятся за вторым астероидным кольцом, в межзвездном пространстве. Иногда они под воздействием гравитации попадают в Солнечную систему и разрушаются, превращаясь в пар и пыль.

Вычисление кеплеровых элементов

Рассмотрим следующую задачу: пусть имеется невозмущённое движение и известны вектор положения r(x,y,z){\displaystyle \mathbf {r} _{0}(x_{0},y_{0},z_{0})} и вектор скорости r˙(x˙,y˙,z˙){\displaystyle \mathbf {{\dot {r}}({{\dot {x}}_{0}},{{\dot {y}}_{0}},{{\dot {z}}_{0}})} } на момент времени t{\displaystyle t}. Найдём кеплеровы элементы орбиты.

Прежде всего, вычислим большую полуось:

r2=x2+y2+z2{\displaystyle r_{0}^{2}=x_{0}^{2}+y_{0}^{2}+z_{0}^{2}}

r˙2=x˙2+y˙2+z˙2{\displaystyle {\dot {r}}_{0}^{2}={\dot {x}}_{0}^{2}+{\dot {y}}_{0}^{2}+{\dot {z}}_{0}^{2}}

r⋅r˙=x⋅x˙+y⋅y˙+z⋅z˙{\displaystyle r_{0}\cdot {\dot {r}}_{0}=x_{0}\cdot {\dot {x}}_{0}+y_{0}\cdot {\dot {y}}_{0}+z_{0}\cdot {\dot {z}}_{0}}

По интегралу энергии:

(1) 1a=2r−v2μ{\displaystyle {\frac {1}{a}}={\frac {2}{r_{0}}}-{\frac {v_{0}^{2}}{\mu }}}, где μ — гравитационный параметр, равный произведению гравитационной постоянной на массу небесного тела; для Земли μ = 3,986005·105 км³/c², для Солнца μ = 1,32712438·1011 км³/c².

Следовательно, по формуле (1) находим a{\displaystyle a}.

Орбиты планет Солнечной системы лежат в одной плоскости проходящей через солнце. Почему все планеты вращаются в одной плоскости?

Если вы взглянете на карту Солнечной системы, то сразу же заметите, что все планеты вращаются в одной плоскости вокруг находящейся в центре звезды. И мы не можем обвинять в этом издателя карты, который решил сэкономить на бумаге. Нет, небесные тела здесь действительно выстроены в своеобразную шеренгу.

Орбиты планет Солнечной системы

Люди заметили это ещё до изобретения телескопов, банально фиксируя положение Солнца и планет на небосклоне. Чтобы понять, почему они оказались в одной плоскости, нужно вернуться ко времени формирования Солнечной системы. Когда-то здесь располагалось огромное сферическое облако газа и пыли, которое медленно вращалось. Затем по какой-то причине оно начало коллапсировать. Говоря более простым языком, сжиматься. Учёные не могут с уверенностью назвать причину, инициировавшую такое развитие событий, но, вероятнее всего, это был не очень далёкий взрыв сверхновой.

Как бы то ни было, гравитация заставила газопылевое облако сгущаться – всё сильнее и сильнее. По мере того как эта сфера уменьшалась в размерах, она вращалась быстрее. Это один из основных физических законов, относящихся к вращающимся системам. Он называется “сохранение момента импульса”. Количество этого момента у того или иного объекта зависит от двух факторов – распределения массы и скорости вращения. Если один меняется, второй должен быть компенсирован – общий момент импульса остаётся неизменным, он сохраняется.

Очередность и траектории планет солнечной системы

Это значит, что по мере того как гигантское газопылевое облако ужималось в размерах, оно быстрее вращалось. В конце концов это вращение создало силу, достаточную, чтобы расплющить облако в диск. Наглядно представьте себе это так – у вас есть круглый комок теста, вы начинаете быстро вращать его вокруг собственной оси, и он превращается в лепёшку для пиццы. Это, кстати, не чисто теоретическая модель. Мы визуально наблюдаем формирование этих дисков вокруг молодых звезд, в том числе и в нашей галактике.

Вернёмся, однако, на миллиарды лет назад к своему родному светилу. Внутри образовавшегося диска частички пыли и газа постоянно сталкивались между собой и слипались, в результате чего формировались всё более объёмные небесные тела. Подавляющее их большинство не выросло крупнее картофелеобразных астероидов, однако нашлись и такие, которые превратились в Землю и семь других планет Солнечной системы. В той связи, что все они образовались внутри одного вращающегося диска материи, который может быть только плоским, объекты эти оказались внутри одной плоскости. Более того, они и вращаются в одном и том же направлении вокруг Солнца.

Планеты Солнечной системы

Имеется множество объектов меньшего размера, движущихся вокруг Солнца по наклонным орбитам – это и Плутон, и кометы, и некоторые астероиды. Все они, вероятно, изначально располагались в описываемой плоскости, но были вытолкнуты из неё Юпитером или Нептуном в тот период, когда эти планеты добирались до нынешних мест своей дислокации. Но им ещё повезло – эти гиганты, как считается, выкинули множество небольших небесных тел вообще за пределы Солнечной системы.

Кому-то это покажется странным, но тот факт, что все планеты вращаются в одной плоскости – это обычное явление, оно наблюдается и в других известных нам звёздных системах. Расстраиваться из-за этой ординарности, конечно же, не стоит. Вспомните, что у нас есть нечто такое, чего мы не смогли пока обнаружить нигде во Вселенной. Разумная жизнь. Люди. В этом плане мы пока весьма уникальны.