Какая планета проходит большее расстояние. Планеты Солнечной системы: восемь и одна

Занятие – игра

по типу телевизионных игр «Что? Где? Когда? »

или « Брейн – ринг» (по астрономии).

Для закрепления и повторения материала, после изучения темы или раздела, целесообразно использовать игровые моменты или игры, структура и организация которых хорошо известна учащимся, игры типа телевизионной игры «Что? Где? Когда?» или «Брейн – ринг». Очень эффективно использование таких игр между классами, поскольку в параллели количество часов одинаково (как правило) и материал изучается одновременно. Тогда эту игру удобнее проводить на спаренных уроках (2 часа) или после уроков. В составе жюри участвуют представители обоих классов, администрации, базового предприятия.

Во время проведения игр стараюсь использовать все атрибуты ТВ игр – рулетку, звонок с лампочкой («Брейн-ринг»), конверты с вопросами, музыкальные паузы и т.д., а так же сектор – шутка, примеры которых приведены ниже. Точно также, как и на ТВ играх, вопросы задаются ведущим, у команды есть время для обсуждения и ответа.

Одним из самых основных моментов в подготовке игры является составление вопросов. Главное условие при этом: брать материал для них не только из курса физики, но и из смежных дисциплин (электротехника, радиоэлектроника и т.д.).

Так как наша учебная викторина преследует иные цели, чем аналогичные телевикторины, и её назначение – растить эрудитов, повышать интерес к предмету, то вопросы для неё считаю целесообразным ограничивать одной двумя изученными темами курса или одним разделом, что облегчает подготовку учащихся к состязанию, даёт возможность читать строго ограниченный круг книг и журнальных статей, а не всё подряд. Вопросы готовятся заранее, в процессе изучения главы или раздела. У каждой команды есть «группа поддержки» (зрители), которая активно помогает команде в подготовке игры, подбирая каверзные вопросы. Обычно используется два вида вопросов: первые, сформулированные в занимательной форме, требуют воспроизведения учебного материала, изученного на уроках (в данной работе это вопросы 1 – 7). Вторые, сформулированные тоже занимательно, расширяют границы учебника (вопросы 8-13).

Вопросы для игры готовят сами учащиеся, опуская их в запечатанных конвертах в ящичек, находящийся в кабинете физики. На каждом конверте с вопросом указывается автор и название команды (класса), в которой он состоит. Все вопросы « проверяются », редактируются учителем: если ответы на них рассматривались на уроках, тактично отвергаются, если вопросы требуют специальных знаний – они интереса у класса вызвать не могут и тоже отклоняются. Как показывает практика, те ученики, вопросы которых по той или иной причине были отвергнуты, чаще всего не останавливаются в поисках, а продолжают работу, расширяя свой кругозор.

Из множества поступивших вопросов выбираю 10 – 12, которые выносятся на саму игру.

За правильные ответы жюри, в составе 3-5 человек во главе с учителем, присуждает команде 2 очка, если ответ правильный, но не полный – 1 очко. Если команда не смогла ответить на заданный вопрос, то право ответа переходит к другой команде (в «Брейн-ринге»). Если это игра «Что? Где? Когда? » - то очко за данный вопрос присуждается команде, в которой состоит ученик, придумавший вопрос.

Команда, проигравшая в «сете» - 6 вопросов, уступает место следующей (в игре «Брейн-ринг»).

За самый интересный вопрос жюри может присудить дополнительные очки (2 – 3 по договорённости).

В зависимости от игры, её продолжительность колеблется от 45 – до 100 минут, в течение которых « разыгрывается » от 6 до 12 вопросов. Побеждает та команда, которая наберёт наибольшее число очков во всех встречах. Играют команды по очереди, порядок определяется жеребьёвкой.

Приведу, в качестве примера, некоторые вопросы для игры по разделу « Строение Солнечной системы ».

1. Венера, Марс, Солнце, Нептун, Сатурн. Уберите лишнее.

Лишнее – Солнце , это звезда.

1. Среднее расстояние от Юпитера до Солнца равно 778.5 млн км. Чему равно расстояние от Юпитера до Солнца в астрономических единицах (1 а.е.), если 1 а.е. = 150 млн км?

В астрономических единицах расстояние будет равно L = 778.5/150 ≈ 5,17 а.е.

1. С какой планеты Солнечной системы Земля будет выглядеть ярче в максимуме блеска – с Венеры или с Нептуна? Почему?

Земля будет ярче будет выглядеть с Венеры , т.к. Земля гораздо ближе к Венере .

1. Представим, что Земля перестала вращаться вокруг своей оси. Чему тогда будут равны сутки (в часах)?

Солнечные сутки – это промежуток времени между двумя последовательными восходами или заходами Солнца. Если Земля перестанет вращаться, то время между двумя последовательными восходами Солнца на Земле будет равно одному году (время, за которое Земля совершит один оборот вокруг Солнца). Т.к. в году 365 дней, а в каждом дне 24 часа, то продолжительность суток на Земле будет равна 365*24 = 8760 часов ≈ 8800 ч.

1. В какой фазе была Луна за несколько часов до лунного затмения?

Лунное затмение – это явление, когда Луна попадает в тень Земли, а это значит, что в этот момент Солнце, Земля и Луна оказываются на одной прямой таким образом, что Земля оказывается точно между Солнцем и Луной. А в такой конфигурации Луна наблюдается в фазе полнолуния. Т.к.за несколько часов до затмения конфигурация существенно не менялась, значит Луна была в фазе полнолуния.

7 . С какой планеты Солнечной системы Земля будет выглядеть ярче в максимуме блеска – с Венеры или с Марса? Почему?

Земля светит отраженным Солнечным светом. Чем дальше находится планета, тем меньше света она отражает и тем слабее отраженный от нее сигнал. При наблюдении с Венеры свет должен пройти расстояние от Солнца до Земли и от Земли до Венеры, а при наблюдении с Марса – от Солнца до Земли о от Земли до Марса соответственно. Суммарное расстояние в случае Марса больше, чем в случае с Венерой. К тому же есть еще один существенный момент. При наблюдении с Марса Земля будет видна, тогда, когда находится на максимальном угловом удалении от Солнца (так же как и Венера видна с Земли на максимальном угловом удалении от Солнца). Поэтому при наблюдении с Венеры Земля будет выглядеть ярче.

8 . Можно ли в Петербурге наблюдать покрытие Полярной звезды Луной? Почему?

Нет, нельзя. Луна может закрывать только те звезды, которые находятся в плоскости орбиты Луны, которая почти совпадает с плоскостью орбиты Земли (т.е. с плоскостью эклиптики). По сути, Луна может проходить только по зодиакальным созвездиям. А Полярная звезда находится высоко над плоскостью эклиптики и Луна никогда не сможет ее закрыть .

9. Расстояние до ближайшей к Земле звезды, Проксимы Центавра, составляет 4.2 световых года. Сколько времени займёт перелёт с Земли на Проксиму Центавра, если скорость космического корабля составляет 2 % от скорости света?

Т.к. скорость звездолета составляет 2 % или 1/50 от скорости света. Если свет проходит расстояние до Проксимы центавры за 4,2 года (расстояние до звезды 4,2 св. года) , значит звездолет пройдет это расстояние за время в 50 раз большее, т.е. примерно за 200 лет.

10 . Близнецы, Весы, Рак, Вега, Орион. Уберите лишнее.

Лишнее – Вега . Это звезда, а остальные перечисленные объекты – созвездия.

11. Нептун находится на расстоянии 30 а.е. от Солнца. Чему равен его период обращения вокруг Солнца?

Согласно третьему закону Кеплера (Т 2 /а 3 ) = const, где Т и а в годах и астрономических единицах соответственно. Подставляя в качестве const значение для Земли, получаем, что постоянная равна 1 . Подставляя в выражение (Т 2 /а 3 ) значение большой полуоси Нептуна получаем, что период Т = (а) 3/2 ≈ 164 года.

12. Время в Санкт-Петербурге (30º в.д.) и Хабаровске различается на 7 часов. Какова долгота Хабаровска, если известно, что оба города находятся приблизительно в центре своих часовых поясов?

На Земле 24 часовых пояса соответствуют 360 ° . Т.е. на 1 час приходится 15 ° . Т.к. разница составляет 7 часов, то это соответствует 7 часов * 15 ° = 105 ° . Прибавляем 105 ° к 30 ° и получаем долготу Хабаровска 135 ° .

13. В какой фазе была Луна за 2 недели до лунного затмения?

Лунное затмение – это явление, когда Луна попадает в тень Земли, а это значит, что в этот момент Солнце, Земля и Луна оказываются на одной прямой таким образом, что Земля оказывается точно между Солнцем и Луной. А за две недели до этого Луна наблюдалась в фазе новолнолуния.

Задачи 11 класс

1. Вега, Сириус, Козерог, Бетельгейзе, Денеб. Уберите лишнее.

Лишнее – Козерог . Козерог – название созвездия, а Вега, Сириус, Бетельгейзе и Денеб –звезды.

2. В какой фазе была Луна за несколько часов до солнечного затмения? Объясните ответ.

Солнечное затмение – явление, когда диск Луны затмевает видимый диск Солнца. Это означает, что Луна должна находиться точно между Землей и Солнцем, а в таком положении Луна находится в фазе новолуния. За несколько часов до затмения конфигурация Луны существенно измениться не может, и значит, Луна за несколько часов до солнечного затмения находится в фазе новолуния.

3. В некотором году 1 сентября пришлось на четверг. На какие дни недели может выпасть 1 сентября в следующем году?

Целое количество дней в году 365 дней, что составляет 52 недели и 1 день (365/7). Значит, начало каждого следующего года приходится на день недели, больший на единицу по отношению к предыдущему году . Если год високосный (366 дней) , то разница составит 2 дня .

4. Какая планета проходит большее расстояние по орбите за 1 год – Марс или Юпитер? Обоснуйте ответ.

1/V = Т/а

Значит, 1/а·V 2 = const или а·V 2 = К, где К – некоторая константа, одинаковая для всех планет. Легко видно, чем больше значение большой полуоси планеты (радиуса орбиты планеты), тем меньше должно быть значение V 2 для планеты, т.е. тем меньше скорость планеты.

Поговорим немного об «Оптике».

1. Уважаемые знатоки! Мы привыкли употреблять выражение « двояковогнутая линза »

и « рассеивающая линза » как синонимы. Но оказывается, что двояковогнутая линза не всегда рассеивает свет, а иногда его собирает, точно так же, как двояковыпуклая не всегда его собирает: иногда рассеивает.

Внимание! Вопрос: когда, т.е. в каких случаях, линзы могут поменяться ролями?

(Ответ. Выражение « двояковогнутая линза » и « рассеивающая линза » эквивалентны тогда, когда показатель преломления материала линзы больше показателя преломления среды, в которой она находится. Если же линзы размещены в среде, показатель преломления которой больше показателя преломления материала линзы, то двояковогнутая линза будет собирать лучи (как воздушный пузырёк в воде), а двояковыпуклая – рассеивать.)

1. Хрустальный фужер случайно разбили… Можно ли его склеить так, чтобы место склеивания было не видно?

Уважаемые знатоки, подумайте: как склеить фужер, и возможно ли это?

(Ответ. Возможно, если показатель преломления клея такой же, как и у стекла.)

1. Известно, что диаметр зрачка человеческого глаза может меняться от 2 до 8 мм.

Уважаемые знатоки! Объясните, почему максимальная острота зрения имеет место при диаметре 3 – 4 мм?

(Ответ. При большом диаметре зрачка острота зрения уменьшается из-за большой сферической абберации глаза, вызванной пропусканием широких пучков света. При малом диаметре зрачка получаются искажения изображения, обусловленные дифракционными явлениями.)

1. В трудных условиях приходится работать сталеварам, имеющим дело с расплавленным металлом: его горячее « дыхание » буквально обжигает. Казалось бы, для облегчения условий труда костюмы металлургов должны изготавливаться из материалов с низкой теплопроводностью. На самом же деле спецодежда покрывается тонким слоем металла, являющегося отличным проводником тепла.

Уважаемые знатоки! Внимание, пожалуйста , объясните, почему так поступают?

(Ответ. Передача тепла от раскалённого металла человеку происходит главным образом путём инфракрасного излучения, т.е. электромагнитными волнами в интервале от 0,77 мкм до 1 мм. Эти волны очень сильно отражаются металлом, слой которого служит для них как бы зеркалом.)

1. Явления, которые по-разному называют в разных странах: в Германии о нём говорят

« Солнце пьёт воду », в Голландии – « Солнце стоит на ножках », в Англии – « лестница

Якоба » или « лестницей ангелов » … Но сначала послушаем стихи.

Артём Арутюнян « Рассветная блестящая роса…»

Туда, туда скорее,

Где солнце пьёт соломенным лучом,

Где воздух в одуванчиковой шапке,

Где вызревают грозы

В глуби дня.

Уважаемые знатоки! Внимание – вопрос: при каких условиях можно наблюдать: « солнце пьёт воду? »

(Ответ. Одно из них: если Солнце скрыто за плотными облаками, а воздух наполнен лёгким туманом, то солнечные лучи, проходящие сквозь прорывы в облаках, « просвечивают » свой путь сквозь туман благодаря рассеянию на каплях, из которых он состоит. Все эти лучи в действительности параллельны, их видимая сходимость объясняется перспективным восприятием пространства, подобно тому, как кажется, что рельсы сходятся у горизонта.)

1. Я прочту вам отрывок из произведения немецкого поэта и драматурга И.Ф.Шиллера

« Вильгельм Телль », написанного в начале 19-го века. Слушайте:

Майер Да что же такое?

Ах, вижу, вижу! Радуга средь ночи!

Мельхталь Она луной, должно быть, рождена.

Флюе Вот редкое и чудное явленье!

Не всякому дано его увидеть.

Сева Над ней другая, только побледнее…

Внимание! Вопрос: о каком явлении здесь идёт речь?

(Ответ. Лунная радуга.)

1. Можно ли наблюдать радугу на Луне?

1. В класс вносят и устанавливают на столе закрытый ящик

Ведущий читает стихотворение:

Смотрю – и что ж в моих глазах?

В фигурах равных и звездах

Сапфиры, яхонты, топазы,

И изумруды, и алмазы,

И аметисты, и жемчуг,

И перламутр – всё вижу вдруг!

Лишь сделаю рукой движенье –

И новое в глазах явленье!

Уважаемые знатоки! Что за прибор, которому посвящено только что прочитанное

Стихотворение, находится в « чёрном ящике » ? Из чего он состоит и для чего

Предназначен? Когда примерно изобретён?

(Ответ. Калейдоскоп. Состоит из трубки с зеркальными пластинками и осколками цветных стёкол. Предназначен для наблюдения быстро сменяющихся красочных узоров. Изобретён в 1817

году шотландским физиком Д. Брюстером.)

1. Ш у т о ч н ы й с е к т о р.

Однажды репортёр спросил у А.Эйнштейна, записывает ли он свои великие мысли и, если записывает, то куда – в блокнот, записную книжку или специальную картотеку? Эйнштейн посмотрел на объёмистый блокнот репортёра и сказал…

Уважаемые знатоки! Что сказал Эйнштейн?

(Ответ. « Милый друг! Настоящие мысли приходят так редко в голову, что их нетрудно и запомнить. »)

Нетрафаретность организации таких уроков («матчей»), многоплановость деятельности, самостоятельность и инициативность учащихся, атмосфера творчества, деловых споров и здорового соперничества – всё это не только способствует развитию познавательного интереса и кругозора учащихся, но и помогает формировать такие черты характера, как активность, чувство товарищества и ответственности за порученное дело, трудоспособность, воля.

Исходя из определения, планетой называется космическое тело, вращающееся вокруг какой-либо звезды. Орбитой же, в свою очередь, называется траектория движения этой самой планеты в поле гравитации другого тела, как правило, чаще всего этими телами являются звезды. Например, для Земли, таким телом является Солнце.

Все планеты Солнечной системы осуществляют движение по своей траектории в направлении вращения Солнца. На данный момент ученым известна только одна единственная планета, которая двигается в противоположную сторону — это экзопланета под названием WASP-17b, находящаяся в созвездии Скорпиона.

Планетарный год

Сидерический период вращения (планетарный год) — это время, за которое планета делает один оборот вокруг своей звезды. Скорость движения планеты меняется в зависимости от того в какой точке она находится, чем ближе к звезде тем скорость больше, чем дальше от звезды тем соответственно медленнее движется планета. Поэтому длинна планетарного года, напрямую зависит от расстояния, на котором располагается планета относительно своего «Солнца». Если расстояние небольшое, то планетарный год относительно короткий. Так как чем дальше планета находится от звезды, тем меньше на ее оказывает влияние гравитация, а значит, движение становится медленнее и год соответственно длиннее.

Перигелий, афелий и эксцентриситет

Орбиты абсолютно всех планет имеют форму вытянутого круга, и насколько велика эта вытянутость, определяется эксцентриситетом, если эксцентриситет очень маленький (почти ноль) форма наиболее приближена к кругу. Траектории движения с эксцентриситетом близким к единице имеют форму эллипса. К примеру, орбиты многочисленных спутников и экзопланет пояса Койпера имеют форму эллипса, а все орбиты планет Солнечной системы почти абсолютно круглые.

Из-за того, что ни одна из известных нам космических орбит не является точным кругом, в процессе движения по ней меняется расстояние между планетой и соседствующим с ней светилом. Точку, в которой планета находится наиболее близко к звезде, называют периастра. В Солнечной системе данная точка называется перигелий. Самая отдаленная от звезды точка траектории движения планеты носит название апоастром, а в Солнечной системе — афелий.

Фактор, отвечающий за смену времен года

Угол между базовой плоскостью и плоскостью орбиты носит название наклонение орбиты. Базовой плоскостью в Солнечной системе считается плоскость Земной орбиты, которая имеет название эклиптика. В Солнечной системе располагаются восемь планет и их орбиты очень близки к плоскости эклиптики.

Все планеты Солнечной системы располагаются под углом к плоскости экватора относительно звезды. К примеру, угол наклона Земной оси равен примерно 23 градуса. Этот фактор влияет на то, какое количество света получает Северное или Южное полушарие планеты, а также отвечает за смену времен года.

Смена дня и ночи снятая спутником Электро-Л

13 марта 1781 года английский астроном Уильям Гершель открыл седьмую планету Солнечной системы - Уран. А 13 марта 1930 года американский астроном Клайд Томбо открыл девятую планету Солнечной системы - Плутон. К началу XXI века считалось, что в Солнечную систему входят девять планет. Однако в 2006 году Международный астрономический союз решил лишить Плутон этого статуса.

Известно уже 60 естественных спутников Сатурна, большая часть из которых обнаружены при помощи космических аппаратов. Большая часть спутников состоит из горных пород и льда. Крупнейший спутник - Титан, открытый в 1655 году Христианом Гюйгенсом, - по своей величине превосходит планету Меркурий. Диаметр Титана около 5200 км. Титан облетает вокруг Сатурна каждые 16 дней. Титан - единственный спутник, обладающий очень плотной атмосферой , в 1,5 раза больше Земной, и состоящей в основном из 90% азота, с умеренным содержанием метана.

Международный астрономический союз официально признал Плутон планетой в мае 1930 года. В тот момент предполагали, что его масса сравнима с массой Земли, но позже было установлено, что масса Плутона почти в 500 раз меньше земной, даже меньше массы Луны. Масса Плутона 1,2 на 10 в22 степени кг (0,22 массы Земли). Среднее расстояние Плутона от Солнца 39,44 а.е. (5,9 на 10 в12 степени км), радиус около 1,65 тысяч км. Период обращения вокруг Солнца 248,6 года, период вращения вокруг своей оси 6,4 суток. Состав Плутона предположительно включает в себя камень и лед; планета имеет тонкую атмосферу, состоящую из азота, метана и углеродной одноокиси. У Плутона есть три спутника: Харон, Гидра и Никта.

В конце XX и начале XXI веков во внешней части Солнечной системы было открыто множество объектов. Стало очевидным, что Плутон - лишь один из наиболее крупных известных до настоящего времени объектов пояса Койпера. Более того, по крайней мере один из объектов пояса - Эрида - является более крупным телом, чем Плутон и на 27% тяжелее его. В связи с этим возникла идея не рассматривать более Плутон как планету . 24 августа 2006 года на XXVI Генеральной ассамблее Международного астрономического союза (МАС) было принято решение впредь называть Плутон не "планетой", а "карликовой планетой".

На конференции было выработано новое определение планеты, согласно которому планетами считаются тела, вращающиеся вокруг звезды (и сами не являющиеся звездой), имеющие гидростатически равновесную форму и "расчистившие" область в районе своей орбиты от других, более мелких, объектов. Карликовыми планетами будут считаться объекты, вращающиеся вокруг звезды, имеющие гидростатически равновесную форму, но не "расчистившие" близлежащее пространство и не являющиеся спутниками. Планеты и карликовые планеты - это два разных класса объектов Солнечной системы. Все прочие объекты, вращающиеся вокруг Солнца и не являющиеся спутниками, будут называться малыми телами Солнечной системы.

Таким образом, с 2006 года в Солнечной системе стало восемь планет : Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Международным астрономическим союзом официально признаны пять карликовых планет: Церера, Плутон, Хаумеа, Макемаке, Эрида.

11 июня 2008 года МАС объявил о введении понятия "плутоид" . Плутоидами решено называть небесные тела, обращающиеся вокруг Солнца по орбите, радиус которой больше радиуса орбиты Нептуна, масса которых достаточна, чтобы гравитационные силы придавали им почти сферическую форму, и которые не расчищают пространство вокруг своей орбиты (то есть, вокруг них обращается множество мелких объектов).

Поскольку для таких далеких объектов, как плутоиды, определить форму и тем самым отношение к классу карликовых планет пока затруднительно, ученые рекомендовали временно относить к плутоидам все объекты, абсолютная астероидная величина которых (блеск с расстояния в одну астрономическую единицу) ярче +1. Если позднее выяснится, что отнесенный к плутоидам объект карликовой планетой не является, его этого статуса лишат, хотя присвоенное имя оставят. К плутоидам были отнесены карликовые планеты Плутон и Эрида . В июле 2008 года в эту категорию был включен Макемаке. 17 сентября 2008 в список добавили Хаумеа.

Материал подготовлен на основе информации открытых источников

10.1. Планетные конфигурации

Планеты Солнечной системы обращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам (см.законы Кеплера ) и делятся на две группы. Планеты, которые расположены ближе к Солнцу, чем Земля, называются нижними . Это Меркурий и Венера. Планеты, которые расположены дальше от Солнца, чем Земля, называются верхними . Это Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон.

Планеты в процессе обращения вокруг Солнца могут располагаться относительно Земли и Солнца произвольным образом. Такое взаимное расположение Земли, Солнца и планеты называется конфигурацией . Некоторые из конфигураций являются выделенными и носят специальные названия (см. рис. 19).

Нижняя планета может располагаться на одной линии с Солнцем и Землей: либо между Землей и Солнцем - нижнее соединение , либо за Солнцем - верхнее соединение . В момент нижнего соединения может произойти прохождение планеты по диску Солнца (планета проецируется на диск Солнца). Но из-за того, что орбиты планет не лежат в одной плоскости, такие прохождения случаются не каждое нижнее соединение, а достаточно редко. Конфигурации, при которых планета при наблюдении с Земли находится на максимальном угловом удалении от Солнца (это наиболее благоприятные периоды для наблюдения нижних планет), называются наибольшими элонгациями, западной и восточной .

Верхняя планета также может находиться на одной линии с Землей и Солнцем: за Солнцем - соединение , и по другую сторону от Солнца - противостояние . Противостояние - это самое благоприятное время для наблюдения верхней планеты. Конфигурации, при которых угол между направлениями с Земли на планету и на Солнце равен 90 o , называются квадратурами, западной и восточной .

Промежуток времени между двумя последовательными одноименными конфигурациями планеты называется ее синодическим периодом обращения P , в отличие от истинного периода ее обращения относительно звезд, называемого поэтому сидерическим S . Разница между этими двумя периодами возникает из-за того, что Земля тоже обращается вокруг Солнца с периодом T . Синодический и сидерический периоды связаны между собой:

для нижней планеты, и
для верхней.

10.2. Законы Кеплера

Законы, по которым планеты обращаются вокруг Солнца, были эмпирически (т.е. из наблюдений) установлены Кеплером, а затем теоретически обоснованы на основе закона всемирного тяготения Ньютона.

Первый закон. Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

Второй закон. При движении планеты ее радиус-вектор описывает равные площади за равные промежутки времени.

Третий закон. Квадраты сидерических времен обращений планет относятся друг к другу как кубы больших полуосей их орбит (как кубы их средних расстояний от Солнца):

Третий закон Кеплера является приближенным, из закона всемирного тяготения был получен уточненный третий закон Кеплера :

Третий закон Кеплера выполняется с хорошей точностью только потому, что массы планет много меньше массы Солнца .

Эллипс - это геометрическая фигура (см. рис. 20), у которой есть две главные точки - фокусы F 1 , F 2 , и сумма расстояний от любой точки эллипса до каждого из фокусов есть величина постоянная, равная большой оси эллипса. У эллипса есть центр O , расстояние от которого до наиболее удаленной точки эллипса называется большой полуосью a , а расстояние от центра до самой ближайшей точки называется малой полуосью b . Величина, которая характеризует сплюснутость эллипса, называется эксцентриситетом e :

Окружность является частным случаем эллипса (e =0).

Расстояние от планеты до Солнца изменяется от наименьшего, равного

перигелием ) до наибольшего, равного

(эта точка орбиты называется афелием ).

10.3. Движение искусственных небесных тел

Движение искусственных небесных тел подчиняется тем же законам, что и естественных. Тем не менее, необходимо отметить ряд особенностей.

Главное - размеры орбит искусственных спутников, как правило, сравнимы с размерами планеты, вокруг которой они обращаются, поэтому часто говорят о высоте спутника над поверхностью планеты (рис.21). При этом надо учитывать, что в фокусе орбиты спутника находится центр планеты.

Для искусственных спутников вводят понятие первой и второй космической скорости.

Первая космическая скорость или круговая скорость - это скорость кругового орбитального движения у поверхности планеты на высоте h :

Это минимально необходимая скорость, которую необходимо придать космическому аппарату, чтобы он стал искусственным спутником данной планеты. Для Земли у поверхности v к = 7.9 км/сек.

Вторая космическая скорость или параболическая скорость - это скорость, которую необходимо придать космическому аппарату, чтобы он мог покинуть сферу притяжения данной планеты по параболической орбите:

Для Земли вторая космическая скорость равна 11.2 км/сек.

Скорость небесного тела в любой точке эллиптической орбиты на расстоянии R от тяготеющего центра может быть рассчитана по формуле:

Здесь повсюду см 3 /(г с 2) - это гравитационная постоянная.

Вопросы

4. Может ли случиться прохождение Марса по диску Солнца? Прохождение Меркурия? Прохождение Юпитера?

5. Можно ли увидеть Меркурий вечером на востоке? А Юпитер?

Задачи

Решение: Орбиты всех планет лежат приблизительно в одной плоскости, поэтому планеты двигаются по небесной сфере примерно по эклиптике. В момент противостояния прямые восхождения Марса и Солнца отличаются на 180 o : . Вычислим на 19 мая. 21 марта оно равно 0 o . В день прямое восхождение Солнца увеличивается примерно на 1 o . С 21 марта по 19 мая прошло 59 дней. Значит, , а . На небесной карте можно увидеть, что эклиптика при таком прямом восхождении проходит по созвездиям Весы и Скорпион, значит Марс находился в одном из этих созвездий.

47. Наилучшая вечерняя видимость Венеры (наибольшее ее удаление к востоку от Солнца) была 5 февраля. Когда в следующий раз наступила видимость Венеры в тех же условиях, если ее сидерический период обращения равен 225 d ?

Решение: Наилучшая вечерняя видимость Венеры наступает во время ее восточной элонгации. Следовательно, следующая наилучшая вечерняя видимось наступит во время следующей восточной элонгации. А промежуток времени между двумя последовательными восточными элонгациями равен синодическому периоду обращения Венеры и легко может быть вычислен:

или P =587 d . Значит, следующая вечерняя видимость Венеры в тех же условиях наступит через 587 дней, т.е. 14-15 сентября следующего года.

48. (663) Определить массу Урана в единицах массы Земли, сравнивая движение Луны вокруг Земли с движением спутника Урана - Титанией, обращающегося вокруг него с периодом 8 d .7 на расстоянии 438 000 км. Период обращения Луны вокруг Земли 27 d .3, и среднее расстояние ее от Земли составляет 384 000 км.

Решение: Для решения задачи необходимо воспользоваться третьим уточненным законом Кеплера. Так как для любого тела массой m , обращающегося вокруг другого тела массой на среднем расстоянии a с периодом T :

(36)

То мы имеем право для любой пары обращающихся друг вокруг друга небесных тел записать равенство:

Принимая за первую пару Уран с Титанией, а за вторую - Землю с Луной, а также пренебрегая массой спутников по сравнению с массой планет получим:

49. Принимая орбиту Луны за окружность и зная орбитальную скорость движения Луны v Л = 1.02 км/с, определить массу Земли.

Решение: Вспомним формулу для квадрата круговой скорости () и подставим среднее расстояние Луны от Земли a Л (см. предыдущую задачу):

50. Вычислить массу двойной звезды Центавра, у которой период обращения компонентов вокруг общего центра масс T=79 лет, а расстояние между ними 23.5 астрономических единицы (а.е.). Астрономической единицей называется расстояние от Земли до Солнца, равное примерно 150 млн. км.

Решение: Решение этой задачи аналогично решению задачи о массе Урана. Только при определении масс двойных звезд их сравнивают с парой Солнце-Земля и выражают их массу в массах Солнца.

51. (1210) Вычислите линейные скорости космического корабля в перигее и апогее, если над Землей в перигее он пролетает на высоте 227 км над поверхностью океана и большая ось его орбиты составляет 13 900 км. Радиус и масса Земли 6371 км и 6.0 10 27 г.

Решение: Рассчитаем расстояние от спутника до Земли в апогее (наибольшем расстоянии от Земли). Для этого необходимо зная расстояние в перигее (наименьшее расстояние от Земли) вычислить эксцентриситет орбиты спутника по формуле () и затем определить искомое расстояние используя формулу (32). Получим h a = 931 км.

Самым главным (и самым массивным!) членом Солнечной системы является само Солнце. Поэтому не случайно великое светило занимает в Солнечной системе центральное положение. Оно окружено многочисленными спутниками. Наиболее значительные из них - большие планеты.

Планеты представляют собой шарообразные "небесные земли". Подобно Земле и Луне, собственного света они не имеют - освещаются исключительно солнечными лучами. Известно девять больших планет, удаленных от центрального светила в следующем порядке: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон . Пять планет - Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн - благодаря своему яркому блеску известны людям с незапамятных времен. Николай Коперник к числу планет отнес и нашу Землю. А самые далекие планеты - Уран, Нептун и Плутон - были открыты с помощью телескопов.

Солнечная система, система космических тел, включающая, помимо центрального светила - Солнца - девять больших планет, их спутники, множество малых планет, кометы, мелкие метеорные тела и космическую пыль, движущиеся в области преобладающего гравитационного действия Солнца. Образовалась Солнечная система около 4,6 млрд. лет назад из холодного газопылевого облака. В настоящее время с помощью современных телескопов (в частности космического телескопа им. Хаббла) астрономы обнаружили несколько звезд с подобными протопланетными туманностями, что подтверждает эту космогоническую гипотезу. Общая структура Солнечной системы была раскрыта в середине 16 в. Н. Коперником, который обосновал представление о движении планет вокруг Солнца. Такая модель Солнечной системы получила название гелиоцентрической . В 17 в. И. Кеплер открыл законы движения планет, а И. Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения. Изучение физических характеристик космических тел, входящих в состав Солнечной системы, стало возможным только после изобретения Г. Галилеем в 1609 телескопа. Так, наблюдая солнечные пятна, Галилей впервые обнаружил вращение Солнца вокруг своей оси.

Наша Земля отстоит от Солнца на третьем месте. Ее среднее расстояние от него составляет 149 600 000 км. Оно принято за одну астрономическую единицу (1 а. е.) и служит эталоном в измерении межпланетных расстояний. Свет проходит 1 а. е. за 8 минут и 19 секунд, или за 499 секунд.

Среднее расстояние Меркурия от Солнца равно 0,387 а. е., то есть он в 2,5 раза ближе к центральному светилу, чем наша Земля, а среднее расстояние далекого Плутона составляет почти 40 таких единиц. Радиосигналу, посланному с Земли в сторону Плутона, потребовалось бы на "путешествие" почти 5,5 часа. Чем дальше планета находится от Солнца, тем меньше лучистой энергии она получает. Поэтому средняя температура планет быстро падает с увеличением расстояния от лучезарного светила.

По физическим характеристикам планеты четко делятся на две группы. Четыре ближайшие к Солнцу - Меркурий, Венера, Земля и Марс - называются планетами земной группы . Они сравнительно невелики, но их средняя плотность большая: примерно в 5 раз больше плотности воды. После Луны планеты Венера и Марс являются нашими ближайшими космическими соседями. Далекие от Солнца Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун значительно массивнее планет земной группы и еще больше превосходят их по объему. В недрах этих планет вещество сильно сжато, тем не менее их средняя плотность невелика, а у Сатурна даже меньше плотности воды. Следовательно, планеты-гиганты состоят из более легких (летучих) веществ, нежели планеты земной группы.

Одно время к планетам типа Земли астрономы относили и Плутон. Однако последние исследования заставили ученых отказаться от такого взгляда. Методом спектроскопии на его поверхности обнаружен замерзший метан. Это открытие свидетельствует о сходстве Плутона с крупными спутниками планет-гигантов. Некоторые исследователи склоняются к мысли, что Плутон - это "убежавший" спутник Нептуна.

Еще Галилею, открывшему четыре самых больших спутника Юпитера (их называют галилеевыми спутниками), замечательное юпитерианское семейство представлялось Солнечной системой в миниатюре. Сегодня естественные спутники известны почти у всех больших планет (за исключением Меркурия и Венеры), а их общее количество возросло до 137. Особенно много спутников-лун у планет-гигантов.

Если бы нам представилась возможность взглянуть на Солнечную систему со стороны ее северного полюса, то можно было бы наблюдать картину упорядоченного движения планет. Все они движутся вокруг Солнца почти по круговым орбитам в одну и ту же сторону - противоположную вращению часовой стрелки. Такое направление движения в астрономии принято называть прямым движением . Но обращение планет совершается не вокруг геометрического центра Солнца, а вокруг общего центра масс всей Солнечной системы, по отношению к которому само Солнце описывает сложную кривую. И очень часто этот центр масс оказывается за пределами солнечного шара.

Солнечная система далеко не исчерпывается центральным светилом - Солнцем и девятью большими планетами с их спутниками. Слов нет, большие планеты - самые важные представители семьи Солнца. Однако у нашего великого светила есть еще очень много и других "родственников".

Немецкий ученый Иоганн Кеплер почти всю свою жизнь занимался поисками гармонии планетных движений. Он первый обратил внимание на то, что между орбитами Марса и Юпитера наблюдается незаполненность пространства. И Кеплер оказался прав. Через два столетия в этом промежутке действительно была открыта планета, только не большая, а малая. По своему диаметру она оказалась в 3,4 раза, а по объему - в 40 раз меньше нашей Луны. Новую планету назвали по имени древнеримской богини Цереры, покровительницы земледелия.

С течением времени выяснилось, что у Цереры есть тысячи небесных "сестер" и большинство их движется как раз между орбитами Марса и Юпитера. Там они образуют своеобразный пояс малых планет . В основной массе это планеты-крошки с поперечником около 1 км. Второй пояс малых планет недавно открыт на окраинах нашей планетной системы - за орбитой Урана. Вполне возможно, что общее количество этих небесных тел в Солнечной системе достигает нескольких миллионов.

Но семья Солнца одними планетами (большими и малыми) не исчерпывается. Иногда на небе бывают видны хвостатые "звезды" - кометы . Они приходят к нам издалека и появляются обычно внезапно. Как считают ученые, на окраинах Солнечной системы имеется "облако", состоящее из 100 млрд потенциальных, то есть ничем не проявляющихся, кометных ядер. Вот оно-то и служит постоянным источником наблюдаемых нами комет.

Изредка нас "навещают" кометы-великаны. Яркие хвосты таких комет простираются чуть ли не на все небо. Так, у сентябрьской кометы 1882 года хвост достигал в длину 900 млн км! Когда ядро этой кометы пролетало около Солнца, ее хвост уходил далеко за орбиту Юпитера...

Как видим, у нашего Солнца оказалась очень большая семья. Помимо девяти больших планет с их спутниками под началом великого светила находится еще не меньше 1 млн малых планет, порядка 100 млрд комет, а также бесчисленное множество метеорных тел: от глыб размером в несколько десятков метров до микроскопических пылинок.

Планеты находятся друг от друга на огромных расстояниях. Даже соседняя с Землей Венера никогда не бывает расположена к нам ближе 39 млн км, что в 3000 раз больше диаметра земного шара...

Невольно задумаешься: что же представляет собой наша Солнечная система? Космическую пустыню с затерявшимися в ней отдельными мирами? Пустоту? Нет, Солнечная система не пустота. В межпланетном пространстве движется еще неисчислимое количество частиц твердого вещества самых разнообразных размеров, но преимущественно очень мелких, с массой в тысячные и миллионные доли грамма. Это метеорная пыль . Она образуется путем испарения и разрушения кометных ядер. В результате же дробления сталкивающихся малых планет возникают обломки различной величины, так называемые метеорные тела . Под давлением солнечных лучей самые мелкие частицы метеорной пыли выметаются на окраины Солнечной системы, а более крупные по спирали приближаются к Солнцу и, не долетев до него, испаряются в окрестностях центрального светила. Некоторые метеорные тела выпадают на Землю в виде метеоритов .

Околосолнечное пространство пронизывается всеми видами электромагнитных излучений и корпускулярными потоками.

Очень мощным их источником является само Солнце. А вот на окраинах Солнечной системы преобладают излучения, идущие из глубин нашей Галактики. Кстати: как установить границы Солнечной системы? Где они проходят?

Некоторым может показаться, что границы солнечных владений очерчены орбитой Плутона. Ведь за Плутоном больших планет вроде бы нет. Вот тут-то в самый раз "вкопать" пограничные столбы... Но нельзя забывать, что многие кометы уходят далеко за орбиту Плутона. Афелии - самые далекие точки - их орбит лежат в облаке первозданных ледяных ядер. Это гипотетическое (предполагаемое) кометное облако удалено от Солнца, видимо, на 100 тыс. а. е., то есть в 2,5 тыс. раз дальше, чем Плутон. Так что и сюда простирается власть великого светила. Здесь тоже Солнечная система!

Очевидно, Солнечная система достигает тех мест межзвездного пространства, где сила тяготения Солнца соизмерима с силой тяготения ближайших звезд. Самая близкая к нам звезда альфа Центавра удалена от нас на 270 тыс. а. е. и по своей массе примерно равна Солнцу. Следовательно, точка, в которой уравновешиваются силы притяжения Солнца и альфы Центавра, находится примерно посреди разделяющего их расстояния. А это значит, что границы солнечных владений удалены от великого светила по меньшей мере на 135 тыс. а. е., или на 20 триллионов километров!