Общность газовых планет-гигантов. Конфигурации планет Охарактеризуйте понятия соединения и противостояния планет

Цель урока:

Знать:

Уметь:

Просмотр содержимого документа
«Конфигурации планет. Синодический период»

Дата:

10б: 01.11.2017

10а, 11: 17.11.2017

Тема: Конфигурации планет. Синодический период

Цель урока: рассмотреть конфигурации планет: противостояние и соединение. Периодическое изменение условий видимости внутренних и внешних планет. Связь синодического и сидерического (звездного) периодов обращения планет.

Знать: определения понятий: конфигурация планет; синодического и сидерического (звездного) периодов обращения планет.

Уметь: решать задачи на вычисление звездных периодов обращения внутренних и внешних планет.

Ход урока.

Организационный момент.

Приветствие.Проверка присутствующих и готовности к уроку.

Актуализация опорных знаний.

Фронтальный опрос по материалу §10, стр.54

Изучение нового материала.

Конфигурация планет – это их взаимное расположение.

Планеты Солнечной системы делятся на внутренние (которые находятся ближе к Солнцу, чем Земля – Меркурий и Венера) и внешние (все остальные).

Конфигурации внутренних планет.

Соединение – конфигурация, при которой планета и Солнце проецируются в одну и ту же точку небесной сферы, т. е. видны в одном и том же месте (хотя, фактически, планета может быть и вообще не видна). Соединение может быть верхним или нижним.

Противостояние – Земля находится между данной планетой и Солнцем.

Элонгация (наибольшее удаление) – планета находится в такой точке своей орбиты, что направление на нее с Земли является касательной к орбите данной планеты.

Некоторые конфигурации внешних планет повторяют конфигурации внутренних планет – это противостояние и верхнее соединение (нижнего соединения внешней планеты принципиально быть не может, разве что Вселенная погрязнет в глобальный хаос).

С другой стороны, есть конфигурации, особые для внешних планет – это восточная и западная квадратуры.

Сидерический и синодический периоды.

Сидерическим (звездным, T) периодом обращения планеты называется время, за которое планета делает полный оборот вокруг Солнца (или той планеты, вокруг которой обращается, если речь идет о спутнике).

Синодический период обращения планеты (S) – это время между двумя одинаковыми конфигурациями данной планеты.

Чем ближе планета к Солнцу, тем меньше ее сидерический период.

Рассмотрим две планеты: P 1 и P 2 такие, что P 1 ближе к Солнце, чем P 2 . Пусть в некоторый момент наступает их соединение. Тогда после него планета P 1 начнет обгонять P 2 , исходя из 1. Ясно, что P 1 проходит за 1 сутки 360/Т 1 (градусов), а P 2 соответственно 360/Т 2 (градусов). Соединение повторится, когда P 1 обгонит P 2 на 360˚, значит поскольку это произойдет за S, то

Преобразовав, получим формулу

Закрепление материала.

Задача 1. Как часто повторяются противостояния Марса, сидерический период которого 1,9 года?

Дано: Р = 1,9 г.

T = 1 г.

Найти: S = ?

Решение:

Марс – внешняя планета

1/S = 1/Т - 1/Р;

S = T*Р / (Р – T);

S = 1,9/0,9 ≈ 2,1 г.

Ответ : S ≈ 2,1

Задача 2. Упражнение 9. №5.Через какой промежуток времени встречаются на циферблате часов минутная (Т) и часовая (Р) стрелки?

Дано: T = 1 ч.

Найти: S = ?

Решение:

Часовая – медленная (аналог внешней планеты)

1/S = 1/Т - 1/Р;

S = T*Р / (Р – T);

S = 1*12/(12-11)=12/11 = 1,(09) ч.

Ответ: S ≈ 1,09 ч.

Д/з: § 11., стр. 54, Упр. 9 (№1-4, 6), стр.57

Конфигурациями планет называют характерные взаимные расположения планет Земли и Солнца.

Все планеты относительно Земли делятся на внутренние (орбиты которых располагаются внутри земной орбиты) и внешние . К внутренним планетам относятся Венера й Меркурий, к внешним - все остальные. Для внутренних планет характерна конфигурация соединения.

Соединением называется такое положение планет, когда внутренняя планета находится либо между Землей
и Солнцем, либо за Солнцем. В таких случаях она невидима. Положение планеты между Землей и Солнцем называется нижним соединением; в нем планета находится наиболее близко к Земле. Нахождение планеты за Солнцем называется верхним соединением, причем планета
максимально удалена от Земли.

Внутренние планеты не отходят от Солнца на большие углы (максимальный угол для Меркурия составляет 28°, для Венеры — 48°). Наибольшие отклонения планет от Солнца на запад называются наибольшей западной элонгацией, на восток — наибольшей восточной элонгацией.

Для внешних планет также возможна конфигурация соединения (положение «за Солнцем»). При этом они невидимы для наблюдателя с Земли, поскольку теряются в лучах Солнца. Положение внешних планет на прямой Земля-Солнце называется противостоянием. Это наиболее удобная конфигурация для наблюдений планеты.

Периоды обращения планет

Синодическим периодом планеты называется промежуток времени, протекающий между повторениями ее одинаковых конфигураций.

Скорость движения планет тем больше, чем они ближе к Солнцу. Поэтому после противостояния Земля станет обгонять те планеты, которые находятся дальше от Солнца. Со временем снова произойдет противостояние, поскольку Земля обгоняет планету на полный оборот.

Можно сказать, что синодический период внешней планеты - это промежуток времени, по истечении которого Земля обгоняет планету на 360° в их движении вокруг Солнца.

Сидерический период — это время, по прошествии которого для наблюдателя, находящегося на Солнце, планета возвращается к той же самой звезде.

Между синодическим (S , в сутках) и сидерическим (T , в сутках) месяцами существует соотношение. Для планет, находящихся между Солнцем и Землей:

Законы Кеплера

Иоганн Кеплер (1571—1630 гг.) открыл свои законы, изучая периодическое обращение Марса вокруг Солнца.

Первый закон Кеплера: каждая планета обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Ближайшая к Солнцу точка орбиты называется перигелием, а самая далекая от него точка - афелием. Степень вытянутости эллипса характеризуется его эксцентриситетом.

Второй закон Кеплера (закон площадей) : радиус- вектор планеты за одинаковые промежутки времени описывает равные площади. Если рассмотреть движение планеты, то дуги, описанные планетой за одинаковые промежутки времени в различных местах орбиты, различны, хотя ограничивают равные площади. Следовательно, линейная скорость движения планеты неодинакова в разных точках ее орбиты. Скорость планеты при движении ее по орбите тем больше, чем ближе она к Солнцу. В перигелии скорость планеты наибольшая.

Таким образом, второй закон Кеплера количественно определяет изменение скорости движения планеты по эллипсу.

Третий закон Кеплера: квадраты звездных периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей их орбит. Если большую полуось орбиты и звездный период обращения одной планеты обозначить соответственно через a 1 , T 1 , а другой планеты — через a 2 , T 2 , то формула третьего закона будет такова:

Третий закон Кеплера связывает длины больших полуосей планетных орбит с длиной большой полуоси земной орбиты. В астрономии эта длина принята за основную единицу измерения расстояний - астрономическую единицу (а. е.).

Методика проведения 7 урока
"Видимое движение и конфигурации планет"

Цель урока: формирование понятий о космических и небесных явлениях, связанных с обращением планет вокруг Солнца и видимым движением других космических тел.

Задачи обучения:
Общеобразовательные :

1) систематизация понятий о небесных явлениях: видимом движении и конфигурациях планет, наблюдающихся в результате взаимного перемещения и расположения небесных светил относительно земного наблюдателя;

2) подробное рассмотрение причин и характеристик космического явления обращения планет вокруг Солнца и его следствий - небесных явлений: видимого движения внутренних и внешних планет на небесной сфере и их конфигураций (верхнего и нижнего соединений, элонгаций, противостояний, квадратур).

Воспитательные: формирование научного мировоззрения в ходе знакомства с историей человеческого познания и объяснения повседневно наблюдаемых небесных явлений; борьба с религиозными предрассудками.

Развивающие: формирование умений: формирование умений выполнять упражнения на применение основных формул сферической астрономии при решении соответствующих расчетных задач и применять подвижную карту звездного неба, звездные атласы, справочники, Астрономический календарь для определения положения и условий видимости небесных светил и протекания небесных явлений.

Ученики должны знать :

Причины и основные характеристики небесных явлений, порожденных обращением планет вокруг Солнца (видимое движение внутренних и внешних планет на небесной сфере и их конфигурации);
- основы классификации космических и небесных явлений и соответствующие геометрические схемы;
- понятия сферической астрономии: конфигурации планет (верхнее и нижнее соединения, элонгации, противостояния, квадратуры); сидерический и синодический периоды обращения и вращения планет;
- формулы, выражающие связь между сидерическими и синодическими периодами обращения и вращения планет;
- астрономические величины: сидерические и синодические периоды обращения и вращения планет.

Ученики должны уметь :

Использовать обобщенный план для изучения космических и небесных явлений;
- использовать Астрономические календари, справочники и подвижную карту звездного неба для определения условий наступления и протекания данных небесных явлений;
- решать задачи, связанные с расчетом положения и условий видимости планет с учетом формул, выражающих связь сидерических и синодических периодов их обращения и вращения.

Наглядные пособия и демонстрации:

Кинофильмы и кинофрагменты: "Видимое и истинное движение планет", "Петля Марса".
Фрагменты слайд-фильма "Строение Солнечной системы".
Диафильм: "Видимое движение небесных светил".
Таблицы : "Солнечная система".
Приборы и инструменты : подвижные карты звездного неба; Астрономический календарь на данный год; демонстрационная модель планетной системы; карта движения планет.

Задание на дом:

1) Изучить материала учебников:

- Б.А. Воронцов-Вельяминова : §§ 8, 10; упражнение 7.
- Е.П. Левитана : §§ 7, 8; вопросы-задания.
- А.В. Засова, Э.В. Кононовича : §§ 7, 8; упражнение 8.7 (1-3).

2) Выполнить задания из сборника задач Воронцова-Вельяминова Б.А. : 127, 134; 138.

План урока

Методика изложения материала

В начале урока традиционно проводится проверка знаний, приобретенных на прошлом и предыдущих уроках и в ходе фронтального опроса актуализируется предназначенный к изучению материал. Часть учеников работает у доски, а часть выполняет письменные задания, решая задачи, аналогичные основным задачам упражнений 1-5. Дополнительными вопросами являются:

1. Какие небесные явления происходят в результате: вращения Земли вокруг своей оси; обращения Луны вокруг Земли; обращения Земли вокруг Солнца.

2. Дайте описание небесных явлений, порожденных обращением Луны вокруг Земли и планет вокруг Солнца (солнечных и лунных затмений; покрытий звезд и планет Луной; прохождений Венеры и Меркурия по диску Солнца; явлений в системах планет-гигантов; изменения блеска затменно-переменных звезд). Ответы строятся на основе обобщенного плана для изучения космических и небесных явлений с использованием соответствующих геометрических схем.

1. Укажите причины небесных явлений, отмечая напротив каждого варианта вопроса верный номер варианта ответа, например: А1; Б2; В3 и т.д.

2. Страут Е.К. : проверочные работы NN 3-4 темы "Практические основы астрономии" (преобразованные учителем в программированные задания).

На первом этапе урока учитель в форме лекции излагает материал о видимом движении и конфигурациях планет.

Характер видимого движения и условий видимости внутренних планет описывается с опорой на схему рис. 48. Сложный петлеобразный характер видимого движения внешних планет лучше всего объяснять с опорой на фрагмент "Видимое и истинное движение планет" или "Видимая петля Марса". В их отсутствие мы рекомендуем учителю построить на доске (а ученикам – в тетрадях) схему рис. 49, сопровождая каждый этап работы соответствующими пояснениями. Желательно сообщить учащимся, какие из планет они могут увидеть на небе в данное время года и объяснить им, как найти эти планеты среди созвездий.

Несовпадение продолжительности синодического и сидерического периодов обращения планет демонстрируют при помощи теллурия. Внутренняя планета совершает 1 оборот вокруг Солнца и возвращается к той же точке орбиты быстрее Земли, внешняя планета – медленнее Земли.

Видимое движение и конфигурации планет

Сложное видимое движение планет на небесной сфере обусловлено обращением планет Солнечной системы вокруг Солнца. Само слово "планета" в переводе с древнегреческого означает "блуждающая" или "бродяга".

Траектория движения небесного тела называется его орбитой . Скорости движения планет по орбитам убывают с удалением планет от Солнца.

По отношению к орбите и условиям видимости с Земли планеты разделяются на внутренние (Меркурий, Венера) и внешние (Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон).

Внешние планеты всегда повернуты к Земле стороной, освещаемой Солнцем. Внутренние планеты меняют свои фазы подобно Луне.

Плоскости орбит всех планет Солнечной системы (кроме Плутона) лежат вблизи плоскости эклиптики, отклоняясь от нее: Меркурий на 7њ , Венера на 3,5њ ; у других наклон еще меньше.

Характерные взаимные положения Солнца, Земли и планет называются конфигурациями. Одинаковые конфигурации планет происходят в разных точках их орбит, в разных созвездиях, в разное время года.

Конфигурации, при которых внутренняя планета, Земля и Солнце выстраиваются по одной линии, называются соединениями (рис. 48).

Рис. 48. Конфигурации планет:
Земля в верхнем соединении с Меркурием,
в нижнем соединении с Венерой и в противостоянии с Марсом

Если А - Земля, В - внутренняя планета, С - Солнце, небесное явление называется нижним соединением . В "идеальном" нижнем соединении происходит прохождение Меркурия или Венеры по диску Солнца.

Если А - Земля, В - Солнце, С - Меркурий или Венера, явление называется верхним соединением . В "идеальном" случае происходит покрытие Солнцем планеты, которое, конечно, не может наблюдаться из-за несравнимой разницы в блеске светил.

Для системы Земля - Луна - Солнце в нижнем соединении происходит новолуние, в верхнем соединении - полнолуние.

Предельный угол между Землей, Солнцем и внутренней планетой называется наибольшим удалением или элонгацией и равен: для Меркурия - от 17њ 30" до 27њ 45" ; для Венеры - до 48њ . Внутренние планеты могут наблюдаться только вблизи Солнца и только по утрам или вечерам, перед восходом или сразу после захода Солнца. Видимость Меркурия не превышает часа, видимость Венеры - 4 часов (рис. 49).

Конфигурация, при которой Солнце, Земля и внешняя планета выстраиваются на одной линии, называется: 1) если А - Солнце, В - Земля, С - внешняя планета - противостоянием ; 2) если А - Земля, В - Солнце, С - внешняя планета - соединением планеты с Солнцем (рис. 48).

Конфигурация, в которой Земля, Солнце и планета (Луна) образуют в пространстве прямоугольный треугольник называется квадратурой : восточной при расположении планеты в 90њ к востоку от Солнца и западной при расположении планеты в 90њ к западу от Солнца.

Видимое движение небесных светил целиком складывается из:

1) перемещения наблюдателя по поверхности Земли;
2) вращения Земли вокруг Солнца;
3) собственных движений небесных тел.

Для точных расчетов ученые учитывают движение Солнечной системы относительно ближайших звезд, вращение ее вокруг центра Галактики и движение самой Галактики.

Движение внутренних планет на небесной сфере сводится к их периодическому отдалению от Солнца вдоль эклиптики то к востоку, то к западу на угловое расстояние элонгации.

Движение внешних планет на небесной сфере носит более сложный петлеобразный характер. Скорость видимого движения планеты неравномерна, поскольку ее величина определяется векторной суммой собственных скоростей Земли и внешней планеты (рис. 50). Форма и размеры петли планеты зависит от скорости планеты по отношению к Земле и наклона планетной орбиты к эклиптике.

Сидерическим (звездным ) периодом обращения планеты называется промежуток времени Т , за который планета совершает один полный оборот вокруг Солнца по отношению к звездам.

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

Для нижних (внутренних) планет: . Для верхних (внешних) планет: .

Продолжительность средних солнечных суток s для планет Солнечной системы зависит от сидерического периода их вращения вокруг своей оси t , направления вращения и сидерического периода обращения вокруг Солнца Т .

Для планет, обладающих прямым направлением вращения вокруг своей оси (тем же, в котором они движутся вокруг Солнца):

Для планет, обладающих обратным направлением вращения (Венера, Уран): .

Формулы связи синодического и сидерического периодов выводят по аналогии с движением часовых стрелок. Аналогией синодического периода S будет промежуток времени между совпадениями часовой и минутной стрелок, аналогией сидерических - периоды вращения часовой стрелки (Т 1 = 12ч) и минутной стрелки (Т 2 = 1ч). Стрелки встречаются вновь в разных местах циферблата. Их угловые скорости равны: ; . За синодический период времени часовая стрелка описывает дугу , минутная стрелка .

=> .

Ученики дополняют табл. 6 сведениями об изученных на уроке космических и небесных явлениях:

В качестве дополнительного материала можно в общих чертах ознакомить учащихся с рядом атмосферных небесных явлений:

На основе законов геометрической оптики - законов преломления света можно объяснить ряд небесных явлений.

Рис. 52. Астрономическая рефракция

Астрономическая рефракция - явление преломления (искривления) световых лучей при прохождении через атмосферу, вызванное оптической неоднородностью атмосферного воздуха. Вследствие уменьшения плотности атмосферы с высотой искривленный луч света обращен выпуклостью в сторону зенита (рис. 52). Рефракция изменяет зенитное расстояние (высоту) светил по закону: r = a * tg z , где: z - зенитное расстояние, a = 60,25" - постоянная рефракции для земной атмосферы (при t = 0њ С, p = 760 мм. рт. ст.).

В зените рефракция минимальна - она возрастает по мере наклона к горизонту до 35" и сильно зависит от физических характеристик атмосферы: состава, плотности, давления, температуры. Вследствие рефракции истинная высота небесных светил всегда меньше их видимой высоты: рефракция "поднимает" изображения светил над их истинными положениями. Искажаются форма и угловые размеры светил: на восходе и закате близ горизонта "сплющиваются" диски Солнца и Луны, поскольку нижний край диска поднимается рефракцией сильнее верхнего (рис. 53).

Искажается показатель преломления света в зависимости от длины волны: при очень чистой атмосфере человек может увидеть на заходе или восходе Солнца редкий "зеленый луч". Поскольку расстояния до звезд несравнимо превосходят их размеры, можно считать звезды точечными источниками света, лучи которых распространяются в пространстве по параллельным прямым. Преломление лучей звездного света в атмосферных слоях (потоках) разной плотности вызывает мерцание звезд - неравномерные усиления и ослабления их блеска, сопровождающиеся изменениями их цвета ("игрой звезд").

Земная атмосфера рассеивает солнечный свет. Рассеяние света происходит на случайных микроскопических неоднородностях плотности воздуха, сгущениях и разрежениях размерами 10 -3 -10 -9 м.

Интенсивность рассеяния света обратно пропорциональна четвертой степени длины световой волны (закон Рэлея). Сильнее всего рассеиваются фиолетовые, синие и голубые лучи, слабее всего - оранжевые и красные.

Вследствие этого земное небо имеет днем голубой цвет: наблюдатель воспринимает рассеянный в атмосфере солнечный свет, спектр излучения которого сдвинут в сторону коротких волн. По той же причине далекие леса и горы кажутся нам голубыми и синими.

Диски Солнца и Луны на восходе и закате приобретают красный цвет: с приближением к горизонту удлиняется путь световых лучей, прошедших без рассеяния, спектр их сдвигается в сторону длинных волн. Обратите внимание на зори: вначале узенькая, кроваво-красная полоска утренней зари бледнеет, розовеет, наливается желтизной, а небо в зените из темного, почти черного становится густо-фиолетовым, потом сиреневым, синим и голубым, а вечером все происходит наоборот. Ночью на Земле никогда не бывает абсолютно темно: рассеянный в атмосфере свет звезд и давно зашедшего Солнца создает ничтожно малую освещенность в 0,0003 лк.

Продолжительность светового времени суток - дня всегда превышает промежуток времени от восхода до захода Солнца.

Рассеяние солнечных лучей в земной атмосфере порождает сумерки , плавный переход от светлого времени суток - дня к темному - ночи, и обратно. Сумерки возникают из-за подсвечивания верхних слоев атмосферы Солнцем, находящимся ниже линии горизонта. Продолжительность их определяется положением Солнца на эклиптике и географической широтой места.

Различают гражданские сумерки: период времени от захода Солнца (верхнего края солнечного диска) до его погружения на 6њ -7њ под горизонт; навигационные сумерки - до момента погружения Солнца под горизонт на 12њ и астрономические , - пока угол не составит 18њ . На высоких (± 59,5њ ) широтах Земли наблюдаются белые ночи - явление прямого перехода вечерних сумерек в утренние при отсутствии темного времени суток.
Сумеречные явления наблюдаются также в плотной атмосфере планеты Венера.
Ученики дополняют табл. 6 новыми сведениями:

Материал об условиях видимости планет и продолжительность видимости в различных конфигурациях лучше всего осознается учащимися при решении соответствующих задач с применением подвижных карт звездного неба:

Упражнение 6:

1. 28 ноября 2000 года Юпитер в противостоянии с Солнцем. В каком созвездии находится планета?

2. В каком созвездии находится Меркурий (Венера), если планета сейчас в верхнем (нижнем) соединении с Солнцем?

3. 21 июля 2001 года Меркурий в наибольшей западной элонгации. В каком созвездии в какое время суток и сколько времени можно наблюдать эту планету?

4. Марс в противостоянии виден в созвездии Весов. В каком созвездии находится в это время Солнце?

5. За 2 суток до новолуния, 24 ноября 2000 года Луна проходит в 3њ севернее Меркурия. В каком созвездии в какое время (утром или вечером) следует искать планету?

6. Какова продолжительность года на Марсе, если между двумя противостояниями проходит 780,1 d ?

7. Наиболее удобно наблюдать Меркурий вблизи его элонгаций. Почему? Как часто они повторяются, если год на Меркурии равен 58,6 d ?

8. Какова продолжительность сидерического периода вращения Юпитера вокруг Солнца, если он в 5 раз дальше от Солнца, нежели Земля? Через какие промежутки времени повторяются его противостояния?

9. Во сколько раз отличаются продолжительности года на Меркурии, Венере, Марсе?

10. Каковы условия видимости Земли с поверхности Луны? Орбиты спутника Венеры? С поверхности Марса?

11. Изготовление модели Солнечной системы на базе модели теллурия: для изучения условий видимости и движения планет вы можете усложнить модель, заставив вращаться вокруг "Солнца" и другие пластилиновые шарики - "планеты": Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер, Сатурн.

12. Изготовление "линейной" модели Солнечной системы. Главным недостатком теллурия как модели Солнечной системы является несоответствие масштабов размеров космических тел и расстояний между ними. Мы предлагаем построить модель Солнечной системы, чтобы вы сами смогли увидеть и сопоставить размеры Солнца и планет с межпланетными расстояниями и размерами Солнечной системы в целом.

Выберем в качестве масштаба соотношение: 1 см размеров в нашей модели соответствует космическим расстояниям в 26 000 километров (табл. 4). Модели планет можно вылепить из разноцветного пластилина или вырезать их из раскрашенной бумаги и наклеить на картон.
Табл. 9
Размеры планет Солнечной системы

Названия планет	Размеры планет	Размеры планет в модели
Солнце	1 392 000 км	54 см 5 мм
Меркурий	4 900 км	2 мм
Венера	12 100 км	5 мм
Земля	12 756 км	5 мм
Марс	6 800 км	3 мм
Юпитер	142 000 км	6 см 5 мм
Сатурн	120 000 км	4 см 8 мм
Уран	50 000 км	2 см
Нептун	50 000 км	2 см
Плутон	1 УРОК 7. КОНФИГУРАЦИИ ПЛАНЕТ, РАССТОЯНИЯ ДО ТЕЛ И ИХ РАЗМЕРЫ. Основные конфигурации нижних и верхних планет. Сидерический и синодический периоды планет. Определение размеров Земли Определение расстояний до тел. Определение размеров тел. Основные конфигурации внутренних и внешних планет. Сложное видимое движение планет на небесной сфере обусловлено обращением планет Солнечной системы вокруг Солнца. Само слово "планета" в переводе с древнегреческого означает "блуждающая" или "бродяга". Траектория движения небесного тела называется его орбитой . По отношению к орбите Земли планеты разделяются на внутренние (нижние) - Меркурий, Венера, их орбиты расположены внутри земной орбиты , и внешние (верхние) - Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун их орбиты расположены вне орбиты Земли. Внешние планеты всегда повернуты к Земле стороной, освещаемой Солнцем. Внутренние планеты меняют свои фазы подобно Луне. Плоскости орбит всех планет Солнечной системы лежат вблизи плоскости эклиптики, отклоняясь от нее менее, чем на 7°. Скорости движения планет по орбитам различны и убывают с удалением планет от Солнца. Земля движется медленнее Меркурия и Венеры, но быстрее всех остальных планет. Из-за различия скоростей движения планет в определенные моменты времени возникают различные взаимные расположения Солнца и планет. Особые, геометрически правильные, взаимные расположения Солнца, Земли и планет называются конфигурациями. Одинаковые конфигурации планет происходят в разных точках их орбит, напротив разных созвездий, в разное время года. Конфигурации, которые создаются нижними и верхними планетами различны. У нижних планет это соединения V 1 и V 3 (верхнее и нижнее) и элонгации V 2 и V 4 (восточная и западная). У верхних планет это – квадратуры M 2 и М 4 (восточная и западная), соединение M 1 и противостояние M 3 . Что же стоит за этими страшными названиями. Соединения - это расположение Солнца, Земли и планеты на одной прямой , при этом планета находится либо между Солнцем и Землей (нижнее соединение), либо прячется от Земли за Солнцем (верхнее соединение). Единственной конфигурацией, в которой может находиться любая, и нижняя , и верхняя планета, является верхнее соединение, при этом планету естественно нельзя наблюдать. Нижнее соединение присуще только нижним планетам, при этом, хотя и достаточно редко, мы можем наблюдать прохождение Меркурия и Венеры (в виде черного кружка) на фоне диска Солнца. Видимое движение нижних планет напоминает колебательное движение около Солнца. Максимальное угловое удаление нижних планет от Солнца называется элонгацией. В случае элонгации Земля планета и Солнце образуют прямоугольный треугольник, при этом в вершине прямого угла находится планета. Наибольшая элонгация Меркурия - 28˚, Венеры - 48˚. С Земли в это время видно не все освещенное Солнцем полушарие планеты, а только его часть, называемая фазой. При восточной элонгации планета видна на западе вскоре после захода Солнца, при западной – на востоке незадолго перед восходом Солнца. Наиболее удобный момент наблюдения верхних планет – это противостояние. Все три небесных тела , как и при соединении, находятся на одной линии, но Земля в этом случае расположена между Солнцем и планетой и все полушарие планеты освещено Солнцем. Внешняя планета может находиться на любом угловом расстоянии от Солнца от 0˚ до 180˚. Когда угловое расстояние между Солнцем и верхней планетой составляет 90˚, то говорят, что планета находится в квадратуре (квадратура – угловая четверть круга), соответственно в восточной или западной, как и при элонгации. В этом случае Земля, Солнце и планета так же образуют прямоугольный треугольник, но в вершине прямого угла находится Земля. Система Земля - Луна - Солнце особая, в ней имеется нижнее соединение, как у внутренних планет, при этом происходит новолуние (Луна между Солнцем и Землей), и противостояние, как у внешних планет , во время полнолуния. Задача. Определите период обращения Марса вокруг Солнца, зная, что противостояния Марса происходят каждые 780 суток? Определение размеров Земли. Представление о Земле как о шаре, который свободно без всякой опоры висит в пространстве, безусловно, является одним из величайших достижений науки древнего мира. И первое точное определение земных размеров было сделано Эратосфеном из Египта. Проделанный им эксперимент относится к одному из десяти самых красивых физических экспериментов, придуманных человечеством. Он решил измерить длину небольшой дуги земного меридиана не в градусах, а в единицах длины, и далее определить, какую часть в градусах полной окружности она составляет. Зная часть, найти длину всей окружности. Затем по длине окружности определить величину радиуса, который и является радиусом земного шара. Очевидно , что длина дуги меридиана в градусах равна разности географических широт двух пунктов , находящихся на одном меридиане: Δφ=φ в – φ А. Для того чтобы определить эту разность, Эратосфен сравнил высоту Солнца в кульминации в один и тот же день в пунктах А и В (Александрия и Асуан). В Асуане в этот день Солнце освещало дно самых глубоких колодцев, т.е. было в зените, а в Александрии отстояло от зенита на 7,2˚, Из простых геометрических построений следовало, разность широт этих городов Δφ=7,2˚. В древних единицах измерения расстояние между Александрией и Асуаном составляло 5000 греческих стадий, современное – 800 км. Обозначив длину меридиана Земли через L, имеем следующую пропорцию: откуда получаем длину меридиана равную 40000 км. Зная длину окружности, легко находим радиус Земли - 6366 км, что отличается от среднего радиуса всего на 5 км. В какой степени форма Земли отличается от шара, выяснилось только в конце XVIII века в результате работы двух экспедиций в Южной Америке в Перу и в Скандинавии вблизи Северного полярного круга. Измерения показали, что длина в 1˚ дуги меридиана на севере и на юге больше , чем на экваторе. Это означало, что Земля сплюснута у полюсов. Ее полярный радиус на 21 км короче экваториального. Это означает, что сечение Земли по меридиану будет не окружностью, а эллипсом, у которого большая ось проходит в плоскости экватора, а малая совпадает с осью вращения Земли. И уже в ХХ веке выяснилось, что земной экватор также нельзя считать окружностью. Его сплюснутость в 100 раз меньше сплюснутости меридиана, но она все же существует. Точнее всего форму нашей планеты передает фигура, называемая эллипсоидом , у которого любое сечение плоскостью, проходящей через центр Земли, не является окружностью. 4. Определение расстояний до тел. О пределить географическую широту двух пунктов оказывается гораздо проще, чем измерить расстояние между ними, чему могут мешать естественные препятствия. Поэтому используется способ, основанный на явлении параллактического смещения. Параллактическим смещением называется изменение направления на предмет при перемещении наблюдателя. Сначала точно вычисляют длину удобно расположенного отрезка ВС, называемого базисом и двух углов В и С в треугольнике АВС. Далее по теореме синусов легко находятся значения АС и АВ. Аналогичным методом пользуются и при определении расстояния до небесных тел. Измерить расстояние от Земли до Солнца впервые удалось лишь в XVIII веке, когда был определен горизонтальный параллакс Солнца. Горизонтальным параллаксом (р) называется угол, под которым со светила, находящегося на горизонте, виден радиус Земли, перпендикулярный лучу зрения. По сути дела, при этом измеряется параллактическое смещение объекта , находящегося за пределами Земли, а базисом является радиус Земли. Единственное отличие в том, что треугольник строится прямоугольный, что упрощает вычисления. Из треугольника OAS можно выразить величину расстояния SО=D: где R  – радиус Земли. Конечно, со светила никто не наблюдает радиус Земли, а горизонтальный параллакс определяют по измерениям высоты светила в момент верхней кульминации из двух точек Земли, находящихся на одном меридиане и имеющих известные широты, по аналогии с методом Эратосфена. Очевидно , что чем дальше расположен объект, тем меньше его параллакс. Наибольшее значение имеет параллакс Луны (р  =57΄02΄΄ ), параллакс Солнца р  =8,79′′. Такому значению параллакса соответствует расстояние до Солнца равное 150000000км. Это расстояние принимается за одну астрономическую единицу (1а.е.) и используется при измерении расстояний между телами Солнечной системы. Для малых углов sinp ≈ p , при этом р выражен в радианах. Если р выразить в секундах, то формула примет вид: . Д.з. §7. п.2,3. задачи 8,9 стр.35, § 11. задачи 1, 5, 6 стр.52. Вопросы экспресс опроса 1. Можно ли наблюдать Меркурий по вечерам на востоке? 2. Что такое соединение? 3. Можно ли наблюдать Венеру утром на востоке, а вечером на западе? 4.Угловое расстояние планеты от Солнца равно 55°.Какая это планета,верх или ниж? 5. Что такое конфигурация? 6. Какие планеты могут пройти на фоне диска Солнца? 7. Во время каких конфигураций хорошо видны нижние планеты? 8. Во время каких конфигураций хорошо видны верхние планеты? 9. Что такое сидерический период планеты? 10. Что такое синодический период? 11. Что такое горизонтальный параллакс? 12. Что называется параллактическим смещением? 13. Когда верхняя планета находится в квадратуре? 14. Что такое элонгация? 15. При каком соединении можно наблюдать внутреннюю планету? УРОК 7. КОНФИГУРАЦИИ ПЛАНЕТ, РАССТОЯНИЯ ДО ТЕЛ И ИХ РАЗМЕРЫ. 1. Основные конфигурации нижних и верхних планет. 2. Сидерический и синодический периоды планет. 3. Определение размеров Земли 4. Определение расстояний до тел. 5. Определение размеров тел. 1. Основные конфигурации внутренних и внешних планет. Сложное видимое движение планет на небесной сфере обусловлено обращением планет Солнечной системы вокруг Солнца. Само слово "планета" в переводе с древнегреческого означает "блуждающая" или "бродяга". Траектория движения небесного тела называется его орбитой . По отношению к орбите Земли планеты разделяются на внутренние (нижние) - Меркурий, Венера, их орбиты расположены внутри земной орбиты, и внешние (верхние) - Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун их орбиты расположены вне орбиты Земли. Внешние планеты всегда повернуты к Земле стороной, освещаемой Солнцем. Внутренние планеты меняют свои фазы подобно Луне. Плоскости орбит всех планет Солнечной системы лежат вблизи плоскости эклиптики, отклоняясь от нее менее, чем на 7°. Скорости движения планет по орбитам различны и убывают с удалением планет от Солнца. Земля движется медленнее Меркурия и Венеры, но быстрее всех остальных планет. Из-за различия скоростей движения планет в определенные моменты времени возникают различные взаимные расположения Солнца и планет. Особые, геометрически правильные, взаимные расположения Солнца, Земли и планет называются конфигурациями. Одинаковые конфигурации планет происходят в разных точках их орбит, напротив разных созвездий, в разное время года. Конфигурации, которые создаются нижними и верхними планетами различны. У нижних планет это соединения V 1 и V 3 (верхнее и нижнее) и элонгации V 2 и V 4 (восточная и западная). У верхних планет это – квадратуры M 2 и М4 (восточная и западная), соединение M 1 и противостояние M 3 . Что же стоит за этими страшными названиями. Соединения - это расположение Солнца, Земли и планеты на одной прямой , при этом планета находится либо между Солнцем и Землей (нижнее соединение), либо прячется от Земли за Солнцем (верхнее соединение). Единственной конфигурацией, в которой может находиться любая, и нижняя, и верхняя планета, является верхнее соединение, при этом планету естественно нельзя наблюдать. Нижнее соединение присуще только нижним планетам, при этом, хотя и достаточно редко, мы можем наблюдать прохождение Меркурия и Венеры (в виде черного кружка) на фоне диска Солнца. Видимое движение нижних планет напоминает колебательное движение около Солнца. Максимальное угловое удаление нижних планет от Солнца называется элонгацией. В случае элонгации Земля планета и Солнце образуют прямоугольный треугольник, при этом в вершине прямого угла находится планета. Наибольшая элонгация Меркурия - 28˚, Венеры - 48˚. С Земли в это время видно не все освещенное Солнцем полушарие планеты, а только его часть, называемая фазой. При восточной элонгации планета видна на западе вскоре после захода Солнца, при западной – на востоке незадолго перед восходом Солнца. Наиболее удобный момент наблюдения верхних планет – это противостояние. Все три небесных тела, как и при соединении, находятся на одной линии, но Земля в этом случае расположена между Солнцем и планетой и все полушарие планеты освещено Солнцем. Внешняя планета может находиться на любом угловом расстоянии от Солнца от 0˚ до 180˚. Когда угловое расстояние между Солнцем и верхней планетой составляет 90˚, то говорят, что планета находится в квадратуре (квадратура – угловая четверть круга), соответственно в восточной или западной, как и при элонгации. В этом случае Земля, Солнце и планета так же образуют прямоугольный треугольник, но в вершине прямого угла находится Земля. Система Земля - Луна - Солнце особая, в ней имеется нижнее соединение, как у внутренних планет, при этом происходит новолуние (Луна между Солнцем и Землей), и противостояние, как у внешних планет, во время полнолуния. 2. Сидерический и синодический периоды планет. Промежуток времени, в течение которого планета совершает полный оборот вокруг Солнца по орбите, называется сидерическим (или звездным) периодом обращения планеты (Т), а промежуток времени между двумя одинаковыми конфигурациями планеты – синодическим периодом (S ). Планеты движутся вокруг Солнца в одном направлении, и каждая из них через промежуток времени, равный ее сидерическому периоду, совершает один полный оборот вокруг Солнца. Пусть планеты находились в определенной конфигурации. За промежуток времени равный сидерическому периоду Земли любая нижняя планета сделает больше одного оборота вокруг Солнца и обгонит Землю, а любая верхняя - меньше полного оборота, и отстанет от Земли. Следовательно, через земной год конфигурация планет не повторится, т. е. синодический период не равен сидерическому. Однако между периодами существует зависимость, которую легко установить. Эта зависимость называется уравнением синодического движения. Составим уравнение для нижней планеты. За земные сутки планета смещается на угол где Т – сидерический период планеты, а Земля на угол , где - сидерический период Земли. Разность этих углов даст угол опережения α, , на который нижняя планета за сутки опередит Землю. Когда за S суток накопится опережение в 360º (α·S=360º) конфигурация планет повторится. S - в данном случае - синодический период. Окончательно уравнение для нижней планеты выглядит так: или или Поскольку верхние планеты движутся медленнее, чем Земля, то для них уравнение принимает вид: или или Задача. Определите период обращения Марса вокруг Солнца, зная, что противостояния Марса происходят каждые 780 суток? 3. Определение размеров Земли. Представление о Земле как о шаре, который свободно без всякой опоры висит в пространстве, безусловно, является одним из величайших достижений науки древнего мира. И первое точное определение земных размеров было сделано Эратосфеном из Египта. Проделанный им эксперимент относится к одному из десяти самых красивых физических экспериментов, придуманных человечеством. Он решил измерить длину небольшой дуги земного меридиана не в градусах, а в единицах длины, и далее определить, какую часть в градусах полной окружности она составляет. Зная часть, найти длину всей окружности. Затем по длине окружности определить величину радиуса, который и является радиусом земного шара. Очевидно, что длина дуги меридиана в градусах равна разности географических широт двух пунктов, находящихся на одном меридиане: Δφ=φв – φА. Для того чтобы определить эту разность, Эратосфен сравнил высоту Солнца в кульминации в один и тот же день в пунктах А и В (Александрия и Асуан). В Асуане в этот день Солнце освещало дно самых глубоких колодцев, т. е. было в зените, а в Александрии отстояло от зенита на 7,2˚, Из простых геометрических построений следовало, разность широт этих городов Δφ=7,2˚. В древних единицах измерения расстояние между Александрией и Асуаном составляло 5000 греческих стадий, современное – 800 км. Обозначив длину меридиана Земли через L, имеем следующую пропорцию: откуда получаем длину меридиана равную 40000 км. Зная длину окружности, легко находим радиус Земли - 6366 км, что отличается от среднего радиуса всего на 5 км. В какой степени форма Земли отличается от шара, выяснилось только в конце XVIII века в результате работы двух экспедиций в Южной Америке в Перу и в Скандинавии вблизи Северного полярного круга. Измерения показали, что длина в 1˚ дуги меридиана на севере и на юге больше, чем на экваторе. Это означало, что Земля сплюснута у полюсов. Ее полярный радиус на 21 км короче экваториального. Это означает, что сечение Земли по меридиану будет не окружностью, а эллипсом, у которого большая ось проходит в плоскости экватора, а малая совпадает с осью вращения Земли. И уже в ХХ веке выяснилось, что земной экватор также нельзя считать окружностью. Его сплюснутость в 100 раз меньше сплюснутости меридиана, но она все же существует. Точнее всего форму нашей планеты передает фигура, называемая эллипсоидом, у которого любое сечение плоскостью, проходящей через центр Земли, не является окружностью. 4. Определение расстояний до тел. Определить географическую широту двух пунктов оказывается гораздо проще, чем измерить расстояние между ними, чему могут мешать естественные препятствия. Поэтому используется способ, основанный на явлении параллактического смещения. Параллактическим смещением называется изменение направления на предмет при перемещении наблюдателя. Сначала точно вычисляют длину удобно расположенного отрезка ВС, называемого базисом и двух углов В и С в треугольнике АВС. Далее по теореме синусов легко находятся значения АС и АВ. Аналогичным методом пользуются и при определении расстояния до небесных тел. Измерить расстояние от Земли до Солнца впервые удалось лишь в XVIII веке, когда был определен горизонтальный параллакс Солнца. Горизонтальным параллаксом (р) называется угол, под которым со светила, находящегося на горизонте, виден радиус Земли, перпендикулярный лучу зрения. По сути дела, при этом измеряется параллактическое смещение объекта, находящегося за пределами Земли, а базисом является радиус Земли. Единственное отличие в том, что треугольник строится прямоугольный, что упрощает вычисления. Из треугольника OAS можно выразить величину расстояния SО=D: где RÅ – радиус Земли. Конечно, со светила никто не наблюдает радиус Земли, а горизонтальный параллакс определяют по измерениям высоты светила в момент верхней кульминации из двух точек Земли, находящихся на одном меридиане и имеющих известные широты, по аналогии с методом Эратосфена. Очевидно, что чем дальше расположен объект, тем меньше его параллакс. Наибольшее значение имеет параллакс Луны (р ƒ =57΄02΄΄ ), параллакс Солнца р =8,79′′. Такому значению параллакса соответствует расстояние до Солнца равное км. Это расстояние принимается за одну астрономическую единицу (1а. е.) и используется при измерении расстояний между телами Солнечной системы. Для малых углов sinp ≈ p , при этом р выражен в радианах. Если р выразить в секундах, то формула примет вид: Å, так как в одном радиане 206265′′. Методом горизонтального параллакса определяли расстояние до объектов вплоть до второй половине 20 века, когда появились новые методы определения расстояний в Солнечной системе - радиолокация и лазерная локация. С помощью этих методов были уточнены расстояния до многих тел с точностью до километра, а лазерная локация Луны позволяет определять расстояния с точностью до сантиметров. Задача. На каком расстоянии от Земли находится Сатурн, когда его параллакс равен 0,9’’ ? 5. Определение размеров тел. 2. Что такое соединение? 3. Можно ли наблюдать Венеру утром на востоке, а вечером на западе? 4.Угловое расстояние планеты от Солнца равно 55°.Какая это планета, верх или ниж? 5. Что такое конфигурация? 6. Какие планеты могут пройти на фоне диска Солнца? 7. Во время каких конфигураций хорошо видны нижние планеты? 8. Во время каких конфигураций хорошо видны верхние планеты? 9. Что такое сидерический период планеты? 10. Что такое синодический период? 11. Что такое горизонтальный параллакс? 12. Что называется параллактическим смещением? 13. Когда верхняя планета находится в квадратуре? 14. Что такое элонгация? 15. При каком соединении можно наблюдать внутреннюю планету? Больное горло Чихание Болезни Лечение Насморк Вирусы Грипп Температура Это интересно Симптомы Кашель Сопли Беременность Части тела Орви Контакты Реклама О сайте Поиск Мы можем оповещать вас о новых статьях, чтобы вы всегда были в курсе самого интересного. Продолжить Нет, спасибо