На каком расстоянии находится венера от земли. Планеты Солнечной системы: восемь и одна

> >

Как далеко от Солнца находится планета Венера: описание орбиты вокруг звезды, сравнение с Землей, Меркурием и Марсом на фото, ретроградная Венера.

Венеру не зря называют сестрой Земли. Между планетами наблюдается множество схожих характеристик. Хотя если вспомнить об адском нагреве соседки, то понимаешь, что в процессе ее развития что-то пошло не по плану. Каким-то образом сформировалась плотная атмосфера и перед нами самая горячая планета в Солнечной системе.

Это интересно, если вспомнить, что по дистанции Венера стоит лишь на втором месте от звезды, но опережает по температурной отметке Меркурий. Давайте внимательно изучим какое расстояние от Солнца до Венеры.

Расстояние от Солнца до Венеры

Перигелий и афелий

Пока все солнечные планеты следуют по эллиптической орбите, Венера игнорирует это и считается наиболее круговой. Средняя дистанция от Венеры к Солнцу – 108 208 000 км. Колебания от этой отметки доходят до 107 477 000 км (перигелий) и 108 939 000 км (афелий).

Если сравнить с земными показателями, то заметим, что средняя удаленность Земли от Солнца составляет 149 598 020 км и колеблется между 147 095 000 км и 152 100 000 км.

У Марса средний показатель расстояния – 227 939 200 км. Но из-за высокого эксцентриситета (0.0934) удаленность меняется от 206 700 000 км до 249 200 000 км.

Самый высокий эксцентриситет у Меркурия. Пока средняя удаленность достигает 57 909 050 км, то способна меняться от 46 001 200 км до 69 816 900 км.

Вы могли уже отметить, что Венера выделяется среди всех представителей. К тому же у нее уходит 224.7 дней на орбитальный проход при скорости в 35.02 км/с.

Ретроградность

Это еще один сюрприз. Пока все солнечные планеты совершают обороты в сторону орбитального пути, ретроградная Венера делает это в противоположной направленности. К тому же сам процесс крайне медленный и один осевой оборот охватывает 243 дня.

Ученые считают, что на ситуацию повлияло два крупных столкновения в прошлом. Первое создало спутник, а второе изменило направление вращения.

Каждая планета обладает собственными изюминками. Хотя Венера и сестра нам, но все же способна испепелить своих гостей дотла и полить их кислотными дождями. Теперь вы узнали больше о расстоянии от Венеры до Солнца.

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

Часть 1. ПЛАНЕТА ВЕНЕРА

Что же представляет собой планета Венера?

Общие сведения о Венере

Венера - вторая после Меркурия планета Солнечной системы. Она находится в 1,38 раза ближе к Солнцу, чем Земля. Среднее расстояние Венеры от Солнца - 108,1 млн. км**; минимальное расстояние Венеры от Земли - 40 млн. км.
По размерам Венера очень мало отличается от Земли. Ее радиус составляет 6 051 км**. Масса Венеры меньше земной на 18%, средняя плотность планеты = 5,2 г/см3 .
Венера вращается практически по круговой орбите (эксцентриситет орбиты равен 0,0068) а продолжительность ее года составляет 224,7 земных суток.
Особенностью движения Венеры в космосе является то, что она вращается вокруг своей оси по часовой стрелке, т. е. с востока на запад. Все остальные планеты, кроме Урана, который "лежит на боку", наоборот, вращаются против часовой стрелки, т. е. с запада на восток.

Для наблюдателя на поверхности Венеры Солнце восходит на западе, а заходит на востоке, хотя в действительности облачная атмосфера полностью закрывает небо.

Период вращения Венеры вокруг оси очень длителен - около 243 земных суток, что больше, чем период обращения вокруг Солнца, равный 224,7 суток. Именно поэтому на Венере сутки продолжаются больше года, а календарь совершенно необычен.
Поскольку ось вращения Венеры почти перпендикулярна к орбитальной плоскости (наклон 3° 24"), там отсутствуют сезоны года: один день похож на другой, с равной продолжительностью и одинаковой погодой. Эта погодная однотипность еще больше усиливается специфичностью венерианской атмосферы - ее сильным парниковым эффектом.

Исследование атмосферы, климата, рельефа, вулканической и тектонической активности и химического состава горных пород на Венере стало возможно после запуска советских и американских космических аппаратов к этой планете. С 1967 по 1985 гг. Венеру изучали советские автоматические межпланетные станции (АМС) "Венера-4" - "Венера-16", "Вега-1" и "Вега-2", а также американские космические аппараты (КА) "Маринер-5", "Маринер-10", "Пионер-Венера", "Пионер-Венера-1" и "Пионер-Венера-2", которые в совокупности доставили на ее поверхность 14 спускаемых аппаратов-зондов.
С 1990 по 1994 гг. на орбите Венеры работал КА "Magellan". Данные, полученные "Магелланом", позволили картировать 98 % поверхности Венеры с разрешением 120 м.

С апреля 2006 г. на орбите Венеры начала исследования АМС "Venus Express" Европейского экономического сообщества (ESA), запущенная с космодрома "Байконур" 9 ноября 2005 г. К этим исследованиям присоединились несколько наземных телескопов в обсерваториях по всему миру. Их основная цель - изучение атмосферы, плазменной оболочки, поверхности и подповерхностного слоя Венеры.

Атмосфера Венеры

Венера имеет очень мощную, плотную и облачную атмосферу, не позволяющую увидеть ее поверхности. Давление у поверхности планеты - около 90 атм.

Освещенность дневной стороны поверхности Венеры примерно такая же, как на Земле в пасмурный летний полдень. Небо на Венере имеет яркий желто-зеленый оттенок.

Атмосфера Венеры на 96-97 % состоит из углекислого газа. Около 3-3,5 % приходится на азот, остальные 0,5 % составляют угарный газ, аргон, сернистый газ, хлористый водород, фтористый водород, пары воды и кислород. Самые верхние слои атмосферы Венеры почти целиком водородные. Водородная атмосфера простирается до высоты 5 500 км.
При помощи зондов было обнаружено, что в атмосфере ниже облаков содержится приблизительно от 0,1 до 0,4 % водяного пара и 60 миллионных частей свободного кислорода.

Крайне незначительное содержание водяного пара в атмосфере Венеры - одна из главных ее загадок. Ведь главным источником атмосфер планет земной группы считаются вулканические газы, большую часть которых составляют водяной пар и углекислый газ. На Земле они находятся в объемном соотношении 5:1. По оценкам специалистов, общее количество углекислого газа на Венере и Земле приблизительно одинаково, только на Земле он связан в осадочных породах и отчасти поглощен водными массами океанов, а на Венере сконцентрирован в атмосфере. Следовательно, в соответствии с приведенной выше пропорцией Венера должна была бы иметь гидросферу, сопоставимую с земной, с толщиной эквивалентного слоя воды на поверхности около 2,7-3 км. Почему же этого не наблюдается?
Ответ на этот вопрос был получен в конце 2007 года АМС "Venus Express". С помощью спектрометра "Spicar/Soir" и анализатора плазмы и нейтрального газа "Aspera", установленных на станции, было обнаружено, что ионы кислорода, водорода и гелия покидают атмосферу Венеры. Причем, кислород и водород находятся в таком же соотношении, что и в молекулах воды (1:2). По мнению сотрудника Денверского музея природы и науки (США) доктора Дэвида Гринспуна (David Grinspoon) и сотрудника Института космической физики в Кируне (Швеция) Станислава Барабаша, это доказывает водное происхождение этих ионов. Получается, что водяной пар раньше присутствовал в атмосфере Венеры в гораздо большем количестве, чем теперь, но затем был расщеплен солнечным ультрафиолетовым излучением на ионы, которые были вынесены из верхних частей атмосферы солнечным ветром.
Другое подтверждение наличия большого количества водяного пара на Венере в былые времена было получено благодаря анализу уровня "тяжелого" водорода дейтерия, который остается в атмосфере дольше, чем обычный водород. По его содержанию можно судить, сколько водяного пара было раньше. Д. Гринспун считает, что его вполне могло хватить, чтобы покрыть Венеру 4-километровым слоем воды. Это немного превышает суммарный объем воды в океанах и атмосфере Земли.

В атмосфере Венеры присутствуют три зоны облачности: верхняя (67-58 км), средняя (58-52 км) и нижняя (52-48 км). Над верхней зоной до высоты 80 км простирается надоблачная дымка; имеется также подоблачная дымка из горячего едкого тумана, опускающаяся до высоты 32 км. На высотах 50-70 км со скоростью 100-140 м/сек. дуют ураганные ветры. АМС "Venus Express" получила убедительные доказательства того, что на Венере происходят грозы с молниями. Молнии были зафиксированы на высоте 56 км.
Верхняя, самая плотная, зона облаков состоит из аэрозолей (мелких капелек) серной кислоты, а точнее, ее концентрированного (75-80 %) водного раствора. В средней и нижней зонах облаков присутствуют частицы более крупного размера, вероятно, тонкие кристаллические пластинки солей соляной и плавиковой кислот. Серная кислота находится в переходном состоянии между жидкой и твердой фазами. Содержание водяного пара в облачном покрове не превышает 10-10 от общей смеси газов.

Считается, что серная кислота в атмосфере Венеры образуется из сернистого газа, источником которого являются вулканы Венеры.

Температура атмосферы Венеры понижается с высотой. На поверхности она достигает приблизительно + 460°…+ 470°С и мало меняется днем и ночью. В верхней границе тропосферы (на высоте 100-110 км) температура понижается до - 113°…- 93°С.

Благодаря сильнейшему парниковому эффекту на Венере стоит ужасная жара. Атмосфера, представляющая собой плотное одеяло из углекислого газа, удерживает пришедшее от Солнца тепло. В результате скапливается такое количество тепловой энергии, что температура атмосферы гораздо выше, чем в духовке.
По данным исследований "Venus Express", в ядовитой атмосфере Венеры находятся пары свинца и висмута, температуры плавления которых составляют соответственно +327°С и +271°С. Эти пары осаждаются на возвышенностях Венеры, образуя металлическую корку из сплава свинца и висмута с температурой плавления +500°С, которая характеризуется очень высокой отражательной способностью.
По расчетам специалистов Вашингтонского университета (США), процесс образования металлической корки на возвышенностях Венеры происходит от нескольких тысяч до нескольких миллионов лет.

Облачный слой Венеры обладает весьма высоким альбедо- 0,77. Иначе говоря, более 3/4 (или 78 %) солнечной радиации отражается облаками и только менее 1/4 (22 %) проходит вниз, причем солнечное излучение достигает поверхности Венеры в виде многократно рассеянного излучения. Температура облачных слоев колеблется от -70°C до -40°C.
Альбедо Земли - 0,33. Это значит, что поверхность Земли поглощает в 1,5 раза больше энергии от Солнца, чем Венера. Тем не менее температура на поверхности Венеры намного выше, чем на Земле. Это связано с парниковым эффектом, который поднимает температуру на Венере на 400°С**.

Климат Венеры

На Венере нет ни океанов, ни морей. У ее поверхности , где плотность атмосферы в 90 раз больше земной , не дуют сильные ветры, не идут дожди. Погода здесь практически неизменна и в течение суток, и в течение года. Колебания температуры у поверхности планеты не превышают 5-15°С.

Момент, когда планеты находятся на максимальном сближении друг с другом, называется оппозицией. Расстояние между планетами может изменяться даже в оппозиции. Ближайшее расстояние от Земли до Венеры составляет 38 миллионов километров.

А самое дальнее — 261 млн. км. В то время как это кажется удивительно большим, это ничто по сравнению с дистанцией между другими планетами. Попробуйте представить себе, как далеко находится Земля от Нептуна.

Относительная близость Венеры помогает объяснить, почему это второй по яркости объект в ночном небе. Она имеет видимую звездную величину около -4,9. Она также может полностью исчезнуть с ночного неба, когда находится на самой дальней, от нас, точке орбиты.

Видимая звездная величина зависит также от отражательной способности облаков из серной кислоты, которые доминируют в ее атмосфере. Эти облака отражают большую часть видимого света, увеличивая альбедо планеты.

Транзиты планеты

Венера будет периодически проходить по диску Солнца. Это называется транзитом по диску Солнца. Эти транзиты происходят парами с более чем столетним интервалом. С появлением телескопа, транзиты были обнаружены в 1631, 1639, 1761, 1769 и 1874, 1882 годах. Самые последние произошли 8 июня 2004 года и 6 июня 2012 года.

Венера всегда ярче любой звезды. Когда расстояние от нее до Земли наименьшее, яркость планеты в небе Земли наибольшая.

Она может быть легко заметна, когда Солнце находится низко над горизонтом. Она всегда находится примерно в 47 ° от Солнца.

Планета вращается быстрее, чем Земля, поэтому обгоняет ее каждые 584 дня. Когда это происходит, ее легче видеть утром, сразу после восхода Солнца.

	· · · ·

• Перевод

Рис. 1: Земля (синяя), Венера (серая) и Солнце (оранженвое), не в масштабе.

По поводу прохождения Венеры по диску Солнца 2012 года написано уже много статей . О том, как редко случается это событие, и почему именно: по идее, Венера, движущаяся вокруг Солнца чаще, чем Земля, должна проходить между Землёй и Солнцем во время каждого своего оборота (рис. 1), но из-за того, что орбиты двух планет не выровнены (не находятся в одной плоскости, см. рис. 2), Венера часто проходит выше или ниже Солнца с точки зрения Земли.

Но вместо того, чтобы повторять слова других, я хочу добавить несколько деталей, которые не так легко найти в интернете.

Вы, возможно, читали, что при помощи техники, основанной на рассуждениях астронома Эдмунда Галлея (известного кометой Галлея), сделанных им с 1678 по 1716 года, а также Джеймса Грегори до него, прохождение Венеры 1716 года был использован для определения расстояния от Земли до Солнца (и до Венеры, и всех остальных планет) с погрешностью в 2% - высочайшая из достигнутых на то время. Надеялись, что точность будет в 10 раз выше, но в процесс вмешался неожиданный оптический эффект под названием "эффект чёрной капли " - по поводу точных причин его возникновения до сих пор идут споры. Но вы могли не прочесть, что это измерение - и множество других измерений расстояний в астрономии, вплоть до достаточно близко расположенных звёзд - основано на принципе параллакса , на том же геометрическом факте, который используется нашими глазами и мозгом для восприятия глубины, или нашей способности чувствовать, насколько далеко от нас находятся объекты, просто взглянув на них.



Рис. 2: Земля (синяя), Венера (серая) и Солнце (оранжевое), не в масштабе. Орбита Венеры (чёрный круг в сером прямоугольнике) наклонена относительно орбиты Земли (синий круг в голубом прямоугольнике). Градус наклона сильно преувеличен. Поскольку Земля и Венера вращаются вокруг Солнца с разными скоростями, они могут проходить мимо друг друга в любых точках орбит.

Верх: большую часть при таком проходе Венера находится выше или ниже (зелёная линия) линии, соединяющей Землю и Солнце (красная линия), поэтому прохождения Венеры по диску Солнца не происходит.

Внизу: В редких случаях линия, соединяющая Землю и Солнце, совпадает с линией пересечения плоскостей орбит, и Венера находится вблизи этой же линии, что и ведёт к прохождению.

Без параллакса тоже несложно определить относительное расстояние от Венеры до Солнца - то есть, отношение радиуса орбиты Венеры L V к радиусу орбиты Земли L E . Поэтому в астрономии эпохи Возрождения довольно рано были высчитаны относительные расстояния от планет до Земли и Солнца. Но чтобы определить L V и L E отдельно, необходимо измерить параллакс, и прохождение Венеры может его обеспечить. Прохождение Венеры в 1760-х дало довольно точное измерение величины L E - L V , «абсолютного» расстояния от Земли до Венеры; это позволило узнать L E , L V , и расстояния до всех остальных планет с погрешностью в пару процентов. До этого, в конце XVII в, было сделано измерение расстояния от Земли до Марса, имевшее погрешность около 10%; оно тоже было основано на параллаксе, но это совсем другая история.

Предварительное замечание: Земля и Венера, и даже Солнце очень малы по сравнению с расстояниями между ними, поэтому нарисовать точные изображения практически невозможно. На иллюстрациях всё время приходится рисовать планеты большими, чем они есть на самом деле, по отношению к расстояниям между ними, просто чтобы вы смогли понять концепцию. Имейте это в виду! Все мои иллюстрации сделаны не в масштабе.

Относительные размеры орбит Венеры и Земли

Рис. 3

Чтобы понять основную причину простоты определения L V /L E , предположим, что орбиты Земли и Венеры круговые и выровненные - они лежат в одной плоскости (как показано на рис. 1, изометрически, и на рис. 3 - вид «сверху»). На самом деле, орбиты Земли и Венеры немного вытянутые и не выровнены (рис. 2). Но эллиптичность и несовпадение плоскостей не сильно важны для наших рассуждений, поэтому сперва мы сможем их проигнорировать, а потом вновь вспомнить, чтобы получить более точные ответы.

Здесь мы применим классическую для физики технологию: сделаем приближение, достаточное для текущей задачи, и не будем углубляться больше, чем нужно. Это очень мощный способ размышления о науке и о знании вообще - на любой вопрос достаточно ответить с определённым уровнем точности, поэтому можно использовать простейшую технику из тех, что дадут вам нужный уровень точности. Этот метод прекрасно используется столетиями и применим не только к физике.

Поэтому мы примем приближение, по которому орбиты круговые и выровнены, и получим примерно правильные ответы, с погрешностью в несколько процентов. Этого будет достаточно для того, чтобы продемонстрировать основные концепции, чего я и добиваюсь. Поверьте мне, что можно сделать гораздо более точные вычисления - или же можете самостоятельно стать экспертом в этом вопросе. Но наше приближение не только даст очень неплохой ответ, но и сможет показать, почему так легко вычислить отношение L V к L E , но не сами значения L V и L E .

В течение года, когда Земля и Венера вращаются вокруг Солнца с разными скоростями, относительное положение Земли и Венеры по отношению к Солнцу меняется. Если в определённый день (день, месяц, год) я решу нарисовать картинку с Солнцем в центре и с Землёй слева, как на рис. 2, тогда Венера может оказаться в любом месте своей орбиты. Это значит, что с точки зрения Земли, угол между Венерой и Солнцем в небе будет меняться в зависимости от даты. Это показано на рис. 3, где угол назван γ. Угол легко измерить; найдите Венеру в небе после заката или перед восходом и измерьте угол между Венерой и Солнцем; см. рис. 4.

Рис. 4

Из рис. 3 видно, что у γ есть максимальный размер - угол между оранжевой и фиолетовой линиями. Перемещаясь по орбите, Венера с каждым закатом будет появляться в другом месте; некоторое время она будет несколько ночей подряд подниматься всё выше над горизонтом, а затем постепенно начнёт появляться ниже. Наблюдая за Венерой несколько ночей подряд и измеряя γ, мы можем определить максимальное значение γ, которое я назову γ max .

Из рис. 3 очевидно, что (как показано на рис. 4) γ max меньше 90°, поскольку фиолетовая линия должна лежать между оранжевой и красной, перпендикуляром. Геометрически это следствие того, что Венера всегда находится ближе к Солнцу, чем Земля. Эти углы объясняют, почему Венера всегда видна либо сразу после захода или перед рассветом (за исключением тех дней, когда она расположена за Солнцем). Венера не может быть в зените после наступления темноты, поскольку для этого ей надо было бы находиться слева от красной линии.

Рис. 5

Теперь мы можем определить отношение радиусов двух орбит - L V к L E - используя γ max . Это простейшая геометрия, см. рис. 5. Суть в том, что когда Венера находится на максимальном угле от Солнца, линия между Солнцем и Венерой перпендикулярна линии между Землёй и Венерой, поэтому линии, соединяющие эти три объекта, образуют прямоугольный треугольник. Отсюда получаем при помощи стандартной тригонометрии:

И отсюда же, при помощи других простейших геометрических формул, мы получаем отношения между расстояниями до других планет.

Это не совсем точно, по причинам, указанным в начале; орбиты планет - эллипсы, и не лежат водной плоскости. Иначе говоря, L V и L E не сохраняются в течение года, а γ max применяется немного сложнее, в трёх измерениях, как на рис. 2, а не в двух, как на рис. 1, 3 и 5. Но при помощи точных измерений положения Венеры и Солнца в небе возможно определить точные орбиты Венеры и Земли вокруг Солнца и улучшить расчёты. Смысл тот же; все измерения положения Венеры и Солнца в небе позволяют лишь измерить относительные размеры орбит Венеры и Земли. Но точные величины L V и L E так определить нельзя. Тут нужен другой подход.

Прохождение Венеры, параллакс и расстояние до Солнца

Причина, по которой прохождение Венеры позволяет измерить абсолютные величины орбит Земли и Венеры - этот процесс можно наблюдать с высокой точностью с разных мест земного шара, в результате чего у вас будут две перспективы видимого местонахождения Венеры по отношению к Солнцу, измеренные из разных мест с известным расстоянием между ними. Измерение параллакса позволяет определить абсолютную величину расстояние от Земли до Венеры из угла параллакса и расстояния между двумя точками измерения на Земле - точно так же, как разный вид объекта для левого и правого глаза позволяет нашему мозгу выдавать для нас ощущение глубины - чувство расстояния до объектов.

Рис. 6

Для демонстрации позвольте мне нарисовать то, как это будет выглядеть с крупной планеты. На рис. 6 показана планета, с которой мы будем наблюдать прохождение (это будет Земля) и проходящая перед звездой планета (это будет Венера). Я представлю упрощённую ситуацию (просто чтобы геометрия стала более простой и основную концепцию было проще увидеть), в которой планеты и звезда выровнены, поэтому с точки зрения наблюдателя на экваторе проходящая планета будет проходить по экватору звезды. Сверху на рис. 6 показан вид «сбоку»; обратите внимание на красную линию, идущую от экватора наблюдающей планеты к звезде через экватор планеты, проходящей по диску звезды.

В случае идеального выравнивания, наблюдатель на экваторе внешней планеты увидит, как внутренняя планета проходит по экватору звезды. Это показано в виде красной линии внизу рис. 6. Но наблюдатель с южного полюса внешней планеты увидит, как внутренняя планета проходит звезду по пути (фиолетовая линия) к северу от экватора звезды (в случае северного полюса всё будет наоборот). Если измерить угол α в небе между путями, по которым двигается проходящая планета, и знать радиус R наблюдающей планеты, мы сможем нарисовать прямоугольный треугольник, соединяющий проходящую планету, центр наблюдающей планеты и полюс наблюдающей планеты, с малым углом &alpha. Простая тригонометрия даст нам расстояние D между планетами во время прохождения, где

Рис. 7

То же верно для Земли, Венеры и Солнца, кроме того, что Земля и Венера так малы по сравнению с расстоянием между ними и Солнцем, что угол α окажется равным порядка 1/20°! (Это довольно малая величина, но вполне измеримая, хотя для точного измерения расстояния до Солнца, которое хотели получить астрономы XVIII века, потребовалось бы довольно сложное технически точное измерение величины небольшого угла). Такой маленький угол я не нарисую, поэтому придётся вам поверить мне на слово, что происходящее является доведённой до предела версией того, что я изобразил на рис. 6, с планетами и звездой (Солнцем) гораздо меньшими, чем нарисованы там, по отношению к расстояниям. Даже изображение на рис. 7 делает планеты гораздо больше, чем они есть. Но идея остаётся неизменной: расстояние D EV между Землёй и Венерой во время прохождения можно определить, измерив угол параллакса α (внизу рис. 7; отметьте, что угловой диаметр Солнца равен порядка 1/2°).

Однако осталось ещё много вопросов:

• Я рассказал, как измерить D EV , расстояние от Земли до Венеры во время прохождения. Но разве нашей целью было не измерить L E и L V , расстояние от Земли до Солнца и от Венеры до Солнца?
• Никто не отправлялся на южный полюс Земли, чтобы наблюдать прохождение Венеры в 1761 или 1769 году.
• Я предположил идеально выровненные орбиты Земли, Венеры и положение Солнца, такие, что из точки на экваторе Земли можно было бы видеть Венеру, двигающуюся по экватору Солнца. Но это на самом деле не так, и даже близко не похоже на типичное прохождение (и в 2012-м такого тоже не было).
• Угол α достаточно мал, чтобы его можно было точно измерить - особенно во времена до фотографии и мгновенных сообщений, в отсутствие чётких указаний на местоположение северного полюса Солнца, из-за чего сложно точно сравнить измерения пути Венеры, сделанные с двух разных точек Земли. Однако первичной целью было измерить угол не хуже, чем 1 часть из 500 (0,2%) (хотя из-за эффекта чёрной капли результат получился ближе к 1 части из 50 (2%)).

Как же справиться с этими проблемами?

Первое, как пройти от измерения D EV до измерения нужных величин, L E и L V ? Это просто - все взаимоотношения нам уже известны, в частности, мы уже знаем L E /L V (примерно, из рис. 4, или, если подойти к вопросу более тщательно, можно подсчитать и точнее) из максимального угла γ max между Венерой и Солнцем с точки зрения Земли. Нам также известно D EV = L E - L V = L E (1 - L V /L E) из рис. 7. Поэтому мы можем получить приближённое значение L E при помощи:

где α - угол параллакса, измеренный во время транзита, а γ max - максимальный угол между Венерой и Солнцем (рис. 5). Более точные измерения требуют более сложной геометрии, однако с той же основной идеей.

Второе, даже если бы орбиты планет были идеально выровнены, два измерения пути Венеры не нужно измерять с экватора и полюса Земли. Их можно измерить с двух любых широт. Геометрия становится немного сложнее, но не сильно, а принцип остаётся (см. рис. 8).

Рис. 8

Третье, даже без идеального выравнивания появится небольшой угол параллакса при измерении величин с двух разных точек Земли, и если хорошо измерить этот угол, это измерение можно превратить (через чуть более сложные уравнения) в измерение D. Это показано на рис. 8, внизу.

Четвёртый вопрос - исторически сложная проблема измерения углового сдвига пути Венеры во время прохождения на угол α ведёт нас к альтернативной попытке измерения времени - либо времени прохождения, либо просто начала и конца прохождения, а не углов. Первый вариант был предложен Галлеем на основе идей Грегори, а второй, в качестве дальнейшего улучшения, предложил Жозеф Никола Делиль . Метод Галлея не требовал синхронизации часов в разных местах Земли; метод Делиля требовал, поэтому основывался на более передовой часовой технологии.

Даже в XVII или XVIII веке гораздо проще выполнить точное измерение интервала, или моментов начала и завершения затмения, чем точно измерить местоположение Венеры относительно диска Солнца, особенно при отсутствии фотографии. На рис. 9 можно видеть, что фиолетовый и красный пути Венеры, пересекающей Солнце, имеют немного отличные длины из-за того, что они не пересекают его в одном месте, а это значит, что длительность прохождения будет отличаться на время, связанное с углом параллакса. К сожалению, всё оказывается сложнее, чем выглядит на первый взгляд - Земля вертится и движется вокруг Солнца, поэтому наблюдатель проходит довольно значительное расстояние во время прохождения Венеры по диску Солнца. Поэтому требуется много усилий (вычисления довольно сложны, хотя с современными компьютерами они гораздо проще) для определения разницы временных интервалов начала и конца прохождения, наблюдаемого двумя разными наблюдателями на Земле, в зависимости от расстояния до Солнца.

Галлей в начале XVIII века понимал все необходимые геометрические принципы (если вычесть устаревшую английскую фразеологию и стиль из его текстов, вы будете удивлены, как современно звучат его сложные утверждения, и вы увидите, что учёные ещё триста лет назад были очень похожи на сегодняшних учёных, обладали таким же интеллектом и им не хватало только научной технологии сегодняшнего дня).

Рис. 9

Всё это говорит о том, что параллакс - различие в видимом положении, приписываемом Венере по отношению к Солнцу с точки зрения наблюдателей, измеряющих его в одно и то же время но с разных мест на Земле - исторически был очень важным методом, с помощью которого был определён размер Солнечной системы. Сегодня нам доступны и более мощные методы, но вам может быть интересным тот факт, что то, что вы видите сегодня в небе, имеет величайшую историческую важность, или же вы просто можете наслаждаться видом Венеры, величаво движущейся вокруг нашей звезды.

Теги: Добавить метки