Сонячна система. Спостереження планет земної групи

Заняття починається з перегляду  відеолекції  «Сонячна система» (автор Мізіченко Т.М.)

Мета заняття:

ü  повторити складові Сонячної системи, навчити знаходити планети земної групи на зоряному небі та спостерігати за ними;

ü   розвивати інформаційно-комунікативні компетентності учнів, їх мотивації до вивчення зоряного неба;

ü  виховувати у вихованців інтерес до астрономії; формувати загальнокультурну компетентність, науковий світогляд.

З допомогою вказівок з астрономічних журналів і Веб-сайтів або програми-планетарію можна спробувати знайти на небі Меркурій, Венеру і Марс. Легше всього виявити Венеру, тому що це найяскравіший об'єкт на нічному небі після Місяця.

Меркурій перебуває найближче до Сонця, а Венера - наступна за ним. Обидві ці планети знаходяться всередині орбіти Землі, тому і Меркурій, Венера завжди знаходяться в тому ж районі неба, що і Сонце (якщо дивитися з Землі.) Тому ці планети можна знайти в західній частині неба після заходу сонця або в східній перед світанком.

Яскраву планету, що з'являється на сході перед світанком, зазвичай називають ранковою зіркою, а яскраву планету, що з'являється на заході після заходу сонця, - вечірньою зіркою. Оскільки Меркурій і Венера швидко рухаються навколо Сонця, ранкової зіркою на цьому тижні може бути той же об'єкт, який стане вечірньою зіркою в наступному місяці

Елонгація, протистояння і з'єднання

Елонгація, протистояння і з'єднання - це терміни, за допомогою яких описують розташування планети відносно Сонця і Землі. Ви зустрінете ці терміни, коли, плануючи свої спостереження, будете переглядати координати положень планет. Давайте з'ясуємо, що ж вони означають.

         Елонгація - це кут між планетою і Сонцем, видимий із Землі. Орбіта Меркурія так мала, що ця планета ніколи не відходить від Сонця далі, ніж на 28°. А в деякі періоди Меркурій знаходиться від Сонця на відстані не більше 18°, із-за чого його дуже важко розгледіти. Венера може віддалятися від Сонця на відстань до 47°.

Максимальна західна (або східна) елонгація має місце, коли планета перебуває на максимальному видаленні від Сонця, можливе в даний період видимості (тобто коли планету видно з Землі). Одні максимальні елонгації більше інших, тому що в одних випадках Земля ближче до планети, ніж в інших. Елонгації особливо важливі при спостереженні Меркурія, оскільки ця планета зазвичай настільки близька до Сонця, що небо навколо неї не занадто темне і тому її важко розгледіти.

Протистояння відбувається, коли планета знаходиться з протилежного від Сонця боку Землі. Звичайно, це неможливо для Меркурія або Венери (оскільки вони рухаються всередині орбіти Землі), але зате протистояння Марса відбувається приблизно кожні 26 місяців. Це найкращий час його спостереження, тому що диск планети має найбільший розмір і він найкраще видно в телескоп. І під час протистояння Марс опівночі знаходиться на найбільшій висоті в небі, тому його можна спостерігати всю ніч.

         Термін з'єднання («Парад планет») часто використовується, коли два об'єкти Сонячної системи знаходяться поруч один з одним у небі, наприклад, коли Місяць проходить поруч з Венерою (як нам здається з Землі). І хоча насправді Венера далеко від Місяця, таке положення називається сполученням Місяця і Венери.

Парад планет у червні 2022 р. Вид з середніх широт північної півкулі(55 с. ш.)

Верхнє та нижнє з’єднання

З'єднання - це невдалий час для спостереження планети, тому що вона знаходиться із зворотного боку Сонця (по відношенню до спостерігача на Землі). Тому не намагайтеся спостерігати Марс в з'єднанні: ви його не побачите. Найкращий час спостереження Марса - коли він знаходиться в протистоянні .

 Планети, які рухаються усередині земної орбіти, називають внутрішніми. Це Меркурій і Венера. Вони можуть знаходитися на тій же довготі, що і Сонце, коли вони опиняться між Землею і Сонцем, тобто в нижньому сполученні, або із зворотного боку Сонця у верхньому з'єднанні.

Венеру краще всього спостерігати у нижньому сполученні, коли вона здається найбільшою і найбільш яскравою. Але Меркурій дуже близький до Сонця, щоб його можна було спостерігати в нижньому сполученні, тому найкращий час його спостереження - максимальна елонгація.

Венера та її фази

Венера - це планета, яку знайти простіше всього. Вона настільки яскрава, що люди, які не мають ніяких знань в астрономії, іноді раптом звертають на неї увагу і дзвонять на радіостанції, газети і планетарії, щоб запитати, що це за "яскрава зірка".

Коли рідкісні хмари рухаються з заходу на схід перед Венерою, то деякі люди неправильно сприймають те, що бачать. Їм здається, що це Венера рухається так швидко з сходу на захід (тобто у протилежному напрямку відносно руху хмар). Через яскравості планети і помилкового враження від її швидкого руху за завісою хмар Венеру часто приймають за НЛО. На жаль, це не НЛО, а добре відома нам Венера.

У невеликий телескоп можна розрізнити найпомітніші характеристики Венери: її фази і зміни видимого розміру. У Венери є фази, як і у Місяця, причому з тієї ж причини: іноді частину півкулі Венери, зверненої до Сонця (і тому освітленої), виявляється поверненою від Землі. Тому в телескоп Венера здається як диск, частково освітлений і частково темний.

 Кутові виміри

Видимі розміри в небі вимірюються в кутових одиницях. Наприклад, небесний екватор має довжину 360°. Для порівняння, ширина Сонця і Місяця - півградуса. Планети набагато менше, тому для їх опису потрібні більш дрібні одиниці виміру. Градус ділиться на 60 кутових хвилин, а кутова хвилина ділиться на 60 кутових секунд. Таким чином, у градусі 3600 (60×60) кутових секунд. У багатьох астрономічних книгах і статтях кутова хвилина позначається одним символом ('), а кутова секунда - двома (").

Діаметр Венери всього на 5 % менше діаметра Землі. Її видимий розмір, або кутовий діаметр, варіюється від приблизно 10 кутових секунд, коли Венера знаходиться на максимальному видаленні (і має форму вузького серпа), до приблизно 58 кутових секунд, коли вона знаходиться на максимальному наближенні і має форму повного Місяця.

Розділова лінія між світлою і темною частинами диска Венери називається термінатором, точно так само, як і у Місяця. Термінатор - це уявна лінія на диску Венери.

По мірі того, як Венера і Земля обертаються навколо Сонця, відстань між цими планетами істотно змінюється. В точці максимального наближення до Землі Венера знаходиться від неї на відстані не більше 40 мільйонів кілометрів, а в точці максимального видалення - на відстані цілих 256 мільйонів кілометрів. Тут дуже важливо співвідношення між даними цифрами: в точці максимального наближення Венера приблизно в 6 разів ближче до Землі, ніж у точці максимального видалення. І в телескоп вона виглядає в 6 разів більше.

Але чого ви не побачите на Венері - так це слідів зіткнень, таких як кратери. Венера повністю вкрита товстим шаром хмар, крізь який нічого не можна розгледіти. Яскравість Венери пояснюється її відносною близькістю до Землі і Сонця, а також наявністю цього хмарного шару, що має високу відбивну здатність. Але іноді можна помітити роги серпа Венери, виступаючі набагато далі в темну частину диска, ніж це повинно бути у відповідності з її фазою в даний день (іноді ці роги навіть замикаються). Це явище пояснюють тим, що сонячне світло заломлюється в атмосфері Венери і переходить через термінатор в темну частину диска.

У рідкісних випадках спостерігачі повідомляють про блідне сяйво на темній частині диска Венери. Це загадкове світіння, що називається попелястим світлом (ashen light), в одних випадках - реальне явище, а в інших - оптична ілюзія. Після багатьох століть досліджень фахівці все ще не можуть дати пояснення цьому явищу, тому деякі з них заперечують його існування.

Марс робить петлю

Марс - це яскраво-червоний небесний об'єкт, але далеко не такий блискучий, як Венера. Тому, щоб переконатися, що ви не переплутали Марс з якою-небудь яскраво-червоною зіркою, наприклад, з Антаресом із сузір'я Скорпіона (назва якого, до речі, означає "суперник Марса"), звіртеся з картою зоряного неба.

Велика перевага Марса в тому, що коли його видно на нічному небі, його, як правило, можна спостерігати майже всю ніч.

У невеликий телескоп можна розрізнити, щонайменше, кілька темних відмітин на Марсі. Кращий час спостереження Марса триває кілька місяців, але воно настає тільки раз на 26 місяців, коли Марс знаходиться у протистоянні. У цьому положенні Марс виглядає найбільшим і найяскравішим, тому розглянути деталі його поверхні зовсім неважко.

Типовий вид Марса в телескоп. Автор Джеремі Перез. За результатами спостережень в 150мм рефлектор.

Наведу дати майбутніх протистоянь Марса:

Дата                                                   Відстань

27 липня 2018                                   0,386

15 вересня 2035                                0,382

 Відстань від Землі до Марса зазначено в астрономічних одиницях.

 Не пропустіть! 

Зворотний рух Марса

Проста задача для початківців спостерігачів планет - простежити за рухом Марса на тлі сузір'їв; для цього вам знадобляться тільки очі і карта зоряного неба. Знайдіть Марс серед зірок і м'яким олівцем відзначте його положення на карті. Продовжуйте спостереження кожну ясну ніч, і ви побачите, як виникає малюнок (схема видимого руху Марса), який ставив в глухий кут стародавніх греків і приводив до виникнення складних, але по більшій частині, помилкових теорій.

Велику частину часу Марс від ночі до ночі рухається на схід, так само як Місяць рухається на схід на тлі сузір'їв. Але Місяць так і продовжує рухатися, в той час як Марс іноді змінює напрямок свого руху на протилежний. Впродовж двох або навіть майже трьох місяців (62-81 день) Марс рухається на тлі сузір'їв на захід, проходячи в зворотному напрямку приблизно 10-20°. Потім він розвертається і знову прямує на схід (тобто у своєму русі робить петлю). Рух у зворотному напрямку називають зворотним (або ретроградним) рухом Марса.

Зворотний рух - це просто візуальний ефект, одержуваний за рахунок руху Землі навколо Сонця. Наголошуючи на карті рух Марса, ви знаходитесь на Землі, яка робить повний оберт навколо Сонця за 365 днів. Марс рухається повільніше, здійснюючи повний оберт навколо Сонця за 687 днів.

Тому, коли ми обганяємо Марс, перебуваючи в межах його орбіти, то здається, що на тлі далеких зірок він рухається назад. Але насправді Марс завжди рухається рівномірно вперед.

Карту для спостереження Марса можна знайти, наприклад, на Web-сайті Mars Watch (Спостереження Марса) за адресою mpfwww.jpl.nasa.gov/mpf/marswatch/marsnom.html, http://www.realsky.ru/book/59-whatobserve/293-mars-and-how-to-observe-it.

На жаль, навіть під час протистояння Марса при ідеальних атмосферних умовах місця спостереження трапляються невдачі. Справа в тому, що Марс - це планета, на якій відбуваються глобальні пилові бурі, тоді вся його поверхня ховається з поля зору.

Проводячи спостереження в перший раз, ви можете не побачити деталей, але це не означає, що причиною тому - пилова буря. Просто ви повинні натренувати свої здібності спостереження в телескоп.

Щоб побачити Меркурій, треба встати вранці

         Меркурій набагато менше Венери, але його фази можна побачити в телескоп. Найкраще це робити, коли Меркурій перебуває в західній елонгації і з'являється в ранкових сутінках. Стан атмосфери або видимість майже завжди краще на сході перед світанком, ніж на заході після заходу сонця. Тому вранці Меркурій видно краще і чіткіше. В різних довідниках, астрономічних журналах і на Web-сайтах можна дізнатися, коли Меркурій перебуває в потрібній елонгації.

Ви повинні знайти місце, звідки буде добре проглядатися обрій на сході, тому що Меркурій піднімається в небі не занадто високо, коли Сонце ще знаходиться за горизонтом. Якщо вам важко знайти Меркурій неозброєним оком, спробуйте дослідити цю ділянку неба за допомогою бінокля з невеликим збільшенням. Якщо ж у вас телескоп з комп'ютерним блоком управління і вбудованою базою даних, просто введіть слово "Меркурій" і надайте телескопу зробити все інше.

Меркурій увечері 29 січня 2014 року, через годину після заходу Сонця. Буквою З відзначений захід. Праворуч від Меркурія хилиться до обрію Великий Літній Трикутник. Малюнок: Stellarium

Не розраховуйте побачити деталі поверхні Меркурія

Побачити деталі поверхні Меркурія в малий телескоп, так і в будь-який телескоп на Землі, надзвичайно важко. Видимий розмір Меркурія в максимальній елонгації становить приблизно 6-8 кутових секунд.

Але, тим не менше, коли ви навчитеся знаходити Меркурій неозброєним оком, а потім спостерігати його фази в телескоп, то залишите Коперника далеко позаду!

Більш детальну інформацію про спостереження Меркурія й інших планет можна знайти на Web-сайті Асоціації спостерігачів Місяця і планет (Association of Lunar and Planetary Observers - ALPO) за адресою www.lpl.arizona.edu/alpo, а також на сайті журналу "Звездочёт" (www.astronomy.ru/old_articles/1999/planets.htm) та ін.

На прикінці заняття учням пропонується дидактична гра «Паспорт планети».