Местоположение орбиты, орбитальное движение, а также период вращения вокруг оси и её наклон − важные характеристики, которые в некоторых случаях могут полностью определять условия на поверхности планеты. В данной статье я проведу обзор указанных выше характеристик применимо к планетам Солнечной системы и опишу отличительные особенности планет, обусловленные их движением и расположением.
Меркурий
Ближайшая к Солнцу планета является, пожалуй, самой особенной в рамках темы, рассматриваемой в этой статье. А обусловлена эта исключительность Меркурия сразу несколькими причинами. Во-первых – орбита Меркурия самая вытянутая среди всех планет Солнечной системы (эксцентриситет составляет 0,205). Во-вторых − у планеты самый маленький наклон оси к плоскости своей орбиты (всего несколько сотых градуса). В-третьих – соотношение между периодами осевого вращения и орбитального обращения составляет 2/3.
Из-за сильной вытянутости орбиты, разница в расстоянии от Меркурия до Солнца в разных точках орбиты может составлять более чем до полутора раз – от 46 млн. км в перигелии, до 70 млн в афелии. Во столько же раз меняется орбитальная скорость планеты – от 39 км/с в афелии и до 59 км/с в перигелии. В результате такого движения, всего за 88 земных суток (один меркурианский год) угловой размер Солнца при наблюдении с поверхности Меркурия меняется от 104-х угловых минут (что в 3 раза больше, чем на Земле) в перигелии, до 68-ми угловых минут (в 2 раза больше, чем на Земле) в афелии. После чего начинается сближение с Солнцем, и оно снова увеличивается в диаметре до 104-х минут при приближении к перигелию. А разница в орбитальной скорости сказывается на скорости видимого перемещения Солнца на фоне звёзд. Значительно быстрее в перигелии, чем в афелии.
Особенности планеты
Существует и ещё одна особенность видимого движения Солнца на небе Меркурия. В ней, помимо его орбитального движения, замешано ещё и очень медленное осевое вращение (один оборот вокруг оси относительно звёзд занимает почти 59 земных суток). Суть в том, что на небольшом участке орбиты вблизи перигелия угловая скорость орбитального движения планеты больше, чем угловая скорость осевого вращения. В результате этого Солнце, перемещаясь с востока на запад за счёт осевого вращения, начинает замедлять свой ход, останавливается и некоторое время двигается с запада на восток. Поскольку в это время направление и скорость орбитального движения являются преобладающими факторами. При удалении от перигелия видимое движение Солнца относительно горизонта снова становится зависимым от осевого вращения планеты и продолжается с востока на запад.
Соотношение 2/3 периодов обращения вокруг оси и вокруг Солнца приводит к тому, что солнечные сутки на Меркурии длятся 176 земных суток (по 88 суток день и ночь). Т.е. в течение одного меркурианского года, Солнце находится над горизонтом и столько же под ним. Вследствие чего, на 2-х долготах в течение солнечных суток можно наблюдать тройной восход Солнца.
Как это происходит
Солнце сначала медленно выползает из-за горизонта, двигаясь с востока на запад. Затем Меркурий проходит перигелий, и Солнце начинает двигаться на восток, опускаясь обратно за горизонт. После прохождения перигелия Солнце снова двигается с востока на запад относительно горизонта, теперь уже взойдя окончательно, и при этом будет быстро уменьшаться в размерах. Когда Солнце будет близко к точке зенита, Меркурий пройдёт афелий и Солнце начнёт склоняться к западу, увеличиваясь в размерах. Затем, в момент когда Солнце уже практически зайдёт за западный горизонт, Меркурий по орбите снова подойдёт к перигелию, и Солнце взойдёт обратно из-за западного горизонта. По прохождении перигелия Солнце сядет за горизонт окончательно. После чего взойдёт на востоке только через меркурианский год (88 суток) и весь цикл движений повторится. На остальных долготах Меркурий будет проходить перигелий в тот момент, когда Солнце будет уже не у горизонта. И, следовательно, тройного восхода за счёт обратного движения в этих местах происходить не будет.
Разница температур
Из-за медленного вращения и в крайней степени разреженной атмосферы, поверхность Меркурия с солнечной стороны очень сильно нагревается. Особенно это касается так называемых «горячих долгот» (меридианы, на которых Солнце находится в зените при прохождении планетой перигелия). В таких местах температура поверхности может достичь 430 °C. При этом вблизи полярных регионов, из-за незначительно наклона оси планеты, есть места, куда вообще не попадают солнечные лучи. Там температура держится в районе -200 °C.
Подводя итог по Меркурию, видим, что результатом сочетания его отличительного орбитального движения, медленного вращения, уникального соотношения периодов вращения вокруг оси и обращения вокруг Солнца, а также малого наклона оси − является весьма необычное движение Солнца по небу, причём с заметным изменением размеров и самые большие температурные перепады в Солнечной системе.
Венера
В противоположность орбите Меркурия, орбита Венеры наоборот наиболее круглая среди орбит всех остальных планет. В её случае разница в расстоянии до Солнца в перигелии и афелии различается всего на 1,5 млн. км (107,5 млн. км и 109 млн. км соответственно). Но ещё интересней тот факт, что планета обладает ретроградным вращением вокруг оси, так что если бы можно было увидеть Солнце с поверхности Венеры, то в течение дня оно бы всё время двигалось с запада на восток. Причём двигалось бы очень медленно, поскольку скорость осевого вращения Венеры ещё меньше, чем у Меркурия и относительно звёзд, планета завершает оборот за 243 земных суток, что больше, чем длительность года (оборот вокруг Солнца занимает 225 земных суток).
Сочетание периодов орбитального движения и осевого вращения делает продолжительность солнечных суток равной приблизительно 117 земным суткам. Сам по себе наклон оси к плоскости орбиты невелик и составляет 2,7 градуса. Однако с учётом того, что планета вращается ретроградно, она оказывается фактически полностью перевёрнута. В этом случае величина наклона оси к плоскости орбиты составляет 177,3 градуса. Впрочем, на условия на поверхности планеты все указанные выше параметры практически не влияют. Плотная атмосфера очень хорошо удерживает тепло, за счёт чего температура почти не меняется. И неважно в какое время суток, и на какой широте при этом находиться.
Земля
Земная орбита весьма близка по форме к круговой, хотя её эксцентриситет чуть больше, чем у орбиты Венеры. Но разница в расстоянии до Солнца, которая составляет 5 млн. км в перигелии и афелии (147,1 млн. км и 152,1 млн. км до Солнца соответственно), не оказывает существенного влияния на климат. Наклон оси к плоскости орбиты в 23 градуса благоприятен, поскольку обеспечивает привычную для нас смену времён года. Это не допускает столь суровых условий в полярных регионах, которые могли бы быть при нулевом наклоне как у Меркурия. Ведь атмосфера Земли не столь хорошо задерживает тепло, как атмосфера Венеры. Относительно высокая скорость осевого вращения тоже благоприятна. Это не позволяет поверхности сильно нагреться в течение дня и остыть в течение ночи. В противном случае при периодах вращения как у Меркурия и тем более Венеры, температурные перепады на Земле были бы схожими с теми, что на Луне.
Марс
Марс обладает почти такими же периодом обращения вокруг оси и её наклоном к плоскости орбиты, как и Земля. Так что смена времён года происходит по схожему принципу, вот только сезоны длятся почти вдвое дольше, чем на Земле. Ведь на оборот вокруг Солнца требуется опять же почти вдвое большее время. Но есть тут и существенное отличие − орбита Марса имеет довольно заметный эксцентриситет. За счёт чего расстояние до Солнца меняется от 206,5 млн. км до 249,2 млн. км, а этого уже достаточно, чтобы заметно повлиять на климат планеты. Вследствие этого, лето в южном полушарии жарче, чем в северном, однако при этом и зима холоднее, чем в северном.
Планеты–гиганты
У планет-гигантов довольно небольшие эксцентриситеты орбит (от 0,011 у Нептуна, до 0,057 у Сатурна), однако расположены гиганты очень далеко. Следовательно, орбиты длинные, а планеты оборачиваются по ним весьма неторопливо. Юпитеру для полного оборота необходимо 12 земных лет; Сатурну – 29,5; Урану − 84, а Нептуну − 165. Для всех гигантов характерна высокая, по сравнению с планетами земной группы, скорость осевого вращения − 10 часов у Юпитера; 10,5 у Сатурна; 16 у Нептуна и 17 у Урана, за счёт этого планеты заметно сплюснуты у полюсов.
Сильнее всего сплюснут Сатурн, его экваториальный и полярный радиус различаются на 6 тыс. км. Наклоны осей у гигантов различны: совсем небольшой наклон у Юпитера (3 градуса); у Сатурна и Нептуна наклоны составляют 27 и 28 градусов соответственно, что близко к земному и марсианскому, соответственно там есть смена времён года, только в зависимости от удаления от Солнца, различается и длительность сезонов; выбивается в этом плане Уран – его ось, кольца и орбиты всех спутников наклонены на 98 градусов к плоскости орбиты планеты, так что в процессе оборота вокруг Солнца Уран поочерёдно обращён к Солнцу то одним полюсом, то другим.
Несмотря на разнообразие приведённых выше орбитальных и физических характеристик планет-гигантов, условия в их атмосферах в большей степени определяются процессами в недрах, которые в настоящий момент ещё толком не изучены.
В. Грибков
