Как найти параллакс сатурна

Весьма проблематично в точности указать расстояние от Земли до Сатурна, например, в км (километрах). В среднем оно составляет 1,28 миллиарда километров. Космические тела находятся в непрерывном движении, поэтому следует различать максимальные и минимальные дистанции между ними. Расстояние от Сатурна до Земли варьируется в диапазоне от 1,2 млрд км до 1,66 млрд км.

Что это за планета

Сатурн классифицируется учеными как «газовый гигант». Это ставит его в один ряд с другими планетами, такими как:

• Уран;
• Юпитер;
• Нептун.

Ядро планеты состоит изо льда, никеля и железа. Сверху оно покрыто оболочкой из металлического водорода. Основные составляющие самого верхнего слоя – это аммиак, водород, метан. Атмосфера производит спокойное впечатление. Обычно она выглядит совершенно однородной.

Однако время от времени на ней можно зафиксировать образования, которые сохраняют свою структуру надолго.

Сатурн по традиции назван в честь древнеримского бога. В греческой мифологии его фигура соответствует Кроносу, отцу Зевса. Первоначально это божество покровительствовало земледелию. Впоследствии оно стало являть собой персонификацию времени.

Чтобы стать верховным богом, Хронос оскопил своего отца Урана. Страх оказаться в той же ситуации вновь, но на этот раз в роли побежденного, заставил его пожирать своих новорожденных детей.

У Сатурна множество спутников. Из 150 только 53 имеют собственные названия, утвержденные официально. Самый маленький из его внутренних спутников – это Мимас. Его диаметр составляет 396 км. От него до Сатурна простилается значительная средняя дистанция в 185,539 км. Поэтому его полный проход по орбите длится 0,9 суток.

Сколько километров от Земли до Сатурна

Это самая далекая из планет, различимых невооруженным глазом с земной поверхности. Помимо него, на звездном небе можно увидеть четыре другие ближайшие к Земле планеты. Это:

• Меркурий;
• Венера;
• Марс;
• Юпитер.

Сатурн перемещается по эллиптической орбите вокруг Солнца с усредненной скоростью 9,69 км/с, или 34000 км/ч. Несмотря на высокую скорость передвижения, период его вращения очень велик по меркам Земли.

Его полный оборот вокруг Солнца завершается только спустя 29 с половиной земных лет. Это 10759 дней. Однако, хотя продолжительность планетарного года и внушительна, сутки там заканчиваются всего за 10 с половиной часов.

Чтобы лучше представлять строение Солнечной системы, следует иметь в виду один важный факт. Даже когда Сатурн и Земля находятся в наиболее близких друг от друга позициях, расстояние между ними все равно в 8 с лишним раз превышает дистанцию от нашей планеты до Солнца. Это означает, что их разделяет 8,58 астрономических единиц.

Астрономическая единица равна приблизительно 150 млрд км. Это среднее расстояние от Земли до Солнца и общепринятая условная единица для вычисления отрезков пути между разными космическими объектами.

Учитывая этот факт, минимальное расстояние между Землей и Сатурном будет равным 8,02 а. е. В это же время, максимальная дистанция составит 11,1 а. е. Пешком такую длину пути никогда не одолеть. Человеческой жизни на это попросту не хватит.

Наименьшее расстояние между этими планетами в километрах – 1.2 млн километров. Таков промежуток между ними тогда, когда оба космических тела оказываются по одну сторону от Солнца. Проходя по своей орбите, Земля чуть реже, чем раз в год, обгоняет Сатурн. Поэтому иногда можно отметить, что шестая планета движется по небосводу в обратном направлении.

Как вычислялось расстояние

Передвижение Сатурна по небосклону в обратную сторону вызывало недоумение Коперника. Согласно его теории, орбиты планет имели форму идеальных кругов.

Только Иоганн Кеплер определил, что планетам приходится идти вокруг Солнца по эллипсу. Согласно его модели Солнечной системы, Солнце обязательно должно находиться в одном из фокусов эллипса. Именно это является Первым Законом Кеплера.

Его также называют иначе «законом эллипсов».

На каком расстоянии от Земли находится Сатурн, можно определить при помощи метода параллакса. Это делается при помощи третьего закона Кеплера. Согласно этому закону квадраты проходов планет по орбите вокруг Солнца имеют между собой то же отношение, что и кубы больших орбитальных полуосей.

Однако еще Ньютону довелось установить неполноценность этого закона. При расчетах следует учитывать также массу каждого из рассматриваемых космических объектов. Параллакс – это видимое смещение объекта относительно фона, если наблюдающий изменит свою позицию.

Горизонтальный параллакс Сатурна – это 0,9 секунды. Чтобы определять с его помощью дистанцию от Земли до шестой планеты, следует взять также горизонтальный параллакс Солнца. Он составляет 8,8 секунды. Среднее расстояние находится через простую операцию деления. Показатель 8,8 делится на 0,9. Упрощенный результат равен 9,78 а. е.

Сколько времени займет полет

Учеными были предприняты многократные попытки преодолеть разделяющее Землю и Сатурн расстояние. Невозможно точно сказать, сколько понадобится затратить на дорогу. Один и тот же путь можно преодолеть разными способами. Ниже указана длительность полета следующих космических аппаратов:

1. «Пионер-11». Это американская межпланетная станция, первой побывавшая в системе Сатурна. Его дорога длилась 6 лет и 6 месяцев.
2. «Вояджер-1». АМС, сделавшая первые в мире снимки Сатурна и Юпитера. Это самый скоростной космический аппарат, сконструированный людьми. К Сатурну он летел в течение 3 лет и 2 месяцев. После окончания миссии, связанной с упомянутыми выше космическими объектами, он направился далеко к границам Солнечной системы. Удаленность аппарата и его состояние можно отслеживать прямо на официальном сайте NASA. Трансляция передается в режиме реального времени. На его борту располагается золотая пластина, содержащая послание к иным формам жизни.
3. «Вояджер-2». Совершенно идентичная версия предыдущего аппарата. Несмотря на название, стартовал с поверхности Земли на 16 суток раньше, чем Вояджер-1. Он ближе всех других автоматических станций приблизился к Сатурну. Это приближение составило 101 тыс. км. При себе он тоже имеет выполненные в золоте послания для инопланетян. Во главе организационной комиссии, составляющей это послание, стоял известный ученый Карл Саган. «Вояджер-2» шел к Сатурну 4 года. К настоящему моменту его удаленность от Солнца превысила 16,9 млрд в км, или 114,06 а. е.
4. «Кассини». Аппарат получил свое название по имени европейского астронома Джованни Кассини. Срок его пути оказался самым долгим – 6 лет и 9 месяцев.
5. «Новые Горизонты». Этот аппарат достиг шестой от Солнца планеты всего за 2 года и 4 месяца.

Такая разница во времени объясняется тем, что в некоторых случаях одни автоматические станции больше использовали гравитационное притяжение планет, а в других космические аппараты шли своим ходом. Маршруты ведь можно проложить по-разному.

Если аппарат использует гравитационное притяжение, то он направляется не сразу к Сатурну, а непосредственно к другим космическим телам. Это называется гравитационным маневром. Он позволяет АМС сильно разогнаться, чтобы сэкономить топливо и сократить проведенное в пути время.

«Пионер-11» и «Кассини» путешествовали очень долго, поскольку основательно прошлись по Солнечной системе, разгоняясь у разных планет.

Оба «Вояджера» имели более конкретно проложенные маршруты. Это объясняется тем, что для них миссия к Сатурну и Юпитеру была основной.

Космический аппарат «Новые горизонты» имеет принципиально новый тип двигателя. Он был отправлен к Плутону и обошел шестую планету, использовав ее гравитационное притяжение как своеобразный трамплин на пути к цели.

Если послать световой сигнал с Сатурна на Землю, он будет лететь примерно 71 минуту в зависимости от особенностей направления луча.

Суть метод измерений расстояния между планетами методом параллакса. Точность измерения расстояний методом параллакса.

Что представляет собой метод параллакса

Для определения расстояния до планет можно было использовать явление, называемое параллаксом. Проще всего его можно продемонстрировать так.

• Поставьте перед глазами палец, чтобы он был виден на каком-нибудь пестром фоне.
• Не двигая головой, смотрите на палец по очереди сначала одним глазом, а потом другим.

Вы увидите, что в тот момент, когда вы закрываете один глаз и открываете другой, палец смещается по отношению к фону. Причем ближе вы поднесете палец к глазам, тем больше будет это смещение.

Это происходит потому, что наши глаза расположены на некотором расстоянии друг от друга, так что прямые линии, проведенные от пальца к глазам, образуют заметный угол. Если продолжить эти прямые до фона, они укажут два разных положения пальца. Чем ближе палец к глазам, тем больше этот угол и тем больше кажущееся смещение.

Если бы глаза были расставлены шире, это также увеличило бы угол между прямыми, проведенными к пальцу, и палец сместился бы по фону на большее расстояние. Фон обычно так далек, что прямые, проведенные из одной какой-нибудь его точки к глазам, образуют угол, слишком маленький, чтобы его можно было измерить. Поэтому фон можно считать неподвижным.

Тот же самый принцип можно применить и к небесным телам, где “неподвижным фоном” будет звездное небо – звезды находятся слишком далеко и потому кажутся нам с Земли неподвижными.

Как с помощью нехитрых наблюдений и простейших вычислений можно точно вычислить диаметр нашей планеты? Подробнее об этом

Как измерить расстояние до Луны методом параллакса

Луна, разумеется, находится так далеко, что при поочередном наблюдении то одним глазом, то другим она нисколько не сместится. Но предположим, что Луну будут одновременно наблюдать на фоне звездного неба астрономы двух обсерваторий, расположенных на расстоянии в несколько сотен километров друг от друга.

Первый наблюдатель будет видеть край Луны па определенном угловом расстоянии от какой-то заранее выбранной звезды, второй же наблюдатель будет видеть в ту же минуту тот же край Луны уже на ином угловом расстоянии от той же звезды.

Если известно смещение Луны по отношению к звездному фону, а также расстояние между обсерваториями, то с помощью несложных тригонометрических формул можно рассчитать расстояние до Луны. Это вполне осуществимо на практике, потому что кажущееся смещение Луны на фоне звезд при изменении позиции наблюдателя достаточно велико.

Астрономы путем ряда наблюдений точно установили это смещение для такого положения, когда один наблюдатель видит Луну на горизонте, а другой — прямо над головой. В этом случае основание треугольника равно радиусу Земли, а угол, в вершине которого находится Луна, — это экваториальный горизонтальный параллакс. Его величина оказалась равной 57,04 минуты дуги, или 0,95 градуса дуги.

Это смещение вполне измеримо — оно равно двум видимым диаметрам полной Луны Таким образом, оно может быть определено с достаточной точностью для измерения расстояния до Луны.

Расстояние это, вычисленное с помощью параллакса, хорошо согласовалось с расстоянием, вычисленным с помощью прежнего метода — по земной тени во время лунного затмения.

Как измеряются расстояния до планет методом параллакса

К несчастью, планеты Солнечной системы находятся от Земли так далеко, что их смещение на фоне звездного неба при наблюдении из двух обсерваторий слишком мало, чтобы его можно было измерить с достаточной точностью при условиях, существовавших около 1600 г.

Ho в 1608 г. итальянский ученый Галилео Галилей (1564—1642) изобрел телескоп. Телескоп увеличивал не только видимые размеры небесных тел, но и малые смещения, связанные с параллаксом. Таким образом, смещение, слишком малое, чтобы его можно было заметить невооруженным глазом, легко измерялось с помощью телескопа.

В 1671 г. было произведено первое хорошее телескопическое измерение параллакса планеты. Одним из наблюдателей был Жан Рише (1630—1696), французский астроном, возглавлявший научную экспедицию во Французскую Гвиану. Вторым — французский астроном, итальянец по национальности, Джованни Доменико Кассини (1625—1712), остававшийся в Париже.

Одновременно, оба они наблюдали Марс и точно определили его положение относительно соседних звезд. Измерив, насколько различается это положение, и зная расстояние от Кайенны до Парижа, можно было вычислить расстояние до Марса в момент наблюдения.

Как только это расстояние было определено, кеплеровская модель получила масштаб и стало возможно вычислить все остальные расстояния внутри солнечной системы. В частности, Кассини вычислил, что Солнце находится от Земли на расстоянии 140 000 000 км. Это примерно на 10 миллионов километров меньше, чем на самом деле, но для первой попытки результат был превосходным, и его можно считать первым настоящим определением размеров солнечной системы.

На протяжении двух веков после смерти Кассини были произведены более точные измерения параллаксов планет.

В частности, проводились наблюдения над Венерой, когда она проходила между Землей и Солнцем и ее можно было наблюдать в виде крохотного черного пятнышка, движущегося поперек пылающего солнечного диска.

Такие прохождения имели место, например в 1761 и 1769 гг. Если внимательно наблюдать прохождение на разных обсерваториях, то момент, когда Венера коснется солнечного диска, момент, когда она его покинет, и продолжительность прохождения для разных обсерваторий окажутся различными Исходя из этой разницы и из расстояния между обсерваториями, можно вычислить параллакс Венеры, с его помощью — расстояние до нее, а отсюда и расстояние до Солнца.

В 1835 г. немецкий астроном Иоганн Франц Энке (1791—1865), используя данные о прохождении Венеры, вычислил, что расстояние до Солнца равно 152 300 000 км. Это расстояние было больше истинного, но только на 3 000 000 км.

Получить более точные значения было трудно из-за того, что Марс и Венера видны в телескоп как маленькие кружки, а это затрудняло установление точного положения планет. Особенно это касалось Венеры, так как она обладает плотной атмосферой, вызывающей оптические явления, которые мешают определить истинный момент ее соприкосновения с солнечным диском при прохождении.

Наиболее точно установить расстояние до Солнца методом параллакса, удалось только в 1931 году с помощью наблюдения крупных астероидов.

Точность измерения расстояний методом параллакса

В 1898 г. немецкий астроном Карл Густав Витт (1866—1946) открыл Эрос — астероид, орбита которого не лежит целиком в поясе астероидов. Частично она заходит внутрь орбиты Марса и сближается с орбитой Земли.

В 1931 г. Эрос должен был подойти к Земле на расстояние, равное всего лишь ²/₃ наименьшего расстояния до Венеры — ближайшей из больших планет. Такое сближение обещало необычайно большой и легко измеримый параллакс. Кроме того, Эрос настолько мал (25 км в поперечнике), что у него нет атмосферы, которая делала бы его очертания расплывчатыми, и несмотря на свою относительную близость к Земле, он должен был остаться лишь светящейся точкой. Это означало, что его положение можно будет определить с большой точностью.

Были организованы широкие международные наблюдения. Были изучены тысячи фотографий, и в конце концов с помощью параллакса и положения Эроса было установлено, что Солнце находится от Земли на расстоянии, чуть меньшем 149 600 000 км. Это среднее расстояние, так как Земля движется вокруг Солнца не по кругу, а по эллипсу.

Загадочная буква «M» в обозначении многих галактик и звездных скоплений означает фамилию Мессье. Кем был этот легендарный человек? Подробнее об этом

При наибольшем сближении с Солнцем (в перигелии) Земля находится от него на расстоянии 146 250 000 км, а при наибольшем удалении (в афелии) — на расстоянии 151 360 000 км.

Несмотря на довольно неплохую точность измерений, метод параллакса пока остается довольно ограниченным в возможностях инструментом из арсенала астрономов. Хотя он вполне годится для относительно точного вычисления расстояний до космических объектов расположенных “в окрестностях” Земли и даже Солнечной системы, с вычислением более далеких расстояний, существуют сложности.

Так как для измерения параллакса нужно “взглянуть” на объект с двух максимально удаленных друг от друга точек, то на данный момент мы ограничены в применении этого метода диаметром орбиты Земли – чисто физически мы не можем вынести достаточно мощный телескоп за орбиту нашей планеты, чтобы увеличить угол параллакса и как следствие – прикинуть расстояние до наиболее далеких космических объектов.

Решение этой задачи пока выходит за пределы возможностей техники.