Состав планетных систем

Планетные системы

Задача 4.

Схема вычисления

Задача 3.

Схема вычисления

Задача 2.

Задача 1.

Решение работы. Вариант №5

Вопросы к защите работы.

Знать определение всех систем времени, упоминаемых в задании. Уметь определять номер часового пояса по заданной долготе. Чему равна разность местных времен? В какой системе времени идут часы в России? В какой системе передаются радиосигналы точного времени?

Что такое звездные, истинные солнечные и средние солнечные сутки? На сколько отличаются звездные сутки от средних солнечных? В чем причина различия? Что такое S₀, s₀, истинные и средние полдень/полночь? Что такое (смысл) уравнение времени и для чего оно нужно?

Что такое календарь? Что такое тропический год? Юлианский и григорианский календарь. Когда должен родиться человек, чтобы свой следующий день рождения отметить через 8 лет?

Дано:

дата наблюдения d = 30 октября

декретное время Dn = 20^h 34^m 55,6^s;

l = 3^h 56^m 34,65^s - долгота.

Рабочие формулы:	Схема вычисления
Tn = Dn – k, UT = Tn – n, m = UT + l, где k = 1^h для зимнего времени, k = 2^h для летнего времени, n – номер часового пояса (определяется по долготе).	Элементы рабочих формул	Значения
Dn	20^h 34^m 55,6^s
-k
Tn	18^h 34^m 55,6^s
-n
UT	14^h 34^m 55,6^s
+l	3^h 56^m 34,65^s
m	18^h 31^m 30,25^s

Рабочие формулы:

1) s = s₀ + m + mm, S₀ = S₀ - l_Em,

2) s = S + l_E S = S₀ + UT + UTm,

S₀ – звездное время в полночь на Гринвиче, выписывается на дату наблюдения из таблицы “Звездное время” Астрономического Ежегодника, m = 0.0027379093.

Элементы рабочих формул	Значения	Элементы рабочих формул	Значения
S₀	2^h 34^m 35,3011^s	S₀	2^h 34^m 35,3011^s
-lm	38.8^s	+UT	14^h 34^m 55,6^s
s₀	2^h 33^m 56.5^s	+UTm	2^m23.7^s
+m	18^h 31^m 30,25^s	S	17^h 11^m 54.6^s
+mm	3^m 2.6^s	+l	3^h 56^m 34,65^s
s	21^h 8^m 29.35^s	s	21^h 8^m 29.35^s

Рабочие формулы:

UT = (S-S₀) – (S-S₀)n ; m = (s- s₀) – (s - s₀)n ; Dn = UT + (n+k) ; n=0.0027304336.

Элементы рабочих формул	Значения	Элементы рабочих формул	Значения
S	17^h 11^m 54.6^s	s	21^h 8^m 29.35^s
-S₀	2^h 34^m 35,3011^s	-s₀	2^h 33^m 56.5^s
(S-S₀)	14^h 37^m 19.3^s	(s- s₀)	18^h 34^m 32.85^s
-(S-S₀)n	2^m 23.7^s	-(s - s₀)n	3^m 2.6^s
UT	14^h 34^m 55,6^s	m	18^h 31^m 30,25^s
+(n+k)
Dn	20^h 34^m 55,6^s

В задаче требуется дать ответ на следующие вопросы:

Количество суток (целое) в обычном году – 442

Количество суток в високосном году – 443

Система (повторяемость) високосных лет – 4

Погрешность календаря (за сколько лет погрешность составит величину 1 сутки) - 500

Основная статья: Экзопланета

Экзопланеты по годам открытия, на ноябрь 2010

Первое подтверждённое открытие экзопланеты на орбите вокруг звезды главной последовательности произошло 6 октября 1995 года, когда Мишель Мейор и Дидье Кьело из Женевского университета объявили об обнаружении планеты около 51 Пегаса. Из более чем 500 известных экзопланет, большинство обладают массой, сопоставимой или много раз большей, чем у Юпитера, хотя известны и менее крупные^[4]. Наименьшие из открытых экзопланет до настоящего времени были обнаружены у остатка звезды, известного как пульсар, под обозначением PSR B1257+12^[5]. Известна, по крайней мере, дюжина экзопланет между 10 и 20 земными массами^[4], как, например, те, что вращаются вокруг Мю Жертвенника, 55 Рака и GJ 436^[6]. Эти планеты иногда называют «нептуны», потому что по своей массе они близки к Нептуну (17 земных)^[7]. Другая категория экзопланет называется «сверхземлями», возможно, землеподобные миры, более крупные, чем Земля, но меньшие, чем Уран или Нептун. На настоящий момент известно примерно 20 возможных сверхземель и в их числе: Глизе 876 d (примерно 6 масс Земли)^[8], OGLE-2005-BLG-390Lb и MOA-2007-BLG-192Lb, холодные, ледяные миры, обнаруженные при помощи гравитационного микролинзирования^[9][10], COROT-7b, с диаметром около 1,7 земных (что делает её самой маленькой известной сверземлёй из найденных), но с орбитальным расстоянием в 0,02 а. е., что, вероятно, означает наличие расплавленной поверхности с температурой около 1000—1500 °C^[11], и пять из шести планет на орбите вокруг соседнего красного карлика Глизе 581. Экзопланета Глизе 581 d примерно в 7,7 раз массивнее Земли^[12], тогда как Глизе 581 c массивнее Земли в 5 раз, и, как первоначально думали, мог быть первой землеподобной экзопланетой, расположенной в так называемой «обитаемой зоне» около звезды^[13]. Однако, более детальные наблюдения позволили установить, что планета слишком близка к звезде, чтобы быть пригодной для жизни, и самая дальняя планета в системе, Глизе 581 d, хотя и много холоднее Земли, могла бы быть потенциально пригодной для жизни при наличии в атмосфере достаточного количества парниковых газов^[14].

Сравнение размеров HR 8799 c (серый) с Юпитером. Большинство экзопланет, обнаруженных к настоящему времени, размером с Юпитер, или крупнее

До сих пор не до конца ясно, напоминают ли открытые экзопланеты газовые гиганты и планеты земной группы Солнечной системы, или же они не совсем похожи, и некоторые из них относятся к доселе теоретическим типам, как, например, аммиачные гиганты или углеродные планеты. В частности, множество недавно открытых экзопланет, известных как горячие юпитеры, обращаются экстремально близко к материнским звёздам, по почти круговым орбитам. Поэтому они получают значительно больше звёздной радиации, чем газовые гиганты в Солнечной системе, что ставит под вопрос, являются ли они одним и тем же типом планет. Существует также подкласс горячих юпитеров, называемый хтонические планеты, обращавшиеся на орбите вокруг материнских звёзд так близко, что звёздная радиация сдула их атмосферу. Несмотря на то, что немало горячих юпитеров находятся в процессе потери атмосферы, до сих пор подтверждённых хтонических планет обнаружено не было^[15].

Более подробные данные наблюдений за экзопланетами требуют нового поколения инструментов, включая космические телескопы. В настоящее время COROT ищет экзопланеты на основании наблюдений за изменениями яркости у звёзд вызванного прохождениями экзопланет. Множество проектов в последнее время предполагают создание космических телескопов для поиска экзопланет, сопоставимых по размерам и массе с Землёй. Первый из них уже реализован NASA: Кеплер — первый телескоп созданный специализировано для этих целей. Пока не имеют точной даты реализации проекты Terrestrial Planet Finder, Space Interferometry Mission и НЦКИ (Франция) — PEGASE. New Worlds Mission может работать заодно с «Джеймсом Веббом». Однако программа финансирования многих из этих проектов пока не утверждена. В 2007 году был получен первый спектральный анализ экзопланет (HD 209458 b и HD 189733 b)^[16][17]. Наличие достаточного количества землеподобных планет является важной составной частью уравнения Дрейка, которое может позволить оценить число разумных коммуникативных цивилизаций, которые существуют в нашей галактике^[18].

[править] Объекты планетарной массы

Объект планетарной массы, ОПМ или Планемо — это небесное тело, чья масса позволяет ему попадать в диапазон определения планеты, то есть его масса больше, чем у малых тел, но недостаточна для начала термоядерной реакции по образу и подобию коричневого карлика или звезды. По определению все планеты — объекты планетарной массы, но цель этого термина в том, чтобы описать небесные тела, не соответствующие тому, что типично ожидается от планеты. Например, планеты в «свободном плавании», не обращающиеся вокруг звезд, которые могут быть «планетами-сиротами», покинувшими свою систему, или объекты, появившиеся в ходе коллапса газового облака — вместо типичной для большинства планет аккреции из протопланетного диска (их обычно называют субкоричневыми карликами).

[править] Планета-сирота

Основная статья: Планета-сирота

Некоторые компьютерные модели формирования звёзд и планетарных систем предполагают, что определённые «объекты планетарной массы» могут покинуть свою систему и уйти в межзвёздное пространство^[19]. Некоторые учёные утверждали, что такие объекты уже нашли свободно блуждающими в космосе и их следует классифицировать как планеты, хотя другие предположили, что они могут быть и мало-массивными звёздами^[20][21].

[править] Субкоричневые карлики

Основная статья: Субкоричневый карлик

Звёзды могут образовываться посредством гравитационного коллапса газового облака, но меньшие объекты также могут сформироваться таким способом. Объекты планетарной массы, образовавшиеся таким способом, называют субкоричневыми карликами. Субкоричневые карлики могут находиться в «свободном плавании», как, возможно, Cha 110913-773444, или на орбите вокруг более крупного объекта, как, возможно, 2MASS J04414489+2301513.

В течение короткого времени в 2006 астрономы считали, что нашли двойную систему из таких объектов, Oph 162225-240515, которые исследователи описали как «планемо», или «объекты планетарной массы». Однако дальнейший анализ позволил установить, что их массы, скорее всего, больше 13 масс Юпитера, что превращает их в систему из коричневых карликов^[22][23][24].

[править] Планеты-спутники и планеты поясов

Некоторые крупные спутники сходны по размерам с планетой Меркурий или даже превосходят её. Например, Галилеевы спутники и Титан. Алан Стёрн утверждает, что местоположение не должно иметь для планеты значения, и только геофизические признаки должны быть приняты во внимание при присуждении объекту статуса планеты. Он предлагает термин планета-спутник для объекта размером с планету, обращающегося вокруг другой планеты. Аналогично объекты размером с планету в Поясе астероидов или Поясе Койпера также могут считаться планетами согласно Стёрну^[25].

[править] Движение планет по орбите

См. также: Законы Кеплера

Орбита Нептуна в сравнении с орбитой Плутона. Заметна более удлинённая орбита у Плутона (эксцентриситет), так же как и высокий угол наклона к эклиптике (Наклонение)

Согласно рабочему определению все планеты вращаются вокруг звёзд, что лишает статуса планеты любые потенциальные «планеты-одиночки». В Солнечной системе, все планеты обращаются по своим орбитам в том направлении в каком вращается Солнце (против часовой стрелки, если смотреть со стороны северного полюса Солнца). Хотя по крайней мере одна экзопланета, WASP-17b, вращается по орбите вокруг звезды в направлении противоположном её вращению^[26]. Период, за который планета обращается вокруг звезды, называется сидерическим или годом^[27]. Планетарный год в немалой степени зависит от расстояния планеты от звезды; чем дальше планета находится от звезды, тем большую дистанцию она должна пройти, и тем медленнее она движется, так как менее затронута гравитацией звезды. Поскольку никакая орбита не является совершенно круглой, расстояние между звездой и планетой на орбите варьируется в течение сидерического периода. Точку орбиты где планета ближе всего к звезде называют периастром (перигелий в Солнечной системе), тогда как самая дальняя точка орбиты называется апоастром (афелий в Солнечной системе). Поскольку в периастре планета ближе к светилу, потенциальная энергия гравитационного взаимодействия переходит в кинетическую и её скорость увеличивается подобно тому как брошенный высоко камень — ускоряется приближаясь к земле, а когда планета находится в апоастре, её скорость уменьшается, подобно тому как тот же брошенный вверх камень замедляется в верхней точке полёта^[28].

Орбита любой планеты определяется несколькими элементами:

Эксцентриситет определяет, насколько планетарная орбита вытянута. У планет с более низким эксцентриситетом более округлые орбиты, тогда как планеты с высоким эксцентриситетом имею орбиту, приближённую скорее к эллипсу. У планет Солнечной системы очень низкие эксцентриситеты, и, таким образом, почти круглые орбиты^[27]. Кометы и объекты пояса Койпера (как и многие экзопланеты) имеют очень высокий эксцентриситет^[29][30].

Иллюстрация большой полуоси

Большая полуось это дистанция от планеты до средней точки на полпути вдоль её орбиты (см. изображение). Эта дистанция не то же самое, что апастрон, потому что звезда находится в одном из фокусов орбиты планеты, а не точно в центре^[27].

Наклонение это угол между плоскостью его орбиты и плоскостью отсчёта (базовой плоскостью). В Солнечной системе за эту плоскость принято считать орбиту Земли, называемую эклиптикой^[31]. Для экзопланет эта плоскость известна как Небесная плоскость, это плоскость на обзорной линии с места на Земле^[32]. Восемь планет Солнечной системы находятся очень близко к плоскости эклиптики; тогда как кометы и объекты пояса Койпера, как, например, Плутон, находятся под намного более высокими углами^[33]. Точки, где планета пересекает эклиптику и спускается выше или ниже оной, называются соответственно восходящими и нисходящими узлами орбиты^[27]. Долгота восходящего узла это угол между базовой плоскостью и восходящим узлом орбиты. Аргумент периастра (или перигелий в Солнечной системе) это угол между орбитальным восходящим узлом и его ближайшей точкой к звезде на орбите вокруг неё^[27].

[править] Наклон оси

Наклон земной оси приблизительно 23°

Планеты также имеют, помимо прочего, разные углы осевого наклона: они лежат под определённым углом к плоскости экватора материнской звезды. Именно поэтому количество света, получаемого тем или иным полушарием, меняется в течение года; когда северное полушарие оказывается от звезды дальше, чем южное, и наоборот. На каждой планете есть смена сезонов; изменение климата в течение года. Время, когда одно из полушарий находится ближе или дальше всего от Солнца называется солнцестоянием. У полушарий на протяжении всей планетарной орбиты случается два солнцестояния; когда одно из полушарий находится в летнем солнцестоянии, и день там самый длинный, и когда одно из полушарий находится в зимнем солнцестоянии, с его чрезвычайно коротким днём. Разное количество тепла и света получаемое каждым полушарием служит причиной ежегодных изменений в погодных условиях. Осевой наклон Юпитера чрезвычайно низкий, и сезонные изменения там минимальны; Уран, в противоположность обладает осевым наклоном настолько экстремально высоким, что практически «обращается вокруг Солнца на боку», и одно из его полушарий либо постоянно под солнечным светом, либо постоянно находится в темноте во время солнцестояний^[34]. Что касается экзопланет, то их осевые наклоны неизвестны наверняка, однако, большинство «горячих юпитеров» обладают, по-видимому, чрезвычайно низким наклоном, что является результатом близости к звезде^[35].