ВІЧНІ КАРУСЕЛІ

Усі планети обертаються навколо Сонця в одному напрямку (у напрямку осьового обертання самого Сонця), майже круговими орбітами, площини яких мають невеликий нахил одна до одної. Площину земної орбіти (екліптику) вважають основною площиною для відліку нахилу орбіт планет та інших тіл, що обертаються навколо Сонця.

Завдяки майже круговій формі планетних орбіт і великим відстаням між ними виключена можливість тісних зближень між планетами, коли вони могли б істотно змінювати свій рух унаслідок взаємного тяжіння. Це забезпечує тривале та стійке існування Сонячної системи.

Закономірності руху планет завжди привертали увагу людей. Саме вивчення їхнього руху й заклало основи створення теорії гравітації Ньютона, що згодом сприяло створенню спеціальної й загальної теорій відносності Ейнштейна.

Заслуга відкриття законів руху планет належить Йоганну Кеплеру (1571—1630, Німеччина). Проте шлях до їхнього встановлення був нелегким. Ще у ІІ ст. н. е. астроном Клавдій Птоломей (87—165, Римська імперія) запропонував геоцентричну (давньо гр. Γη, Γαια — Земля) «систему світу», згідно з якою навколо Землі рухаються Місяць, Меркурій, Венера, Сонце, Марс, Юпітер, Сатурн, зорі. Незважаючи на те, що вже й у ті часи видимі спостереження за рухом Місяця, Сонця, зір, планет вказували на те, що цей рух набагато складніший, геоцентрична система проіснувала 14 століть. Сміливим ученим, який «зрушив Землю, зупинивши Сонце», був Миколай Коперник (1473—1543, Польща). Він визначив відносні відстані (у радіусах орбіти Землі) кожної з планет від Сонця, а також їхні сидеричні (відносно зір) періоди обертання навколо Сонця. Це дало змогу Йогану Кеплеру сформулювати три закони руху планет. Згідно з першим законом усі планети обертаються навколо Сонця еліпсами, а Сонце розташоване в одному з фокусів цих еліпсів. Головний наслідок першого закону Кеплера: відстань між планетою та Сонцем не залишається сталою.

Усі планети стали в ряд,

Починається парад!

Раз — Меркурій-мандрівник,

Два — Венера, ясний лик.

Три — Земля вітає нас,

А чотири — красень Марс.

П’ять — Юпітер, шість — Сатурн,

Сім — Уран, за ним — Нептун.

Вісім сонячних планет

Поспішають на бенкет.

Був Плутон завжди дев’ятим,

Не беруть його на свято!

Він найменшим уродився

І до карликів прибився.

Наталя Карпенко. Парад планет

За другим законом радіус-вектор планети за однакові інтервали часу описує однакові площі. Це означає, що під час руху планети орбітою також змінюється її лінійна та кутова швидкості. Найбільшу швидкість планета має в точці орбіти (перигелії), коли відстань до Сонця є найменшою, а найменшу швидкість — в афелії, коли відстань до Сонця є найбільшою. Другий закон Кеплера фактично визначає відомий фізичний закон збереження енергії: сума кінетичної та потенціальної енергії в замкненій системі є величиною сталою. Кінетичну енергію визначає швидкість планети, а потенціальну — відстань між планетою та Сонцем, тому під час наближення до Сонця швидкість планети зростає.

На відміну від двох перших законів Кеплера, що стосуються властивостей орбіти кожної окремо взятої планети, третій закон пов’язує властивості орбіт різних планет між собою. Цей закон Кеплера пов’язує середні відстані планет від Сонця з їхніми періодами обертання навколо нього. Закони Кеплера справедливі не лише для планет, а й для їхніх супутників, як природних, так і штучних. На малюнку 10.2 схематично представлено описані в законах закономірності руху планет.

Мал. 10.2. Ілюстрації до законів Кеплера

Планети обертаються також навколо своїх осей, причому в усіх планет, окрім Венери й Урана, обертання відбувається в прямому напрямку, тобто, у тому самому, що й їхнє обертання навколо Сонця. Надзвичайно повільне обертання Венери відбувається в зворотному напрямку, а Уран обертається, ніби лежачи на боці (мал. 10.3).

Мал. 10.3. Напрямки обертання планет навколо своїх осей

Ці закономірності руху планет у поєднанні з розподілом їх на дві групи за фізичними властивостями вказують на те, що Сонячна система не є випадковим скупченням космічних тіл, а утворилася в єдиному процесі. Тому вивчення кожного з тіл Сонячної системи робить внесок у висвітлення походження всієї Сонячної системи, а разом з тим і в дослідження походження, еволюції та сучасної будови нашої Землі.

Зміст