3 січня 2024 року о 2 годині 38 хвилині за київським часом наша планета пройде перигелій — найближчу до Сонця точку своєї орбіти. Відстань між центрами двох тіл складе 147 100 632 км. Минулого року це сталося 4 січня, позаминулого — 2 січня, а наступного року ця подія знову припаде на 4 січня. Спробуємо розібратися з головними питаннями, пов’язаними з нею.
Чому ми взагалі наближаємося до Сонця та віддаляємося від нього?
Як установив ще геніальний Йоганн Кеплер, усі планети рухаються по еліптичних орбітах. Еліпс — це один із типів так званих конічних перерізів, що утворюються при перетині конусу площиною під різними кутами. Якщо ця площина перпендикулярна осі конусу, ми отримаємо коло (замкнену криву з нульовим ексцентриситетом), якщо паралельна — розімкнену параболу з ексцентриситетом, рівним одиниці. Обидва ці випадки реалізуються вкрай рідко, оскільки в природі майже не буває нічого «точно рівного» цілому числу. Орбіти великих планет являють собою еліпси, дуже близькі до кола. Найменший ексцентриситет має Венера (0,0068), найбільший — її «сусід» Меркурій (0,2056).
Не варто забувати, що великі планети своєю гравітацією впливають одна на одну, а також на інші тіла Сонячної системи. Тому їхні орбітальні елементи постійно змінюються. Це стосується й ексцентриситету: теоретично можливо, що у певний момент у якоїсь планети (включно з Землею) він стане рівним нулю, але така ситуація не триватиме довго — гравітаційні збурення знову зроблять орбіту цієї планети відмінною від «ідеального кола».
Чому Земля проходить перигелій у різні дати?
Річ у тім, що всі тіла Сонячної системи обертаються не навколо Сонця, а навколо спільного центра мас, точне положення якого визначається їхнім взаємним розташуванням. Найбільше на нього впливає рух Юпітеру — найважчої планети. Залежно від того, як пряма «Сонце-Юпітер» повернута відносно Землі в момент проходження перигелію, найближче до центрального світила наша планета опиниться трохи раніше чи пізніше умовної середньої дати. Так само й відстань Землі до сонячного центра в цей момент міняється з року в рік у діапазоні приблизно від 146 млн 320 тис. км до 147 млн 875 тис. км.
Чому, якщо в січні Земля найближче до Сонця, надворі все одно зима?
Ексцентриситет земної орбіти складає 0,0167, тобто різниця між найменшою та найбільшою відстанню від Землі до Сонця складає лише 3,3%. Потік енергії від нашого світила зворотно пропорційний квадрату відстані до нього, тобто протягом року він змінюється менш ніж на 7%. Це досить відчутна величина, але для окремо взятого регіону значно більш важливою в цьому сенсі є зміна освітленості, спричинена коливаннями тривалості світлового дня та кута падіння сонячних променів на земну поверхню опівдні (вона пов’язана з нахилом площини земного екватора до екліптики). На широті Києва в день зимового сонцестояння наше світило перебуває над горизонтом лише 8 годин, а в день літнього сонцестояння — 16 годин, тобто вдвічі довше. Лише цей фактор дає подвоєння потоку енергії, що суттєво більше за згадані 7%. Однак для Марсу, який має орбітальний ексцентриситет 0,092, його положення на орбіті теж грає суттєву роль у сезонних змінах. Це доводиться враховувати організаторам марсіанських місій.
Як визначити момент перигелію?
Хоч науковці й навчилися визначати момент проходження Землею перигелію з точністю до години, це не було легким завданням. Дійсно, безпосередньо виміряти відстань до Сонця ми не можемо. Оцінити її, вимірюючи діаметр сонячного диска, теж не вдасться: по-перше, поблизу перигелію та афелію, коли його значення досягають відповідно максимуму та мінімуму, він змінюється вкрай повільно; по-друге, наше світило являє собою величезну розжарену газову кулю, розміри якої не є сталими й залежать від багатьох чинників (наприклад, від фази сонячної активності). Нарешті, ми досі не маємо кутомірних інструментів, які б забезпечили потрібну точність.
Допомогли астрономам закони Кеплера, згідно з якими орбітальна швидкість планети в перигелії має бути найбільшою, а в афелії — найменшою. Виміряти цей параметр можна, спостерігаючи спектри зір, які в даний момент розташовані на небесній сфері в тому напрямку, куди (або звідки) «летить» Земля. Завдяки ефекту Допплера лінії в цих спектрах відхиляються від середнього положення: в «синій» бік — у тих зірок, до яких ми «наближаємося», і в «червоний» — у тих, від яких віддаляємося. Неважко зрозуміти, що поблизу перигелію такі відхилення будуть максимальними. А далі лишається ввести поправки на швидкість спостерігача, пов’язану з обертанням Землі навколо осі, та на відстань Сонця від загального центра мас. Найкраще цей метод «працює» в радіодіапазоні.
Та існує й ще один цікавий спосіб, яким учені користувалися до винайдення високоточної спектроскопії. Річ у тім, що тривалість істинної сонячної доби — проміжку часу між двома послідовними верхніми кульмінаціями Сонця — теж змінюється протягом року саме тому, що наше світило рухається по екліптиці з неоднаковою швидкістю. В афелії воно за день проходить по небу меншу відстань (бо Земля в цей час рухається навколо Сонця повільніше), і нашій планеті потрібно трохи менше часу, щоб «повернутися» в те ж положення відносно світила, що й попереднього дня. Навпаки, в перигелії цей час сягає максимуму. Отже, день, коли істинна доба триватиме найдовше, й буде днем найменшої геліоцентричної відстані.
Чи завжди земний перигелій буде в січні?
Зміна сезонів на нашій планеті пов’язана з положенням у просторі земної осі, а воно теж не є постійним. Завдяки явищу, відомому як прецесія, точки весняного та осіннього рівнодення (а також точки сонцестоянь) повільно «повзуть» по екліптиці назустріч руху Сонця, й ті сузір’я, які ми зараз вважаємо «зимовими», тобто такими, що кульмінують біля півночі в зимові місяці, колись були «осінніми», а через кілька тисяч років стануть «весняними». Положення перигелію Землі теж змінюється, але набагато повільніше, тому з плином часу вона проходитиме його все пізніше, поки його дата не пересунеться на лютий, березень і так далі. До речі, цей самий процес має ще один наслідок: Полярна зірка не завжди буде «полярною». Але це вже трохи інша історія…
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine
