(Примечание добавлено 30 марта 2015 г.: недавно определенная скорость вращения Сатурна на 10 секунд больше, чем значение, используемое в таблицах ниже, но, поскольку новая скорость имеет неопределенность в 45 секунд, нет веских причин для изменения показанных значений. здесь)

Звездный период вращения и синодический период вращения

Когда планета вращается вокруг своей оси, кажется, что звезды движутся вокруг проекции оси планеты в космос. Время, необходимое для того, чтобы звезды совершили один оборот вокруг своей траектории, называется сидерическим периодом вращения или периодом вращения планеты.

Пока планета вращается, она также движется вокруг Солнца. Это меняет видимое положение Солнца среди звезд, и в результате оно не перемещается по небу за тот же период времени, что и звезды. В зависимости от того, является ли вращение планеты прямым (в том же направлении, что и ее орбитальное движение) или обратным (в направлении, противоположном ее орбитальному движению), время, за которое Солнце делает один оборот по небу, называется синодический период вращения или продолжительность дня может быть длиннее или короче сидерического периода вращения. В таблице 1 показаны период вращения и продолжительность дня для Луны и планет. Как видите, для большинства тел эти два периода времени очень похожи, но для объектов с медленным периодом вращения, таких как Луна, Меркурий и Венера, существует большая разница между двумя периодами времени.

Корпус (странное вращение) Меркурий Венера Земля Луна Марс Юпитер Сатурн Уран Нептун (почти боковое вращение) Плутон

Сидерный период 58,6467 Дни — 243,02 дня 23 часа 56 мин. 4,1 сек 27,322 дня 24 часа 37 мин. 22,66 SEC 9 HR 55 мин. 10. 754 3 Мин. 10 -й 9014 3 МИН. мин 24 сек 16 ч 6,6 мин — 6 дней 9 ч 17,6 мин

Синодический период = «День» 175.940 Дни — 116,75 Дни 24 часа 0 мин 0 с 29,53 дня — 17 часов 14 минут 23 секунды 16 часов 6,6 минут — 6 дней 9 часов 17,0 минут

Таблица 1: Сравнение сидерического и синодического периодов

(некоторые ссылки ведут к более подробным обсуждениям, другие — позже)

Ретроградное вращение

Все планеты вращаются вокруг Солнца в одном и том же восточном направлении. Большинство из них также вращаются вокруг своих осей в том же направлении. Венера, Уран и Плутон, однако, вращаются в противоположном направлении, и если нам нужно выполнить какие-либо арифметические действия, связанные с их вращением, например, сравнить скорость их вращения с продолжительностью дня, мы должны различать ПРЯМОЕ вращение, которое находится в одном и том же направлении. направление как орбитальное движение, так и РЕТРОГРАДНОЕ вращение, которое идет в противоположном направлении. Для этого мы определяем период вращения как время, за которое планета делает один оборот вокруг своей оси НА ВОСТОК, заставляя звезды поворачиваться вокруг неба на запад. Если бы планета вращалась в противоположном направлении, заставляя звезды вращаться вокруг неба в противоположном направлении, нам пришлось бы повернуть время вспять, чтобы увидеть движение звезд на запад. В результате период вращения планеты, имеющей ретроградное вращение, является отрицательным числом, как показано в таблице для трех планет, имеющих такое вращение.

Имейте в виду, что хотя некоторые планеты имеют ретроградное ВРАЩЕНИЕ, ВСЕ они вращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении.

Для дополнительного обсуждения ретроградного движения в целом или ретроградного вращения в частности см. Ретроградное движение.

Наклоны планет

     Большинство планет вращаются на восток, как и Земля. Некоторые планеты (Венера, Уран и Плутон) вращаются на запад, если Северный полюс определяется как тот, что находится «наверху» планеты (над плоскостью нашей орбиты). Об этих планетах можно сказать, что они перевернуты (наклон больше 9°).0 градусов), или что они вращаются назад (наклон = отрицательное число) относительно своих орбит.

Объяснение разницы между вращением и продолжительностью дня

Как показано в таблице, период вращения и продолжительность дня почти одинаковы для всех внешних планет. На самом деле для большинства из них значения настолько близки, что они совпадают с точностью, показанной здесь. Однако для Луны и внутренних планет ситуация совершенно иная. Земля и Марс, которые вращаются относительно быстро, имеют разницу между периодом вращения и продолжительностью дня всего в несколько минут, но для Луны, Венеры и Меркурия разница между двумя значениями довольно велика. Для Луны разница в два дня недостаточна для того, чтобы день казался сильно отличающимся от периода вращения, но достаточно, чтобы сбить с толку, если причина разницы не понята, а для Меркурия и Венеры разница между двумя значениями настолько велика. что периоды их вращения, на первый взгляд, совершенно не связаны с продолжительностью их дней.

Чтобы объяснить, почему продолжительность дня или синодический период вращения отличается от сидерического периода вращения, мы рассмотрим, как данное место движется вокруг планеты и как это меняет вид неба в течение одного периода вращения.

На приведенной ниже диаграмме четыре синие точки справа представляют положение планеты в четыре периода времени, отстоящих друг от друга на треть периода вращения. Число оборотов, которые сделала планета, указано цифрами справа от каждой точки. Белая точка показывает, как положение определенного места на планете изменяется по мере того, как планета вращается на восток (против часовой стрелки на этой диаграмме), а большая желтая точка в крайнем левом углу представляет положение Солнца. Размеры Солнца и планеты, а также угол, на который движется планета за один оборот, были преувеличены, чтобы было легче увидеть, что происходит.

Движение планеты за один оборот. Движение планеты вокруг Солнца заставляет Солнце двигаться по небу. Каждый градус, на который планета движется вокруг Солнца, заставляет Солнце двигаться на градус вокруг планеты.

В начале вращения, показанном синей точкой внизу диаграммы, место, за которым мы следим, находится на стороне планеты, обращенной к Солнцу, так что сейчас полдень, а Солнце более или менее над головой в этом месте. . По мере того, как планета движется вокруг Солнца, это место движется вокруг планеты против часовой стрелки, о чем свидетельствует изменение положения белой точки. В верхнем положении планета совершила один полный оборот, и планета и белая точка обращены в том же направлении, что и в начале, на что указывают горизонтальные линии, идущие влево от начального и конечного положений планеты. Если бы какие-либо звезды были видны, они совершили бы ровно один оборот по небу за один прошедший период вращения.

А вот с Солнцем дело обстоит иначе. Как показано диагональной линией, соединяющей конечное положение планеты с Солнцем, планета переместилась вокруг Солнца на некоторый угол А (показан слева рядом с Солнцем), и в результате Солнце, кажется, прошло через этот угол. тот же угол А (показан справа возле планеты) относительно звезд. Хотя звезды прошли весь путь по небу, Солнце все еще немного стесняется завершить свое путешествие, и ему нужно немного больше времени, чтобы компенсировать дополнительный угол, который ему все еще нужно покрыть. Из-за этого период вращения (время обращения звезд) отличается от суток (времени обращения Солнца) на небольшое количество времени (приблизительно время, за которое планета совершает оборот на угол равно углу А, на который он двигался вокруг Солнца).

Период вращения Земли

Чтобы увидеть, как это работает, рассмотрим случай с Землей. Земля обращается вокруг Солнца за один год, или примерно 365 1/4 дней. Число градусов в окружности равно 360 градусам, что примерно равно количеству дней в году, поэтому угол, на который кажется, что Солнце смещается относительно звезд за один оборот, составляет примерно один градус.

Чтобы рассчитать, сколько времени требуется Земле, чтобы повернуться на угол в один градус, мы делим продолжительность суток, 24 часа или 1440 минут, на 360 градусов, которые она совершает за это вращение, получая скорость вращения 4 минуты. за градус. Поскольку движение Солнца отличается от движения звезд на один градус, а Земле требуется 4 минуты, чтобы повернуться на один градус, Солнцу требуется на 4 минуты больше времени, чтобы совершить оборот по небу, чем звездам. а период вращения Земли на 4 минуты меньше длины ее суток. Поскольку мы определяем сутки как имеющие ровно 24 часа, период вращения Земли составляет 23 часа 56 минут, как показано в таблице.

Периоды вращения внешних планет

Для внешних планет мы можем использовать тот же вид вычислений, который мы только что сделали для Земли, воспользовавшись тем фактом, что у них гораздо более длинные орбитальные периоды, поэтому число оборотов в году намного больше, а расстояние, за которое они проходят один оборот соответственно меньше.

Для Марса год почти в два раза длиннее нашего, 686,98 дня, а период вращения немного больше, чем у нас, 24 часа 37 минут 22,66 секунды (часто ошибочно указывается как продолжительность дня). Разделив период вращения на год, мы находим, что Марс делает за год 670 оборотов, перемещаясь вокруг Солнца примерно на полградуса за каждый оборот. Поскольку Марс вращается примерно с той же скоростью, что и мы, потребуется около 2 минут, чтобы компенсировать это движение на полградуса; поэтому на Марсе день должен быть примерно на 2 минуты длиннее периода вращения. Эти расчеты значительно округлены, поэтому результаты являются приблизительными; но если бы расчеты были выполнены точно, результаты также были бы достаточно точными.

Для планет, которые находятся еще дальше, движение вокруг Солнца еще меньше, и время, необходимое для его компенсации, составляет всего несколько секунд. Для Юпитера разница между периодом вращения и продолжительностью суток составляет около 3 секунд; а для Сатурна, Урана и Нептуна разница составляет около 1 секунды. Даже для Плутона, у которого скорость вращения намного больше, чем у юпитерианских планет, разница между периодом вращения и днем ​​составляет менее 40 секунд, что является небольшой разницей по сравнению с периодом его вращения более шести дней. В результате продолжительность дня и период вращения примерно одинаковы, и мы часто рассматриваем их как одинаковые (точно так же, как мы часто поступаем, хотя и не так точно, для Земли).

Вышеупомянутый метод хорошо работает для планет с высокой скоростью вращения по сравнению с их орбитальными периодами, так что они вращаются сотни, тысячи или даже десятки тысяч раз на каждой орбите. Но для объектов, которые вращаются по орбите очень мало раз, угол A очень велик, а это означает, что планете требуется довольно много времени, чтобы повернуться на этот дополнительный угол, и разница между днем ​​и периодом вращения может стать удивительно большой, как показано ниже для Луны.

Период вращения и продолжительность дня Луны

Поскольку Луна движется вокруг Солнца вместе с Землей, Солнце перемещается по лунному небу на один градус в день так же, как и во время вращения Земли. Но в то время как Земля вращается примерно за один день, Луне требуется более 27 дней, поэтому за один лунный оборот Солнце перемещается более чем на 27 градусов относительно звезд. Чтобы компенсировать это, Луна должна вращаться более чем на два дня дольше, что можно увидеть, сравнив период ее вращения с длиной дня. Разница между периодами в 2,2 дня кажется чрезмерной, но основная идея та же, что и для Земли; просто, поскольку Луна вращается так медленно, что (1) Солнце перемещается намного дальше за один оборот Луны, чем за один оборот Земли, и (2) Луне требуется больше времени, чем Земле, чтобы компенсировать любое заданное движение Солнца. Каждый из этих факторов увеличивает четырехминутную разницу между вращением Земли и продолжительностью дня на 27,3-кратное замедление движения Луны, что дает общее увеличение в 27,3 в квадрате, или почти в 750 раз. Таким образом, четырехминутная разница между продолжительностью дня и периодом вращения становится 4 умноженной на 750, или 3000 минут, что составляет немногим более двух дней.

К сожалению, это не конец вычислений, потому что за то время, пока Луна должна вращаться, чтобы компенсировать свое движение вокруг Солнца, она продолжает двигаться вокруг Солнца , вызывая разницу в два градуса между солнечным и звездным движениями, что требуется еще четыре часа, чтобы компенсировать (4 минуты на градус для Земли, умножить на два градуса, чтобы компенсировать, в 27 раз медленнее вращения для Луны). И в течение этих четырех часов Луна перемещается еще на одну шестую градуса вокруг Солнца, так что для получения действительно точных результатов нам придется продолжать делать это со все меньшими и меньшими значениями времени и углов, пока разница не станет слишком малой, чтобы на нее обращать внимание.

Более точный расчет

Для Луны мы могли бы удовлетвориться только двухэтапным расчетом, показанным выше, и не беспокоиться о все меньших и меньших поправках. Но если нам нужны точные результаты для Меркурия и Венеры, которые вращаются еще медленнее и имеют более короткий период обращения, мы не сможем обойтись одной или двумя поправками; может потребоваться полдюжины или больше, в зависимости от желаемой точности. Поэтому для этих планет нам нужен другой способ расчета; но, к счастью, существует относительно простой способ вычисления разницы между периодом вращения и продолжительностью дня, который можно сделать сколь угодно точно, просто используя точные числа для выполнения арифметических действий.

За год планета совершает оборот определенное количество раз, и столько же раз по небу проходят звезды. Если бы планета была неподвижна относительно Солнца, так что Солнце было бы неподвижно на небе относительно звезд, оно восходило бы и заходило столько же раз, сколько и звезды, но в течение одного года планета делает один оборот вокруг Солнца, и в результате Солнце перемещается один раз на восток среди звезд. Если планета имеет прямое вращение, как и большинство других, так что звезды движутся по небу на запад, то движение Солнца на восток относительно звезд происходит в обратном направлении, поэтому оно совершает один оборот по небу на один оборот меньше, и

Количество дней в году = количество оборотов — 1 .

Если планета имеет ретроградное вращение, звезды будут двигаться по небу на восток, а не на запад, и движение Солнца на восток приведет к тому, что оно пересечет небо на больше раз, чем звезды за один год. Однако, поскольку мы рассматриваем этот вид вращения как имеющий отрицательный период вращения, большее отрицательное число по-прежнему на единицу меньше числа вращений. Следовательно, это уравнение можно применить ко всем планетам, независимо от того, как они вращаются.

В таблице ниже показаны результаты использования этого метода для всех планет и Луны. Самый интересный результат для Меркурия. Его медленное вращение и быстрое орбитальное движение вызывают огромную разницу между сутками и периодом вращения, которые различаются в три раза больше, чем у любой другой планеты. Но что действительно поразительно, так это то, что период вращения равен ровно 2/3 периода обращения, а день равен ровно два периода обращения, так что одна сторона Меркурия обращена к Солнцу целый год, затем другая стороны на следующий год. Еще более удивительно, как обсуждалось в «Вращении Меркурия», когда Меркурий находится ближе всего к Солнцу в перигелии, его орбитальное и вращательное движение почти идентичны, так что более недели одна и та же сторона планеты обращена к кажущемуся неподвижным Солнцу. почти как если бы он всегда держался одной и той же стороны к Солнцу, как мы привыкли верить.

Объект	Орбитальный Период	Вращение Период	Число оборотов В год	Дней В год	Продолжительность дня
Меркурий Венера Земля Луна Марс Юпитер Сатурн Уран Нептун Плутон	87 970 дней 224,70 Дни 365.256* Дни 365,256 Дни 686,980 Дни 4332,59 Дни 10759. 22 Дни 30685,4 дня 60189 Дни 30685,4 дня 60189 Дни 30685,4 дня 60189 Дни 965955555.4 дня 60189 Дни 955555.4 .	58,6467 Дни — 243,02 дня 23 часа 56 мин. 4,1 сек 27,322 дня 24 часа 37 мин. 22,66 сек 9 часов 55 мин. 30 секунд 10 ч. 32 мин. 35 секунды — 17 часа44444 3 мин. ч 6,6 мин — 6 дней 9 ч 17,6 мин	1,500000 — 0,92462 366.256 13.369 669.5994 10476.8 24492.07 — 42717 89667 — 14163.4	0,500000 — 1,92462 365,256 12,369 668,5994 10475,8 24491,07 — 42718 — 941636 941664	175,940 дней — 116,75 дней 24 часа 0 мин. 0 сек 29,53 дня 24 часа 39 мин. 35,24 Сек 9 часов 55 мин. 33 секунды 10 HR 32 мин. 36 36 36 3 36 3 36. ч 6,6 мин — 6 дней 9 часов 17,0 мин

* Продолжительность периода обращения Земли, хотя и называется в обсуждении «годом», составляет , а не , как календарный (или тропический ) год, который примерно на 20 минут короче периода обращения из-за прецессии равноденствий и составляет около 365,244 дня.

Резюме

Каждая планета, обращаясь вокруг Солнца, видит, как Солнце движется на восток среди звезд один раз в год, и в результате движение звезд по небу, определяющее период вращения, отличается от движения дня, т.е. определяется движением Солнца по небу.

Вычисление разницы между двумя периодами выполняется одним из двух способов. Для планет с быстрым вращением или длительным периодом обращения оценка ежедневного движения Солнца относительно звезд и того, сколько времени потребуется планете, чтобы совершить это угловое движение, дает разницу между днем ​​​​и периодом вращения.