Расстояние до Марса в космическом пространстве
Приобретением знаний о космосе человечество обязано способности определения расстояний в межпланетном пространстве. С древних времен людей интересовал вопрос об удаленности космических объектов, к примеру, от Земли до Марса. Но все хлопоты сводились лишь к простейшим измерениям с поверхности земли, которые имели погрешности. Но с приходом различных приборов и вспомогательных инструментов, возможности существенно расширились.
Так в 1838 году было совершено три точных измерения до звезд. Протяженность пути до звезды Лебедь 61 было измерено германским астрономом Фридрихом Вильгельмом Басселем. Василием Струве, русским ученым определена дистанция до Веги. Томасом Гандерсоном до альфа Центавра.
Кто впервые измерил расстояние до Марса
Протяженность пути от Земли до Марса, впервые было измерено Джованни Кассини. Он вел вычисления при помощи методики параллакса. Астроном, договорился со своим другом Жаном Рише о том, что они будут наблюдать из двух разных точек. Джованни поехал в Париж, а друга отправил во французскую Гвиану. Расчеты оказались впечатляющими для XVII века – Кассини удалось вычислить путь от марса до земли с погрешностью 7%.
Метод параллакс: измерение расстояния между планетами
Самым доступным расчетом длины пути между космическими телами, которым пользуются даже ученики в школах – это тригонометрический метод параллакса. Данный способ описывается в программе по геометрии. Суть состоит в следующих действиях:
• На земле берутся две точки, между ними проводится отрезок, именуемый базисом.
• На небе определяется звезда, до какой необходимо узнать расстояние. Она является вершиной воображаемого треугольника.
• Следующим шагом станет измерение углов между отрезком, проведенным на поверхности земли и двумя прямыми линиями, идущими от точек и до небесного тела.
• Потому как протяженность отрезка и два угла треугольника известны, остальные расчеты не составят труда.
Для определения углов треугольника, необходимо осознавать, что его величина напрямую зависит от базиса. Дистанция до планеты слишком велика, и если взять относительно небольшую длину отрезка на поверхности земли, то угол будет слишком маленьким. По этой причине берутся максимально отдаленные точки.
Ранее, при расчетах, в качестве базиса выступал радиус планеты Земля. Таким образом в роли наблюдателей выступали два астронома, которые измеряли угол между базисом и верхней точкой треугольника. Более поздние измерения проводились на основе радиуса орбиты Земли (он был базисом). Данный прием дал возможность измерения расстояния до удаленных объектов.
Расстояние от Земли до Марса
Рассматривая звезды на ночном небосводе, планету Марс видно невооруженным глазом. Ее видно, как красного оттенка светящуюся звезду. Как часто Марс приближается к Земле? На максимально близком друг к другу расстоянии, планеты находятся раз в 2 года – 55,76 миллионов километров. Такое положение астрономы называют «оппозиция». Этот факт используется для отправки космических аппаратов к Марсу. Если рассматривать наиболее дальнее расстояние друг от друга, то оно будет равно – 402 млн. км. Среднее расстояние о Марса до Земли составляет 225 млн.км.
Оптимальное время запуска корабля к Марсу
Находясь в постоянном движении вокруг светила, планета Земля способна один раз за 26 месяцев обогнать Марс по космической скорости. С одной стороны, казалось бы, что никаких особенных расчетов строить не нужно, однако все не так просто. В такой ситуации если запуск произвести в период, когда планета находится при максимальном сближении с землей, ничего не выйдет. Во-первых, расстояние 55,76 млн. км от Земли, не такое уж и маленькое, хотя и является наименьшим, и ракете необходимо преодолеть межпланетный промежуток практически мгновенно. Во-вторых, космический корабль преодолевая прямой путь до Марса, затрачивает гораздо больше топливных ресурсов на полет.
Рассматривая вопрос с экономической точки, запуск лучше проводить по орбите, постепенно приближая космолет к планете. Гравитационное поле Солнца подхватывает летательный корабль и дает необходимый толчок в преодолении большого пути. Такой способ, использующий гравитационные особенности космических объектов, называют – гравитационным маневром или по-другому эффектом рогатки. В заранее просчитанный момент летательный аппарат сойдет с дорожки гравитационного поля и с легкостью перейдет на орбиту красной планеты.
Зная наименьшую дистанцию между планетами и скорость космического корабля (она равна 20 000 км/ч), можно предположить, что время в пути займет примерно 115 дней. Расчеты не могут быть точными, потому что планеты находятся в постоянном движении. Перед тем как запустить корабль в космос, проводятся расчеты — в какое время планета будет в нужной точке.
Общий промежуток времени, в период которого ракета достигнет Марса будет варьироваться от 150 до 300 дней (от 5 до 10 месяцев). Данные показатели зависят от скорости с которой был запущен космолет, в каком положении располагались планеты и весовая категория ракеты.
Расстояние от Марса до Солнца
Сравнивая марсианскую орбиту и нашу с Солнечной, приходишь к выводу, что Марс находится на более удаленной дистанции, чем Земля. Красная планета имеет траекторию полета не совершенной окружности. А именно форму эллипса. Наиболее удаленной точкой Марса от Солнца (афелий) будет 249 млн.км, тогда как самой близлежащей (перигелия) – 206 млн.км. Ученый НАСА также определили средним расстоянием от Марса до Солнца, будет 228 млн.км. Солнечный поток способен пройти данное расстояние за 12мин. 40 сек. Если провести сравнение с Землей, то это время будет равно – 8 мин.19 сек.
Измерять длину пути в километрах, конечно, удобней, но с точки зрения астрономии — не очень корректно. Для определения отдаления космических тел, учеными было введено понятие — астрономическая единица.
Важно! Расстояние от Земли до Солнца равно 150 млн.км или 1 а.е (астрономическая единица)
Производя замеры протяженности пути от Солнца до Марса в астрономических единицах:
• Средняя – 1.52 а.е
• Ближняя – 1.38 а.е
• Дальняя – 1.66 а.е
Почему расстояние между Солнцем и Марсом не постоянно
Марс, как и любые другие планеты, входящие в Солнечную систему, имеет орбиту эллипсовидной формы. Такая особенность в астрономии называется – эксцентриситет. Существует много факторов, которые способствуют такому перемещению. К примеру, на Землю влияет Луна, взаимодействуя с ней, на нашей планете случаются приливы и отливы. Примерно такое же влияние другие планеты оказывают на Марс. За весь период существования, орбита красной звезды несколько раз подвергалась сжатию и растягиванию. Различные формы оказывают на скорость перемещения и на температурные показатели. К примеру, сближаясь с центром Солнечной системы — скорость передвижения наращивается, и понижается, если планета отдаляется. Также эти факторы воздействуют на смену сезонов.
Расстояние от Луны до Марса
Учитывая, что орбита космических тел имеет эллипсовидную форму, то расстояние между планетами варьируется. Так при максимальном сближении, протяженность пути будет равна 55.7 млн. км, тогда как на максимальном удалении Марса от Луны — 400 млн.км.
Источник
Расстояние от Земли до Марса: минимальная, средняя и максимальная величины
Расстояние от Земли до Марса – относительная цифра, у которой есть несколько значений. Википедия, отвечая на вопрос, какое расстояние разделяет две планеты сегодня, уточняет, что оно изменяется каждую минуту и каждую секунду. Природа создала Солнечную систему, повинуясь силам всемирного тяготения, и орбиты небесных тел обусловлены их взаимовлиянием. Называя расстояние до Марса от Земли вариативным, чаще всего оратор или ученый имеет в виду, что планета постоянно то приближается, то удаляется от своей ближайшей соседки, поэтому дистанция меняется в зависимости от данных условий.
Орбита Марса и удаленность в разных точках
Марс – седьмая по величине планета. Из-за сил тяготения его орбита представляет собой довольно значительный эксцентриситет (вытянутость орбиты) согласно определению, которое дал ей великий немецкий ученый Иоганн Кеплер.
Этому гениальному астроному принадлежит приоритет в открытии законов движения планет Солнечной системы.
Интерес к четвертой по счету планете Солнечной системы не случаен. Трудно не заинтересоваться таким соседством, тем более что внешняя схожесть изначально заставляла предполагать потенциальную возможность обитаемости. На эти размышления наводило много обстоятельств:
- относительно близкий объект, масса которого составляет 10,7 % от массы Земли;
- расположенный неподалеку сосед планеты с кислородной атмосферой, сразу за ней, по отношению к Солнцу, четвертым по счету;
- планеты земной группы, более плотные по строению, состоящие из силикатов и металлов, имеют кору и мантию;
- другая близкая соседка, Венера, расположена на втором месте от Солнца, но вероятность существования на ней жизни намного ниже, чем на Марсе, из-за огромной разницы дневной и ночной температур;
- Земля находится между Венерой и Марсом, вполне вероятно, что небольшое по космическим меркам расстояние могло привести к схожим процессам и появлению разумных существ;
- отличительной особенностью удаленных планет земной группы является наличие спутников (у Земли – это Луна, у Марса их целых два, Фобос и Деймос);
- неважно, что Луна – один из самых крупных планетных сателлитов, а спутники бога войны в мире планет-гигантов считались бы не заслуживающими внимания (они невелики по размеру и неправильной формы), но это создает возможность аналогии;
- у Марса тоже были шапки полюсов, а спектроскопические наблюдения упорно показывали наличие на планете сети каналов.
Человечество неизменно занимала проблема удаленности Марса от Земли: в километрах или других единицах измерения ее пытались определять различными способами. Успех этого предприятия зависел от того, насколько цивилизация располагала знаниями и какими у нее были измерительные инструменты.
Несовершенство используемых средств для наблюдения привело к созданию устойчивой иллюзии о населенности Марса марсианами, которые в художественной литературе изображались то ангелами небесными, то агрессорами, оккупирующими Землю.
Отсюда и стала казаться неотложной необходимость точно определить дистанцию. Расстояние до Марса в км постоянно изменялось, а его орбита заставляла самые выдающиеся умы математического склада ломать голову над тем, сколько же километров от Земли до красной планеты.
Название и расстояния
Этимология имени, данного небесному телу, связана с особенностями цвета, который приобретает Марс, если смотреть на него через земную атмосферу. Красноватый оттенок у древних греков ассоциировался с кровопролитием и кровью, поэтому яркое небесное светило было названо в честь бога войны Ареса (в древнеримской мифологии – Марса).
Возможно, окончательным аргументом в пользу названия планеты стало наличие двух его спутников – ведь у бога войны было два сына, которые его сопровождали в любой битве. Перевод имен сыновей воинственного божества и названий спутников одноименной с ним планеты означает «страх и ужас».
Жителей планеты Земля всегда интересовало, сколько лететь до Марса (в случае если марсиане – доброжелательно настроенные существа) или как быстро можно долететь сюда, если речь идет о нападении агрессоров.
Еще в начале прошлого века в воображении фантастов марсиане выстреливались на земную поверхность из супергигантской пушки или совершали полет на ракете, заправленной бензином. И в том, и в другом случае ответ на вопрос, сколько лететь до Марса, был неоднозначным и не совсем корректным.
Стоит отметить следующее:
- Минимальное расстояние от Земли ввиду прихотливости орбиты красной планеты и вращения, которое совершает наша, а также из-за присутствия в этом водовороте Солнца и трех спутников обеих светил – тоже понятие относительное. Так, например, в 2003 году Марс приблизился к Земле на 5 млн километров, и пусть это случилось в первый раз за 50 тыс. лет, но все же оказалось возможным.
- Обыкновенное минимальное расстояние между соседними планетами приводится как 54,6 (54,55) млн км (в приблизительных подсчетах – 55000000 км). В конце лета, а именно с конца июля по август, его можно увидеть на небосклоне невооруженным глазом как красную яркую звезду.
- Среднее расстояние от Земли, полученное путем элементарных вычислений между максимальным и минимальным удалением, равно 225 миллионов километров.
- Самая большая удаленность, которой достигает Марс в своем полете и вращении – 401 миллион километров.
- Минимальный и максимальный отрезки расстояния до Земли разделяет гигантская пропасть в 346,4 млн км.
Такие расхождения трудно понять человеку непосвященному, примерно так же, как представить себе расстояние, которое придется преодолеть до Юпитера, исчисляемого почти десятком миллиардов км.
Еще в 1672 году, применив метод параллакса, Джованни Кассини определил примерное расстояние между Марсом и своей планетой, наблюдая исследуемый объект с двух точек и применяя геоцентрический параллакс. Измерения из Парижа и Французской Гвианы послужили отправными точками для вычислений, поскольку было точно известно, какое между ними удаление в км.
Сложности вычислений расстояния от Земли
Ответить на вопрос, сколько составляет расстояние между Землей и Марсом, можно в том случае, если примерно знать, где они должны находиться. Было бы гораздо проще ответить, где планета находится сейчас, если бы на конфигурацию ее орбиты не влияло Солнце. Но даже звезда, расположенная в своей системе, не вращается по кругу, а совершает движение по эллипсу. У красной планеты средний эксцентриситет.
И если смотреть на цифры, полученные в вычислениях, то выходит, что данный счет идет на миллионы условных человеческих единиц (в космических масштабах он маленький). Орбиты смещены и в сторону Солнца, а если учесть, что скорость Земли выше, ее величина больше, а орбита расположена ближе к светилу и короче, то становится понятным, почему у Марса год длиннее (686,98 суток), а максимально возможное сближение происходит крайне редко.
Удаленность в 55.75 млн км, именуемая еще противостоянием, наступает намного чаще, но измеряется другими цифрами. Это случается в определенный период нахождения обеих планет на одной линии с Солнцем, когда Земля находится в перигелии, а Марс – в афелии.
Если это происходит наоборот и Солнце располагается между ними, то самый короткий путь, который придется преодолеть, составит 102,1 млн км. При этом космическому аппарату все равно нужно будет пролетать в течение значительного периода времени. Когда обе планеты будут в афелии по разные стороны от своего светила, расстояние, по астрономическим наблюдениям и подсчетам, будет в 401,3 млн км.
Световой год равен 9 460 730 472 580 800 км.
Радиосигнал до Марса и обратно поступает за 11 минут, а свет долетает за 3 минуты. Современный космический корабль летит в зависимости от скорости и массы разное время. Самым быстрым полетом, когда вес космического аппарата составил 412 кг, был полет Маринера-6 еще в прошлом веке – 131 сутки.
Смотрите видео на эту тему.
Факты для размышлений
Земля – огромный дом для человечества, но если представить себе, что диаметр планеты 1 метр, то Луна находится в 30 м, а Марс – в 8 километрах. По сравнению с Солнцем обе планеты крошечные, красная примерно с миллиметр, а голубая – в сантиметр, и если звезду представить в виде входной двери, то это будет замочная скважина и таблетка.
Марсианские сутки почти равны земным, но зато год – в два раза длиннее. Несмотря на многочисленные беспилотные корабли, отправляемые на Марс, длительность полета по-прежнему нельзя определить четко, потому что такое определение зависит от множества факторов.
Полеты на Марс
Основная загадка современности – как скоро полетит на планету, близкую по космическим меркам, человек. Длительность перелета пилотируемого корабля называется разная – от 23.2 до 33 месяцев или даже 4.45 лет, но точно ответить пока невозможно.
Такой перелет отрицательно скажется на здоровье экипажа. Если брать за основу среднее расстояние между планетами, то этот подсчет окажется проще, если исходить из примерной скорости космического аппарата и считать расстояние по прямой.
Однако чтобы придать ему ускорение, необходимое для отрыва от земного притяжения, понадобится явно не один километр, и продолжительность полёта будет составлять намного больший временной и пространственный отрезок. В 2018 году разрабатывались сразу несколько проектов по возможному освоению Марса, но в данный момент пока неясно, какое применять топливо и как его экономить. В настоящее время разработка проектов продолжается.
На сегодняшний день еще нет корабля с необходимой скоростью 18 км/с, которая, по мнению ученых, позволила бы совершить успешный полет.
Но ведь еще столетие назад только единицы (в основном фантасты) могли себе представить, что такое возможно, а теперь этому учат в школе и отвечают на ЕГЭ. Возможно, человечество найдет способ преодолеть разность орбитальных скоростей или откроет топливо, которое можно будет взять с собой в неограниченном количестве. Или, как вариант, преодолеет наконец барьер и превысит скорость света. Все это – на уровне гипотез, предположений и упований, а что будет дальше – покажет время.
Источник