Перигелий орбиты небесного тела¶

Перигелий — точка орбиты небесного тела, обращающегося вокруг Солнца, в которой расстояние между телом и Солнцем минимально. Термин образован от греческих слов περί (около, вокруг) и ἥλιος (Солнце). Противоположная точка орбиты, где расстояние максимально, называется афелием. Перигелий и афелий относятся к классу апсид — крайних точек орбиты, соединяющая их линия называется линией апсид.

Для орбит вокруг других тел используются иные названия: вокруг Земли — перигей и апогей, вокруг произвольной звезды — периастр и апоастр. Перигелий — частный случай перицентра, ближайшей точки орбиты к центральному телу.

¶Основные характеристики

Расстояние в перигелии вычисляется по формуле r_p = a(1 − e), где a — большая полуось орбиты, e — эксцентриситет. Соответственно, афелий определяется как r_a = a(1 + e). Чем больше эксцентриситет, тем сильнее различаются эти расстояния.

В перигелии орбитальная скорость тела максимальна, что прямо следует из второго закона Кеплера: радиус-вектор планеты описывает равные площади за равные промежутки времени, поэтому вблизи Солнца тело движется быстрее. Для Земли скорость в перигелии составляет около 30,3 км/с, тогда как в афелии — примерно 29,3 км/с.

Время прохождения перигелия называется моментом перигелийного прохождения. Для планет и комет оно вычисляется заранее и служит важным астрономическим параметром.

¶Перигелий Земли

Земля проходит перигелий ежегодно в начале января — обычно между 2 и 5 января. Расстояние до Солнца в этот момент составляет около 147,1 млн км, тогда как в афелии, достигаемом в начале июля, — примерно 152,1 млн км. Разница составляет около 5 млн км, или 3,4 %.

Распространённое заблуждение связывает смену времён года с изменением расстояния до Солнца. В действительности времена года определяются наклоном земной оси к плоскости орбиты, а не удалённостью от светила. Более того, в Северном полушарии перигелий совпадает с зимой, что наглядно опровергает эту гипотезу.

Из-за гравитационных возмущений со стороны Луны и других планет момент прохождения перигелия и его расстояние медленно меняются. Наблюдается также прецессия линии апсид: сама линия апсид земной орбиты поворачивается примерно на 11,6 угловой секунды в год.

¶Перигелий комет

Для комет понятие перигелия особенно важно, поскольку многие из них движутся по сильно вытянутым эллиптическим орбитам с большим эксцентриситетом. Вблизи перигелия комета нагревается солнечным излучением, что вызывает сублимацию льдов и образование комы и хвоста. Именно в этот период кометы наиболее ярки и доступны наблюдениям.

Некоторые кометы имеют очень малое расстояние перигелия. Например, комета Икея — Сэки прошла перигелий в 1965 году на расстоянии около 0,47 млн км от центра Солнца. Такие объекты, называемые околосолнечными кометами, часто разрушаются или испаряются при прохождении перигелия.

Периодические кометы, такие как комета Галлея, возвращаются к перигелию через регулярные промежутки времени. Комета Галлея проходит перигелий примерно каждые 75—76 лет; последнее прохождение состоялось в 1986 году, следующее ожидается в 2061 году.

¶Перигелий планет и других тел

У планет Солнечной системы расстояния в перигелии существенно различаются:

Меркурий обладает заметным эксцентриситетом (около 0,206), поэтому разница между перигелием и афелием у него значительна. Дополнительно орбита Меркурия испытывает аномальную прецессию перигелия, которая не объяснялась классической механикой Ньютона. Объяснение дала общая теория относительности Альберта Эйнштейна в 1915 году: дополнительный сдвиг перигелия возникает вследствие искривления пространства-времени вблизи массивного Солнца. Это стало одним из первых подтверждений теории.

¶Смежные понятия

В астродинамике и небесной механике используются родственные термины. Аргумент перицентра — угловой параметр, определяющий ориентацию орбиты. Перигелийное расстояние применяется при расчёте траекторий космических аппаратов: для выхода на межпланетную траекторию важно учитывать положение Земли относительно её перигелия.

Понятие перигелия используется также при описании орбит искусственных спутников вокруг Солнца и при анализе движения астероидов, особенно объектов, сближающихся с Землёй. Астероиды группы Атона и Аполлона имеют перигелий внутри орбиты Земли или вблизи неё, что делает их потенциально опасными.

¶Наблюдения и расчёты

Момент прохождения перигелия определяется путём точных астрометрических наблюдений и последующего решения задачи о движении тела. Для комет и малых тел используются методы численного интегрирования с учётом возмущений от планет. Эфемериды, публикуемые астрономическими организациями, содержат дату перигелийного прохождения с высокой точностью.

Источники: астрономические справочники по небесной механике; материалы по орбитальной динамике; данные эфемерид планет и комет.