Elongacja wschodnia Wenus

  • Post author:
  • Post published:2 czerwca 2023
  • Post category:Kosmos

Autor: dr Grzegorz Duniec, CMM IMGW-PIB

Maksymalna elongacja planety

W dniu 22 października 2022 roku o godzinie 21 UTC nastąpiło złączenie górne Wenus ze Słońcem [1]. Planeta wówczas była po przeciwnej stronie Słońca. Od chwili złączenia, ze względu na szybsze poruszanie się Wenus na tle gwiazd niż Słońca, Wenus zaczęła oddalać się od Słońca w kierunku wschodnim. W tym okresie widzialność planety nie była dobra. Zarówna przed złączeniem górnym jak i po nim, średnio łącznie około 90 dni, planeta nie jest widoczna dla obserwatora z Ziemi. Ostatnie złączenie górne wystąpiło w niekorzystnym położeniu na ekliptyce, co skutkowało tym, że na dobre warunki do obserwacji należało dłużej poczekać. Była jednak warto. Korzystne w 2023 roku położenie planety na ekliptyce pozwoliło na dogodne obserwacje Wenus. Planeta zachodziła coraz później. Od 27 kwietnia 2023 roku Wenus zachodziła już po północy[1]. W dniach 17-20 maja 2023 roku zachód Wenus następował najpóźniej (w odniesieniu do Polski centralnej). W Łodzi Wenus zanurzała się pod horyzont dopiero o 00:27. Maksymalną deklinację północną +26°05’03,6” Wenus osiągnęła 10 maja 2023 roku w godzinach popołudniowych. W najbliższą niedzielę, 4 czerwca, planeta będzie najdalej oddalona od Słońca. Maksymalna elongacja wschodnia planety wystąpi dokładnie 4 czerwca 2023 roku o godzinie 11 UTC [2]. Tegoroczny maksymalny kąt elongacji wschodniej wyniesie 25°24’E. Od tej chwili odległość planety względem Słońca zacznie się zmniejszać, jednak nadal będzie się na tle gwiazd poruszać ruchem prostym, chociaż coraz wolniej. Dopiero 21 lipca 2023 roku osiągnie stanowiska wschodnie i od tego momentu rozpocznie się ruch retrogradacyjny. Planeta zacznie się poruszać ruchem wstecznym na tle gwiazd, aby 13 sierpnia 2023 roku o godzinie 13, nastąpiła koniunkcja dolna planety ze Słońcem. Wówczas Wenus będzie znajdowała się między Słońcem a Ziemią [2].

Tegoroczne maksymalna elongacja wschodnia nie należy do największych. Przyczyny należy upatrywać w położeniu Ziemi na orbicie. Ziemia zbliża się do aphelium orbity, które w tym roku zostanie osiągnięte przez Ziemię 7 lipca 2023 roku o godzinie 00:06 [2]. Orbita Wenus jest praktycznie kołowa, mimośród orbity wynosi zaledwie 0,00678. Tak mały mimośród nie wpływa w sposób aż tak istotny na termin występowania ekstremalnie maksymalnej elongacji wschodniej lub zachodniej, jak to ma miejsce w wypadku Merkurego. W ostatnich latach ekstremalnie (kąt elongacji powyżej 47°) maksymalna elongacja wschodnia Wenus przypadała na listopad [3,4,5]:

  1. 6 listopada 1997 roku – maksymalna elongacja wschodnia – 47°08’ E
  2. 3 listopada 2005 roku – maksymalna elongacja wschodnia – 47°06’ E
  3. 1 listopada 2013 roku – maksymalna elongacja wschodnia – 47°04’ E
  4. 29 października 2021 roku – maksymalna elongacja wschodnia – 47°02’ E
  5. 27 października 2029 roku – maksymalna elongacja wschodnia – 47°01’ E
  6. 25 października 2037 roku – maksymalna elongacja wschodnia – 46°59’ E

Obecnie kąt ekstremalnie maksymalnej elongacji wschodniej maleje i przypada od 2021 roku na październik. W 2037 roku wartość kąta zmaleje poniżej 47° [4]. Rozpisując wstecz terminy wystąpienia kolejnych ekstremalnie maksymalnych elongacji wschodnich, zauważyć można, że kąt maksymalnej elongacji wschodniej osiągnął maksimum 11 grudnia 1877 roku i wynosił 47°19’04,08” E [3].

Drugim okresem, kiedy przypada ekstremalnie (kąt elongacji powyżej 47°) maksymalna elongacja wschodnia planety, to styczeń [3,4,5]:

  1. 17 stycznia 2001 roku – maksymalna elongacja wschodnia – 47°06’ E
  2. 14 stycznia 2009 roku – maksymalna elongacja wschodnia – 47°07’ E
  3. 12 stycznia 2017 roku – maksymalna elongacja wschodnia – 47°09’ E
  4. 10 stycznia 2025 roku – maksymalna elongacja wschodnia – 47°10’ E
  5. 07 stycznia 2033 roku – maksymalna elongacja wschodnia – 47°11’ E
  6. 05 stycznia 2041 roku – maksymalna elongacja wschodnia – 47°12’ E

Wypisując kolejne terminy maksymalnych elongacji wschodnich okazuje się, że kąt elongacji osiągnie maksimum 47°18’24,84” E, 10 grudnia 2128 roku [3]. W tym wypadku występuje sytuacja przeciwna. Wartość kąta maksymalnego oddalenia od Słońca wzrasta.

Źródło: Jean Meeus, Mathematical Astronomy Morsels IV, 2007, Willmann-Bell, Inc.

Okres synodyczny Wenus, czyli okres jaki upływa między np. dwiema koniunkcjami dolnymi lub górnymi wynosi średnio 584 dni. Prostym rachunkiem matematycznym można wykazać, że co 8 lat, termin koniunkcji dolnej/górnej lub maksymalnej elongacji wschodnie/zachodniej przypada mniej więcej w tym samym terminie. Zatem ekstremalnie maksymalne elongacje wschodnie jak i zachodnie powtarzają się co 8 lat.

Z symulacji numerycznych obejmujących okres 8000 lat (od -2000 do 6000) wynika, że ekstremalnie maksymalne elongacje występują w średnim interwale czasowym 236 lat [3]. Jak wskazuje obliczenia ekstremalne maksymalne elongacje występują także w interwałach czasu 227 lat, 235 lat lub 243 lat [3]. Rzadziej w interwale 219 lat [3].

Źródło: Jean Meeus, Mathematical Astronomy Morsels IV, 2007, Willmann-Bell, Inc.

Z mechaniki nieba wiadomo, że obecnie mimośród orbity ziemskiej maleje, podobnie jak mimośród orbity Wenus.

Źródło: Jean Meeus, More Mathematical Astronomy Morsels, 2002, Willmann-Bell, Inc.

Źródło: Jean Meeus, More Mathematical Astronomy Morsels, 2002, Willmann-Bell, Inc.

W przeszłości wartości obu mimośrodów były większe, a zatem w przeszłości występowały większe ekstremalne maksymalne elongacje wschodnie. Z obliczeń obejmujących okres od -2000 do 6000 roku wynika, że ekstremalnie maksymalna elongacja wschodnia osiągnięta została 17 października -1883 roku i kąt elongacji wschodniej wynosił 47°30’06,48” E. Od tej chwili obserwuje się systematyczne zmniejszanie ekstremalnej wartości kąt elongacji wschodniej [3].

Źródło: Jean Meeus, Mathematical Astronomy Morsels IV, 2007, Willmann-Bell, Inc.

W wypadku maksymalnej elongacji zachodniej również występują ekstremalne maksymalne elongacje zachodnie. Z symulacji numerycznych obejmujących 8000 lat (od -2000 do 6000 roku) wynika, że ekstremalna maksymalna elongacja zachodnia o wartości kąta elongacji 46°54’46,08” wystąpiła 18 listopada -1766 roku. Od tego czasu obserwuje się tendencję wzrostową. Pierwszego kwietnia 5982 roku zastanie osiągnięta ekstremalnie maksymalna elongacja zachodnia o kącie elongacji równym 46°59’17,52” [3].

Źródło: Jean Meeus, Mathematical Astronomy Morsels IV, 2007, Willmann-Bell, Inc.

Analizując kąty maksymalnych elongacji wschodnich i zachodnich Wenus zauważyć można, że w obecnych czasach ekstremalnie maksymalny kąt elongacji wschodniej jest większy od ekstremalnego kąta maksymalnej elongacji zachodniej. Różnica ta jednak zmniejsza się. W -1800 roku wynosiła 0°35’. Około 2200 roku zmaleje do 0°20’. W 5900 roku różnica zmniejszy się do zaledwie 0°08’ [3].

Fazy Wenus

Źródło: Stanisław R. Brzostkiewicz, Wenus siostra Ziemi, Nasza Księgarnia, 1988.

Wenus jako planeta wewnętrzna przechodzi przez pełen cykl faz [6]. Podczas koniunkcji dolnej znajduje się między Słońcem a Ziemią. Obserwator nie widzi wówczas powierzchni planety. Oświetlona część powierzchni zwrócona jest do Słońca, czyli tyłem do obserwatora ziemskiego. Wenus jest wówczas w fazie nowiu. Planeta poruszając się po orbicie zaczyna oddalać się od Słońca na tle gwiazd. Wenus porusza się ruchem wstecznym, jednak jej prędkość na tle gwiazd zaczyna powoli zmniejszać się. Obserwator obserwuje cienki sierp planety na porannym niebie[2], analogicznie jak w wypadku Księżyca. Pierwszy obserwowany wschód Wenus po złączeniu dolnym ze Słońcem nazywa się heliakalnych wschodem. Sierp planety powoli rośnie. Po około 72 dniach planeta znajduje się w maksymalnej elongacji zachodniej[3]. Wcześniej planeta osiągnęła stanowisko zachodnie, czyli punkt na tle gwiazd, gdzie jej prędkość wynosiła zero. Po osiągnięciu stanowiska zachodniego planeta zmienia kierunek ruchu z retrogradacyjnego (czyli wstecznego) na prosty. Podczas elongacji zachodniej obserwator obserwuje połowę oświetlonej przez Słońce powierzchni planety. Wenus jest w pierwsze kwadrze. W ciągu 220 dni między elongacją zachodnią a koniunkcją górną, obserwator ma szanse obserwować coraz to większą część oświetlonej powierzchni Wenus przez Słońce. Bogini Miłości jest w fazie garbatej wzrastającej. Jednocześnie planeta oddala się od Ziemi, zatem jej rozmiary kątowe stają się coraz mniejsze [6].

Rozmiary kątowe Wenus podczas cyklu faz. Źródło: Stanisław R. Brzostkiewicz, Wenus siostra Ziemi, Nasza Księgarnia, 1988.

Kiedy planeta znajdzie się po przeciwnej stronie Słońca, wówczas zachodzi złączenie górne. Gdyby nie Słońce obserwator mógłby obserwować całą oświetloną przez Słońce powierzchnię, czyli pełnię Wenus. Podczas złączenia górnego Wenus jest w największej odległości od Ziemi, zatem rozmiary kątowe planety są najmniejsze. W okolicach koniunkcji górnej przez łącznie około 90 dni Wenus jest niewidoczna dla obserwatora z Ziemi. Po złączeniu górnym Wenus ze Słońcem planeta na tle gwiazd oddala się od Słońca. Obserwator ziemski może obserwować fazę garbatą malejącą, na niebie wieczornym. Po kolejnych 220 dniach planeta osiągnie maksymalną elongację wschodnią, a obserwator powinien widzieć połowę oświetlonej powierzchni planety. Wenus jest w III kwadrze. Od tej chwili Ziemianin obserwuje malejący sierp planety. Ponieważ planeta zbliża się do Ziemi zatem jej rozmiary kątowe wzrastają. Po osiągnięciu elongacji wschodniej Wenus nadal porusza się ruchem prostym. Jej odległość względem Słońca zaczyna się zmniejszać, a prędkość planety na tle gwiazd maleje. W końcu planeta osiąga stanowisko wschodnie. Prędkość planety wynosi zero i następuje zmiana kierunku ruchu planety z ruchu prostego na wsteczny. Po 72 dniach nastąpi koniunkcja dolna, wówczas ponownie Wenus znajduje się w fazie nowiu. Tuż przed koniunkcją dolną obserwator widzi wąski sierp planety, którego rogi sięgają więcej niż połowa półokręgu za co odpowiada obecność atmosfery Wenus. Pełen cykl zachodzi w ciągu 584 dni, który nazywamy okresem lub obiegiem synodycznym [8]. Pełen okres synodyczny można podzielić na cztery podokresy [6]:

  1. Podczas złączenia dolnego Wenus nie jest widoczna przez 8 dni;
  2. Przez 236 dni planeta jest widoczna na niebie porannym;
  3. Podczas złączenia górnego Wenus nie jest widoczna przez około 90 dni;
  4. Przez 250 dni planeta jest widoczna na niebie wieczornym.

Źródło: Stanisław R. Brzostkiewicz, Wenus siostra Ziemi, Nasza Księgarnia, 1988.

W ciągu obiegu synodycznego trwającego 584 dni, przez 542 dni planeta porusza się ruchem prostym, natomiast przez 42 dni ruchem wstecznym [8].

Jak już wspomniano wyżej podczas ruchu orbitalnego występują takie dwa położenia planety, które dla obserwatora ziemskiego są w maksymalnej elongacji wschodniej lub zachodniej, podczas których, jak sugerowano wyżej, obserwator powinien widzieć tarczę planety oświetloną w 50%.

Mechanika powstawania faz planet wewnętrznych na przykładzie Wenus. Źródło: Stanisław R. Brzostkiewicz, Wenus siostra Ziemi, Nasza Księgarnia, 1988.

Czy tak jest rzeczywiście? Otóż, kiedy orbity obu planet byłyby kołowe wówczas byłoby to prawdą. Rzeczywistość jest inna. Obie planety poruszają się po orbitach eliptycznych. Mimośród orbity ziemskiej wynosi 0,01671. Wenus natomiast porusza się po orbicie o mimośrodzie 0,00678, czyli po prawie kołowej orbicie. W zależności od położenia planet na orbitach względem ich peryheliów, podczas maksymalnej elongacji wschodniej lub zachodniej, powierzchnia planety wewnętrznej może być oświetlona powyżej lub poniżej 50 %. Maksymalna elongacja planety nie zbiega się z fazą kwadry, chociaż w wyniku sprzyjających okoliczności może tak się zdarzyć.

Dla Wenus wielkość oświetlenia powierzchni planety, podczas maksymalnej elongacji wschodniej lub zachodniej, nieznacznie różni się od 50 %. Wielkość oświetlenia podczas maksymalnej elongacji waha się od F=0,487 (podczas elongacji w dniu 24 VIII 1994 roku), do F=0,512 (podczas elongacji w dniu 17 I 2001 roku) [7].

Jasność Wenus

Wenus jest najjaśniejszą planetą na naszym ziemskim niebie. Podczas obiegu synodycznego jasność Wenus zmienia się. Maksimum jasności nie jest osiągane podczas elongacji wschodniej czy zachodniej. Jak wynika z obserwacji popartych obliczeniami, Wenus osiąga maksimum blasku na około 35 dni przed lub po złączeniu dolnym [9].

Warunki widzialności Wenus 4 VI 2022 roku

Czwartego czerwca 2023 roku Słońce zajdzie o godzinie 20:55 (czas podano dla Łodzi). Zmierzch cywilny będzie trwał do 21:39, zaś zmierzch żeglarki będzie trwał do godziny 22:52[4][5]. Ponieważ Słońce nie zanurza się poniżej 18° pod horyzont zatem noc astronomiczna nie wystąpi. Wenus będzie można obserwować w gwiazdozbiorze Raka. Wenus będzie można podziwiać na niebie do godziny 00:12 (czas podano dla Łodzi),
5 czerwca 2023 roku. Dla pozostałych miejscowości czasy mogą się różnić o kilka minut. Jasność planety wyniesie -4m,19. Wenus będzie oddalona od Ziemi o 0,706296 AU[6].

Spoglądając na Wenus przez lunetę spostrzeżemy, że 49,579 % tarczy Wenus będzie oświetlone przez Słońce. W chwili dokładnej maksymalnej elongacji wschodnie faza Wenus wyniesie 49,747 %, Wenus będzie tuż po III kwadrze.

Wygląd nieba w dniu 4 VI 2023 roku o godzinie 22. Źródło: https://stellarium-web.org/

Wygląd nieba w dniu 4 VI 2023 roku o godzinie 23:50. Źródło: https://stellarium-web.org/

Faza Wenus w dniu maksymalnej elongacji wschodniej. Źródło: https://stellarium-web.org/

Literatura

  1. Tomasz Ścieżor, Almanach Astronomiczny na rok 2022, Polskie Towarzystwo Astronomiczne, Warszawa 2021.
  2. Tomasz Ścieżor, Almanach Astronomiczny na rok 2023, Polskie Towarzystwo Astronomiczne, Warszawa 2022.
  3. Jean Meeus, Mathematical Astronomy Morsels IV, 2007, Willmann-Bell, Inc.
  4. Jean Meeus, Astronomy Tables of The Sun, Moon and Planets, Third Edition, 1983-2015, Willmann-Bell, Inc.
  5. Tomasz Ścieżor, Almanach Astronomiczny na rok 2021, Polskie Towarzystwo Astronomiczne, Warszawa 2020.
  6. Stanisław R. Brzostkiewicz, Wenus siostra Ziemi, Nasza Księgarnia, 1988.
  7. Jean Meeus, More Mathematical Astronomy Morsels, 2002, Willmann-Bell, Inc.
  8. Stefan Wierzbiński, Wstęp do astronomii matematycznej, Księgarnia Akademicka, Spółdz. z Odp. Udz. Poznań 1950.
  9. Hannau Karttunen, Pekka Kroger, Heikki OJa, Markku Poutanwen, Karl Johan Donner, Astronomia ogólna, PWN, 2020
  10. https://stellarium-web.org/
  11. http://www.calendar.k-ce.pl/index.php.
  12. „Periapsis”, Autor: Bartosz Wojczyński, Wydawca: AstroCD – Sylwia Substyk