Расстояние от Земли до Марса

Расстояние от Земли до Марса — величина, изменяющаяся во времени из-за движения обеих планет по эллиптическим орбитам вокруг Солнца. Минимальное расстояние составляет около 54,6 миллиона километров, максимальное — около 401 миллиона километров. Среднее расстояние между планетами оценивается примерно в 225 миллионов километров.

Природа изменения расстояния

Марс и Земля обращаются вокруг Солнца с разными периодами: Земля — за 365,25 суток, Марс — за 687 земных суток. Из-за разницы скоростей и радиусов орбит дистанция между планетами непрерывно меняется. Орбита Марса заметно вытянута (эксцентриситет около 0,093), что дополнительно усиливает колебания расстояния.

Ключевые точки сближения:

• Противостояние — момент, когда Марс и Земля находятся на одной прямой с Солнцем, а Земля расположена между Солнцем и Марсом. В это время расстояние минимально.
• Соединение — Марс находится за Солнцем относительно Земли, расстояние максимально.

Великие противостояния

Противостояния повторяются каждые 26 месяцев (синодический период Марса — 779,94 суток). Однако из-за эллиптичности марсианской орбиты не все противостояния одинаковы. Когда противостояние происходит вблизи перигелия Марса (ближайшей к Солнцу точки его орбиты), расстояние сокращается до рекордных значений. Такие события называют великими противостояниями; они случаются раз в 15–17 лет.

Последнее великое противостояние наблюдалось 27 июля 2018 года, когда расстояние составило 57,6 миллиона километров. Ближайшее за последние столетия противостояние произошло 27 августа 2003 года — 55,76 миллиона километров. Следующее великое противостояние ожидается в сентябре 2035 года.

Численные значения

Теоретический минимум в 54,6 миллиона километров достигается, если противостояние совпадает с перигелием Марса и афелием Земли одновременно; на практике такие точные совпадения не фиксировались.

Время в пути

Расстояние напрямую определяет длительность перелёта к Марсу. Космические аппараты не летят по прямой: они движутся по гомановской траектории — полуэллипсу, касательному к орбитам обеих планет. Такой перелёт занимает около 259 суток. Реальные миссии варьируются от 128 до 350 суток в зависимости от стартового окна, мощности двигателей и выбранной траектории.

Примеры длительности перелётов:

• Mariner 4 (США, 1964) — 228 суток;
• Mars Odyssey (США, 2001) — 200 суток;
• Mars Science Laboratory (США, 2011) — 253 суток;
• «ЭкзоМарс-TGO» (Европа/Россия, 2016) — 213 суток;
• «Тяньвэнь-1» (Китай, 2020) — 202 суток.

Задержка сигнала

Радиосигнал распространяется со скоростью света (около 300 тысяч километров в секунду). Время прохождения сигнала от Земли до Марса варьируется:

• при минимальном расстоянии — около 3 минут;
• при среднем — около 12,5 минуты;
• при максимальном — около 22,3 минуты.

Эта задержка — одна из ключевых проблем управления марсоходами и орбитальными аппаратами: команды с Земли нельзя передавать в реальном времени, поэтому роверы оснащаются системами автономной навигации.

Методы измерения

До середины XX века расстояние до Марса определяли методами тригонометрического параллакса: наблюдатели в разных точках Земли одновременно фиксировали положение планеты на фоне далёких звёзд. С 1960-х годов применяются радиолокационные измерения: радиоимпульс отражается от поверхности Марса, и по времени возврата вычисляется точное расстояние с погрешностью в десятки метров.

Современные миссии используют также доплеровские измерения и лазерную дальнометрию (в перспективе), однако радиолокация остаётся основным методом.

Практическое значение

Точное знание расстояния необходимо для:

• расчёта стартовых окон — периодов, когда взаимное расположение планет позволяет запустить аппарат с минимальными затратами топлива;
• коррекции траектории в полёте;
• планирования посадки и работы аппаратов на поверхности;
• прогнозирования радиационной обстановки (чем дальше от Солнца, тем выше уровень космического излучения).

Окно запуска открывается примерно раз в 26 месяцев незадолго до противостояния. Пропуск окна означает ожидание следующего цикла либо значительное увеличение расхода топлива.

Расстояние в астрономических единицах

В астрономии расстояние между планетами часто выражают в астрономических единицах (а. е.), где 1 а. е. равна среднему расстоянию от Земли до Солнца (около 149,6 миллиона километров). Расстояние от Земли до Марса в а. е. составляет:

• минимальное — около 0,37 а. е.;
• среднее — около 1,5 а. е.;
• максимальное — около 2,68 а. е.

Исторические представления

В древности и Средневековье расстояние до Марса не измеряли; считалось, что планеты движутся по хрустальным сферам. Первую оценку расстояния до Марса получил Джованни Кассини в 1672 году, использовав параллакс, измеренный из Парижа и Кайенны; его результат — около 140 миллионов километров — был довольно близок к среднему расстоянию. В XIX веке уточнённые измерения параллакса позволили вычислить размер Солнечной системы. Современные радиолокационные измерения начались в 1961 году, когда американские и советские учёные независимо провели первые успешные радиолокационные контакты с Марсом.

Источники

• Кононович Э. В., Мороз В. И. «Общий курс астрономии» — М.: Едиториал УРСС, 2004.
• Бронштэн В. А. «Как движется Луна?» — М.: Наука, 1990.
• Данные Лаборатории реактивного движения NASA (JPL) по планетарным эфемеридам.
• Сурдин В. Г. «Астрономия: век XXI» — Фрязино: Век 2, 2007.