Synodisk period

Den synodiska perioden eller den synodiska rotationsperioden (från forntida grekiska σύνοδος synodos " möte ") är tidsintervallet mellan tidpunkterna för successiva identiska positioner för en himmelkropp med avseende på jord och sol . Sett från jorden är himmelkroppen igen efter sin synodiska period i samma vinkel mot solen ( töjning ), till exempel igen i motsats (180 °) mittemot eller igen i kombination (0 °).

I astronomi är den genomsnittliga synodperioden den genomsnittliga tidsperioden, beräknad från opposition till opposition eller från en konjunktion till nästa, t.ex. från nymåne till nymåne för månen.

Grunderna

Efter en synodisk period är planeterna A och B återigen i samma konstellation i förhållande till solen; de har täckt de stigar som är markerade med pilar.

Hur lång tid det tar tills en himmelkropp som observeras från jorden åter tar samma position i förhållande till solen kallas dess synodiska period . Det beror på dess period och riktning. Med samma rotationsriktning för himmelkroppen och jorden runt solen, måste en av de två slutföra exakt en bana till tills en vinkel som är densamma när det gäller töjning uppnås igen, till exempel konjunktion eller motstånd (se intilliggande figur ).

Tiden fram till dess kan beräknas utifrån cirkulationshastigheten. De planeterna i den solsystemet alla omloppsbana solen i samma riktning ( prograd ), och ju längre bort, varar längre sin omloppsbana. Om en himmelsk kropp rör sig tre gånger snabbare än jorden runt solen, gör den en och en halv banor under ett halvt år på jorden. Om jorden är tre gånger snabbare än en himmelsk kropp kommer den att ha täckt en halv revolution efter ett och ett halvt år. Den synodiska perioden är i ett fall ett halvt år och i det andra fallet ett och ett halvt år.

Om en himmelkropp å andra sidan rör sig i motsatt riktning (retrograd) resulterar detta i en kortare varaktighet för sin synodiska period: om den roterar tre gånger snabbare än jorden täcker den tre fjärdedelar av sin bana under en fjärdedel av jordens årliga cykel; om det är tre gånger långsammare tar det tre fjärdedelar av ett år tills samma konstellation i förhållande till solen nås igen. Den synodiska perioden är därför ett kvartal eller ett trekvartalsår.

För observationen av himmelska fenomen, den astronomiska fenomenologin , är inte bara kunskapen om synodiska perioder intressant. Sidoreala perioder är också viktiga för himmelska mekaniska uppgifter : himmelens kropps omloppstider, bestämda för en fast stjärna (oändligt avlägset) som referenspunkt. Å andra sidan, tropiska perioder hänvisar till den vårdagjämningen , medan anomalistic perioder hänvisar till absider i den bana .

Nuvarande och mellersta synodiska perioden

Den nuvarande synodperioden fluktuerar runt ett medelvärde. Detta är vad som menas när den synodiska perioden nämns utan ytterligare detaljer . På grund av himmelkropparnas elliptiska banor är uppehållstiderna i de enskilda banorna olika. Jorden - till vilken en synodisk period vanligtvis kallas observationsplats - rör sig på sin bana runt solen med olika omlopps- och vinkelhastigheter. Under det norra vinterhalvåret är det närmare solen ( passeringen av perihelion , vid den punkt som ligger närmast solen, faller på ett datum mellan den 2 och 5 januari) och dess omloppshastighet är därför högre än under det norra sommarhalvåret ( aphelion passage mellan 3 och 6 juli). Detsamma gäller de andra himlakropparna, varför tidsperioden för en nuvarande synodisk period också beror på var jorden och det andra föremålet befinner sig på deras bana. Oregelbundenheter uppstår också av orbitala störningar orsakade av de återstående massorna i solsystemet. För mer komplicerade banor som månen och andra föremål som kretsar kring jorden (satelliter) eller andra mindre massiva himmellegemer är beräkningarna ännu mer komplexa.

Dimensionering och modifiering

Under en genomsnittlig synodisk period uppstår också olika värden beroende på vilket referensvärde som används som grund för förlängningen. Vanligt är den geocentriska förbindelsen med solen, med planeterna nära jorden eller med jordmånen vid nymånen. Medelvärdena beror också på den period under vilken medelvärdet tas. Eftersom himmellegemernas rörelser är föremål för långvariga periodiska förändringar å ena sidan och icke-periodiska förändringar å andra sidan, som blir tydliga på lång sikt (sekulär förändring): Månen rör sig längre och längre bort från jorden ökar därför dess genomsnittliga synodiska period kontinuerligt.

De synodiska periodvärdena som ges i litteraturen är i allmänhet - även om det är en typisk observatörsrelaterad kvantitet - relaterade till en heliosentrisk ekliptisk skillnad i längd på planetcentrerna och till jordens centrum ( geocentrisk ), mer exakt till jorden- månens tyngdpunkt . Då är den synodiska perioden oberoende av om och var observatören är på planeten A eller B eller på solen.

Beroende på hur länge en himmelkropps synodiska period är på dess genomsnittliga avstånd till solen - i astronomiska enheter (AU) under antagande av cirkulära banor - för observatörer på jorden

För platsjorden beror den observerade himmelskroppens synodiska period på deras genomsnittliga avstånd från solen, inställd i förhållande till avståndet mellan jorden och solen (1 AU ). Med en progressbana på ett kortare avstånd - som de inre planeterna - ökar perioden ju närmare avståndet från solen närmar sig jordens. Med en progradbana på större avstånd - som de yttre planeterna - minskar perioden med ökande avstånd från solen. Bilden motsatt visar dessa förhållanden för förenklade förhållanden förutsatt cirkulära banor.

Naturligtvis kan synodiska perioder också bestämmas för alla himmellegemer i solsystemet, till exempel i förhållande till Mars. Du skulle berätta för en astronaut på uppdrag till Mars vid vilka tidsintervaller de respektive himmellegemerna lyser särskilt starkt när du är på grannplaneten. Sett därifrån skulle den "synodiska perioden" för rymdstationen ISS vara annorlunda än den sett från jorden; en rymdman ombord upplever detta som tiden från soluppgång till soluppgång, cirka 1 12  timmar. Av särskild vetenskaplig betydelse är den synodiska perioden för en exoplanet , mätt i förhållande till dess centrala stjärna: Detta används för att bestämma dess sideperiod, runt vilken den synodiska perioden fluktuerar i förhållande till den årliga parallaxen för den avlägsna ”solen”. Kepler- omloppsperioden bestäms sedan från modellering av massorna på exoplaneten och dess sol.

Synodiska perioder i solsystemet

jorden

En synodic period är inte att ges för jorden , eftersom dess definition är relaterad till positionerna för himlakroppar med avseende på jorden och solen.

De periodvis upprepade rörelserna på jorden solen kommer med avseende på genom daglig rotation ( rotation och årlig cirkulation () Revolution ) tillsammans omkring. En solig dag är tidsperioden tills samma meridian pekar mot solen igen och solen kulminerar igen på de platser som vetter mot solen på denna longitud . Ett solår som ett tropiskt år är tidsperioden tills jordens lutande axel tar samma position mot solen och ett datum som är samma säsongsmässigt uppnås igen; det tar mindre än en fullständig omloppsbana runt jorden baserat på den fasta stjärnbakgrunden, ett sideriskt år .

måne

När det gäller månar är den synodiska perioden tiden mellan två identiska faser av månen . När det gäller jordens måne kallas det också lunation . Avvikande från planetdefinitionen är den synodiska perioden för månen baserad på den geocentriska längdskillnaden. Idag är det vanligt att mäta lunorna från nymåne till nymåne (eller från sammankoppling till konjunktion) - i historisk astronomi var fullmånen referensvalet på grund av observerbarhet .

Medelvärdet kallas den synodiska månaden och är 29,5306 d eller 29 dagar, 12 timmar, 44 minuter; den representerar grundvärdet för månaden för tidsberäkningen, men de enskilda lunationerna fluktuerar och avviker från denna genomsnittliga varaktighet med upp till cirka 7 timmar; med det hittills observerade fluktuationsområdet (upp till 6 timmar 12 minuter kortare och upp till 7 timmar 15 minuter längre än medelvärdet) är en lunation som den verkliga synodperioden mellan 29,27 och 29,83 dagar.

Planeter

För planeter som kretsar runt solen på ett genomsnittligt avstånd som är mindre än 2 2/3 ≈ 1,59 gånger så långt som jorden (1,00 AU ) - det vill säga kvicksilver , Venus och Mars - är deras sidorunda omloppstid kortare än respektive synodisk period . Tiden fram till återkomst av samma fas med samma förlängningsvinkel jord-sol-planet varar därför längre än den himmelska kroppens sidobana runt solen.

Synodiperioden (lila) och sidorealperioden (blå streckad) av planeter beror på olika sätt på banans radie (antagna cirkulära banor) - om avståndet från solen är mer än cirka 1,59 AU är den synodiska perioden kortare än sidstidsperiod

Venus kretsar till exempel solen i samma riktning som jorden, men med ett medelavstånd på cirka 0,72 AU som den inre planeten , springer den mycket snabbare bort (se tredje Keplers lag ) och tar tillbaka den efter nästan 2,6 sidobanor en . Under denna tid täckte jorden 1,6 banor, Venus synodiska period varar 1,6 år, cirka 584 dagar. En lika lång synodisk period skulle också resultera i en fiktiv himmelkropp som täckte strax under 0,6 banor på knappt 1,6 år, dvs skulle ha en sidobana-period på nästan 1000 dagar. Mars kretsar kring solen på cirka 687 dagar med ett genomsnittligt solavstånd på 1,52 AU som en yttre planet, betydligt långsammare än jorden. Detta cirklar solen 2.135 gånger på 780 dagar, Mars 1.135 gånger under denna tid, tills en konstellation med samma förlängningsvinkel nås igen. Mars synodiska period är alltså också större än dess sideperiod.

En fiktiv inre planet eller solsatellit vars programbana runt solen varade 910 av ett år skulle få en betydligt högre synodisk period. Från sin vinkelhastighet av 10 / 9 rundor per år i förhållande till jorden med exakt ett varv per år, skulle en relativ vinkelhastighet resultera genom 1 / 9 banor per år. Ergo skulle det ta 9 år tills det skulle ha fått jorden igen efter tio av sina solbanor. Detsamma gäller en fiktiv yttre planet med en omloppstid på 910 år, som jorden skulle komma ikapp efter 10 banor, medan den skulle ha kretsat solen nio gånger. I båda fallen varar den synodiska cykeln längre än den sidor.

Endast med mer avlägsna himlakroppar med ett genomsnittligt avstånd på mer än 1,59 AU till solen, såsom de stora yttre planeterna, är den synodiska perioden mindre än den sidorida, som nu är mer än två år. Under denna tid gör jorden mer än två banor och överträffar därmed himmelkroppen. På grund av dess låga omloppshastighet bestämmer jordens omloppsperiod i allt högre grad den synodiska perioden när avståndet ökar. Ju mer avlägsen en planet är, desto långsammare skiftar den mot stjärnhimlen; den synodiska perioden närmar sig 1 år med ökande avstånd, eftersom planeten är nästan stillastående sett från jorden .

För himlakroppar som kretsar om solen på mindre än 0,5 2/3 ≈ 0,63 AU, är den synodiska perioden kortare än 1 år, eftersom de kräver mindre än ett halvt år i omlopp och så har två banor på mindre än ett år redan slungat jorden. Sett från jorden kan dessa himmelskroppar vara i lägre konjunktion mer än en gång inom ett år. För kroppar i en omloppsbana med en halvhuvudaxel på mer än 0,63 AU varar den synodiska perioden dock över ett år. Det blir större ju mindre medelavståndet från solen skiljer sig från jordens (se exemplet ovan med 9 eller 10 år). Med en stor halvaxel på cirka 1 AU är den synodiska rotationsperioden mycket lång. För yttre planeter minskar den synodiska perioden igen med ökande avstånd och närmar sig slutligen ett år.

tabell

Följande tabell innehåller gånger under hela medel synodic perioder av planeterna i det solsystemet , en kropp i asteroidbältet och trans Neptunes , liksom jordens måne (som anges i dagar och kalenderåren ); för jämförelse anges respektive genomsnittliga sideperiod i dagar i den andra kolumnen från vänster :

objekt mellersta
sideperioden
mellersta
synodiska perioden
sann
synodisk period
fluktuation
måne 00027,32 dagar 029,53 dagar 0,081 0år 29.27 till 29.83 dagar ± 0,9%
Kvicksilver 00087,97 dagar 115,88 dagar 0,317 0år 106 till 130 dagar
Venus 00224,7 0dagar 583,92 dagar 1 599 0år 0=
1 år 218,7 0dagar
579 till 589 dagar ± 1%
Mars 00687,0 0dagar 779,94 dagar 2.135 0år 0=
2 år 49.5 0dagar
764 till 811 dagar ± 3%
Ceres 01682 00dagar 466,72 dagar 1,278 0år 0=
1 år 101,5 0dagar
Jupiter 04333 00dagar 398,88 dagar 1.092 0år 0=
1 år 033,6 0dagar
Saturnus 10750 00dagar 378,09 dagar 1.035 0år 0=
1 år 012,8 0dagar
Uranus 30690 00dagar 369,66 dagar 1.012 0år 0=
1 år 4,4 dagar 000
Neptun 60190 00dagar 367,49 dagar 1.006 0år 0=
1 år 2.2 dagar 000
Pluto 90500 00dagar 366,73 dagar 1,004 0år 0=
1 år 1,5 dagar 000
Quaoar 1,05 x 10 5 dagar 366,54 dagar 1,0036 år 0=
1 år 1,3 dagar 000
Sedna 04,0 × 10 6 dagar 365,29 dagar 10001 år 0=
1 år 0,05 dagar 00

Kulturell betydelse

Solens dagliga höjd är lätt att observera, månens är inte så lätt. Vad som märks mer här är förändringen i månens faser , som beror på den vinkel under vilken den solbelysta halvan av månen dyker upp. Sett från jorden står solen och månen mitt emot varandra när månen är full, motsatt kulminerar månen sedan vid midnatt. Detta är fallet igen efter en synodisk period av månen, en månad senare.

I månkalendrarna för olika kulturer blir denna tidsperiod grundläggande för en tidsram för olika socialt organiserade processer. Den aktuella månaden härleds också från denna period, som en tidsperiod som delar upp årets gång i sektioner med säsongsupprepningar. Även religiösa festivaler som påsk eller påsk behandlas ännu av månen eller fullmånen på våren (se datum för påsk ). Den kalender av Mayans ansåg dessutom synodsna av planeten Venus . De tidiga indiska astronomernas prestation återspeglas i kalendersystemet för den vediska traditionen, där man får en detaljerad uppdelning av månaden genom att observera månens dagliga sidorörelse.

Men varken månens sidor eller synodiska perioder har konstant varaktighet. Medelvärden används därför för orientering.

Se även