Opozycja Marsa - co to takiego?

W artykule wyjaśniamy pojęcie "opozycja Marsa", czy ogólniej "opozycja planety".

Różne średnice kątowe Marsa na niebie w 2020 roku. Sekwencja zdjęć pokazuje zmianę kątowych rozmiarów Marsa podczas jego zbliżania do Ziemi w ciągu ostatnich kilku miesięcy. Wyraźnie pomarańczowy Mars jest obecnie widoczny niemal przez całą noc, odbijając w stronę Ziemi więcej światła słonecznego niż Saturn i Jowisz. Jednak nawet najbliższy i największy Mars będzie ponad 100 razy mniejszy niż Księżyc w pełni. Źródło: APOD.pl

Aby zrozumieć, na czym polega zjawisko opozycji planety zewnętrznej, takiej jak Mars, musimy najpierw uświadomić sobie w pełni geometrię Układu Słonecznego.

Po pierwsze, jego planety poruszają się po bardzo oddalonych od siebie orbitach. W rzeczywistości prezentowane czasem w szkołach i na pokazach, naiwne modele naszego układu nieco fałszują rzeczywistość, a prawdziwe odległości pomiędzy planetami są ogromne – aby się o tym przekonać, wystarczy znaleźć rzeczywiste rozmiary Słońca i przeskalować je do kuli o średnicy jednego metra, a następnie tak samo przeskalować planety i dystanse między nimi. Ćwiczenie to daje wiele do myślenia, zatem zostawiamy je do samodzielnego wykonania zainteresowanym czytelnikom.

Planety okrążają też Słońce w różnym tempie. Podczas gdy Ziemi zajmuje to oczywiście rok, Marsowi już blisko dwa lata, a dużo bardziej odległemu Saturnowi prawie 30 ziemskich lat. Planety naszego układu (wbrew temu, co zdają się pokazywać kolorowe ilustracje w książkach o astronomii) nie krążą więc wokół swej macierzystej gwiazdy jedna po drugiej w tej samej linii, znajdując się jak gdyby na tym samym promieniu orbity – ze względu na III Prawo Keplera nie jest to nawet możliwe. Są silnie rozproszone wokół Słońca, choć trzymają się przy tym z grubsza tej samej płaszczyzny ekliptyki. Ale dzięki temu, że ich wzajemny ruch orbitalny jest tak złożony, a odległości je dzielące tak duże, możliwe jest występowanie szczególnych okresów czasu, w których dana planeta znajduje się dużo bliżej Ziemi niż zazwyczaj – dzięki czemu jest na naszym niebie jaśniejsza i lepiej widoczna.

Wenus na przykład krąży dużo bliżej Słońca niż Ziemia. Jej orbita w całości leży wewnątrz orbity ziemskiej, obserwowana więc na niebie planeta nie może oddalić się od Słońca bardziej niż o określony kąt. Możemy ponadto obserwować ją w szczególności w koniunkcji górnej, czyli wtedy, gdy jest ona najdalej od Ziemi i znajduje się już za Słońcem, i w koniunkcji dolnej – gdy znajduje się dokładnie pomiędzy Ziemią a Słońcem, a więc znacznie bliżej nas, a jej rozmiar kątowy na niebie jest największy (ostatnio miało to miejsce niedawno, w czerwcu 2020 roku).

Z Marsem, a także innymi planetami zewnętrznymi, w tym Jowiszem i Saturnem, sytuacja jest nieco bardziej skomplikowana. Planety te okrążają Ziemię w przybliżeniu w tej samej płaszczyźnie co inne, jednak mogą już oddalać się od Słońca na dowolne odległości kątowe, bowiem ich orbity geometrycznie usytuowane są na zewnątrz orbity ziemskiej. Można też wyobrazić sobie to tak, że planety te leżą znacznie dalej od Słońca, zatem z Ziemi możemy na nie patrzeć także w kierunku „na zewnątrz” Układu Słonecznego; z kolei blisko Słońca widzimy je wtedy, gdy znajdą się blisko niego, a więc po jego przeciwnej stronie niż w danej chwili znajdować się będzie Ziemia. Takie wzajemne ustawienie się planety zewnętrznej i Ziemi naprzeciw siebie, po obu „stronach” względem Słońca, nazywamy koniunkcją planety górnej. Wówczas planeta ta jest maksymalnie oddalona od Ziemi.

Na ilustracji: Schemat występowania opozycji i koniunkcji w przypadku Ziemi, Wenus i Marsa.

Źródło: Wiki/Wmheric

Nie ma jednak możliwości, by – tak jak w przypadku Wenus czy Merkurego – jakakolwiek planeta górna w naturalny sposób znalazła się między Ziemią a Słońcem, bo wówczas jej orbita musiałaby zawrzeć się wewnątrz orbity Ziemi. Może mieć natomiast miejsce jeszcze inne wzajemne położenie orbitalne takich ciał, zachodzące, gdy znajdują się one chwilowo na jednej linii łączącej je ze Słońcem, przy czym planeta zewnętrzna znajduje się po przeciwnej stronie Ziemi względem Słońca (innymi słowy, Ziemia jest wtedy dokładnie pomiędzy Słońcem a, przykładowo, Marsem). Zjawisko to  nazywamy opozycją. Odpowiada to dokładnie największemu zbliżeniu danej planety zewnętrznej do Ziemi – odległości pomiędzy nimi są wówczas w przybliżeniu najmniejsze, bowiem ich orbity są do siebie maksymalnie zbliżone, a sama planeta zewnętrzna świeci na niebie najjaśniej (jej rozmiar kątowy jest wtedy największy ze względu na małą odległość). Dodatkowo widoczna z Ziemi powierzchnia planety jest maksymalnie oświetlona promieniami Słońca.

Na ilustracji: Schemat orbity Ziemi i Marsa.

Źródło: Wiki/Todd K. Timberlake/Francisco Esquembre

Planetę w opozycji można obserwować przez całą noc, przy czym najlepiej widoczna będzie w środku nocy, na niebie południowym. W przypadku Marsa tegoroczna opozycja ma miejsce 13 października 2020 r. Warto zatem mimo jesiennej aury „zapolować” na czyste niebo i spróbować spojrzeć na niezwykle jasną Czerwoną Planetę, bowiem kolejna taka okazja pojawi się dopiero za dwa lata, w grudniu 2022 roku. Dodajmy, że noc z 13 na 14 października nie jest jedyną okazją do jej podziwiania podczas tej opozycji – Mars zbliża się do opozycji już od dawna, jego rozmiar kątowy i jasność rosły w tym czasie stopniowo, i także przez dobrych 8-10 tygodni po momencie „właściwej” opozycji pozostanie on wciąż wyjątkowo jasny i dobrze widoczny na niebie.

Niestety, obecna opozycja Marsa nie będzie tak zwaną Wielką Opozycją. Zjawisko to różni się od zwykłej opozycji planety górnej jedynie tym, że podczas Wielkich Opozycji dana planeta znajduje się dodatkowo jeszcze bliżej Ziemi niż zwykle, na skutek zbliżenia się do peryhelium własnej orbity (punktu odpowiadającemu położeniu najbliższego względem Słońca, a w przypadku opozycji Marsa także względem chwilowo sąsiadującej z nim na pobliskiej orbicie Ziemi). Dla Marsa różnica ta jest istotna i dostrzegalna gołym okiem, bowiem jego orbita jest wyraźnie wydłużoną elipsą o stosunkowo dużym mimośrodzie. Warto wspomnieć, że najbliższa Wielka Opozycja Marsa będzie miała miejsce dopiero 14 sierpnia 2050 roku. Na szczęście „zwykłe” opozycje są znacznie częstsze i zachodzą co około 780 dni, a więc w przybliżeniu co dwa lata. Wynika to z wzajemnego położenia obu ciał na ich orbitach oraz czasów ich obiegu wokół Słońca – właśnie mniej więcej co dwa lata jedna z planet dogania drugą w swym ruchu orbitalnym.

Opozycje Marsa, a w zasadzie bezpośrednio poprzedzające je miesiące, to także znakomity czas na starty sond kosmicznych w kierunku Czerwonej Planety. W tym roku na Marsa poleciał szereg takich instrumentów. Pierwszym była sonda Zjednoczonych Emiratów Arabskich o nazwie Hope (Al Amal), wystrzelona 19 lipca z terenów Japonii. Kolejna była chińska sonda Tianwen-1.

Sondy zostały wysłane w swą długą podróż w lipcu, ponieważ był to czas optymalny ze względu na nadchodzącą, październikową opozycję Marsa – właśnie wtedy Mars i Ziemia znalazły się na właściwych pozycjach orbitalnych, umożliwiających przelot najkrótszą i najszybszą z możliwych dróg w Kosmosie. Sondy te z początkiem września rozpoczęły pierwsze korekty swoich trajektorii, a lądowanie większości z nich planowane jest na luty 2021 roku.

Opracowanie: Elżbieta Kuligowska