Как определяют ближайшую к Земле планету по орбите

Астрономическая единица (а. е.) — условная единица измерения длины в Солнечной системе. Резолюция B2 XXVIII Генеральной ассамблеи Международного астрономического союза от 30 августа 2012 года установила её точное значение — 149 597 870 700 метров. Именно в этих единицах сравнивают орбиты, а не «на глаз» по их расположению на школьном плакате.

Ниже разбираемся, какие именно расстояния рассчитывают астрономы, почему школьная формула «1,00 − 0,72 = 0,28 а. е.» приводит к привычному ответу «Венера», когда Меркурий и Венера меняются местами и как эти цифры изменились от параллакса XVII века до радиолокационных измерений 1961 года.

Содержание 6 разделов

1. Как астрономы измеряют расстояния между планетами?
2. Что показывают данные о расстояниях от Земли до соседних планет?
3. Почему Венеру называют ближайшей, если Меркурий ближе к Солнцу?
4. Как измеряли расстояния до начала космической эры?
5. Какое практическое значение имеет понятие «ближайшая планета»?
6. Какие вопросы задают чаще всего

Как астрономы измеряют расстояния между планетами?

Планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце, — таков первый закон Кеплера, изложенный в труде «Новая астрономия» 1609 года. Поэтому расстояние от планеты до Солнца непостоянно: ближайшая точка орбиты называется перигелием, самая удалённая — афелием. Большая полуось эллипса (обозначается a) задаёт средний радиус орбиты.

Для расстояния между двумя планетами астрономы выделяют как минимум три величины. Минимальное расстояние — наименьший промежуток между центрами планет, когда они оказываются по одну сторону от Солнца (для Венеры и Меркурия это нижнее соединение). Максимальное — когда внутренняя планета оказывается за Солнцем. Среднее за время — интеграл мгновенных расстояний за длительный промежуток, разделённый на продолжительность этого промежутка. Для определения третьей величины нужна либо аналитическая модель, учитывающая все возможные углы, либо численная эфемерида с шагом в сутки.

Упрощённый школьный способ — вычесть большие полуоси: 1,00 а. е. (Земля) минус 0,72 а. е. (Венера) даёт 0,28 а. е., то есть около 42 млн км. Это значение близко к типичному расстоянию при сближении, но оно не является средним для орбиты: оно описывает лишь конфигурацию, в которой «обе планеты находятся на одной линии с Солнцем и по одну сторону от него». Когда Венера оказывается по другую сторону от Солнца, расстояние почти достигает суммы радиусов орбит — более 1,7 а. е.

Из чего складывается «среднее» расстояние

Ключевое соотношение в статье — 1,04 а. е. против 1,14 а. е. — можно приблизительно проверить самостоятельно. Для двух почти круговых орбит в одной плоскости среднее расстояние не равно разнице радиусов. Оно ближе к большему радиусу: большую часть времени внутренняя планета видна «сбоку» или «за Солнцем», а не в точке максимального сближения. Поэтому Меркурий с радиусом орбиты около 0,39 а. е. редко удаляется от Земли более чем на 1,45 а. е., тогда как Венера на дальней стороне достигает расстояния свыше 1,73 а. е. Усреднение эпизодов «сближения» и «удаления» даёт преимущество Меркурию. На результат влияют эксцентриситет (у Меркурия он составляет 0,206, у Венеры — всего 0,007), наклон орбиты и шаг выборки в симуляции.

Что показывают данные о расстояниях от Земли до соседних планет?

Ниже сопоставлены параметры трёх ближайших орбит. Расстояния до Солнца взяты из таблицы Planetary Fact Sheet Национального центра космических научных данных NASA (обновление за март 2025 года). Средние расстояния до Земли за время — из расчёта 2019 года в Physics Today и более поздних проверок по эфемеридам JPL.

Источники: NASA Planetary Fact Sheet (таблица в метрических единицах, обновление от 18 марта 2025 года); Physics Today, 12 марта 2019 года; проверка по эфемеридам JPL DE421 за период 1900–2050 годов.

Таблица объясняет разницу между «максимальным сближением» и «ближайшим соседом в среднем». По минимальному расстоянию выигрывает Венера. По среднему расстоянию и доле дней, когда планета оказывается ближайшей (около 46–47 % против 36 % у Венеры и 17–18 % у Марса в симуляции на 10 000 лет), лидирует Меркурий. Орбита Венеры почти круговая, поэтому диапазон её расстояний узкий; орбита Меркурия вытянута, поэтому его положение относительно Земли меняется быстрее.

Почему Венеру называют ближайшей, если Меркурий ближе к Солнцу?

Меркурий ближе к Солнцу, но это не то же самое, что расстояние до Земли. В учебниках и справочниках NASA под выражением «ближайшая к Земле планета» обычно подразумевают планету, которая может максимально сблизиться с Землёй. По этому критерию Венера вне конкуренции: даже самые тесные сближения Марса (около 56 млн км) и минимальные расстояния до Меркурия (около 80 млн км) больше, чем расстояние до Венеры во время нижнего соединения.

Другой критерий — среднее расстояние за длительный период. Здесь впереди Меркурий, поскольку его орбита «прижата» к центру системы. Когда он оказывается за Солнцем, дополнительное расстояние меньше, чем у Венеры на дальней стороне. Поэтому планеты меняются местами в зависимости от даты: в течение нескольких недель около нижнего соединения Венера — безусловный лидер; в большинство остальных дней ближе оказывается Меркурий.

На практике это выглядит так. Исходные условия: две внутренние планеты и Земля движутся с разными периодами (Меркурий — 88 суток, Венера — 225 суток, Земля — 365 суток). Наблюдателю нужно выбрать метрику: минимум, максимум или среднее за время. Результат: для навигации космического зонда и наблюдений в телескоп во время сближения решающее значение имеет минимальное расстояние (Венера); для ответа на вопрос «кто наш типичный сосед на протяжении столетия» — среднее (Меркурий). Именно смешение этих метрик и приводит к противоречивым заголовкам.

Как измеряли расстояния до начала космической эры?

До появления радара расстояние определяли с помощью параллакса — углового смещения небесного тела, видимого из двух точек на Земле. Осенью 1672 года Джованни Доменико Кассини в Париже и Жан Рише в Кайенне одновременно наблюдали Марс вблизи противостояния. По разнице его положения Кассини в публикации 1684 года вычислил расстояние от Земли до Солнца — около 140 млн км, то есть уже того же порядка, что и современное значение в 149,6 млн км.

Для наблюдений Венеры Эдмонд Галлей в мемуаре 1716 года, опубликованном в Philosophical Transactions, предложил другой метод: измерять продолжительность прохождения диска Венеры по диску Солнца из пунктов, удалённых друг от друга по широте. Следующие прохождения состоялись 6 июня 1761 года и 3–4 июня 1769 года. Сеть экспедиций (в том числе наблюдения Джеймса Кука на Таити в 1769 году) позволила определить солнечный параллакс — около 8,6″ — и масштаб Солнечной системы, который затем уточняли на протяжении XIX века. В 1930–1931 годах Гарольд Спенсер Джонс использовал сближение астероида Эрос, чтобы ещё больше уменьшить погрешность измерения астрономической единицы.

Качественный скачок произошёл в 1961 году, когда Венера находилась в нижнем соединении. Радиолокационная обсерватория Millstone Лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института проводила наблюдения с 6 марта по 18 мая 1961 года на частоте 440 МГц; в статье Pettengill et al. в The Astronomical Journal за 1962 год астрономическая единица оценена в 149 597 850 ± 400 км. Параллельно, с 10 марта по 10 мая 1961 года, станция Goldstone Лаборатории реактивного движения на частоте 2388 МГц получила значение 149 598 500 ± 500 км (отчёт в Journal of the British Institution of Radio Engineers, октябрь 1961 года). Радар измерял время двойного прохождения радиосигнала, то есть уже линейное, а не только угловое расстояние.

14 декабря 1962 года аппарат Mariner 2 прошёл на расстоянии около 34 800 км от поверхности Венеры — это был первый успешный пролёт межпланетной станции. Радиослежение за зондом позволило дополнительно уточнить массу Венеры и значение астрономической единицы. От оценок XVII века с погрешностью в десятки миллионов километров до радиолокационного значения 1961 года погрешность сократилась до сотен километров; в резолюции МАС 2012 года осталось лишь зафиксировать точное значение в метрах.

Какое практическое значение имеет понятие «ближайшая планета»?

Для запуска межпланетного аппарата важна не средняя дистанция за столетие, а конкретное окно, когда требуемая скорость относительно Земли минимальна. Нижнее соединение Венеры повторяется примерно каждые 584 суток (синодический период). Именно тогда переход на орбиту Гомана требует наименьшей энергии, поэтому первые межпланетные миссии направляли к Венере, а не к Меркурию: помимо меньшего расстояния в точке встречи, к Венере проще «спуститься» под действием солнечной гравитации.

Для наземной астрономии минимальное расстояние определяет разрешение радиолокационных наблюдений и время распространения сигнала. На расстояние в 38 млн км свет идёт около 2,1 минуты в одну сторону; при среднем расстоянии в 170 млн км — уже почти 9,5 минуты. Радиолокационные карты поверхности Венеры в 1960–1990-х годах создавали именно вблизи нижних соединений, когда отношение сигнал/шум было наилучшим.

Если вам нужно сравнить, «кто ближе», в разговоре или тексте, сначала уточните критерий. На вопрос «какая планета подходит ближе всего» ответ — Венера. На вопрос «какая планета в среднем находится ближе к Земле» — Меркурий. Без этого уточнения любое число в таблице выше может показаться противоречивым.

Какие вопросы задают чаще всего

• Как именно астрономы измеряют расстояния между планетами? Сегодня — по задержке радиосигнала от зонда или отражённого радарного сигнала, а также по эфемеридам, например JPL DE. Раньше использовали параллакс, измеренный из двух точек на Земле, и наблюдения прохождений Венеры по диску Солнца.
• Почему ближайшей считают Венеру, а не Меркурий? Потому что Венера может приблизиться к Земле на наименьшее расстояние. Меркурий оказывается ближе только в среднем за длительный период.
• Всегда ли Венера остаётся ближайшей к Земле? Нет. Во время нижнего соединения — да; в большинство остальных дней ближе оказывается Меркурий.
• Какие приборы первыми измерили это расстояние и в какие годы? Угловые измерения XVII–XVIII веков (Кассини и Рише, 1672 год; экспедиции для наблюдения прохождений в 1761 и 1769 годах). Прямые измерения расстояния в километрах обеспечили радары Millstone и Goldstone в марте–мае 1961 года.
• Как изменилось значение расстояния от эпохи наблюдений до запуска зондов? Изменилась не орбита, а точность измерений. От значения около 140 млн км для астрономической единицы в оценке Кассини 1684 года — до точно установленного значения 149 597 870,7 км в резолюции МАС 2012 года.

Орбитальные данные в таблице — моментальный срез модели, а не «расстояние сегодня вечером». Фактическое расстояние на конкретную дату определяют по эфемериде: планеты не оказываются в перигелии одновременно, а наклоны орбит (7,0° у Меркурия, 3,4° у Венеры) добавляют несколько процентов к расстоянию по сравнению с плоской схемой.

Правило простое: указывайте метрику вместе с названием планеты. «Ближайшая по минимальному расстоянию» — Венера, около 38–40 млн км. «Ближайшая по среднему расстоянию за время» — Меркурий, 1,04 а. е. Оба утверждения верны одновременно, потому что описывают разные интегралы одной и той же механики.

Важно учитывать: указанные минимальные расстояния — типичные значения по эфемеридам, а не гарантированный рекорд следующего сближения. Эксцентриситеты и взаимное расположение планет на орбитах меняют конкретное значение на миллионы километров от года к году; для наблюдений или расчёта траектории нужна дата, а не ярлык «ближайшая планета».