Афелій — це найвіддаленіша від центра Сонця точка еліптичної орбіти планети, комети, астероїда чи будь-якого іншого тіла, що обертається навколо нашої зірки. Саме в цій точці небесне тіло максимально «відступає» від світила, перш ніж знову почати наближатися. Для Землі ця відстань у середньому сягає 152 098 233 кілометри (на епоху J2000.0), і планета проходить її щороку між 3 і 7 липня.
Антонімом афелію виступає перигелій — найближча до Сонця точка орбіти. Уявну лінію, що з’єднує ці дві крайні точки, астрономи називають лінією апсид. Афелій є окремим випадком більш загального поняття апоцентру, яке застосовують до будь-яких орбіт навколо центрального тіла.
Слово «афелій» походить від давньогрецьких коренів: «ἀπό» (apo) — «вдалині від» і «ἥλιος» (helios) — «Сонце». Йоганн Кеплер у своїх працях використовував латинську форму «apohelium». Згодом через друкарські помилки та переклади літера «o» випала, і термін набув сучасного вигляду. Варіант «апогелій» іноді зустрічається в популярній літературі, але нормативним залишається саме «афелій».
Орбіти планет не є ідеальними колами. Вони мають форму еліпсів, у одному з фокусів яких розташоване Сонце. Ступінь витягнутості описує ексцентриситет — безрозмірна величина від 0 (коло) до майже 1 (дуже витягнутий еліпс). Для Землі ексцентриситет становить приблизно 0,0167, тож різниця між афелієм і перигелієм відносно невелика — близько 5 мільйонів кілометрів, або трохи більше 3 % від середньої відстані.
Математично відстань до афелію розраховують за простою формулою:
[ r_{\mathrm{af}} = a(1 + e) ]
де ( a ) — велика піввісь орбіти, а ( e ) — ексцентриситет. Лінійна швидкість у цій точці мінімальна:
[ v_{\mathrm{af}} = \sqrt{\frac{G M_{\odot} (1 – e)}{a (1 + e)}} ]
Земля в афелії рухається зі швидкістю близько 29,29 км/с, тоді як у перигелії розганяється до 30,29 км/с. Кутова швидкість також досягає мінімуму — планета ніби «сповільнюється» на дальньому краю своєї орбіти, дотримуючись другого закону Кеплера про рівні площі за рівні проміжки часу.
У 2026 році Земля пройде афелій 6 липня приблизно о 17:31 UTC. Відстань у той момент становитиме близько 152 087 775 кілометрів. Дата та точна відстань щороку трохи змінюються через збурення від Місяця й інших планет, а також через довготривалі зміни елементів орбіти. Ексцентриситет земної орбіти повільно зменшується, а велика піввісь зростає, тому афелійна відстань поступово скорочується приблизно на 5,73 тисячі кілометрів за юліанське століття.
Багато хто досі вважає, що саме відстань до Сонця визначає зміну пір року. Насправді все навпаки: у липні, коли Земля найдалі, у Північній півкулі панує літо. Причина сезонів — нахил земної осі приблизно на 23,4° до площини орбіти. Саме він забезпечує різну тривалість дня і кут падіння сонячних променів. Відстань впливає значно слабше. У афелії інтенсивність сонячного випромінювання, що досягає верхньої межі атмосфери, становить лише близько 93,55 % від значення в перигелії. Різниця сягає приблизно 6,5–7 %. Проте ця варіація майже непомітна на тлі впливу нахилу осі, який змінює кількість енергії, що надходить на конкретну широту, у рази.
Цікаво, що середня глобальна температура Землі в період афелію навіть трохи вища, ніж у перигелії. Причина криється в розподілі суші та океанів: більша частина континентів розташована в Північній півкулі, яка легше нагрівається, ніж водні простори Південної.
Афелій існує не лише для Землі. Кожна планета Сонячної системи має свою найдальшу точку. Ось порівняльна таблиця середніх значень (за даними NASA):
| Планета | Афелій (км) | Перигелій (км) | Ексцентриситет |
|---|---|---|---|
| Меркурій | 69 817 445 | 46 001 009 | 0,2056 |
| Венера | 108 942 780 | 107 476 170 | 0,0068 |
| Земля | 152 098 233 | 147 098 291 | 0,0167 |
| Марс | 249 232 432 | 206 655 215 | 0,0934 |
| Юпітер | 816 001 807 | 740 573 600 | 0,0489 |
| Сатурн | 1 503 509 229 | 1 352 555 000 | 0,0565 |
| Уран | 3 006 318 143 | 2 741 300 000 | 0,0472 |
| Нептун | 4 537 039 826 | 4 444 450 000 | 0,0086 |
Дані таблиці базуються на інформації NASA та астрономічних енциклопедичних джерелах. Найвиразніший контраст демонструє Меркурій: його афелій майже в півтора раза більший за перигелій. Марс теж має помітну різницю, через що сезони на Червоній планеті виражені значно сильніше, ніж на Землі.
Комети з довгими орбітами досягають ще вражаючіших афеліїв. Деякі об’єкти з хмари Оорта віддаляються на десятки й сотні тисяч астрономічних одиниць, майже до межі гравітаційного впливу Сонця. У таких випадках афелій стає точкою, звідки тіло може бути викинуте міжзоряним збуренням або, навпаки, спрямовано всередину Сонячної системи.
Довготривалі зміни орбіти Землі пов’язані з циклами Міланковича. Ексцентриситет коливається з періодами в десятки тисяч років, нахил осі теж змінюється, а лінія апсид прецесує. Через десятки тисячоліть афелій може припадати вже не на літо, а на іншу пору року. Саме ці повільні коливання впливали на настання й закінчення льодовикових періодів у минулому.
Для практичної астрономії знання точного моменту афелію допомагає калібрувати ефемериди, розраховувати положення планет і комет, а також планувати спостереження. Різниця у видимому діаметрі Сонця між перигелієм і афелієм становить близько однієї кутової хвилини — її можна зафіксувати на якісних знімках телескопа. Швидкість зміни відстані також впливає на тривалість видимого сонячного дня, хоча цей ефект маскується нахилом осі.
Цікаві факти про афелій
Земля в афелії отримує приблизно на 90 ват менше сонячної енергії на кожен квадратний метр верхньої межі атмосфери порівняно з перигелієм. Це еквівалентно потужності невеликої лампочки, розмазаної по величезній площі.
Через меншу швидкість у афелії Північна півкуля має трохи коротше літо, ніж Південна — різниця становить кілька днів. Південна зима, навпаки, триває довше і отримує менше енергії.
На Марсі різниця між афелієм і перигелієм настільки велика, що атмосферний тиск і кількість пилу в повітрі різко змінюються. Пилові бурі частіше виникають саме після перигелію, коли планета ближче до Сонця і сильніше нагрівається.
Комета Галлея досягла свого останнього афелію в грудні 2023 року на відстані близько 35 астрономічних одиниць. Наступного разу вона повернеться до Сонця лише в 2061 році.
Якби орбіта Землі була круглою, афелію просто не існувало б. Але саме невелика витягнутість дозволяє нам спостерігати тонкі ефекти, які допомагають перевіряти закони небесної механіки з неймовірною точністю.
Афелій — не просто абстрактна точка на схемі. Це момент, коли наша планета опиняється на максимальному «видиху» свого річного циклу. У цей час Сонце виглядає трохи меншим на небі, а Земля летить найповільніше зі своєї орбітальної швидкості. І все ж літо в Північній півкулі залишається спекотним, бо вирішальну роль відіграє нахил осі, а не відстань.
Розуміння афелію відкриває двері до глибшого сприйняття Сонячної системи. Від крихітної різниці в кілька відсотків для Землі до величезних стрибків для Меркурія чи комет — кожна орбіта розповідає свою історію про гравітацію, час і рух. Наступного разу, коли в липні ви відчуєте полуденну спеку, згадайте: саме зараз нас відділяє від Сонця максимальна відстань цього року, і все одно тепло дістається до нас достатньо.