3.4: Orbits katika mfumo wa jua

Last updated

Nov 1, 2022
Page ID
176325
Save as PDF
- 3.3: Sheria ya Universal ya Newton ya Gravitation
- 3.5: Mwendo wa Satelaiti na spacecraft

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}$

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hiyo, utaweza:

Linganisha sifa za orbital za sayari katika mfumo wa jua
Linganisha sifa za orbital za asteroids na comets katika mfumo wa jua

Kumbuka kwamba njia ya kitu chini ya ushawishi wa mvuto kupitia nafasi inaitwa obiti yake, kama kitu hicho ni spacecraft, sayari, nyota, au galaxy. Mzunguko, mara moja umeamua, inaruhusu nafasi za baadaye za kitu kuhesabiwa.

Vipengele viwili katika obiti yoyote katika mfumo wetu wa jua vimepewa majina maalum. Mahali ambako sayari iko karibu zaidi na Jua (helios kwa Kigiriki) na kusonga kasi inaitwa perihelion ya obiti yake, na mahali ambapo iko mbali zaidi na kusonga polepole zaidi ni aphelion. Kwa Mwezi au satellite inayozunguka Dunia (gee katika Kigiriki), maneno yanayofanana ni perigee na apogee. (Katika kitabu hiki, tunatumia neno mwezi kwa kitu cha asili kinachozunguka sayari na neno satelaiti kumaanisha kitu kilichotengenezwa na binadamu ambacho kinazunguka sayari.)

Njia za Sayari

Leo, kazi ya Newton inatuwezesha kuhesabu na kutabiri njia za sayari kwa usahihi wa ajabu. Tunajua sayari nane, kuanzia na Mercury karibu na Jua na kupanua nje kwa Neptune. Takwimu za orbital wastani kwa sayari zinafupishwa katika Jedwali $\PageIndex{1}$ . (Ceres ni kubwa zaidi ya asteroids, sasa inachukuliwa kuwa sayari kibete.)

Kwa mujibu wa sheria za Kepler, Mercury lazima iwe na kipindi kifupi cha orbital (Siku 88 za Dunia); hivyo, ina kasi ya orbital ya juu, wastani wa kilomita 48 kwa pili. Kwa kinyume chake, Neptune ina kipindi cha miaka 165 na kasi ya orbital ya kilomita 5 tu kwa pili.

Jedwali $\PageIndex{1}$ : Takwimu za Orbital kwa Sayari
Sayari	Semimajor Axis (AU)	Kipindi (y)	Ubaguzi
Mercury	0.39	0.24	0.21
zuhura	0.72	0.6	0.01
Dunia	1	1.00	0.02
Mirihi	1.52	1.88	0.09
(Ceres)	2.77	4.6	0.08
Jupita	5.20	11.86	0.05
Saturn	9.54	29.46	0.06
Uranus	19.19	84.01	0.05
Neptune	30.06	164.82	0.01

Sayari zote zina njia za uaminifu wa chini. Obiti ya eccentric zaidi ni ile ya Mercury (0.21); wengine wana eccentricities ndogo kuliko 0.1. Ni bahati kwamba kati ya wengine, Mars ina eccentricity kubwa zaidi kuliko ile ya sayari nyingine nyingi. Vinginevyo uchunguzi wa kabla ya telescopic wa Brahe haungekuwa wa kutosha kwa Kepler kudokeza ya kwamba obiti yake ilikuwa na umbo la duaradufu badala ya duaradufu.

Njia za sayari pia zimefungwa karibu na ndege ya kawaida, ambayo iko karibu na ndege ya obiti ya Dunia (inayoitwa ecliptic). Obiti ya ajabu ya sayari kibete Pluto imeelekea takriban 17° hadi ekliptiki, na ile ya sayari kibete Eris (inayozunguka hata mbali zaidi na Jua kuliko Pluto) kwa 44°, lakini sayari zote kubwa ziko ndani ya 10° ya ndege ya kawaida ya mfumo wa jua.

Unaweza kutumia simulator ya orbital ili kuunda mfumo wako wa jua wa mini na miili minne. Kurekebisha raia, kasi, na nafasi za sayari, na uone kinachotokea kwa njia zao kama matokeo.

Njia za Asteroids na Comets

Mbali na sayari nane, kuna vitu vingi vidogo katika mfumo wa jua. Baadhi ya hizi ni miezi (satelaiti asilia) inayozunguka sayari zote isipokuwa Mercury na Venus. Kwa kuongeza, kuna madarasa mawili ya vitu vidogo katika njia za heliocentric: asteroids na comets. Wote asteroids na comets wanaaminika kuwa chunks ndogo ya nyenzo kushoto juu ya mchakato wa malezi ya mfumo wa jua.

Kwa ujumla, asteroids ina orbits na axes ndogo ndogo kuliko comets (Kielelezo $\PageIndex{1}$ ). Wengi wao hulala kati ya 2.2 na 3.3 AU, katika eneo linalojulikana kama ukanda wa asteroidi (tazama Comets na Asteroids: Debris of the Solar System). Kama unaweza kuona katika Jedwali $\PageIndex{1}$ , ukanda wa asteroid (unaowakilishwa na mwanachama wake mkubwa, Ceres) ni katikati ya pengo kati ya njia za Mars na Jupiter. Ni kwa sababu sayari hizi mbili ziko mbali sana kwamba njia imara za miili midogo inaweza kuwepo katika kanda kati yao.

alt — Kielelezo $\PageIndex{1}$ Solar System Orbits. Tunaona njia za comets na asteroids za kawaida ikilinganishwa na zile za sayari Mercury, Venus, Dunia, Mars, na Jupiter (miduara nyeusi). Inaonyeshwa katika nyekundu ni comets tatu: Halley, Kopff, na Encke. Katika bluu ni asteroids nne kubwa: Ceres, Pallas, Vesta, na Hygeia.

Comets kwa ujumla ina orbits ya ukubwa mkubwa na eccentricity kubwa kuliko yale ya asteroids. Kwa kawaida, uwiano wa njia zao ni 0.8 au zaidi. Kwa mujibu wa sheria ya pili ya Kepler, kwa hiyo, wanatumia muda wao mwingi mbali na Jua, wakisonga polepole sana. Wanapokaribia perihelion, comets huharakisha na mjeledi kupitia sehemu za ndani za njia zao kwa kasi zaidi.

Dhana muhimu na Muhtasari

Sehemu ya karibu zaidi katika obiti ya satellite kote duniani ni perigee yake, na hatua ya mbali ni apogee yake (sambamba na perihelion na aphelion kwa obiti karibu na Jua). Sayari hufuata mizunguko inayozunguka Jua ambayo ni karibu mviringo na katika ndege ileile. Asteroids nyingi hupatikana kati ya Mars na Jupiter katika ukanda wa asteroid, wakati comets kwa ujumla hufuata njia za eccentricity ya juu.

faharasa

aphelion: hatua katika obiti yake ambapo sayari (au kitu kingine kinachozunguka) iko mbali na Jua

apogee: hatua katika obiti yake ambapo satellite ya Dunia iko mbali zaidi na Dunia

ukanda wa asteroid: eneo la mfumo wa jua kati ya njia za Mars na Jupiter ambapo asteroids nyingi ziko; ukanda kuu, ambapo orbits kwa ujumla ni imara zaidi, inaenea kutoka 2.2 hadi 3.3 AU kutoka Jua

perigee: hatua katika obiti yake ambapo satellite ya Dunia iko karibu na Dunia

perihelion: hatua katika obiti yake ambapo sayari (au kitu kingine kinachozunguka) iko karibu na Jua

satelaiti: kitu ambacho kinazunguka sayari