Орбита Луны вокруг Солнца

Не ответ, но я подумал, что это хороший фрагмент изображения орбиты Луны вокруг Солнца.

Источник: http://www.wired.com/2012/12/does-the-moon-orbit-the-sun-or-the-earth/

В чем причина такой разницы между предполагаемым и фактическим изменением пути?

Даже ваше второе изображение неверно. Представьте, что вы увеличиваете небольшую часть орбиты Луны вокруг Солнца, например, от одного полнолуния к другому, а Солнце удалено от изображения. Теперь представьте, что вы рисуете отрезок линии от одного внешнего выступа (полная луна) до другого. На обоих ваших изображениях этот отрезок линии пересекает кривую. Другими словами, обе ваши кривые вогнуты.

Сравните это с орбитой Луны вокруг Солнца. Это выпуклая кривая. Если вы выберете любые две точки на этой кривой и нарисуете отрезок между ними, весь этот отрезок будет находиться на кривой или внутри нее. Причина, по которой орбита Луны вокруг Солнца выпуклая, заключается в том, что гравитационная сила, действующая на Луну со стороны Солнца, более чем в два раза превышает силу тяготения Земли на Луну. Орбита была бы вогнутой, если бы Луна находилась ближе к Земле, чем 259000 км (около 40,6 радиуса Земли). Поскольку Луна вращается на высоте около 385 000 км (около 60,4 радиуса Земли), орбита Луны вокруг Солнца выпуклая.

Независимо от того, является ли орбита Луны вокруг Солнца не простой (первое изображение в вопросе), простой/вогнутой (второе изображение в вопросе) или простой/выпуклой (Орбита Луны вокруг Солнца), отклонения от эллипса равны крошечный. Что касается системы Земля-Луна, то отклонения настолько малы, что при изображенном разрешении (288x288 пикселей) орбиты Земли, барицентр Земля-Луна и Луна относительно Солнца будут точно на вершине одной Другая. Причина, по которой вариации настолько малы (менее одного пикселя при разрешении 288x288 пикселей), заключается в огромном соотношении размера орбиты Земли/Луны вокруг Солнца по сравнению с размером орбиты Луны вокруг Земли.

Эти обратные петли на вашем первом изображении не происходят ни с одним объектом, вращающимся вокруг Земли. Это потребовало бы, чтобы орбитальная скорость вокруг Земли была больше, чем орбитальная скорость Земли вокруг Солнца. Орбитальная скорость Земли вокруг Солнца составляет около 30 км/сек, что значительно больше, чем орбитальная скорость объекта на низкой околоземной орбите, равная примерно 7,8 км/сек.

Был ли этот путь таким с момента образования Луны?

Нет. Луна образовалась на расстоянии от четырех до шести земных радиусов, что намного меньше приведенной выше цифры в 40,6 земных радиуса. Орбита Луны изначально выглядела как ваше второе изображение.

Движутся ли естественные спутники других планет по той же орбите вокруг Солнца?

Массивные планеты намного дальше от Солнца, чем Земля, и намного массивнее Земли. Орбиты большинства спутников Юпитера вокруг Солнца скорее вогнутые, чем выпуклые. Только самые отдаленные спутники Юпитера имеют выпуклые орбиты вокруг Солнца. Некоторые из самых внутренних спутников Юпитера (Метис, Адрастея, Амальтея, Фива, Ио и Европа) демонстрируют ретроградное движение, изображенное на вашем первом изображении.

Что касается спутников, орбита которых вокруг Солнца выпуклая, то расстояния, соответствующие значению 259 000 км для Земли, составляют 129 000 км для Марса, 24,1 млн км для Юпитера, 24,2 млн км для Сатурна, 19,0 млн км для Урана и 32,3 млн км. миллионов километров для Нептуна. Оба спутника Марса вращаются близко друг к другу. Однако у всех четырех планет-гигантов есть спутники, орбита большой полуоси которых выходит за соответствующий предел.

Это очень старый вопрос, и на него уже есть отличные ответы, включая диаграмму, нарисованную в масштабе. Я просто хочу добавить очень простую аналогию, которая показывает, насколько обе картинки в вопросе неверны (вторая в меньшей степени, чем первая, если допустить сомнительную степень неправильности ). Ниже показано, как я объяснил движение Луны-Солнца некоторым друзьям, и они сразу поняли это, поэтому я все еще надеюсь, что мое дополнение может оказаться полезным.

Подумайте об олимпийском виде спорта — конькобежном спорте на длинной дорожке. Два спортсмена бегут близко друг к другу на огромной скорости по почти концентрическим кругам (сделаем эту трассу для простоты круглой, а не овальной, как в реальном спорте). Поскольку один из фигуристов бежит немного длиннее, правила требуют, чтобы они меняли полосу движения на каждом круге, поэтому никто из двоих не находится в невыгодном положении.

^{Изображение предоставлено: Википедия. Файл: Jan_Smeekens_(23-02-2008).jpg}

Внезапно олимпийский комитет меняет правила. Теперь фигуристам предстоит пробежать не 400-метровую трассу, а колоссальную 10-километровую (круг диаметром около 3,2 км) и менять дорожки не один раз за круг, а 13 раз. Стадион большой, а кривизна дорожки настолько мала, что внешний бегун во время смены все еще описывает выпуклую кривую, двигаясь к внутренней дорожке со скоростью 0,2 м/с, сохраняя при этом скорость движения по дорожке 15 м/с. Примечание: эти два рисунка, в отличие от других, несущественны для аналогии].

Теперь, скажем, один из парней не совсем последователен. Он то ускоряется, то немного замедляется, но все равно догоняет второго. На самом деле бывает так, что при движении наружу он отстает от второго, а при движении во внутреннюю дорожку - впереди. Представьте, что бы вы увидели с камеры дрона, следящей за бегунами сверху. Вау, они вращаются друг вокруг друга ! И ни один из путей не является вогнутым, как на второй картинке, и нет никаких обратных петель, как на первой картинке. Они всегда идут вперед, чтобы привезти домой эту медаль!

Цифры выше приблизительны к орбитам Земли и Луны. Орбита Земли вокруг Солнца примерно в 400 раз больше, чем у Луны вокруг Земли, так как стандартная двухполосная дорожка шириной 4 м составляет 1/400 от радиуса 1,6 км нашей супертрассы. Луна делает около 13 оборотов вокруг Земли за один земной год. Конечно, в лучшей аналогии Земля движется посередине пути, лишь немного отклоняясь, а Луна ритмично качается между самым внутренним и самым внешним краями. Также нет резких изменений полосы движения в заданных точках для Луны (и это еще больше сглаживает кривую вдали от вогнутости по сравнению с дорожками для конькобежцев). Но поскольку мы находимся в мысленном эксперименте, давайте представим, что у Олимпийского комитета есть исключение для этой своеобразной пары.

В чем причина такой разницы между предполагаемым и фактическим изменением пути?

Орбита Луны вокруг Солнца зависит от времени обращения вокруг планеты и времени обращения планеты вокруг Солнца.

В случае, когда Луне требуется много времени для обращения вокруг планеты (как Земля-Луна), орбита просто извивается по окружности.

В случае, когда луна имеет короткий период обращения по сравнению с годом планеты (например, Юпитер-Ио), путь будет таким, как вы нарисовали на первом рисунке.

Был ли этот путь таким с момента образования Луны?

Для системы Земля-Луна,...
Да, так было всегда.

Движутся ли естественные спутники других планет по той же орбите вокруг Солнца?

Нет.

[ПРИМЕЧАНИЕ: анимированные GIF-файлы слишком велики, чтобы их можно было скопировать в этот пост, но URL-адреса должны работать]

РЕДАКТИРОВАТЬ: все 3 анимированных GIF теперь доступны на YouTube:

• https://youtu.be/7xN5hwcxspg
• https://youtu.be/G5YfPQdNw5g
• https://youtu.be/qSbozfxAfDQ

КОНЕЦ РЕДАКТИРОВАТЬ

http://test.bcinfo3.barrycarter.info/farmoon.gif

Изображение выше применимо, если:

• Земля и Луна имели круговые орбиты (приблизительно верно)

• сидериальный период Луны был ровно 1/12 года (приблизительно верно)

• расстояние Земли от Солнца составляло 150 (млн км) (приблизительно верно)

• расстояние Луны от Земли составляло 30 (миллионов км) (совершенно неверно)

Здесь вы видите петлю за петлей, которую вы изначально ожидали.

А что, если сократить расстояние до 10 млн км (все равно очень много):

http://test.bcinfo3.barrycarter.info/nearmoon.gif

Как видите, петли-петли исчезли, хотя на орбите все еще есть некоторые «острые точки», которых мы не видим на реальной орбите Луны.

Если мы сократим расстояние до 3 млн км, то получим нечто более близкое к ожидаемому:

http://test.bcinfo3.barrycarter.info/closemoon.gif

Здесь у нас есть шаткий круг, более близкий к тому, что происходит на самом деле.

Конечно, фактическое расстояние Луны от Земли составляет всего 0,35 миллиона километров, поэтому фактические колебания намного меньше. Я попытался сделать их графически, но две орбиты оказались друг над другом.

Орбитальный путь Луны вокруг Солнца представляет собой месячный полукруг, геометрически называемый циклоидой.

Нарисуйте круг, представляющий орбиту Луны. Это катящийся круг (забудьте о земле). Касаясь этого круга, нарисуйте дугу, чтобы обозначить расширенную окружность солнца. Это будет базовый круг.

Там, где линия, проведенная между двумя центрами, пересекает круги, находится начальная точка циклоиды, называемая новолунием, которая является ближайшей точкой к солнцу. Поскольку эта точка на катящемся круге движется вокруг базовой окружности, она вернется после одного оборота к базовой кривой. Начерченный путь будет полукругом, а расстояние между двумя точками будет равно месяцу на базовой окружности.