Апсида ( от древнегреческого ἁψίς ( hapsís ) «арка, свод»; мн. апсиды / ˈ æ p s ɪ ˌ d iː z / AP -sih-deez ) [1] [2] — самая дальняя или ближайшая точка в орбита планетарного тела вокруг своего главного тела . Линия апсид – это линия, соединяющая два крайних значения .
Например, для орбит вокруг Солнца апсиды называются афелием (самым дальним) и перигелием (ближайшим). Две апсиды Луны — это самая дальняя точка ( апогей ) и ближайшая точка ( перигей ) ее орбиты вокруг Земли - хозяина . Две апсиды Земли — это самая дальняя точка ( афелий ) и ближайшая точка ( перигелий ) ее орбиты вокруг Солнца-хозяина. Термины афелий и перигелий применимы таким же образом к орбитам Юпитера и других планет , комет и астероидов Солнечной системы .
На любой эллиптической орбите имеются две апсиды . Название каждого апсида создается из префиксов ап- , апо- (от ἀπ(ό) , (ап(о)-) «вдали от») для самого дальнего или пери- (от περί (пери-) «близкий» ) для ближайшей точки к основному телу с суффиксом, описывающим основное тело. Суффикс Земли — -gee , поэтому названия апсид — апогей и перигей . У Солнца суффикс —гелий , поэтому названия — афелий и перигелий .
Согласно законам движения Ньютона , все периодические орбиты являются эллипсами. Барицентр двух тел может находиться внутри большего тела - например, барицентр Земли и Луны находится примерно на 75% расстояния от центра Земли до ее поверхности. Если по сравнению с большей массой меньшая масса пренебрежимо мала (например, для спутников), то параметры орбиты не зависят от меньшей массы.
При использовании в качестве суффикса, то есть -апсиса , этот термин может относиться к двум расстояниям от основного тела до вращающегося тела, когда последнее расположено: 1) в точке периапсиса или 2) в точке апоапсиса (ср. оба графика, второй рисунок). Линия апсид обозначает расстояние от линии, соединяющей ближайшую и самую дальнюю точки орбиты; это также относится просто к предельной дальности полета объекта, вращающегося вокруг тела-хозяина (см. верхний рисунок; см. третий рисунок).
В орбитальной механике апсиды технически относятся к расстоянию, измеренному между центром масс центрального тела и центром масс вращающегося тела. Однако в случае космического корабля эти термины обычно используются для обозначения высоты орбиты космического корабля над поверхностью центрального тела (при условии постоянного стандартного базового радиуса).
Часто встречаются слова «перицентр» и «апоцентр», хотя в техническом использовании предпочтительнее перицентр / апоцентр.
Слова перигелий и афелий были придуманы Иоганном Кеплером [6] для описания орбитального движения планет вокруг Солнца. Слова образованы от префиксов пери- (греч. περί , рядом) и апо- (греч. ἀπό , вдали от), прикрепленных к греческому слову, обозначающему солнце ( ἥλιος или hēlíos ). [3]
Для других небесных объектов используются различные родственные термины . Суффиксы -gee , -helion , -astron и -galacticon часто используются в астрономической литературе, когда речь идет о Земле, Солнце, звездах и галактическом центре соответственно. Суффикс -jove иногда используется для обозначения Юпитера, но -saturnium за последние 50 лет очень редко использовался для обозначения Сатурна. Форма -gee также используется как общий термин, наиболее близкий к термину «любая планета», вместо того, чтобы применять его только к Земле.
Во время программы «Аполлон» термины «перицинтион» и «апоцинтион» использовались при обращении к орбите Луны ; они ссылаются на Синтию, альтернативное имя греческой богини Луны Артемиды . [7] Совсем недавно, во время программы «Артемида» , использовались термины «перилун» и «аполуна» . [8]
Что касается черных дыр, термин периботрон был впервые использован в статье 1976 года Дж. Франком и М. Дж. Рисом [9] , которые выразили благодарность В. Р. Стогеру за предложение создать термин, использующий греческое слово, обозначающее яму: «ботрон».
Термины перимелазма и апомелазма (от греческого корня) были использованы физиком и писателем-фантастом Джеффри А. Лэндисом в рассказе, опубликованном в 1998 году, [10] таким образом появившись в научной литературе перед перинигриконом и апонигриконом (от латинского языка) в 2002 году. [11 ]
Суффиксы, показанные ниже, могут быть добавлены к префиксам пери- или апо- для формирования уникальных названий апсид орбитальных тел указанной главной/ (первичной) системы. Однако обычно используются уникальные суффиксы только для систем Земли, Луны и Солнца. В исследованиях экзопланет обычно используется -astron , но обычно для других систем-хозяев вместо этого используется общий суффикс -apsis . [12] [ не удалось проверить ]
Перигелий (q) и афелий (Q) являются ближайшей и самой дальней точками прямой орбиты тела вокруг Солнца соответственно .
Сравнение соприкасающихся элементов в конкретную эпоху с элементами в другую эпоху приведет к различиям. Время прохождения перигелия как один из шести соприкасающихся элементов не является точным предсказанием (кроме общей модели двух тел ) фактического минимального расстояния до Солнца с использованием полной динамической модели . Точные предсказания прохождения перигелия требуют численного интегрирования .
На двух изображениях ниже показаны орбиты, узлы орбит и положения перигелия (q) и афелия (Q) планет Солнечной системы [16] , если смотреть сверху на северный полюс плоскости земной эклиптики , которая компланарна с земной плоскостью. орбитальная плоскость . Планеты движутся вокруг Солнца против часовой стрелки, и для каждой планеты синяя часть их орбиты движется к северу от плоскости эклиптики, розовая часть движется на юг, а точки отмечают перигелий (зеленый) и афелий (оранжевый).
На первом изображении (внизу слева) показаны внутренние планеты, расположенные снаружи от Солнца: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Эталонная земная орбита окрашена в желтый цвет и представляет собой отсчетную орбитальную плоскость . В момент весеннего равноденствия Земля находится внизу рисунка. На втором изображении (внизу справа) показаны внешние планеты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
Узлы орбиты - это две конечные точки «линии узлов» , где наклоненная орбита планеты пересекает плоскость отсчета; [17] здесь их можно «видеть» как точки, где синяя часть орбиты встречается с розовой.
На диаграмме показан крайний диапазон — от ближайшего сближения (перигелия) до самой дальней точки (афелия) — нескольких вращающихся по орбите небесных тел Солнечной системы : планет, известных карликовых планет, включая Цереру , и кометы Галлея . Длина горизонтальных полосок соответствует крайнему диапазону обращения указанного тела вокруг Солнца. Эти крайние расстояния (между перигелием и афелием) представляют собой линии апсид орбит различных объектов вокруг тела-хозяина.
В настоящее время Земля достигает перигелия в начале января, примерно через 14 дней после декабрьского солнцестояния . В перигелии центр Земли находится примерно0,983 29 астрономических единиц (а.е.) или 147 098 070 км (91 402 500 миль) от центра Солнца. Напротив, Земля достигает афелия в настоящее время в начале июля, примерно через 14 дней после июньского солнцестояния . Расстояние афелия между центрами Земли и Солнца в настоящее время составляет около1,016 71 а.е. или 152 097 700 км (94 509 100 миль).
Даты перигелия и афелия меняются со временем из-за прецессии и других орбитальных факторов, которые следуют циклическим закономерностям, известным как циклы Миланковича . В краткосрочной перспективе такие даты могут меняться до 2 дней от года к году. [18] Это существенное изменение связано с наличием Луны: в то время как барицентр Земля-Луна движется по стабильной орбите вокруг Солнца, положение центра Земли, которое в среднем находится на расстоянии около 4700 километров (2900 миль) от Солнца, барицентр может быть смещен в любом направлении от него - и это влияет на время фактического наибольшего сближения центров Солнца и Земли (что, в свою очередь, определяет время перигелия в данном году). [19]
Из-за увеличенного расстояния в афелии только 93,55% излучения Солнца падает на данную область поверхности Земли, как и в перигелии, но это не учитывает времена года , которые вместо этого возникают из-за наклона земной оси на 23,4. ° от перпендикуляра к плоскости земной орбиты. [20] Действительно, и в перигелии, и в афелии в одном полушарии лето , а в другом зима . Зима приходится на то полушарие, куда солнечный свет падает меньше всего, а лето - на то, где солнечный свет падает наиболее непосредственно, независимо от расстояния Земли от Солнца.
В северном полушарии лето приходится на афелий, когда солнечная радиация самая низкая. Несмотря на это, лето в северном полушарии в среднем на 2,3 ° C (4 ° F) теплее, чем в южном полушарии, поскольку в северном полушарии находятся большие территории суши, которые легче нагревать, чем моря. [21]
Однако перигелий и афелий оказывают косвенное влияние на времена года: поскольку орбитальная скорость Земли минимальна в афелии и максимальна в перигелии, планете требуется больше времени для обращения по орбите от июньского солнцестояния до сентябрьского равноденствия, чем от декабрьского солнцестояния до мартовского равноденствия. Поэтому лето в северном полушарии длится несколько дольше (93 дня), чем лето в южном полушарии (89 дней). [22]
Астрономы обычно выражают время перигелия относительно Первой точки Овна не в днях и часах, а скорее как угол смещения орбиты, так называемую долготу периапсиса (также называемую долготой перицентра). Для орбиты Земли это называется долготой перигелия , и в 2000 году она составляла около 282,895°; к 2010 году оно увеличилось на небольшую долю градуса примерно до 283,067°, [23] т.е. среднее увеличение составило 62 дюйма в год.
Для орбиты Земли вокруг Солнца время апсиды часто выражается через время относительно времен года, поскольку это определяет вклад эллиптической орбиты в сезонные изменения. Смена времен года в первую очередь контролируется годовым ходом угла подъема Солнца, который является результатом наклона оси Земли, отсчитываемой от плоскости эклиптики . Эксцентриситет Земли и другие элементы орбиты не постоянны, а медленно меняются из-за возмущающего воздействия планет и других объектов Солнечной системы (циклы Миланковича).
В очень долгом временном масштабе даты перигелия и афелия меняются по сезонам и составляют один полный цикл за 22 000–26 000 лет. Существует соответствующее изменение положения звезд, если смотреть с Земли, называемое апсидальной прецессией . (Это тесно связано с прецессией осей .) Даты и время перигелий и афелий за несколько прошлых и будущих лет приведены в следующей таблице: [24]
В следующей таблице показаны расстояния планет и карликовых планет от Солнца в их перигелии и афелии. [25]
Эти формулы характеризуют перицентр и апоцентр орбиты:
В то время как в соответствии с законами движения планет Кеплера (основанными на сохранении углового момента ) и сохранении энергии, эти две величины постоянны для данной орбиты:
где:
Обратите внимание, что для преобразования высот над поверхностью в расстояния между орбитой и ее главной звездой необходимо добавить радиус центрального тела, и наоборот.
Среднее арифметическое двух предельных расстояний есть длина большой полуоси a . Среднее геометрическое двух расстояний — это длина малой полуоси b .
Среднее геометрическое двух предельных скоростей равно
это скорость тела на круговой орбите радиусом .
Элементы орбиты, такие как время прохождения перигелия, определяются в выбранную эпоху с использованием невозмущенного решения двух тел , которое не учитывает проблему n тел . Чтобы получить точное время прохождения перигелия, необходимо использовать эпоху, близкую к прохождению перигелия. Например, используя эпоху 1996 года, комета Хейла-Боппа показывает перигелий 1 апреля 1997 года. [26] Использование эпохи 2008 года показывает менее точную дату перигелия 30 марта 1997 года. [27] Короткопериодические кометы могут быть даже более точными. чувствительны к выбранной эпохе. Использование эпохи 2005 года показывает, что 101P/Черных пришла в перигелий 25 декабря 2005 года, [28], но использование эпохи 2012 года дает менее точную невозмущенную дату перигелия 20 января 2006 года. [29]
Численное интегрирование показывает, что карликовая планета Эрида придет в перигелий примерно в декабре 2257 года. [31] Использование эпохи 2021 года, которая на 236 лет раньше, менее точно показывает, что Эрида придет в перигелий в 2260 году. [32]
4 Веста пришла в перигелий 26 декабря 2021 года, [33] но использование двухтельного решения в эпоху июля 2021 года менее точно показывает, что Веста пришла в перигелий 25 декабря 2021 года. [34]
Транснептуновые объекты, обнаруженные на расстоянии более 80 а.е. от Солнца, требуют десятков наблюдений в течение нескольких лет, чтобы четко ограничить их орбиты, поскольку они движутся очень медленно на фоне звезд. Из-за статистики небольших чисел транснептуновые объекты, такие как 2015 TH 367 , когда у него было всего 8 наблюдений за дугу наблюдения в 1 год, которые не достигли или не достигнут перигелия в течение примерно 100 лет, могут иметь неопределенность в 1 сигму , равную 77,3 года (28 220 дней) в дате перигелия. [35]
{{cite web}}: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link)
