stringtranslate.com

Апсис

Апсиды относятся к самой дальней (2) и самой близкой (3) точкам, достигаемым вращающимся планетарным телом (2 и 3) по отношению к первичному или принимающему телу (1).

Апсида (от др.-греч. ἁψίς ( hapsís )  'арка, свод'; мн . ч. apsides / ˈ æ p s ɪ ˌ d z / AP -sih-deez ) [1] [2] — самая дальняя или ближайшая точка орбиты планетного тела вокруг его основного тела . Линия апсид (также называемая апогеем) — это линия, соединяющая два крайних значения .  

Апсиды, относящиеся к орбитам вокруг Солнца, имеют различные названия, чтобы отличать их от других апсид; эти названия — афелий для самой дальней и перигелий для самой ближайшей точки солнечной орбиты. [3] Две апсиды Луны — это самая дальняя точка, апогей , и ближайшая точка, перигей , ее орбиты вокруг хозяина Земли . Две апсиды Земли — это самая дальняя точка, афелий , и ближайшая точка, перигелий , ее орбиты вокруг хозяина Солнца. Термины афелий и перигелий применяются таким же образом к орбитам Юпитера и других планет , комет и астероидов Солнечной системы .

Общее описание

Система из двух взаимодействующих эллиптических орбит : меньшее тело-спутник (синее) вращается вокруг основного тела (желтое); оба находятся на эллиптических орбитах вокруг общего центра масс (или барицентра ) (красный +).
∗Периапсис и апоапсис как расстояния: наименьшее и наибольшее расстояния между орбитальным аппаратом и его телом-хозяином.

На любой эллиптической орбите есть две апсид . Название каждой апсиды образовано из префиксов ap- , apo- (от ἀπ(ό) , (ap(o)-)  'вдали от') для самой дальней или peri- (от περί (peri-)  'близко') для самой близкой точки к основному телу , с суффиксом, описывающим основное тело. Суффикс для Земли -gee , поэтому названия апсид - apogee и perigee . Для Солнца суффикс -helion , поэтому названия - aphelion и perihelion .

Согласно законам движения Ньютона , все периодические орбиты являются эллипсами. Центр масс двух тел может находиться внутри большего тела — например, центр масс Земли и Луны составляет около 75% пути от центра Земли до ее поверхности. [4] 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 -apsis — этот термин может относиться к двум расстояниям от основного тела до вращающегося вокруг него тела, когда последнее расположено: 1) в точке перицентра или 2) в точке апоцентра (сравните оба графика, второй рисунок). Линия апсид обозначает расстояние линии, соединяющей ближайшую и самую дальнюю точки по всей орбите; она также относится просто к крайнему диапазону объекта, вращающегося вокруг тела-хозяина (см. верхний рисунок; см. третий рисунок).

В орбитальной механике апсидами технически называют расстояние, измеренное между барицентром системы из двух тел и центром масс орбитального тела. Однако в случае космического корабля эти термины обычно используются для обозначения орбитальной высоты космического корабля над поверхностью центрального тела (предполагая постоянный стандартный радиус отсчета).

Элементы кеплеровской орбиты : точка G , ближайшая точка сближения движущегося по орбите тела, является перицентром (также перицентром) орбиты; точка H , самая дальняя точка движущегося по орбите тела, является апоцентром (также апоцентром) орбиты; а красная линия между ними является линией апсид.

Терминология

Часто встречаются слова «перицентр» и «апоцентр», хотя в техническом употреблении предпочтительнее термины «перицентр»/«апоцентр».

Этимология

Слова перигелий и афелий были придуманы Иоганном Кеплером [8] для описания орбитальных движений планет вокруг Солнца. Слова образованы от префиксов пери- (греч. περί , около) и апо- (греч. ἀπό , вдали от), присоединенных к греческому слову, обозначающему Солнце, ( ἥλιος или hēlíos ). [5]

Различные связанные термины используются для других небесных объектов . Суффиксы -gee , -helion , -astron и -galacticon часто используются в астрономической литературе при упоминании Земли, Солнца, звезд и Галактического центра соответственно. Суффикс -jove иногда используется для Юпитера, но -saturnium очень редко использовался в последние 50 лет для Сатурна. Форма -gee также используется как общий термин для обозначения наибольшего приближения к «любой планете» — вместо того, чтобы применять его только к Земле.

Во время программы «Аполлон» термины «перицинтион» и «апокинтион» использовались применительно к орбите Луны ; они отсылают к Синтии, альтернативному имени греческой богини Луны Артемиды . [9] Совсем недавно, во время программы «Артемида» , использовались термины «перилуния» и «аполуния» . [10]

Что касается черных дыр, термин «периботрон» был впервые использован в статье 1976 года Дж. Фрэнка и М. Дж. Риза [11] , которые приписывают У. Р. Стоегеру предложение создать термин с использованием греческого слова, означающего «яма»: «ботрон».

Термины перимелазма и апомелазма (от греческого корня) были использованы физиком и автором научной фантастики Джеффри А. Лэндисом в рассказе, опубликованном в 1998 году [12] , таким образом, они появились раньше терминов perinigricon и aponigricon (от латинского) в научной литературе в 2002 году [13].

Терминология резюме

Суффиксы, показанные ниже, могут быть добавлены к префиксам peri- или apo- для формирования уникальных названий апсид для орбитальных тел указанной хост-/ (первичной) системы. Однако, только для систем Земля, Луна и Солнце обычно используются уникальные суффиксы. Исследования экзопланет обычно используют -astron , но, как правило, для других хост-систем вместо этого используется общий суффикс -apsis . [14] [ не удалось проверить ]

Перигелий и афелий

Схема прямой орбиты тела вокруг Солнца с его ближайшей (перигелий) и самой дальней (афелий) точками

Перигелий (q) и афелий (Q) — это соответственно ближайшая и самая дальняя точки прямой орбиты тела вокруг Солнца .

Сравнение оскулирующих элементов в определенную эпоху с эффективными элементами в другую эпоху приведет к различиям. Время прохождения перигелия как один из шести оскулирующих элементов не является точным предсказанием (за исключением общей модели двух тел ) фактического минимального расстояния до Солнца с использованием полной динамической модели . Точные предсказания прохождения перигелия требуют численного интегрирования .

Внутренние планеты и внешние планеты

На двух изображениях ниже показаны орбиты, орбитальные узлы и положения перигелия (q) и афелия (Q) для планет Солнечной системы [18], как видно сверху северного полюса плоскости эклиптики Земли , которая копланарна с плоскостью орбиты Земли . Планеты движутся против часовой стрелки вокруг Солнца, и для каждой планеты синяя часть их орбиты проходит к северу от плоскости эклиптики, розовая часть — к югу, а точки обозначают перигелий (зеленый) и афелий (оранжевый).

На первом изображении (внизу слева) показаны внутренние планеты, расположенные снаружи от Солнца, такие как Меркурий, Венера, Земля и Марс. Справочная земная орбита окрашена в желтый цвет и представляет собой орбитальную плоскость отсчета . Во время весеннего равноденствия Земля находится в нижней части рисунка. На втором изображении (внизу справа) показаны внешние планеты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Орбитальные узлы — это две конечные точки «линии узлов» , где наклонная орбита планеты пересекает плоскость отсчета; [19] здесь их можно «увидеть» как точки, где синяя часть орбиты встречается с розовой.

Линии апсид

На диаграмме показан экстремальный диапазон — от самого близкого сближения (перигелия) до самой дальней точки (афелий) — нескольких вращающихся небесных тел Солнечной системы : планет, известных карликовых планет, включая Цереру , и кометы Галлея . Длина горизонтальных полос соответствует экстремальному диапазону орбиты указанного тела вокруг Солнца. Эти экстремальные расстояния (между перигелием и афелием) являются линиями апсид орбит различных объектов вокруг тела-хозяина.

Astronomical unitAstronomical unitAstronomical unitAstronomical unitAstronomical unitAstronomical unitAstronomical unitAstronomical unitAstronomical unitAstronomical unitHalley's CometSunEris (dwarf planet)QuaoarMakemake (dwarf planet)Haumea (dwarf planet)PlutoCeres (dwarf planet)NeptuneUranusSaturnJupiterMarsEarthVenusMercury (planet)Astronomical unitAstronomical unitDwarf planetDwarf planetCometPlanet

Расстояния отдельных тел Солнечной системы от Солнца. Левый и правый края каждой полосы соответствуют перигелию и афелию тела, соответственно, поэтому длинные полосы обозначают высокий эксцентриситет орбиты . Радиус Солнца составляет 0,7 млн ​​км, а радиус Юпитера (крупнейшей планеты) — 0,07 млн ​​км, оба слишком малы, чтобы разрешить на этом изображении.

Перигелий и афелий Земли

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 (AU) 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 со временем меняются 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 из года в год. [20] Это значительное изменение обусловлено присутствием Луны: в то время как барицентр Земли и Луны движется по стабильной орбите вокруг Солнца, положение центра Земли, которое в среднем находится примерно в 4700 километрах (2900 миль) от барицентра, может быть смещено в любом направлении от него — и это влияет на время фактического наибольшего сближения между центрами Солнца и Земли (что, в свою очередь, определяет время перигелия в данном году). [21]

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 возникают из-за наклона оси Земли на 23,4° от перпендикуляра к плоскости земной орбиты. [22] Действительно, и в перигелии, и в афелии в одном полушарии лето , а в другом — зима . Зима приходится на полушарие, куда солнечный свет падает меньше всего, а лето — на то полушарие, куда солнечный свет падает больше всего, независимо от расстояния Земли от Солнца.

В северном полушарии лето происходит в то же время, что и 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 северное полушарие содержит более крупные массивы суши, которые легче нагревать, чем моря. [23]

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 немного дольше (93 дня), чем лето в южном полушарии (89 дней). [24]

Астрономы обычно выражают время перигелия относительно первой точки Овна не в днях и часах, а скорее как угол орбитального смещения, 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 она продвинулась на небольшую долю градуса до примерно 283,067°, [25] т. е. в среднем на 62" в год.

Для орбиты Земли вокруг Солнца время апсиды часто выражается через время относительно сезонов, поскольку это определяет вклад эллиптической орбиты в сезонные вариации. Изменчивость сезонов в первую очередь контролируется годовым циклом угла возвышения Солнца, который является результатом наклона оси Земли, измеренного от плоскости эклиптики . Эксцентриситет Земли и другие элементы орбиты не являются постоянными, а медленно изменяются из-за возмущающих эффектов планет и других объектов в солнечной системе (циклы Миланковича).

В очень длительной временной шкале даты перигелия и афелия прогрессируют по сезонам, и они делают один полный цикл за 22 000–26 000 лет. Существует соответствующее движение положения звезд, как видно с Земли, называемое прецессией апсид . (Это тесно связано с прецессией осей .) Даты и время перигелиев и афелиев для нескольких прошлых и будущих лет перечислены в следующей таблице: [26]

Другие планеты

В следующей таблице показаны расстояния планет и карликовых планет от Солнца в их перигелии и афелии. [27]

Математические формулы

Эти формулы характеризуют перицентр и апоцентр орбиты:

Перицентр
Максимальная скорость, , на минимальном (перицентрическом) расстоянии, .
Апоцентр
Минимальная скорость, , на максимальном (апоцентральном) расстоянии, .

В то время как в соответствии с законами Кеплера о движении планет (основанными на сохранении момента импульса ) и сохранении энергии эти две величины постоянны для данной орбиты:

Удельный относительный момент импульса
Удельная орбитальная энергия

где:

Обратите внимание, что для преобразования высот над поверхностью в расстояния между орбитой и ее основным телом необходимо добавить радиус центрального тела, и наоборот.

Среднее арифметическое двух предельных расстояний есть длина большой полуоси a . Среднее геометрическое двух расстояний есть длина малой полуоси b .

Среднее геометрическое двух предельных скоростей равно

что является скоростью тела на круговой орбите, радиус которой равен .

Время перигелия

Орбитальные элементы, такие как время прохождения перигелия , определяются в выбранную эпоху с использованием невозмущенного решения для двух тел , которое не учитывает проблему n тел . Чтобы получить точное время прохождения перигелия, вам нужно использовать эпоху, близкую к прохождению перигелия. Например, при использовании эпохи 1996 года комета Хейла-Боппа покажет перигелий 1 апреля 1997 года. [28] Использование эпохи 2008 года показывает менее точную дату перигелия 30 марта 1997 года. [29] Короткопериодические кометы могут быть еще более чувствительны к выбранной эпохе. Использование эпохи 2005 года показывает, что 101P/Черных придет в перигелий 25 декабря 2005 года, [30] но использование эпохи 2012 года дает менее точную невозмущенную дату перигелия 20 января 2006 года. [31]

Численное интегрирование показывает, что карликовая планета Эрида достигнет перигелия около декабря 2257 года. [33] Использование эпохи 2021 года, что на 236 лет раньше, менее точно показывает, что Эрида достигнет перигелия в 2260 году. [34]

4 Веста достигла перигелия 26 декабря 2021 года [35] , но использование решения двух тел в эпоху июля 2021 года менее точно показывает, что Веста достигла перигелия 25 декабря 2021 года. [36]

Короткие дуги

Транснептуновые объекты, обнаруженные на расстоянии 80+ а.е. от Солнца, нуждаются в десятках наблюдений в течение нескольких лет, чтобы хорошо ограничить их орбиты, поскольку они движутся очень медленно на фоне звезд. Из-за статистики малых чисел, транснептуновые объекты, такие как 2015 TH 367, когда у него было всего 8 наблюдений в течение дуги наблюдения в 1 год, которые не достигли или не достигнут перигелия примерно за 100 лет, могут иметь неопределенность в 1 сигму в 77,3 года (28 220 дней) в дате перигелия. [37]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "apsis". Dictionary.com Unabridged (Online). nd
  2. ^ "apsis". Американский словарь наследия английского языка (5-е изд.). HarperCollins.
  3. Джо Рао (6 июля 2023 г.). «Счастливого Дня афелия! Сегодня Земля находится дальше всего от Солнца в 2023 году». Space.com . Получено 22 апреля 2024 г. .
  4. ^ "Earth-Moon Barycenter - SkyMarvels.com". www.skymarvels.com . Получено 23 апреля 2024 г. .
  5. ^ ab Поскольку Солнце, Ἥλιος по-гречески, начинается с гласной (H — долгая гласная ē по-гречески), конечная o в «apo» опускается из префикса. = Произношение «Ap-helion» приводится во многих словарях [1] Архивировано 22 декабря 2015 г. на Wayback Machine , где «p» и «h» произносятся отдельными слогами. Однако произношение / ə ˈ f l i ə n / [2] Архивировано 29 июля 2017 г. на Wayback Machine также распространено ( например, McGraw Hill Dictionary of Scientific and Technical Terms, 5-е издание, 1994 г., стр. 114), поскольку в позднегреческом языке «p» от ἀπό, за которым следует «h» от ἥλιος, становится phi; таким образом, греческое слово — αφήλιον. (см., например, Walker, John, A Key to the Classical Pronunciation of Greek, Latin, and Scripture Proper Names , Townsend Young 1859 [3] Архивировано 21 сентября 2019 г. на Wayback Machine , стр. 26.) Многие [4] словари дают оба произношения
  6. ^ Чисхолм, Хью , ред. (1911). «Перигей»  . Encyclopaedia Britannica . Том 21 (11-е изд.). Cambridge University Press. стр. 149.
  7. ^ abcd "Basics of Space Flight". NASA. Архивировано из оригинала 30 сентября 2019 г. Получено 30 мая 2017 г.
  8. ^ Кляйн, Эрнест, Полный этимологический словарь английского языка , Elsevier, Амстердам, 1965. (Архивная версия)
  9. ^ "Отчет о миссии Apollo 15". Глоссарий . Архивировано из оригинала 19 марта 2010 года . Получено 16 октября 2009 года .
  10. ^ R. Dendy; D. Zeleznikar; M. Zemba (27 сентября 2021 г.). NASA Lunar Exploration – Gateway's Power and Propulsion Element Communications Links. 38-я Международная конференция по спутниковым системам связи (ICSSC). Арлингтон, Вирджиния. Архивировано из оригинала 29 марта 2022 г. . Получено 18 июля 2022 г. .
  11. ^ Фрэнк, Дж.; Риз, М.Дж. (1 сентября 1976 г.). «Влияние массивных черных дыр на плотные звездные системы». MNRAS . 176 (6908): 633–646. Bibcode :1976MNRAS.176..633F. doi : 10.1093/mnras/176.3.633 .
  12. Perimelasma Архивировано 25 февраля 2019 г. в Wayback Machine , автор Джеффри Лэндис, впервые опубликовано в Asimov's Science Fiction , январь 1998 г., переиздано в Infinity Plus
  13. ^ R. Schödel; T. Ott; R. Genzel; R. Hofmann; M. Lehnert; A. Eckart; N. Mouawad; T. Alexander; MJ Reid; R. Lenzen; M. Hartung; F. Lacombe; D. Rouan; E. Gendron; G. Rousset; A.-M. Lagrange; W. Brandner; N. Ageorges; C. Lidman; AFM Moorwood; J. Spyromilio; N. Hubin; KM Menten (17 октября 2002 г.). «Звезда на 15,2-летней орбите вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути». Nature . 419 (6908): 694–696. arXiv : astro-ph/0210426 . Bibcode :2002Natur.419..694S. doi :10.1038/nature01121. PMID  12384690. S2CID  4302128.
  14. ^ "MAVEN » Science Orbit". Архивировано из оригинала 8 ноября 2018 г. Получено 7 ноября 2018 г.
  15. ^ "Dawn Journal: 11 лет в космосе". www.planetary.org . Архивировано из оригинала 24 октября 2018 г. Получено 24 октября 2018 г.
  16. ^ Cecconi, B.; Lamy, L.; Zarka, P.; Prangé, R.; Kurth, WS; Louarn, P. (4 марта 2009 г.). «Гониополяриметрическое исследование перикрона вращения 29 с использованием высокочастотного радиоприемника инструмента Cassini Radio and Plasma Wave Science». Журнал геофизических исследований: космическая физика . 114 (A3): A03215. Bibcode : 2009JGRA..114.3215C. doi : 10.1029/2008JA013830. Архивировано из оригинала 9 декабря 2019 г. Получено 9 декабря 2019 г. – через ui.adsabs.harvard.edu.
  17. ^ Пример использования: Маккевитт, Джеймс; Булла, Софи; Диксон, Том; Крискола, Франко; Паркинсон-Свифт, Джонатан; Борнберг, Кристина; Сингх, Джасприт; Патель, Курен; Лаад, Ариан; Фордер, Итан; Айин-Уолш, Луис; Бигадхур, Шейн; Ведде, Пол; Паппула, Бхарат Симха Редди; Макдугалл, Томас; Фогис, Мадалин; Кент, Джек; Морган, Джеймс; Радж, Уткарш; Хайнрайхсбергер, Карина (18 июня 2021 г.). «Многоцелевая обсерватория и научная платформа класса L для Нептуна». Труды Всемирной конференции по исследованию космоса 2021 г. arXiv : 2106.09409 .
  18. ^ "определение апсиды". Dictionary.com . Архивировано из оригинала 8 декабря 2015 г. . Получено 28 ноября 2015 г. .
  19. ^ Дарлинг, Дэвид. "линия узлов". Энциклопедия астробиологии, астрономии и космических полетов . Архивировано из оригинала 23 августа 2019 г. Получено 17 мая 2007 г.
  20. ^ «Перигелий, афелий и солнцестояния». timeanddate.com. Архивировано из оригинала 3 января 2018 г. Получено 10 января 2018 г.
  21. ^ «Изменение времени перигелия и афелия». Отдел астрономических приложений Военно-морской обсерватории США. 11 августа 2011 г. Архивировано из оригинала 11 января 2018 г. Получено 10 января 2018 г.
  22. ^ "Исследование Солнечной системы: Наука и технологии: Научные особенности: погода, погода, везде?". NASA . Архивировано из оригинала 29 сентября 2015 г. Получено 19 сентября 2015 г.
  23. ^ "Земля в афелии". Космическая погода. Июль 2008. Архивировано из оригинала 17 июля 2015 года . Получено 7 июля 2015 года .
  24. ^ Рокпорт, Стив С. «Насколько афелий влияет на нашу погоду? Летом мы находимся в афелии. Было бы наше лето теплее, если бы мы были в перигелии?». Планетарий . Университет Южного Мэна . Архивировано из оригинала 6 июля 2020 г. . Получено 4 июля 2020 г.
  25. ^ "Data.GISS: Параметры орбиты Земли". data.giss.nasa.gov . Архивировано из оригинала 2 октября 2015 г.
  26. ^ Эспенак, Фред. «Земля в перигелии и афелии: с 2001 по 2100 год». astropixels . Архивировано из оригинала 13 июля 2021 г. . Получено 24 июня 2021 г. .
  27. ^ "NASA planetary comparison chart". Архивировано из оригинала 4 августа 2016 года . Получено 4 августа 2016 года .
  28. ^ "JPL SBDB: Hale-Bopp (Epoch 1996)". Архивировано из оригинала 16 июля 2020 г. Получено 16 июля 2020 г.
  29. ^ "JPL SBDB: Hale-Bopp". Архивировано из оригинала 17 июля 2020 г. Получено 16 июля 2020 г.
  30. ^ "101P/Черных – А (NK 1293) Сюичи Накано" . Архивировано из оригинала 3 октября 2020 года . Проверено 17 июля 2020 г.
  31. ^ JPL SBDB: 101P/Черных (эпоха 2012 г.)
  32. ^ "Horizons Batch for 12P/Pons-Brooks (90000223) at 2024-Apr-21 03:20" (Перигелий происходит, когда rdot переключается с отрицательного на положительный). JPL Horizons . Архивировано из оригинала 12 февраля 2023 г. Получено 11 февраля 2023 г.(JPL#K242/3 Дата солнца: 24 октября 2022 г.)
  33. ^ "Horizons Batch for Eris at perihelion about 7 December 2257 ±2 weeks". JPL Horizons (Перигелий происходит, когда rdot переключается с отрицательного на положительный. JPL SBDB в общем (неправильно) указывает невозмущенную дату двухтельного перигелия в 2260 году). Jet Propulsion Laboratory. Архивировано из оригинала 13 сентября 2021 г. Получено 13 сентября 2021 г.
  34. ^ "JPL SBDB: Eris (Epoch 2021)". Архивировано из оригинала 31 января 2018 г. Получено 5 января 2021 г.
  35. ^ "Horizons Batch for 4 Vesta on 2021-Dec-26" (Перигелий происходит, когда rdot переключается с отрицательного на положительный). JPL Horizons . Архивировано из оригинала 26 сентября 2021 г. Получено 26 сентября 2021 г.(Эпоха 2021-01 июля/Дата солнца: 2021-13 апреля)
  36. ^ JPL SBDB: 4 Веста (эпоха 2021 г.)
  37. ^ "JPL SBDB: 2015 TH367". Архивировано из оригинала 14 марта 2018 г. Получено 23 сентября 2021 г.{{cite web}}: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link)

Внешние ссылки