Танец планет: Танец планет — Мастерок.жж.рф — LiveJournal

Примечание:

В июне 2008 года МАС официально определил термин плутоид как обозначают подкласс транснептуновых карликовых планет. На это письмо (июль 2008 г.) есть 3 «плутоида», которым так бросают вызов: Плутон, Эрида, и Макемаке.

Гигантские луны

Крупнейшими из них являются «Гигантские луны»:

• Земля: Луна
• Юпитер: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто ( 4 галилеевых спутника, открытых Галилеем в 1610 г. )
• Сатурн: Титан
• Нептун: Тритон

Множество меньших спутников, как каменистых, так и ледяных, находятся по всему миру. Солнечная система вращается вокруг всех планет , кроме для Mercury & Венера. Только у этих двух планет нет спутников.

Транснептуновые объекты

• Встречается только во внешней Солнечной системе за пределами 30 а.е.
• Плотность от 1,2 до 2 г/куб.см с указанием того, что они изготовлены в основном изо льда.

Примеры:

• Плутон и Эрида (транснептуновые карликовые планеты или «плутоиды»)
• Объекты пояса Койпера (30-50 а.е.)
• Харон, большой спутник Плутона
• Седна и Кваор: далекие большие ледяные тела

Остатки: малые тела Солнечной системы

астероидов:

• Изготовлен из камня и металлов (плотность 2-3 г/куб. см)
• Размеры: от нескольких сотен километров до размеров крупных валунов.
• Большинство из них находятся в Главном поясе астероидов (2,1–3,2 а.е.)
• Самая большая карликовая планета Церера

Метеороиды:

• Кусочки камня и металла (железо)
• Размеры: от песчинок до мелких валунов

Кометы:

• Композитный камень и лед «грязные снежки»
• Проявочные длинные хвосты газа и пыли сметаются с них когда они проходят вблизи Солнца.

Все это остаточный материал от первоначального формирования Солнечная система.

За пределами Кеплера

Но Солнечная система — это система многих тел :

• 8 планет
• Множественные лунные системы вокруг 6 планет
• Миллионы маленьких астероидов и ледяных тел
• Много мелких обломков (метеоров и комет)

Задача трех тел

Какова орбита малого тела в комбинированном гравитационном поле? поле двух более крупных объектов, вращающихся вокруг друг друга?

Некоторые примеры:

• Космический аппарат в системе Земля-Луна
• Астероид, вращающийся вокруг Солнца вблизи Юпитера.

• Решена «Ограниченная задача трех тел», в которой третье тело пренебрежимо малая масса по сравнению с двумя более массивными телами на круговых орбитах вокруг их общий центр масс.
• Найдено 5 «островов равновесия», вращающихся в ногу с два основных органа.

Точки Лагранжа Земля-Луна

Точки Лагранжа Земля-Луна

L ₄ и L ₅ являются стабильными :

Объекты могут быть захвачены на стабильных орбитах «головастика».

L ₁ до L ₃ являются нестабильными :

Объекты в этих точках легко сбиваются со своих орбит и дрейфовать (никаких долговременных орбит без особых обстоятельств, типа запуск двигателей для «маневров по удержанию места»).

Юпитер Троянские астероиды

Пример объектов, захваченных на устойчивых орбитах L ₄ и L ₅ Точки Лагранжа — это троянских астероидов Юпитера. Это два семейства астероидов, которые следуют за Юпитером и ведут его. вокруг Солнца как часть системы Солнце-Юпитер.

Юпитер Троянские астероиды.

Гравитационные взаимодействия

• Солнце примерно в 1000 раз массивнее всех планет, лун и комбинированные мелкие тела.
• Солнечная система (сегодня) в основном пустая, с большими расстояниями между крупными объектами.

• Гравитационное притяжение других тел обычно невелико по сравнению с гравитации Солнца.
• Но со временем они могут накапливаться…
• или они могут быть сильными, если случаются близкие встречи.

Дальние возмущения

Дополнительные гравитационные силы между объектами ускоряют тела. относительно их кеплеровских орбит

• Орбиты возмущены простыми кеплиеровскими путями
• Эффект сильнее всего, когда два объекта выстроены в линию в оппозиции (максимальное приближение друг к другу).
• Менее массивные объекты ускоряются больше.
• Возмущения могут накапливаться со временем, хотя обычно они в основном отменяются.

Несоответствующая орбита Урана

Уран — 7-я планета, вращающаяся вокруг Сатурна.

Последующие измерения орбиты Урана начали показывать систематические расхождения между прогнозируемым и фактическим положением Уран в небе. К 1840-м годам эти несоответствия стали размером с 1 угловую минуту!

• Уран был , ускоряя на своей орбите из-за комбинированного гравитация других массивных объектов в Солнечной системе.

• Дополнительное ускорение было от силы тяжести 8-го, пока неизвестно массивная планета, вращающаяся где-то за Сатурном!

Открытие Нептуна

Используя девиантные движения Урана, они самостоятельно рассчитал, где должна быть эта неизвестная 8 ^-я -я планета.

• Английские астрономы проигнорировали Адамса.
• Леверье убедил Галле в Берлине начать поиски.

23 сентября 1846 года Галле нашел Нептун всего в 52 угловых минутах от того места, где Леверье предсказал, что так и будет!

Это стало возможным потому, что между открытием Урана в 1781 г. 1840-х годах Нептун прошел через противостояние с Ураном, когда возмущение Урана гравитацией Нептуна является самым сильным. Если их конфигурация была бы соединением, не было бы измеримое возмущение. В конце концов Нептун был бы открыт случайно, как Уран, на самом деле Галилей видел его, наблюдая Юпитер, но думал, что это неподвижная звезда! [ПРИМЕЧАНИЕ: записные книжки Галилея показали, что он дважды наблюдал Нептун во время наблюдений за Юпитером 28 декабря 1612 года и 27 января 1613 года. В это время Нептун и Юпитер находились в небе в соединении. Поскольку это соединение также произошло недалеко от того времени, когда Нептун находился в оппозиции, его движение было очень небольшим и неразличимым для маленького телескопа Галилея, и он решил, что это неподвижная звезда.]

Близкие контакты

• Они могут резко изменить орбиты одного или обоих тел.
• Меньшие объекты сильнее подвержены влиянию близких встречи с более крупными телами.

Короткопериодические кометы

Приближающаяся комета на большой эллиптической или почти параболической орбите с очень длинный период выводится на меньшую эллиптическую орбиту с более короткий период после тесного гравитационного столкновения с Юпитером.

Пунктирная линия — это орбита, по которой шла бы комета, если бы у нее не было Встреча с Юпитером.

Сплошная линия показывает новую, меньшую эллиптическую орбиту кометы после близкое гравитационное столкновение с Юпитером,

Гравитационная рогатка

Космический корабль догоняет Юпитер сзади и ускоряется сильной гравитацией Юпитера. Это, в сочетании с орбитальным движением Юпитера, придать космическому кораблю ускорение, забросив его во внешний Солнечная система.

Этот метод «гравитации» используется для отправки космических аппаратов в внешней части Солнечной системы, лишив Юпитер крошечной части его орбиты. энергия. Это гораздо более энергоэффективно, чем необходимость носить с собой очень тяжелая полезная нагрузка топлива, чтобы разогнать космический корабль до таких скоростей.

Это сделали все внешние исследователи Солнечной системы («Вояджер-1» и «Вояджер-2», Pioneer 10 и 11, Cassini и New Horizons).

Выше показан гравитационный траектор Кассини к Сатурну. Бусты с Венеры, Земли и Юпитера были использованы для доставки Кассини к Сатурну с минимальный расход топлива (и, следовательно, меньший вес корабля).

Обратный процесс, при котором происходит столкновение с космическим кораблем оказаться перед планетой, можно использовать для извлечения энергии из космический корабль, сбросив его глубже во внутреннюю часть Солнечной системы. Это сделано для космических кораблей, направляющихся к Меркурию, таких как MESSENGER.

• Комбинированные эффекты имеют тенденцию к усреднению в течение длительного времени.

• Повторяющиеся ускорения со временем суммируются и усиливаются.
• При регулярном близком контакте меньший объект может получить , дестабилизировав с течением времени и очистив его от исходного орбита.
• Если синхронизация позволяет избежать близких столкновений, орбита может быть стабилизированный .

Аналогия состоит в том, чтобы рассмотреть ребенка на качелях, которого толкает другой. человек:

Если толчки ребенка происходят в случайное время, иногда с их замахом и усилением их, иногда толкая их качание и замедляя их, они усредняются, а качание не многое изменить.

Однако, если все нажатия рассчитаны точно по времени, так что вы нажимаете кнопку ребенок каждый раз качается, синфазные толчки нарастают и качание ребенка усиливается.

Такой своевременный толчок называется возбуждающим резонанс .

Именование резонансов

• Первое число — это количество оборотов, совершенных телом самый возмущенный.
• Второе число — это количество витков, совершенных за одно и то же время возмутителем

Плутон находится в Резонансе 2:3 с Нептуном

Плутон совершает 2 оборота на каждые 3 оборота Нептуна.

Плутон — меньший объект, управляемый Нептуном.

Астероид Хильда находится в резонансе 3:2 с Юпитером

Хильда совершает 3 оборота на каждые 2 оборота Юпитера.

Хильда — меньший объект, управляемый Юпитером.

Резонансы в Солнечной системе

Резонансы Главного пояса астероидов с Юпитером

Пробелы Кирквуд — неустойчивые резонансы, очищенные от астероидов

Семейства астероидов — стабильные резонансы, населенные астероидами. обращаются с одинаковыми периодами.

Троянские астероиды — резонанс 1:1 с Юпитером

Резонансы пояса Койпера с Нептуном

Плутон и Плутино на резонансных орбитах 2:3

Twotinos — объекты на резонансных орбитах 1: 2

Системы Юпитер и Сатурн

Юпитер: 1:2:4 Лаплас Резонанс спутников Ио, Европы и Ганимеда

Сатурн: много резонансных лун и резонансных промежутков в кольцах.

Динамическая эволюция (снова)

• Динамическое состояние Солнечной системы меняется со временем по мере планеты взаимодействуют через их взаимную гравитацию.

• Близкие столкновения изменяют орбиты и даже могут пинать маленькие тела из Солнечной системы.
• Некоторые резонансы дестабилизируют орбиты малых тел, опустошая некоторые орбиты (Пробелы Кирквуда в астероидах, разрывы колец вокруг Сатурна)
• Некоторые резонансы стабильны, и объекты, занесенные в них, могут образовывать отдельные динамические «семейства» объектов.

По мере более подробного изучения Солнечной системы позже в этом курсе мы следите за признаками этой «динамической эволюции» и используйте ее для Помогите прочитать динамическую историю Солнечной системы.

Занятие «Танец планет»

Сводка действий

Цель:

Используя реальные данные двух новых планетных систем, открытых вокруг соседние звезды в 1995 и 1996 годах, учащиеся сравнивают орбитальные пути что каждый путешествует, вращаясь вокруг центральной звезды. Они будут сравнивать и сопоставить их результаты с данными, полученными из нашей собственной Солнечной системы, проанализируйте каждый путь орбиты и сравните их размер, форму и эксцентриситет.

Введение

Помолвка

В своем дневнике нарисуйте свое предсказание того, как устроена наша солнечная система. как планеты вращаются вокруг Солнца. Не забудьте указать количество планет и их имена, порядок, в котором они расположены, и насколько велики, по вашему мнению, расстояния между планетами.

Вы будете работать с другими учеными НАСА над сбором данных, касающихся на расстояния каждой планеты от Солнца. Ваша команда будет состоять из четыре члена. Каждый человек в группе будет иметь определенное ответственность на основе следующих должностей.

• Главный исследователь – отвечает за все операции связанных с групповой деятельностью. «ПИ» проверяет задание, сообщает указания учителя, оказывает помощь другим членов группы и проводит групповые обсуждения результатов.
• Менеджер по материалам — «ММ» получает и распределяет материалы и оборудование для деятельности. «ММ» также настраивает и управляет деятельностью оборудование в сотрудничестве с «ПИ».
• Регистратор/Репортер – «RR» отвечает за сбор и запись информация о групповых рабочих листах. Также сообщает результаты классу.
• Директор по техническому обслуживанию — «MD» отвечает за очистку рабочая станция и может назначать других участников для помощи. Также отвечает за групповая и индивидуальная безопасность. Также проверяет работу «RR».

Разведка

Как образовалась Солнечная система? У других звезд в нашем районе в галактике есть планеты, вращающиеся вокруг них? Чтобы понять эти фундаментальные вопросы (Откуда мы пришли? Одни ли мы в Вселенная?), мы должны узнать все, что возможно, о нашей Солнечной системе. Один Область, которую мы можем изучать, — это организация планет, из которых состоит наша Солнечная система.

Занятие 1: Портрет Солнечной системы

Расстояния между планетами и расстояния планет от Солнца различаются значительно по всей Солнечной системе. В этом упражнении вы сделаете масштабную модель Солнечной системы и использовать ее, чтобы узнать, как устроены планеты расположены в Солнечной системе.

Материалы, которые вам понадобятся

Бумага (3 дюйма x 36 дюймов)
Цветные карандаши
Счетчик
Таблица данных Солнечной системы
Калькулятор

Следующие шаги (процедуры) должны быть соблюдены при проведении этого активность.

Помните, когда вы читаете, чтобы выполнить задачу:

• Прочтите материал один раз, а затем прочтите его еще раз.
• Использовать любые иллюстрации, рисунки или диаграммы, которые могут быть у автора предоставлено для вас.
• Делайте паузу после каждого направления, которое вы читаете, и рисуйте то, что вы просят сделать.

Процедура

1. См. Таблицу данных Солнечной системы и построить диаграмму данных, показывающую расстояние каждой планеты от Солнца. Диаграмма данных состоит из трех столбцов и девяти строк. Обозначьте каждый столбец следующие: Планета, Расстояние от Солнца (AU) и Масштабированное расстояние (с использованием 1 а.е. = 2 см) соответственно. Астрономы определили расстояние между Земля и Солнце как одна астрономическая единица, где (1 а.е. = 93 миллиона миль).
2. Каждая строка должна состоять из названий планет, расстояния от Солнца, и масштабированное расстояние. Чтобы рассчитать масштабированное расстояние, умножьте расстояние от Солнца, умноженное на 2 см.
3. С одного конца бумаги начните все измерения. Этот конец представляет собой центр Солнца.
4. Используя цветные карандаши, нарисуйте изображение каждой планеты. представляющие их масштабированные расстояния от Солнца в см. Используйте данные диаграмма.

Пояснение

Внимательно посмотрите на портрет, который вы нарисовали. Четыре планеты Ближайшие к Солнцу (Меркурий, Венера, Земля, Марс) известны как внутренние (или земные) планеты. Пять самых удаленных от Солнца планет: известны как внешние планеты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон). Четыре из них (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) — газовые гиганты. Плутон меньше многих спутников Юпитера и Сатурна, а собственная Луна Земли).

  Вопрос 1a:  Объясните, как определяется масштабированное расстояние.
  Вопрос 1b:  На вашей модели обратите внимание на четыре планеты, ближайшие к
Солнце, затем пять самых дальних. Как меняются расстояния от одного внутреннего
планеты к другим сравните с расстояниями от одной внешней планеты до
другие?
  Вопрос 1c:  Сила тяжести сильнее на более коротких расстояниях. 
По мере увеличения гравитационной силы увеличивается орбитальная скорость планеты.
Зная это, период обращения какой планеты самый короткий? Объяснять.
  Вопрос 1d:  Поверхность каждой планеты получает свою тепловую энергию
от солнца. Следовательно, можно ли предсказать, что температура поверхности
Плутон будет больше или меньше температуры поверхности Марса?
Почему?
  Вопрос 1e:  Какая сила удерживает Землю и другие планеты в их
орбитальные пути, когда они обращаются вокруг Солнца? Объяснять.
 

Разработка

  Вопрос 1f:  Помимо шкалы расстояний, какую еще информацию
Вам нужно построить точную масштабную модель Солнечной системы?
  Вопрос 1g:  Вернитесь к рисунку, который вы сделали во время
вовлечённая деятельность. Опишите, как ваши предсказанные расстояния между
планет и расстояния планет от Солнца отличаются от масштаба
модель, которую вы сделали. Как бы вы изменили свою первую модель, чтобы
ваш рисунок, чтобы представить более точное изображение модели в масштабе
Солнечная система?
 

Помолвка

Вас и вашу команду ученых НАСА попросили исследовать два обнаружены новые планетные системы вокруг соседних звезд. Эти системы были фактически обнаружены в 1995 и 1996 годах по реальным данным. Вас просят исследовать орбиту, по которой движется каждый из них, вращаясь вокруг центральной звезда. Сравните свои результаты с данными, полученными из нашей собственной солнечной системы. Проанализируйте каждый путь орбиты и сравните их размер (расстояние от центральной звезда) и форму (эксцентриситет), чтобы выполнить следующие действия.

Занятие 2: Картографирование планетарных орбит: Солнечная система и За пределами

Материалы, которые вам понадобятся

Процедура

1. Используя метрическую линейку, найдите центральную точку вашего плаката. доска. В центре плаката изображено Солнце. Под центром точки вашего плаката, поместите кусок картона, чтобы убедиться, что шпильки остаются на месте.
2. Поместите одну булавку в центральную точку, а другую на расстоянии 0,1 см. Вырезать кусок веревки длиной 5,9 см и свяжите ее так, чтобы веревка образовала петля.
3. Оберните веревку вокруг булавок с помощью карандаша и потяните за веревку. в обтяжку. Перемещайте карандаш по плакату до тех пор, пока не закончите удлиненная замкнутая кривая, также известная как эллипс. Круг — это определенного эллипса, когда оба фокуса (булавки) находятся в одной и той же точке. чем дальше друг от друга фокусы, тем более вытянут эллипс. Назовите этот эллипс Земля. См. схему ниже.

4. Повторите шаги 2 и 3 для Юпитера. Поскольку Юпитер и Земля вращаются вокруг Солнце, нарисуйте Юпитер на том же плакате, что и Земля. Теперь с помощью нового плакатная доска, нарисуйте эллипс, представляющий орбиту 16 Лебедя. Этот была единственной известной планетой, обращавшейся вокруг этой звезды на момент открытия, поэтому это будет единственный объект на этом плакате. Наконец, на третьем на доске для плакатов нарисуйте эллипсы, представляющие орбиты двух планет: Лаланд А и Лаланд Б.

   Во всех случаях используйте информацию, содержащуюся в диаграмме данных, для масштабирования расстояния соответственно. Так как Солнце (или звезда) всегда находится в одном фокусе эллиптической орбиты планет вокруг него, убедитесь, что одна булавка остается в центре каждого плаката. Помечайте каждый эллипс по мере того, как вы его рисуете. Использовать карандаши разного цвета для представления каждого эллипса и построения цвета ключ. Масштаб каждой планетной системы равен 1 а.е. = 2,0 см. Запишите это информацию о каждой из ваших карт орбит Солнечной системы.

Планета/Системы	Разделение штифтов (см)	String Length (cm)
Earth	0. 1 cm	5.9 cm
Jupiter	1.4 cm	30.4 cm
16 Cygni	3.2 cm	8.2 cm
Lalande A	0,2 см	14,8 см
Lalande B	0,2 см	58,2 см

  Вопрос 2а:  Сравните и сопоставьте форму и размер Земли
орбита совпадает с орбитой Юпитера.
 

Пояснение

Добавьте следующую информацию в приведенную ниже диаграмму данных, измерив длина большой оси (L) каждой планетарной орбиты в см.

  Вопрос 2b:  Каков эксцентриситет каждого из построенных
эллипсы? Эксцентриситет можно рассчитать, разделив d/L = e.  Добавить
эксцентриситеты к таблице данных выше.
  Вопрос 2c:  Рассчитайте большую ось для каждой орбиты в астрономическом
Единицы (АЕ). Расстояние в а.е. можно определить, разделив расстояние на
сантиметры на 2,0 см, чтобы преобразовать сантиметры в AU.
 

Разработка

  Вопрос 2d:  Сравните планетарную систему 16 Лебедей с планетами
в нашей собственной Солнечной системе. Используя таблицу данных Солнечной системы, найдите
планета Солнечной системы, чье расстояние от Солнца (в а.е.) ближе всего к
расстояние планеты 16 Лебедя от ее звезды. как эксцентриситет
из 16 планет Лебедя по сравнению с эксцентриситетом орбиты Земли?
  Вопрос 2e:  Сравните расстояния Лаланда А и Лаланда В до
их звезда с расстояниями в пределах нашей Солнечной системы. Вы видите какой-нибудь
сходства между планетарными расстояниями в системе Лаланда и
те, что в Солнечной системе? Какая планета в нашей Солнечной системе имеет
эксцентриситет ближе всего к эксцентриситету Лаланда А?
  Вопрос 2f:  Окружность — это всего лишь частный случай эллипса с
эксцентриситет 0,0.  В этом случае очаги находятся друг над другом;
расстояние между ними равно нулю, и они находятся в центре
круг. Какая из планет за пределами нашей Солнечной системы вращается вокруг
эллипс, ближайший к окружности?
  Вопрос 2g:  Как вы думаете, какой будет температура поверхности?
как на этих планетах? Предположим, что их звезды примерно так же энергичны, как наши.
Солнце.
 

Занятие 3: Письмо для информирования

Каким образом информация, полученная в результате деятельности (масштабный портрет, отображение орбит, вычисление эксцентриситета и определение расстояний планеты от их звезд) помогают ученым сравнивать новые планетные системы к той из нашей собственной Солнечной системы? Ученые считают, что жизнь может развиваться планеты с такими же расстояниями и эксцентриситетами, как орбита Земли. Обсудите эту возможность в этой статье.

Прежде чем написать:

Подумайте, как информация, полученная в результате деятельности, помогает ученых в будущем, когда они откроют новые системы.

Подумайте, как собранную информацию можно сравнить с тем, что мы уже знают о нашей Солнечной системе.

Обсуждение

Артикул

Ссылки учителя