태양계 궤도 란 무엇입니까? 역사, 유형 등

궤도는 예를 들어 태양 주위의 모든 행성과 같이 태양계의 물체가 다른 물체 주위에 있는 궤적으로 구성됩니다. 다음 기사에서는 궤도가 무엇으로 구성되는지에 대해 자세히 알아볼 것입니다. 태양계 궤도 더.

물리학 분야에서 궤도의 정의는 중력과 같은 강력한 중심력의 영향을 받는 물체가 다른 물체 주위를 가리키는 궤적으로 구성됩니다.

연혁

그것은 스스로 만든 행성 운동의 3가지 법칙의 위대한 결과를 공식화한 요하네스 케플러(Johannes Kepler)의 위대한 수학적 공헌으로 시작됩니다.

• 클레퍼의 행성 운동 제1법칙: 그는 태양계 내의 모든 행성의 궤도가 타원형이 되며 이전에 생각했던 것처럼 원형이 아니거나 주전원이 아니며 태양이 모든 사람이 아닌 한 초점에 있다고 지적한 곳입니다. 행성 궤도의 중심에 있다고 생각합니다.

• 클레퍼의 행성 운동 제2법칙: 여기서 그는 각 행성의 궤도 속도가 자주 발생하지 않는다고 설명했지만, 행성의 속도는 행성과 태양 사이의 경로 종류에 따라 달라질 것이라고 설명했습니다.

• 클레퍼의 행성 운동 제3법칙: 케플러가 태양 주위를 공전하는 각 행성의 궤도 특성이 무엇인지 보편적인 방식으로 일종의 상관 관계를 찾은 곳입니다. 각 행성에 대해 태양과 태양 사이의 경로는 세제곱(거리 ³)은 일반적으로 천문 단위로 측정되며, 이는 행성의 주기를 제곱한 경우(행성의 주기)와 같은 방식입니다. ²), 지구 연도로 측정됩니다.

유명한 아이작 뉴턴은 위대한 요하네스 케플러의 법칙이 뉴턴의 중력 이론에서 비롯되었으며 일반적으로 중력에 반응하는 각 천체의 궤도는 원뿔형 단면이라는 것을 보여준 사람이었습니다.

그래서 아이작 뉴턴 자신도 2개의 물체가 보통 질량 중심에 대해 각각의 질량에 반비례하는 차원의 궤도에서 계속된다고 지적했습니다. 한 물체가 다른 물체보다 훨씬 더 커지고 질량이 커지면 각 질량의 중심이 훨씬 더 큰 질량을 가진 물체의 중심점으로 간주되는 일종의 관습이 만들어집니다. 더 크거나 더 큽니다.

궤도에 대한 지식을 통해 예를 들어 다음과 같은 사항을 배울 수 있습니다. 지구의 움직임, 그렇기 때문에 아는 것이 중요합니다. 궤도 란 무엇입니까? 그리고 그와 관련된 모든 것.

행성 궤도

행성계는 다음으로 구성됩니다.

• 행성
• 왜행성
• 소행성
• 혜성
• 우주 쓰레기

그들 모두는 우리 태양계에서 가장 큰 주별, 즉 태양 주위를 공전합니다. 태양은 상기 별과 중력 연결이 없으므로 주별의 이 행성계의 일부로 간주되지 않습니다.

분명히 쌍곡선 궤도를 가진 혜성은 태양계 내에서 시각화되지 않았습니다. 인공이든 자연이든, 행성계의 각 행성과 중력적으로 연결되어 있는 천체는 행성 주위에서 이른바 타원 궤도를 도는 천체입니다.

양측 중력 섭동으로 인해 각 행성 궤도의 이심률은 수년에 걸쳐 달라지는 경향이 있습니다. 전체 태양계에서 가장 작은 행성인 수성은 나머지 행성과 달리 훨씬 더 편심한 궤도를 가지고 있습니다. 다음은 화성의 붉은 행성이고, 덜 이심률이 낮은 다른 행성은 다음과 같습니다.

• 행성 금성
• 행성 해왕성

2개의 물체가 그들 사이를 공전하는 순간, 소위 페리아스트론은 두 물체가 서로 더 가까워지는 초기 극단으로 구성되며, 소위 아포아스트론의 경우 두 물체가 가능한 한 서로 멀리.

타원 궤도의 경우, 궤도를 도는 물체와 궤도를 도는 물체 사이의 시스템 질량의 중심점은 다른 초점 사이에 다른 초점이 없이 어느 한 궤도 초점의 1에 위치합니다.

행성 중 하나가 소위 페리아스트론에 접근하는 순간, 행성은 속도를 증가시킵니다. 반대로, 행성이 아포스트로에 접근하면 속도의 강도가 낮아집니다.

직관적인 설명

궤도의 기능이 무엇인지 설명하는 몇 가지 방법이 있으며 그 중 일부는 다음과 같습니다.

• 물체(행성, 소행성, 혜성, 위성 등)가 비스듬히 움직일 때 궤도를 도는 다른 물체 쪽으로 떨어집니다. 그러나 그것은 너무 빨리 움직여서 궤도를 도는 물체의 곡률이 항상 그 아래로 떨어질 것입니다.

• 중력과 같은 강력한 힘은 물체를 직선으로 유지하려고 하면서 구부러진 거리로 당기는 역할을 합니다.

• 물체가 떨어지면 궤도를 도는 물체를 피하기 위해 필요한 접선 속도를 가지므로 한 쪽에서 빠르게 움직입니다.

행성 주위의 궤도를 설명하기 위해 가장 일반적으로 사용되는 예 중 하나는 Newton's Canyon입니다. 이 예에서 우리는 산 꼭대기에 있는 대포가 수평 모양의 대포알을 쏠 것이라고 상상할 것입니다.

지구의 대기를 피하고 같은 방식으로 포탄에 대한 마찰로 인한 영향을 무시할 수 있도록 산의 고도가 매우 높아서는 안 됩니다.

이 대포가 초기 속력이 낮은 공을 발사하면 공의 경로가 구부러져 지표면(A)과 충돌하게 됩니다. 초기 속도를 높이면 포탄이 지표면과 충돌하지만 이번에는 포(B)에서 훨씬 더 먼 거리에서 꼬리가 내려오는 동안 지표면도 ​​구부러지기 때문에 포탄이 지표면과 충돌합니다.

이러한 움직임은 기술적으로 궤도로 정의됩니다. 왜냐하면 중력 중심을 중심으로 일종의 타원형 방향을 설명하기 때문입니다. 그러나 지구와 충돌하는 순간 중단됩니다. 포탄이 고속으로 발사된다면 지면은 공이 떨어질 때 충분히 휘어 공이 지표면과 충돌하지 않을 것입니다.

그것은 어떤 종류의 중단이나 교차없이 궤도를 실행하고 있다고 말해야합니다. 따라서 우리는 중력 중심점 위의 각 높이에 대해 원형 궤도(C)를 생성하는 특정 속도가 있음을 강조할 수 있습니다.

폭발 속도가 그 속도 이상으로 증가하면 타원형 궤도(D)가 생성됩니다. 훨씬 더 빠른 속도에서는 탈출 속도(Escape velocity)라고 하며, 이는 다시 공이 폭발하는 높이 등급에 따라 달라지며, 이에 대해 무한 궤도(E)는 첫째로 포물선 등급의 발생하고 쌍곡선보다 훨씬 빠릅니다. 수업.

2등급의 무한궤도의 경우 그 결과 물체는 행성의 중력에서 벗어나 아무 방향도 없이 우주로 향하게 된다.

궤도 운동 분석

우리는 잘 알려진 아이작 뉴턴의 고전 이론을 시작으로 태양계의 궤도 운동이 무엇인지에 대한 분석을 수행한 다음 아인슈타인의 상대론적 이론으로 이동하고 나중에는 태양계의 궤도 분석을 진행합니다. 뉴턴의 경우와 상대론의 경우 궤도.

아이작 뉴턴의 고전 궤도 이론

중력의 영향을 받는 약 2개의 물체만 있는 시스템 유형의 경우, 궤도는 뉴턴의 잘 알려진 법칙과 동일한 방식으로 다음과 같은 아인슈타인의 만유인력 법칙에 의해 계산될 수 있습니다. 모든 힘의 합 질량 곱하기 속도와 같을 것입니다.

중력은 각 질량의 곱에 비례하는 경향이 있고 경로의 제곱에 반비례하는 경향이 있습니다(이 유형의 계산은 각 질량의 모양 및 치수와 같은 모든 최소 효과를 무시하는 계산입니다. 일반적으로 관련이없는 천체의 경우 이러한 천체가 자체 차원에 비해 훨씬 더 먼 거리에서 궤도를 돌면 이러한 방식으로 태양계의 일반적인 상황에서도 매우 작은 상대론적 효과를 무시할 수 있습니다) .

각각의 계산을 수행하기 위해서는 계의 무게중심이 무엇인가에 초점을 맞춘 일종의 좌표계에서 어떤 움직임이 있는지 기술하는 것이 편리하다. 물체 중 하나가 다른 물체보다 훨씬 커지면 무게 중심은 일반적으로 훨씬 더 무거운 물체의 중심 유형과 일치하므로 가장 가벼운 물체가 가장 무거운 물체를 공전하는 것으로 추론할 수 있습니다.

아이작 뉴턴의 이론은 2체 문제에서 1체 궤도가 일종의 원뿔형 단면이 된다고 발표하는 이론으로 구성됩니다. 궤도가 열릴 수도 있습니다. 해당 물체가 돌아오지 않거나 닫혀 있으면 이 물체가 돌아오는 경우 모든 것이 운동 에너지의 총합과 물체에 가하는 시스템의 잠재력에 따라 달라집니다. 행성 물체.

아인슈타인의 상대론적 이론

상대론적 이론이 뉴턴의 중력 이론과 크게 모순된다는 것은 잘 알려져 있습니다. 첫 번째 이론에서는 순간 경로의 작용이 일어나기 때문입니다. 이것과 더 많은 이유 때문에 아인슈타인은 중력장이 무엇인지에 대한 일종의 올바른 상대론적 표현을 일반적으로 통합하는 일반 상대성 이론으로 알려지게 된 보다 일반적인 이론을 찾도록 했습니다.

이 이론에서, 우주 공간에서 발견되는 질량의 상태는 시공간을 휘어 그 기하학이 유클리드가 아닌 방식으로 구부러질 것입니다. 우리 태양계 내에서 시각화된 것과 같은 일부 가치를 취하게 됩니다.

소위 행성 궤도는 일반적으로 엄격하게 원뿔형 단면이 아니라 측지 곡선입니다. 즉, 공간과 시간의 구부러진 기하학에 대한 일종의 작은 곡률 선입니다. 이 이론은 선형이 되지 않습니다. 예를 들어 동일한 질량을 가진 2개의 물체에 대한 문제의 결과를 얻을 수 있는 것과 같이 일반적으로 계산을 수행하는 문제입니다.

우리가 배울 수 있는 또 다른 것은 목성 위성, 그들이 무엇이라고 불리는지, 궤도가 무엇인지, 그리고 훨씬 더 많은 정보를 제공합니다.

그러나 우리 태양계와 같은 행성계의 경우 중심별인 태양이 나머지 행성의 경우보다 일반적으로 훨씬 더 무겁기 때문에 시공간의 곡률이 태양, 이것은 다른 행성의 것과 비교되며 이러한 방식으로 우리는 다른 모든 물체가 따라서 덜 무겁고 태양 자체에 의해 구부러진 측지 기하학에 따라 움직인다고 가정할 수 있습니다.

우리 태양계 내에 존재하는 값의 경우, 아인슈타인의 이론이 무엇인지에 대한 정량적 결과는 뉴턴의 이론, 즉 뉴턴 이론이 무엇인지 수치적으로 거의 매우 가깝기 때문에 이것이 정당화되는 원인이 됩니다. 일반적으로 계산적으로 훨씬 더 간단한 뉴턴 이론을 사용하는 가장 실용적인 목적.

그러나 뉴턴의 이론은 아직까지 아인슈타인 자신의 상대론적 이론을 통해 해결된 특정 유형의 사실을 설명하지 못하고 있으며, 그 중 근일점, 특히 자신이 관리해 온 수성의 진일보 효과가 무엇인지를 들 수 있다. 알베르트 아인슈타인의 상대론적 이론으로는 근사치로 설명할 수 있지만, 뉴턴의 이론으로는 불가능하다.

뉴턴의 경우 궤도

항상 고정된 시작점에서 움직이는 큰 힘의 영향을 받는 질량체의 움직임을 분석하기 위해 가장 유익한 것은 그 기점이 원점과 일치하는 극의 좌표입니다. 힘의 중심 그 자체. 이 좌표계에서 반경 및 횡단 구성 요소는 다음과 같습니다.

이 힘이 완전히 방사형이고 가속도가 이 힘에 비례한다는 사실 때문에 횡단 속도가 (0) XNUMX과 같아진다는 것을 의미합니다.

결과: 

통합 후 다음을 얻을 수 있습니다.

,

이것은 케플러의 제2법칙이 무엇인지에 대한 일종의 이론적 증거입니다. 적분 상수 I은 단위 질량당 각 기회가 됩니다. 이로써,

추가된 변수:

 

반경 방향 힘은 f(r) 곱하기 XNUMX이 됩니다._r, 얻어진 상기 방정식의 방사상 성분으로부터 시간 변수를 제거한 후,

중력의 경우 아이작 뉴턴이 수행한 만유인력의 법칙은 힘이 궤적의 제곱에 반비례하여 조정된다는 법칙이며,

여기서 (G)는 만유인력의 상수가 되고, (m)은 궤도를 도는 물체의 질량이고, (M)은 중심 물체의 질량으로 구성됩니다. 위의 방정식을 대입하면,

중력의 경우 상기 방정식의 오른쪽에 있는 개념은 일종의 상수가 되어 방정식이 조화 방정식과 유사하게 됩니다. 입자에 의해 설명되는 궤도에 대한 방정식은 다음으로 구성됩니다.

여기서 p, θ₀ 적분의 상수가 되고,

매개변수 (e)가 1보다 작아지면 (e)는 이심률이 되고 (a)는 일종의 타원에 대한 반장축이 됩니다. 일반적으로 극좌표(r,θ)에서 원뿔형 단면의 방정식으로 인식할 수 있습니다.

상대론적 경우의 궤도

이제 상대론적 이론의 경우 2체 문제도 슈바르츠실트 해를 사용하여 풀 수 있습니다. 슈바르츠실트 해는 구대칭 클래스의 1체에 의해 성립되는 중력장입니다. 시공간의 행성 궤도는 슈바르츠실트 자신의 미터법의 측지선이 됩니다.

획득된 궤도는 슈바르츠실트 메트릭의 일종의 측지선에서 입자가 다음과 같이 주어진 매우 효과적인 방사 속도를 알아차릴 수 있는 등가를 갖습니다.

다음과 같이 분류되는 곳:

• 지 씨 그것은 만유인력의 상수이며 또한 빛의 속도입니다.

• r, 슈바르츠실트 방사 좌표가 됩니다.

• l, 는 단위 질량당 행성의 궤도 각운동량입니다.

운동 상수는 다음과 같은 에너지 및 각운동량과 연결됩니다.

운동 방정식은 고전적인 경우와 같이 u = 1/r을 변경합니다. 여기서 다음과 같습니다.

태양계에 속한 각 행성에 대해 두 번째 구성원의 세 번째 항에 의해 주어지는 상대론적 보정은 일반적으로 다른 항에 비해 최소입니다. 이 모든 것을 설명하기 위해 다음과 같은 무차원 매개변수 유형을 배치하는 것이 편리합니다. ∈ = 3(GM/cl)² 변수 ū = ul의 새로운 환율 만들기² / 다음과 같이 다시 쓸 수 있는 운동 방정식이 무엇인지 GM:

어디에:

수성의 경우 매개변수는 _∈ 최대값과 다음에서 도달한 값으로 구성됩니다. ∈ = 5,09. 10 ^-8.

그러나 상기 용어의 최소값은 상대론적 수정이 단지 작은 수정만을 생성한다는 것을 의미하며 같은 이유로 뉴턴이라고 불리는 뉴턴의 이론은 태양계가 무엇인지에 대해 좋은 근사치를 제공합니다. 해당 매개변수의 최소값이 고려되는 함수 ƒ(ū)의 각 근을 찾습니다.

행성 궤도의 경우 u에 설정할 수 있습니다.₁ < 우 < 우₂ 케이스 u > u₃ 이것은 입자가 태양 u → ∞에 떨어질 것임을 의미하기 때문에 제외됩니다. 방정식의 해는 다음과 같이 주어집니다.

이러한 종류의 적분은 v = ū에서 변수를 변경하여 타원 적분으로 줄일 수 있습니다.₁ + 1/t², 다음과 같이 됩니다.

어디로² = 1/(우₂ - 또는₁), b² = 1/(우₃ - 또는₁). 소위 타원 야코비 함수 중 하나를 사용하여 적분은 다음과 같이 완료할 수 있습니다. ∈ ^1/2 θ = 수십억 ^-1 (t/a) k = √ b/a로 주어진 모듈을 사용하여 얻을 수 있는 궤도 방정식에 대해 이러한 유형의 결과를 사용합니다.

어디에:

K² = 2 e∈ + XNUMX (e²), 궤도에 대한 모든 타원 야코비 함수의 모듈이 됩니다. ∈ = 0이면 A = 1 – e, B = 2e, n = ½, k = 0이고 이 경우 행성의 궤도는 고전적인 뉴턴 이론의 경우로 완전히 축소됩니다.

일종의 이심률 타원이라는 것 e. 그러나 상대론적 궤도는 일반적으로 주기적이지 않지만 태양 주위를 부드럽게 회전하는 준타원입니다. 이것은 일반적으로 특히 수성의 경우 훨씬 더 두드러지는 근일점 진행으로 알려져 있습니다.

이전 방정식의 해는 θ = K/n에서 근일점이 발생하고 주어진 다음 값은 θ = 3 K/n이 됩니다. 여기서 k는 주기의 1/2이며, 이는 발생하므로 타원입니다. 2개의 근일점 사이에서 회전된 각도가 XNUMX π가 되지 않고 다음보다 약간 큰 양의 부류인 첫 번째 총 종의 적분:

∈ = 5인 수성의 경우 09. 10^-8 표시된 근일점의 진행은 세기당 약 41.07"로 관리되며 일반적으로 그 기간은 약 88일이며 일반적으로 세기당 42.98"의 실험값입니다. 이론의 최초의 큰 성공을 확립한 것은 이러한 유형의 동의로 인해 광범위한 일반 승인을 얻었습니다.

무엇인가에 대한 논란을 계속하는 분야의 전문가들이 많다. 태양계 과학 공개 기사, 태양계의 궤도와 그것을 구성하는 각 물체가 주로 설정되는 곳.

궤도주기

소위 궤도주기는 우주 물체 또는 행성이 궤도를 완전히 실행할 수 있는 데 걸리는 기간으로 구성됩니다(물체에 대해 말할 때 우리는 행성, 달, 위성 등을 나타냄). 태양 주위에 있는 이러한 행성이나 물체에 대해 서로 다른 클래스의 궤도 주기가 있습니다.

• 첫 번째: 항성 기간

첫 번째는 항성 주기로, 물체가 위성이나 별에 대해 태양 주위를 공전하는 데 걸리는 시간으로 구성됩니다. 이러한 유형의 기간은 객체의 진정한 기간으로 간주됩니다.

• 두 번째: 시노딕 시대

두 번째 기간은 행성 지구에서 보았을 때 주별인 태양과 관련하여 물체가 공간의 초기 지점에 다시 나타나는 데 걸리는 시간인 시노드 기간으로 구성됩니다. 이러한 유형의 주기는 2개의 연속적인 접근 사이의 시간을 직관하는 주기이며 해당 물체의 가상의 궤도 주기라고 말할 수도 있습니다. 이 기간은 지구도 태양 주위를 공전하기 때문에 첫 번째 기간과 다릅니다.

• 세 번째: 가혹한 시대

드라코니트 기간은 동일한 물체가 남반구 부분에서 북쪽으로 황도 궤도를 가로지르는 궤도의 점인 오름차순 노드를 두 번 통과하는 데 걸리는 시간으로 구성됩니다. 이 유형의 기간은 결절의 선이 일반적으로 천천히 변하기 때문에 첫 번째 항성 기간과 구별됩니다.

• 네 번째: 변칙적 시대

네 번째 기간은 변칙적 기간으로, 동일한 물체가 태양에 가장 가까운 근일점 영역을 두 번 통과하는 데 걸리는 시간으로 구성됩니다. 이 네 번째 기간은 첫 번째 기간과 다음과 같은 이유로 다릅니다. 더 큰 결절도 천천히 변한다는 사실.

• 다섯 번째: 열대기

5위는 같은 물체가 2의 적경의 영역을 두 번 통과하는 데 걸리는 시간으로 구성된 열대기에 관한 것입니다. 이것은 소위 춘분의 세차 때문에 일반적으로 첫 번째 항성기의 경우보다 약간 짧습니다.

궤도의 기하학적 매개변수

궤도를 결정하는 데 필요한 매개변수는 아이작 뉴턴의 운동 법칙을 따르는 일종의 2질량 모델을 사용하는 이른바 궤도 요소입니다. 따라서 필수 기본 매개변수에는 약 6가지 유형이 있으며 유명한 물리학자 케플러를 기리는 케플러 요소라고도 하며 다음과 같이 구성됩니다.

• 첫 번째 매개변수: 오름차순 노드 길이 = ( Ω )

• 엘 세간도 매개변수: 피치 = ( 나는 )

• 세 번째 매개변수: 근일점의 인수 = ( ω )

• 네 번째 매개변수: 반 장축 = ( a )

• 다섯 번째 매개변수: 편심 = ( e )

• 여섯 번째 매개변수: Epoch의 평균 이상 = ( M_o )

한편, 상기 외에 사용되는 다른 궤도 요소는 다음과 같습니다.

• 실제 이상 = (v)

• 반단축 = (b)

• 선형 편심 = (∈)

• 편심 이상 = (E)

• 실제 길이 = (l)

• 궤도 주기 = (T)

궤도 유형

우리는 태양계에 존재하는 궤도 유형이 무엇인지 관찰할 것이며, 다음과 같은 2가지 주요 궤도로 분류됩니다.

• 그것의 특성을 위해.

• 그것의 중앙 몸을 위해.

특성별

특성에 따른 분류의 경우 다음과 같은 약 14가지 유형이 있습니다.

• 원 궤도

• 황도 궤도

• 타원형 궤도

• 매우 타원형 궤도 또는 매우 편심 궤도

• 묘지 궤도

• Hohmann 전송 궤도

• 쌍곡선 궤적

• 경사 궤도

• 포물선 궤적

• 궤도 캡처

• 탈출 궤도

• 반동기 궤도

• 서브 동기 궤도

• 동기 궤도

중앙 바디

2차 분류의 경우 다음과 같은 3가지 등급의 궤도에 분포합니다.

• 지구의 궤도

• 화성의 궤도

• 달 궤도

• 태양 궤도

지구 궤도

지상 궤도의 경우 다음과 같은 약 12가지 등급의 궤도가 있습니다.

• 지구 중심 궤도

• 정지궤도

• 정지궤도

• 정지궤도

• 낮은 지구 궤도

• 중간 지구 궤도

• 몰니야 궤도

• 적도 궤도 근처

• 달 궤도

• 극궤도

• 태양 동기 궤도

• 툰드라 궤도

화성 궤도

화성 궤도의 경우 다음과 같은 2가지 등급의 궤도만 있습니다.

• 동기 궤도

• 항공 궤도

달 궤도

달 궤도의 경우 다음 중 하나만 있습니다.

• 달 궤도

무엇인지 모르는 경우 달의 움직임, 당신은 그것을 발견하여 달의 궤도가 어떤 것인지, 어떻게 만들어지는지 알 수 있습니다.

태양 궤도

태양 궤도의 경우, 달 궤도와 마찬가지로 1개만 존재하며, 이는 다음과 같습니다.

• 태양 중심 궤도