Apsiviivan precessio

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 25. maaliskuuta 2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 4 muokkausta .

Apsidilinjan precessio ( eng.  apsidaalinen precessio ) - tähtitieteellisen kohteen kiertoradan apsidelinjan precessio (asteittainen kääntyminen) . Apsit ovat kaukaisin (apocenter) ja lähin (pericenter) piste päärunkoon. Apsidien precessio on ensimmäinen johdannainen periapsiksen argumentista, joka on yksi kiertoradan kuudesta pääelementistä. Apsidilinjan precessio on positiivinen, kun kiertoradan pääakseli pyörii samaan suuntaan kuin kappale pyörii kiertoradalla. Apsisilinjan kiertojakso on aikaväli, jonka jälkeen apsisiviiva kääntyy 360°. [yksi]

Historia

Muinainen kreikkalainen tähtitieteilijä Hipparkhos huomasi, että apside-viiva oli kääntymässä lähellä Kuun kiertorataa; [2] Antikythera - mekanismissa tämä vaikutus on otettu huomioon (noin 80 eKr.) lähes tarkalla arvolla 8,88 vuotta koko syklille, tarkkuus on 0,34%. [3] Tähtitieteilijä al-Zarkali havaitsi auringon apssien precession 1000-luvulla . [4] Ptolemaioksen Almagestissa ei otettu huomioon Kuun kiertoradan apsideiden precesiota . Precession suuruusluokkaa oli vaikea selittää 1900-luvulle asti, jolloin Mercuriuksen precession viimeistä komponenttia tutkittiin ja selitettiin yleisen suhteellisuusteorian puitteissa . [5]

Laskelmat

Useat tekijät voivat johtaa periapsisprecessioon, kuten yleisen suhteellisuusteorian vaikutukset, kvadrupolimomentit, planeetan ja tähden välinen vuorovesivuorovaikutus ja muiden planeettojen aiheuttamat häiriöt. [6]

ω yhteensä = ω yleinen suhteellisuusteoria + ω kvadrupoli + ω vuorovesi + ω häiriöt

Merkuriukselle yleisen suhteellisuusteorian vaikutuksista johtuva perihelion precessionopeus on 43 tuumaa (kaarisekuntia) vuosisadassa. Vertailun vuoksi voidaan todeta, että aurinkokunnan muiden planeettojen vaikutuksesta johtuva precessio on 532″ vuosisadassa, Auringon litteys (kvadrupolimomentti) johtaa merkityksettömään siirtymään 0,025″ vuosisadassa. [7] [8]

Klassisessa mekaniikassa, jos tähtiä ja planeettoja pidetään ehdottoman pallomaisina, niin ne noudattavat 1⁄r 2 käänteisen neliön lakia , joka suhteuttaa voiman etäisyyteen ja johtaa suljettujen elliptisten kiertoradojen ilmaantumiseen Bertrandin lauseen mukaan. Massajakauman ei-pallomaisuus johtuu ulkoisten potentiaalien läsnäolosta: pyörivien kappaleiden keskipakovoiman potentiaali johtaa napojen notkeuden lisääntymiseen, lähellä olevien kappaleiden vetovoima johtaa vuoroveden kohoumien esiintymiseen. Pyöriminen ja vuoroveden kohoumien syntyminen johtaa kvadrupolikenttiin ( 1 ⁄ r 3 ), mikä johtaa kiertoradan precessioon.

Apsidilinjan täydellinen precessio yksittäisille erittäin kuumille Jupitereille, jos otetaan huomioon pienen järjestyksen vaikutukset, asettamalla termit tärkeysjärjestykseen

ω yhteensä = ω vuorovesihäiriöt + ω yleinen suhteellisuusteoria + ω kiertohäiriöt + ω kierto * + ω vuorovesi *

vuoroveden paksuuntuminen on päätermi, joka ylittää yleisen suhteellisuusteorian vaikutusten ja tähden kvadrupolimomentin yli suuruusluokan. Vuorovesiköyhtymien hyvä mallin approksimaatio mahdollistaa tällaisten planeettojen sisäalueen rakenteen selventämisen. Planeetoilla, joilla on lyhyin kierrosjakso, sisäinen rakenne johtaa useiden asteiden pressioon vuodessa. WASP-12b:n precessio on 19,9° vuodessa. [9] [10]

Newtonin lause pyöriville objekteille

Isaac Newton päätteli lauseen, jonka piti selittää apsidiviivan precessioilmiö. Tämä lause on historiallisesti merkittävä, mutta sitä ei sovellettu laajalti, ja siinä oletettiin voimien läsnäoloa, joita ei todellisuudessa ole olemassa. Yli kolmen vuosisadan ajan, vuoteen 1995 asti, lause pysyi suurelta osin tuntemattomana. [11] Newton ehdotti, että muutokset hiukkasen kulmamomentissa voitaisiin johtua lisävoiman vaikutuksesta, joka vaihtelee käänteisesti etäisyyden kuution kanssa eikä vaikuta hiukkasen radioliikkeeseen. Käyttämällä Taylor-sarjan laajennusta Newton yleisti lauseen kaikkiin voimien lakeihin pienten poikkeamien tapauksessa ympyräliikkeestä, mikä pätee useimpiin aurinkokunnan planeetoihin. Lause ei kuitenkaan pystynyt selittämään Kuun apsidelinjan precessiota luopumatta painovoiman käänteissuhteesta etäisyyden neliöön. Lisäksi Newtonin lauseen perusteella laskettu apsidaalisen precession nopeus on vähemmän tarkka kuin häiriöteorian puitteissa saatu arvo .

Yleinen suhteellisuusteoria

Merkuriuksen apsidelinjan precession havaitsi Urbain Le Verrier 1800-luvun puolivälissä, ja Albert Einstein tutki sitä yleisen suhteellisuusteorian puitteissa.

Einstein osoitti, että planeetalla, jolla on puolipääakseli α , kiertoradan epäkeskisyys e ja jakso T , relativistisista vaikutuksista johtuen apsidiviivan precessio yhden kiertoradan aikana on (radiaaneina)

missä c on valon nopeus . [12] Merkuriuksen puolet pääakselista on 5,79⋅10 10  m , kiertoradan epäkeskisyys on 0,206, kierrosjakso on 87,97 päivää tai 7,6⋅10 6  s . Kun tiedetään valon nopeus (noin ~ 3⋅10 8  m/s ), voidaan laskea apsidiviivan precessio yhdessä kierrossa, se on yhtä kuin ε = 5,028⋅10 -7 radiaania ( 2,88⋅10 -5 astetta tai 0,104"). Merkurius tekee sadassa vuodessa noin 415 kierrosta kiertoradalla, jona aikana apsidaalinen precessio on 43″, mikä vastaa lähes tarkasti mitatun arvon alun perin tuntematonta osaa.

Ilmasto pitkiä aikoja

Maan kiertoradan apsidien precessio lisää hitaasti periapsis-argumenttia. Ellipsin kierto suhteessa kaukaisiin tähtiin tapahtuu 112 000 vuodessa. [13] Maan napa-akseli ja siten päivänseisausten ja päiväntasausten hetket kulkevat noin 26 000 vuoden ajanjaksolla. Nämä kaksi precession muotoa yhdistetään siten, että kestää 20 800 - 29 000 vuotta (keskimäärin 23 000 vuotta), ennen kuin ellipsi pyörii kevätpäiväntasauksen ympäri, eli perihelion palaa samana päivänä (jos kalenteri vastaa täsmälleen vuodenaikojen vaihtelu). [neljätoista]

Tämä poikkeavien ja trooppisten vuosien välinen suhde on tärkeä maapallon ilmaston pitkän aikavälin muutosten, joita kutsutaan Milankovitchin sykliksi , ymmärtämiseksi . Samanlaisia ​​muutoksia tapahtuu myös Marsin ilmastossa.

Oikeanpuoleinen kuva havainnollistaa precession vaikutusta vuodenaikaan Maan pohjoisella pallonpuoliskolla suhteessa periheliin ja afelion suuntaan. Huomaa, että planeetan sädevektorin kattamat alueet kauden aikana muuttuvat ajan myötä. Kauden kesto on verrannollinen pyyhkäisyalueeseen, joten suurten epäkeskisyyksien tapauksessa vuodenajat kiertoradan kauimpana osassa Auringosta voivat kestää paljon pidempään.

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Hilditch, RW Johdatus läheisiin binääritähtiin . - Cambridge University Press , 2001. - S. 132. - (Cambridgen astrofysiikan sarja). — ISBN 9780521798006 .
  2. ↑ Jones, A., Alexander. Babylonian menetelmien mukauttaminen kreikkalaisessa numeerisessa tähtitieteessä  (englanniksi)  // Isis : Journal. - 1991. - syyskuu ( osa 82 ). - s. 440-453 . - doi : 10.1086/355836 .
  3. ↑ Freeth, Tony; Bitsakis, Yanis; Moussas, Xenophon; Seiradakis, John. H.; Tselikas, A.; Mangou, H.; Zafeiropoulou, M.; Hadland, R.; Bate, D.; Ramsey, A.; Allen, M.; Crawley, A.; Hockley, P.; Malzbender, T.; Gelb, D.; Ambrisco, W.; Edmunds, MG Antikythera-mekanismina tunnetun antiikin kreikkalaisen tähtitieteellisen laskimen dekoodaaminen  //  Nature : Journal. - 2006. - 30. marraskuuta ( nide 444 Supplement , nro 7119 ). - s. 587-591 . - doi : 10.1038/luonto05357 . — . — PMID 17136087 .
  4. ↑ Toomer, GJ (1969), The Solar Theory of az-Zarqāl: A History of Errors , Centaurus osa 14 (1): 306–336 , DOI 10.1111/j.1600-0498.1969.tb00146.x  , s. 314-317.
  5. ↑ Einstein, Albert Selitys elohopean perihelion liikkeestä yleisestä suhteellisuusteoriasta (pääsemätön linkki) . Haettu 6. elokuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 4. syyskuuta 2012. 
  6. ↑ David M. Kipping. Auringon ulkopuolisten planeettojen kulku kuuiden kanssa  . - Springer, 2011. - s. 84 -. — ISBN 978-3-642-22269-6 .
  7. ↑ Kane, S.R.; Horner, J.; von Braun, K. Pitkäaikaisten eksentristen planeettojen sykliset kulkutodennäköisyydet Periastron Precession vuoksi  //  The Astrophysical Journal  : Journal. - IOP Publishing , 2012. - Voi. 757 , no. 1 . - s. 105 . - doi : 10.1088/0004-637x/757/1/105 . - . - arXiv : 1208.4115 .
  8. ↑ Richard Fitzpatrick. Johdatus taivaanmekaniikkaan . - Cambridge University Press , 2012. - s. 69. - ISBN 978-1-107-02381-9 .
  9. ↑ Ragozzine, D.; Wolf, AS Erittäin kuumien Jupiterien sisätilojen tutkiminen läpikulkuvalokäyrien avulla  //  The Astrophysical Journal  : Journal. - IOP Publishing , 2009. - Voi. 698 , no. 2 . - s. 1778 . - doi : 10.1088/0004-637x/698/2/1778 . - . - arXiv : 0807.2856 .
  10. ↑ Michael Perryman. Eksoplaneetan käsikirja . - Cambridge University Press , 2011. - s. 133 -. — ISBN 978-1-139-49851-7 .
  11. ↑ Chandrasekhar, s. 183.
  12. ↑ Hawking, Stephen. Jättiläisten harteilla: fysiikan ja tähtitieteen suuret teokset  (englanniksi) . — Philadelphia, Pennsylvania, USA: Running Press, 2002. - s. 1243, Foundation of the General Relativity (käännetty Albert Einsteinin teoksesta Die Grundlage der Allgemeine Relativitätstheorie , julkaistu ensimmäisen kerran vuonna 1916 Annalen der Physikissä , osa 49). - ISBN 0-7624-1348-4 .
  13. ↑ van den Heuvel, EPJ: Precession syynä Atlantin valtameren veden lämpötilan pleistoseenin vaihteluihin  // Geophysical  Journal International : päiväkirja. - 1966. - Voi. 11 . - s. 323-336 . - doi : 10.1111/j.1365-246X.1966.tb03086.x . - .
  14. ↑ Vuodenajat ja Maan kiertorata , Yhdysvaltain laivaston observatorio , < http://aa.usno.navy.mil/faq/docs/seasons_orbit.php > . Haettu 16. elokuuta 2013. Arkistoitu 2. elokuuta 2013 Wayback Machinessa