Что такое орбитальное движение земли движение по орбите вокруг солнца движение по орбите вокруг луны

Что это — орбита: движение Земли, Солнца, виды орбит, календарь

Орбита – это путь космического тела в пространстве. Этим понятием можно назвать путь любого объекта, но обычно под ним принято понимать траекторию движения тел, взаимодействующих друг с другом. Примером могут служить орбиты планет, спутников, звезд в системах.

Виды орбит

Орбиты делят на относительные и абсолютные.

Абсолютная орбита – это путь тела в установленной отсчетной системе, которую считают универсальной. Примером такой системы является Вселенная, взятая как единое целое.

Относительная орбита – это траектория тела в системе отсчета, которая движется по искривленной траектории с переменной скоростью. Например, при описании траектории искусственного спутника указывается его движение относительно планеты. В первом приближении – это эллиптическая траектория, в фокусе которой находится Земля, сама плоскость движения относительно звезд считается неподвижной. При таком варианте измерений, очевидно, что траектория движения – это орбита относительного типа, поскольку она определяется по отношению к Голубой планете, которая сама вращается вокруг Солнца. Если же посмотреть на траекторию движения относительно звезд, то наблюдается винтовая траектория – это абсолютная орбита искусственного спутника.

В чем различие

Зная, что такое орбита абсолютная и относительная, возникает вопрос об их различии. Знание этого помогает провести подсчеты траекторий по законам Ньютона. Они применимы только для подсчета абсолютных орбит, но нам привычнее наблюдать относительное движение.

Движение Солнца

Наше Солнце двигается во Вселенной по эклиптике, отражая перемещение Земли вдоль орбиты. При пересечении космической сферы орбитой формируется огромный круг, который называется эклиптикой. Пересечение плоскостей экватора и эклиптики происходит под определенным углом. В тех местах, где это происходит, определяются точки весеннего и осеннего равноденствия. Солнце проходит через эти точки дважды в год: во время перемещения из северного полушария в южное — и в обратном направлении.

Орбита Земли

Орбита нашей планеты представляет собой эллипс, в одном краю которого находится Солнце. Путь до Земли от Солнца на протяжении года изменяется, начиная от 147 млн км до 152 млн км. Орбита длинная, около 930 млн км. Наша планета двигается с запада на восток со скоростью примерно 30 км/с. Все расстояние она преодолевает за 365 дней 6 ч. 9 мин. и 9 с. Это время получило название звездного года.

Еще есть понятие тропического года, которое предполагает временное расстояние между определенными последовательными перемещениями Солнца через точку весеннего равноденствия. Этот временный промежуток равен 365 дням 5 ч. 48 мин. и 46 с.

Календарь

Для отсчета времени люди используют Григорианский календарь, подстроенный под длительность тропического года с небольшим отклонением. Поэтому даже через пятьдесят тысяч лет зима будет приходиться на зимние месяцы, а лето – на летние.

Сейчас земная ось располагается под углом 66.5 градусов к плоскости орбиты. Планета совершает движение на протяжении 365 дней параллельно самой себе в космическом пространстве. Следствием движения Земли вокруг светила является смена времен года и разная длина дня и ночи.

Наклон оси

Из-за наклона земной оси к орбитальной плоскости сохраняется расположение планеты в космическом пространстве. Это же влияет на разные углы падения солнечных лучей на поверхность Земли.

В день летнего солнцестояния ось планеты направлена северной частью к нашему светилу. В день зимнего солнцестояния она направлена к Солнцу южной областью.

Эллиптическая орбита

Учитывая продолжительность дня и ночи, моменты расположения Солнца в разных точках, ученые пришли к выводу, что наша планета движется не по кругу, а по эллиптической орбите. Впервые это описал Кеплер. Он же подсчитал, что Марс и Земля периодически ускоряются и замедляются. В результате проведенных наблюдений, подсчетов, он пришел к выводу, что движение планеты осуществляется не по круговой орбите, а по эллипсу.

Движение тел в космосе

Зная, что это – орбита, а также какой она может быть, ученые смогли описать траектории движения самых разных небесных тел. Кометы, спутники, планеты, звезды – большая часть их имеет вытянутую траекторию движения. К примеру, есть кометы, траектория движения у которых сильно вытянута, но может пересекать орбиту планеты. Если в определенный момент планета и комета будут на одной линии движения, то произойдет столкновение, или же гравитационная сила изменит орбиту кометы, сделав ее «пленницей» своей. По мнению ученых, так появились кольца из комет вокруг некоторых планет, а также спутники.

Орбита Солнца

Движение Солнца во Вселенной происходит по Галактической орбите. По отношению к звездам наше светило летит со скоростью 19 км/с в направлении к созвездию Геркулеса. Считается, что вокруг центра Галактики Солнце совершает полный круг за 230 млн лет. Движение звезды по орбите сложное, на траекторию постоянно воздействуют возмущения со стороны массивных космических тел, других звезд, межзвездный газ.

Источник

Учебники

Журнал «Квант»

Общие

А так ли хорошо знакомо вам орбитальное движение? // Квант. — 1989. — №4. — С. 40-41.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала «Квант»

В середине всех этих орбит находится Солнце,
ибо может ли прекрасный этот светоч быть помещен
в столь великолепной храмине в другом,
лучшем месте, откуда он мог бы все освещать собой?
Н.Коперник

Содержание

От попыток древних отыскать закономерности в движении планет — «блуждающих звезд» — до работ Коперника пролегли века. Фактически трудами Коперника и его последователей был совершен гигантский шаг, определивший все дальнейшее развитие астрономической науки. Безусловно, с той поры человечество неизмеримо обогатило свои возможности — вплоть до возможности изучать устройство Солнечной системы непосредственно с межпланетных аппаратов. Однако современные космические исследования не привели к пересмотру фундаментальных законов движения планет, установленных еще во времена лишь наблюдательной астрономии. Более того, вы убедитесь, что с их помощью можно справиться с задачами, которые и возникли только с наступлением космической эры.

Вопросы и задачи

1. Когда жители Земли движутся быстрее вокруг Солнца — в полдень или в полночь?
2. Когда Земля быстрее движется по своей орбите вокруг Солнца — зимой или летом?
3. Астрономы установили, что скорости отдельных частей кольца Сатурна не пропорциональны их расстояниям до оси вращения. К какому выводу о структуре кольца должно было привести это открытие?

нужно сделать, чтобы сообщить там предмету первую космическую скорость?

Представьте, что на стол, обращающийся по орбите вокруг Солнца, «положили» Землю. С какой силой она будет давить на стол?

Мысленный микроопыт

Вообразите себя на месте космонавта, возвращающегося на космический корабль с «избытком» скорости. Можно ли набить шишку, стукнувшись о корабль? Ведь дело происходит в невесомости.

Любопытно, что…

. Марк Твен родился через две недели после появления кометы Галлея в 1835 году, а умер на следующий день после ее максимального сближения с Солнцем в 1910 году. Незадолго до этого Твен в шутку заявил приятелям, что поскольку он родился в год очередного появления кометы Галлея, то он и умрет сразу после ее следующего возвращения.

. несмотря на свою принципиальную порочность, система Птолемея позволяет предсказывать небесные явления с любой степенью точности. С ее помощью, как это ни парадоксально, можно было бы решать некоторые задачи современной космонавтики, например вычислять видимые на небе траектории космических аппаратов.

. среди астрономов в последние годы распространилась гипотеза: у Солнца есть «Напарник», который может обращаться вокруг общего с Солнцем центра масс по весьма вытянутой эллиптической орбите. Это предположение получило поддержку палеонтологов, установивших определенную цикличность вымирания видов животного и растительного мира на Земле, Катастрофы связывают с падением «дождя» комет, вызванного сближением «напарника» с Солнцем. Весь путь по орбите отнимает у солнечного «собрата» не менее 26 миллионов лет, причем сейчас он находится на весьма удаленном от нас участке своей траектории, и потому-то его до сих пор никто не обнаружил.

Что читать в «Кванте» об орбитальном движении

1. «Законы Кеплера и школьная физика» — 1986, № 2, с. 49;
2. «Вторая космическая скорость» — 1986, № 3, с. 21;
3. «Как движется Луна?» — 1986, № 4;
4. «Полет к Солнцу» — 1986, № 4, с. 18;
5. «Парадокс спутника» — 1986, № 5, с. 14;
6. «Маневрирование в космосе» — 1987, № 2, с. 48;
7. «Закон всемирного тяготения» — 1987, № 11, с. 36;
8. «Калейдоскоп «Кванта» — 1987, № 11.

Ответы

1. В полночь скорость собственного вращения Земли добавляется к орбитальной скорости движения Земли вокруг Солнца, в полдень — вычитается из нее.
2. Для северного полушария — зимой, поскольку в это время Земля проходит свой перигелий.
3. Кольцо Сатурна не может быть твердым и сплошным.
4. Ускорения, сообщаемые Солнцем Земле и Луне, примерно одинаковы. Поэтому Земля и Луна образуют единую систему двух тел, обращающихся вокруг общего центра масс, а центр масс системы обращается вокруг Солнца.
5. Нет, так как (в отличие от случая движения по круговой орбите) сила тяготения попеременно совершает положительную и отрицательную работу, следовательно, скорость планеты или спутника то возрастает, то убывает.
6. Спутник не может все время «висеть» над таким районом — ведь плоскость орбиты спутника должна проходить через центр Земли.
7. Нет. Земля и Луна обращаются вокруг разных притягивающих центров.
8. Ничего, поскольку тела в экваториальной зоне уже обладают такой скоростью.
9. С такой же, с какой стол давит на Землю,— с силой, равной по величине силе тяжести стола.
10. Скорость спутника, несмотря на сопротивление воздуха, возрастает. Хотя из-за трения в атмосфере механическая энергия спутника уменьшается, лишь часть потенциальной энергии переходит в тепло; остальная ее часть преобразуется в кинетическую энергию.

Мысленный микроопыт

Невесомость и весомость не имеют отношения к удару, в этом случае важны масса и скорость; так что, работая в будущем в открытом космосе, старайтесь не стукаться о корабль.

Источник

Что мы знаем об орбите Земли

Орбита Земли — путь, по которому небесное тело движется вокруг Солнца. Впервые наличие орбиты доказал Николай Коперник. До его открытия считалось, что наша планета неподвижна в космическом пространстве.

Как открыли земную орбиту

В античные времена Птолемей, Аристотель и их последователи считали модель построения Вселенной геоцентрической. Согласно ей, в центре располагалась Земля, а все космические тела вращались вокруг планеты. Впервые сомневаться в этом начал древнегреческий ученый Аристарх Самосский. Наблюдая в III в. до н. э. лунное затмение, он сделал вывод, что Луна не является самостоятельным светилом, а только отражает солнечный свет, и она меньше Солнца по диаметру во много раз. И будет странным, что такой большой небесный объект, как наша звезда, вращается вокруг маленькой Земли.

Окончательно геоцентрическая теория была развенчана в 1534 г. польским астрономом Н. Коперником, автором гелиоцентрического учения, доказавшим, что Солнце обращаться вокруг Земли не может.

Первым, кто доказал эллиптическую форму орбиты нашей планеты, был немецкий ученый И. Кеплер. Наблюдая за движением Земли и Марса, он понял, что планеты периодически замедляются, а затем снова ускоряются, что было бы невозможно, будь орбита круговой.

Расстояние от Солнца до Земли

Этот параметр зависит от точки нахождения нашей планеты в пространстве. Расстояние равно:

• в перигелии (ближайшей точке к Солнцу) — 147,1 млн км;
• в афелии (самой удаленной от светила позиции, называемой также апогелием) — 152,1 млн км.

Эта мера была принята еще в Средние века, но поначалу не имела никакого численного значения — все линейные расстояния выражались в условной дистанции между Землей и Солнцем. Только в 1672 г. европейский ученый Дж. Кассини впервые оценил орбитальный радиус Земли в 140 млн км. Это значение было уточнено только советскими астрономами в 1961 г. Полученное ими значение — 149,5993 млн км с погрешностью +/- 2000 км.

Расстояние до светила не влияет на смену сезонов, которая зависит лишь от осевого наклона тела.

Точку перигелия наша планета проходит в промежутке с 2 до 5 января каждого года. И хотя солнечного тепла на поверхность планеты в этот период попадает больше, в северном полушарии в это время длится зима. В афелии Земля оказывается между 3 и 7 июля, минимум света и тепла от центральной звезды не мешает продолжаться лету во всех регионах севернее экватора.

Траектория движения планеты вокруг Солнца.
Credit: wikiwand.com.

Форма траектории движения Земли по орбите

Орбита Земли выглядит более круглой, чем траектории движения большинства планет нашей системы, но это не идеальный круг: вокруг солнца мы движемся по слегка вытянутому эллипсу.

Основная характеристика орбит — эксцентриситет Е, коэффициент их сжатости. Его значение лежит в интервале от 0 (идеальный круг) до 1 (максимально узкий эллипс, вытянутый почти в прямую линию). Для Земли величина Е невелика, всего 0,017. После Венеры с эксцентриситетом 0,007 и Нептуна (Е=0,011) земной результат — третий в Солнечной системе среди объектов планетарного типа.

Незначительное изменение орбитального диаметра нашей планеты играет важную роль в обеспечении возникновения и развития жизни здесь: так поддерживаются стабильные значения средней земной температуры. Для сравнения — эксцентриситет Меркурия составляет 0,2, что вызывает экстремальную смену температуры в течение дня и ночи. Меркурианская орбита — самая вытянутая в нашей системе.

Длина земной орбиты оценивается в 930-940 млн км.

Скорость движения нашей планеты

Движение Земли по орбите осуществляется со средней скоростью около 30 км/с. Любое тело, согласно законам физики, будет двигаться по эллиптической орбите неравномерно: быстрее в перигелии (наша планета в этой точке ускоряется до 30,2 км/с) и медленнее в афелии (земное значение — 29,2 км/с).

На 1 полный оборот вокруг Солнца планета тратит 365,24 суток. Для удобства расчетов этот период принят равным 365 дней, но каждые 4 года земной календарь корректируется — в него вводится 1 дополнительный день.

Плоскость орбиты

Точки любой орбиты всегда лежат в одной плоскости. Для Земли такая космическая «поверхность» называется эклиптикой, все остальные планеты системы движутся в плоскостях, близких к нашей.

Центральное светило тоже вращается вокруг своей оси, в том же направлении, что и все соседние планетарные объекты. Это косвенное доказательство того, что оно и все остальные тела системы образовались из единого газопылевого протооблака. Но одному явлению объяснение до сих пор не найдено: Солнце вращается с существенным отклонением от эклиптики. Не исключено, что в непосредственной близости от нас существуют крупные неоткрытые планеты, чье гравитационное воздействие так влияет на нашу звезду.

Эклиптика участвует в оценке наклона оси небесного тела. Для нас он составляет 23°, что является причиной неравномерного годового нагрева южного и северного полушарий, когда Земля находится на разных участках орбиты и смены времен года.

Отклонение орбиты от идеальной формы

И. Кеплер вывел несколько законов, описывающих принципы движения небесных тел, и поводов сомневаться в них ученым XVII в. не было. Но с повышением точности измерений начали обнаруживаться отклонения от кеплеровского учения. Немецкий астроном построил свою модель на 2 упрощениях:

• вес любой планеты принимался пренебрежимо малым относительно веса Солнца;
• было учтено только взаимное гравитационное влияние светила и планеты, а воздействие соседних небесных тел не принималось во внимание.

Сегодня ученые при вычислении орбитальных характеристик учитывают еще один важный фактор. Они принимают во внимание, что не только планета вращается вокруг светила, но и связка «небесное тело — звезда» выполняет собственное вращение вокруг барицентра — условной точки в космосе, центра масс. В силу значимости солнечных габаритов барицентр нашей системы находится внутри Солнца, и он несколько меняет свое расположение.

Такая цикличность наблюдается на планете уже миллионы лет. Она стала причиной множества глобальных катаклизмов, например, ледниковых периодов.

Вместе с расстоянием до Солнца постоянно изменяется эксцентриситет нашей орбиты. Его величина в разные годы отличалась от сегодняшней и составляла от 0,05 до 0,005.

Насколько устойчива орбита Земли

Согласно кеплеровским законам, планеты Солнечной системы и местные непланетарные объекты способны вращаться вокруг своего светила бесконечно долго. На практике возможны случаи, когда небесные тела покидают орбиту и улетают в космическое пространство либо притягиваются Солнцем и погибают, врезавшись в него.

Предсказать аналитическим путем это невозможно, но и компьютерное моделирование не дает точного представления о будущей судьбе нашей системы. Самым нестабильным выглядит Меркурий — он может упасть на звезду либо начать критически удаляться от нее до момента столкновения с Венерой или нашей планетой. Прогнозы для Земли более благоприятны. Даже через миллиарды лет она все еще будет оставаться на своей орбите.

Источник