Что такое центр масс или почему Земля вращается не вокруг Солнца
Планеты вращаются вокруг Солнца. Луна вращается вокруг Земли. Харон вращается вокруг Плутона. Однако это неточные утверждения, потому что в реальности все объекты Солнечной системы находятся на орбитах вокруг единого центра масс (барицентр).
«Для удобства мы говорим, что планеты вращаются вокруг Солнца, но это не на 100% верно. На Солнце приходится 99,8% от массы Солнечной системы, оставшаяся масса приходится по большей части на Юпитер с Сатурном и «крохи» достались остальным объектам. Однако все, абсолютно все тела, включая Солнце, совершают вращение вокруг центра масс. Это напоминает игру по перетягиванию каната», — пояснил планетолог из JAXA Джеймс О’Донохью.
Другие примеры
Случай с Землей и Луной аналогичен. Между нашей планетой и ее спутником находится центр масс, вокруг которого объекты совершают движение.
«Каждые 27 дней, 7 часов и 15 секунд, благодаря притяжению Луны, Земля совершает оборот вокруг центра масс, который находится в 2000 километрах от поверхности планеты. Оборот вокруг центра Земля делает со скоростью 42 км/ч, что очень медленно в планетарном масштабе», — прокомментировал Джеймс О’Донохью.
Конечно, можно и даже нужно продолжать говорить, что планеты вращаются вокруг Солнца или что Луна вращается вокруг Земли. Почему? Да потому что это очень удобно!
Только теперь вы знаете чуть-чуть больше и понимаете, что существует барицентр.
Источник
Обнаружен центр тяжести Солнечной системы
Вопреки расхожему мнению, что планеты Солнечной системы вращаются вокруг неподвижного Солнца, положение центра немного меняется. Соответственно, и ее центр тяжести тоже смещается и располагается за видимой астрономам поверхностью Солнца. Смещение происходит из-за гравитационного воздействия на Солнце со стороны планет, особенно Юпитера.
Однако астрономам важно знать точные координаты центра тяжести Солнечной системы — точная информация о его локализации требуется для поиска гравитационных волн. Команда американских ученых выяснила его расположение с точностью до 100 метров. Работа опубликована в The Astrophysical Journal.
Центр тяжести Солнца смещен из-за воздействия сил притяжения от других небесных тел. Изображение: Pixabay
Так называемая пространственно-временная рябь — относительно новая область, осваиваемая в астрономии, хотя существование гравитационных волн было предсказано еще Эйнштейном. Гравитационные волны, по сути, представляют собой флуктуации пространственно-временной метрики, проявляющиеся в виде колебаний гравитационного поля. Они создаются такими событиями, как слияния черных дыр, пульсаров и т.д. Поиском гравитационных волн ученые занимаются уже давно и уже несколько раз они были экспериментально обнаружены. Сейчас идет поиск новых способов их выявления.
Специалисты из обсерватории проекта NANOGrav занимались обнаружением гравитационных волн, изучая поведение нейтронных звезд — пульсаров. Эти звезды очень быстро вращаются и на определенных этапах вращения испускают в сторону Земли мощное излучение. Астрономы их видят как яркие периодически вспыхивающие точки. Группа ученых из NANOGrav наблюдала за их сигналами и пыталась найти отклонения в периодичности звездных вспышек — исследователи предполагали, что эти отклонения могут быть вызваны прохождением гравитационных волн.
Для максимально точного измерения периодичности вспышек пульсаров ученым требовалось с высокой точностью определить положение Земли относительно центра масс Солнечной системы. Изображение: NASA
Обычно оценки местоположения барицентра основывались на доплеровском слежении — определялось изменение длины волны излучения при движении планет относительно Земли. Но это недостаточно точный метод, а любые ошибки в нем могли привести к просчетам, которые бы выглядели, как гравитационные волны, не являясь ими. Специалисты из NANOGrav разработали программный алгоритм BayesEphem, позволяющий скорректировать эти измерения и смоделировать ошибки в расчетах.
Когда алгоритм применили к полученным обсерваторией данным, ученые смогли установить новый верхний предел для фона гравитационных волн, а также рассчитать новое, более точное расположение центра масс Солнечной системы с погрешностью до 100 метров. По словам самих ученых, эта погрешность сопоставима с толщиной человеческого волоса, если представить, что размер Солнца равен футбольному полю.
Знание точного местоположения барицентра Солнечной системы обеспечит гораздо более точное обнаружение низкочастотных гравитационных волн. Это поможет астрономам получить более целостный обзор всех видов черных дыр во Вселенной и разрешить другие открытые вопросы теоретической физики и космологии, например, приблизиться к моменту Большого Взрыва. А измерение этих волн позволит перейти на новый этап развития беспроводной связи благодаря их способности проходить сквозь любые среды почти без поглощения.
Источник
ОБ ОБЩЕМ ЦЕНТРЕ ТЯЖЕСТИ МЕЖДУ НЕСКОЛЬКИМИ ТЕЛАМИ, ТАКИМИ, КАК ПЛАНЕТЫ И СОЛНЦЕ
В обращении двух тел вокруг общего центра тяжести обнаруживается равновесие
Сила притяжения в телах соразмерна содержащемуся в них количеству материи. Следовательно, в пустоте два тела равной массы будут притягивать друг друга с одинаковой силой (рис.
Если А будет иметь вдвое большую массу, оно будет притягивать В вдвое сильнее, значит, оно придаст В скорость вдвое большую, нежели та, которую В от него получает, и точка, где они встретятся, будет тем ближе к А, чем более его масса превысит массу В.
А имеет свой центр тяжести в В, на которое оно воздействует, а В — в А, на которое оно также воздействует; но в силу этого взаимного притяжения получается так, как если бы, не притягивая друг друга, они, каждое в отдельности, тяготели к точке, где они стремятся соединиться.
А если мы предположили бы еще и третье тело, то А и В притягивали бы его так, как если бы два их центра тяжести были соединены в точке, к которой они оба притягиваются. В самом деле, предположим, что А и В закреплены на коромысле, мешающем им сблизиться, и поставим под коромыслом подпору в точке, где они стремятся соединиться,— получатся весы, на которых А и В будут в равновесии, потому что расстояние от А до этой точки относится к расстоянию от В до той же точки, как масса В к массе А; они будут действовать на третье тело так, как если бы вся их тяжесть была собрана в центре подвеса, как, например, в обращении Луны и Земли вокруг их общего центра.
Итак, Вы можете представить себе Луну и Землю на двух концах этого коромысла и вообразить, что Вы держите их подвешенными над Солнцем, как Вы держите два тела подвешенными на весах; равновесие получится и в том и в другом случае, если расстояния от точки подвеса обратно пропорциональны массам.
Значит, Луна и Земля находятся в равновесии на двух концах коромысла, подвешенного над Солнцем.
Но если сила притяжения и метательная сила, вместе взятые, производят точно такое же действие, как подвешенное коромысло, то из этого следует, что, рассуждая о вращении небесных тел, мы составим теоремы, тождественные с тем, что мы говорили, рассуждая о весах.
Итак, Луна и Земля находятся в 60 радиусах одна от другой; метнем их с силой, направление которой составляло бы прямой угол с направлением их взаимного тяготения, тогда, вместо того чтобы соединиться, они будут обращаться вокруг общего центра; таким образом, метательная сила в сочетании с силой тяготения произведет действие коромысла, которое бы держало их на определенном расстоянии друг от друга, а центром их обращения будет та же точка, которая в коромысле была бы точкой подвеса.
этихдв^пТанет в обращении Луны и Земли вокруг вокруг Солнца общего центра тяжести; Вы усмотрите еще одни весы в обращении этих двух планет вокруг Солнца. Пока Вы их держали подвешенными к двум концам коромысла, они могли бы упасть на это светило, лишь если бы упала сама точка подвеса. Таким образом, если бы Вы желали вообразить коромысло, которое мешало бы им объединиться с Солнцем, то следовало бы, чтобы один конец его находился в этом светиле, а другой — в центре подвеса обеих планет; а если Вы желали бы найти точку, в которой нужно было бы подвесить коромысло, чтобы уравновесить эти грузы, Вы нашли бы такую точку, расстояние которой от Солнца так относится к расстоянию планет от нее, как масса планет относится к массе Солнца. Вот тогда, взяв эти весы, Вы держали бы Солнце в равновесии с общим для двух планет центром тяжести. Но поскольку одна метательная сила заставила две планеты двигаться вокруг их общего центра тяжести, другая метательная сила, приложенная сразу и к этому центру, и к Солнцу, приведет в движение этот центр и Солнце вокруг другого центра тяжести, достаточно будет метнуть их с силами, способными уравновесить действие их взаимной силы тяготения.
Таким образом Земля, находящаяся в одиннадцати тысячах солнечных диаметров от Солнца, иначе говоря, приблизительно в тридцати трех миллионах миль совершает свое годичное обращение. Но следует заметить, что из-за превосходства массы Солнца данное расстояние слишком мало, для того чтобы вынести общий центр тяжести за пределы этого светила. Следовательно, он находится внутри, и без ощутимой ошибки мы можем считать, что Солнце как бы пребывает в покое.
Представим (рис. 43), исходя из этих Различные положения предположений, обращение Луны и
Гвремя ихИ обращение Земли.
вокруг Солнца Луны будет Q, когда она в полнолунии, а Земли М — в F; пусть после полного лунного месяца Луна будет вновь в полнолунии и тот же центр будет в А; и наконец, пусть FDA будет орбитой, описываемой этим центром вокруг Солнца.
Если мы затем разделим лунный месяц на четыре равные части, то после первой центр тяжести будет в Е, Луна — в р, Земля — в L; после второй — при ново- лунии — центр тяжести будет в D, Луна — в R, Земля ^ в 1; в следующей четверти центр тяжести будет в В, Луна — в о, Земля— в Н; наконец, когда Луна достигнет полнолуния, а центр тяжести будет предположительно в А, Луна будет в N, а Земля — в G; все эти положения основаны на обращении Земли и Луны вокруг центра тяжести, который описьгвает орбиту вокруг Солнца.
Итак, кажется, что Земля проходит кривую MLIHG, но, поскольку эта неправильность не так значительна, чтобы быть заметной, мы можем предположить без ощутимой ошибки, что центр Земли проходит орбиту FDA, потому что MF или DI, обозначающие наибольшее расстояние, на котором Земля может находиться на этой орбите, представляют собой всего лишь сороковую часть расстояния MQ, которое само не составляет даже трехсотой части расстояния FS. Вот почему Землю считают находящейся как бы в центре обращения Луны и как бы проходящей орбиту, описываемую центром тяжести.
Метнем одну за другой в направле- Как приблизительно н почти одинаковом с направлени- определяют общий Д ,, „ ^
центр тяжести между ем Земли, планеты Меркурии, Вене-
планетами и Солнцем ра, Марс, Юпитер и Сатурн: Меркурий — на 4257 диаметров, Венеру — на 7953, Марс — на 16 764, Юпитер — на 57 200 и Сатурн — на 104 918 диаметров — таковы приблизительно средние расстояния, на которые эти планеты удалены от Солнца.
При помощи этих предположений мне будет легко показать Вам, как определять общий центр тяжести между всеми этими телами.
Однако предупреждаю Вас, что я не задаюсь целью дать Вам по этому вопросу самые точные понятия,— они потребовали бы вычислений, в которые мы оба, однако, не должны вдаваться.
Теперь предположим, что 4257 разделено на миллион частей; каждая из этих частей будет равна расстоянию, на которое центр Солнца отстоит от центра тяжести. Масса Венеры относится к массе Солнца как 1 к 169 282; она передвинет центр тяжести трех тел немного вперед; Земля и Марс по той же причине передвинут его еще больше; но так как Юпитер имеет большую массу и к тому же еще более отдален от Солнца, то центр тяжести Солнца и Юпитера будет вне поверхности Солнца, и, следовательно, центр тяжести пяти тел будет вынесен еще больше вперед. Но так как масса Сатурна составляет всего лишь около трети массы Юпитера, общий центр тяжести был бы несколько глубже поверхности Солнца, если допустить, что существуют только эта планета и Солнце. Если же мы примем во внимание все эти тела, то, когда мы поместим все планеты на одной стороне, общий центр тяжести еще больше отдалится от поверхности Солнца. И напротив того, он окажется ближе к центру Солнца, глубже его поверхности, когда Юпитер будет по одну сторону, а Сатурн — по другую, каким бы ни было при этом положение других планет, потому что они находятся слишком близко и имеют слишком малую массу, чтобы отодвинуть общий центр тяжести от центра Солнца. Это и есть центр тяжести, пребывающий в покое в нашей системе, а не центр Солнца; вот почему движение этого светила представляет собой нечто вроде волнообразного движения. Масса Юпитера настолько превосходит массу его спутников, что общий центр тяжести пяти тел совсем немного отдален от центра этой планеты. То же наблюдается и на Сатурне по отношению к его спутникам и к его кольцу.
Заключим, что для того, чтобы изменить общий центр тяжести нашей системы, было бы достаточно прибавить или отнять одну планету и что изменение было бы более или менее значительным в зависимости от массы этой планеты и ее расстояния от Солнца.
Источник
Почему Земля и другие планеты НЕ вращаются вокруг Солнца. Где находится истинный центр Солнечной системы
Если вы думаете, что Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца, то вы заблуждаетесь.
Модели помогают нам легче понять некоторые вещи, которые иначе было бы очень трудно объяснить на словах. Одна из таких моделей, которая нам известна еще со школы — это модель Солнечной системы. В этой модели центральным объектом является Солнце, вокруг которого благодаря силам гравитации вращаются другие планеты. Это не совсем так, на самом деле, центр нашей Солнечной системы находится не в центре Солнца .
Ну и где истинный центр ?
Джеймс О’Донохью, планетолог из Японского агентства космических исследований (JAXA), в своем аккаунте в Твиттере поделился небольшим видеороликом, объясняющем, где находится центр масс Солнечной системы (барицентр), в ролике он отмечен зеленой звездочкой.
«Знаете ли вы, что технически планеты не вращаются вокруг Солнца? На самом деле всё вращается вокруг центра масс Солнечной системы, и даже Солнце! Солнце составляет 99,8% массы Солнечной системы, на массу Юпитера приходится большая из остальной части, поэтому Солнце также немного вращается и вокруг Юпитера», — написал Джеймс в своем аккаунте в Twitter.
Центр масс — это место, где массы двух или более объектов, вращающихся вокруг друг друга, уравновешиваются .
Эта точка расположена ближе к звездам, имеющим большую массу, по сравнению с другими объектами. Она и является истинным центром звездной системы, вокруг которого вращается и сама звезда (включая Солнце).
По данным НАСА , барицентр нашей Солнечной системы постоянно меняет вое положение, оно зависит от расположения планет на своих орбитах. Центр тяжести Солнечной системы в разное время может находиться как вблизи центра ядра Солнца, так и за пределами поверхности светила.
Источник