Quỹ đạo của mặt trăng quanh mặt trời

Trái đất xoay quanh Mặt trời và Mặt trăng xoay quanh Trái đất. Vì tò mò, tôi bắt đầu nghĩ về quỹ đạo của Mặt trăng quanh Mặt trời và dự kiến ​​(giả định) nó sẽ như sau:

Nhưng trên Wikipedia và một số trang khác tôi phát hiện ra rằng quỹ đạo thực sự như thế này:

Tôi có 3 câu hỏi:

1. Lý do cho sự khác biệt này giữa biến thể đường dẫn giả định và thực tế là gì?
2. Con đường này có như thế này từ khi hình thành Mặt trăng không?
3. Các vệ tinh tự nhiên của các hành tinh khác cũng đi theo cùng quỹ đạo quanh Mặt trời?

Sau khi tìm kiếm thêm, tôi đã tìm ra một lời giải thích tốt hơn, dễ dàng hơn về đường dẫn quỹ đạo trên YouTube cho những người quan tâm, hãy chắc chắn kiểm tra nó.

Lý do cho sự khác biệt này giữa biến thể đường dẫn giả định và thực tế là gì?

Ngay cả hình ảnh thứ hai của bạn cũng không đúng. Ví dụ, hãy tưởng tượng phóng to một phần nhỏ trên quỹ đạo của Mặt trăng về Mặt trời, ví dụ, trăng tròn tới mặt trăng tiếp theo, với Mặt trời được phóng to ra khỏi bức tranh. Bây giờ hãy tưởng tượng vẽ một đoạn đường từ một đỉnh bên ngoài (trăng tròn) sang tiếp theo. Trong cả hai hình ảnh của bạn, đoạn đường đó nằm bên ngoài đường cong. Nói cách khác, cả hai đường cong của bạn đều lõm.

So sánh với quỹ đạo của Mặt trăng về Mặt trời. Đây là một đường cong lồi. Nếu bạn chọn bất kỳ hai điểm nào trên đường cong đó và vẽ một đoạn thẳng giữa chúng, toàn bộ đoạn đó sẽ nằm trên hoặc bên trong đường cong. Lý do quỹ đạo của Mặt trăng về Mặt trời là lồi là vì lực hấp dẫn do Mặt trời tác dụng lên Mặt trăng nhiều hơn hai lần so với Trái đất trên Mặt trăng. Quỹ đạo sẽ lõm xuống nếu Mặt trăng ở gần Trái đất hơn 259000 km (khoảng 40,6 bán kính Trái đất). Vì Mặt trăng quay quanh khoảng 385000 km (khoảng 60,4 bán kính Trái đất), quỹ đạo của Mặt trăng về Mặt trời là lồi.

Cho dù quỹ đạo của mặt trăng về Mặt trời là không đơn giản (hình ảnh đầu tiên trong câu hỏi), đơn giản / lõm (hình ảnh thứ hai trong câu hỏi) hoặc đơn giản / lồi (quỹ đạo của Mặt trăng về Mặt trời), độ lệch so với hình elip là nhỏ bé. Đối với hệ Mặt trăng-Mặt trăng, độ lệch rất nhỏ đến mức ở độ phân giải được vẽ (288x288 pixel), các quỹ đạo của Trái đất, barycenter Trái đất và Mặt trăng về Mặt trời sẽ nằm ngay trên một khác. Lý do các biến thể rất nhỏ (ít hơn một pixel ở 288x288 pixel) là do tỷ lệ rất lớn của kích thước quỹ đạo Trái đất / Mặt trăng về Mặt trời so với kích thước quỹ đạo của Mặt trăng về Trái đất.

Những vòng lặp ngược trong hình ảnh đầu tiên của bạn không xảy ra đối với bất kỳ vật thể nào quay quanh Trái đất. Điều đó đòi hỏi vận tốc quỹ đạo về Trái đất lớn hơn vận tốc quỹ đạo của Trái đất về Mặt trời. Vận tốc quỹ đạo của Trái đất về Mặt trời là khoảng 30 km / giây, nhiều hơn đáng kể so với vận tốc quỹ đạo của một vật thể trong quỹ đạo Trái đất thấp là khoảng 7,8 km / giây.

Con đường này có như thế này từ khi hình thành Mặt trăng không?

Không. Mặt trăng hình thành ở bốn đến sáu bán kính Trái đất, ít hơn nhiều so với con số bán kính 40,6 Trái đất được trích dẫn ở trên. Quỹ đạo của Mặt trăng ban đầu trông giống như hình ảnh thứ hai của bạn.

Các vệ tinh tự nhiên của các hành tinh khác cũng đi theo quỹ đạo tương tự quanh Mặt trời?

Các hành tinh khổng lồ cách xa Mặt trời hơn nhiều so với Trái đất và lớn hơn nhiều so với Trái đất. Các quỹ đạo của hầu hết các mặt trăng của Sao Mộc về Mặt trời là lõm chứ không phải lồi. Chỉ có các mặt trăng ngoài cùng của Sao Mộc có quỹ đạo lồi về Mặt trời. Một số mặt trăng trong cùng của sao Mộc (Metis, Adrastea, Amalthea, Thebe, Io và Europa) thể hiện chuyển động ngược được mô tả trong hình ảnh đầu tiên của bạn.

Đối với các mặt trăng có quỹ đạo về Mặt trời là lồi, khoảng cách tương ứng với giá trị 259000 km đối với Trái đất là 129000 km đối với Sao Hỏa, 24,1 triệu km đối với Sao Mộc, 24,2 triệu km đối với Sao Thổ, 19,0 triệu km đối với Sao Thiên Vương và 32,3 triệu km triệu km cho sao Hải Vương. Cả hai mặt trăng của quỹ đạo sao Hỏa nằm sát nhau. Tuy nhiên, cả bốn hành tinh khổng lồ đều có các mặt trăng có quỹ đạo trục bán chính nằm ngoài giới hạn tương ứng.

Không phải là một câu trả lời, nhưng tôi nghĩ rằng đây là một lát cắt tốt về hình ảnh quỹ đạo của Mặt trăng quanh mặt trời.

Nguồn: http://www.wired.com/2012/12/does-the-moon-orbit-the-sun-or-the-earth/

Lý do cho sự khác biệt này giữa biến thể đường dẫn giả định và thực tế là gì?

Quỹ đạo của mặt trăng quanh mặt trời phụ thuộc vào thời gian quay quanh hành tinh và thời gian hành tinh quay quanh mặt trời.

Trong trường hợp mặt trăng mất nhiều thời gian để quay quanh hành tinh (như Trái đất-Mặt trăng), quỹ đạo chỉ lắc lư dọc theo vòng tròn.

Trong trường hợp mặt trăng có chu kỳ quỹ đạo ngắn so với năm hành tinh (như Sao Mộc - Io), con đường giống như bạn đã vẽ trong hình đầu tiên.

Con đường này có như thế này từ khi hình thành Mặt trăng không?

Đối với hệ Mặt trăng-Trái đất, ...
Vâng, nó luôn như vậy.

Các vệ tinh tự nhiên của các hành tinh khác cũng đi theo quỹ đạo tương tự quanh Mặt trời?

Không.

[LƯU Ý: GIF động quá lớn để sao chép vào bài đăng này, nhưng các URL sẽ hoạt động]

EDIT: tất cả 3 GIF động hiện có sẵn trên youtube:

• https://youtu.be/7xN5hwcxspg
• https://youtu.be/G5YfPQdNw5g
• https://youtu.be/qSbozfxAfDQ

EDIT KẾT THÚC

http://test.bcinfo3.barrycarter.info/farmoon.gif

Hình ảnh trên sẽ được áp dụng nếu:

• Trái đất và Mặt trăng đều có quỹ đạo tròn (gần đúng)

• thời kỳ thiên văn của Mặt trăng là chính xác 1/12 năm (gần đúng)

• khoảng cách của Trái đất từ ​​Mặt trời là 150 (triệu km) (gần đúng)

• khoảng cách của Mặt trăng từ Trái đất là 30 (triệu km) (hoàn toàn sai)

Tại đây, bạn thấy quỹ đạo vòng lặp mà bạn mong đợi ban đầu.

Bây giờ, nếu chúng ta giảm khoảng cách xuống còn 10 triệu km (vẫn còn rất lớn):

http://test.bcinfo3.barrycarter.info/gầnmoon.gif

Như bạn có thể thấy, các vòng lặp không còn nữa, mặc dù quỹ đạo vẫn có một số "điểm sắc nét", mà chúng ta không thấy trong quỹ đạo thực của Mặt trăng.

Nếu chúng ta giảm khoảng cách xuống còn 3 triệu km, chúng ta sẽ đến gần hơn với những gì mong đợi:

http://test.bcinfo3.barrycarter.info/closemoon.gif

Ở đây, chúng ta có một vòng tròn chao đảo, gần hơn với những gì thực sự xảy ra.

Tất nhiên, khoảng cách thực tế của Mặt trăng so với Trái đất chỉ là 0,35 triệu km, do đó, sự chao đảo thực tế nhỏ hơn nhiều. Tôi đã cố gắng thực hiện một đồ họa trong số đó, nhưng hai quỹ đạo cuối cùng nằm trên nhau.

Đây là một câu hỏi rất cũ, và đã có câu trả lời tuyệt vời, bao gồm một sơ đồ được vẽ theo tỷ lệ. Tôi chỉ muốn thêm một sự tương tự rất đơn giản cho thấy cả hai hình ảnh trong câu hỏi đều sai như thế nào (bức thứ hai ít hơn bức thứ nhất, nếu chúng ta thừa nhận mức độ sai đáng ngờ ). Dưới đây là cách tôi giải thích chuyển động Mặt trăng-Mặt trời cho một số người bạn và họ đã nắm bắt được nó ngay lập tức, vì vậy tôi vẫn hy vọng việc nghiện của mình có thể hữu ích.

Hãy nghĩ về môn thể thao Olympic trượt băng tốc độ dài. Hai đối thủ đang chạy gần nhau với tốc độ lớn trên các vòng tròn gần như đồng tâm (chúng ta hãy làm cho đường đua này trở nên đơn giản, không phải hình bầu dục như trong thể thao thực sự). Vì một trong những người trượt băng đang chạy một đoạn đường dài hơn một chút, nên các quy tắc yêu cầu họ chuyển làn trên mỗi vòng đua, vì vậy không ai trong hai người gặp bất lợi.

^{Tín dụng hình ảnh: Wikipedia Tập tin: Jan_Smeekens_ (23-02-2008) .jpg}

Đột nhiên, ủy ban Olympic thay đổi các quy tắc. Những người trượt ván bây giờ phải chạy không phải là một đường đua 400m, mà là một con đường dài tới 10km (một vòng tròn đường kính khoảng 3,2km) và thay đổi đường đua không chỉ một lần trên mỗi vòng đua, mà là 13 lần. Sân vận động rộng và đường cong của đường đua rất nhẹ, người chạy bên ngoài trong quá trình thay đổi vẫn theo dấu đường cong lồi khi di chuyển về phía đường đua bên trong với tốc độ 0,2 m / s trong khi duy trì tốc độ 15 m / s dọc theo đường đua [ Lưu ý: hai số liệu này, không giống như các số liệu khác, không quan trọng đối với sự tương tự].

Bây giờ, nói rằng một trong những kẻ không hoàn toàn nhất quán. Anh tăng tốc một chút, rồi chậm lại một chút, nhưng vẫn bắt kịp lần thứ hai. Trên thực tế, điều đó xảy ra để khi anh ấy di chuyển ra ngoài, anh ấy đứng sau người thứ hai, nhưng khi di chuyển đến đường đua bên trong, anh ấy lại đi trước. Hãy tưởng tượng những gì bạn sẽ thấy từ một máy quay không người lái theo các vận động viên từ trên cao. Wow, họ quay quanh nhau ! Và không có con đường nào là lõm, như trên bức tranh thứ hai, cũng không có bất kỳ vòng lặp ngược nào như thế trên bức ảnh đầu tiên. Họ luôn đi về phía trước, để mang về huy chương đó!

Các con số ở trên là xấp xỉ quỹ đạo Trái đất và Mặt trăng. Quỹ đạo trái đất quanh Mặt trời lớn hơn ~ 400 lần so với Mặt trăng quanh Trái đất, cũng như chiều rộng theo dõi 2 làn tiêu chuẩn là 4m là 1/400 trong bán kính 1,6 km của siêu sao của chúng ta. Mặt trăng thực hiện khoảng 13 vòng quanh Trái đất trong một năm của Trái đất. Tất nhiên, trong một sự tương tự tốt hơn, Trái đất chạy ở giữa đường đua, chỉ lệch một chút và Mặt trăng đang nhịp nhàng lắc lư giữa các cạnh trong cùng và ngoài cùng. Cũng không có sự thay đổi làn đường đột ngột tại các điểm đã đặt cho Mặt trăng (và điều này làm cho đường cong trở nên xa hơn so với đường đi so với đường trượt băng). Nhưng vì chúng ta đang trong một thử nghiệm tư duy, hãy giả vờ rằng ủy ban Olympic có một ngoại lệ cho cặp đôi kỳ dị này.