Перигелий

Прецессия перигелия небесных тел

Схема прецессии эллиптической орбиты

Параметры орбит планет Солнечной системы из-за взаимовлияния этих планет со временем претерпевают медленные изменения. В частности, ось орбиты постепенно поворачивается (в плоскости орбиты) в сторону орбитального движения, соответственно, смещается и перигелий («прецессия перигелия», см. рисунок). Перигелий Меркурия возвращается в исходное положение каждые 260 тыс. земных лет, для Юпитера этот период составляет около 300 тыс. лет.

В середине XIX века астрономы обнаружили, что указанное смещение для Меркурия происходит несколько быстрее, чем предсказывает Закон всемирного тяготения, позже аналогичную аномалию обнаружили и в движении других небесных тел.

Причина объясняется общей теорией относительности (ОТО); из уравнений ОТО вытекает именно такое значение смещения, которое наблюдается фактически.

Добавочное смещение («релятивистская поправка») была посчитана и проверена для нескольких планет и астероидов:

Небесное тело	Эксцентриситеторбиты	Добавочное смещение перигелия, угловые секунды за столетие
теоретическое	наблюдаемое
Меркурий	00000,205	00000043,0	00043,1 ± 0,5
Венера	00000,007	00000008,6	00008,4 ± 4,8
Земля	00000,017	00000003,8	00005,0 ± 1,2
Марс	00000,094	00000001,35	00001,1 ± 0,3
Икар (астероид)	00000,827	00000010,1	00009,8 ± 0.8

Большая погрешность данных для Венеры и Земли вызвана тем, что их орбиты почти круговые.

Марс

Его орбита более округлая по сравнению с меркурианской. Но значимые изменения в периоды прохождения афелия и перигелия все же происходят. Они проявляются тем, что времена года на одном полушарии будут отличаться от другого по продолжительности и по температурам. Когда в северном полушарии начинается лето, планета находится на максимальном удалении, поэтому оно не такое теплое, но более продолжительное. В южном — наоборот, более короткое, но более теплое, потому что в этот период Марс проходит перигелий.

Что касается температур, то о них трудно говорить, потому что они резко меняются не только относительно зимы и лета, но и в течение суток, которые почти не отличаются от земных. Например, на экваторе днем планета может прогреться и до +28 градусов, однако уже ночью температура может упасть до -40 и ниже. Минимальная температура на полюсах близка к отметке -150 градусов.

Математические формулы

Эти формулы характеризуют перицентр и апоцентр орбиты:

Перицентр: Максимальная скорость, как минимум (перицентр) расстояние .vназнак равно(1+е)μ(1-е)а{\ textstyle v _ {\ text {per}} = {\ sqrt {\ frac {(1 + e) \ mu} {(1-e) a}}} \,}рназнак равно(1-е)а{\ textstyle г _ {\ текст {пер}} = (1-е) а}
Апоцентр: Минимальная скорость, при максимуме (апоцентр) расстояние .vapзнак равно(1-е)μ(1+е)а{\ textstyle v _ {\ text {ap}} = {\ sqrt {\ frac {(1-e) \ mu} {(1 + e) a}}} \,}рapзнак равно(1+е)а{\ textstyle г _ {\ текст {ap}} = (1 + е) а}

В то время как в соответствии с законами движения планет Кеплера (основанными на сохранении углового момента ) и сохранении энергии, эти две величины постоянны для данной орбиты:

Удельный относительный угловой момент: часзнак равно(1-е2)μа{\ displaystyle h = {\ sqrt {\ left (1-e ^ {2} \ right) \ mu a}}}
Удельная орбитальная энергия: εзнак равно-μ2а{\ displaystyle \ varepsilon = — {\ frac {\ mu} {2a}}}

где:

а — большая полуось :

азнак равнорна+рap2{\ displaystyle a = {\ frac {r _ {\ text {per}} + r _ {\ text {ap}}} {2}}}
μ — стандартный гравитационный параметр
e — эксцентриситет , определяемый как

езнак равнорap-рнарap+рназнак равно1-2рapрна+1{\ displaystyle e = {\ frac {r _ {\ text {ap}} — r _ {\ text {per}}} {r _ {\ text {ap}} + r _ {\ text {per}}}} = 1- {\ frac {2} {{\ frac {r _ {\ text {ap}}} {r _ {\ text {per}}}} + 1}}}

Обратите внимание, что для преобразования высот над поверхностью в расстояния между орбитой и ее первичной частью необходимо добавить радиус центрального тела, и наоборот.

Средняя арифметическая из двух предельных расстояний длина большой полуоси а . Геометрическое среднее из двух расстояний длина оси пола-минор б .

Среднее геометрическое значение двух предельных скоростей равно

-2εзнак равноμа{\ displaystyle {\ sqrt {-2 \ varepsilon}} = {\ sqrt {\ frac {\ mu} {a}}}}

которая представляет собой скорость тела на круговой орбите с радиусом .
а{\ displaystyle a}

Время перигелия

Элементы орбиты, такие как время прохождения перигелия , определяются в эпоху, выбранную с помощью невозмущенного решения двух тел . Чтобы получить точное время прохождения перигелия, необходимо использовать эпоху, близкую к прохождению перигелия. Например, используя эпоху 1996 года, комета Хейла-Боппа показывает перигелий 1 апреля 1997 года. Использование эпохи 2008 года показывает менее точную дату перигелия 30 марта 1997 года. Короткопериодические кометы могут быть даже более чувствительны к выбранной эпохе. Использование эпохи 2005 г. показывает, что 101P / Chernykh подходит к перигелию 25 декабря 2005 г., но использование эпохи 2011 г. дает менее точную дату невозмущенного перигелия 10 января 2006 г.

Что такое перигелий?

Это точка, где планета, комета или астероид находятся на наименьшем расстоянии до солнца. Такие моменты для некоторых из них могут считаться полноценным летом, а для других могут и не приносить особых изменений.

Например, у Земли различие между минимальной и максимальной дистанцией относительно небольшое, всего 5 млн км. Поэтому данные периоды люди даже не замечают. Однако для уточнения стоит отметить, что Земля проходит перигелий 4-5 января ежегодно. В северном полушарии в это время самый разгар зимы, а в южном — вполне обычное лето.

А если представить, что была бы возможность оказаться на Меркурии, то разницу можно было бы почувствовать, потому что его орбита гораздо сильнее отличается от ровного круга. Как и для Земли, моменты наибольшего сближения не являются актуальными для Венеры, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.

Орбита — окружность непростая…

Всем людям с рождения известно о том, что космические тела, в первую очередь планеты, вращаются по орбите, представляющей собой круг. Но в данном случае это относительное понятие. Дело в том, что ни одна окружность, по которой космическое тело проходит свой путь вокруг Солнца, не является идеальной. В той или иной степени все они приближены к эллипсу. Такие искажения придают всем планетам дополнительную уникальную составляющую, ведь на каждом участке орбиты Солнце будет по-разному воздействовать на них, иногда в значительной степени оказывая влияние на климат и другие показатели. Особенно заметно это воздействие в двух точках. Каких?

Афелий

В этой точке окружности космический объект максимально отдаляется от Солнца. Не имеет значения для всех тех планет, о которых говорилось в предыдущем разделе. Стоит отметить, что на самом деле название «афелий» появилось позднее. Изначально данная точка называлась «апогелий». Просто когда-то давно в записях кто-то решил разделить слово на две части, сократив его: ap.helios. При прочтении точка между частями слова не была замечена, и кто-то прочитал сочетание букв ph как «ф», как оно читается в английском языке. С тех пор название «афелий» вошло и закрепилось в различных языках. Земля каждый год проходит эту точку 4-5 июля.

Эти орбитальные центры являются важными точками не только для астрономов, перигелии и афелии в астрологии тоже занимают не последнее место. Они используются для составления прогнозов и предсказаний глобальных событий.

Терминология

Часто встречаются слова «перицентр» и «апоцентр», хотя при техническом использовании предпочтительны перицентр / апоцентр.

Для общих ситуаций, когда первичный элемент не указан, термины перицентр и апоцентр используются для обозначения крайних точек орбит (см. Таблицу, верхний рисунок); периапсис и апопсис (или апапсис ) являются эквивалентными альтернативами, но эти термины также часто относятся к расстояниям, то есть наименьшему и наибольшему расстоянию между орбитальным аппаратом и его телом-хозяином (см. второй рисунок).
Для тела на орбите Солнца , точка наименьшего расстояния является перигелия ( ), а точка наибольшего расстояния является афелии ( ); при обсуждении орбит вокруг других звезд термины становятся периастром и апастроном .
При обсуждении спутника Земли , включая Луну , точка наименьшего расстояния в перигее ( ), и наибольшее расстояние, на апогее , (от древнегреческого : Γῆ ( ¯ge ), «земля «или» земля «).
Естественных спутников Луны нет. Для искусственных объектов на лунной орбите , точка наименьшего расстояния может быть названа pericynthion ( ) и самое большое расстояние , apocynthion ( ); или иногда используются perilune и apolune .

Этимология

Слова перигелий и афелий были придуманы Иоганном Кеплером для описания орбитального движения планет вокруг Солнца. Слова образованы от префиксов пери- (греч. Περί , рядом) и апо- (греч. Ἀπό , далеко от), прикрепленных к греческому слову, обозначающему солнце, ( ἥλιος или hēlíou ).

Различные связанные термины используются для других небесных объектов . Суффиксы -gee , -helion , -astron и -galacticon часто используются в астрономической литературе, когда относятся к Земле, Солнцу, звездам и центру галактики соответственно. Суффикс -jove иногда используется для Юпитера, но -saturnium очень редко использовался для Сатурна за последние 50 лет. Форма -gee также используется как общий термин, наиболее приближенный к «любой планете», вместо того, чтобы применять его только к Земле.

Во время программы «Аполлон» термины « перицинтион» и « апоцинтион» использовались для обозначения орбиты Луны ; они ссылаются на Синтия, альтернативное имя греческой богини Луны Артемиды . Что касается черных дыр, то термины перимелазма и апомелазма (от греческого корня) были использованы физиком и писателем-фантастом Джеффри А. Лэндисом в рассказе 1998 года; который возник до того, как перинигрикон и апонигрикон (от латинского) появились в научной литературе в 2002 г., а также до периботрона (от греч. Bothros , что означает отверстие или яма) в 2015 г.

Резюме терминологии

Суффиксы, показанные ниже, могут быть добавлены к префиксам пери- или апо- для образования уникальных имен апсид для орбитальных тел указанной основной / (основной) системы. Однако обычно используются уникальные суффиксы только для систем Земля и Солнце. Обычно для других хост-систем вместо него используется общий суффикс -apsis .

Размещение объектов в Солнечной системе с именованными / именуемыми апсидами
Астрономический объект-хозяин	солнце	Меркурий	Венера	земной шар	Луна	Марс	Церера	Юпитер	Сатурн
Суффикс	‑Helion	‑Hermion	‑ Коса	‑Джи	‑Lune ‑cynthion ‑selene	‑Areion	‑Деметр	‑Jove	‑Chron ‑kronos ‑saturnium ‑krone
Происхождение названия	Гелиос	Гермес	Cytherean	Гайя	Луна Синтия Селена	Арес	Деметра	Зевс Юпитер	Кронос Сатурн

Другие объекты-хозяева с именованными / именуемыми апсидами
Астрономический объект- хозяин	Звезда	Галактика	Барицентр	Черная дыра
Суффикс	‑Астрон	‑Galacticon	-Центр — фокус -apsis	‑Melasma ‑bothron ‑nigricon
Происхождение названия	Лат: астра ; звезды	Gr: галактики; галактика		Gr: мелос; черный Gr: ботрос ; отверстие Лат: нигер ; черный