Pergerakan benda langit yang nyata dan nyata. Hukum gerak benda langit dan struktur tata surya

Sejak zaman kuno, umat manusia telah tertarik pada pergerakan benda langit yang terlihat: Matahari, Bulan, dan bintang. Sulit membayangkan tata surya kita tampak terlalu besar, membentang lebih dari 4 triliun mil dari Matahari. Sedangkan Matahari hanya seperseratus dari satu miliar bintang lain yang menyusun galaksi Bima Sakti.

Bima Sakti

Galaksi sendiri merupakan roda besar yang berputar, terbuat dari gas, debu, dan lebih dari 200 miliar bintang. Di antara keduanya terdapat triliunan mil ruang kosong. Matahari berlabuh di pinggiran galaksi, berbentuk spiral: dari atas, Bima Sakti tampak seperti badai bintang besar yang berputar. Dibandingkan dengan ukuran galaksi, Tata Surya sangatlah kecil. Jika kita membayangkan Bima Sakti seukuran Europa, maka ukuran tata surya tidak akan lebih besar dari buah kenari.

tata surya

Matahari dan 9 planet satelitnya tersebar pada satu arah dari pusat galaksi. Sama seperti planet yang berputar mengelilingi bintangnya, bintang juga berputar mengelilingi galaksi.

Matahari memerlukan waktu sekitar 200 juta tahun dengan kecepatan 588.000 mil per jam untuk menyelesaikan revolusi mengelilingi korsel galaksi ini. Matahari kita tidak berbeda dengan bintang-bintang lain dalam hal istimewanya, hanya saja ia memiliki satelit, sebuah planet bernama Bumi, yang dihuni oleh kehidupan. Planet dan benda langit yang lebih kecil yang disebut asteroid berputar mengelilingi Matahari dalam orbitnya.

Pengamatan pertama terhadap tokoh-tokoh terkenal

Manusia telah mengamati pergerakan benda langit dan fenomena kosmik yang terlihat setidaknya selama 10.000 tahun. Untuk pertama kalinya, catatan sejarah tentang benda langit muncul di Mesir kuno dan Sumeria. Orang Mesir mampu membedakan tiga jenis benda di langit: bintang, planet, dan “bintang berekor”. Pada saat yang sama, benda langit ditemukan: Saturnus, Jupiter, Mars, Venus, Merkurius dan, tentu saja, Matahari dan Bulan. Pergerakan benda langit yang tampak adalah pergerakan benda-benda tersebut yang dirasakan dari bumi relatif terhadap sistem koordinat, tanpa memperhatikan rotasi hariannya. Gerak nyata adalah geraknya di luar angkasa, ditentukan oleh gaya-gaya yang bekerja pada benda-benda tersebut.

Galaksi yang terlihat

Melihat ke langit malam, Anda dapat melihat tetangga terdekat kita - - berbentuk spiral. Bima Sakti, meski berukuran besar, hanyalah satu dari 100 miliar galaksi di luar angkasa. Tanpa menggunakan teleskop, Anda dapat melihat tiga galaksi dan sebagian galaksi kita. Dua di antaranya disebut Awan Magellan Besar dan Kecil. Mereka pertama kali terlihat di perairan selatan pada tahun 1519 oleh ekspedisi penjelajah Portugis Magellan. Galaksi-galaksi kecil ini mengorbit Bima Sakti Oleh karena itu, mereka adalah tetangga kosmik terdekat kita.

Galaksi ketiga yang terlihat dari Bumi, Andromeda, berjarak sekitar 2 juta tahun cahaya dari kita. Artinya cahaya bintang dari Andromeda membutuhkan waktu jutaan tahun untuk bisa mendekati Bumi kita. Jadi, kita memandang galaksi ini seperti 2 juta tahun yang lalu.

Selain ketiga galaksi tersebut, Anda juga bisa melihat bagian Bima Sakti di malam hari yang diwakili oleh banyak bintang. Menurut orang Yunani kuno, kelompok bintang ini adalah susu dari payudara dewi Hera, itulah namanya.

Planet yang terlihat dari Bumi

Planet adalah benda langit yang mengorbit Matahari. Saat kita mengamati Venus bersinar di langit, hal ini karena ia disinari oleh Matahari dan sebagian memantulkannya sinar matahari. Venus adalah Bintang malam atau Bintang Kejora. Orang menyebutnya berbeda karena letaknya di tempat yang berbeda pada sore dan pagi hari.

Bagaimana planet Venus berputar mengelilingi Matahari dan mengubah lokasinya. Sepanjang hari, terjadi pergerakan benda langit yang terlihat. Sistem koordinat langit tidak hanya membantu memahami lokasi tokoh-tokoh, tetapi juga memungkinkan Anda menyusun peta bintang, menavigasi langit malam berdasarkan konstelasi, dan mempelajari perilaku benda-benda langit.

Hukum gerak planet

Dengan menggabungkan observasi dan teori tentang pergerakan benda langit, manusia telah menyimpulkan pola galaksi kita. Penemuan para ilmuwan telah membantu menguraikan pergerakan benda langit yang terlihat. ditemukan adalah salah satu hukum astronomi pertama.

Matematikawan dan astronom Jerman menjadi pionir topik ini. Kepler, setelah mempelajari karya Copernicus, menghitung paling banyak bentuk yang lebih baik, yang menjelaskan pergerakan benda langit yang terlihat - elips, dan menjelaskan pola pergerakan planet yang dikenal di dunia ilmiah seperti hukum Kepler. Dua di antaranya menjadi ciri pergerakan planet dalam orbitnya. Mereka membaca:

Planet mana pun berputar dalam bentuk elips. Matahari hadir di salah satu fokusnya.

Masing-masing bergerak dalam bidang yang melewati tengah Matahari, sedangkan dalam periode yang sama vektor jari-jari antara Matahari dan planet menguraikan luas yang sama.

Hukum ketiga menghubungkan data orbit planet-planet dalam suatu sistem.

Planet bawah dan atas

Mempelajari pergerakan benda langit yang terlihat, fisika membaginya menjadi dua kelompok: kelompok bawah, yang meliputi Venus, Merkurius, dan kelompok atas - Saturnus, Mars, Jupiter, Neptunus, Uranus, dan Pluto. Pergerakan benda-benda langit dalam bola terjadi dengan cara yang berbeda-beda. Dalam proses pengamatan pergerakan planet-planet bawah, mereka mengalami perubahan fase seperti Bulan. Saat memindahkan planet-planet atas, Anda dapat melihat bahwa mereka tidak mengubah fase; mereka terus-menerus menghadap manusia dengan sisi baiknya.

Bumi, bersama Merkurius, Venus, dan Mars, termasuk dalam kelompok planet dalam. Mereka berputar mengelilingi Matahari dalam orbit internal, berbeda dengan planet-planet besar, yang berputar pada orbit luar. Misalnya Merkurius yang 20 kali lebih kecil pada orbit terdalamnya.

Komet dan meteorit

Selain planet-planet, yang berputar mengelilingi Matahari adalah miliaran balok es yang terdiri dari gas padat beku, batu-batu kecil, dan debu – komet yang memenuhi Tata Surya. Pergerakan benda langit yang terlihat, yang diwakili oleh komet, hanya dapat dilihat ketika mendekati Matahari. Kemudian ekornya mulai terbakar dan bersinar di langit.

Yang paling terkenal adalah komet Halley. Setiap 76 tahun ia meninggalkan orbitnya dan mendekati Matahari. Saat ini sudah bisa diamati dari Bumi. Bahkan di langit malam, Anda dapat melihat meteorit dalam bentuk bintang terbang - ini adalah gumpalan materi yang bergerak melintasi Semesta dengan kecepatan luar biasa. Ketika mereka jatuh ke dalam medan gravitasi bumi, mereka hampir selalu terbakar. Akibat kecepatan ekstrim dan gesekan dengan cangkang udara bumi, meteorit menjadi panas dan pecah menjadi partikel-partikel kecil. Proses pembakarannya dapat diamati di langit malam dalam bentuk pita bercahaya.

Kurikulum astronomi menggambarkan pergerakan nyata benda langit. Kelas 11 sudah akrab dengan pola-pola yang menyebabkan terjadinya pergerakan kompleks planet-planet, perubahannya fase bulan dan hukum gerhana.

II DASAR-DASAR MEKANIKA SELESTIAL.

PELAJARAN No. 10. HUKUM GERAK BADAN SURGAWI.

4. Hukum Kepler.

6. Bagian berbentuk kerucut.

7. Revisi hukum Kepler.

1. Perkembangan gagasan tentang tata surya.

Sistem geosentris ilmiah pertama di dunia mulai terbentuk melalui karya Aristoteles dan ilmuwan lainnya Yunani kuno. Penyelesaiannya diselesaikan dalam karya astronom Yunani kuno Ptolemy. Menurut sistem ini, Bumi terletak di pusat dunia, oleh karena itu dinamakan geosentris. Alam semesta dibatasi oleh bola kristal tempat bintang-bintang berada. Planet-planet, Matahari dan Bulan bergerak antara Bumi dan bola. Orang dahulu percaya bahwa seragam Sirkulasi Bundaran- ini adalah gerakan ideal, dan benda langit bergerak persis seperti ini. Namun pengamatan menunjukkan bahwa Matahari dan Bulan bergerak tidak merata, dan untuk menghilangkan kontradiksi yang nyata ini, perlu diasumsikan bahwa mereka bergerak dalam lingkaran, yang pusatnya tidak bertepatan dengan pusat bumi atau satu sama lain. Gerakan planet yang berbentuk lingkaran yang bahkan lebih kompleks harus direpresentasikan sebagai jumlah dari dua lingkaran gerakan seragam. Sistem seperti itu memungkinkan penghitungan dengan akurasi yang cukup untuk observasi pengaturan bersama planet untuk masa depan. Gerakan planet-planet yang seperti lingkaran untuk waktu yang lama tetap menjadi misteri dan penjelasannya hanya ditemukan dalam ajaran astronom besar Polandia Nicolaus Copernicus

Pada tahun 1543, bukunya “On the Rotation of the Celestial Spheres” diterbitkan. Ini menguraikan sistem heliosentris baru di dunia. Menurut sistem ini, Matahari merupakan pusat dunia. Planet-planet, termasuk Bumi, berputar mengelilingi Matahari dalam orbit melingkar, dan Bulan berputar mengelilingi Bumi sekaligus mengelilingi Matahari. Keakuratan dalam menentukan posisi planet-planet hanya meningkat sedikit, tetapi sistem Copernicus-lah yang memungkinkan penjelasan sederhana tentang gerakan planet-planet yang seperti lingkaran. Ajaran Copernicus memberikan pukulan telak terhadap sistem geosentris dunia. Ini jauh melampaui lingkup astronomi dan memberikan dorongan kuat bagi perkembangan semua ilmu pengetahuan alam.

2. Gerakan planet-planet yang seperti lingkaran.

Dengan mata telanjang kita dapat mengamati lima planet - Merkurius, Venus, Mars, Jupiter dan Saturnus. Planet-planet termasuk di antara tokoh-tokoh yang tidak hanya berpartisipasi dalam rotasi harian bola langit, tetapi juga bergerak melawan latar belakang rasi bintang zodiak, saat mereka berputar mengelilingi Matahari. Jika Anda mengikuti pergerakan tahunan suatu planet, menandai posisinya pada peta bintang setiap minggu, Anda mungkin akan menemukannya Fitur utama pergerakan planet yang terlihat: planet menggambarkan lingkaran dengan latar belakang langit berbintang, yang dijelaskan oleh fakta bahwa kita mengamati pergerakan planet-planet bukan dari Bumi yang diam, tetapi dari Bumi yang berputar mengelilingi Matahari.

3.Johannes Kepler dan Isaac Newton.

Dua ilmuwan terhebat, jauh lebih maju pada zamannya, menciptakan ilmu yang disebut mekanika langit, yaitu, mereka menemukan hukum gerak benda langit di bawah pengaruh gravitasi, dan meskipun pencapaian mereka hanya sebatas itu, mereka tetap memilikinya. memasuki jajaran yang terhebat di dunia ini. Kebetulan mereka tidak berpotongan tepat waktu. Hanya tiga belas tahun setelah kematian Kepler, Newton lahir. Keduanya adalah pendukung sistem heliosentris Copernicus. Setelah mempelajari gerak Mars selama bertahun-tahun, Kepler secara eksperimental menemukan tiga hukum gerak planet, lebih dari lima puluh tahun sebelum Newton menemukan hukum gravitasi universal. Belum memahami mengapa planet-planet bergerak seperti itu. Itu adalah kerja keras dan pandangan ke depan yang cemerlang. Namun Newton menggunakan hukum Kepler untuk menguji hukum gravitasinya. Ketiga hukum Kepler merupakan konsekuensi dari hukum gravitasi. Dan Newton menemukannya pada usia 23 tahun. Saat ini, 1664 - 1667, wabah penyakit merajalela di London. Trinity College, tempat Newton mengajar, dibubarkan tanpa batas waktu agar tidak memperburuk epidemi. Newton kembali ke tanah airnya dan dalam dua tahun membuat revolusi dalam sains, membuat tiga penemuan penting: kalkulus diferensial dan integral, penjelasan tentang sifat cahaya dan hukum gravitasi universal. Isaac Newton dimakamkan secara khidmat di Westminster Abbey. Di atas makamnya berdiri sebuah monumen dengan patung dada dan tulisan di batu nisan “Di sinilah letak Sir Isaac Newton, bangsawan yang, dengan obor matematika di tangannya, adalah orang pertama yang membuktikan, dengan obor matematika di tangannya, gerak planet-planet, jalur komet, dan pasang surut lautan... Biarlah manusia bergembira karena perhiasan umat manusia seperti itu ada.”

4. Hukum Kepler.

Tugas utama mekanika angkasa adalah mempelajari pergerakan benda langit di bawah pengaruh gaya gravitasi universal. Yaitu perhitungan orbit planet, komet, asteroid, satelit bumi buatan, pesawat ruang angkasa, bintang dalam sistem biner dan banyak. Semua soal dalam pengertian matematika sangatlah sulit dan, dengan pengecualian yang jarang, hanya dapat diselesaikan dengan metode numerik dengan menggunakan komputer terbesar. Namun, masalah model di mana benda dianggap sebagai titik material dan pengaruh benda lain dapat diabaikan dapat diselesaikan pandangan umum, yaitu memperoleh rumus orbit planet dan satelit. Masalah paling sederhana dianggap sebagai dua benda, ketika yang satu jauh lebih besar dari yang lain dan kerangka acuan terhubung ke benda yang lebih besar ini.

Untuk hal inilah ketiga hukum gerak planet relatif terhadap Matahari diperoleh secara empiris oleh Johannes Kepler. Bagaimana dia melakukannya? Kepler mengetahui: koordinat Mars pada bola langit dengan akurasi 2” menurut pengamatan gurunya Tycho Brahe; jarak relatif planet-planet dari Matahari; periode sinodik dan sidereal dari revolusi planet. Lalu dia beralasan seperti ini.

Posisi Mars selama oposisi diketahui (lihat gambar). Dalam sebuah segitiga ABC surat A menunjukkan posisi Mars, DI DALAM - Bumi, DENGAN - Matahari. Setelah jangka waktu yang sama dengan periode sideris revolusi Mars (687 hari), planet akan kembali ke titik A , dan selama ini Bumi akan bergerak ke titik tersebut DI DALAM' . Karena kecepatan sudut pergerakan Bumi sepanjang tahun diketahui (sama dengan kecepatan sudut pergerakan Matahari sepanjang ekliptika), kita dapat menghitung sudutnya DIA' . Setelah menentukan koordinat Mars dan Matahari pada saat Bumi melewati titik tersebut DI DALAM' , kita dapat, dengan mengetahui 2 sudut dalam sebuah segitiga, menggunakan teorema sinus untuk menghitung perbandingan sisi-sisinya SV' Ke AC . Setelah satu kali rotasi Mars lagi, Bumi akan berada pada posisinya DI DALAM" dan akan mungkin untuk menentukan hubungannya SV" ke segmen yang sama AC dll. Dengan cara ini, titik demi titik, seseorang dapat memperoleh gambaran tentang bentuk sebenarnya dari orbit Bumi, dengan menetapkan bahwa orbit tersebut adalah elips dengan Matahari sebagai fokusnya. Dapat ditentukan bahwa jika waktu gerak sepanjang busur M3M4 = waktu gerak sepanjang busur M1M2, maka Pl. SM3M4 = Kotak SM1M2.

F1 dan F2 adalah fokus elips, c adalah panjang fokus, a adalah sumbu semimayor elips, dan jarak rata-rata planet ke Matahari.

5. Hukum gravitasi universal Newton.

Isaac Newton mampu menjelaskan pergerakan benda di luar angkasa dengan menggunakan hukum gravitasi universal . Dia sampai pada teorinya sebagai hasil penelitian bertahun-tahun tentang pergerakan Bulan dan planet-planet. Namun kesimpulan sederhana dari hukum gravitasi universal dapat diambil dari hukum ketiga Kepler.

Misalkan planet-planet bergerak dalam orbit melingkar, percepatan sentripetalnya sama: , Di mana T– periode revolusi planet mengelilingi Matahari, R- radius orbit planet. Dari hukum Kepler III atau. Oleh karena itu, percepatan suatu planet, berapa pun massanya, berbanding terbalik dengan kuadrat jari-jari orbitnya: .

Menurut hukum Newton II, gaya F, yang memberikan percepatan ini ke planet, sama dengan: https://pandia.ru/text/78/063/images/image010_95.gif" width="125" height="51 src=">, di mana M– massa Matahari. Karena F = F', =https://pandia.ru/text/78/063/images/image013_78.gif" width="161" height="54">, di mana G= 6,67∙10–11 N∙m2/kg2 – konstanta gravitasi ..gif" width="109" height="51">. Gaya gravitasi antara Matahari dan planet sebanding dengan hasil kali massa keduanya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya. Hukum ini berlaku untuk bola apa pun tubuh simetris, dan hal ini kira-kira berlaku untuk benda apa pun jika jarak antara benda-benda tersebut jauh dibandingkan dengan ukurannya. Percepatan yang menurut hukum kedua Newton dialami suatu benda M, terletak di kejauhan R dari tubuh M, sama dengan: https://pandia.ru/text/78/063/images/image017_68.gif" width="47" height="47">, dimana massa bumi, adalah jarak ke pusatnya . Di dekat permukaan bumi, percepatan jatuh bebas sama dengan G= 9,8 m/s2. Kerataan bumi dan rotasinya menyebabkan perbedaan gaya gravitasi di ekuator dan dekat kutub: percepatan jatuh bebas di titik pengamatan dapat dihitung secara kasar menggunakan rumus G = 9,78 ∙ (1 + 0,0053 dosa φ ), Di mana φ – garis lintang titik ini.

Gravitasi berperilaku tidak seperti biasanya di dalam bumi. Jika Bumi dianggap bola homogen, gaya gravitasi bertambah sebanding dengan jarak r dari pusat bola.

6. Bagian berbentuk kerucut.

Bagian kerucut terbentuk ketika kerucut lingkaran siku-siku memotong sebuah bidang. Bagian berbentuk kerucut termasuk kurva orde kedua: elips , parabola Dan hiperbola . Semuanya adalah tempat kedudukan titik-titik, jarak dari mana ke sana poin yang diberikan (Trik) atau sampai suatu garis lurus (direktriks) tertentu terdapat nilai konstan. Misalnya, elips didefinisikan sebagai tempat kedudukan titik-titik yang jumlah jarak dari dua titik tertentu (fokus F1 dan F2) bernilai konstan dan sama dengan panjang sumbu mayor: F1M+F2M=2a=const . Derajat pemanjangan suatu elips ditandai dengan eksentrisitasnya e. Eksentrisitas e = c/a. Ketika fokusnya berimpit dengan pusat e = 0, dan elips berubah menjadi lingkaran . Poros poros utama A adalah jarak rata-rata dari fokus ke elips. Titik elips yang paling dekat dengan fokus disebut periapsis, dan titik terjauh disebut apocenter. Jarak fokus ke periapsis adalah PF1 = A (1 – e), ke pusat apocenter – F1A = A (1 + e).

7. Revisi hukum Kepler.

Jadi Kepler menemukan hukumnya secara empiris. Newton menurunkan hukum Kepler dari hukum gravitasi universal. Oleh karena itu, undang-undang pertama dan ketiga mengalami perubahan. Hukum pertama Kepler digeneralisasikan dan rumusan modernnya adalah sebagai berikut: Lintasan gerak benda langit dalam medan gravitasi pusat berbentuk kerucut: elips, lingkaran, parabola, atau hiperbola, yang salah satu fokusnya adalah pusat massa sistem. Bentuk lintasan ditentukan oleh energi total benda yang bergerak, yang terdiri dari energi kinetik KE massa tubuh M, bergerak dengan kecepatan ay, dan energi potensial kamu benda yang terletak dalam medan gravitasi pada jarak tertentu R dari benda bermassa M. Dalam hal ini berlaku hukum kekekalan energi total suatu benda. E=K +kamu = konstanta; K =mv2 /2, kamu=- GM/ R.

Hukum kekekalan energi dapat ditulis ulang menjadi: (2).

Konstan H ditelepon energi konstan . Ini berbanding lurus dengan energi mekanik total tubuh E dan hanya bergantung pada vektor radius awal r0 dan kecepatan awal ay 0. Pada H < 0 кинетической энергии тела недостаточно для преодоления гравитационной связи. Величина радиус-вектора тела ограничена сверху и имеет место обращение по замкнутой, эллиптической орбите. Такое движение можно уподобить движению маятника – тот же самый переход кинетической энергии в потенциальную во время подъема и обратный – при опускании. Подобное движение называется terbatas , yaitu tertutup. Untuk H= 0, dengan peningkatan vektor jari-jari benda yang tidak terbatas, kecepatannya berkurang menjadi nol - ini adalah gerakan parabola. Gerakan semacam ini tanpa batas , ruang tidak terbatas. Pada H> 0, energi kinetik benda cukup besar, dan pada jarak tak terhingga dari pusat tarik-menarik, benda akan memiliki kecepatan pelepasan yang tidak nol - ini adalah gerak sepanjang hiperbola. Jadi, kita dapat mengatakan bahwa benda bergerak relatif terhadap pusat tarik-menarik hanya sepanjang orbit yang berbentuk kerucut. Sebagai berikut dari rumus (2), pendekatan suatu benda ke pusat tarik menarik harus selalu disertai dengan peningkatan kecepatan orbit benda tersebut, dan perpindahannya dengan penurunan sesuai dengan hukum kedua Kepler. Hukum kedua Kepler belum direvisi, tetapi hukum ketiga telah disempurnakan, dan bunyinya seperti ini: perbandingan pangkat tiga sumbu semimayor. orbit planet dengan kuadrat periode revolusi planet mengelilingi Matahari sama dengan jumlah massa Matahari dan planet, g de (3) M Q Dan M massa Matahari dan planet masing-masing; A Dan T – sumbu semi mayor dan periode revolusi planet. Berbeda dengan dua hukum pertama, hukum ketiga Kepler hanya berlaku untuk orbit elips.

Dalam bentuk umum, hukum ini biasanya dirumuskan ( 4) seperti ini: Hasil kali jumlah massa benda langit dan satelitnya dengan kuadrat periode revolusi siderisnya dihubungkan sebagai pangkat tiga sumbu semimayor orbitnya, di mana M 1 dan M 2 - massa benda langit, M 1 dan M 2 - masing-masing, massa satelitnya, A 1 dan A 2 - sumbu semimayor dari orbitnya, T 1 dan T 2 - periode sirkulasi sidereal. Perlu dipahami bahwa hukum Kepler menghubungkan ciri-ciri gerak komponen-komponen apa pun sistem ruang angkasa yang sewenang-wenang dan independen. Rumus ini bisa sekaligus mencakup Mars dengan satelitnya, dan Bumi dengan Bulan, atau Matahari dengan Jupiter.

Jika kita menerapkan hukum ini pada planet-planet di tata surya dan mengabaikan massa planet-planet tersebut M1 dan M 2 dibandingkan dengan massa Matahari M☼ (yaitu. M 1 << M☼, M 2 << M☼), maka kita mendapatkan rumusan hukum ketiga yang diberikan oleh Kepler sendiri.

8. Penentuan massa benda langit.

https://pandia.ru/text/78/063/images/image026_47.gif" width="157" height="53 src=">. Menggantikan di sini nilai sumbu semi-mayor Bumi dan Bulan dan periode revolusinya, kita memperolehnya M kamu=3,3·10-6 M☼. Ya, menghitung massa absolut Matahari cukup mudah. Dengan menggunakan rumus (3) secara langsung, untuk pasangan Matahari-Bumi, membuang massa Bumi karena kecilnya dibandingkan dengan massa Matahari, kita peroleh M☼=2·1030kg.

Hukum ketiga Kepler memungkinkan kita menghitung tidak hanya massa Matahari, tetapi juga massa bintang lainnya. Benar, hal ini hanya dapat dilakukan untuk sistem biner; massa bintang tunggal tidak dapat ditentukan dengan cara ini. Dengan mengukur posisi relatif bintang ganda dalam jangka waktu yang lama, periode orbitnya seringkali dapat ditentukan T dan mengetahui bentuk orbitnya. Jika jarak R ke bintang biner dan dimensi sudut maksimum αmax dan minimum αmin orbit diketahui, maka sumbu semimayor orbit dapat ditentukan. sebuah= R (α maks+ α menit)/2 , kemudian dengan menggunakan persamaan (3) kita dapat menghitung massa total bintang biner tersebut. Jika berdasarkan pengamatan kita menentukan jarak bintang ke pusat massa x1 Dan x2, atau lebih tepatnya sikapnya x1/x2, yang tetap, maka persamaan kedua muncul X 1 / X 2 = M 2 / M 1 , sehingga memungkinkan untuk menentukan massa setiap bintang secara terpisah.

D.Z.

Pertanyaan survei cepat

1. Apa nama titik orbit planet yang paling dekat dengan Matahari?:

2. Apa nama titik terjauh dalam orbit Bulan?

3. Bagaimana kecepatan gerak komet berubah dari perihelion ke aphelion?

5. Bagaimana periode sinodik planet terluar bergantung pada jarak ke Matahari?

6. Mengapa mereka mencoba membangun kosmodrom yang lebih dekat ke garis khatulistiwa?

7. Bagaimana perubahan medan gravitasi di dalam bumi?

8. Merumuskan hukum Kepler.

9. Berapa radius rata-rata orbit planet tersebut?

Topik 3. Tata surya dan pergerakan benda langit.

§1. tata surya

Tata Surya mencakup Matahari, 9 planet besar dengan 34 satelitnya, lebih dari 100.000 planet kecil (asteroid), sekitar 1.011 komet, serta benda-benda meteorik kecil yang tak terhitung jumlahnya (dari diameter 100 m hingga partikel debu yang dapat diabaikan) .

Matahari menempati posisi sentral dalam Tata Surya. Massanya 750 kali lebih besar dari massa semua benda lain yang termasuk dalam sistem ini. Perpanjangan gravitasi Matahari merupakan gaya utama yang menentukan pergerakan seluruh benda Tata Surya yang mengorbit di sekitarnya. Jarak rata-rata Matahari ke planet Pluto yang terjauh darinya adalah 6 miliar km, sangat kecil dibandingkan jarak ke bintang terdekat.

Semua planet besar - Merkurius, Venus, Bumi, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus, dan Pluto - berputar mengelilingi Matahari dalam arah yang sama (searah rotasi aksial Matahari itu sendiri), dalam orbit yang hampir melingkar. Bidang orbit bumi, ekliptika, diambil sebagai bidang utama ketika menghitung kemiringan orbit planet-planet dan benda-benda lain yang mengorbit Matahari.

Berkat bentuk orbit planet yang hampir melingkar dan kesenjangan yang besar di antara keduanya, kemungkinan pertemuan jarak dekat antar planet dapat dikesampingkan. Hal ini memastikan keberadaan sistem planet dalam jangka panjang.

Planet-planet juga berputar pada porosnya, dan untuk semua planet kecuali Venus dan Uranus, rotasinya terjadi ke arah depan, yaitu searah dengan revolusinya mengelilingi Matahari. Rotasi Venus yang sangat lambat terjadi dalam arah yang berlawanan, dan Uranus berputar seolah-olah berbaring miring.

Kebanyakan satelit mengorbit planetnya searah dengan rotasi aksial planet. Orbit satelit semacam itu biasanya berbentuk lingkaran dan terletak di dekat bidang ekuator planet, sehingga mengurangi kemiripan dengan sistem planet. Misalnya, sistem satelit Uranus dan Jupiter. Satelit yang letaknya jauh dari planet mengalami pergerakan terbalik.

Saturnus, Yupiter, dan Uranus, selain masing-masing satelit dengan ukuran yang mencolok, memiliki banyak satelit kecil, seolah-olah menyatu menjadi cincin yang berkesinambungan. Satelit-satelit ini bergerak dalam orbit yang sangat dekat dengan planet sehingga gaya pasang surutnya mencegah mereka untuk bergabung menjadi satu benda.

Sebagian besar orbit planet kecil yang diketahui saat ini terletak di antara orbit Mars dan Jupiter. Semua planet kecil mengorbit Matahari searah dengan planet besar, namun orbitnya biasanya memanjang dan condong ke bidang ekliptika.

Komet bergerak terutama pada orbit yang mendekati parabola. Beberapa komet memiliki orbit memanjang dengan ukuran yang relatif kecil. Untuk komet-komet ini, yang disebut periodik, pergerakan langsung mendominasi, yaitu pergerakan searah rotasi planet.

Planet-planet dibagi menjadi dua kelompok, berbeda dalam massa, komposisi kimia, kecepatan rotasi dan jumlah satelit. Empat planet yang paling dekat dengan Matahari adalah planet kebumian , terdiri dari zat batuan padat dan logam. Planet raksasa - Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus jauh lebih masif, sebagian besar terdiri dari zat-zat ringan dan oleh karena itu, meskipun terdapat tekanan yang sangat besar di kedalamannya, mereka memiliki kepadatan yang rendah. Untuk Jupiter dan Saturnus, bagian utama massanya adalah hidrogen dan helium. Bagi Uranus dan Neptunus, massa terbesarnya adalah es dan batuan.

Bagian dalam planet dan beberapa satelit besar (misalnya Bulan) berada dalam keadaan panas.

Venus, Bumi, dan Mars memiliki atmosfer yang terdiri dari gas-gas yang dilepaskan dari kedalamannya. Atmosfer planet-planet raksasa merupakan kelanjutan langsung dari interiornya: planet-planet ini tidak memiliki permukaan padat atau cair. Ketika direndam di dalam, gas atmosfer secara bertahap berubah menjadi keadaan terkondensasi.

Inti komet memiliki komposisi kimia yang mirip dengan planet raksasa: terdiri dari es air dan es dari berbagai gas dengan campuran zat batuan. Hampir semua planet kecil dalam komposisinya termasuk dalam planet batuan terestrial.

Puing-puing dari planet-planet kecil yang terbentuk ketika saling bertabrakan terkadang jatuh ke Bumi dalam bentuk meteorit. Pengukuran usia meteorit menunjukkan bahwa meteorit, dan seluruh tata surya, telah ada selama sekitar 5 miliar tahun.

Ciri-ciri dinamis dan fisik struktur Tata Surya menunjukkan bahwa planet-planet terbentuk dari materi gas dan debu yang pernah membentuk awan planet yang mengelilingi Matahari. Planet kebumian terbentuk sebagai hasil akumulasi partikel padat batuan, sedangkan planet raksasa pembentukannya dimulai dengan akumulasi partikel es batuan, kemudian ditambah dengan penambahan gas (terutama hidrogen dan helium).

§2. hukum Kepler

Mempelajari hasil pengamatan bertahun-tahun terhadap planet Mars oleh astronom Denmark T. Brahe, ilmuwan Jerman Johannes Kepler menemukan bahwa orbit Mars tidak berbentuk lingkaran, melainkan berbentuk elips memanjang. Elips memiliki dua titik F1 dan F2 (Gbr. 1), jumlah jaraknya ( R1 Dan R2 ) dari titik mana pun di elips adalah nilai konstan.

https://pandia.ru/text/78/111/images/image002_190.gif" width="77 height=57" height="57">

Garis yang menghubungkan suatu titik pada elips dengan salah satu fokusnya disebut vektor radius titik ini.

Kepler mempelajari pergerakan semua planet yang diketahui pada saat itu dan menyimpulkannya 3 hukum gerak planet:

Pertama, orbit semua planet (bukan hanya Mars) berbentuk elips dengan fokus yang sama di mana Matahari berada. Derajat pemanjangan orbit planet yang berbeda berbeda-beda. Eksentrisitas bumi sangat kecil dan orbit bumi sedikit berbeda dengan lingkaran. Orbit yang paling memanjang adalah orbit Merkurius dan Pluto.

Kedua, setiap planet bergerak dalam orbitnya sedemikian rupa sehingga vektor jari-jarinya digambarkan dalam interval waktu yang sama bidang yang sama(luas sektor A1A2F dan B1B2F sama). Artinya, semakin dekat jarak suatu planet ke Matahari, semakin cepat kecepatan orbitnya.

Astronomi" href="/text/category/astronomiya/" rel="bookmark">satuan astronomi), kemudian, dengan menentukan dari pengamatan periode revolusi suatu planet dalam beberapa tahun ( T), mudah untuk mendapatkan nilai sumbu semi mayor planet ini (α) dengan menggunakan rumus:

Misalnya, T Mars = 1,88 tahun, maka menurut rumus α orbit Mars = 1,52 a. e.

Jadi, Mars hampir satu setengah kali lebih jauh dari Matahari dibandingkan Bumi.

Hukum gerak planet yang ditetapkan oleh Kepler sekali lagi dengan jelas menunjukkan bahwa dunia planet adalah suatu sistem harmonis yang diatur oleh satu kekuatan, yang bersumber dari Matahari.

§3. Konfigurasi

Konfigurasi adalah karakteristik posisi planet-planet Tata Surya dalam orbitnya terhadap Matahari dan Bumi.

Mereka berbeda untuk planet-planet bawah (dalam), yang lebih dekat ke Matahari daripada Bumi (Merkurius, Venus) dan untuk planet-planet atas (luar), yang orbitnya terletak di luar orbit Bumi (planet-planet lainnya ).

Momen ketika planet bagian bawah melintasi garis lurus yang menghubungkan pusat Matahari dan Bumi disebut momennya koneksi bawah . Di dekat konjungsi inferior, planet ini terlihat seperti bulan sabit sempit. Langsung pada momen konjungsi inferior, planet tidak terlihat karena menghadap Bumi dengan belahan bumi tidak disinari Matahari. Namun saat ini, fenomena planet yang melintasi piringan matahari mungkin akan terjadi, ketika planet - Venus atau Merkurius - dapat diamati dalam bentuk lingkaran hitam yang bergerak di sepanjang piringan matahari.

Terus bergerak dalam orbitnya, planet yang lebih rendah bagi pengamat terestrial mencapai jarak sudut terjauh tertentu dari Matahari, setelah itu ia mulai mendekatinya lagi. Posisi perpindahan sudut terbesar disebut pemanjangan . Merkurius pada elongasinya sekitar 28°, Venus berjarak sekitar 48° dari Matahari. Ada perpanjangan Timur, saat planet diamati pada malam hari setelah matahari terbenam, dan Barat bila terlihat pada pagi hari, sebelum matahari terbit.

Momen saat planet yang lebih rendah lewat tepat di belakang Matahari disebut koneksi teratas . Di dekat konjungsi superior, planet ini diamati sebagai piringan utuh.

Untuk planet atas, momen dibedakan konfrontasi , Kuadratur dan koneksi Barat dan Timur . Sebaliknya, planet bagian atas terlihat pada sisi langit yang berhadapan dengan Matahari, sedangkan jarak antara planet tersebut dengan Bumi paling kecil. Periode ini paling menguntungkan untuk pengamatan astronomi terhadap permukaannya. dalam kuadratur, sudut antara arah ke planet dan matahari adalah 90°. Bersamaan dengan itu, planet bagian atas, seperti halnya planet bagian bawah, berada di belakang piringan Matahari dan hilang dalam sinarnya. Pada periode ini, jarak Bumi ke planet paling jauh.

Bulan, dalam revolusinya mengelilingi Bumi, muncul di antara Matahari dan Bumi, seperti planet bawah, atau lebih jauh dari Matahari, seperti planet atas. Oleh karena itu, dalam kaitannya dengan Bulan, para astronom lebih sering menggunakan terminologi khusus, meskipun pada hakikatnya momen bulan baru mirip dengan konjungsi inferior, namun momen bulan purnama dianalogikan dengan oposisi.

§4. Elemen orbit planet

Orientasi orbit dalam ruang, ukuran dan bentuknya, serta posisi benda langit pada orbitnya ditentukan oleh 6 besaran yang disebut elemen orbital .

Beberapa titik ciri orbit benda langit mempunyai nama tersendiri: perihelion – titik orbit suatu benda langit yang bergerak mengelilingi Matahari paling dekat dengan Matahari; aphelion – titik orbit elips terjauh dari Matahari.

Jika gerak suatu benda relatif terhadap bumi diperhatikan, maka titik orbit yang paling dekat dengan bumi disebut perigee , dan yang terjauh adalah klimaks .

Lebih lanjut tugas-tugas umum, bila pusat tarik menarik dapat berarti benda langit yang berbeda, maka digunakan nama: periapsis – titik yang paling dekat dengan pusat orbit; apocenter – titik terjauh dari pusat orbit.

Elemen orbital– 6 besaran yang menentukan bentuk dan dimensi orbit suatu benda langit ( a, e), posisinya dalam ruang ( Saya, Ω , ω ), serta posisi benda langit itu sendiri pada orbitnya:

1) Bentuk dan dimensi orbit ditentukan sumbu semimayor orbit (a = OP) dan eksentrisitas orbit e .

https://pandia.ru/text/78/111/images/image007_87.gif" align="left" width="257" height="113 src=">Untuk orbit elips nilainya e terletak dalam 0 ≤ e< 1.

Pada e= 0 orbit berbentuk lingkaran; lebih dekat e menuju kesatuan, semakin memanjang orbitnya. Jika e = 1, orbitnya tidak lagi tertutup dan berbentuk parabola; untuk e > 1 orbitnya hiperbolik.

2) Orientasi orbit dalam ruang ditentukan relatif terhadap suatu bidang tertentu, yang dianggap sebagai bidang utama. Untuk planet, komet, dan benda lain di Tata Surya, pesawat semacam itu berfungsi bidang ekliptika. Posisi bidang orbit ditentukan oleh dua elemen orbital: garis bujur dari node menaikΩ Dan kemiringan orbitSaya.

Bujur dari simpul menaik Ω - ini adalah sudut Matahari antara garis perpotongan bidang orbit dan ekliptika dan arah ke titik Aries. Sudut diukur sepanjang ekliptika dari titik ekuinoks musim semi searah jarum jam ke titik menaik orbit Ω, yaitu titik di mana benda melintasi ekliptika, bergerak dari belahan bumi selatan ke utara. Titik sebaliknya disebut simpul menurun , dan garis yang menghubungkan node-node tersebut adalah garis node .

0° ≤ Ω ≤ 360°

Q – bidang orbit planet

P – bidang ekliptika

3) Posisi orbit pada bidang Q ditentukan oleh argumen perihelion ω , yang merupakan jarak sudut perihelion orbital dari simpul menaik ω = Ω P.

4) Sebagai unsur keenam yang menentukan kedudukan suatu benda langit pada orbitnya pada suatu waktu tertentu, gunakanlah momen perjalanan melalui perihelion Ke .

Sudut Matahari yang diukur dari arah perihelion ke arah benda disebut anomali yang sebenarnya ν . Anomali sebenarnya ketika suatu benda bergerak sepanjang orbitnya berubah tidak merata: sesuai dengan hukum kedua Kepler, benda bergerak lebih cepat di dekat perihelion P dan lebih lambat di aphelion A. Anomali sebenarnya dihitung menggunakan rumus melalui rata-rata anomali.

§5. Konsep gerak gelisah

Planet-planet yang bergerak tidak hanya tertarik pada Matahari, tetapi juga satu sama lain. Dalam gugus bintang, setiap bintang saling tarik menarik satu sama lain. Pergerakan satelit Bumi buatan dipengaruhi oleh gaya-gaya yang disebabkan oleh bentuk bumi yang tidak bulat dan hambatan atmosfer bumi, serta gaya tarik menarik Bulan dan Matahari. Kekuatan tambahan ini disebut mengganggu , dan akibat yang ditimbulkannya terhadap pergerakan benda langit adalah gangguan . Akibat adanya gangguan, orbit benda langit terus berubah secara perlahan.

Studi tentang pergerakan benda langit dengan mempertimbangkan gaya pengganggu dilakukan oleh ilmu khusus - mekanika langit.

Metode yang dikembangkan dalam mekanika angkasa memungkinkan penentuan posisi benda apa pun di Tata Surya secara akurat bertahun-tahun sebelumnya. Metode komputasi yang lebih kompleks digunakan untuk mempelajari pergerakan benda langit buatan.

§6. Pergerakan harian tokoh-tokoh yang terlihat jelas

Pada siang hari, setiap bintang melakukan revolusi penuh sepanjang paralel hariannya. Pada Gambar. paralel harian bintang digambarkan σ .

https://pandia.ru/text/78/111/images/image011_62.gif" align="left" width="252" height="132 src=">a) Di khatulistiwa, kutub dunia terletak di cakrawala dan bertepatan dengan titik utara dan selatan. Paralel harian bintang-bintang dalam hal ini berada pada bidang vertikal.

b) Di kutub utara, sumbu dunia mengarah vertikal ke atas, yaitu kutub utara langit P bertepatan dengan puncak z. Jalur harian semua bintang berada pada bidang yang sejajar dengan cakrawala.

Posisi meridian menjadi tidak menentu. Segala arah dari titik ini di permukaan bumi akan mengarah ke selatan.

§7. Pemanjangan bintang

Azimuth" href="/text/category/azimut/" rel="bookmark">azimuth selama pergerakan sepanjang paralel harian berfluktuasi dalam ±A dari titik utara, dengan |A| ≤ 90°.

Pemanjangan mereka menyebut posisi bintang ketika azimuthnya mencapai nilai ekstrem. Tergantung pada sisi bola langit mana mereka terjadi, pemanjangan timur dan barat dibedakan. Pada Gambar. bintang 1 mempunyai elongasi timur E E dan perpanjangan barat E W. Bintang tidak memiliki 2 perpanjangan.

§8. Ephemerida

Ephemerides adalah tabel yang berisi informasi tentang posisi benda langit di langit, kecepatan pergerakannya, besaran bintang, dan data lain yang diperlukan untuk pengamatan astronomi. Ephemeris disusun untuk masa mendatang berdasarkan hasil observasi yang dilakukan sebelumnya.

Saat menghitung ephemeris, teori pergerakan benda langit dan hukum perubahan kecerahannya digunakan.

Bergantung pada keakuratan bahan yang digunakan, ephemeris dihitung ke depan periode yang berbeda waktu. Jadi, ephemerides planet kecil, yang berisi koordinat langitnya, disusun satu tahun atau lebih sebelumnya. Ephemerides dari satelit Bumi buatan, yang pergerakannya dipengaruhi oleh kekuatan tertentu yang tidak dapat diperhitungkan secara akurat (misalnya, hambatan atmosfer, yang kepadatannya terus berubah), dapat disusun dengan akurasi yang diperlukan hanya dalam 1-2 bulan di muka.

Ephemeris juga berisi sudut pemasangan teleskop, fase bulan, dan informasi lain yang membantu melakukan pengamatan secara rasional. Misalnya, pengamatan Bintang Kutub tidak hanya dapat dilakukan pada malam hari, tetapi juga pada siang hari; Untuk melakukan ini, perlu menyusun terlebih dahulu tabel khusus perkiraan koordinat horizontal (ephemeris kerja) - azimuth A dan ketinggian H Kutub. Dengan mengarahkan perangkat sesuai dengan nilainya, Anda dapat menemukan gambar Bintang Utara di bidang pandang pipa.

Kompilasi ephemerides Polyarnaya (yaitu, prosedur untuk menghitung perkiraan koordinat horizontal - tinggi h dan azimuth a pada momen pengamatan yang diharapkan):

dari AE pilih φ ; waktu sideris lokal S ditemukan pada waktu bersalin D .

Ketinggian kutub langit sama dengan garis lintang H P = φ

Dari segitiga zσk sisi zk Dan zσ dapat, dengan beberapa asumsi, dianggap setara satu sama lain: 90°-φ-χ = 90°- H ,

Di mana φ+χ = H .

Dalam tabel astronomi nilainya χ biasanya dilambangkan dengan ƒ , Kemudian H = φ+ƒ

Oleh karena itu, untuk menentukan h Polar, nilai yang diperlukan adalah ƒ waktu sideris lokal S dan menambahkannya ke φ .

Azimuth kutub a diambil dari tabel yang sama dengan argumen S Dan φ . Selanjutnya, ephemeris kerja Polyarnaya dihitung pada momen pengamatan tertentu dengan interval tertentu (misalnya 30m).

Topik 4. Rotasi Bumi dan Bulan. Faktor menyebabkan perubahan koordinat bintang.

§1. Ciri-ciri gerak orbital dan rotasi bumi

Bumi merupakan salah satu planet di tata surya. Seperti planet lain, ia bergerak mengelilingi Matahari dalam orbit elips, yang sumbu semimayornya (yaitu jarak rata-rata antara pusat Bumi dan Matahari) digunakan dalam astronomi sebagai satuan panjang (au) untuk mengukur jarak antar benda langit di dalamnya tata surya. Jarak Bumi ke Matahari di berbagai titik orbit tidak sama; pada perihelion (3 Januari) jaraknya kurang lebih 2,5 juta km, dan pada aphelion (3 Juli) jaraknya sama lebih jauh dari jarak rata-rata. , yaitu 149,6 juta km.

Saat planet kita bergerak dalam orbitnya mengelilingi Matahari, bidang ekuator Bumi (miring terhadap bidang orbit dengan sudut 23°27') bergerak sejajar dengan dirinya sedemikian rupa sehingga di beberapa bagian orbit bumi condong ke arah Matahari dengan belahan bumi utara, dan di belahan bumi lain – dengan belahan bumi selatan.

Rotasi harian bumi terjadi dengan hampir konstan kecepatan sudut dengan jangka waktu 23h56m04.1s, yaitu untuk satu hari sidereal. Sumbu rotasi harian bumi diarahkan dengan ujung utaranya kira-kira mendekati bintang alfa Ursa Kecil , yang karenanya disebut Bintang Utara.

§2. Pergerakan kutub bumi

Sumbu rotasi bumi tidak menempati posisi tetap pada tubuh bumi sehingga seolah-olah bergoyang pada porosnya, akibatnya kutub-kutub bumi menggambarkan kurva kompleks di permukaan bumi, tidak menjauhi a posisi rata-rata tertentu lebih dari 0,3-0,4”. Akibat mengembaranya kutub di permukaan bumi, koordinat geografis titik-titik yang terletak di permukaan bumi - garis lintang dan garis bujur - harus berubah.

Salah satu keistimewaan bumi adalah medan magnetnya, sehingga kita dapat menggunakan kompas. Kutub magnet bumi yang menjadi tempat tarikan ujung utara jarum kompas tidak berimpit dengan Kutub Utara Geografis, melainkan terletak pada suatu titik dengan koordinat ≈ 76° LU. w. dan 101° BB. d.Kutub magnet yang terletak di belahan bumi selatan mempunyai koordinat 66° selatan. w. dan 140° BT. d.(di Antartika).

§3. Pergerakan Bulan

Bulan adalah benda langit yang paling dekat dengan Bumi, satelit alami planet kita. Ia mengorbit Bumi pada jarak sekitar 400 ribu km. Diameter Bulan hanya 4 kali lebih kecil dari Bumi, yaitu sebesar 3476 km. Berbeda dengan Bumi, yang terkompresi di kutub, bentuk Bulan jauh lebih mirip bola biasa.

Jika dilihat dari Kutub Utara, Bulan, seperti semua planet dan satelit di Tata Surya, mengorbit bumi berlawanan arah jarum jam. Dibutuhkan 27,3 hari untuk menyelesaikan satu revolusi mengelilingi bumi. Waktu satu kali revolusi Bulan mengelilingi Bumi sama persis dengan waktu satu kali revolusi pada porosnya. Oleh karena itu, Bulan senantiasa menghadap Bumi dengan sisi yang sama. Diasumsikan bahwa di periode awal Sepanjang sejarahnya, Bulan berputar pada porosnya agak lebih cepat dan karenanya berbalik ke arah Bumi di bagian yang berbeda permukaannya. Namun karena kedekatannya dengan Bumi yang sangat besar, gelombang pasang yang signifikan muncul di benda padat Bulan. Mereka bertindak di Bulan yang berputar dengan cepat. Proses perlambatan Bulan terus berlanjut hingga terus-menerus menghadap Bumi hanya dengan satu sisi. Di sinilah konsep terlihat dan sisi sebaliknya Bulan. Secara total, 59% permukaan bulan bisa dilihat dari Bumi.

§4. Presesi dan nutasi

Ketika bagian atas berputar, porosnya praktis tidak pernah diam. Di bawah pengaruh gravitasi, sesuai dengan hukum gerakan rotasi, sumbu bagian atas bergerak, menggambarkan permukaan berbentuk kerucut. Bumi adalah puncak yang besar. Dan sumbu rotasinya, di bawah pengaruh gaya gravitasi Bulan dan Matahari pada kelebihan ekuator (khatulistiwa tampaknya memiliki lebih banyak materi daripada kutub karena letak Bumi yang datar), juga berputar perlahan.

Sumbu rotasi bumi menggambarkan kerucut dengan sudut 23,5° di dekat sumbu ekliptika, akibatnya kutub langit bergerak mengelilingi kutub ekliptika dalam lingkaran kecil, membuat satu revolusi dalam waktu kurang lebih 26.000 tahun. gerakan ini disebut presesi .

Konsekuensi dari presesi adalah pergeseran titik ekuinoks musim semi secara bertahap menuju pergerakan nyata Matahari sebesar 50,3” per tahun. Oleh karena itu, Matahari setiap tahun memasuki ekuinoks musim semi 20 menit lebih awal daripada melakukan revolusi penuh di langit.

Perubahan posisi ekuator langit dan kutub langit, serta perpindahan titik Aries menyebabkan perubahan koordinat langit ekuator dan ekliptika. Oleh karena itu, ketika memberikan koordinat benda langit dalam katalog atau menggambarkannya pada peta, mereka harus menunjukkan “zaman”, yaitu waktu pengambilan posisi ekuator dan titik Aries ketika menentukan sistem koordinat.

Sebagian besar, presesi terjadi di bawah pengaruh gaya gravitasi Bulan. Gaya-gaya yang menyebabkan presesi akibat perubahan posisi Matahari dan Bulan relatif terhadap Bumi terus berubah. Oleh karena itu, seiring dengan pergerakan sumbu rotasi bumi sepanjang kerucut, terjadi getaran kecil yang disebut angguk kepala . Di bawah pengaruh presesi dan nutasi, kutub langit menggambarkan kurva kompleks seperti gelombang di antara bintang-bintang.

Laju perubahan koordinat bintang akibat presesi bergantung pada posisi bintang pada bola langit. Deklinasi bintang-bintang yang berbeda bervariasi sepanjang tahun dari +20” hingga -20” tergantung pada kenaikan ke kanan. Kenaikan kanan berubah dengan cara yang lebih kompleks karena presesi, dan koreksinya bergantung pada kenaikan kanan dan deklinasi bintang. Tabel presesi diterbitkan dalam buku tahunan astronomi.

Presesi dan nutasi hanya mengubah orientasi sumbu rotasi bumi di ruang angkasa dan tidak mempengaruhi posisi sumbu tersebut dalam tubuh bumi. Oleh karena itu, baik garis lintang maupun garis bujur suatu tempat di permukaan bumi tidak berubah akibat presesi dan nutasi dan fenomena ini tidak mempengaruhi iklim.

§5. Penyimpangan cahaya

Penyimpangan cahaya adalah penyimpangan nyata benda langit dari posisi sebenarnya di cakrawala, yang disebabkan oleh pergerakan relatif benda langit dan pengamat.

Fenomena penyimpangan dapat diibaratkan seperti apa yang dialami seseorang di tengah hujan lebat. Seorang pria berdiri di tengah hujan memegang payungnya di atas kepalanya. Namun ketika berjalan, ia terpaksa, jika ingin tetap kering, harus memiringkan payungnya ke depan, dan semakin cepat ia berjalan, ia harus semakin memiringkan payungnya. Dan meskipun tetesan air hujan masih jatuh lurus ke bawah, tampaknya bagi orang tersebut datangnya dari titik di mana ia memiringkan payungnya.

Demikian pula bagi pengamat yang bergerak, cahaya suatu benda langit seolah-olah datang bukan dari titik di mana benda itu berada, melainkan dari titik lain, yang bergeser relatif terhadap titik pertama searah gerak pengamat. Biarkan beberapa bintang berada di kutub ekliptika. Cahayanya jatuh ke bumi tegak lurus dengan arah kecepatan bumi dalam orbitnya. Namun, seorang astronom yang mengarahkan teleskopnya ke kutub ekliptika tidak akan melihat bintang di tengah bidang pandang: seberkas cahaya yang masuk ke lensa teleskop semacam itu memerlukan waktu untuk melewati seluruh tabungnya, dan selama ini kali tabung akan bergerak mengikuti bumi dan bayangan bintang tidak akan jatuh ke tengah bidang pandang.

Oleh karena itu, untuk mengamati benda langit di tengah bidang pandang, teleskop harus dimiringkan ke depan dengan sudut tertentu sesuai dengan pergerakan pengamat.

§5. Paralaks

Saat naik kereta, pilar-pilar yang berdiri di sepanjang rel berkedip-kedip di luar jendela. Bangunan yang terletak beberapa puluh meter jauhnya berjalan mundur lebih lambat. kereta api. Dan dengan sangat lambat, dengan enggan, rumah-rumah dan hutan, yang terletak di suatu tempat dekat cakrawala, tertinggal di belakang kereta. Kecepatan perubahan arah suatu benda ketika pengamat bergerak semakin kecil, semakin jauh jarak benda dari pengamat. Maka dari itu besarnya perpindahan sudut benda disebut perpindahan paralaktik atau sederhananya paralaks , Anda dapat mengkarakterisasi jarak ke suatu objek.

Tidak mungkin mendeteksi perpindahan paralaktik sebuah bintang dengan bergerak di sepanjang permukaan bumi: jarak bintang-bintang terlalu jauh, dan paralaks selama pergerakan tersebut jauh di luar kemungkinan pengukurannya.

https://pandia.ru/text/78/111/images/image015_43.gif" align="left" width="240" height="192">

Dalam hal ini, paralaks dihitung untuk pengamat imajiner yang bergerak dari pusat bumi ke titik ekuator di mana bintang berada di cakrawala.

Pergerakan harian Matahari (serta benda-benda langit lainnya) melintasi langit merupakan akibat dari perputaran Bumi pada porosnya yang berarah dari barat ke timur, sehingga pergerakan semu Matahari terjadi dari Timur ke barat. Namun karena adanya kemiringan poros bumi terhadap bidang orbit mengelilingi Matahari, titik-titik matahari terbit/terbenam pada saat Bumi berputar mengelilingi Matahari terus-menerus bergeser, dan akibatnya, matahari terbit/terbenam di timur/barat hanya terjadi di dekat ekuinoks, yang jatuh pada permulaan ekuinoks. 20 Maret dan September. Pada musim panas, belahan bumi utara masing-masing menghadap Matahari, pada garis lintang tengah titik matahari terbit bergeser ke timur laut, dan matahari terbenam mengarah ke barat laut, dan pada musim dingin, bumi memaparkan belahan bumi selatan ke matahari dan matahari. matahari terbit terjadi di tenggara, dan matahari terbenam di barat daya.

Jalur tahunan Matahari relatif terhadap bintang dikaitkan dengan revolusi Bumi mengelilingi Matahari. Tentu saja, karena bintang-bintang tidak terlihat pada siang hari, sulit untuk melacak pergerakan Matahari ini, meskipun pada siang hari, karena pergerakan ini, Matahari bergerak dengan latar belakang bintang-bintang secara keseluruhan. (yaitu, dengan dua ukuran yang terlihat). Namun kehadiran pergerakan ini ditunjukkan dengan munculnya langit berbintang yang berubah seiring musim, khususnya dengan konstelasi yang diamati. Misalnya, konstelasi Orion dapat diamati di langit yang gelap dari musim gugur hingga pertengahan musim semi, tetapi selama sisa tahun tersebut Matahari terlalu dekat dengan konstelasi ini (walaupun tidak langsung melewatinya), dan pada siang hari. langit bintang-bintang yang menyusun konstelasi ini untuk dilihat dengan mata telanjang sepertinya tidak mungkin. Matahari, jika diamati dari Bumi sepanjang tahun, bergerak melintasi langit sepanjang garis yang disebut ekliptika, yang menunjukkan bidang orbit Bumi (selengkapnya definisi yang tepat− bidang orbit pusat massa sistem Bumi-Bulan) dan melewati 13 rasi bintang (Aries, Taurus, Gemini, Cancer, Leo, Virgo, Libra, Scorpio, Ophiuchus, Sagitarius, Capricorn, Aquarius dan Pisces). Karena Bumi berputar mengelilingi Matahari dalam orbit elips, kecepatan orbit merupakan nilai variabel, yang secara alami mempengaruhi pergerakan nyata Matahari sepanjang ekliptika. Pergerakan nyata juga tidak merata - Matahari melewati separuh ekliptika lebih lambat (ketika Bumi lebih jauh dari termasyhur), dan separuh lainnya lebih cepat, oleh karena itu, di belahan bumi utara, musim semi dan musim panas agak lebih lama. daripada musim gugur dan musim dingin. Saat musim panas di belahan bumi utara, Bumi berada paling jauh dari Matahari dan bergerak paling lambat pada orbitnya, dan saat musim dingin, bumi berada paling dekat dan bergerak lebih cepat (di belahan bumi selatan masih sebaliknya).

Gerak nyata Bulan

Bidang orbit bulan mempunyai kemiringan 5 derajat terhadap bidang orbit bumi mengelilingi Matahari, sehingga pergerakan semu Bulan relatif terhadap bintang-bintang mendekati garis ekliptika. Namun kecepatan pergerakan ini jauh lebih besar dibandingkan kecepatan Matahari. Jika Matahari bergerak relatif terhadap bintang-bintang melintasi langit dengan jumlah yang sama dengan diameter tampak dalam setengah hari Bumi, maka Bulan menempuh jarak yang sama dalam waktu sekitar 1 jam, dan karena Bulan dapat diamati di langit yang gelap, maka Bulan tidak sulit untuk melacak perpindahan ini dengan latar belakang bintang-bintang. Bulan bergerak pada orbitnya searah dengan putaran Bumi pada porosnya (berlawanan arah jarum jam jika dilihat dari kutub utara), sehingga pergerakan semu Bulan dengan latar belakang bintang akan terjadi dari barat ke timur. Karena orbit bulan lebih elips dibandingkan bumi, gerak nyata Bulan akan lebih tidak merata. Bulan melakukan perjalanan relatif terhadap bintang-bintang (dan mengelilingi Bumi) dalam 27 hari, 7 jam, 43 menit, 11,5 detik. Selama bulan baru, Bulan berada pada arah yang sama di langit dengan Matahari (yaitu antara Bumi dan Matahari) dan oleh karena itu menghadap ke sisi yang tidak diterangi. Namun, secara bertahap bergerak semakin jauh dari bintang ke timur, tepi piringan bulan yang disinari Matahari mulai membesar, begitu seterusnya hingga bulan purnama. Bulan purnama terbit di langit timur dan kira-kira mengikuti jalur harian Matahari enam bulan lalu. Jadi, di belahan bumi utara pada bulan-bulan musim panas, ketika Matahari terbit di timur laut, terbit tinggi dan terbenam di barat laut - Bulan, pada gilirannya, terbit di tenggara, tidak terbit tinggi di atas cakrawala, dan terbenam di cakrawala. selatan di pagi hari. barat (seperti Matahari di siang hari di belahan bumi utara di musim dingin). Adanya perpotongan bidang orbit bulan dan bumi memberi kita kesempatan untuk mengamati fenomena seperti gerhana matahari dan bulan. Namun, hal tersebut terjadi hanya jika kondisi berikut, yang tidak bergantung satu sama lain, terpenuhi secara bersamaan - Bulan dalam jalurnya relatif terhadap bintang harus dekat dengan titik perpotongan jalur ini dengan ekliptika, dan juga harus ada yang baru. bulan (untuk gerhana matahari) atau bulan purnama (untuk gerhana bulan).

Gerakan nyata planet-planet

Bidang orbit planet-planet mempunyai kemiringan tidak lebih dari beberapa derajat terhadap bidang orbit bumi, oleh karena itu, jalur nyata mereka relatif terhadap bintang-bintang melewati dekat ekliptika, tetapi lintasan pergerakan ini jauh lebih kompleks daripada yaitu Matahari dan Bulan. Awalnya bergerak searah dengan Bulan dan Matahari (dari barat ke timur (gerakan maju)), planet-planet pada suatu saat mulai melambat, berhenti, kemudian bergerak beberapa saat dari timur ke barat (gerakan mundur), setelah itu mereka melambat lagi dan lagi beralih ke gerakan langsung. Lintasan pergerakan ketika berpindah arah berbentuk lingkaran.

Gerak planet yang lebih dekat ke Matahari dibandingkan Bumi (planet inferior) agak berbeda dengan gerak planet yang lebih jauh dari Bumi (planet atas). Venus bergerak melintasi langit lebih cepat dari Matahari ke arah depan, menyusulnya, lalu berhenti tidak lebih dari 47 derajat dari Matahari (ini adalah titik jarak sudut maksimum dari termasyhur (perpanjangan timur)), setelah itu beralih ke gerakan mundur dan melewati Matahari lagi dan lagi berhenti tidak lebih dari 47 derajat dari termasyhur (perpanjangan barat) kemudian beralih lagi ke gerakan langsung. Merkurius juga bergerak, hanya saja ukuran lingkarannya akan lebih kecil, karena Merkurius lebih dekat ke Matahari dan jarak sudutnya ke Matahari sangat kecil, maksimal 28 derajat. Dalam kasus Mars dan planet-planet atas lainnya, pergerakan ke arah depan akan lebih lambat dibandingkan dengan Matahari, oleh karena itu, planet-planet secara bertahap akan tertinggal di belakangnya, dan semakin berada di sebelah barat Matahari. Ketika planet berada dalam arah yang berlawanan dari Matahari, pergerakannya dengan latar belakang bintang-bintang akan melambat, dan ia akan beralih ke gerakan mundur, yang akan segera melambat dan kembali bergerak ke depan, setelah itu planet tersebut akan bergerak. akan mulai mendekati Matahari di langit. Semakin jauh planet bagian atas, semakin kecil ukuran lingkarannya ketika mengubah arah pergerakan.

Perubahan arah gerak disebabkan oleh kecepatan orbit planet-planet yang tidak seimbang. Gerak mundur Venus dan Merkurius terjadi ketika mereka menyalip Bumi, bergerak pada orbitnya dan sekaligus berada pada sisi Matahari yang sama dengan Bumi. Dan dalam kasus planet-planet atas, sebaliknya, Bumi menyusul mereka dan karena itu mereka menerima gerakan mundur. Loop diperoleh karena orbit planet-planet tidak terletak pada bidang yang sama, tetapi memiliki kemiringan, meskipun kecil, relatif terhadap bidang orbit bumi.

Gerak semu bintang

Ketika mempertimbangkan gerak semu benda-benda Tata Surya, ungkapan “gerakan relatif terhadap bintang-bintang” sangat sering disebutkan, yang dapat memberikan kesan bahwa bintang-bintang sama sekali tidak bergerak. Kenyataannya, hal ini tidak terjadi, hanya saja kecepatan bintang sangat kecil dibandingkan jaraknya sehingga hampir mustahil untuk melihat pergerakannya dengan mata telanjang, bahkan selama beberapa dekade. Pergerakan ini paling baik terlihat pada bintang-bintang yang memiliki ketinggian kecepatan nyata melintasi garis pandang pengamat dan pada saat yang sama masih berada dalam jarak relatif dekat dengan Matahari, sehingga kecepatan ini setidaknya dapat terlihat, karena ketika berjarak ratusan tahun cahaya, bahkan pada kecepatan transversal ratusan km/s, posisi bintang akan berubah sangat lambat. Di antara bintang-bintang (kecuali Matahari), Bintang Barnard memiliki gerak diri tertinggi di langit - katai merah yang sangat redup, yang meskipun jaraknya 6 tahun cahaya dari Matahari, tidak terlihat dengan mata telanjang. Namun, bagaimanapun, bintang ini bergerak melintasi langit sebesar 10 detik busur per tahun, yang berarti 180 kali lebih kecil dari diameter tampak. bulan purnama. Tidak sulit untuk menebak bahwa dibutuhkan waktu yang kira-kira sama dalam beberapa tahun bagi sebuah bintang untuk bergerak dengan latar belakang bintang yang lebih jauh di langit hingga jarak yang sama dengan ukuran Bulan. Namun bintang ini hanya memiliki gerak diri yang begitu besar; bagi bintang lain, geraknya jauh lebih lambat.

Eksplorasi luar angkasa telah lama melampaui imajinasi:

– setiap tahun astronot melakukan perjalanan ke luar Bumi;

– manusia meluncurkan satelit, beberapa di antaranya telah melintasi tata surya;

– teleskop besar mengamati bintang-bintang dari orbit planet kita.

Siapa pionir pertama di angkasa? Teori luar biasa apa yang ada di balik pencapaian luar angkasa kita? Bagaimana masa depan kita? Buku ini akan memberi tahu Anda secara singkat dan jelas tentang hal-hal yang paling banyak penemuan penting di bidang astronomi, tentang orang-orang yang membuatnya.

Ikuti perkembangan penemuan ilmiah - hanya dalam satu jam!

Buku:

<<< Назад

Maju >>>

Pengamatan dan pengukuran Tycho Brahe memungkinkan muridnya, ilmuwan Jerman Johannes Kepler, untuk melakukannya langkah berikutnya dalam perkembangan astronomi.

Geosentris Sistem dunia Ptolemeus dan sistem heliosentris Copernicus

Menghitung orbit Mars, Kepler menemukan bahwa itu bukanlah lingkaran, seperti yang diyakini Copernicus dan ilmuwan lain, melainkan elips. Pada awalnya, dia tidak memperluas kesimpulan ini ke planet lain, tetapi kemudian dia menyadari bahwa tidak hanya Mars, tetapi semua planet memiliki orbit ellipsoidal. Dengan demikian, hukum gerak planet pertama Kepler ditemukan. DI DALAM formulasi modern bunyinya seperti ini: setiap planet di tata surya berputar dalam bentuk elips, di salah satu fokusnya terdapat Matahari.

Hukum kedua tentang gerak planet merupakan konsekuensi logis dari hukum pertama. Bahkan sebelum hukum pertama dirumuskan, saat mengamati pergerakan Mars, Kepler memperhatikan bahwa planet bergerak semakin lambat jika semakin jauh jaraknya dari Matahari. Bentuk orbitnya yang elips sepenuhnya menjelaskan ciri gerak ini. Selama periode waktu yang sama, garis lurus yang menghubungkan planet ke Matahari menggambarkan luas yang sama - ini adalah hukum kedua Kepler.

Hukum kedua menjelaskan perubahan kecepatan planet, tetapi tidak memberikan perhitungan apapun. Rumus untuk menghitung seberapa cepat planet berputar dan berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mengelilingi Matahari adalah hukum ketiga Kepler.

Penelitian Kepler mengakhiri perselisihan antara sistem dunia Ptolemy dan Copernicus. Dia dengan meyakinkan membuktikan bahwa Matahari, bukan Bumi, yang menjadi pusat sistem kita. Setelah Kepler, tidak ada upaya lebih lanjut yang dilakukan di dunia ilmiah untuk menghidupkan kembali sistem geosentris.

Keakuratan ketiga hukum gerak planet yang ditemukan Kepler telah dikonfirmasi oleh banyak orang pengamatan astronomi. Namun demikian, dasar dan alasan undang-undang ini masih belum jelas hingga akhir abad ke-17. Kejeniusan Newton tidak terwujud.

Semua orang tahu kisah bagaimana Newton menemukan hukum gravitasi universal: sebuah apel jatuh menimpa kepalanya, dan Newton menyadari bahwa apel itu tertarik ke Bumi. Dalam versi panjang legenda ini, ada juga Bulan yang dilihat ilmuwan sambil duduk di bawah pohon apel.

Setelah apel jatuh, Newton menyadari bahwa gaya yang menyebabkan apel jatuh dan gaya yang menahan Bulan tetap pada orbit Bumi mempunyai sifat yang sama.

Pada kenyataannya, tentu saja, segala sesuatunya tidak sesederhana itu. Sebelum penemuan hukum terkenal itu, Newton mengabdikan bertahun-tahun untuk mempelajari mekanika, hukum gerak, dan interaksi antar benda. Dia bukanlah orang pertama yang menyatakan adanya gaya gravitasi. Galileo Galilei membicarakan hal ini, tetapi dia percaya bahwa ketertarikan terhadap Bumi hanya berlaku di planet kita dan hanya berlaku di Bulan. Kepler, yang menemukan hukum gerak planet, yakin bahwa hukum tersebut hanya bekerja di luar angkasa dan tidak ada hubungannya dengan fisika terestrial. Newton mampu menggabungkan kedua pendekatan ini - dialah orang pertama yang menyadarinya hukum fisika, terutama hukum gravitasi universal, bersifat universal dan berlaku untuk semua benda material.

Inti dari hukum gravitasi universal bermuara pada fakta bahwa terdapat gaya tarik menarik antara semua benda di Alam Semesta. Gaya tarik menarik bergantung pada dua besaran utama - massa benda dan jarak antara keduanya. Semakin berat suatu benda, semakin kuat ia menarik benda yang lebih ringan. Bumi menarik Bulan dan menahannya pada orbitnya. Bulan juga mempunyai pengaruh tertentu terhadap planet kita (menyebabkan pasang surut), namun gaya gravitasi bumi, karena massanya yang lebih besar, lebih besar.

Selain hukum gravitasi universal, Newton merumuskan tiga hukum gerak. Yang pertama disebut hukum inersia. Dinyatakan: jika tidak ada gaya yang diterapkan pada suatu benda, maka benda itu akan tetap dalam keadaan diam atau seragam gerakan bujursangkar. Hukum kedua memperkenalkan konsep gaya dan percepatan, dan kedua besaran ini, seperti dibuktikan Newton, bergantung pada massa benda. Semakin besar massanya, semakin kecil percepatan yang ditimbulkan oleh gaya tertentu. Hukum ketiga Newton menjelaskan interaksi dua benda material. Rumusannya yang paling sederhana berbunyi: aksi sama dengan reaksi.

Penemuan-penemuan yang dilakukan oleh Isaac Newton dan rumus-rumus yang diperolehnya memberi astronomi alat yang ampuh yang memungkinkan kemajuan ilmu pengetahuan ini lebih jauh lagi. Banyak fenomena yang sebelumnya tidak ada penjelasannya telah terungkap sifatnya. Menjadi jelas mengapa planet-planet berputar mengelilingi Matahari, dan satelit-satelit berputar mengelilingi planet-planet tanpa terbang ke luar angkasa: mereka ditahan oleh gaya gravitasi. Kecepatan planet-planet tetap seragam karena hukum inersia. Bentuk benda langit yang bulat juga mendapat penjelasannya: ia diperoleh karena gravitasi, tarikan ke pusat yang lebih masif.

<<< Назад

Maju >>>