Гелиоцентрическая орбита


движение внутри нее. Эта скорость представляет собой начальную скорость последующего движения относительно Солнца (гелиоцентрическую скорость). Геоцентрическую скорость выхода Гелиоцентрическая орбита часто называют добавочной скоростью, так как «векторное» добавление ее к скорости Земли Гелиоцентрическая орбита и дает гелиоцентрическую скорость Гелиоцентрическая орбита Характер задачи заставляет, как правило, поступать наоборот: по уже известной гелиоцентрической скорости методом векторного вычитания определяют добавочную скорость, а по ней — начальную скорость старта с помощью приближенной формулы (2).

В зависимости от величины гелиоцентрической скорости Увых выхода из сферы действия Земли гелиоцентрические орбиты могут быть эллиптическими, параболическими, гиперболическими и, в принципе, прямолинейными. В первом случае космический аппарат, покинув сферу действия Земли, превращается в искусственную планету или, что то же, искусственный спутник Солнца, во втором и третьем он навсегда покидает Солнечную систему.

На среднем расстоянии Земли от Солнца параболическая скорость
Гелиоцентрическая орбита Энергетически легче всего получить такую скорость, если геоцентрическая скорость выхода из сферы действия Земли увых будет параллельна скорости Земли Гелиоцентрическая орбита и направлена в ту же сторону. Тогда откуда Так как высота отсечки двигателя в разных случаях бывает различной, то условимся считать ее во всех примерах равной нулю, т. е. будем приводить все начальные скорости к поверхности Земли. Тогда по формуле (2)

Гелиоцентрическая орбита

Мы получили величину так называемой третьей космической скорости, обеспечивающей уход из Солнечной системы по параболе, касательной к орбите Земли. На высоте третья космическая скорость равна

Чтобы выяснить основные закономерности межпланетных траекторий, мы рассмотрим для простоты семейство гелиоцентрических орбит, касательных к орбите Земли. Эти орбиты получаются в том случае, когда геоцентрическая скорость выхода из сферы действия Земли совпадает по направлению со скоростью Земли или прямо противоположна ей. Мы уже рассмотрели один подобный случай — уход по параболе из Солнечной системы, когда

При значениях же , меньших мы получаем орбиты искусственных планет. При этом возможны следующие случаи:

1) совпадает по направлению со скоростью Земли тогда больше и орбита искусственной планеты расположена вне орбиты Земли (рис. 120, а); ее перигелий находится на орбите Земли;

2) ; тогда и о бита искусственной планету Совпадает с орбитой Земли (рис. 120, б);

Источник: scask.ru

Научная революция Николая Коперника


Окончательно гелиоцентрическая система мира возродилась только в XVI веке, когда польский астроном Николай Коперник разработал теорию движения планет вокруг Солнца на основании принципа Пифагора о равномерных круговых движениях. Результаты своих трудов он обнародовал в книге «О вращениях небесных сфер», изданной в 1543 году.

Согласно его концепции смена дня и ночи, а также движение Солнца по небу объясняются  вращением Земли вокруг своей оси. Точно также, при помощи движения Земли вокруг Солнца, объясняется движение нашего светила по небосводу в течение всего года.

Коперник объяснил следующие феномены:

  • В результате перемещения Земли, которая поочередно, то приближается, то отдаляется от любой из планет нашей системы, эти планеты совершают т.н. попятное движение. То есть спустя какой-то отрезок времени они начинают перемещаться в обратную сторону от направления движения Солнца.
  • Предварение равноденствий. На протяжении 18-ти веков ученые искали причины такого эффекта как предварение равноденствий, согласно которому с каждым годом весеннее равноденствие наступает несколько раньше. В своих трудах Николай Коперник смог описать данный эффект как следствие периодического смещения земной оси.
  • Гелиоцентрическая система могла объяснить изменение блеска и размеров планет Солнечной системы, а также дать более точную оценку размеров планет и расстояний до них.

Гелиоцентрическая система Коперника может быть сформулирована в следующих утверждениях:

  • орбиты и небесные сферы не имеют общего центра;
  • центр Земли — не центр Вселенной, но только центр масс и орбиты Луны;
  • все планеты движутся по орбитам, центром которых является Солнце, и поэтому Солнце является центром мира;
  • расстояние между Землёй и Солнцем очень мало по сравнению с расстоянием между Землёй и неподвижными звёздами;
  • суточное движение Солнца — воображаемо, и вызвано эффектом вращения Земли, которая поворачивается один раз за 24 часа вокруг своей оси, которая всегда остаётся параллельной самой себе;
  • Земля (вместе с Луной, как и другие планеты), обращается вокруг Солнца, и поэтому те перемещения, которые, как кажется, делает Солнце (суточное движение, а также годичное движение, когда Солнце перемещается по Зодиаку) — не более чем эффект движения Земли;
  • это движение Земли и других планет объясняет их расположение и конкретные характеристики движения планет.

Эти утверждения полностью противоречили господствовавшей на тот момент геоцентрической системе.

Гелиоцентрическая орбита

Тем не менее, теория Коперника не может быть названа гелиоцентрической в полной мере, поскольку Земля в ней отчасти сохраняла особый статус:

  • центром планетной системы было не Солнце, а центр земной орбиты;
  • из всех планет Земля единственная двигалась по своей орбите равномерно, в то время как у остальных планет орбитальная скорость менялась.

По всей видимости, у Коперника сохранялась вера в существование небесных сфер, несущих на себе планеты. Таким образом, движение планет вокруг Солнца объяснялось вращением этих сфер вокруг своих осей.

Точность и простота новой системы

Система, предложенная Николаем Коперником, была точнее и проще системы Птолемея. Она сразу же получила широкое практическое применение. На основе данной системы были составлены «Прусские таблицы«, длина тропического года была рассчитана более точно.

В 1582 году была проведена долгожданная реформа календаря – появился новый стиль, григорианский.

Гелиоцентрическая орбита

Меньшая сложность новой теории, а также получавшаяся в первое время большая точность расчета положений планет на основе гелиоцентрических таблиц отнюдь не являются основными достоинствами системы Коперника.


Более того, при расчетах его теория оказалась лишь незначительно проще птолемеевской. Что касается точности вычислений положений планет, она практически от нее не отличалась, если необходимо было рассчитать изменения, наблюдаемые в длительном промежутке времени. В первое время «Прусские таблицы» давали несколько большую точность.

Это объяснялось, однако, не просто введением гелиоцентрического принципа. Дело в том, что Коперник пользовался более совершенным математическим аппаратом для своих вычислений.

Однако и «Прусские таблицы» в скором времени также разошлись с данными, полученными в ходе наблюдений.

Восторженное отношение к предложенной Коперником теории постепенно сменилось разочарованием в ней у тех, кто ожидал получить немедленный практический эффект. Более полувека, с момента возникновения системы Коперника и до открытия Галилеем фаз Венеры в 1616 году, не было прямых подтверждений того, что планеты движутся вокруг Солнца. Таким образом, истинность новой системы не была подтверждена наблюдениями.

Оценка теории Коперника современниками

Его ближайшими сторонниками первых трёх десятилетий после опубликования книги «О вращениях небесных сфер» был немецкий астроном Георг Иоахим Ретик, одно время сотрудничавший с Коперником, считавший себя его учеником, а также астроном и геодезист Гемма Фризий. Сторонником Коперника был и его друг, епископ Тидеман Гизе.


Но большинство современников из теории Коперника «вырвали» только математический аппарат для астрономических вычислений и практически полное игнорирование его новой, гелиоцентрической космологии. Это произошло, возможно, потому, что предисловие для его книги писал лютеранский богослов, и в предисловии было сказано, что движение Земли является остроумным вычислительным приёмом, но понимать Коперника буквально не следует.

Многие в XVI веке так и считали, что это мнение самого Коперника. И только в 70-е — 90-е годы XVI в. астрономы стали проявлять интерес к новой системе мира. У Коперника появились как сторонники (в том числе философ Джордано Бруно; богослов Диего де Цунига, который использует представление о движении Земли для интерпретации некоторых слов Библии), так и оппоненты (астрономы Тихо Браге и Христофор Клавий, философ Фрэнсис Бэкон).

Противники системы Коперника утверждали, что если бы Земля вращалась вокруг своей оси, то:

  1. Земля испытывала бы колоссальные центробежные силы, которые неминуемо разорвали бы её на части.
  2. Все находящиеся на её поверхности лёгкие предметы разлетелись бы во все стороны Космоса.
  3. Любой брошенный предмет отклонялся бы в сторону запада, а облака плыли бы, вместе с Солнцем, с востока на запад.
  4. Небесные тела движутся, потому что они состоят из невесомой тонкой материи, но какая сила может заставить двигаться огромную тяжёлую Землю?

Отношение церкви

Католическая церковь вначале не придала большого значения учению, предложенному Коперником. Но, когда выяснилось, что оно подрывает основы религии, его сторонники начали подвергаться преследованию.

За распространение учения Коперника в 1600 году был сожжен на костре Джордано Бруно, итальянский мыслитель.

Научный спор между сторонниками Птолемея и Коперника превратился в борьбу между реакционными и прогрессивными силами. В конце концов победили последние.

Значение

В глобальном смысле теория Коперника определила появление новой методики познания природы, основанной на научном подходе.

Согласно схоластической традиции, которой придерживались его предшественники, для того чтобы познать сущность того или иного объекта, не нужно детально изучать его внешнюю сторону, а можно постичь его непосредственно разумом.

В отличие от них, Коперник показал, что ее можно понять лишь после тщательного изучения рассматриваемого явления, его противоречий и закономерностей. Гелиоцентрическая система мира Н. Коперника стала мощным толчком в развитии науки.

С научной точки зрения, гелиоцентрическая система мира, выдвинутая в III веке до н. э. Аристархом и возрождённая в XVI веке Коперником, позволила установить параметры планетной системы и открыть законы планетных движений. Обоснование гелиоцентризма потребовало создания классической механики и привело к открытию закона всемирного тяготения.


Эта теория открыла дорогу звёздной астрономии, когда было доказано, что звёзды — это далёкие солнца) и космологии бесконечной Вселенной. Далее гелиоцентрическая система мира все более утверждалась — основное содержание научной революции XVII века состояло в утверждении гелиоцентризма.

Видео


Источник: asteropa.ru

Околоземные орбиты, на которые запускаются космические аппараты, принято делить на следующие категории.

Низкие околоземные орбиты (НОО) располагаются на высоте от 160 до 2000 км над поверхностью нашей планеты (в первом случае период обращения равен примерно 88 минут, во втором — 127 минут). Объекты, движущиеся на высотах менее 200 км, испытывают заметное торможение в самых высоких слоях атмосферы и достаточно быстро падают на Землю. Поэтому высоты менее 300 км для спутников обычно не применяются — время существования на столь низких орбитах сравнительно невелико. Верхнее значение определяется внутренней границей радиационных поясов с повышенной концентрацией заряженных частиц, способных повредить электронное оборудование и нанести серьезный ущерб здоровью космонавтов.


Все пилотируемые космические полеты — за исключением девяти экспедиций к Луне в рамках американской программы Apollo — проходили в области НОО либо были суборбитальными. Наибольшей высоты (опять же, не считая лунных миссий) достиг в сентябре 1966 г. экипаж корабля Gemini 11, имевшего апогей 1374 км. В данный момент все обитаемые орбитальные станции и подавляющее большинство прочих искусственных спутников Земли находятся на низких орбитах. Также на них сосредоточена большая часть космического мусора.


Тангенциальная скорость объекта (перпендикулярная к направлению на центр Земли), необходимая для нахождения на стабильной НОО, составляет примерно 7,8 км/с, уменьшаясь с ростом высоты. Для достижения таких орбит при старте с земной поверхности требуется ракета-носитель с характеристической скоростью от 9,4 км/с — дополнительные 1,5-1,6 км/с «расходуются» на аэродинамические и гравитационные потери.

Многие спутники дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и аппараты военной разведки выводят на НОО, чтобы вести съемку наземных объектов с как можно более близкого расстояния и достичь максимально возможного разрешения. Эти же орбиты занимают некоторые телекоммуникационные спутники, так как на такой высоте им требуются менее мощные усилители сигнала. Однако каждый подобный аппарат движется достаточно быстро и охватывает ограниченный участок земной поверхности, поэтому в таком случае создаются целые сети («созвездия») из множества спутников — например, в спутниковой телефонной системе Iridium их более 70.

Часто используемая разновидность ННО — солнечно-синхронная орбита (ССО), иногда именуемая гелиосинхронной — рассчитывается таким образом, чтобы объект, находящийся на ней, проходил над любой точкой земной поверхности приблизительно в одно и то же местное солнечное время. Обычно такие орбиты имеют высоту порядка 800 км и наклонение около 90° (их плоскости почти перпендикулярны к плоскости земного экватора). Если спутник на ССО ведет съемку поверхности, на всех его проходах угол падения солнечных лучей окажется примерно одинаковым. Например, спутник LandSat-7 может пересекать экватор 15 раз в сутки, каждый раз в 10:00 местного времени. Для аппаратов, ведущих наблюдения за Солнцем или требующих стабильного электроснабжения за счет использования фотогальванических панелей, можно подобрать орбитальные параметры, при которых они практически не будут попадать в тень Земли. Орбиты выбираются таким образом, чтобы солнечная и лунная гравитация вызывала их прецессию в восточном направлении на 360° в год (чуть меньше чем на 1° в сутки), компенсируя вращение нашей планеты вокруг Солнца.

После окончания функционирования искусственных космических объектов осуществляется их увод на орбиту захоронения, как правило, лежащую выше их рабочей орбиты (чтобы дополнительно ослабить влияние атмосферы). В частности, низкоорбитальные разведывательные спутники с ядерной энергетической установкой — в т.ч. радиолокационные — отправляют на высоту порядка 650-1000 км, где расчетный срок их существования составляет порядка 2 тыс. лет. Часто туда отправляется не сам спутник, а только активная зона реактора. Считается, что за этот срок в ней распадутся самые вредные радиоактивные изотопы… либо же человечество додумается, как оптимальнее утилизировать опасную технику.

Выше 2000 км находится зона так называемых средних околоземных орбит. Их использует сравнительно малое количество космических аппаратов — в основном научно-исследовательских и навигационных (в частности, спутники системы GPS движутся по орбитам высотой 20 350 км с периодом обращения 12 часов). Главная сложность в этой области пространства связана с радиационными поясами и содержащимися в них высокоэнергетическими заряженными частицами.

Верхнюю границу «средней» зоны отмечают геосинхронные орбиты (ГСО) — они имеют радиус 42 164 км, что соответствует высоте над уровнем моря 35 786 км. Период обращения объектов на таких орбитах равен звездным суткам (23 часа 56 минут 4,1 секунды). Их частным случаем является геостационарная орбита — круговая и лежащая в плоскости земного экватора (0° широты). Объект, движущийся по ней, фактически оказывается «висящим» над одной и той же точкой Земли. Поэтому спутниковая антенна, однажды направленная на него, не будет требовать дальнейшего наведения. Очевидно, такие орбиты особенно удобны для телекоммуникационных спутников, а также специализированных метеорологических обсерваторий, ведущих мониторинг определенного региона.

Если орбита наклонена к экватору и имеет небольшой эксцентриситет, то при наблюдении с Земли спутник в течение суток будет описывать на небе «восьмерку». В некоторых случаях «восьмерка» может выродиться в эллипс (как у спутников серии Canyon), а при значительном эксцентриситете и нулевом наклонении — в отрезок прямой, лежащий в экваториальной плоскости.

Идеальная ГСО практически недостижима, так как аппараты на ней испытывают также притяжение со стороны Луны и Солнца, воздействие земного магнитного поля, солнечного ветра и другие посторонние возмущения, «сталкивающие» их с точки стояния. Поэтому на борту геостационарных спутников предусмотрена корректирующая двигательная установка с запасом топлива. Кроме того, такие спутники не видны из местностей в окрестностях полюсов, простирающихся приблизительно до 810 северной и южной широты.

Дважды в году (вблизи весеннего и осеннего равноденствий) возникают ситуации, когда телекоммуникационные аппараты на ГСО проецируются на солнечный диск. В это время связь через них затруднена, а иногда вообще невозможна.

Геостационарная орбита захоронения расположена примерно на 200 км выше «стандартной» ГСО. Туда отправляют спутники, выработавшие свой ресурс или исчерпавшие запасы горючего для бортовых двигателей. Далее до расстояния порядка 300 тыс. км (точнее, до точки Лагранжа L системы «Земля-Луна») находится область высоких околоземных орбит. Пока они используются довольно редко — в частности, в этой области пространства сейчас работает космический телескоп TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite).

Источник: Журнал — "Вселенная, пространство и время"

Присоединяйтесь к нам и узнавайте больше интересных фактов о нашем Космическом пространстве.

Источник: zen.yandex.ru

Ближайшие к Земле точки Лагранжа находятся примерно в 5 раз дальше, чем Луна. L1 находится между Солнцем и Землей и всегда обращена к дневной стороне Земли. L2 находится напротив солнца, всегда на ночной стороне. Credit: NASA/Robert Simmon.

Первая точка Лагранжа расположена между Землей и Солнцем, что позволяет спутникам в этой точке постоянного наблюдать за нашей звездой. Солнечная и гелиосферная обсерватория (SOHO), спутник НАСА и Европейского космического агентства, которому поручено контролировать Солнце, обращается вокруг первой точки Лагранжа примерно в 1,5 миллионах километров от Земли.

Вторая точка Лагранжа находится примерно на том же расстоянии от Земли, но расположена за Землей относительно Солнца — Земля всегда находится между второй точкой Лагранжа и звездой. Поскольку Солнце и Земля находятся на одной линии, спутники в этом месте нуждаются только в одном тепловом щите, который будет блокировать тепло и свет, исходящие от Солнца и Земли. Это хорошее место для космических телескопов, в том числе для будущего космического телескопа им. Джеймса Уэбба (запуск ожидается в 2021 году). В этой же точке, например, работал зонд WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), исследовавший реликтовое излучение Вселенной с 2001 по 2009 год — именно его наблюдения помогли значительно продвинуться в теории тёмной материи и тёмной энергии.

Третья точка Лагранжа находится по другую сторону Солнца от Земли, так что Солнце всегда находится между ней и Землей. Без специальных ретрансляторов спутник в таком положении не сможет общаться с Землей — Солнце заблокирует прямые сигналы.

Крайне стабильные четвертая и пятая точки Лагранжа находятся на орбите Земли вокруг Солнца, на 60 градусов впереди и позади нашей планеты. Двойная солнечная обсерватория (STEREO) на своём пути к противоположным сторонам Солнца проходили именно четвертую и пятую точки Лагранжа — это позволяет создавать стереоскопические изображения звезды.

Источник: pikabu.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.