Apsidal precesszió - Apsidal precession
A égi mechanika , apsidal precesszió (vagy apsidal előre ) van a precessziós (fokozatos forgás) összekötő egyenes apsides (vonal apsides) egy csillagászati test „s pályára . Az apszidok az elsődleges testétől legközelebb (periapsis) és legtávolabb (apoapsis) keringési pontok . A apsidal precesszió első idő szerinti deriváltja a érve periapsis , az egyik a hat fő pályaelemek egy pálya. A apsidális precesszió akkor tekinthető pozitívnak, ha a pálya tengelye a pálya mozgásával azonos irányba forog. Az apszidális periódus az az időintervallum, amely szükséges ahhoz, hogy a pálya 360 ° -ban előrehaladjon.
Történelem
Az ókori görög csillagász, Hipparchos megjegyezte a Hold pályájának apszidális precesszióját; korrigálják az Antikythera mechanizmusban (i. e. 80 körül) a nagyon pontos 8,88 év értékkel teljes ciklusonként, az aktuális mérések 0,34% -án belül. A szoláris apszidok precesszióját a 11. században fedezte fel al-Zarqālī . A Hold apsidal precesszió nem számolják Claudius Ptolemaiosz „s Almagest , és csoportként ezek precessions, az eredmény is számtalan jelenség maradt nehéz venni, amíg a 20. században, amikor az utolsó azonosítatlan része Merkúr precesszió volt pontosan kifejtette .
Számítás
Számos tényező vezethet periastron precesszióhoz, mint például az általános relativitáselmélet, a csillagok kvadrupólmomentumai , a csillag -bolygó kölcsönös árapály -deformációi és más bolygók zavarai .
- ω összes = ω általános relativitás + ω kvadrupol + ω dagály + ω zavarok
A Merkúr esetében a perihelion precessziós aránya az általános relativisztikus hatások miatt 43 hüvelyk ( ívmásodperc ) századonként. Összehasonlításképpen: a Naprendszer többi bolygója által okozott zavarok miatti precesszió évszázadonként 532 ″, míg a Nap elhajlása (kvadrupol pillanat) elhanyagolható, 0,025 ″ -os hozzájárulást jelent századonként.
A klasszikus mechanika szerint, ha a csillagokat és a bolygókat tisztán gömb alakú tömegeknek tekintik, akkor engedelmeskednek egy egyszerű 1/r 2 fordított négyzet törvény , amely az erőt a távolsághoz kapcsolja, és ezért zárt elliptikus pályákat hajt végre Bertrand tétele szerint . A nem gömb alakú tömeges hatásokat külső potenciál (ok) alkalmazása okozza: a centrifugális potenciál a forgó testekben, mint a pizzatészta fonása, lapulást okoz a pólusok között, és a közeli tömeg gravitációja dagályos dudorokat idéz elő. A forgó és a dagályos dudorok gravitációs négypólusú mezőket hoznak létre (1/r 3), amelyek orbitális precesszióhoz vezetnek.
Az elszigetelt, nagyon forró Jupiterek teljes apszidális precessziója csak a legalacsonyabb rendű hatásokat figyelembe véve, és nagyjából fontossági sorrendben
- ω teljes = ω dagályzavarok + ω általános relativitás + ω forgási zavarok + ω forgási * + ω árapály *
A bolygó dagályos domborulata az uralkodó kifejezés, amely több mint egy nagyságrenddel meghaladja az általános relativitáselmélet és a csillagos kvadrupol hatásait. Az árapály dudorának jó közelítése hasznos az ilyen bolygók belsejének megértéséhez. A legrövidebb periódusú bolygók esetében a bolygó belseje évente néhány fokos precessziót indukál. A WASP-12b esetében ez évente akár 19,9 ° .
Newton forgó pályák tétele
Newton egy korai tételt vezetett be, amely megpróbálta megmagyarázni az apszidális precessziót. Ez a tétel történelmileg figyelemre méltó, de soha nem használták széles körben, és olyan erőket javasolt, amelyekről kiderült, hogy nem léteznek, és érvénytelenné teszik a tételt. Ez a forgó pályák tétele nagyjából ismeretlen és fejletlen maradt több mint három évszázadon keresztül 1995 -ig. Newton azt javasolta, hogy a részecskék szögmozgásának változásait úgy lehessen figyelembe venni, hogy hozzáadunk egy olyan erőt, amely a távolság fordított kockájaként változik, anélkül, hogy befolyásolná a részecske sugárirányú mozgása. A Taylor -sorozat előfutára segítségével Newton általánosította tételét minden erőtörvényre, feltéve, hogy a körpályákról való eltérések kicsiek, ami a Naprendszer legtöbb bolygójára érvényes. Tétele azonban nem vette figyelembe a a Hold anélkül, hogy feladná Newton univerzális gravitációs törvényének fordított négyzet alakú törvényét . Ezenkívül az apszidális precesszió mértéke Newton forgó pályák tétele alapján kiszámítva nem olyan pontos, mint az újabb módszerek esetében, mint például a perturbációelmélet .
Általános relativitáselmélet
Urbain Le Verrier a Merkúr bolygó apszidális precesszióját észlelte a 19. század közepén, és Einstein általános relativitáselméletének köszönhető .
Einstein azt mutatta, hogy egy bolygó, a fő félig tengelye a pályája, hogy egy , az excentricitása a pályára e , és a keringési idejének T , akkor a apsidal precessziós miatt relativisztikus hatásokat, egy periódus alatt a forradalom radiánban , jelentése
ahol c a fény sebessége . A Merkúr esetében a nagyobb tengely fele kb5,79 × 10 10 m , pályájának excentricitása 0,206, a forradalmi időszak 87,97 nap ill.7,6 × 10 6 s . Ezekből és a fénysebességből (ami ~3 × 10 8 m/s ), akkor kiszámítható, hogy a forradalmi periódus alatt az apszidális precesszió ε = 5,028 × 10 -7 radián (2,88 × 10 -5 fok vagy 0,104 "). Száz év alatt a Merkúr körülbelül 415 fordulatot tesz a Nap körül, és ezalatt a relativisztikus hatások miatt az apszidális perihelion körülbelül 43 hüvelyk, ami szinte pontosan megfelel a mért érték korábban megmagyarázatlan részének.
Hosszú távú éghajlat
A Föld apszidális precessziója lassan növeli periapszis érvelését ; kb112 000 év, amíg az ellipszis egyszer megfordul a rögzített csillagokhoz képest. A Föld sarki tengelye, és ebből adódóan a napfordulók és napéjegyenlőségek kb26 000 év a rögzített csillagokhoz képest. A „precesszió” e két formája úgy kombinálódik, hogy a kettő között van20.800 és 29 000 év (és átlagosan23 000 év), hogy az ellipszis egyszer forogjon a tavaszi napéjegyenlőséghez képest, vagyis hogy a perihelion visszatérjen ugyanarra a dátumra (adott naptárat, amely tökéletesen követi az évszakokat).
Ez a kölcsönhatás az anomalista és a trópusi ciklus között fontos a Föld hosszú távú klímaváltozásában , amelyet Milankovitch-ciklusoknak neveznek . Ennek megfelelője a Marson is ismert .
A jobb oldali ábra szemlélteti a precesszió hatásait az északi féltekén, a perihelionhoz és az aphelionhoz képest. Vegye figyelembe, hogy az adott szezon során söpört területek változnak az idő múlásával. A keringési mechanika megköveteli, hogy az évszakok hossza arányos legyen a szezonális kvadránsok söpört területeivel, így amikor a pálya excentricitása szélsőséges, a pálya túlsó oldalán lévő évszakok lényegesen hosszabbak lehetnek.