Лунная орбита вокруг Солнца

Земля вращается вокруг Солнца, а Луна вращается вокруг Земли. Из любопытства я начал думать об орбите Луны вокруг Солнца и ожидал (предположил), что она будет выглядеть следующим образом:

Но в Википедии и на некоторых других сайтах я узнал, что орбита на самом деле такая:

У меня есть 3 вопроса:

1. В чем причина такой разницы между предполагаемым и фактическим изменением пути?
2. Этот путь был таким с момента образования Луны?
3. Находятся ли естественные спутники других планет на той же орбите вокруг Солнца?

После дальнейшего поиска я нашел лучшее и более простое объяснение относительно пути орбиты на YouTube для тех, кто заинтересован, обязательно ознакомьтесь с ним.

В чем причина такой разницы между предполагаемым и фактическим изменением пути?

Даже ваше второе изображение не правильно. Представьте, что вы увеличиваете небольшую часть орбиты Луны вокруг Солнца, например, от одной полной луны до другой, когда Солнце уменьшается от изображения. Теперь представьте, что рисует отрезок линии от одного внешнего острия (полная луна) к следующему. На обоих ваших изображениях этот отрезок пересекает кривую. Другими словами, обе ваши кривые вогнуты.

Сравните это с орбитой Луны относительно Солнца. Это выпуклая кривая. Если вы выберете любые две точки на этой кривой и проведете отрезок между ними, весь этот сегмент будет на или внутри кривой. Причина, по которой орбита Луны вокруг Солнца является выпуклой, заключается в том, что сила гравитации, оказываемая Солнцем на Луну, более чем в два раза больше, чем Земля на Луне. Орбита была бы вогнутой, если бы Луна была ближе к Земле, чем 259000 км (около 40,6 радиусов Земли). Поскольку Луна вращается около 385000 км (около 60,4 радиуса Земли), орбита Луны вокруг Солнца является выпуклой.

Независимо от того, является ли орбита луны относительно Солнца непростой (первое изображение в вопросе), простой / вогнутой (второе изображение в вопросе) или простой / выпуклой (орбита Луны вокруг Солнца), отклонения от эллипса крошечный. Что касается системы Земля-Луна, то отклонения настолько малы, что при указанном разрешении (288x288 пикселей) орбиты Земли, барицентра Земля-Луна и Луна вокруг Солнца будут прямо на вершине одного из них. еще один. Причина, по которой изменения настолько малы (менее одного пикселя при 288x288 пикселей), заключается в огромном соотношении размеров орбиты Земли / Луны относительно Солнца по сравнению с размером орбиты Луны вокруг Земли.

Эти обратные петли на вашем первом изображении не происходят ни для какого объекта, вращающегося вокруг Земли. Это потребовало бы орбитальной скорости вокруг Земли, превышающей орбитальную скорость Земли вокруг Солнца. Орбитальная скорость Земли вокруг Солнца составляет около 30 км / с, что значительно больше, чем орбитальная скорость объекта на низкой околоземной орбите около 7,8 км / с.

Этот путь был таким с момента образования Луны?

Нет. Луна сформировалась на расстоянии от четырех до шести радиусов Земли, намного меньше, чем цифра 40,6 радиусов Земли, приведенная выше. Первоначально орбита Луны выглядела как ваше второе изображение.

Естественные спутники других планет также движутся по той же орбите вокруг Солнца?

Массивные планеты намного дальше от Солнца, чем Земля, и намного массивнее Земли. Орбиты большинства спутников Юпитера вокруг Солнца скорее вогнутые, чем выпуклые. Только крайние спутники Юпитера имеют выпуклые орбиты вокруг Солнца. Несколько самых внутренних спутников Юпитера (Метис, Адрастея, Амальтея, Фива, Ио и Европа) демонстрируют ретроградное движение, изображенное на вашем первом изображении.

Что касается лун, орбиты которых вокруг Солнца выпуклые, расстояния, которые соответствуют значению 259000 км для Земли, составляют 129000 км для Марса, 24,1 миллиона километров для Юпитера, 24,2 миллиона километров для Сатурна, 19,0 миллиона километров для Урана и 32,3 миллион километров за Нептун. Обе спутники Марса находятся на близком расстоянии. Тем не менее, все четыре планеты-гиганты имеют спутники, орбита большой полуоси которых выходит за пределы соответствующего предела.

Не ответ, но я подумал, что это хороший фрагмент картины орбиты Луны вокруг Солнца.

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

Это очень старый вопрос, и на него уже есть отличные ответы, включая диаграмму, нарисованную в масштабе. Я просто хочу добавить очень простую аналогию, которая показывает, как обе картины в вопросе неверны (вторая меньше, чем первая, если мы допустим сомнительную степень неправильности ). Ниже я объяснил движение Луны и Солнца некоторым друзьям, и они сразу поняли его, поэтому я все еще надеюсь, что мое дополнение может быть полезным.

Подумайте об олимпийском спорте на коньках. Два спортсмена бегут близко друг к другу на большой скорости по почти концентрическим кругам (давайте сделаем эту трассу для простоты, а не овальной, как в реальном спорте). Поскольку один из фигуристов бежит по более длинной трассе, правила требуют, чтобы они переключали полосы на каждом круге, поэтому ни один из них не находится в невыгодном положении.

^{Изображение предоставлено: Википедия Файл: Jan_Smeekens_ (23-02-2008) .jpg}

Внезапно олимпийский комитет меняет правила. Теперь фигуристы должны пробежать не 400-метровую трассу, а колоссальную трассу длиной 10 км (круг диаметром около 3,2 км) и менять трассу не один раз за круг, а 13 раз. Стадион большой, и кривая трассы настолько мала, что внешний бегун во время смены все еще отслеживает выпуклую кривую при движении к внутренней дорожке со скоростью 0,2 м / с, сохраняя при этом скорость движения 15 м / с вдоль дорожки [ Примечание: эти две цифры, в отличие от других, несущественны для аналогии].

Теперь, скажем, один из парней не совсем последователен. Он немного ускоряется, затем немного замедляется, но все равно догоняет второе. На самом деле бывает так, что когда он выходит на улицу, он отстает от второго, но при движении к внутренней дорожке он впереди. Представьте, что вы увидите от камеры беспилотника, идущего сверху за бегунами. Ух, они вращаются вокруг друг друга ! И ни один из путей не является вогнутым, как на втором изображении, и нет никаких обратных петель, подобных этому на первом изображении. Они всегда идут вперед, чтобы принести домой эту медаль!

Числа выше являются приблизительными значениями орбит Земли и Луны. Земная орбита вокруг Солнца в ~ 400 раз больше, чем у Луны вокруг Земли, так как стандартная 2-полосная дорожка шириной 4 м составляет 1/400 радиуса нашего супертрака в 1,6 км. Луна совершает около 13 оборотов вокруг Земли за один земной год. Конечно, по лучшей аналогии Земля движется в середине пути, отклоняясь лишь незначительно, и Луна ритмично качается между самым внутренним и самым внешним краями. Также нет резких изменений полосы движения в заданных точках для Луны (и это сглаживает кривую еще дальше от вогнутости по сравнению с дорожками фигуристов). Но так как мы находимся в мысленном эксперименте, давайте представим, что у олимпийского комитета есть исключение для этой своеобразной пары.

В чем причина такой разницы между предполагаемым и фактическим изменением пути?

Орбита Луны вокруг Солнца зависит от времени на орбите планеты и времени планеты на Солнце.

В случае, когда луне требуется много времени для орбиты планеты (как Земля-Луна), орбита просто колеблется вдоль круга.

В случае, когда луна имеет короткий орбитальный период по сравнению с годом планет (например, Юпитер-Ио), путь такой же, как вы нарисовали на первой фигуре.

Этот путь был таким с момента образования Луны?

Для системы Земля-Луна ...
Да, так было всегда.

Естественные спутники других планет также движутся по той же орбите вокруг Солнца?

Нет.

[ПРИМЕЧАНИЕ. Анимированные GIF-файлы слишком велики для копирования в этом сообщении, но URL-адреса должны работать.]

РЕДАКТИРОВАТЬ: все 3 анимированных GIF теперь доступны на YouTube:

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

КОНЕЦ РЕДАКТИРОВАНИЯ

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

Изображение выше будет применяться, если:

• Земля и Луна имели круговые орбиты (приблизительно правда)

• звездный период Луны составлял ровно 1/12-й год (приблизительно верно)

• расстояние от Земли до Солнца составляло 150 (млн. км) (приблизительно верно)

• расстояние Луны от Земли было 30 (млн. км) (полностью неверно)

Здесь вы видите петлю-петлю-орбиту, которую вы изначально ожидали.

А что если мы уменьшим расстояние до 10 миллионов км (все еще очень большое):

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

Как вы можете видеть, петли-петли исчезли, хотя на орбите все еще есть некоторые «острые точки», которых мы не видим на реальной орбите Луны.

Если мы сократим расстояние до 3 миллионов км, мы получим что-то ближе к тому, что ожидаем:

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

Здесь у нас есть шаткий круг, ближе к тому, что на самом деле происходит.

Конечно, фактическое расстояние Луны от Земли составляет всего 0,35 млн. Км, поэтому фактические колебания намного меньше. Я попытался нарисовать их, но две орбиты оказались друг на друге.

Орбитальный путь Луны вокруг Солнца представляет собой месячный полукруг, называемый циклоидой в геометрическом выражении.

Нарисуйте круг, представляющий орбиту Луны. Это вращающийся круг (забудьте о земле). Прикосновение к этому кругу нарисует дугу, чтобы представить расширенную окружность солнца. Это будет базовый круг.

Там, где линия, проведенная между двумя центрами, пересекает круги, является начальной точкой циклоиды, называемой новолунием, которая является ближайшей точкой к Солнцу. Когда эта точка на вращающемся круге перемещается вокруг базового круга, она придет после одного оборота назад к базовой кривой. Трасса, пройденная по трассе, будет полукругом, а расстояние между двумя точками будет месяцем на базовой окружности.