الفلك

ما هي تأثيرات حركة الشمس على مقدمة الحضيض الشمسي؟

ما هي تأثيرات حركة الشمس على مقدمة الحضيض الشمسي؟

وفقًا لصفحة ويكيبيديا ، هناك تأثيرات متعددة تساهم في حركة الحضيض الشمسي لعطارد.

بالطبع ، وفقًا لهذا الارتباط وهذا الرابط ، نعلم أن الشمس نفسها تدور حول مركز barycenter الذي يعبر أحيانًا سطحه. هل هناك أي حسابات تخبرنا ما هي آثار ذلك على الحضيض الشمسي للزئبق؟

يحرر: أرى الآن أنه يمكنك إجراء حسابات في إطار مرجعي ثنائي المركز أو في إطار مرجعي مركزية الشمس. إذا اختار المرء استخدام إطار مركزية الشمس (وهو إطار متسارع) ، فسيتعين على المرء أن يأخذ في الاعتبار "تأثيرات الجسم الثالث" على عطارد.

ينزل سؤالي الآن إلى ما يلي: هل نعرف ما إذا كانت تأثيرات الجسم الثالث هذه قد أُخذت في الاعتبار عند حساب قيمة 532 قوسًا / قرن المدرجة في ارتباط الويكي؟


سبب حركة الشمس هو تأثيرات الجاذبية للكواكب الخارجية الضخمة. هذه أيضًا تزعج مدار عطارد. لذا فبدلاً من "الدوران حول مركز باري" قد تفكر في حركة عطارد والكواكب الداخلية الأخرى والشمس على أنها تتحرك في مجال جاذبية غير منتظم ومتغير باستمرار.

عندما يكون هناك جسمان فقط ، يمكن حساب الحركة في هذا المجال المتغير وهي حركة بيضاوية حول مركز باري. ولكن عندما يكون هناك ثلاثة أجسام أو أكثر ، تكون الحركة أكثر تعقيدًا.

لذا فإن تأثير اضطراب الجاذبية هو جعل المدار يتقدم بمقدار 532 ثانية قوسية من القرن (كما هو مذكور في رابط ويكيبيديا الخاص بك ، والذي يشير إلى مقال في المجلة الفلكية). يتضمن هذا جميع تأثيرات الجاذبية للكواكب الأخرى ، بما في ذلك حركة الشمس.


ما هي تأثيرات حركة الشمس على مقدمة الحضيض الشمسي؟

أفضل طريقة لصياغة هذا السؤال هي "ما هي تأثيرات الكواكب على الحضيض الشمسي لعطارد؟"

عند حساب مقدمة الحضيض لكوكب ما ، يعمل المرء ضمنيًا في إطار مركزية الشمس ، حيث يُنظر إلى الشمس على أنها ثابتة. تُعرَّف مقدمة الحضيض على أنها مقدمة لحركة كوكب بالنسبة للشمس. حركة الشمس غير ذات صلة. إن حركة الكوكب فيما يتعلق بمركز الباريزن أكثر تعقيدًا بكثير من حركة الكوكب فيما يتعلق بالشمس. للتوضيح ، سأقتبس من إجابة قدمتها عن الفيزياء قبل خمس سنوات:

تُظهر المؤامرة التالية المسافات بين الزهرة والشمس (باللون الأحمر) والزهرة ومركز barycenter للنظام الشمسي (أسود) من يناير 1970 إلى ديسمبر 2014. المحور الأفقي (الوقت) بالأيام من 12 ظهرًا TT ، 1 يناير 2000.

لاحظ أن المنحنى الأحمر ، المسافة بين الشمس والزهرة ، يُظهر خاصية رئيسية للمدار الإهليلجي ، وهو منحنى مسافة متكرر شبه جيبي. المنحنى الأسود ، المسافة بين النظام الشمسي barycenter و Venus ، لا. يعرض دقات وغيرها من القبح.

تتمثل إحدى الطرق لنمذجة سلوك كوكب يدور حول الشمس مع الاعتراف بوجود كواكب أخرى في التعامل مع مركز الشمس كمركز لإطار مرجعي متسارع. ينتج عن هذا ما يسميه مهندسو الفضاء ومصممي النظام الشمسي "تأثيرات الجسم الثالث". التسارع الفعال لعطارد نحو المشتري في إطار مركزية الشمس هو تسارع جاذبية عطارد نحو المشتري أقل من تسارع جاذبية الشمس نحو المشتري.

يمكن استخدام هذا النهج جنبًا إلى جنب مع التكامل العددي لنمذجة النظام الشمسي بأكمله. إن القيام بذلك سيكون له ميزة عدم الحاجة إلى القلق بشأن مكان وجود مركز barycenter. لها عيب جعل مجموعة من المعادلات التفاضلية شديدة الاقتران بالفعل أكثر اقترانًا. هذا العيب يفوق الميزة ، مما يجعل مصممي النظام الشمسي يستخدمون نهجًا مركزيًا عند نمذجة النظام الشمسي بأكمله.

لم يتم استخدام أي من المقاربتين (الدمج العددي للنظام الشمسي من نهج مركزية الشمس مقابل نهج مركزي مركزي) لاكتشاف مشكلة مدار عطارد بواسطة Urbain Le Verrier في القرن التاسع عشر. تعتمد تقنيات التكامل العددي المستخدمة حاليًا لنمذجة النظام الشمسي إلى حد كبير على أجهزة الكمبيوتر الرقمية ، وهو أمر لم يكن موجودًا في القرن التاسع عشر. لقد تجاوز عدد الحسابات المطلوبة بكثير قدرات أجهزة الكمبيوتر البشرية المتوفرة في القرن التاسع عشر.

بدلاً من ذلك ، استخدم Le Verrier وآخرون الذين تبعوا معادلات لاجرانج الكوكبية ، أو اختلافات تلك المعادلات لنمذجة سلوك عطارد. تسفر هذه المعادلات عن مساهمات قوى مقلقة (أو إمكانات مضطربة) للمشتقات الزمنية للعناصر المدارية المختلفة. على وجه الخصوص ، ما هو $ نقطة أوميغا $، مشتق الوقت من حجة الحضيض ، لعطارد؟

حسب لو فيرييه أن الكواكب ستجعل مدار عطارد يتحرك بمقدار 526.7 ثانية قوسية في كل قرن. بحلول عام 1912 ، وجد دوليتل (وآخرون) بعض المشكلات في حسابات لو فيرير وقام بتنقيح التأثيرات النيوتونية للكواكب الأخرى في مدار عطارد إلى سرعة مقدارها 532.36 ثانية قوسية في القرن.

لم تتفق قيمة Le Verrier ولا صقل Doolittle مع الملاحظة. كان هناك تفاوت قدره 43 ثانية قوسية في القرن بين حركة الحضيض الشمسي الملحوظة في عطارد والقيم المحسوبة ، والتي أظهرها أينشتاين تم تفسيرها بشكل جيد للغاية من خلال النسبية العامة. لاحظ أن التأثير النسبي صغير ، أقل من 10٪ من التأثيرات الكوكبية المجمعة.


مراجع:

دوليتل ، إريك. "الاختلافات العلمانية لعناصر مدارات الكواكب الداخلية الأربعة المحسوبة للعصر 1850.0 بتوقيت جرينتش". معاملات الجمعية الفلسفية الأمريكية 22.2 (1912): 37-189.


مقدمة عطارد & # 039s المدار

كنت أقرأ عن النسبية العامة للحصول على بعض الفهم الأساسي وقيل إن الإجابة الصحيحة لمشكلة تسابق عطارد تم توفيرها من خلال النسبية العامة. ثم بدأت القراءة عن مقدمة مدار عطارد.

& مثلالزئبق ينحرف عن المقدار المتوقع من هذه التأثيرات النيوتونية. تم التعرف على هذا المعدل الشاذ لمبادرة الحضيض في مدار عطارد لأول مرة في عام 1859 كمشكلة في الميكانيكا السماوية ، من قبل Urbain Le Verrier. أظهر إعادة تحليله للملاحظات الموقوتة المتاحة لعبور عطارد فوق قرص الشمس من عام 1697 إلى عام 1848 أن المعدل الفعلي للسابقة يختلف عن ذلك المتوقع من نظرية نيوتن بمقدار 38 by (ثانية قوسية) لكل قرن استوائي (أعيد تقديره لاحقًا عند 43. ^ بقلم سايمون نيوكومب عام 1882). [6] تم اقتراح عدد من الحلول المخصصة وغير الناجحة في نهاية المطاف ، لكنها كانت تميل إلى تقديم المزيد من المشاكل.

في النسبية العامة ، يتم تفسير هذه البادئة المتبقية ، أو تغيير اتجاه القطع الناقص المداري داخل مستواه المداري ، من خلال الجاذبية التي يتوسطها انحناء الزمكان. أظهر أينشتاين أن النسبية العامة [3] تتفق بشكل وثيق مع المقدار الملحوظ لتحول الحضيض الشمسي. كان هذا عاملاً قوياً حافزاً على تبني النسبية العامة.& quot - https://en.wikipedia.org/wiki/Tests_of_general_relativity#Perihelion_precession_of_Mercury

ملاحظة في تقرير المصير:
& مثلالدقيقة القوسية أو الدقيقة القوسية أو الدقيقة القوسية أو الدقيقة القوسية هي وحدة قياس زاوية تساوي 1/60 من درجة واحدة. بما أن الدرجة الواحدة تساوي 1/360 دورة (أو دوران كامل) ، فإن دقيقة واحدة من القوس تساوي 1/21600 دورة. . ثانية قوس ، أو ثانية قوسية (قوسية) ، أو ثانية قوسية هي 1/60 من الدقيقة القوسية ، و 1/3600 درجة ، و 1/1296000 دورة ، و π / 648000 (حوالي 1/206265) راديان.& quot - https://en.wikipedia.org/wiki/Minute_and_second_of_arc

سؤال:
في الصورة رقم 1 أدناه ، يظهر المدار متقدمًا عكس اتجاه عقارب الساعة ويظل مستوى المدارات السابقة كما هو. بعبارة أخرى ، تقع جميع المدارات السابقة في نفس المستوى. ولكن في الصورة رقم 2 ، يظهر أن المبادرة تغير مستوى المدارات أيضًا. بمعنى آخر ، تعطي الحركة الاستباقية إمالة للدوران على طول المحور الرأسي. أو ربما أنا فقط!

لقد شاهدت أيضًا هذا الفيديو وهو يُظهر الحركة بنفس الطريقة كما في الصورة رقم 2: youtu.be/NXlg3nTqSnk؟t=21

هل يمكنك من فضلك تأكيد كيف أن مدار عطارد بالفعل يسبقه؟ شكرا للمساعدة!


9.5 الزئبق

كوكب عطارد يشبه القمر من نواح كثيرة. مثل القمر ، ليس له غلاف جوي ، وسطحه مليء بالفوهات. كما هو موضح لاحقًا في هذا الفصل ، فإنه يشارك القمر أيضًا احتمال حدوث ولادة عنيفة.

عطارد هو أقرب كوكب إلى الشمس ، ووفقًا لقانون كبلر الثالث ، فإن له أقصر فترة ثورة حول الشمس (88 يومنا هذا) وأعلى متوسط ​​سرعة مدارية (48 كيلومترًا في الثانية). تم تسميته بشكل مناسب باسم إله الرسول ذي الأرجل الأسطورية للرومان. نظرًا لأن عطارد لا يزال قريبًا من الشمس ، فقد يكون من الصعب التقاطه في السماء. كما قد تتوقع ، يمكن رؤيته بشكل أفضل عندما يأخذه مداره غريب الأطوار بعيدًا عن الشمس قدر الإمكان.

المحور شبه الرئيسي لمدار عطارد - أي متوسط ​​مسافة الكوكب من الشمس - هو 58 مليون كيلومتر ، أو 0.39 وحدة فلكية. ومع ذلك ، نظرًا لأن مداره لديه انحراف عالٍ قدره 0.206 ، فإن المسافة الفعلية لعطارد عن الشمس تتراوح من 46 مليون كيلومتر عند الحضيض إلى 70 مليون كيلومتر في الأوج (تم تقديم الأفكار والمصطلحات التي تصف المدارات في المدارات والجاذبية).

التكوين والهيكل

تبلغ كتلة عطارد واحدًا على ثمانية عشر كتلة الأرض ، مما يجعله أصغر كوكب على الأرض. عطارد هو أصغر كوكب (باستثناء الكواكب القزمة) ، ويبلغ قطره 4878 كيلومترًا ، أي أقل من نصف قطر كوكب الأرض. تبلغ كثافة عطارد 5.4 جم / سم 3 ، وهي أكبر بكثير من كثافة القمر ، مما يشير إلى أن تكوين هذين الجسمين يختلف اختلافًا كبيرًا.

يعتبر تكوين عطارد من أكثر الأشياء إثارة للاهتمام فيه ويجعله فريدًا بين الكواكب. تخبرنا الكثافة العالية للزئبق أنه يجب أن يتكون بشكل كبير من مواد أثقل مثل المعادن. تشير النماذج الأكثر ترجيحًا لداخل عطارد إلى قلب معدني من الحديد والنيكل يصل إلى 60٪ من الكتلة الكلية ، بينما يتكون باقي الكوكب بشكل أساسي من السيليكات. يبلغ قطر اللب 3500 كيلومتر ويمتد حتى 700 كيلومتر من السطح. يمكن أن نفكر في عطارد على أنه كرة معدنية بحجم القمر محاطة بقشرة صخرية بسمك 700 كيلومتر (الشكل 9.20). على عكس القمر ، يمتلك عطارد مجالًا مغناطيسيًا ضعيفًا. يتوافق وجود هذا المجال مع وجود نواة معدنية كبيرة ، ويشير إلى أن جزءًا على الأقل من اللب يجب أن يكون سائلًا لتوليد المجال المغناطيسي المرصود. 3

مثال 9.1

كثافات العوالم

يمكن لعلماء الفلك قياس كل من الكتلة ونصف القطر بدقة عندما تطير مركبة فضائية بجوار الجسم.

باستخدام المعلومات الواردة في هذا الفصل ، يمكننا حساب متوسط ​​كثافة القمر التقريبي.

حل

يعطي الجدول 9.1 قيمة 3.3 جم / سم 3 ، أي 3.3 × 10 3 كجم / م 3.

تحقق من التعلم الخاص بك

إجابه:

الكثافة = الكتلة 4 3 π R 3 = 3.3 × 10 23 كجم 4.2 × 1.45 × 10 19 م 3 = 5.4 × 10 3 كجم / م 3 الكثافة = الكتلة 4 3 π R 3 = 3.3 × 10 23 كجم 4.2 × 1.45 × 10 19 م 3 = 5.4 × 10 3 كجم / م 3

يطابق ذلك القيمة الواردة في الجدول 9.1 عندما يتم تحويل جم / سم 3 إلى كجم / م 3.

دوران عطارد الغريب

كان يُعتقد أن الدراسات المرئية للعلامات السطحية غير الواضحة لعطارد تشير إلى أن الكوكب أبقى وجهًا واحدًا للشمس (كما يفعل القمر مع الأرض). وهكذا ، لسنوات عديدة ، كان يُعتقد على نطاق واسع أن فترة دوران عطارد كانت تساوي فترة ثورتها البالغة 88 يومًا ، مما يجعل جانبًا ساخنًا دائمًا بينما الآخر باردًا دائمًا.

ومع ذلك ، أظهرت الملاحظات الرادارية لعطارد في منتصف الستينيات بشكل قاطع أن عطارد لا يبقي جانبًا واحدًا ثابتًا تجاه الشمس. إذا كان كوكب ما يدور ، يبدو أن أحد الجانبين يقترب من الأرض بينما يبتعد الآخر عنها. ينشر إزاحة دوبلر الناتجة أو يوسع التردد الدقيق لموجة الرادار المرسلة إلى مدى من الترددات في الإشارة المنعكسة (الشكل 9.21). توفر درجة الاتساع قياسًا دقيقًا لمعدل دوران الكوكب.

فترة دوران عطارد (المدة التي يستغرقها الدوران فيما يتعلق بالنجوم البعيدة) هي 59 يومًا ، وهي مجرد ثلثي فترة دوران الكوكب. بعد ذلك ، وجد علماء الفلك أن الحالة التي يكون فيها دوران ومدار الكوكب (سنته) بنسبة 2: 3 مستقرة. (انظر الشكل 9.21 لمزيد من المعلومات حول تأثيرات وجود مثل هذا اليوم الطويل على عطارد.)

عطارد ، كونه قريبًا من الشمس ، يكون حارًا جدًا في ضوء النهار ، ولكن نظرًا لعدم وجود جو مناسب له ، فإنه يصبح باردًا بشكل مدهش خلال الليالي الطويلة. ترتفع درجة الحرارة على السطح إلى 700 كلفن (430 درجة مئوية) في وقت الظهيرة. ولكن بعد غروب الشمس تنخفض درجة الحرارة لتصل إلى 100 كلفن (-170 درجة مئوية) قبل الفجر مباشرة. (بل هو أكثر برودة في الحفر بالقرب من القطبين التي لا تتلقى أي ضوء شمس على الإطلاق.) وبالتالي فإن نطاق درجة الحرارة على عطارد هو 600 كلفن (أو 600 درجة مئوية) ، وهو فرق أكبر من أي كوكب آخر.

يصنع علاقات

ما الفرق في اليوم يجعل

يدور عطارد ثلاث مرات لكل مدارين حول الشمس. إنه الكوكب الوحيد الذي يُظهر هذه العلاقة بين دورانه ومداره ، وهناك بعض النتائج المثيرة للاهتمام لأي مراقب قد يتمركز يومًا ما على سطح عطارد.

هنا على الأرض ، نعتبر أن الأيام أقصر بكثير من السنوات. لذلك ، فإن الطريقتين الفلكيتين لتحديد "اليوم" المحلي - المدة التي يستغرقها الكوكب للدوران والمدة التي تستغرقها الشمس للعودة إلى نفس الموقع في السماء - هي نفسها على الأرض لمعظم الأغراض العملية. لكن هذا ليس هو الحال على عطارد. بينما يدور عطارد (يدور مرة واحدة) في 59 يومًا من أيام الأرض ، يتبين أن الوقت الذي تستغرقه الشمس للعودة إلى نفس المكان في سماء عطارد هو سنتان من عطارد ، أو 176 يومًا أرضيًا. (لاحظ أن هذه النتيجة ليست واضحة بشكل حدسي ، لذلك لا تنزعج إذا لم تتوصل إليها.) وبالتالي ، إذا اقترحت مستكشفة عطارد يومًا ما على رفيقها أنه يجب أن يجتمعوا ظهر اليوم التالي. ، قد يعني هذا فترة طويلة جدا بعيدا!

لجعل الأمور أكثر إثارة للاهتمام ، تذكر أن عطارد له مدار غريب الأطوار ، مما يعني أن بعده عن الشمس يختلف اختلافًا كبيرًا خلال كل عام زئبقي. وفقًا لقانون كبلر ، يتحرك الكوكب بشكل أسرع في مداره عندما يكون أقرب إلى الشمس. دعونا نفحص كيف يؤثر ذلك على الطريقة التي نرى بها الشمس في السماء خلال دورة واحدة من 176 يوم أرضي. سننظر إلى الموقف كما لو كنا نقف على سطح عطارد في وسط حوض عملاق يسميه علماء الفلك كالوريس (الشكل 9.23).

في موقع كالوريس ، يكون عطارد أبعد ما يكون عن الشمس عند شروق الشمس ، وهذا يعني أن الشمس المشرقة تبدو أصغر في السماء (على الرغم من أنها لا تزال أكثر من ضعف حجمها من الأرض). عندما تشرق الشمس أعلى وأعلى ، تبدو أكبر ، ويقترب عطارد أكبر الآن من الشمس في مداره اللامركزي. في الوقت نفسه ، تتباطأ الحركة الظاهرية للشمس مع بدء حركة عطارد الأسرع في المدار في اللحاق بالدوران.

في الظهيرة ، الشمس الآن أكبر بثلاث مرات مما تبدو عليه من الأرض وهي معلقة في السماء بلا حراك تقريبًا. مع حلول فترة ما بعد الظهيرة ، تبدو الشمس أصغر وأصغر ، وتتحرك أسرع وأسرع في السماء. عند غروب الشمس ، سنة عطارد كاملة (أو 88 يومًا من أيام الأرض بعد شروق الشمس) ، تعود الشمس إلى أصغر حجم ظاهر لها حيث تنخفض بعيدًا عن الأنظار. ثم يستغرق الأمر سنة أخرى من عطارد قبل أن تشرق الشمس مرة أخرى. (بالمناسبة ، شروق الشمس وغروبها يكونان أكثر مفاجأة على عطارد ، حيث لا يوجد جو لثني أو تشتت أشعة الشمس.)

يطلق علماء الفلك على مواقع مثل حوض كالوريس "خطوط الطول الساخنة" على عطارد لأن الشمس هي الأقرب إلى الكوكب وقت الظهيرة ، فقط عندما تكون باقية في السماء لعدة أيام على الأرض. هذا يجعل هذه المناطق أكثر الأماكن سخونة على عطارد.

نحن نذكر كل هذا ليس لأن التفاصيل الدقيقة لهذا السيناريو مهمة للغاية ولكن لتوضيح عدد الأشياء التي نأخذها كأمر مسلم به على الأرض ليست هي نفسها في عوالم أخرى. كما ذكرنا سابقًا ، يجب أن يكون أحد أفضل الأشياء في حضور فصل علم الفلك هو تخليصك إلى الأبد من أي "شوفينية الأرض" قد تكون لديك. الطريقة التي تسير بها الأشياء على كوكبنا هي مجرد واحدة من الطرق العديدة التي يمكن أن ترتب بها الطبيعة الواقع.

ارتباط بالتعلم

يُظهر تصور يوم عطارد كيف يؤدي الدوران البطيء لعطارد إلى أيام طويلة جدًا وكيف يتحد هذا مع مداره الإهليلجي للغاية لإحداث بعض الحركات غير العادية للشمس في السماء. لاحظ أن شكل العصا على سطح عطارد يظهر مربع النهار / الليل ما سيراه هذا الشكل العصا في السماء.

سطح عطارد

جاءت أول نظرة عن قرب على عطارد في عام 1974 ، عندما مرت المركبة الفضائية الأمريكية مارينر 10 على مسافة 9500 كيلومتر من سطح الكوكب وأرسلت أكثر من 2000 صورة إلى الأرض ، كاشفة عن التفاصيل بدقة تصل إلى 150 مترًا. بعد ذلك ، تم رسم خرائط للكوكب بتفاصيل كبيرة من قبل مركبة الفضاء ميسنجر ، التي تم إطلاقها في عام 2004 وقامت برحلات طيران متعددة للأرض والزهرة وعطارد قبل أن تستقر في مدار حول عطارد في عام 2011. وأنهت حياتها في عام 2015 ، عندما تم الأمر تصطدم بسطح الكوكب.

يشبه سطح عطارد القمر بشدة في المظهر (الشكل 9.22 والشكل 9.23). وهي مغطاة بآلاف الحفر وأحواض أكبر يصل قطرها إلى 1300 كيلومتر. بعض الحفر الأكثر إشراقًا مرقمة ، مثل Tycho و Copernicus على القمر ، والعديد منها لها قمم مركزية. هناك أيضا المنحدرات (المنحدرات) التي يزيد ارتفاعها عن كيلومتر ويبلغ طولها مئات الكيلومترات وكذلك التلال والسهول.

قامت أدوات MESSENGER بقياس تكوين السطح ورسمت خريطة النشاط البركاني السابق. كان من أهم اكتشافاته التحقق من الجليد المائي (الذي اكتشفه الرادار لأول مرة) في الحفر بالقرب من القطبين ، على غرار الوضع على سطح القمر ، والاكتشاف غير المتوقع للمركبات العضوية (الغنية بالكربون) الممزوجة بالجليد المائي.

ارتباط بالتعلم

قام العلماء الذين يعملون مع البيانات من بعثة MESSENGER بتجميع كرة أرضية دوارة من عطارد ، بلون كاذب ، لإظهار بعض الاختلافات في تكوين سطح الكوكب. يمكنك مشاهدته تدور.

تمت تسمية معظم الميزات الزئبقية تكريماً للفنانين والكتاب والملحنين وغيرهم من المساهمين في الفنون والعلوم الإنسانية ، على عكس العلماء الذين تم إحياء ذكرىهم على القمر. من بين الحفر المسماة باخ وشكسبير وتولستوي وفان جوخ وسكوت جوبلين.

لا يوجد دليل على حركة الصفائح التكتونية على عطارد. ومع ذلك ، يمكن في بعض الأحيان رؤية المنحدرات الطويلة المميزة للكوكب وهي تتخلل الحفر ، وهذا يعني أن المنحدرات يجب أن تكون قد تشكلت بعد الحفر (الشكل 9.24) يبدو أن هذه المنحدرات الطويلة المنحنية يرجع أصلها إلى الانضغاط الطفيف لقشرة عطارد. على ما يبدو ، في مرحلة ما من تاريخه ، تقلص الكوكب ، مما أدى إلى تجعد القشرة ، ويجب أن يكون قد حدث ذلك بعد أن تكون معظم الحفر على سطحه قد تشكلت بالفعل.

إذا كان التسلسل الزمني القياسي للحفرة ينطبق على عطارد ، فيجب أن يكون هذا الانكماش قد حدث خلال الأربعة مليارات سنة الماضية وليس خلال الفترة المبكرة للقصف الثقيل للنظام الشمسي.

أصل عطارد

مشكلة فهم كيفية تشكل عطارد هي عكس المشكلة التي يطرحها تكوين القمر. لقد رأينا أنه ، على عكس القمر ، يتكون عطارد في الغالب من المعدن. ومع ذلك ، يعتقد علماء الفلك أن عطارد كان يجب أن يكون قد تشكل تقريبًا بنفس نسبة المعدن إلى السيليكات الموجودة على الأرض أو كوكب الزهرة. كيف فقدت الكثير من مادتها الصخرية؟

قد يكون التفسير الأكثر احتمالاً لفقدان عطارد للسيليكات مشابهًا لتفسير افتقار القمر إلى لب معدني. من المحتمل أن يكون عطارد قد تعرض للعديد من التأثيرات العملاقة في وقت مبكر جدًا من شبابه ، وقد يكون واحد أو أكثر من هذه التأثيرات قد مزق جزءًا صغيرًا من غلافه وقشرته ، تاركًا جسمًا يهيمن عليه اللب الحديدي.

ارتباط بالتعلم

يمكنك متابعة بعض أحدث الأبحاث التي أجرتها وكالة ناسا حول عطارد ومشاهدة بعض الرسوم المتحركة المفيدة على صفحة ويب MESSENGER.

اليوم ، يدرك علماء الفلك أن النظام الشمسي المبكر كان مكانًا فوضويًا ، حيث اتسمت المراحل الأخيرة من تكوين الكوكب بتأثيرات عنف كبير. تم تدمير بعض الأجسام ذات الكتلة الكوكبية ، في حين أن البعض الآخر قد يكون مجزأًا ثم إعادة تشكيله ، ربما أكثر من مرة. يشهد كل من القمر وعطارد ، بتركيباتهما الغريبة ، على الكوارث التي لا بد أنها ميزت النظام الشمسي خلال شبابه.


ما هي تأثيرات حركة الشمس على مقدمة الحضيض الشمسي؟ - الفلك

البدايات النيوتونية لحضيض عطارد

بالنظر إلى جسم جاذبية كروي كبير كتلته M وجسيم اختبار صغير على مسافة r ، فإن المعادلات النيوتونية للحركة تشير إلى أن جسيم الاختبار يخضع لتسارع بحجم M / r 2 في اتجاه جسم الجاذبية ، ولا يوجد تسارع في الاتجاه العمودي. (نحن نستخدم وحدات بحيث يكون ثابت الجاذبية وسرعة الضوء كلاهما متحدين). سيقتصر جسيم الاختبار على مستوى واحد ، لذلك يمكن التعبير عن موضعه كدالة للوقت من حيث من الحجم القطري r (t) والموضع الزاوي & # 952 (t) as

المشتقات الثانية لهذه الإحداثيات هي

نظرًا لأن القيمة المطلقة لـ & # 952 تعسفية ، فإن هذه المعادلات تعادل الشروط

بضرب معادلة اليد اليمنى في r ، لدينا

وبالتالي فإن الكمية الموجودة بين قوسين ثابتة ، أي

يمثل هذا الحفاظ على الزخم الزاوي (المحدد) ، وينطبق على أي قانون قوة مركزية ، لأن مثل هذه القوة لا تفرض أي عزم دوران على النظام. يفسر ثبات هذه الكمية أيضًا قانون كبلر الثاني ، لأن المساحة الإضافية التي اكتسحها متجه الموقع في وقت تزايدي هي dA = (1/2) r 2 d & # 952.

إجراء الاستبدال d & # 952 / dt = h / r 2 في المعادلة اليسرى (1) يعطي

لاحظ أنه بالنسبة إلى مدار دائري ، تختفي جميع مشتقات r ، وتقلل هذه المعادلة إلى h 2 = rM. جعل الاستبدال h = r 2 & # 969 حيث & # 969 = d & # 952 / dt ، لدينا & # 969 2 ص 3 = م ، وفقًا لقانون كبلر الثالث.

يمكننا أيضًا استخدام العلاقة d & # 952 / dt = h / r 2 للتعبير عن مشتق r فيما يتعلق بالوقت من حيث مشتقات r فيما يتعلق بالموضع الزاوي & # 952. لدينا

إدخال هذا التعبير للمشتق الثاني لـ r في المعادلة (2) والتبسيط يعطي

لاحظ أن الكمية الموجودة بين الأقواس هي فقط سالب مشتق 1 / r بالنسبة لـ & # 952. لذلك ، مع ترك u = 1 / r ، لدينا المعادلة التوافقية البسيطة

بشكل عام حل معادلة النموذج

للثوابت & # 937 و p يمكن كتابتها بالصيغة

حيث k هو ثابت تكامل. - في الحالة الحالية لدينا & # 937 = 1 و p = h 2 /M. مع الإشارة إلى أن r = 1 / u ، مسار جسيم الاختبار في مجال الجاذبية الكروية جسم الكتلة م هو

إذا كان حجم k أقل من 1 ، فهذه هي المعادلة القطبية للقطع الناقص مع الأصل عند بؤرة واحدة (قانون كبلر الأول) ، ومع المستقيم شبه العريض p = h 2 /M.M الآن ، المساحة الإجمالية A من القطع الناقص مع نصف القطر الرئيسي والصغير a و b هو & # 960ab ، ويمكن التعبير عن هذه المنطقة من حيث التكامل

حيث استفدنا من حقيقة أن r 2 d & # 952 = hdt. ومن ثم لدينا

وهو بالطبع قانون كبلر الثالث ، M = & # 969 2 a 3. وهكذا قمنا بإعادة إنتاج قوانين كبلر الثلاثة لمدارات بيضاوية ثابتة لجسيمات الاختبار حول كتلة جاذبية كروية تمامًا.

ومع ذلك ، في المواقف المادية الفعلية ، قد لا يكون جسم الجاذبية كرويًا تمامًا. - على سبيل المثال ، إذا كان الجسم المركزي يدور حول محوره ، فسيكون مفلطحًا قليلاً. في مثل هذه الحالة ، فإن مجال الجاذبية النيوتونية ليس متماثلًا كرويًا. ، والقوة المبذولة على جسيم الاختبار على مسافة r لا تتناسب تمامًا مع M / r 2. ونتيجة لذلك ، لن يكون المدار الفعلي لجسيم الاختبار في مثل هذه الحالة هو Keplerian بالضبط. تأثيرات مصدر غير كروي ، افترض أن الكتلة M مقسمة إلى جسمين كرويين على المحور x مفصولين بمسافة 2 & # 948.. تسارع جسيم الاختبار الموجود (أيضًا على المحور x) على مسافة r من مركز كتلة هذين الجسمين هو

نظرًا لأن & # 948 صغير مقارنة بـ r ، يمكننا توسيع التعبير الموجود بين قوسين مربعين ليصبح يعطي

وبالتالي ، فإن المصطلح السائد في العجلة لا يزال يتناسب عكسياً مع مربع r ، ولكن لدينا الآن عنصر يتناسب عكسياً مع القوة الرابعة لـ r ، وآخر يتناسب عكسياً مع القوة السادسة لـ r ، وهكذا. - يمكن الاستدلال على التأثيرات الكبلرية لمصدر غير كروي قليلاً من المصطلحين الأولين فقط. - بدلاً من (2) ، أصبحت المعادلة الشعاعية للحركة الآن في الشكل

حيث J هو ثابت مرتبط بانحراف الجسم الجاذب. - بتكرار التحولات السابقة ، نصل إلى

هذه معادلة غير خطية ، ولكن يمكن معاملتها على أنها تربيعية في u من النموذج

حل هذه المعادلة جبريًا من أجل u يعطي

الحد الثاني داخل الجذر التربيعي أقل بكثير من 1 ، لذا يمكننا تقريب الحل باستخدام أول حدين فقط من المفكوك ، لذلك لدينا

نحصل على تبسيط وإعادة ترتيب الشروط

المصطلح الأخير على الجانب الأيمن صغير جدًا ، لذلك لدينا أساسًا معادلة بالصيغة (3) مع

ومن ثم فإن المسار المداري موصوف بالعلاقة

هذه مرة أخرى هي معادلة القطع الناقص ، باستثناء أن فترة الوظيفة الشعاعية لا تساوي تمامًا فترة الموضع الزاوي & # 952. السفر الزاوي اللازم للانتقال من نقطة أوج إلى أخرى (على سبيل المثال) هو ليس 2 & # 960 ، ولكن بالأحرى 2 & # 960 (1 + PQ). - ومن ثم فإن القطع الناقص بمقدار 2 & # 960PQ راديان لكل ثورة. - في حالة جسم الجاذبية المفلطح لدينا P = MJ / h 2 و Q = M / h 2 ، لذا فإن المدار يتقدم بمقدار 2 & # 960 (M / h 2) 2 J راديان لكل دورة.

بالمناسبة ، إذا كانت J = 3h 2 (المقابلة لمصطلح يساوي h 2 / r 3 في الإمكان) ، فإن هذا يعطي نفس المقدار الذي تتنبأ به النسبية العامة لجسم جاذبية كروي مثالي. مدار معين في السؤال ، في حين أن J هي خاصية ثابتة للجسم الجاذب ، لذلك لا يمكن تكرار الانبثاق النسبي لأكثر من كوكب واحد بافتراض عدم الانغماس الشمسي. جهد جاذبية يعتمد على السرعة الزاوية لجسيم الاختبار ، وليس فقط على موضعه.

تجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من أنه يُعتقد أن الانحراف الفعلي للشمس ضئيل بشكل لا يمكن تجاهله ، إلا أن المبادرة النسبية لا تزال مجرد جزء صغير من الحركة الكلية لكوكب مثل عطارد. وهذا لأن المدار الكبليري البسيط المكون من جسمين هو منزعج من وجود مادة جاذبة خارج المدار. على سبيل المثال ، يتقدم مدار عطارد بحوالي 532 ثانية من القوس في القرن بسبب التأثيرات المزعجة للكواكب الأخرى ، وخاصة كوكب الزهرة والأرض والمشتري. قام عالم الفلك Urban LeVerrier في عام 1859 بحساب قيمة أقل قليلاً من 526.7.) على الرغم من أن هذه التأثيرات نيوتونية بدقة ، إلا أن الحسابات بعيدة كل البعد عن التافهة ، خاصة فيما يتعلق بتأثير كوكب الزهرة. ومع ذلك ، مع بعض الافتراضات المبسطة ، يمكننا استنباط صيغة بسيطة تعطي نتائج قريبة بشكل مدهش من تلك التي قدمتها تحليلات أكثر صرامة.

الفترات المدارية للكواكب غير متزامنة ، لذلك على مدار العديد من المدارات ، سيتم حساب متوسط ​​علاقاتها الزاويّة. وعلى هذا الأساس ، قد نقوم بعمل تقدير تقريبي للتأثير المزعج لكوكب خارجي (مثل كوكب المشتري) على مقدمة لمدار عطارد من خلال تخيل أن كتلة m من المشتري موزعة بشكل موحد في حلقة حول الشمس بنصف قطر يساوي نصف القطر R للمدار الفعلي للمشتري . الآن ، هذا افتراض مشكوك فيه إلى حد ما ، لأن كوكب عطارد يدور الشمس عدة مرات بينما كوكب مثل المشتري يتحرك فقط مسافة زاويّة صغيرة. وبالتالي قد يعتقد المرء أن نموذجًا أكثر تمثيلا سيعامل الكوكب الخارجي على أنه ثابت بشكل أساسي ، مما يعطي مجالًا ثنائي القطب. لاحظ أنه عندما يكون كوكب عطارد والمشتري على نفس الجانب من الشمس ، فإن جاذبية المشتري تعمل بشكل معاكس لسحب الشمس ، بينما عندما يكون عطارد والمشتري على جانبي الشمس ، فإن تأثير المشتري هو: اسحب عطارد بقوة أكبر - نحو الداخل - نحو الشمس. على النقيض من ذلك ، فإن الحلقة المنتظمة من المادة تمارس دائمًا سحبًا خارجيًا صافيًا على كوكب داخلي. في ضوء ذلك ، فإن تمثيل الكواكب الخارجية على أنها حلقات موحدة أمر مشكوك فيه بالتأكيد ، ولكن له ميزة سهولة التقييم إلى حد ما ، لذلك باستخدام "منطق مصباح الشارع" ، سنقوم بإجراء التحليل بناءً على نموذج الحلقة.

كما تمت مناقشته في Gravity of a Torus ، فإن جهد الجاذبية داخل (وفي مستوى) حلقة كتلتها m هو

والتسارع (لكل وحدة كتلة لجسيم الاختبار) داخل مثل هذه الحلقة الضخمة (في مستوى الحلقة) على مسافة r من المركز هو

موجه نحو الخارج من المركز. (بالمناسبة ، تظهر نفس التعبيرات في سياق مختلف تمامًا ، عند تقييم المقاومة الكهربائية بين عقدتين متجاورتين قطريًا لشبكة لا نهائية من المقاومات ، كما تمت مناقشته في ملاحظة أخرى.) ومن ثم ، لدينا تسارع خارجي متراكب على عكس مربع التسارع نحو الداخل نحو جسم الجاذبية المركزي للكتلة M. المعادلة الشعاعية للحركة هي إذن

وما إلى ذلك وهلم جرا. بالنسبة للانحرافات الصغيرة ، يكون نطاق قيم r التي يجب تغطيتها صغيرًا إلى حد ما ، ويمكننا تمثيل الجانب الأيمن من (5) بشكل أكثر قابلية للتتبع. السماح ص1 و ص2 للدلالة على الحد الأدنى والحد الأقصى للمسافات الشعاعية لعطارد من الشمس ، ونبحث عن الثوابت A و B على هذا النحو

حل هذا من أجل A و B ، والسماح لـ r0 تشير إلى متوسط ​​نصف القطر المداري لجسيم الاختبار ، وبافتراض انحراف صغير جدًا ، يمكننا إعادة كتابة المعادلة (5) تقريبًا


دوران عطارد الغريب

كان يُعتقد أن الدراسات المرئية لعلامات سطح عطارد غير الواضحة تشير إلى أن الكوكب أبقى وجهًا واحدًا للشمس (كما يفعل القمر مع الأرض). وهكذا ، لسنوات عديدة ، كان يُعتقد على نطاق واسع أن فترة دوران عطارد كانت تساوي فترة ثورتها البالغة 88 يومًا ، مما يجعل جانبًا ساخنًا دائمًا بينما الآخر بارد دائمًا.

ومع ذلك ، أظهرت الملاحظات الرادارية لعطارد في منتصف الستينيات بشكل قاطع أن عطارد لا يبقي جانبًا واحدًا ثابتًا تجاه الشمس. إذا كان كوكب ما يدور ، يبدو أن أحد الجانبين يقترب من الأرض بينما يبتعد الآخر عنها. ينشر إزاحة دوبلر الناتجة أو يوسع التردد الدقيق لموجة الرادار المرسلة إلى نطاق من الترددات في الإشارة المنعكسة ([رابط]). توفر درجة الاتساع قياسًا دقيقًا لمعدل دوران الكوكب.

رادار دوبلر يقيس الدوران. When a radar beam is reflected from a rotating planet, the motion of one side of the planet’s disk toward us and the other side away from us causes Doppler shifts in the reflected signal. The effect is to cause both a redshift and a blueshift, widening the spread of frequencies in the radio beam.

Mercury’s period of rotation (how long it takes to turn with respect to the distant stars) is 59 days, which is just two-thirds of the planet’s period of revolution. Subsequently, astronomers found that a situation where the spin and the orbit of a planet (its year) are in a 2:3 ratio turns out to be stable. (See [link] for more on the effects of having such a long day on Mercury.)

Mercury, being close to the Sun, is very hot on its daylight side but because it has no appreciable atmosphere, it gets surprisingly cold during the long nights. The temperature on the surface climbs to 700 K (430 °C) at noontime. After sunset, however, the temperature drops, reaching 100 K (–170 °C) just before dawn. (It is even colder in craters near the poles that receive no sunlight at all.) The range in temperature on Mercury is thus 600 K (or 600 °C), a greater difference than on any other planet.

Mercury rotates three times for each two orbits around the Sun. It is the only planet that exhibits this relationship between its spin and its orbit, and there are some interesting consequences for any observers who might someday be stationed on the surface of Mercury.

Here on Earth, we take for granted that days are much shorter than years. Therefore, the two astronomical ways of defining the local “day”—how long the planet takes to rotate and how long the Sun takes to return to the same position in the sky—are the same on Earth for most practical purposes. But this is not the case on Mercury. While Mercury rotates (spins once) in 59 Earth days, the time for the Sun to return to the same place in Mercury’s sky turns out to be two Mercury years, or 176 Earth days. (Note that this result is not intuitively obvious, so don’t be upset if you didn’t come up with it.) Thus, if one day at noon a Mercury explorer suggests to her companion that they should meet at noon the next day, this could mean a very long time apart!

To make things even more interesting, recall that Mercury has an eccentric orbit, meaning that its distance from the Sun varies significantly during each mercurian year. By Kepler’s law, the planet moves fastest in its orbit when closest to the Sun. Let’s examine how this affects the way we would see the Sun in the sky during one 176-Earth-day cycle. We’ll look at the situation as if we were standing on the surface of Mercury in the center of a giant basin that astronomers call Caloris ([link]).

At the location of Caloris, Mercury is most distant from the Sun at sunrise this means the rising Sun looks smaller in the sky (although still more than twice the size it appears from Earth). As the Sun rises higher and higher, it looks bigger and bigger Mercury is now getting closer to the Sun in its eccentric orbit. At the same time, the apparent motion of the Sun slows down as Mercury’s faster motion in orbit begins to catch up with its rotation.

At noon, the Sun is now three times larger than it looks from Earth and hangs almost motionless in the sky. As the afternoon wears on, the Sun appears smaller and smaller, and moves faster and faster in the sky. At sunset, a full Mercury year (or 88 Earth days after sunrise), the Sun is back to its smallest apparent size as it dips out of sight. Then it takes another Mercury year before the Sun rises again. (By the way, sunrises and sunsets are much more sudden on Mercury, since there is no atmosphere to bend or scatter the rays of sunlight.)

Astronomers call locations like the Caloris Basin the “hot longitudes” on Mercury because the Sun is closest to the planet at noon, just when it is lingering overhead for many Earth days. This makes these areas the hottest places on Mercury.

We bring all this up not because the exact details of this scenario are so important but to illustrate how many of the things we take for granted on Earth are not the same on other worlds. As we’ve mentioned before, one of the best things about taking an astronomy class should be ridding you forever of any “Earth chauvinism” you might have. The way things are on our planet is just one of the many ways nature can arrange reality.


the motion of a rigid body with a fixed point ا that is composed of a rotation with an angular velocity &Omega حول ال ض-axis, which is rigidly attached to the body, and a rotation with an angular velocity &omega about the ض1-axis (see Figure 1). هنا x1, ذ1، و ض1 are the axes, conventionally called fixed, relative to which the body&rsquos motion is considered, ON, called the line of nodes, is the line perpendicular to the plane ض1ا2, and &psi = &ang x1ON is the angle of precession. In addition to precession the body also exhibits nutation, in which the angle of nutation &theta = ض1ا2 changes (يرىNUTATION).

إذا &theta is constant for the duration of the motion, that is, if nutation is absent, and the magnitudes of &Omega and &omega also remain constant, then the body&rsquos motion is called steady precession. In this case, the z-axis describes a right circular cone about the ض1-axis (the axis of precession). This type of precession is exhibited under any initial conditions by a symmetrical body fixed at its center of gravity (a gyroscope), on which no forces that would create a moment relative to the fixed point are acting. The axis of precession in this case is the constant direction of the body&rsquos angular momentum (يرىANGULAR MOMENTUM).

A symmetrical body fixed at an arbitrary point on its axis of symmetry and acted upon by gravity (a heavy gyroscope or top) exhibits precession about a vertical axis under any initial conditions. This precession is accompanied by nutational oscillations, whose amplitude and period decrease and whose frequency increases with an increase in the angular velocity of the rotation &Omega. When &Omega ≫ &omega the apparent motion of the gyroscope differs little from steady precession such precession is called pseudo-regular. The angular velocity of the pseudoregular precession of a heavy gyroscope is given approximately by the equation &omega = Pa/I &Omega, where ص is the gyroscope&rsquos weight, أ is the distance between the fixed point and the center of gravity, and أنا is the gyroscope&rsquos moment of inertia relative to its axis of symmetry.

In astronomy. In astronomy, precession refers to the slow motion of the earth&rsquos axis of rotation along a circular cone, whose axis of symmetry is perpendicular to the plane of the ecliptic this motion has a complete cycle of approximately 26,000 years. It is also called precession of the equinoxes, since it produces a slow shift in the vernal and autumnal equinoxes as a result of the motion of the planes of the ecliptic and the equator (Figure 2). The equinoxes are defined by the line of intersection of these two planes. More simply, precession can be viewed as a slow motion of the earth&rsquos axis (the line parallel to the earth&rsquos mean rotational axis PP°) about a circular cone whose axis is perpendicular to the ecliptic with a complete cycle of approximately 26,000 years.

The shift of the equinoxes proceeds along the ecliptic from east to west, that is, in a direction opposite to that of the apparent annual motion of the sun, at the rate of 50.3&Prime per year. As a result, the tropical year (the interval of time between two successive passages of the sun through the vernal equinox), which is linked to the succession of seasons on the earth, is shorter by 20 min 24 sec than the sidereal year (the period of one complete revolution of the earth around the sun). Because of precession, the ecliptic and equatorial coordinates of celestial bodies change (يرىCELESTIAL COORDINATES). Stellar longitudes, which are measured from the vernal equinox, increase by 50.3&Prime per year, but latitudes do not change significantly. The right ascensions and declinations of stars change in a more complex manner.

As a result of precession, the pattern of the night sky&rsquos diurnal rotation changes. Approximately 4,600 years ago the north celestial pole was near the star &ألفا Draconis. At present it is located near Polaris (&alpha Ursae Minoris), and in 12,000 years the polestar will be Vega (&alpha Lyrae). As the celestial pole moves among the stars, there is an associated change in the visibility of constellations in a given geographical area this permits the approximate dating of ancient texts by means of references in them to one or another constellation.

The phenomenon of precession was discovered in the second century B.C. by the Greek astronomer Hipparchus, who compared stellar longitudes that he determined by observation with longitudes of the same stars recorded 150 years earlier by the Greek astronomers Timocharis and Aristyllos (Aristillus). An explanation of precession based on mechanics was first given by I. Newton in 1686. Newton regarded the earth, which is flattened at the poles, as a sphere engirdled by a ring about the equator the sun more strongly attracts the half of the ring closer to it and thus tends to decrease the inclination of the equatorial plane of the earth to the plane of the ecliptic. A similar effect, but twice as strong and of a more complex nature, is caused by the moon. The combined effect of the attraction of the sun and the moon on the added equatorial mass of the rotating earth causes precession. Since the forces causing precession are continually changing as a result of the changing positions of the sun and the moon relative to the earth, small oscillations, which constitute nutation, are observed, in addition to the gradual shift of the vernal equinox&mdashlunisolar precession.

Perturbations of the earth&rsquos orbital motion resulting from the attraction of the other planets cause a small change in the orientation of the plane of the ecliptic in space as a result, the inclination of the ecliptic to the equator decreases by 0.5&rdquo per year. The corresponding shift in the vernal equinox along the equator from west to east is called planetary precession. The overall motion of the vernal equinox, consisting of lunisolar precession and planetary precession, is called general precession. The theory of precession was basically developed in the 18th century by J. d&rsquoAlembert, P. Laplace, and L. Euler.

Accurate numerical values of the basic precessional quantities were first determined from observations by F. Bessel in the beginning of the 19th century in 1841, O. V. Struve published new values. At the end of the 19th century S. Newcomb, in constructing a theory of the heliocentric and rotational motions of the earth, determined the values of the following precessional quantities: the lunisolar precession in declination (precession in declination does not depend on the attraction of the planets), the general precession in right ascension, the lunisolar precession in longitude, and the planetary precession in right ascension and in longitude.

The numerical values of the precessional quantities can be refined on the basis of statistical analysis of stellar proper motions, in which the apparent shift in the positions of stars caused by the motion of the sun in space and the rotation of our galaxy are taken into account. The most precise method for determining precessional quantities is based on the measurement of changes in the coordinates of galaxies, which in practice may be considered motionless objects as a result of their great distances from the earth. These measurements are part of an international program of work on the compilation of the Fundamental Catalog of Faint Stars this work is being conducted on the initiative of Soviet astronomers (يرىASTROMETRY).


What effects does the motion of the Sun have on the perihelion precession of Mercury? - الفلك

All planets in the Solar System move in elliptic orbits with the Sun at one of the foci. Their orbits are approximately coplanar with one another. An ellipse is an elongated circle and the foci are two points equidistant from its centre. They lie on the line joining the points nearest to (perihelion) and farthest from (aphelion) the Sun. The perihelion and aphelion are collectively called apsides and the line joining them is the major axis of the ellipse.
According to Newton, the attractive gravitational force exerted by the Sun keeps the planet on its orbit. Without this force, the planet will stray from its orbit and move along a straight path. The force is proportional to the product of the masses of the Sun and the planet, and inversely proportional to the square of the distance between them. That is why it is known as the inverse-square-law force.
A purely Newtonian description of gravity requires that an elliptic orbit be exactly closed, i.e. the orbit is &lsquoreentrant,&rsquo or repeats itself each time a planet completes a revolution around the Sun. Consequently, the perihelion remains fixed in space.
However, Newton showed that if the force differs slightly from the inverse-square-law, e.g. if the exponent in the inverse-square law, instead of being exactly equal to two, is equal to two plus some small fraction, the orbit will not be reentrant. Instead, the major axis of the orbit will slowly rotate in the plane of the planet&rsquos orbit in the same direction as the revolution of the planet itself such that the angular location of the perihelion will gradually change. This phenomenon is known as the advance or precession of the perihelion.
In the Solar System where there&rsquos more than one planet orbiting the Sun, the situation is a bit more complicated than the simple inverse-square-law. The mutual gravitational pull of the planets on each other results in perturbations. Consequently, the net force experienced by a planet does not vary exactly as inverse-square. As a result, planetary orbits do exhibit advance of the perihelion. The effect falls off rapidly for planets beyond Earth&rsquos orbit because of their large distance from the Sun.
Mercury, being closest to the Sun with a highly elliptic orbit, shows the largest effect. Its perihelion advances by about 574 seconds of arc (arcsec) per century (3,600 arcsecs = 1 degree). This anomalous rate of advance of the perihelion of Mercury&rsquos orbit was first recognised in 1859 by the French mathematician and astronomer Urbain Le Verrier. Although very small, the effect is cumulative so that observations of Mercury over centuries allowed even this small effect to be noticeable.
Detailed calculations made with Newton&rsquos law of gravity and the gravitational perturbations of other planets on the motion of Mercury could account for 531 arcsecs. The discrepancy of 43 arcsecs between theory and measurement perplexed astronomers and remained an unresolved issue of the Newtonian theory for many years. To resolve the dilemma, some suggested that Newton&rsquos law of gravity is flawed. Others speculated that the presence of a planet called Vulcan was responsible for the quandary created by Mercury&rsquos precession. But later observations showed that no such planet exists.
After the imaginary Vulcan, some astronomers assumed that there&rsquos probably an asteroid field or a massive field of dust near Mercury. This would add a little extra mass to the equations and explain why Mercury precessed so quickly. Years went by, and no field of asteroids or dust showed up.
The unexplained advance of Mercury&rsquos perihelion was finally resolved by Einstein in 1915, after publication of his theory of general relativity. According to him, heavenly objects don&rsquot just float around in an unperturbed vacuum. They shape the space around them &ndash curves or warp it. The more the mass, the greater is the curving. And a mass experiencing the pull of gravity is simply responding to the curvature of the space around it.
Because of its proximity to the massive Sun, space around Mercury is more curved than the space around other planets. Thus, Mercury&rsquos perihelion should precess at a different rate than Newtonian physics would predict. Surely, the modification introduced into Newton&rsquos equations due to the curvature of space accounts for the additional 43 arcsecs.
The advance of perihelion occurs in other planets too. But the advance due to Newtonian effect gradually decreases as the distance between the planet and the Sun increases. Nevertheless, if the planet is massive or if it is in the vicinity of a massive one such as Mars near the giant planet Jupiter, relativistic effect can become appreciable. For example, the perihelion of Earth advances by 3.84 arcsecs per century due to general relativity, Venus by 8.62 arcsecs and Mars by 1.35 arcsecs.
The advance of Mercury&rsquos perihelion changed our view of the Universe forever. We now know that space is not flat and rigid. It is malleable and could be bent or twisted by the presence of matter. And although we can&rsquot see a twisted Universe, we do know it&rsquos there.

The writer is Professor of Physics at Fordham University, New York.
Photos: Google Image


NASA team studies middle-aged Sun by tracking motion of Mercury

Mercury's proximity to the Sun and small size make it exquisitely sensitive to the dynamics of the Sun and its gravitational pull. Credit: NASA/SDO

Like the waistband of a couch potato in midlife, the orbits of planets in our solar system are expanding. It happens because the Sun's gravitational grip gradually weakens as our star ages and loses mass. Now, a team of NASA and MIT scientists has indirectly measured this mass loss and other solar parameters by looking at changes in Mercury's orbit.

The new values improve upon earlier predictions by reducing the amount of uncertainty. That's especially important for the rate of solar mass loss, because it's related to the stability of G, the gravitational constant. Although G is considered a fixed number, whether it's really constant is still a fundamental question in physics.

"Mercury is the perfect test object for these experiments because it is so sensitive to the gravitational effect and activity of the Sun," said Antonio Genova, the lead author of the study published in Nature Communications and a Massachusetts Institute of Technology researcher working at NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.

The study began by improving Mercury's charted ephemeris—the road map of the planet's position in our sky over time. For that, the team drew on radio tracking data that monitored the location of NASA's MESSENGER spacecraft while the mission was active. Short for Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry, and Ranging, the robotic spacecraft made three flybys of Mercury in 2008 and 2009 and orbited the planet from March 2011 through April 2015. The scientists worked backward, analyzing subtle changes in Mercury's motion as a way of learning about the Sun and how its physical parameters influence the planet's orbit.

For centuries, scientists have studied Mercury's motion, paying particular attention to its perihelion, or the closest point to the Sun during its orbit. Observations long ago revealed that the perihelion shifts over time, called precession. Although the gravitational tugs of other planets account for most of Mercury's precession, they don't account for all of it.

The second-largest contribution comes from the warping of space-time around the Sun because of the star's own gravity, which is covered by Einstein's theory of general relativity. The success of general relativity in explaining most of Mercury's remaining precession helped persuade scientists that Einstein's theory was right.

NASA and MIT scientists analyzed subtle changes in Mercury's motion to learn about the Sun and how its dynamics influence the planet's orbit. The position of Mercury over time was determined from radio tracking data obtained while NASA's MESSENGER mission was active. الائتمان: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا

Other, much smaller contributions to Mercury's precession, are attributed to the Sun's interior structure and dynamics. One of those is the Sun's oblateness, a measure of how much it bulges at the middle—its own version of a "spare tire" around the waist—rather than being a perfect sphere. The researchers obtained an improved estimate of oblateness that is consistent with other types of studies.

The researchers were able to separate some of the solar parameters from the relativistic effects, something not accomplished by earlier studies that relied on ephemeris data. The team developed a novel technique that simultaneously estimated and integrated the orbits of both MESSENGER and Mercury, leading to a comprehensive solution that includes quantities related to the evolution of Sun's interior and to relativistic effects.

"We're addressing long-standing and very important questions both in fundamental physics and solar science by using a planetary-science approach," said Goddard geophysicist Erwan Mazarico. "By coming at these problems from a different perspective, we can gain more confidence in the numbers, and we can learn more about the interplay between the Sun and the planets."

The team's new estimate of the rate of solar mass loss represents one of the first times this value has been constrained based on observations rather than theoretical calculations. From the theoretical work, scientists previously predicted a loss of one-tenth of a percent of the Sun's mass over 10 billion years that's enough to reduce the star's gravitational pull and allow the orbits of the planets to spread by about half an inch, or 1.5 centimeters, per year per AU (an AU, or astronomical unit, is the distance between Earth and the Sun: about 93 million miles).

The new value is slightly lower than earlier predictions but has less uncertainty. That made it possible for the team to improve the stability of G by a factor of 10, compared to values derived from studies of the motion of the Moon.

"The study demonstrates how making measurements of planetary orbit changes throughout the solar system opens the possibility of future discoveries about the nature of the Sun and planets, and indeed, about the basic workings of the universe," said co-author Maria Zuber, vice president for research at MIT.


Precession of the Orbit of Mercury

The influence of the planets of the Solar System on the precession of the orbit of Mercury is investigated in the framework of classical mechanics. The influence of each planet on the motion of Mercury is calculated in the context of a restricted problem of three bodies: the Sun, the planet in question, and Mercury. It is demonstrated that the average shift of the perihelion of the orbit of Mercury determined in the context of a planar circular restricted three-body problem is 556.5″ per century and agrees with the observed shift (570″) with a relative accuracy of 2.5%. It is also demonstrated that the observed perihelion shift of Mercury features oscillatory components with a total amplitude up to 20″ and periods from several years to several decades. Owing to the presence of these components, the perihelion shift rate calculated based on observations conducted for several tens or even hundreds of years may differ considerably from the true average rate. This is likely the reason why the calculated average perihelion shift rate is not completely consistent with observational data.


The Problem with Newton’s Theory

The precession (or rotation) of the perihelion (the point in the orbit of a planet that is nearest to the Sun) has a variety of causes. Two of them are:

  • The presence of the other planets that causes a perturbation of one another’s orbit, which is the leading cause
  • The oblateness of the Sun (see figure) which is significantly less relevant

The perihelion rate of the precession of Mercury does not agree with the prediction of Newton’s theory of gravity. This anomaly was noticed by the French astronomer and mathematician Urbain Le Verrier. The final measurement, by Simon Newcomb in 1882, estimated that the actual precession rate disagreed with Newton’s prediction by 43 degrees. Many ad hoc solutions were proposed, but none of them worked.

As will be discussed in the next section, in general relativity, this extra precession is entirely explained by Einstein’s general theory of relativity. For a revision of the latter, check the article below.


شاهد الفيديو: الحركة الحقيقية للشمس والكواكب (ديسمبر 2021).