Чьи законы составляют небесную механику астрономия кратко
Обновлено: 04.07.2024
Чтобы узнать о других значениях слова "Celestial", см. Небесный (значения). Для журнала см. Небесная механика и динамическая астрономия.
Небесная механика это филиал астрономия это касается движения из объекты в космическом пространстве. Исторически небесная механика применяет принципы физика (классическая механика) к астрономическим объектам, таким как звезды и планеты, производить эфемериды данные.
Содержание
История
Иоганн Кеплер
Подробное описание того, как можно использовать его законы движения планет, см. Законы движения планет Кеплера и Проблема Кеплера.
Иоганн Кеплер (1571–1630) был первым, кто тесно интегрировал предсказательную геометрическую астрономию, которая доминировала с Птолемей во 2 веке до Коперник, с физическими концепциями для создания Новая астрономия, основанная на причинах, или небесная физика в 1609 году. Его работа привела к современные законы планетных орбит, который он разработал, используя свои физические принципы и планетарный наблюдения, сделанные Тихо Браге. Модель Кеплера значительно повысила точность предсказаний движения планет за много лет до этого. Исаак Ньютон разработал свой закон всемирного тяготения в 1686 г.
Исаак Ньютон
Исаак Ньютон (25 декабря 1642–31 марта 1727) считается представителем идеи о том, что движение объектов в небе, таких как планеты, то солнце, а Луна, и движение предметов по земле, например пушка шары и падающие яблоки, могут быть описаны одним и тем же набором физические законы. В этом смысле он объединил небесный и земной динамика. С помощью Закон всемирного тяготения Ньютона, доказать законы Кеплера для случая круговой орбиты несложно. Эллиптические орбиты предполагают более сложные вычисления, которые Ньютон включил в свою Principia.
Жозеф-Луи Лагранж
После Ньютона Лагранж (25 января 1736-10 апреля 1813) попытался решить проблема трех тел, проанализировали устойчивость планетных орбит и обнаружили существование Лагранжевые точки. Лагранж также переформулировал принципы классическая механика, подчеркивая энергию больше, чем силу и развивая метод использовать уравнение в одной полярной координате для описания любой орбиты, даже параболической и гиперболической. Это полезно для расчета поведения планет и кометы и тому подобное. В последнее время стало также полезно вычислять космический корабль траектории.
Саймон Ньюкомб
Саймон Ньюкомб (12 марта 1835–11 июля 1909) был канадско-американским астрономом, который пересмотрел Питер Андреас Хансентаблица лунных позиций. В 1877 г. при содействии Джордж Уильям Хилл, он пересчитал все основные астрономические константы. После 1884 года он вместе с А.М.У. Даунингом разработал план по устранению большой международной путаницы по этому поводу. К тому времени, когда он посетил конференцию по стандартизации в ПарижВо Франции в мае 1886 г. международный консенсус заключался в том, что все эфемериды должны основываться на расчетах Ньюкома. Следующая конференция в 1950 году подтвердила, что константы Ньюкома являются международным стандартом.
Альберт Эйнштейн
Альберт Эйнштейн (14 марта 1879-18 апреля 1955) объяснил аномальный прецессия перигелия Меркурия в его статье 1916 года Основы общей теории относительности. Это заставило астрономов признать, что Ньютоновская механика не обеспечивал высочайшей точности. Бинарные пульсары были обнаружены, первые в 1974 г., орбиты которых не только требуют использования Общая теория относительности для их объяснения, но чья эволюция доказывает существование гравитационное излучениеоткрытие, которое привело к присуждению Нобелевской премии по физике 1993 года.
Примеры проблем
Небесное движение, без дополнительных сил, таких силы сопротивления или толчок из ракета, регулируется взаимным ускорением свободного падения между массами. Обобщением является ппроблема тела, [1] где число п масс взаимно взаимодействуют посредством силы тяжести. Хотя в общем случае аналитически не интегрируется, [2] интегрирование можно хорошо аппроксимировать численно.
- Задача 4-х тел: космический полет к Марсу (на некоторых участках полета влияние одного или двух тел очень мало, так что здесь возникает задача 2 или 3 тел; см. Также исправленная коническая аппроксимация)
- Проблема трех тел:
- Космический полет и пребывание в Лагранжева точка
- А двойная звезда, например, Альфа Центавра (примерно такая же масса)
- А двойной астероид, например, 90 Антиопа (примерно такая же масса)
-
вращается вокруг центра Млечный Путь
- Планета, вращающаяся вокруг Солнца
- Луна на орбите планеты
- Космический корабль, вращающийся вокруг Земли, Луны или планеты (в последних случаях приближение применяется только после прибытия на эту орбиту)
Теория возмущений
Теория возмущений содержит математические методы, которые используются для поиска приближенного решения проблемы, которая не может быть решена точно. (Это тесно связано с методами, используемыми в численный анализ, который древние.) Самое раннее использование современных теория возмущений должен был иметь дело с иначе неразрешимыми математическими проблемами небесной механики: Ньютонрешение для орбиты Луна, который движется заметно иначе, чем простой Кеплеровский эллипс из-за конкурирующей гравитации Земля и солнце.
Методы возмущений начните с упрощенной формы исходной проблемы, которая тщательно подбирается для обеспечения точного решения. В небесной механике это обычно Кеплеровский эллипс, что верно, когда есть только два гравитирующих тела (скажем, Земля и Луна) или круговая орбита, которая верна только в особых случаях движения двух тел, но часто достаточно близка для практического использования.
Тогда решенная, но упрощенная проблема "возмущенный" сделать его уравнения скорости изменения положения объекта ближе к значениям из реальной проблемы, например, включая гравитационное притяжение третьего, более удаленного тела ( солнце). Незначительные изменения, которые происходят из-за членов в уравнениях - которые сами по себе могли быть еще раз упрощены - используются как поправки к исходному решению. Поскольку упрощения делаются на каждом этапе, исправления никогда не бывают идеальными, но даже один цикл исправлений часто обеспечивает значительно лучшее приближенное решение реальной проблемы.
Нет требования останавливаться только на одном цикле исправлений. Частично исправленное решение может быть повторно использовано в качестве новой отправной точки для еще одного цикла возмущений и исправлений. В принципе, для большинства проблем переработка и доработка предыдущих решений для получения нового поколения лучших решений может продолжаться бесконечно, с любой желаемой конечной степенью точности.
Небeсная мехaника — раздел астрономии, применяющий законы механики для изучения движения небесных тел. Небесная механика занимается предвычислением положения Луны и планет, предсказанием места и времени затмений, в общем, определением реального движения космических тел.
Естественно, что небесная механика в первую очередь изучает поведение тел Солнечной системы — обращение планет вокруг Солнца, спутников вокруг планет, движение комет и других малых набесных тел. Тогда как перемещение далеких звёзд удается заметить, в лучшем случае, за десятилетия и века, движение членов Солнечной системы происходит буквально на глазах — за дни, часы и даже минуты. Поэтому его изучение стало началом современной небесной механики, рождённой трудами И. Кеплера (1571—1630) и И. Ньютона (1643—1727).
Кеплер впервые установил законы планетного движения, а Ньютон вывел из законов Кеплера закон всемирного тяготения и использовал законы движения и тяготения для решения небесно-механических проблем, не охваченных законами Кеплера.
Исаак Ньютон — выдающийся ученый, первооткрыватель закона всемирного тяготения и создатель небесной механики. С его открытий и трудов началась новая эпоха в истории точных наук.
Открытия во время чумы
Исаак Ньютон родился в семье зажиточного фермера. Его мать, оставшись вдовой, надеялась, что он возьмет в свои руки управление хозяйством. Но Исаака с юных лет привлекали различные науки, он был лучшим учеником в школе, и преподаватели уговорили женщину позволить ему продолжить образование. Исаак успешно сдал экзамены и поступил на бесплатное обучение в Кембридж.
Учился Ньютон фанатично, днями и ночами просиживал над книгами, забывая про еду и сон. Еще во время учебы он сделал свои первые открытия в области математики и составил список нерешенных научных проблем, над которыми собирался работать.
В 1665 году в Лондоне началась эпидемия чумы, и занятия в университете были прерваны. Ньютон вернулся домой и несколько лет интенсивно работал. Именно в эти годы молодой ученый сделал свои самые выдающиеся открытия. В тот период были заложены основы теории всемирного тяготения, но опубликовал ее Ньютон только через 20 лет.
Все слышали историю о том, как на голову Ньютону упало яблоко, и его посетило внезапное озарение. На самом деле, никаких подтверждений этой истории нет, скорее всего, это просто красивая легенда. Из дневников ученого становится понятно, что к своей теории он шел постепенно, на протяжении нескольких лет.
Несколько лет Ньютон заседал в парламенте как представитель Кембриджского университета. В те времена ходил анекдот, что он всего лишь раз взял слово, чтобы попросить закрыть окно. На самом деле, он прилежно исполнял обязанности парламентария
Ньютон был образцом рассеянного ученого, которого не волнует ничего, кроме науки. Он был постоянно сосредоточен на своих размышлениях и не замечал того, что происходит вокруг. Один из его друзей вспоминал, как Ньютон пошел за вином для гостей в погреб, там его осенила интересная идея, и он занялся вычислениями, забыв и о вине, и о гостях. Такие истории происходили с ним постоянно.
В 1705 году королева Анна присвоила Ньютону рыцарское звание, он стал именоваться сэр Исаак Ньютон. Это был первый случай в истории Англии, когда рыцарство было пожаловано за научные достижения
Движение, тяготение и небесная механика
В чем же заключается знаменитая теория Ньютона? Из законов движения планет, открытых Кеплером, Ньютон вывел закон всемирного тяготения, который стал основополагающим для такого раздела астрономии, как небесная механика. В этом разделе законы механики используются для расчетов движения небесных тел.
Фундамент механики — это три закона движения, сформулированные Ньютоном. Первый из них — закон инерции. Согласно ему, любое тело либо остается неподвижным, либо сохраняет прямолинейное равномерное движение, если на него не действует никакая сила. Второй закон — закон силы. Если к телу будет приложена сила, то его движение ускорится; чем больше будет эта сила, тем сильнее ускорение. Ускорение также зависит от массы тела. Третий закон — закон противодействия. Любое действие вызывает равное по силе и противоположное по направлению противодействие.
Закон всемирного тяготения объяснял, почему планеты движутся вокруг Солнца, а спутники — вокруг планет, почему небесные тела имеют шарообразную форму, а на Земле происходят приливы.
На картине английского поэта и художника Уильяма Блейка Ньютон изображен в образе божественного геометра, воплощающего дух чистой науки
Ньютон способствовал развитию экономики Англии: много лет возглавляя Монетный двор, он провел реформу, которая благоприятно отразилась на благосостоянии страны
Второй закон Ньютона
Небе́сная меха́ника — раздел астрономии, применяющий законы механики для изучения движения небесных тел. Небесная механика занимается предвычислением положения Луны и планет, предсказанием места и времени затмений, в общем, определением реального движения космических тел.
Содержание
Законы движения Ньютона
Чтобы лучше понять методы и результаты небесной механики, познакомимся с законами Ньютона и проиллюстрируем их простыми примерами.
Законы Кеплера
Чтобы изучать движение небесных тел, познакомимся с силой гравитации. Лучше всего это сделать на примере взаимного движения двух тел: компонентов двойной звезды или Земли вокруг Солнца (для простоты предполагая, что другие планеты отсутствуют). К таким системам применимы законы Кеплера. В основе их лежит тот факт, что оба взаимодействующих тела движутся в одной плоскости. Это означает, что и сила гравитации всегда лежит в той же плоскости.
Закон эллипсов. Первый закон Кеплера утверждает, что планеты Солнечной системы движутся по эллипсам, в одном из фокусов которого находится Солнце. Фактически этот закон справедлив только для системы из двух тел, например для двойной звезды. Но и в Солнечной системе он выполняется довольно точно, поскольку на движение каждой планеты в основном влияет массивное Солнце, а все остальные тела влияют несравненно слабее.
Читайте также: