пятница, 22 июля 2011 г.

Движение Небесных Тел


 Центр тяжести Земли движется относительно центра масс системы Земля+Луна. Последний находится на линии, соединяющей центры масс Земли и Луны, на расстоянии, равном  км от центра тяжести Земли, где  - расстояние между Землей и Луной, массы которых равны .





















Рис.37.
Движение Луны вокруг центра масс Земли и Луны. Центр масс движется по гладкому эллипсу вокруг Солнца. Размеры преувеличены, но относительные положения центра Луны и центра масс правильны.
Рис.25.
Орбита Луны вокруг Солнца (1). Отклонения от идеального эллипса на графике сильно преувеличены; даже в этом случае лунная орбита всегда выпукла относительно Солнца, что можно увидеть, если наклонить страницу и смотреть вдоль штриховой линии. Сплошная линия - орбита Земли, штриховая линия - орбита Луны.  
Луна обращается вокруг Солнца по почти эллиптической орбите, пересекающейся с орбитой Земли, и движется не по инерции, а принудительно. К полнолунию скорость Луны увеличивается и становится больше скорости Земли на 1 км/с, а к новолунию - уменьшается и становится меньше скорости Земли на 1 км/с, поэтому Луна движется как бы наперегонки с Землёй, оказываясь то впереди неё, то позади. Земному же наблюдателю кажется, что Луна обращается вокруг Земли со скоростью 1 км/с.
Средняя скорость обращения центра масс Луны и Земли вокруг Солнца составляет 30 км/с. Скорость Луны в полнолуние достигает 31 км/с, а в новолуние - 29 км/с. При движении Луны от новолуния к полнолунию её скорость за 13,65 земных суток увеличивается на 2 км/с, а затем уменьшается. Вследствие неравномерности движения Луна за одно и то же время пролетает при переходе из первой четверти (FQ) в третью (TQ) на 1500000 км больше, чем при переходе из TQ в FQ (рис. 37, рис. 25, диаграмма 2, исправленная мною - Ю.К.). Аналогичным образом наперегонки с Землёй летают и искусственные спутники Земли.

2) Центр тяжести системы Земля+Луна движется вокруг Солнца по орбите, элементы которой не являются постоянными, а являются функциями времени. Орбита близка к круговой; эксцентриситет орбиты равен . Орбита центра тяжести системы Земля+Луна является возмущенной вследствие притяжения Земли, Луны и Солнца планетами. Из-за возмущений движение центра тяжести системы Земля+Луна отличается от кеплеровского движения, однако это отличие не превышает в долготе , в широте .
3) Центр Солнца движется относительно центра тяжести солнечной системы - барицентра. Движение центра Солнца относительно барицентра солнечной системы определяется, главным образом, двумя наиболее массивными планетами - Юпитером и Сатурном и представляется двумя почти круговыми движениями с периодами обращения этих планет ( и  лет). Радиус круговых движений центра Солнца относительно барицентра равен примерно для Юпитера и  для Сатурна ( и  - отношения массы Солнца к массам Юпитера и Сатурна) (рис. 3.16).


Рис. 3.16. Движение Солнца относительно барицентра солнечной системы в эклиптической системе координат на интервале времени 1900 - 2000 гг. Промежуток между точками равен одному году.
Солнце удаляется от центра масс солнечной системы на величину, не превышающую двух радиусов Солнца.Орбитальные скорости движения Юпитера и Сатурна равны примерно 13 км/с и 9,5 км/с, соответственно компоненты скорости движения центра Солнца, вызываемые этими планетами, составляют .
Картинка 10 из 12



Еще ближе к истине подошел выдающийся гелиофизик Теодор Ландшайдт, который открыл тесную связь между солнечной активностью и ускорением в движении барицентра солнечной системы [26-28] (см. рис. 2). Он определил, что именно максимум ускорения движения барицентра является спусковым механизмом солнечной активности и указал на неразработанность теории физики солнечного ядра.


Рис. 2. Движение барицентра солнечной системы за последние полстолетия, Landscheidt, 1976, [26].



Тритиевый цикл Солнца
Дейтерий, будучи стабильным элементом накапливается в солнечной атмосфере. Тритий также может накапливаться, если скорость его образования будет выше, чем скорость естественного распада и расхода на ядерные взрывы с реакциями синтеза гелия из изотопов водорода. Основной реакцией является

2D + 3T -> 4He + n + 17.6 MeV

Период полураспада трития 12.26 лет [29]. Отсюда можно сделать вывод, что при импульсном, то есть одновременном расходе трития, максимум следующей концентрации будет наблюдаться через 12±4 года в зависимости от скорости его образования. Так оно и есть. Циклы солнечной активности повторяются именно через такие промежутки или исчезают на десятилетия, пока не созреют условия для их возникновения, то есть если скорость накопления трития будет ниже скорости его распада. Один из таких минимумов, названный Дж. Эдди [30] Маундеровским минимумом, имевший место 1645 - 1715 годы, был открыт в 1852 году Й. Р. Вольфом [31, 32] и подробно описан Г. Шпёрером и Е. Маундером [33].
Как известно [34], это время климатологи называют “малой ледниковой эпохой” или “стадией Фернау” (название тирольского ледника), когда глобальная температура снизилась почти на 1o.

Исходя из изложенных выше соображений и фактов автор пришел к следующей схеме солнечной активности.
Раз в 8 - 16 лет у поверхности метатвердого солнечного ядра возникают условия инициации ядерных реакций синтеза гелия из протий-дейтерий-тритиевой газовой смеси. Эти условия возникают в момент наивысшей эмиссии нейтронов из метатвердого ядра. В этот момент вблизи ядра образуется много спонтанно делящихся изотопов тяжелых элементов, создающих условия цепной ядерной реакции и концентрация трития превышает критическое значение, необходимое для возникновения термоядерного взрыва.
Особенностью процесса является то, что основной DT-термоядерный процесс инициируется низкоэнергетическими ядерными реакциями более тяжелых элементов, насыщенных нейтронами, аналогично атомному запалу водородной бомбы. Это реально наблюдаемая фаза предвспышечного нарастания активности, “разогревающая” место будущего TD-взрыва. Согласно расчетам автора даже в центре Солнца в отсутствие взрывов температура не превышает 150000 oK [15].

Показано движение центра Солнца с 1940 по 2000 гг. Желтый круг – положение Солнца в 1990 г., когда его центр совпадал с центром масс системы – белая точка. С 1978 по 1986 гг. центр масс находился за пределами солнечного диска. В это время был “парад планет”. В последнее пятилетие XX века – центр тоже вне солнечного диска.



Перемещение центра Солнца относительно центра масс.





 Первым, достаточно очевидным результатом, является тот факт, что эллиптические траектории движения каждого из тел становятся невозможными.

    Сила Кариолиса, действующая на каждое из тел системы, растягивает эллиптическую траекторию движения, и на каждом витке делает
ее более круглой, постепенно приближая эллиптическую траекторию движения к круговой.


    2. В свою очередь, пара сил Кариолиса создают момент сил, заставляющих всю систему тел вращаться как единое целое вокруг центра масс системы.























Как же будет двигаться система двух тел при учете рассматриваемых особенностей движения?




    Как показывают результаты численного моделирования движения "системы двух тел", разных типов траекторий движения, удовлетворяющих
всем законам Кеплера и всем законам сохранения, может быть быть достаточно много.

    Например, на рисунке слева показана спиралевидная траектория "Спираль внутрь системы".

    Желтая траектория движения показывает движение тела с большой массой (Земля на рисунке).

    Красная спиралевидная кривая показывает движение тела с малой массой (Луна на рисунке).

    Фон рисунка показывает аналогичную, но уже вполне реальную спиралевидную траекторию движения небесных тел (взята одна из
фотографий звездного неба из каталога NASA, журнала "Space" ).

    В данном случае, начав свое движение на периферии, тела стремятся внутрь системы, постепенно
трансформируя траекторию своего движения в круговую траекторию.

    Разумеется, время такой трансформации бесконечно велико, поскольку сила Кариолиса, при стремлении траекторий
движения к окружности, стремится к нулю.


    Несколько иной тип траекторий показан на рисунке справа.

    В этом случае начальные условия движения таковы, что тела первоначально удаляются друг от друга, но постепенно
их траектории движения тоже приобретают форму окружностей.



    Как уже было сказано ранее, различных типов траекторий движения системы двух небесных тел, достаточно много.



    Но самое интересное заключается в том, что среди всего многообразия РЕАЛЬНЫХ траекторий движения "системы двух тел" мы не обнаруживаем ни одной
"эллиптической" траектории движения.

    Причем эллиптическую траекторию движения мы не обнаруживаем ни в "планетных системах", ни в системах "двойных звезд", ни в "системах спутников планет",
ни в любых иных системах.

    Доминируют во всем этом "хаосе движений" круговые и спиралевидные траектории, а не эллиптические.

    Разумеется, некоторое внешнее сходство с эллиптическими траекториями мы наблюдаем и в моделировании, и в реальной жизни.



    Но "чистых" эллиптических траекторий движения, о которых нам говорили Кеплер, Гук и Ньютон, и в существовании которых
нас пытается убедить современная "классическая механика", мы не наблюдаем НИКОГДА.

четверг, 21 июля 2011 г.

Солнце всходит и заходит...The sun rises and sets




Астрономия у нас как правило ассоциируется с ночным небом, полным россыпью звезд. Но Солнце - тоже небесное светило, только дневное. Как и звезды оно восходит, поднимается к полудню и заходит, уступая место многочисленным ночным светилам.
С одной стороны мы часто слышим неграмотные утверждения наподобие "Солнце восходит на востоке и заходит на западе" или "Смена сезонов года бывает из-за приближения и удаления Солнца", "В полдень Солнце находится в зените". С другой - каждый зрячий человек в своей жизни наблюдал восходы и заходы Дневного светила, степенное восхождение к полудню на максимальную высоту над южным горизонтом, зависящим от сезона года. Каждый знает, что летом дни длинные, а ночи короткие, зимой наоборот.
Давайте попробуем опираться на тот наблюдательный опыт, который у нас уже есть. Таким опытом пользовались и древние люди, когда определяли сроки посева, когда строили каменные календари и пирамиды. Их может заметить каждый, если будет знать, за чем конкретно нужно наблюдать.
Рис. 1. Вид Солнца в
небольшой телескоп.
Подробнее...
Темы, в которых нужно использовать пространственное воображение, практически невозможно объяснить без иллюстраций. Небесные светила мы можем всегда увидеть в ясную погоду. Наблюдать Солнце удобно еще и потому, что можно это сделать днем :-) (непривычно для астронома, да?). Увидеть его можно и в телескоп (с фильтром, разумеется) или на экране (рис. 1). Рассказ об источнике солнечной энергии, пятнах и факелах отложим на следующие страницы, а сейчас речь пойдет о видимом его движении.
Если невооруженным глазом смотреть на Солнце (следует пользоваться фильтром), то его явного движения мы не замечаем. Но стоит подождать часок-другой, как вы увидите, что относительно земных предметов наш объект наблюдений переместился вправо, а именно, в сторону запада. Но даже за меньшее время можно заметить его перемещение, применив несложные приспособления. Например, на подоконнике (или между стекол) устанавливается небольшое зеркало, отбрасывающее "зайчик" на стену. "Солнечный зверек" за относительно небольшое время пробежит, точнее, проползет :-) заметный путь. Экспериментом подтверждается всем известный факт видимого движения светила. Причина - конечно, вращение Земли вокруг своей оси.
Любому известно также, что тени от предметов перемещаются в течение дня, изменяется и их длина. Но не каждый знает, как это использовать для определения времени. Несложные солнечные часы (рис. 2) нетрудно соорудить на стене своего дома или дачи. Подробнее...
Рис. 2. Настенные
солнечные часы.
Рис. 3. Живые "солнечные
часы" во дворе школы.
Рис. 4. Садовые
солнечные часы
Вы можете сами найти в сети Интернет множество иллюстраций, фотографий по солнечным часам. Они в изобилии имеются в информационном пространстве Интернет. Один из способов их поиска - это раздел "Картинки" в Google.com, в данном случае, пользуясь ключевым словом "sundial".
Теперь требуется выяснить, как движется Солнце относительно горизонта. Мы привыкли утверждать, что Светило восходит на востоке и заходит на западе. Так ли это? Наверняка каждый замечал, что зимой суточный путь Солнца короток (и день также короткий). Точки восхода и захода при этом смещены к югу, т.е. находятся на юго-востоке и юго-западе. Летом в противоположность этому суточный путь длинный, начинается на северо-востоке и заканчивается на северо-западе. И лишь в равноденствия (21 марта и 23 сентября), когда день равен ночи, Солнце действительно восходит в точке востока и заходит в точке запада. Это, как видите, происходит два раза в год.
И уж конечно в средних широтах дневное светило через зенит вовсе не проходит. Но зимой оно максимально поднимается гораздо ниже, чем летом. Отсюда объяснение смены времен года: скользящие по земной поверхности лучи света дают горадо меньше тепла, чем прямые. Один ученик объяснял тот факт, что зимой холодно так: "... зимой на улице лежит снег и лед, поэтому холодно" :-).
Суточный путь Солнца можно сфотографировать. Для этого делается серия снимков, а затем складываются в один (рис. 6, 7). Фотографический способ сложения, которым пользовались в недавнем прошлом, сложен и может отбить желание экспериментировать. Но в этом может помочь программа Adobe Photoshop и сканер.
Рис. 6. Трек
заходящего Солнца.
Рис. 7. Трек Солнца в
течение дня.
Снимки Ulrich Beinert
Монтаж делается следующим образом. Снимки Солнца, на которых есть также и земные опорные объекты (дома, деревья и др.) сканируются и вставляются в слои Photoshop. Нижний слой оставляется непрозрачным, на каждый последующий слой устанавливается прозрачность 1/2 (50%), 1/3 (33%), 1/4 (25%) и т.д. Разумеется, при вставке каждого последующего слоя его нужно точно позиционировать относительно уже вставленных.
Неважно, что монтаж сделан при помощи компьютера, а не неподвижной специальной камерой. Ведь правильно смонтированная картинка будет соответствовать действительности. Компьютер - это ведь инструмент, а самоцель и здесь его возможности могут быть весьма востребованы.
А еще можно производить съемку Солнца в течение года в один и тот же час (можно не каждый день, конечно). Неискушенный в астрономии читатель скажет: "Мы получим линию из изображений Солнца." А нет! Получается красивейшая фигура с не менее красивым названием "аналемма" (рис. 8, 9). Читатель забыл, что Земля вращается вокруг Солнца не точно по окружности, а по слегка вытянутому эллипсу. Зимой Земля ближе к Солнцу, движется по орбите быстрее, поэтому сутки чуть короче (нижняя часть "восьмерки"). Летом - наоборот.
Получить такой снимок уже непросто, требуется терпение и умение. С другой стороны, это новое поле для изобретения способа съемки. Например, можно регулярно снимать пол собственной комнаты в определенный час. Прямой солнечный свет заслоняется куском картона с небольшим отверстием. Луч, прошедший через отверстие, также при данном способе съемки начертит на полу аналемму (рис. 10).
Рис. 8. Фото Dennis di Cicco,
журнал "Sky and Telescope".
Рис. 9.
Аналемма.
Рис. 10. Аналемма
на полу комнаты
В сети Интернет изображения аналеммы легко найти также через поисковый сервис Google.com, в данном случае, пользуясь ключевым словом "analemma".
Видимые движения светил без труда моделируются астрономическими программами, такими, как RedShift или StarryNight. Но работа с компьютером, сетью Интернет, с книгой - это всего лишь способы больше узнать о том, что каждый вечер видим над собой, заметить это и удивиться.
источник http://astrometric.sai.msu.ru/stump/html/1_109.html


Увеличенный фрагмент одного из камней -обсерватория в Ирландии.

Видимое годовое движение Солнца
Перейдем от реального движения Земли в пространстве к видимому движению Солнца для наблюдателя, находящегося на широте , . В течение года центр Солнца движется по большому кругу небесной сферы, по эклиптике, против часовой стрелки. Поскольку плоскость эклиптики в пространстве неподвижна относительно звезд, то эклиптика вместе со звездами будет участвовать в суточном вращении небесной сферы. В отличие от небесного экватора и небесного меридиана эклиптика будет менять свое положение относительно горизонта в течение суток.
Как изменяются координаты Солнца в течение года? Прямое восхождение  изменяется от 0 до 24h, а склонение изменяется от - до +. Лучше всего это можно увидеть на небесной карте экваториальной зоны (рис. 13).



Рис. 13. Изменение экваториальных координат Солнца в течение года

Для четырех дней в году мы знаем координаты Солнца точно. Ниже в таблице даны эти сведения.


Таблица. Данные о Солнце в дни равноденствий и солнцестояний
Датат. восходат. заходаhmax
21 марта0o 00'0h 00mEW
22 июня23o 26'6h 00mсев.-вост.сев.-зап.
23 сентября0o 00'12h 00mEW
22 декабря-23o 26'18h 00mюг.-вост.юг.-зап.

В таблице указана также полуденная (в момент верхней кульминации) высота Солнца на эти даты. Для того, чтобы вычислить высоту Солнца в моменты кульминаций на любой другой день года, нам необходимо знать  в этот день:


Таким образом, перед нами встает задача научиться приближенно рассчитывать координаты Солнца на любой день года.
В первом приближении Солнце движется по эклиптике равномерно: за 365d проходит 360o, примерно 1o в сутки, а точнее 59'.2. Как будут при этом меняться  и ? Точный ответ можно получить только из решения сферических треугольников, и в данном курсе мы этим заниматься не будем. Важно понять, что даже при строго равномерном движении Солнца по эклиптике (что, вообще говоря, не так из-за эллиптичности земной орбиты: вблизи перигелия Земля, а соответственно и Солнце среди звезд, движется быстрее, чем в афелии), изменение экваториальных координат Солнца происходит неравномерно. Мы пренебрежем здесь неравномерностью в изменении прямого восхождения, и будем считать, что суточное изменение  = 59'.2. Склонение быстрее всего изменяется вблизи равноденствий, примерно  в сутки в течение 30d до и в течение 30d после равноденствия. Медленнее всего изменения склонения Солнца происходят вблизи солнцестояний:  в сутки в течение 30d до и в течение 30d после солнцестояния. В промежутках скорость изменения склонения Солнца приблизительно  в сутки. Подробнее скорость изменения склонения в разное время года представлена в таблице 2.


Таблица. Скорость изменения склонения Солнца в течение года
Даты/сутки
19 февраля - 20 апреля+ 0o.4
21 апреля - 22 мая+ 0o.3
23 мая - 22 июня+ 0o.1
22 июня - 22 июля- 0o.1
23 июля - 21 августа- 0o.3
22 августа - 23 октября- 0o.4
24 октября - 22 ноября- 0o.3
23 ноября - 22 декабря- 0o.1
22 декабря - 21 января+ 0o.1
22 января - 18 февраля+ 0o.3

Этой таблицей мы будем пользоваться, чтобы вычислять склонение Солнца на любой день года.
для более подробного изучения http://www.astronet.ru/db/msg/1175354/node7.html

А вот что изображено на камнях древней обсерватории 
Knowth Kerbstone K78
сравните со схемой
Тропический год
думаю таким образом велись расчёты при наблюдении за небесными объектами.



график изменения скорости Солнца  (2005-2009 годы)

Синусоида с годичным периодом (штриховая кривая) дает разность между истинным и средним временем, обусловленную неравномерным движением Солнца по эклиптике. Эта часть уравнения времени называется уравнением центра или уравнением от эксцентриситета. Синусоида с полугодичным периодом (штрих-пунктирная кривая) представляет разность времен, вызванную наклоном эклиптики к небесному экватору, и называется уравнением от наклона эклиптики.
Период в 4 года.



Временные периоды.
11 летний период.

22летний период.


Менора -отражение небосвода.



Вот пример, что изображалось на щитах у Кельтов

Вот такие совпадения встречаются.