В школе нас учили, что орбиты планет эллиптические. Однако орбиты кажутся круговыми. Почему это так? Существуют ли какие-либо законы ими управляющие?
Давайте поговорим о самом основном аспекте Солнечной системы. В центре находится Солнце, и все планеты вращаются вокруг Солнца. В нашей Солнечной системе восемь планет. Вы их наверняка знаете.
Форма орбиты Плутона
Когда в 1930 году был открыт Плутон, не существовало общепринятого определения термина «планета». Официальное разграничение было предложено только в 2006 году. Планета должна: а) вращаться вокруг Солнца; б) быть достаточно большой, чтобы гравитация преодолевала прочность материала, из которого она состоит, заставляя планету более или менее сжиматься в форму сферы, и; в) она должна очистить свой путь от всего остального мусора.
Плутон удовлетворяет категориям a и b, но не c. Это потому, что у Плутона странная орбита по сравнению с другими планетами. В то время как орбита других планет более или менее круглая, орбита Плутона пересекает орбиту восьмой планеты, и она ныряет в облако мелких объектов, что означает, что ее путь не расчищен. Итак, Плутон не проходит планетарный тест, и мы двигаемся дальше.
Но случай с Плутоном поднимает важный момент, и это форма орбиты планеты. Орбиты планет выглядят впечатляюще круглыми, ну или более-менее круглыми. Но это не так. И это подводит нас к тому моменту, когда мы пересматриваем некоторые вещи, которые когда-то изучили. Орбиты планет, строго говоря, являются эллипсами. Эллипс как мы знаем – это сплющенный круг.
Когда Земля находится в афелии, она находится почти в 152 миллионах километров от Солнца. При ближайшем расстоянии в 147 млн км и самом дальнем разница невелика, всего 4%. И хоть это совсем немного орбита Земли, строго говоря, эллиптическая.
Универсальный закон всемирного тяготения Ньютона
Ученый открывший эллиптические орбиты планет был Йоханнес Кеплер. Он просто использовал некоторые точные наблюдения и выявил форму орбит. Но он не мог понять, почему это так.
Объяснения появились в 1686 году, когда Исаак Ньютон объяснил эллиптическое поведение, рассматривая Солнце и планеты как точечные массы, и постулируя, что сила тяжести ослабевает пропорционально квадрату расстояния между двумя объектами.
Уравнение, которое воплощает эти идеи, называется универсальным законом тяготения Ньютона, и выглядит следующим образом:
Используя это уравнение и другие, которые он вывел, Ньютон смог вычислить, что орбиты планет должны быть эллиптическими. И это стало триумфом физики и астрономии.