Перейти к содержанию

Подборка

Подборки хранятся в этом браузере без учётной записи. Для них нужен включённый JavaScript.

9/10/11.5 ЛЕТЯЩИЕ ВДАЛИ

АстрономияЗаключительныйКлассы неизвестны2022БлицЕсть решение редакция rv_e81c499f3cff67f8 ID p_4a84a47315843e1b

Перед Вами карта участка неба с треками четырех малых тел Солнечной системы в течение трех лет. Символы соответствуют положениям тел с интервалом в четверть года, символы в начале и конце треков увеличены в размерах. Масштаб карты показан в правом нижнем углу, на врезках показаны треки тел A и D с увеличением в два раза. Известно, что орбиты всех четырех тел эллиптические, в середине данного трехлетнего периода все они оказались в противостоянии с Солнцем и в точках перигелия либо афелия своих орбит. Тела движутся по орбитам в том же направлении, что и Земля. Считая орбиту Земли круговой, расставьте тела A, B, C и D в порядке возрастания их орбитальных периодов, от самого короткого до самого длительного.

Решение

Показать решение

Данных на карте достаточно, чтобы с нужной точностью определить периоды вращения всех четырех тел и расставить их в порядке возрастания. Но мы можем обратить внимание на некоторые качественные факторы, которые дают возможность быстро подойти к правильному ответу.

Сразу отметим, что все четыре тела движутся в небе параллельно эклиптике. Для далеких тел это означает, что их среднее за год удаление от эклиптики в это время практически равно углу наклона их орбиты к плоскости орбиты Земли. По рисунку мы видим, что тела В и C удалены от эклиптики на одинаковый угол (4°), а тела A и D втрое дальше от нее (наклонение 12°).

Еще один примечательный факт: вертикальная толщина петель, описываемых четырьмя телами на небе, практически одинакова. Для далеких тел с не очень большим наклоном орбит эта толщина близка к удвоенному угловому расстоянию от эклиптики i, деленному на пространственное расстояние от Солнца до тела r, в чем можно убедиться из рисунка ниже.

Действительно, толщина петли β ≈ d/r = 2ai/r, здесь a – радиус орбиты Земли. По карте мы можем определить угол β, равный 0.6° для всех тел, и далее получить, что тела B и C удалены от Солнца на 13 а.е., а тела A и D втрое дальше, около 40 а.е. от Солнца. Как мы увидим далее, эти цифры весьма близки к действительности. Их же можно получить с помощью более сложных, но более точных измерений годичного параллакса малых тел.

Даже не делая расчетов, мы видим, что тело B за время наблюдений смещается на больший угол по орбите, чем тело C, расположенное на том же расстоянии от Солнца. Следовательно, большая полуось орбиты тела B больше, чем у тела C. Аналогичный вывод мы можем сделать относительно тел A и D.

Далее, у тел A и B соседние петли касаются друг друга, что говорит о пропорциональности угловых скоростей и параллаксов (обратных расстояний), то есть, равенстве линейных орбитальных скоростей этих тел в период наблюдений. Находясь втрое дальше тела B, но двигаясь перпендикулярно радиусу-вектору с той же скоростью, тело A, очевидно, имеет больший период. Аналогично, тело D имеет больший период, чем тело C, у которого вид петель на небе имеет аналогичный вид – касаются петли, разделенные двумя синодическими периодами.

Итак, практически без расчетов мы получили, что тела должны располагаться в порядке возрастания орбитальных периодов как C-B-D-A или C-D-B-A. Наиболее трудной задачей является сравнение периодов тел B и D, однако и здесь можно получить ответ без сложных измерений и вычислений.

Как мы уже говорили, линейные скорости орбитального движения тел A и B практически равны друг другу. Тем не менее, в три раза более далекое тело A, по условию задачи, движется по эллиптической орбите, то есть эта скорость не превышает параболическую скорость для расстояния rA = 3rB. На расстоянии rB эта скорость будет меньше параболической, деленной на 3 или, иными словами, меньше круговой скорости, деленной на 21/2/3. То есть, тело B в момент наблюдений находится в афелии своей орбиты, большая полуось которой меньше rB.

Тело D во время наблюдений располагается на расстоянии 3rB, и каким близким к Солнцу не был бы его перигелий, большая полуось не может быть меньше 3rB/2, что с уверенностью

превосходит величину большой полуоси тела B. Итак, правильный ответ на вопрос задачи: C, B, D, A.

В заключение приведем истинные параметры орбит тел, использовавшиеся при моделировании условия задания (текущие параметры относятся к середине интервала):

ТелоТекущее
расстояние
от
Солнца, а.е.
Текущее
положение
на
орбите
Наклон
орбиты,
градусы
Эксцентри
ситет
Большая
полуось
орбиты,
а.е.
Период
обращения,
годы
C13.00афелий4.000.7887.28119.60
B13.00афелий4.000.3889.36628.66
D39.00афелий12.000.36128.66153.4
A39.00перигелий12.000.837239.33701

Критерии

Показать критерии

Оценка выставляется, исходя из числа правильных пар в последовательности ответа участника по алгоритму, аналогичному заданию 1.