ПРОЛЕТ СКВОЗЬ СКОПЛЕНИЕ
p_6d2aa6642ae3df63
Звезда – спутник шарового звездного скопления сначала движется по эллиптической орбите вне скопления, а потом пролетает сквозь скопление, не испытывая тесных сближений с его отдельными звездами. Отметьте галочками, какие элементы орбиты звезды после вылета из скопления останутся такими же, какими они были до попадания в скопление. Элементы орбиты отсчитываются относительно некоторой фиксированной плоскости S, проходящей через центр скопления, и некоторого направления в этой плоскости ϒ (для долготы восходящего узла), аналогично плоскости эклиптики и направлению на точку весеннего равноденствия для элементов орбит в Солнечной системе. Графическое объяснение элементов дано на рисунке. Распределение плотности внутри скопления сферически симметрично. Действие тел вне скопления на звезду не учитывать.
| 1 | Большая полуось | a |
|---|---|---|
| 2 | Эксцентриситет | e |
| 3 | Долгота восходящего узла (угол между направлением ϒ и направлением на восходящий узел I в плоскости S) | Ω |
| 4 | Наклонение (угол между плоскостью S и плоскостью орбиты) | i |
| 5 | Аргумент перицентра (угол между направлениями на восходящий узел I и перицентр P в плоскости орбиты) | ω |
Решение
Показать решение
По условию задачи, скопление сферически симметрично, и до вступления внутрь него звезда движется по эллиптической орбите в плоскости, проходящей через центр скопления. Сила притяжения всегда будет направлена к центру скопления, в этой же плоскости, и звезда останется в ней после пролета через скопление. Неизменность самой плоскости означает постоянство наклонения i и долготы восходящего узла . Изобразим путь этой звезды в данной плоскости.
Обозначим точки влета звезды в скопление и ее вылета как и . Они находятся на одном расстоянии от центра скопления, равном ее радиусу. По закону сохранения энергии, величины скорости звезды в этот момент и одинаковы.
В любой момент времени, находится ли звезда снаружи или внутри скопления, она движется в сферически симметричном поле тяжести центрального тела. Это означает, что для нее справедлив II закон Кеплера, в соответствии с которым за любой малый промежуток времени радиус-вектор звезды будет описывать одинаковую малую площадь. Это относится и к моментам влета и вылета звезды из скопления. Следовательно, угол α между радиусомвектором и скоростью по модулю будет одинаков. Данный вывод можно получить и из закона сохранения момента импульса, а также еще из одного простого принципа: орбита должна оставаться симметричной относительно линии, соединяющей центр скопления и ближайшую к нему точку орбиты.
Равенство скоростей и углов между радиус-вектором и скоростью на равном расстоянии от центральной массы означает геометрическое равенство эллипсов орбиты до и после пролета звезды через скопление. Большая полуось a и эксцентриситет орбиты e не изменяются.
В результате пролета звезды сквозь скопление изменяется только ориентация эллипса в картинной плоскости или, что то же самое, угловое положение точки перицентра (P1 и P2). Это эквивалентно изменению аргумента перицентра (ω1 и ω2). Итак, окончательный ответ:
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|
| V | V | V | V |
Критерии
Показать критерии
Наиболее простым выводом в решении является неизменность плоскости орбиты звезды, что означает неизменность параметров Ω и i. Каждый из этих двух выводов оценивается по 1 баллу. Выводы о неизменности большой полуоси a и эксцентриситета e оцениваются по 2 балла. Наконец, 2 балла выставляется за указание на изменения аргумента перицентра ω.
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| V | 2 | 2 | 1 | 1 | 0 |
| - | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 |