為什麼地球的運行軌道是橢圓的?

2021-01-18 宇宙新思維
地球公轉軌道是橢圓

一,地球繞太陽的公轉軌道的確是橢圓,這是因為地球的運動速度與它所處的位置不匹配。

根據圓周運動的向心力公式F=mv/r,其中F為向心力,在這裡由地球所受太陽引力GMm/r提供,m為地球質量,v為地球公轉速度,r為日地平均距離,大小為1.49億千米,M為太陽質量,大小為1.9819x10^30千克,G為萬有引力常數,大小為6.67x10^-11牛·米/千克。因此上式變為F=mv/r=GMm/r,得出v=√GM/r,G和M一定,可以看出地球運動速度只與日地距離有關。不同位置距離對應著不同的速度,距離越遠,速度越小。

二,形成橢圓軌道的理論分析

如果地球的實際運動速度大於理論計算作圓周運動的應有速度,那地球的軌跡就會脫離圓周運動,開口變大,原因當然是這個速度做圓周運動需要的向心力大於太陽的引力。隨著地球軌跡偏離圓周,太陽對地球引力方向不再垂直於地球的運動方向,在地球運動反方向上受到一個引力分力加速度,對地球運動起到減速作用,直到它受到的引力大於它的實際速度對應的向心力,且引力方向與運動方向垂直時,地球停止遠離太陽,開始向太陽靠近(當然隨著遠離太陽,受到太陽的引力也在減小,不過因它的速度下降導致所需向心力也在減小,且減小速度大於引力減小速度,這意味著地球早晚會在太陽的引力作用下再次向太陽靠近),這個轉折點就是遠日點。

過了遠日點之後,地球在運動方向上受到了引力的一個分力作用,在這個作用下逐漸加速,隨著靠近太陽,引力方向變化越來越快,直到再次和運動方向垂直,這時地球運動速度最大,大於該位置作圓周運動的應有速度,所以地球再次遠離太陽……,周而復始,運動軌跡就是一個橢圓。

三,上面是假定地球的實際速度大於理論計算作圓周運動所需速度情況下的分析結果,那實際情況到底如何呢?

據科學家測定,地球近日點繞日的實際速度為30.3千米/秒。那理論計算是多少呢?下面我們來計算一下。按近地點日地距離r=v=√GM/r=√6.67x10^-11x1.9819x10^30/(1.471x10^11)≈29.97千米/秒,顯然實際速度大於理論計算值,因此如上分析,地球的公轉軌道是橢圓的。

實際上,在恆星系形成過程中,天體的實際運行速度都不可能和理論計算值完全一致,只不過那些差異較大的,或墜落中心天體,或飛離中心天體,剩下的這些差異較小的以橢圓軌道運行,宇宙中絕大多數天體軌道都是橢圓的。

相關焦點

  • 為什麼天體大多沿橢圓軌道運行?維持正圓軌道有多難
    為什麼天體大多沿橢圓軌道運行?對於這個問題的回答是:因為天體幾乎不可能沿正圓軌道運行,所以它只能沿橢圓軌道運行。天體運行的軌道其實是引力和天體沿直線運動的趨勢相互拉扯的結果,如果這兩者能達到平衡,就會得到正圓軌道。
  • 為什麼行星軌道是橢圓形而不是圓形的?
    可是,由於軌道是基於重力,慣性和質量的重複模式,它們怎麼可能不是一個完美的圓呢?四種可能的行星軌道軌道背後的基礎科學是,兩個有質量的天體會相互產生引力,從而影響它們在太空中的運動。這是天體物理學的基本原理。我們通常看到的軌道有一個大的天體和一個小得多的天體,所以大的天體看起來相對靜止,而較小的天體繞軌道運行。
  • 為什麼地球繞太陽轉軌跡是橢圓的,而不是圓?
    由於太陽和地球之間有萬有引力的作用,所以導致了地球圍繞太陽作周期性運行,而萬有引力和地球公轉所產生的離心力之間處於平衡狀態,地球才得以穩定運行。 曾經也有科學家們認為行星的運行軌道是標準的圓形,但是隨著克卜勒對行星軌道的深入研究,這一說法才漏出了破綻。
  • 為什麼行星軌道都是橢圓形而不是正圓形?
    在太陽系中,行星運行的軌道並不是正圓形,而是橢圓形(對太空中絕大多數的行星而言)。可是話又說回來,既然軌道是由重力,慣性以及質量所決定的重複模式,那為什麼軌道就不能是一個正圓呢?但事實上,除了一些距離太陽較近的行星的軌道是接近圓形的(地球的軌道就接近一個正圓),一個正圓形的軌道是很難形成的。其形成條件極其嚴苛:天體釋放到太陽系的能量所形成的軌道的離心率必須要為0。因此形成正圓形的軌道從理論上來講是可能的,但在宇宙中十分罕見。而橢圓形的軌道便是太陽系中各個行星軌道在現實中所存在的樣子。而橢圓形的軌道也比正圓形軌道常見得多。
  • 太陽系行星軌道為什麼不是閉合的橢圓?
    在宇宙中任何具有質量或能量的物體都會吸引其他具有質量或能量的物體,這就解釋了從地球上墜落的物體到行星的軌道,再到宇宙中最大結構的形成。廣義相對論預測了引力輻射也就是極端天體的軌道衰減問題,那太陽系內行星的軌道呢?我們先從牛頓引力和廣義相對論的區別說起,牛頓引力和廣義相對論的區別下圖中有關引力的描述只是一個更為接近基本真理的近似值。
  • 行星軌道為什麼是橢圓的?為什麼太陽只集中在一個焦點上?
    網友提問:為什麼行星軌道都是橢圓的?為什麼太陽只集中在一個焦點上,那麼另一個焦點又是什麼呢?答:這個問題總是困擾著我。簡短回答一下:這個問題從數學上超綱了,尤其是在第一年的物理學和微積分範圍外。事實上太陽在一個焦點是個再正常不過的事兒,更常見的是,另一個焦點什麼也沒有。
  • 中國人造地球衛星有幾種運行軌道?
    中國的「北鬥」導航衛星大部分運行在中軌道,少數運行在高軌道,這樣可兼顧導航定位和通信功能。中國大部分通信衛星都運行在高軌道,即赤道上空3.6萬千米的地球靜止軌道,以保證連續通信。按軌道形狀分還可分為圓軌道和橢圓軌道;按飛行方向分可分為順行軌道(與地球自轉方向相同)、逆行軌道(與地球自轉方向相反)、赤道軌道(在赤道上空繞地球飛行)和極軌道(經過地球南北極上空)。
  • 衛星運行軌道科普·地球篇
    在此軌道運行的衛星的星下點通過行星表面的任何給定地點時,都在相同的當地太陽時的軌道。(注意!很多人將太陽同步軌道與日心軌道弄混。太陽同步軌道的衛星依然繞地球運行,而日心軌道則是繞太陽運行)什麼意思呢?比如說,衛星在當地時間下午3點整通過某地上空。當該衛星再次飛經該地上空時,和上次一樣,還是下午3點。
  • 為什麼行星運動軌跡是橢圓,而不是圓形?在牛頓用微積分計算前,無人...
    好吧,這確實是橢圓的,至於為什麼是橢圓的,這是一個數學問題,我查閱了一些資料,可以用一個通俗易懂的方式來解釋這種軌道現象。 星圖歷史 從亞里斯多德(Aristotle)到哥白尼(Copernicus),每一個建立了太陽系模型的人都喜歡圓來表達。
  • 為什麼彗星軌道只有三種形式
    作者:卞德培 1986年3月1日,著名的哈雷彗星在離開地球76年後,再次出現在地球上空。今天,我們就來看看彗星運行的軌道是怎麼回事。 每年少則可以發現10來顆彗星,多則可以觀測到二三十顆。據統計,除去重複出現的彗星之外,總共觀測過的彗星不到2000顆,已經計算出軌道和確定了軌道形狀的,至少有七八百顆。
  • 擁有橢圓形公轉軌道的地球,為什麼沒有飛離或撞向太陽?
    比如,在地球的公轉軌道上,明明有近日點和遠日點這樣的特殊位置,那地球為什麼依然存在於我們的太陽系中,而沒有飛離或撞上太陽?地球公轉需要遵循的規律不止一個正如地球的自轉具有特殊的規律一樣,我們生活的這個星球在圍繞太陽進行公轉的時候,同樣也是在一個非實體的軌道上規律性的運行。
  • 我國實現極高橢圓軌道航天測控
    經過一年多的檢驗,正在空間運行的「探測一號」和「探測二號」衛星各項有效載荷運轉正常,測控數據傳輸順利,表明我國新一代航天測控通信系統對衛星實施了成功的測控管理。這標誌著我國航天測控能力實現了由近地軌道、地球同步軌道到極高橢圓軌道的新跨越。
  • 為什麼行星繞日是橢圓軌道,而不是正圓軌道?
    【每日科技網】  從理論上講,行星繞太陽的公轉軌道是圓形的概率非常非常低,低到幾乎為0。即使銀河系中真的發現了一個軌道是圓形的行星,它的圓形軌道也不會一直保持下去。
  • 「空垃圾袋物體」在地球上空600公裡的軌道上運行
    一個不明物體不規則地繞地球軌道運行,這讓天文學家感到困惑。空垃圾袋:不明物體讓天文學家感到困惑。研究人員認為,這個在地球上空近373英裡(600公裡)軌道上運行的外星物體可能是一個空垃圾袋(ETBO)。儘管它被認為是火箭發射的殘骸,但專家們並不清楚它究竟來自何方。由於ETBOs體積小、質量輕,其軌道模式難以預測是出了名的。專家們認為這顆奇怪的衛星很可能是一塊脆弱的材料,比如火箭上的金屬箔。
  • 天體運行軌道是橢圓,那麼看見的太陽和月亮會有大小變化嗎?
    雖然地球軌道存在近日點和遠日點,但是地球軌道的偏心率很小,使得近日點和遠日點的相對距離變化並不大,所以太陽看起來差不多大。太陽我們知道,地球繞太陽運轉的軌道是橢圓,然後太陽處於橢圓的一個焦點上,這就造成了地球有近日點和遠日點的區別。
  • 三維空間裡地球軌道是橢圓的,但在四維看地球竟然是沿直線運動!
    牛頓站在巨人的肩膀上為我們詮釋了萬有引力,規劃了自己的時空觀,我們才知道地球繞太陽公轉是因為太陽對地球的吸引力,但牛頓先生解釋不了這個被成為力的引力是怎麼產生的?愛因斯坦在牛頓的基礎上為我們解釋了物體之間為什麼有萬有引力以及地球為什麼要按彎曲的時空運動!
  • 地球公轉軌道並不是毫秒不差,也不可能正圓形,你知道為什麼嗎?
    有人提問:地球繞太陽轉,速度毫秒不差,但是,軌跡是橢圓的,說明有個力幹擾,這力來自何方?這是一個缺乏基本常識的問題。首先地球運行毫秒不差是什麼意思?地球每年的運行都在發生著變化,如果嚴格地說每時每刻都在發生著變化。
  • 從地心說到日心說,人類是如何發現行星軌道不是圓形而是橢圓的?
    三、克卜勒的計算方法克卜勒首先嘗試計算地球圍繞太陽的運行軌道。出於簡化的目的,在分析的時候假設火星軌道平面和地球軌道平面是完全重合的。但實際上,它們之間是交叉的,並不完全重合,只是這個夾角非常小,所以這樣處理所產生的誤差可以忽略不計。
  • 地球繞太陽轉,其軌跡是橢圓的,是不是說明有個力在進行幹擾?
    大家都知道,地球圍繞太陽作周期性運行的原因是太陽和地球之間的萬有引力作用,由於萬有引力和地球公轉產生的離心力之間處於平衡狀態,才得以確保地球不被太陽的引力吸走,也不會被甩出去。那麼,為何地球繞太陽運轉的軌道不是正圓而是橢圓呢?
  • 天文學家說在地球軌道上還有一個準地球,只是運行方式無法發現
    於是,有人為了迎合這一想法,就說在我們地球繞太陽的軌道上,有一個現成的與地球完全一樣的「準地球」。1997年10月,哈薩克斯坦有一位名叫康拜圖拉馬胡託夫的天 文學家發表一篇論文,他認為在太陽系中還有一個人類尚不知曉的神 秘星球——準地球。