ABC astronomii - E Is for Ecliptic

• Może 21, 2024

Około pięć miliardów lat temu Słońce było zawrotną młodą istotą. Obracał się wokół własnej osi, a wokół niego obracał się ogromny zakurzony dysk. Planety, księżyce, asteroidy i inne obiekty uformowane z materiału dysku. Chociaż dysk już nie istnieje, zajmowana przez niego płaszczyzna jest nadal oznaczona orbitami ciał Układu Słonecznego. To się nazywa płaszczyzna ekliptyki. Orbity nie są okrągłe, są raczej zgniecionymi kołami znanymi jako elipsy. The ekscentryczność orbity mówi nam, jak zgnieciony jest jej kształt.

Ekliptyka
Gdy Ziemia podróżuje wokół Słońca każdego roku, widzimy, jak zmienia się pozycja Słońca na tle nieruchomych gwiazd. Ścieżka, którą się wydaje, nazywa się ekliptyką. Konstelacje leżące wzdłuż tej ścieżki służyły jako rodzaj kalendarza i miały znaczenie religijne dla starożytnych ludzi. Są to konstelacje zodiaku.

Zamiast myśleć o ekliptyce jako o ścieżce, spróbuj wyobrazić ją sobie jako płaską powierzchnię, płaszczyznę. Rozciągałby się od Słońca na zewnątrz do Układu Słonecznego. Planety krążą po płaszczyźnie ekliptyki. Osiem planet znajduje się w tej samej płaszczyźnie. Jednak orbita Plutona jest przechylona do ekliptyki o 17 stopni.

Zatem ekliptyka jest tam, gdzie są planety i jest to środkowa linia zodiaku. Ale dlaczego nazywa się to ekliptyką? To dlatego, że jest związany z zaćmienia. Chociaż Księżyc znajduje się również na ekliptyce, jego orbita jest lekko pochylona - około 5 stopni - w kierunku orbity Ziemi. Są dwa punkty, w których krzyżują się orbity, i są one nazywane węzły. Jeśli jest nowy Księżyc lub Księżyc w pełni, gdy Księżyc jest w węźle, Słońce, Ziemia i Księżyc są ustawione w kolejce zaćmienie.

Elipsa
Przez wieki ludzie zakładali, że orbity są okrągłe, a Ziemia znajduje się w centrum kosmosu. Kręgi i kule, będące doskonałymi kształtami, były cechą niebios i kontrastem z naszą niedoskonałą Ziemią. W rzeczywistości orbity planetarne w Układzie Słonecznym są wystarczająco blisko, by być okrągłe, że wykrycie ich nie wymaga wielu uważnych obserwacji i pomiarów.

Jeśli jednak założymy, że orbity są okrągłe, przewidywania dotyczące ruchu planet nie będą dokładne, podobnie jak prognozy wydarzeń, takich jak tranzyt Wenus. Aby dopasować model do obserwacji, Ptolemeusz (90-168) miał planety poruszające się na skomplikowanym układzie kół. W rzeczywistości działało dość dobrze pod względem prognoz, ale z biegiem czasu błędy stały się zauważalne.

Nastąpiła pewna poprawa, gdy Kopernik umieścił Słońce w centrum układu. Jednak nadal nie była dokładna, ponieważ Kopernik utrzymywał okrągłe orbity. Przełom nastąpił dzięki dziełu Johannesa Keplera (1571–1630). Kepler, który był matematykiem, przez lata dokładniej obserwował Tycho Brahe (1546–1601), aby zrozumieć ruchy planet. Dopiero kiedy wpadł na pomysł, że być może orbity nie były okrągłe, był w stanie dopasować teorię do obserwacji.

Kepler stwierdził, że orbity były elipsami. To pasowało do danych Brahego, a Kepler był w stanie opisać je matematycznie.

Elipsa to zgnieciony okrąg z dwoma punktami zwanymi ogniska. Pod względem Układu Słonecznego orbity planet są elipsami, a Słońce jest w jednym ognisku. Okrąg jest szczególnym przypadkiem elipsy, w której oba ogniska znajdują się w tym samym miejscu.

Ekscentryczność
Mimośród jest terminem, który mówi nam, jak zaokrąglona jest elipsa, w skali od 0 do 1. Koło ma mimośrodowość 0 (e = 0). Elipsa nie może mieć ekscentryczności równej 1, ale bardzo długa wąska elipsa może być bliska 1. Planety Układu Słonecznego nie mają wysoce ekscentrycznych orbit. Wenus ma najbardziej zaokrągloną orbitę o e = 0,0068. Planeta karłowata Pluton ma najbardziej ekscentryczną orbitę (e = 0,2488), a jak widzieliśmy na wcześniejszym schemacie, jej orbita jest również wyraźnie przechylona względem ekliptyki. Jest to cecha wielu najbardziej odległych obiektów, które mają mimośrodowe i pochylone orbity.