Orbita lunare attorno al sole

La Terra gira intorno al Sole e la Luna gira intorno alla Terra. Per curiosità ho iniziato a pensare all'orbita della Luna attorno al Sole e mi aspettavo (supponendo) che fosse il seguente:

Ma su Wikipedia e alcuni altri siti ho scoperto che l'orbita è in realtà così:

Ho 3 domande:

1. Qual è la ragione di questa differenza tra variazione ipotizzata e reale del percorso?
2. Questo percorso è stato così dalla formazione della Luna?
3. I satelliti naturali di altri pianeti seguono anche la stessa orbita attorno al Sole?

Dopo ulteriori ricerche ho scoperto una spiegazione migliore e più semplice per quanto riguarda il percorso dell'orbita su YouTube per gli interessati, assicurati di verificarlo.

Qual è la ragione di questa differenza tra variazione ipotizzata e reale del percorso?

Anche la tua seconda immagine non è corretta. Immagina di ingrandire una piccola porzione dell'orbita lunare attorno al Sole, ad esempio una luna piena all'altra, con il Sole ingrandito dall'immagine. Ora immagina di tracciare un segmento di linea da una cuspide esterna (luna piena) a quella successiva. In entrambe le tue immagini, quel segmento di linea incrocia fuori dalla curva. In altre parole, entrambe le curve sono concave.

Confrontalo con l'orbita della luna sul Sole. Questa è una curva convessa. Se si selezionano due punti su quella curva e si traccia un segmento di linea tra loro, l'intero segmento sarà posizionato all'interno o all'interno della curva. La ragione per cui l'orbita della Luna attorno al Sole è convessa è perché la forza gravitazionale esercitata dal Sole sulla Luna è più del doppio di quella esercitata dalla Terra sulla Luna. L'orbita sarebbe concava se la Luna fosse più vicina alla Terra di 259000 km (circa 40,6 raggi terrestri). Poiché la Luna orbita a circa 385000 km (circa 60,4 raggi terrestri), l'orbita della Luna attorno al Sole è convessa.

Che l'orbita di una luna attorno al Sole sia non semplice (prima immagine nella domanda), semplice / concava (seconda immagine nella domanda) o semplice / convessa (orbita della Luna attorno al Sole), le deviazioni da un'ellisse sono molto piccolo. Per quanto riguarda il sistema Terra-Luna, le deviazioni sono così piccole che alla risoluzione tracciata (288x288 pixel), le orbite della Terra, il baricentro Terra-Luna e la Luna attorno al Sole saranno proprio in cima a una un altro. Il motivo per cui le variazioni sono così piccole (meno di un pixel a 288x288 pixel) è a causa dell'enorme rapporto tra le dimensioni dell'orbita Terra / Luna attorno al Sole rispetto alle dimensioni dell'orbita della Luna attorno alla Terra.

Quei loop all'indietro nella tua prima immagine non accadono per nessun oggetto in orbita attorno alla Terra. Ciò richiederebbe una velocità orbitale attorno alla Terra maggiore della velocità orbitale terrestre attorno al Sole. La velocità orbitale terrestre attorno al Sole è di circa 30 km / sec, considerevolmente più della velocità orbitale di un oggetto in orbita terrestre bassa è di circa 7,8 km / sec.

Questo percorso è stato così dalla formazione della Luna?

No. La Luna si è formata da quattro a sei raggi terrestri, molto meno della cifra di 40,6 raggi terrestri citata sopra. L'orbita della Luna inizialmente sembrava la tua seconda immagine.

I satelliti naturali di altri pianeti seguono anche la stessa orbita attorno al Sole?

I pianeti enormi sono molto più lontani dal Sole rispetto alla Terra e sono molto più massicci di quanto non lo sia la Terra. Le orbite della maggior parte delle lune di Giove sul Sole sono concava piuttosto che convessa. Solo le lune più esterne di Giove hanno orbite convesse attorno al Sole. Alcune delle lune più interne di Giove (Metis, Adrastea, Amalthea, Thebe, Io ed Europa) mostrano il movimento retrogrado raffigurato nella tua prima immagine.

Per quanto riguarda le lune la cui orbita attorno al Sole è convessa, le distanze che corrispondono al valore di 259000 km per la Terra sono 129000 km per Marte, 24,1 milioni di chilometri per Giove, 24,2 milioni di chilometri per Saturno, 19,0 milioni di chilometri per Urano e 32,3 milioni di chilometri per Nettuno. Entrambe le lune di Marte orbitano vicino. Tuttavia, tutti e quattro i pianeti giganti hanno lune la cui orbita dell'asse semi-maggiore cade al di fuori del limite corrispondente.

Non una risposta, ma ho pensato che questa fosse una buona fetta di una foto dell'orbita della Luna attorno al sole.

Fonte: http://www.wired.com/2012/12/does-the-moon-orbit-the-sun-or-the-earth/

Questa è una domanda molto antica e ha già ottime risposte, tra cui un diagramma disegnato in scala. Voglio solo aggiungere un'analogia molto semplice che mostra come entrambe le immagini nella domanda siano sbagliate (la seconda è meno della prima, se ammettiamo il dubbio grado di errore ). Di seguito è spiegato come ho spiegato il movimento Luna-Sole ad alcuni amici, e loro l'hanno capito subito, quindi spero ancora che la mia aggiunta possa essere utile.

Pensa allo sport olimpico del pattinaggio di velocità su pista lunga. Due concorrenti corrono l'uno vicino all'altro a grande velocità su cerchi quasi concentrici (facciamo questa pista rotonda per semplicità, non ovale come nello sport reale). Dal momento che uno dei pattinatori ha una pista un po 'più lunga, le regole richiedono che cambino corsia ad ogni giro, quindi nessuno dei due è in svantaggio.

^{Credito di immagine: Wikipedia File: Jan_Smeekens_ (23-02-2008) .jpg}

Improvvisamente, il comitato olimpico cambia le regole. I pattinatori ora devono percorrere non una pista di 400 m, ma una lunga 10 km (un cerchio di circa 3,2 km di diametro) e cambiare traccia non una volta per giro, ma 13 volte. Lo stadio è grande e la curva della pista è così leggera che il corridore esterno durante il cambio traccia ancora una curva convessa quando si sposta verso la pista interna a 0,2 m / s mantenendo una velocità di avanzamento di 15 m / s lungo la pista [ Nota: queste due figure, a differenza di altre, sono irrilevanti per l'analogia].

Ora, dire che uno dei ragazzi non è del tutto coerente. Accelera un po ', poi rallenta un po', ma raggiunge comunque il secondo. In effetti, succede che quando si muove all'esterno, è dietro il secondo, ma quando si sposta sulla pista interna, è avanti. Immagina cosa vedresti da una videocamera per droni seguendo i corridori dall'alto. Caspita, si orbitano a vicenda ! E nessuno dei due percorsi è concavo, come nella seconda immagine, né ci sono anelli all'indietro come quello nella prima immagine. Vanno sempre avanti, per portare a casa quella medaglia!

I numeri sopra sono approssimativi delle orbite terrestri e lunari. L'orbita terrestre attorno al Sole è ~ 400 volte più grande di quella della Luna intorno alla Terra, così come una larghezza di pista standard a 2 corsie di 4 m è 1/400 del raggio di 1,6 km della nostra supertraccia. La Luna compie circa 13 giri attorno alla Terra in un anno terrestre. Ovviamente, in una migliore analogia, la Terra corre nel mezzo della traccia, deviando solo leggermente, e la Luna oscilla ritmicamente tra i bordi più interni ed esterni. Non ci sono inoltre bruschi cambi di corsia in punti prestabiliti per la Luna (e questo rende la curva ancora più lontana dalla concavità rispetto ai percorsi dei pattinatori). Ma dal momento che siamo in un esperimento mentale, facciamo finta che il comitato olimpico abbia un'eccezione per questa singolare coppia.

Qual è la ragione di questa differenza tra variazione ipotizzata e reale del percorso?

L'orbita di una luna intorno al sole dipende dal tempo di orbita attorno al pianeta e dal tempo del pianeta di orbitare attorno al sole.

Nel caso in cui la luna impieghi molto tempo ad orbitare attorno al pianeta (come la Terra-Luna), l'orbita si muove solo lungo il cerchio.

Nel caso in cui la luna abbia un breve periodo orbitale rispetto all'anno dei pianeti (come Giove-Io), il percorso è come quello che hai disegnato nella prima figura.

Questo percorso è stato così dalla formazione della Luna?

Per il sistema Terra-Luna, ...
Sì, è sempre stato così.

I satelliti naturali di altri pianeti seguono anche la stessa orbita attorno al Sole?

No.

[NOTA: le GIF animate sono troppo grandi per essere copiate in questo post, ma gli URL dovrebbero funzionare]

EDIT: tutte e 3 le GIF animate sono ora disponibili su YouTube:

• https://youtu.be/7xN5hwcxspg
• https://youtu.be/G5YfPQdNw5g
• https://youtu.be/qSbozfxAfDQ

MODIFICA FINE

http://test.bcinfo3.barrycarter.info/farmoon.gif

L'immagine sopra si applicherebbe se:

• la Terra e la Luna avevano entrambe orbite circolari (approssimativamente vere)

• il periodo sideriale della Luna era esattamente 1/12 di anno (approssimativamente vero)

• la distanza della Terra dal Sole era 150 (milioni di km) (approssimativamente vero)

• la distanza della Luna dalla Terra era di 30 (milioni di km) (completamente falso)

Qui, vedi l'orbita loop-de-loop che inizialmente ti aspettavi.

Ora, se riducessimo la distanza a 10 milioni di km (ancora molto grande):

http://test.bcinfo3.barrycarter.info/nearmoon.gif

Come puoi vedere, i loop-de-loop sono spariti, sebbene l'orbita abbia ancora dei "punti acuminati", che non vediamo nella vera orbita della Luna.

Se riduciamo la distanza a 3 milioni di km, ci avviciniamo a ciò che ci aspettiamo:

http://test.bcinfo3.barrycarter.info/closemoon.gif

Qui, abbiamo un cerchio traballante, più vicino a ciò che accade realmente.

Naturalmente, la distanza effettiva della Luna dalla Terra è di soli 0,35 milioni di km, quindi le oscillazioni effettive sono molto più piccole. Ho provato a fare un grafico di quelli, ma le due orbite sono finite una sopra l'altra.

Il percorso orbitale della luna attorno al sole è un semicerchio mensile chiamato una cicloide in termini geometrici.

Disegna un cerchio che rappresenta l'orbita della luna. Questo è il cerchio rotolante (dimentica la terra). Toccando questo cerchio si disegna un arco per rappresentare la circonferenza estesa del sole. Questo sarà il cerchio di base.

Dove una linea tracciata tra i due centri taglia i cerchi è il punto iniziale della cicloide, chiamata la luna nuova che è il punto più vicino al sole. Man mano che questo punto sul cerchio rotante si sposta attorno al cerchio base, arriverà, dopo un giro indietro alla curva base. Il percorso tracciato sarà un semicerchio e la distanza tra i due punti sarà un mese sul cerchio della linea di base.