Muuttumaton taso — planeettajärjestelmän invarianttitaso ja määritelmä
Tutustu muuttumattomaan tasoon: planeettajärjestelmän invarianttitaso, määritelmä, kulmamomenttilaskenta ja sen merkitys Aurinkokunnalle — selkeä ja ytimekäs opas.
Planeettajärjestelmän muuttumaton taso on geometrinen taso, joka kulkee järjestelmän barykeskuksen (eli massakeskipisteen) kautta ja jonka normaali on sama kuin koko järjestelmän kokonaiskulmamomentin suunta. Käytännössä muuttumaton taso määritellään siten, että kaikkien järjestelmän kappaleiden (planeettojen, kuiden, asteroidien jne.) kiertoliikkeiden kulmamomenttivektorien summa on kohtisuorassa tätä tasoa vastaan.
Määritelmä ja laskenta
Muuttumattoman tason suunta saadaan laskemalla jokaisen kappaleen orbitin kulmamomentti L = m (r × v) ja muodostamalla näiden vektorien vektorisumma. Tasoksi valitaan se taso, jonka normaali on tämän kokonaiskulmamomenttivektorin suunta. Koska kulmamomentti on suuruudeltaan ja suunnaltaan lähes säilyvä suure pitkäikäisissä gravitaatiojärjestelmissä, tätä tasoa kutsutaan muuttumattomaksi (invariable plane).
Aurinkokunnan tapauksessa
Aurinkokunnassa suurin osa kokonaiskulmamomentista tulee neljästä suuresta ulkoplanetasta: neljän kaasujättiläisen (Jupiter, Saturnus, Uranus ja Neptunus) massasta ja liikkeestä. Arviot kertovat, että noin 98 prosenttia Aurinkokunnan orbitaalikulmamomentista on näiden neljän varassa, minkä vuoksi muuttumaton taso on lähellä niiden yhteistä painotettua tasausta. Muuttumaton taso on noin 0,5°:n sisällä Jupiterin ratatasosta ja se poikkeaa ekliptikasta (Maan ratatason määrittelemä taso) vain noin 1,6°:n verran.
Ominaisuudet ja merkitys
- Pitkäaikainen vakio: Koska kokonaiskulmamomentti säilyy, muuttumaton taso muuttuu erittäin hitaasti ja toimii hyödyllisenä referenssitasona pitkäaikaisissa dynamiikan tutkimuksissa.
- Painotus massalla ja etäisyydellä: Suuret massat ja kauempana Auringosta olevat kappaleet voivat antaa verrattain suuren kontribuution kulmamomenttiin (L ∝ m × √(a) likimain), minkä takia kaukaiset kaasujättiläiset hallitsevat tasoa.
- Erot muihin tasoihin: Muuttumaton taso ei välttämättä osu yksiin ekliptikan tai Auringon päiväntasaajan kanssa; nämä kolme tasoa voivat olla eri suuntaan vinossa.
- Käyttötarkoitukset: Sitä käytetään tähtitieteellisissä ja dynamiikan malleissa, kun halutaan kiinnittää koordinaatisto järjestelmän kokonaisliikkeen mukaan tai tutkia pitkäaikaisia orbitaalimuutoksia ja planeettojen muodostumista.
Poikkeamat ja muutokset
Vaikka nimeen liittyvä käsite "muuttumaton" viittaa kulmamomentin säilymiseen, käytännössä taso voi muuttua hyvin hitaasti ulkoisten vaikutusten (esim. läpikulkevat tähdet, galaktisen potentiaalin vaihtelut) tai sisäisten massajakauman muutosten vuoksi (esim. suuret törmäykset tai massansiirrot). Pienet kappaleet, kuten asteroidit ja komeetat, vaikuttavat tasoon vain vähäisesti koska niiden kokonaiskulmamomentti on pieni verrattuna planeettoihin.
Yhteenvetona: muuttumaton taso on planeettajärjestelmän luonnollinen, lähes säilyvä taso, joka antaa objektiivisen vertailukehyksen koko systeemin orbitaaliliikkeille ja jonka suunta määräytyy järjestelmän kokonaiskulmamomentin perusteella.
Kommentit
Aurinko muodostaa vastapainon kaikille planeetoille, joten se on lähellä kartiokeskipistettä, kun Jupiter on toisella puolella ja kolme muuta joviaaliplaneettaa (kaasujättiläiset) ovat toisella puolella vastapäätä. Aurinko siirtyy 2,17 auringon säteen verran kauemmas tasapainokeskuksesta, kun kaikki jovianplaneetat ovat samassa linjassa toisella puolella.
Auringon ja kaikkien muiden planeettojen, kuiden ja pienempien aurinkokunnan kappaleiden kiertokulmamomentit sekä kaikkien kappaleiden aksiaaliset kiertomomentit ovat yhteensä vain noin 2 prosenttia.
Lähes kaikissa tarkoituksissa tasoa voidaan pitää muuttumattomana (muuttumattomana), kun työskennellään [Newtonin dynamiikan] alalla.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on planeettajärjestelmän muuttumaton taso?
A: Planeettajärjestelmän muuttumaton taso on sen barykeskuksen kautta kulkeva taso.
K: Miten aurinkokunnan muuttumaton taso vaikuttaa?
V: Neljän kaasujättiläisen massa vaikuttaa noin 98 prosenttiin aurinkokunnan muuttumattomasta tasosta.
K: Mihin Aurinkokunnan muuttumaton taso on kohdistettu?
V: Aurinkokunnan muuttumaton taso on 0,5°:n sisällä Jupiterin ratatasosta.
K: Miten planeettajärjestelmän muuttumaton taso lasketaan?
V: Planeettajärjestelmän muuttumaton taso lasketaan kulmamomenttien summasta, ja se on kohtisuorassa planeettojen kulmamomenttivektoria vastaan.
K: Voiko planeettajärjestelmän muuttumaton taso muuttua?
V: Planeettajärjestelmän muuttumaton taso on lähes muuttumaton (muuttumaton) koko järjestelmässä.
K: Perustuuko planeettajärjestelmän muuttumaton taso vain planeettojen ratatasoihin?
V: Planeettajärjestelmän muuttumaton taso on kaikkien planeettojen kiertoratojen ja kiertotasojen painotettu keskiarvo.
K: Mikä on planeettajärjestelmän muuttumattoman tason merkitys?
V: Planeettajärjestelmän muuttumaton taso on tärkeä taso, joka on otettava huomioon järjestelmän yleisen dynamiikan ja muodostumisen ymmärtämiseksi.
Etsiä