Центр масс

Всего лишь несколько столетий назад считалось, что Земля неподвижна, а Солнце и планеты вращаются вокруг неё. Теперь мы знаем, что именно планеты движутся вокруг Солнца. Про нашу планету обычно говорят, что вокруг неё вращается Луна, а сама Земля движется вокруг Солнца. Однако правильнее говорить, что вокруг Солнца движется центр масс системы Земля–Луна, при этом и Земля, и Луна вращаются вокруг их общего центра масс.

Видео показывает, как наша планета в процессе движения вокруг Солнца колеблется относительно общего центра масс с Луной. Период колебаний Земли вокруг этого барицентра совпадает с периодом вращения Луны вокруг него же и составляет 27.3 дня. Пока вы “неподвижно” читаете этот текст, вы на самом деле движетесь вокруг Солнца по очень сложной траектории. Находясь на поверхности Земли, вы делаете оборот вокруг её оси за одни сутки. При этом вы совершаете колебания относительно барицентра Земля–Луна примерно за один месяц и делаете оборот вокруг Солнца за один год. Барицентр находится внутри Земли, то есть радиус колебаний несколько меньше радиуса самой планеты. Луна при этом движется вокруг барицентра по аналогичной траектории. Но эта траектория зеркально отражена и больше по размерам во столько же раз, во сколько масса Земли больше массы Луны.

Видео также наглядно показывает явление прецессии орбиты Луны. Прецессия заключается в медленном повороте эллипса лунной орбиты в пространстве за 8 лет и 10 месяцев. Плоскость орбиты Луны также поворачивается и делает полный оборот примерно за 18 лет и 7 месяцев. Лунная прецессия возникает в первую очередь из-за того, что на Луну, помимо гравитации Земли, действует гравитация Солнца. Причём гравитация Солнца, действующая на Луну, более, чем в два раза превышает гравитацию Земли. Помимо Солнца вклад в прецессию лунной орбиты также вносят формы Земли и Луны, отличные от сферической. Прецессия лунной орбиты объясняет цикличность солнечных затмений. При этом Луна постепенно удаляется от Земли примерно на 3.8 метра за столетие. Это приведёт к тому, что примерно через 750 млн лет наблюдать полные солнечные затмения с поверхности нашей планеты станет невозможно…

На протяжении части этого видео размеры Земли, других планет, Солнца и Луны показаны сильно преувеличенными по сравнению с расстояниями между телами. Скорость вращения Земли вокруг своей оси показана значительно уменьшенной по сравнению со скоростью движения небесных тел по своим орбитам.

Моделирование и визуализация выполнены автором этой публикации с помощью программного обеспечения собственной разработки. При расчетах учитывалось взаимное влияние друг на друга Солнца, всех планет Солнечной системы и Луны. Также при расчете учитывались релятивистские эффекты.

Нетрудно заметить, что центр масс планет всё время находится неподалёку от Юпитера. Это связано с тем, что масса Юпитера почти в 2.5 раза превышает массу всех остальных планет вместе взятых. При этом центр масс смещён в сторону окольцованного Сатурна, который является вторым по размерам и массе среди планет Солнечной системы. Видео показывает, что этот центр масс не лежит на отрезке, соединяющем Юпитер и Сатурн. Он несколько смещён в сторону в зависимости от положения Урана и Нептуна на своих орбитах. Внутренние планеты (Меркурий, Венера, Земля и Марс) на его положение влияют крайне незначительно.

В апреле 2023 года было опубликовано видео, показывающие движение Солнца относительно центра масс всей Солнечной системы, который находится рядом с Солнцем, потому что именно в звезде сосредоточена подавляющая часть массы всей системы. По сути траектория Солнца относительно центра масс всей Солнечной системы совпадает с траекторией, показанной в этом видео. Только она зеркально отражена и меньше по размерам во столько же раз, во сколько раз Солнце массивнее всех остальных планет вместе взятых.

Иногда центр масс планет проходит очень близко к Солнцу. Это случается, когда Юпитер и Сатурн оказываются по разные стороны от Солнца. Одно из наиболее интересных прохождений центра масс планет вблизи Солнца произойдёт в феврале 2169 года. Все планеты выстроятся практически в одну линию, что случается чрезвычайно редко. Свидетелями этого события станут наши потомки…

Моделирование и визуализация выполнены автором этой публикации с помощью программного обеспечения собственной разработки. При расчетах учитывалось взаимное влияние друг на друга Солнца, всех планет Солнечной системы и Луны. Также при расчете учитывались релятивистские эффекты.