Какая планета вызывает наибольшее возмущение в движении других тел Солнечной системы и почему?
Нередко можно услышать о том, что орбиты разных планет испытывают возмущения. Так, именно возмущения орбиты Урана помогли в 1846 г. открыть Нептун. Но что именно подразумевается под этим термином, и у каких тел возмущения максимальны?
Дело в том, что если при расчете формы орбиты планет учитывать только ее гравитационное взаимодействие с Солнцем, то окажется, что планета должна перемещаться по идеальному эллипсу, причем в одном из его фокусов окажется звезда. Аналогично и орбиты карликовых планет, астероидов и комет в первом приближении являются эллипсами.
Но в реальности на небесные тела в нашей системе действует не только Солнце, но и все остальные космические объекты. Из-за этого формы орбит искажаются и перестают быть эллипсами. Именно эти отклонения и называют возмущениями. Также часто используют термин «пертурбация», означающий то же самое, что и «возмущение».
Отчего зависит величина возмущений? Во-первых, по закону тяготения на нее влияют массы тел. Так как тяжелейшим объектом Солнечной системы после Солнца является Юпитер (на него приходится более 70% всей массы планет), то именно он способен вызывать самые сильные пертурбации.
Во-вторых, всё по тому же закону тяготения сила притяжения увеличивается с уменьшением расстояния между телами. Поэтому максимальные возмущения испытывают орбиты астероидов и комет, пролетающих слишком близко к Юпитеру. Неоднократно фиксировались случаи, когда кометы под влиянием этого гиганта получали столь значительное ускорение, что навсегда покидали Солнечную систему.
Кстати, человечество активно использует гравитационную мощь Юпитера в своей космической деятельности. Так, аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2», которые сейчас уже находятся на границе гелиосферы Солнечной системы, получили значительное ускорение за счет гравитационного маневра, заключавшегося в облете Юпитера. Схожий маневр совершила в 2006 г. станция «Новые горизонты», а в 2000 г. – станция «Кассини».
Впрочем, серьезные пертурбации могут вызвать и другие планеты-гиганты. Считается, что на окраинах Солнечной системы, в десятках тысяч а.е. от звезды, есть целое облако из триллиона небесных тел, которые были выброшены туда гравитацией газовых гигантов. Это гипотетическое скопление называют облаком Оорта, и именно из него к нам прилетают многие долгопериодические кометы.
Список использованных источников
Возмущения
Ньютон, анализируя законы движения планет, отрытые Кеплером, открыл закон всемирного тяготения. По этому закону, все тела во Вселенной притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Закон всемирного тяготения объясняет движение планет и комет вокруг Солнца и движение спутников вокруг планет, кратных звезд вокруг их общего центра масс.
Законы Кеплера выполняются в точности только тогда, когда рассматривается движение двух тел, движущихся под влиянием взаимного притяжения. В солнечной системе планет много, и они двигаются не в точности по законам Кеплера, так как притягивают друг друга. Отклонения от движения, которое происходило бы в точности по законам Кеплера, называются возмущениями. В солнечной системе возмущения невелики, потому что притяжение каждой планеты Солнцем гораздо сильнее притяжения других планет.
Наибольшие возмущения в солнечной системе вызывает планета Юпитер, которая в 300 раз массивнее Земли. Юпитер оказывает особенно сильное влияние на движение астероидов и комет, когда они близко к нему подходят. В частности, если ускорение кометы, вызванное притяжением Юпитера, будет направлено в ту же сторону, в которую направлено ее ускорение к Солнцу, комета может развить столь большую скорость, что, двигаясь по гиперболе, навсегда уйдет из солнечной системы. Были случаи, когда притяжение Юпитера сдерживало комету, ее орбита становилась менее эксцентричной, а период обращения резко уменьшался.
При вычислениях видимого положения планет приходится учитывать возмущения. При запуске искусственных небесных тел и при расчете их траекторий пользуются теорией движения небесных тел, в частности теорией возмущений.
Возможность не только изготовлять автоматические межпланетные станции, но и отправлять их по желаемым, заранее рассчитанным траекториям, доводить их до цели с учетом возмущений в движении — все это яркие примеры познаваемости законов природы.
Какие тела солнечной системы испытывают наибольшие возмущения и почему
§ 14. Движение небесных тел пол действием сил тяготения
Согласно закону всемирного тяготения, изученному в курсе физики,
все тела во Вселенной притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними:
где т1 и т2 — массы тел; r — расстояние между ними; G — гравитационная постоянная.
Открытию закона всемирного тяготения во многом способствовали законы движения планет, сформулированные Кеплером, и другие достижения астрономии XVII в. Так, знание расстояния до Луны позволило Исааку Ньютону (1643—1727) доказать тождественность силы, удерживающей Луну при ее движении вокруг Земли, и силы, вызывающей падение тел на Землю.
В то же время Луна, как любое тело, равномерно движущееся по окружности, имеет ускорение
Равенство этих двух величин ускорения доказывает, что сила, удерживающая Луну на орбите, есть сила земного притяжения, ослабленная в 3600 раз по сравнению с действующей на поверхности Земли.
Можно убедиться и в том, что при движении планет, в соответствии с третьим законом Кеплера, их ускорение и действующая на них сила притяжения Солнца обратно пропорциональны квадрату расстояния, как это следует из закона всемирного тяготения. Действительно, согласно третьему закону Кеплера отношение кубов больших полуосей орбит d и квадратов периодов обращения T есть величина постоянная:
Ускорение планеты равно
Из третьего закона Кеплера следует
поэтому ускорение планеты равно
Итак, сила взаимодействия планет и Солнца удовлетворяет закону всемирного тяготения.
14.2. Возмущения в движении тел Солнечной системы
Законы Кеплера строго выполняются, если рассматривается движение двух изолированных тел (Солнце и планета) под действием их взаимного притяжения. Однако в Солнечной системе планет много, все они взаимодействуют не только с Солнцем, но и между собой. Поэтому движение планет и других тел не в точности подчиняется законам Кеплера. Отклонения тел от движения по эллипсам называют возмущениями.
Возмущения эти невелики, так как масса Солнца гораздо больше массы не только отдельной планеты, но и всех планет в целом. Наибольшие возмущения в движении тел Солнечной системы вызывает Юпитер, масса которого в 300 раз превышает массу Земли. Особенно заметны отклонения астероидов и комет при их прохождении вблизи Юпитера.
В настоящее время возмущения учитываются при вычислении положения планет, их спутников и других тел Солнечной системы, а также траекторий космических аппаратов, запускаемых для их исследования. Но еще в XIX в. расчет возмущений позволил сделать одно из самых известных в науке открытий «на кончике пера» — открытие планеты Нептун.
Проводя очередной обзор неба в поиске неизвестных объектов, Вильям Гершель в 1781 г. открыл планету, названную впоследствии Ураном. Спустя примерно полвека стало очевидно, что наблюдаемое движение Урана не согласуется с расчетным даже при учете возмущений со стороны всех известных планет. На основе предположения о наличии еще одной «заурановой» планеты были сделаны вычисления ее орбиты и положения на небе. Независимо друг от друга эту задачу решили Джон Адамc в Англии и Урбен Леверье во Франции. На основе расчетов Леверье немецкий астроном Иоганн Галле 23 сентября 1846 г.обнаружил в созвездии Водолея неизвестную ранее планету — Нептун. Это открытие стало триумфом гелиоцентрической системы, важнейшим подтверждением справедливости закона всемирного тяготения. В дальнейшем в движении Урана и Нептуна были замечены возмущения, которые стали основанием для предположения о существовании в Солнечной системе еще одной планеты. Ее поиски увенчались успехом лишь в 1930 г.,когда после просмотра большого количества фотографий звездного неба была открыта самая далекая от Солнца планета — Плутон.
14.3 Масса и плотность Земли
Закон всемирного тяготения позволил определить массу нашей планеты. Исходя из закона всемирного тяготения, ускорение свободного падения можно выразить так:
Подставим в формулу известные значения этих величин:
14.4 Определение массы небесных тел
Более точная формула третьего закона Кеплера, которая была получена Ньютоном, дает возможность определить одну из важнейших характеристик любого небесного тела — массу. Выведем эту формулу, считая (в первом приближении) орбиты планет круговыми.
Угловая скорость обращения вокруг центра масс составляет 
. Тогда центростремительное ускорение выразится для каждого тела так:
Приравняв полученные для ускорений выражения, выразив из них r 1 и r 2 и сложив их почленно, получаем:
Посколькув правой части этого выражения находятся только постоянные величины, оно справедливо для любой системы двух тел, взаимодействующих по закону тяготения и обращающихся вокруг общего центра масс, — Солнце и планета, планета и спутник. Определим массу Солнца, для этого запишем выражение:
где М — масса Солнца; m 1 — масса Земли; т2 — масса Луны; T 1 и a 1 — период обращения Земли вокруг Солнца (год) и большая полуось ее орбиты; Т2 и а2 — период обращения Луны вокруг Земли и большая полуось лунной орбиты.
Пренебрегая массой Земли, которая ничтожно мала по сравнению с массой Солнца, и массой Луны, которая в 81 раз меньше массы Земли, получим:
Подставив в формулу соответствующие значения и приняв массу Земли за 1, мы получим, что Солнце примерно в 333 000 раз по массе больше нашей планеты.
Массы планет, не имеющих спутников, определяют по тем возмущениям, которые они оказывают на движение астероидов, комет или космических аппаратов, пролетающих в их окрестностях.
Под действием взаимного притяжения частиц тело стремится принять форму шара. Если эти тела вращаются, то они деформируются, сжимаются вдоль оси вращения.
Кроме того, изменение их формы происходит и под действием взаимного притяжения, которое вызывают явления, называемые приливами. Давно известные на Земле, они получили объяснение только на основе закона всемирного тяготения.
Рассмотрим ускорения, создаваемые притяжением Луны в различных точках земного шара (рис. 3.13). Поскольку точки А, В находятся на различных расстояниях от Луны, ускорения, создаваемые ее притяжением, будут различны.
Разность ускорений, вызываемых притяжением другого тела в данной точке и в центре планеты, называется приливным ускорением.
Приливные ускорения в точках А и В направлены от центра Земли. В результате Земля, и в первую очередь ее водная оболочка, вытягивается в обе стороны по линии, соединяющей центры Земли и Луны. В точках А и В наблюдается прилив, а вдоль круга, плоскость которого перпендикулярна этой линии, на Земле происходит отлив. Тяготение Солнца также вызывает приливы, но из-за большей его удаленности они меньше, чем вызванные Луной. Приливы наблюдаются не только в гидросфере, но и в атмосфере и в литосфере Земли и других планет.
Вследствие суточного вращения Земля стремится увлечь за собой приливные горбы, в то же время вследствие тяготения Луны, которая обращается вокруг Земли за месяц, полоса приливов должна перемещаться по земной поверхности значительно медленнее. В результате между огромными массами воды, участвующей в приливных явлениях, и дном океана возникает приливное трение. Оно тормозит вращение Земли и вызывает увеличение продолжительности суток, которые в прошлом были значительно короче (5—6 ч). Вместе с тем приливы, вызываемые Землей на Луне, затормозили ее вращение, и она теперь обращена к Земле одной стороной. Такое же медленное вращение характерно для многих спутников Юпитера и других планет. Сильные приливы, вызываемые на Меркурии и Венере Солнцем, по-видимому, являются причиной их крайне медленного вращения вокруг оси.
14.6 Движение искусственных спутников Земли и космических аппаратов к планетам Солнечной системы
Возможность создания искусственного спутника Земли теоретически обосновал еще Ньютон. Он показал, что существует такая горизонтально направленная скорость 
при которой тело, падая на Землю, тем не менее на нее не упадет, а будет двигаться вокруг Земли, оставаясь от нее на одном и том же расстоянии. При такой скорости тело будет приближаться к Земле вследствие ее притяжения как раз на столько, на сколько из-за кривизны поверхности нашей планеты оно будет от нее удаляться (рис. 3.14). Эту скорость, которую называют первой космической (или круговой), известна вам из курса физики:
Космические аппараты (КА), которые направляются к Луне и планетам, испытывают притяжение со стороны Солнца и согласно законам Кеплера так же, как и сами планеты, движутся по эллипсам. Скорость движения Земли по орбите составляет около 30 км/с. Если геометрическая сумма скорости космического аппарата, которую ему сообщили при запуске, и скорости Земли будет больше этой величины, то КА будет двигаться по орбите, лежащей за пределами земной орбиты. Если меньше — внутри ее. В первом случае, когда он полетит к Марсу или другой внешней планете, энергетические затраты будут наименьшими, если КА достигнет орбиты этой планеты при своем максимальном удалении от Солнца— в афелии (рис. 3.15). Кроме того, необходимо так рассчитать время старта КА, чтобы к этому моменту в ту же точку своей орбиты пришла планета. Иначе говоря, начальная скорость и день запуска КА должны быть выбраны таким образом, чтобы КА и планета, двигаясь каждый по своей орбите, одновременно подошли к точке встречи. Во втором случае — для внутренней планеты — встреча с КА должна произойти в перигелии его орбиты (рис. 3.16). Такие траектории полетов называются полуэллиптическими. Большие оси этих эллипсов проходят через Солнце, которое находится в одном из фокусов, как и полагается по первому закону Кеплера.
1. Почему движение планет происходит не в точности по законам Кеплера?
2. Как было установлено местоположение планеты Нептун?
3. Какая из планет вызывает наибольшие возмущения в движении других тел Солнечной системы и почему?
4. Какие тела Солнечной системы испытывают наибольшие возмущения и почему?
5. По каким траекториям движутся космические аппараты к Луне? к планетам?
6. Объясните причину и периодичность приливов и отливов.
7. Будут ли одинаковы периоды обращения искусственных спутников Земли и Луны, если эти спутники находятся на одинаковых расстояниях от них?
Какая из планет вызывает наибольшие возмущения и почему?
Наибольшие возмущения в солнечной системе вызывает планета Юпитер, которая в 300 раз массивнее Земли. Юпитер оказывает особенно сильное влияние на движение астероидов и комет, когда они близко к нему подходят.
Какие тела Солнечной системы испытывают наибольшие возмущения и почему?
В солнечной системе возмущения невелики, потому что притяжение каждой планеты Солнцем гораздо сильнее притяжения других планет. Наибольшие возмущения в солнечной системе вызывает планета Юпитер, которая в 300 раз массивнее Земли.
Какая из планет вызывает наибольшие возмущения?
Самая большая планета в солнечной системе — это Юпитер. Он и будет оказывать наибольшее возмущение в движении других тел.
Как называются отклонения тел от движения по эллипсам *?
Отклонения тел от движения по эллипсам называют возмущениями.
Что называют возмущением в движении планет?
1. Возмущения в движении планет. … В Солнечной системе планет много, все они не только притягиваются Солнцем, но и притягивают друг друга, поэтому их движения не в точности подчиняются законам Кеплера. Отклонения от движения, которое происходило бы строго по законам Кеплера, называются возмущениями.
Какие объекты испытывают наибольшее возмущение от Юпитера в своём движении в Солнечной системе?
Поэтому максимальные возмущения испытывают орбиты астероидов и комет, пролетающих слишком близко к Юпитеру. Неоднократно фиксировались случаи, когда кометы под влиянием этого гиганта получали столь значительное ускорение, что навсегда покидали Солнечную систему.
Почему движение планет происходит не в точности по законам Кеплера?
Почему движение планет происходит не в точности по законам Кеплера? Дело в том, что законы Кеплера были для двух тел (солнца и планеты). … Например что в солнечной системе большое разнообразие планет и многие имеют свои спутники. А каждая планета испытывает на себе возмущение другой планеты.
Что такое возмущение в движении тел Солнечной системы?
Возмущения небесных тел, отклонения реальных траекторий небесных тел от траекторий, по которым они двигались бы в случае взаимодействия с одним единственным телом (см. Двух тел задача). Траектории движения в задаче двух тел представляют собой так называемые конические сечения — эллипс, параболу, гиперболу.
Что такое возмущения в астрономии?
Пертурбация (возмущение орбиты) — отклонение небесного тела от орбиты под влиянием иных сил, кроме гравитационного притяжения центра масс системы, таких как другие небесные тела или сопротивление среды.
Какая планета обладает наибольшей гравитацией?
Этот эффект и называется гравитацией. Гравитационные силы играют ключевую роль в процессах, протекающих в Солнечной системе, именно они определяют орбиты всех небесных тел. Какая же из планет обладает наибольшей силой тяготения? Это Юпитер!
Какое открытие позволило сделать расчёт возмущений в конце XIX века *?
Но еще в XIX в. расчет возмущений позволил сделать одно из самых известных в науке открытий «на кончике пера» — открытие планеты Нептун.
Какая планета вызывает наибольшие возмущения в движении тел Солнечной системы?
Самая большая планета в солнечной системе — это Юпитер. Он и будет оказывать наибольшее возмущение в движении других тел.
Что определяет второй закон Кеплера?
Второй закон Кеплера (закон площадей)
Таким образом, из второго закона Кеплера следует, что планета движется вокруг Солнца неравномерно, имея в перигелии большую линейную скорость, чем в афелии.
Что называется возмущениями?
Отклонения в движениях тел от законов Кеплера называются возмущениями, а реальное движение тел – возмущённым движением. Возмущённое движение тела можно представлять как движение по законам Кеплера с переменными элементами орбиты.
Что такое возмущенное движение небесных тел?
Возмущенным движением небесных тел называют отклонением в движении тел от законов Кеплера, т. е. реальное движение тел.
Что такое возмущенное движение?
Движение двух тел, происходящее под действием взаимного тяготения, но отличающееся от движения по законам Кеплера из-за гравитационного влияния одного или нескольких других тел.
Возмущения в движении тел Солнечной системы
Законы Кеплера строго выполняются, если рассматривается движение двух изолированных тел (Солнце и планета) под действием их взаимного притяжения. Однако в Солнечной системе планет много, все они взаимодействуют не только с Солнцем, но и между собой. Поэтому движение планет и других тел не в точности подчиняется законам Кеплера. Отклонения тел от движения по эллипсам называются возмущениями.
Возмущения эти невелики, так как масса Солнца гораздо больше массы не только отдельной планеты, но и всех планет в целом. Наибольшие возмущения в движении тел Солнечной системы вызывает Юпитер, масса которого в 300 раз превышает массу Земли. Особенно заметны отклонения астероидов и комет при их прохождении вблизи Юпитера.
В настоящее время возмущения учитываются при вычислении положения планет, их спутников и других тел Солнечной системы, а также траекторий космических аппаратов, запускаемых для их исследования. Но ещё в XIX в. расчёт возмущений позволил сделать одно из самых известных в науке открытий «на кончике пера» — открытие планеты Нептун.
Проводя очередной обзор неба в поиске неизвестных объектов, Вильям Гершель в 1781 г. открыл планету, названную впоследствии Ураном. Спустя примерно полвека стало очевидно, что наблюдаемое движение Урана не согласуется с расчётным даже при учёте возмущений со стороны всех известных планет. На основе предположения о наличии ещё одной «заурановой» планеты были сделаны вычисления её орбиты и положения на небе. Независимо друг от друга эту задачу решили Джон Адамс в Англии и Урбен Леверье во Франции. На основе расчётов Леверье немецкий астроном Иоганн Галле 23 сентября 1846 г. обнаружил в созвездии Водолея неизвестную ранее планету — Нептун. Это открытие стало триумфом гелиоцентрической системы, важнейшим подтверждением справедливости закона всемирного тяготения. В дальнейшем в движении Урана и Нептуна были замечены возмущения, которые стали основанием для предположения о существовании в Солнечной системе еще одной планеты. В 1930 г. после просмотра большого количества фотографий звёздного неба был обнаружен Плутон, который, как оказалось, является одним из множества объектов, расположенных за орбитой Нептуна.
