Апсида

Сюда перенаправляются несколько терминов. Чтобы узнать о других значениях, см. Апогей (значения) , Перигей (значения) и Апсида (значения) .

Не путать с Apse или Aspis .

Апсиды относятся к самым дальним (2) и ближайшим (3) точкам, до которых достигает вращающееся планетарное тело (2 и 3) по отношению к первичному или главному телу (1).

Апсида p (от древнегреческого ἁψίς ( hapsís ) арка, свод'; мн.   апсиды / ˈ æ s ɪ / ˌ d iː z ' AP -sih-deez ) Это самая дальняя или ближайшая точка орбиты планетарного тела относительно его основного тела . Линия апсид – это линия, соединяющая два крайних значения .

Апсиды, относящиеся к орбитам вокруг Солнца, имеют отдельные названия, позволяющие отличить их от других апсид; эти имена - афелий для самой дальней точки и перигелий для ближайшей точки солнечной орбиты. Две апсиды Луны ) ее — это самая дальняя точка ( апогей ) и ближайшая точка ( перигей орбиты вокруг Земли- хозяина . Две апсиды Земли — это самая дальняя точка ( афелий ) и ближайшая точка ( перигелий ) ее орбиты вокруг Солнца-хозяина. Термины афелий и перигелий применимы таким же образом к орбитам Юпитера и других планет , комет и астероидов Солнечной системы .

Общее описание

Система двух тел, взаимодействующих эллиптических орбит : меньшее тело-спутник (синее) вращается вокруг основного тела (желтое); оба находятся на эллиптических орбитах вокруг общего центра масс (или барицентра ) (красный +).
*Периапсис и апоапсис как расстояния: наименьшее и наибольшее расстояния между орбитальным аппаратом и его телом-хозяином.

имеются две апсиды На любой эллиптической орбите . Название каждого апсида создается из префиксов ap- , apo- (от ἀπ(ό) , (ap(o)-) 'вдали от') для самого дальнего или пери- (от περί (пери-) 'близкий' ) для ближайшей точки к основному телу с суффиксом, описывающим основное тело. Суффикс Земли — -gee , поэтому названия апсид — апогей и перигей . У Солнца суффикс —гелий , поэтому названия — афелий и перигелий .

Согласно законам движения Ньютона , все периодические орбиты являются эллипсами. Барицентр двух тел может находиться внутри большего тела - например, барицентр Земли и Луны находится примерно на 75% расстояния от центра Земли до ее поверхности. Если по сравнению с большей массой меньшая масса пренебрежимо мала (например, для спутников), то параметры орбиты не зависят от меньшей массы.

При использовании в качестве суффикса, то есть -апсис , этот термин может относиться к двум расстояниям от основного тела до вращающегося тела, когда последнее расположено: 1) в точке периапсиса или 2) в точке апоапсиса (ср. оба графика, второй рисунок). Линия апсид обозначает расстояние от линии, соединяющей ближайшую и самую дальнюю точки орбиты; это также относится просто к предельной дальности полета объекта, вращающегося вокруг тела-хозяина (см. верхний рисунок; см. третий рисунок).

В орбитальной механике апсиды технически относятся к расстоянию, измеренному между центром масс центрального тела и центром масс вращающегося тела. Однако в случае космического корабля эти термины обычно используются для обозначения высоты орбиты космического корабля над поверхностью центрального тела (при условии постоянного стандартного базового радиуса).

Элементы кеплеровской орбиты : точка G , ближайшая точка сближения вращающегося тела, является перицентром (также периапсисом) орбиты; точка H , самая дальняя точка вращающегося тела, является апоцентром (также апоцентром) орбиты; а красная линия между ними — линия апсид.

Терминология

Часто встречаются слова «перицентр» и «апоцентр», хотя в техническом использовании предпочтительнее перицентр / апоцентр.

• В общих ситуациях, когда основная точка не указана, термины перицентр и апоцентр используются для обозначения крайних точек орбит (см. таблицу, верхний рисунок); периапсис и апоапсис (или апапсис ) являются эквивалентными альтернативами, но эти термины также часто относятся к расстояниям, то есть наименьшему и наибольшему расстояниям между орбитальным аппаратом и его телом-хозяином (см. второй рисунок).
• Для тела, вращающегося вокруг Солнца , точкой наименьшего расстояния является перигелий ( / ˌ p ɛr ɪ ˈ h iː l i ə n / ), а точкой наибольшего расстояния является афелий ( / æ p ˈ h iː l i ə н / ); при обсуждении орбит вокруг других звезд термины становятся периастром и апастроном .
• При обсуждении спутника Земли , включая Луну , точкой наименьшего расстояния является перигей ( / ˈ p ɛr ɪ dʒ iː / ), а наибольшего расстояния — апогей (от древнегреческого : Γῆ ( Gē ), «земля» или «земля»).
• Для объектов на лунной орбите точка наименьшего расстояния называется перицинтионом ( / ˌ p ɛr ɪ ˈ s ɪ n θ i ə n / ) , а наибольшего расстояния - апоцинтионом ( / ˌ æ p ə ˈ s ɪ n θ i ə н / ). термины перилун и аполун , а также периселен и апоселен . Также используются Поскольку у Луны нет естественных спутников, это касается только искусственных объектов.

Этимология

Слова перигелий и афелий были придуманы Иоганном Кеплером. для описания орбитального движения планет вокруг Солнца.Слова образованы от префиксов пери- (греч. περί , рядом) и апо- (греч. ἀπό , вдали от), прикрепленных к греческому слову Солнца ( ἥλιος или hēlíos ).

используются различные родственные термины Для других небесных объектов . Суффиксы -gee , -helion , -astron и -galacticon часто используются в астрономической литературе, когда речь идет о Земле, Солнце, звездах и Галактическом центре соответственно. Суффикс -jove иногда используется для обозначения Юпитера, но -saturnium за последние 50 лет очень редко использовался для обозначения Сатурна. Форма -gee также используется как общий термин, наиболее близкий к термину «любая планета», вместо того, чтобы применять его только к Земле.

Во время программы «Аполлон» термины «перицинтион» и «апоцинтион» использовались при обращении к орбите Луны ; они ссылаются на Синтию, альтернативное имя греческой богини Луны Артемиды . Совсем недавно, во время программы «Артемида» термины перилуна и аполуна . , использовались

Что касается черных дыр, термин периботрон впервые был использован в статье Дж. Франка и М. Дж. Риса в 1976 году. который благодарит В. Р. Стогера за предложение создать термин, используя греческое слово, обозначающее яму: «ботрон».

Термины перимелазма и апомелазма (от греческого корня) были использованы физиком и писателем-фантастом Джеффри А. Лэндисом в рассказе, опубликованном в 1998 году. раньше перинигрикона и апонигрикона (от латинского). таким образом, он появился в научной литературе в 2002 году

Краткое описание терминологии

Суффиксы, показанные ниже, могут быть добавлены к префиксам пери- или апо- для формирования уникальных названий апсид орбитальных тел указанной главной/ (первичной) системы. Однако обычно используются уникальные суффиксы только для систем Земли, Луны и Солнца. В исследованиях экзопланет обычно используется -astron общий суффикс -apsis . , но обычно для других систем-хозяев вместо этого используется

Хост-объекты в Солнечной системе с именованными/именуемыми апсидами.

Астрономический хост-объект	Суффикс	Источник имени
Солнце	-гелий	Гелиос
Меркурий	-Гермион	Гермес
Венера	-цита	Китерейский
Земля	-давать	Гайя
Луна	-луна -синтион -селена	Офицер Синтия Селена
Марс	-ареион	Арес
Церера	-деметра	Деметра
Юпитер	- молодой	Зевс Юпитер
Сатурн	-хрон -кронос -сатурний - корона	Хронос Сатурн
Уран	-уран	Уран
Нептун	-посейдеум -посейдион	Посейдон

Другие основные объекты с именованными/именуемыми апсидами.

Астрономический хост-объект	Суффикс	Источник имени
Звезда	-астрон	Лат: astra ; звезды
Галактика	-галактикон	Гр: галактики; галактика
Барицентр	-центр -фокус - апсида
Черная дыра	-мелазма -ботрон -нигрикон	Гр: мелос; черный Гр: ботрос ; дыра лат.: нигер ; черный

Перигелий и афелий

«Перигелий» перенаправляется сюда. Чтобы узнать о других значениях, см. Перигелий (значения) .

«Афелион» перенаправляется сюда. Чтобы узнать о других значениях, см. Афелион (значения) .

тела Схема прямой орбиты вокруг Солнца с ближайшей (перигелий) и самой дальней (афелий) точками.

тела Перигелий (q) и афелий (Q) являются ближайшей и самой дальней точками прямой орбиты вокруг Солнца соответственно .

Сравнение соприкасающихся элементов в конкретную эпоху с элементами в другую эпоху приведет к различиям. Время прохождения перигелия как один из шести соприкасающихся элементов не является точным предсказанием (кроме общей модели двух тел ) фактического минимального расстояния до Солнца с использованием полной динамической модели . Точные предсказания прохождения перигелия требуют численного интегрирования .

Внутренние и внешние планеты

На двух изображениях ниже показаны орбиты, узлы орбит и положения перигелия (q) и афелия (Q) планет Солнечной системы. как видно сверху на северный полюс плоскости эклиптики Земли , которая находится в одной плоскости с плоскостью орбиты Земли . Планеты движутся вокруг Солнца против часовой стрелки, и для каждой планеты синяя часть их орбиты движется к северу от плоскости эклиптики, розовая часть движется на юг, а точки отмечают перигелий (зеленый) и афелий (оранжевый).

На первом изображении (внизу слева) показаны внутренние планеты, расположенные снаружи от Солнца: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Эталонная отсчетную земная орбита окрашена в желтый цвет и представляет собой орбитальную плоскость . В момент весеннего равноденствия Земля находится внизу рисунка. На втором изображении (внизу справа) показаны внешние планеты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Узлы орбиты - это две конечные точки «линии узлов», где наклоненная орбита планеты пересекает плоскость отсчета; здесь их можно «видеть» как точки, где синяя часть орбиты встречается с розовой.

• 
  Точки перигелия (зеленый) и афелия (оранжевый) внутренних планет Солнечной системы.
• 
  Точки перигелия (зеленый) и афелия (оранжевый) внешних планет Солнечной системы.

Линии апсид

На диаграмме показан крайний диапазон — от ближайшего сближения (перигелия) до самой дальней точки (афелия) — нескольких вращающихся по орбите небесных тел Солнечной системы : планет, известных карликовых планет, включая Цереру , и кометы Галлея . Длина горизонтальных полосок соответствует крайнему диапазону обращения указанного тела вокруг Солнца. Эти крайние расстояния (между перигелием и афелием) представляют собой линии апсид орбит различных объектов вокруг тела-хозяина.

Расстояния избранных тел Солнечной системы от Солнца. Левый и правый края каждой полосы соответствуют перигелию и афелию тела соответственно, поэтому длинные полосы обозначают высокий эксцентриситет орбиты . Радиус Солнца составляет 0,7 миллиона км, а радиус Юпитера (самой большой планеты) — 0,07 миллиона км, оба слишком малы, чтобы их можно было рассмотреть на этом изображении.

Перигелий и афелий Земли

В настоящее время Земля достигает перигелия в начале января, примерно через 14 дней после декабрьского солнцестояния . В перигелии центр Земли находится на расстоянии около 0,983 29 астрономических единиц (а.е.) или 147 098 070 км (91 402 500 миль) от центра Солнца. Напротив, Земля достигает афелия в настоящее время в начале июля, примерно через 14 дней после июньского солнцестояния . Расстояние афелия между центрами Земли и Солнца в настоящее время составляет около 1,016 71 а.е. или 152 097 700 км (94 509 100 миль).

Даты перигелия и афелия меняются со временем из-за прецессии и других орбитальных факторов, которые следуют циклическим закономерностям, известным как циклы Миланковича . В краткосрочной перспективе такие даты могут меняться до 2 дней от года к году. Это значительное изменение связано с наличием Луны: хотя барицентр Земля-Луна движется по стабильной орбите вокруг Солнца, положение центра Земли, которое в среднем находится на расстоянии около 4700 километров (2900 миль) от барицентра, может быть смещен в любом направлении от него - и это влияет на время фактического наибольшего сближения центров Солнца и Земли (что, в свою очередь, определяет время наступления перигелия в данном году).

Из-за увеличенного расстояния в афелии только 93,55% излучения Солнца падает на данную область поверхности Земли, как и в перигелии, но это не учитывает времена года , которые вместо этого являются результатом наклона земной оси на 23,4. ° от перпендикуляра к плоскости земной орбиты. Действительно, и в перигелии, и в афелии лето в одном полушарии зима , а в другом . Зима приходится на то полушарие, куда солнечный свет падает меньше всего, а лето - на то, где солнечный свет падает наиболее непосредственно, независимо от расстояния Земли от Солнца.

В северном полушарии лето приходится на афелий, когда солнечная радиация самая низкая. Несмотря на это, лето в северном полушарии в среднем на 2,3 ° C (4 ° F) теплее, чем в южном полушарии, поскольку в северном полушарии находятся большие территории суши, которые легче нагревать, чем моря.

Однако перигелий и афелий оказывают косвенное влияние на времена года: поскольку орбитальная скорость Земли минимальна в афелии и максимальна в перигелии, планете требуется больше времени для обращения по орбите от июньского солнцестояния до сентябрьского равноденствия, чем от декабрьского солнцестояния до мартовского равноденствия. Поэтому лето в северном полушарии длится несколько дольше (93 дня), чем лето в южном полушарии (89 дней).

Астрономы обычно выражают время перигелия относительно Первой точки Овна не в днях и часах, а скорее как угол смещения орбиты, так называемую долготу периапсиса (также называемую долготой перицентра). Для орбиты Земли это называется долготой перигелия , и в 2000 году она составляла около 282,895°; к 2010 году оно увеличилось на небольшую долю градуса примерно до 283,067°, т.е. среднее увеличение на 62 дюйма в год.

Для орбиты Земли вокруг Солнца время апсиды часто выражается через время относительно времен года, поскольку это определяет вклад эллиптической орбиты в сезонные изменения. Смена времен года в первую очередь контролируется годовым ходом угла подъема Солнца, который является результатом наклона оси Земли, отсчитываемой от плоскости эклиптики . Земли Эксцентриситет и другие элементы орбиты не постоянны, а медленно меняются из-за возмущающего воздействия планет и других объектов Солнечной системы (циклы Миланковича).

В очень длительном временном масштабе даты перигелия и афелия меняются по сезонам и составляют один полный цикл за 22 000–26 000 лет. Существует соответствующее изменение положения звезд, если смотреть с Земли, называемое апсидальной прецессией . (Это тесно связано с прецессией осей .) Даты и время перигелий и афелий за несколько прошлых и будущих лет указаны в следующей таблице:

Год	Перигелий		Афелион
	Дата	Время ( UT )	Дата	Время ( UT )
2010	3 января	00:09	6 июля	11:30
2011	3 января	18:32	4 июля	14:54
2012	5 января	00:32	5 июля	03:32
2013	2 января	04:38	5 июля	14:44
2014	4 января	11:59	4 июля	00:13
2015	4 января	06:36	6 июля	19:40
2016	2 января	22:49	4 июля	16:24
2017	4 января	14:18	3 июля	20:11
2018	3 января	05:35	6 июля	16:47
2019	3 января	05:20	4 июля	22:11
2020	5 января	07:48	4 июля	11:35
2021	2 января	13:51	5 июля	22:27
2022	4 января	06:55	4 июля	07:11
2023	4 января	16:17	6 июля	20:07
2024	3 января	00:39	5 июля	05:06
2025	4 января	13:28	3 июля	19:55
2026	3 января	17:16	6 июля	17:31
2027	3 января	02:33	5 июля	05:06
2028	5 января	12:28	3 июля	22:18
2029	2 января	18:13	6 июля	05:12

Другие планеты

В следующей таблице показаны расстояния планет и карликовых планет от Солнца в их перигелии и афелии.

Тип кузова	Тело	Расстояние от Солнца в перигелии	Расстояние от Солнца в афелии	разница (%)	инсоляция разница (%)
Планета	Меркурий	46 001 009 км (28 583 702 миль)	69 817 445 км (43 382 549 миль)	34%	57%
	Венера	107 476 170 км (66 782 600 миль)	108 942 780 км (67 693 910 миль)	1.3%	2.8%
	Земля	147 098 291 км (91 402 640 миль)	152 098 233 км (94 509 460 миль)	3.3%	6.5%
	Марс	206 655 215 км (128 409 597 миль)	249 232 432 км (154 865 853 миль)	17%	31%
	Юпитер	740 679 835 км (460 237 112 миль)	816 001 807 км (507 040 016 миль)	9.2%	18%
	Сатурн	1349823615 км (838741509 миль)	1503509229 км (934237322 миль)	10%	19%
	Уран	2 734 998 229 км (1,699449110 × 10 9 мне)	3 006 318 143 км (1,868039489 × 10 9 мне)	9.0%	17%
	Нептун	4 459 753 056 км (2,771162073 × 10 9 мне)	4 537 039 826 км (2,819185846 × 10 9 мне)	1.7%	3.4%
Карликовая планета	Церера	380 951 528 км (236 712 305 миль)	446 428 973 км (277 398 103 миль)	15%	27%
	Плутон	4 436 756 954 км (2,756872958 × 10 9 мне)	7 376 124 302 км (4,583311152 × 10 9 мне)	40%	64%
	Грязный	5 157 623 774 км (3,204798834 × 10 9 мне)	7 706 399 149 км (4,788534427 × 10 9 мне)	33%	55%
	хотелось бы	5 671 928 586 км (3,524373028 × 10 9 мне)	7 894 762 625 км (4,905578065 × 10 9 мне)	28%	48%
	Эрис	5 765 732 799 км (3,582660263 × 10 9 мне)	14 594 512 904 км (9,068609883 × 10 9 мне)	60%	84%

Математические формулы

Эти формулы характеризуют перицентр и апоцентр орбиты:

Перицентр

Максимальная скорость, ${\textstyle v_{\text{per}}={\sqrt {\frac {(1+e)\mu }{(1-e)a}}}\,}$, на минимальном (перицентровом) расстоянии, ${\textstyle r_{\text{per}}=(1-e)a}$.

Апоцентр

Минимальная скорость, ${\textstyle v_{\text{ap}}={\sqrt {\frac {(1-e)\mu }{(1+e)a}}}\,}$, на максимальном (апоцентровом) расстоянии, ${\textstyle r_{\text{ap}}=(1+e)a}$.

В то время как в соответствии с законами движения планет Кеплера (основанными на сохранении углового момента ) и сохранении энергии, эти две величины постоянны для данной орбиты:

Удельный относительный угловой момент

$h={\sqrt {\left(1-e^{2}\right)\mu a}}$

Удельная орбитальная энергия

$\varepsilon =-{\frac {\mu }{2a}}$

где:

• ${\textstyle r_{\text{ap}}}$ расстояние от апоцентра до первичного фокуса
• ${\textstyle r_{\text{per}}}$ расстояние от перицентра до первичного фокуса
• а — большая полуось :

  $a={\frac {r_{\text{per}}+r_{\text{ap}}}{2}}$

• μ — стандартный гравитационный параметр
• e — эксцентриситет , определяемый как

  $e={\frac {r_{\text{ap}}-r_{\text{per}}}{r_{\text{ap}}+r_{\text{per}}}}=1-{\frac {2}{{\frac {r_{\text{ap}}}{r_{\text{per}}}}+1}}$

Обратите внимание, что для преобразования высот над поверхностью в расстояния между орбитой и ее главной звездой необходимо добавить радиус центрального тела, и наоборот.

двух Среднее арифметическое предельных расстояний есть длина большой полуоси a . Среднее геометрическое двух расстояний — это длина малой полуоси b .

Среднее геометрическое двух предельных скоростей равно

${\sqrt {-2\varepsilon }}={\sqrt {\frac {\mu }{a}}}$

которая представляет собой скорость тела на круговой орбите, радиус которой равен $a$.

Время перигелия

Элементы орбиты, такие как время прохождения перигелия, определяются в выбранную эпоху с использованием невозмущенного решения двух тел , которое не учитывает проблему n тел . Чтобы получить точное время прохождения перигелия, необходимо использовать эпоху, близкую к прохождению перигелия. Например, используя эпоху 1996 года, комета Хейла – Боппа показывает перигелий 1 апреля 1997 года. Использование эпохи 2008 года показывает менее точную дату перигелия - 30 марта 1997 года. Короткопериодические кометы могут быть еще более чувствительны к выбранной эпохе. Если использовать эпоху 2005 г., то видно, что 101P/Черных пришла в перигелий 25 декабря 2005 г. но использование эпохи 2012 года дает менее точную невозмущенную дату перигелия - 20 января 2006 года.

для двух тел Решение n тел и решение для 12P/Понса – Брукса для времени прохождения перигелия

Эпоха	Дата перигелия (tp)
2010	2024-апрель-19.892
n-тело	2024-21 апреля 139 г.
2018	2024-апрель-23.069

Численное интегрирование показывает, что карликовая планета Эрида подойдет к перигелию примерно в декабре 2257 года. Использование эпохи 2021 года, то есть на 236 лет раньше, менее точно показывает, что Эрида достигнет перигелия в 2260 году.

4 Веста подошла к перигелию 26 декабря 2021 года. но использование решения для двух тел в эпоху июля 2021 года менее точно показывает, что Веста пришла в перигелий 25 декабря 2021 года.

Короткие дуги

Транснептуновые объекты, обнаруженные на расстоянии более 80 а.е. от Солнца, требуют десятков наблюдений в течение нескольких лет, чтобы четко ограничить их орбиты, поскольку они движутся очень медленно на фоне звезд. Из-за статистики небольших чисел транснептуновые объекты, такие как 2015 TH 367, когда у него было всего 8 наблюдений за дугу наблюдения в 1 год, которые не достигли или не достигнут перигелия в течение примерно 100 лет, могут иметь 1 сигму неопределенность в , равную 77,3 года (28 220 дней) в дате перигелия.

См. также

• Расстояние ближайшего сближения
• Эксцентрическая аномалия
• Облет (космический полет)
• Гиперболическая траектория § Ближайший сближение
• Средняя аномалия
• Перифокальная система координат
• Настоящая аномалия

Внешние ссылки

• перигея , perseus.gr Апогей - Сравнение размеров фотографий
• перигелия , perseus.gr Афелий - Сравнение фотографических размеров
• Времена года на Земле: равноденствия, солнцестояния, перигелий и афелий, 2000–2020 гг. Архивировано 13 октября 2007 г. в Wayback Machine , usno.navy.mil.
• Даты и время перигелия и афелия Земли, 2000–2025 гг. Архивировано 13 октября 2007 г. в Wayback Machine Военно -морской обсерватории США.
• Список астероидов, которые в настоящее время находятся ближе к Солнцу, чем Меркурий (эти объекты будут близки к перигелию)
• JPL SBDB (H <8), отсортированный по дате перигелия Список астероидов Главного пояса