Nā Hoʻohele Honua ma nā Mekanika Lani
ʻO ka mechanics celestial kahi lālā o ka physics e aʻo ana i ka neʻe ʻana o nā mea lani—e like me nā hōkūhele, nā satelite, nā asteroids, a me nā comets—ma lalo o ka mana o ka umekaumaha. ʻO kekahi o nā kumuhana koʻikoʻi i loko, ʻo ia nā orbits planetary, nā ala a nā hōkūhele e hahai ai i ko lākou kaʻapuni ʻana i kahi hōkū (e like me ka Honua e kaʻapuni ana i ka Lā). ʻO ka hoʻomaopopo ʻana i nā orbits ʻaʻole wale ia e pili ana i "nā hōkūhele e kaʻapuni ana i ka Lā," akā e pili ana hoʻi i ke ʻano o nā kānāwai o ka physics e hoʻoholo ai i ke ʻano o kahi ala, kona wikiwiki, kona kūpaʻa, a pehea e loli ai nā orbits i ka hala ʻana o ka manawa.
1. Nā Kumu o ke Kaumaha a me ka Neʻe ʻana o ka Orbital
Ua hoʻokumu ʻia ke kumumanaʻo o kahi orbit ma ke kānāwai o Newton no ka umekaumaha honua. Wahi a Newton, ʻo nā mea ʻelua me ka nuipa e huki kekahi i kekahi me ka ikaika e like me ka huahana o ko lākou mau nuipa a kūlike ʻole i ka huinahā o ka mamao ma waena o lākou. I loko o ke ʻano o nā hōkūhele a me nā hōkū, huki ka ikaika umekaumaha o ka hōkū i ka hōkūhele i ke kikowaena, ʻoiai he wikiwiki tangential ko ka hōkūhele e "lawe" ana iā ia i mua. ʻO kēia hui pū ʻana o ka huki ʻana i ke kikowaena a me ka neʻe ʻana i mua e hana i kahi ala piʻo i hiki ke lilo i orbit pani (e like me ka ellipse) a i ʻole he orbit hāmama (e like me ka parabola a hyperbola paha).
Ma ke ʻano naʻau, hiki ke hoʻomaopopo ʻia kahi kaapuni he "hāʻule mau" a puni ka hōkū: huki mau ʻia ka honua i ke kikowaena e ka umekaumaha, akā ua lawa ka nui o kona wikiwiki ʻaoʻao e hala mau ai i kahi e hāʻule pololei ai i loko o ka hōkū.
2. Nā Kānāwai o Kepler : He Kiʻi Nani o nā Hoʻohele Honua
Ma mua o ka hoʻokumu ʻana o Newton i kāna kumumanaʻo o ka umekaumaha, ua ʻike ʻo Johannes Kepler i ʻekolu mau kānāwai empirical e pili ana i ka ʻikepili nānā ʻana a Tycho Brahe. Ua lilo nā kānāwai o Kepler i kumu wehewehe o nā mechanics lani :
1. Ke Kānāwai Mua o Kepler (Kānāwai o nā Ellipses): He ellipse ka ʻōpuni o ka honua, me ka Lā ma kekahi kiko o ka ellipse. ʻO ke ʻano kēia, ʻaʻole mau ka mamao o ka honua mai ka Lā.
2. Ke Kānāwai ʻElua o Kepler (Kānāwai o nā ʻĀpana): ʻO kahi laina e hoʻohui ana i kahi honua a me ka Lā e hoʻopau i nā ʻāpana like i nā wā like. No laila, neʻe wikiwiki ka honua ke kokoke i ka Lā (perihelion) a lohi ke mamao aku (aphelion).
3. Ke Kānāwai ʻEkolu o Kepler (Kānāwai o ke Kuʻikahi): Ua like ka huinahā o ka wā orbital o ka honua me ka cube o kona axis semi-major. ʻO ka mamao o ka honua mai ka Lā, ʻo ka lōʻihi o ka manawa e hoʻopau ai i hoʻokahi orbit.
He mea koʻikoʻi nā kānāwai o Kepler no ka mea e pili ana lākou i ke ʻano o nā orbits i ka dinamika o ka manawa a me ka mamao. Ua hōʻike ʻo Newton ma hope mai ua kū maoli nā kānāwai o Kepler mai ka umekaumaha honua.
3. Nā Palena Orbital: Pehea e "Wehewehe" ai nā Mechanics Lani i nā Trajectories
I loko o nā mīkini lani, ua wehewehe pinepine ʻia ke kaʻapuni o ka honua e nā mea kaʻapuni, ʻo ia hoʻi kahi hoʻonohonoho o nā palena e hoʻoholo ai i ka nui, ke ʻano, a me ke kuhikuhi ʻana o ke kaʻapuni. ʻO kekahi mau mea koʻikoʻi:
– ʻO ke axis semi-major (a): wehewehe i ka nui o ka orbit; ʻo ka nui o ka waiwai, ʻo ka laulā o ka orbit.
– ʻO ke ʻano ʻē (e): hoʻoholo i ke ʻano o ka pōʻai; e = 0 pōʻai kūpono, 0 < e < 1 ellipse, e = 1 parabola, e > 1 hyperbola.
– ʻO ke kūlou ʻana (i): ke kūlou ʻana o ka mokulele orbital i kahi mokulele kuhikuhi (e.g. ka mokulele ecliptic ma ka Solar System).
– Ka hoʻopaʻapaʻa o ka periapsis a me ka longitude o ke kikowaena piʻi: ʻelua mau kihi e hōʻike ana i ke kuhikuhi o ka orbit ma kahi ʻekolu-dimensional.
– ʻO ke ʻano ʻē maoli: ke kūlana o kahi honua ma kona kaapuni i kahi manawa i hāʻawi ʻia.
Me kēia mau mea, hiki ke kūkulu hou ʻia kahi orbit ma ke ʻano makemakika a wānana ʻia kona kūlana i ka hala ʻana o ka manawa.
4. Ka wikiwiki o ka orbital a me ka ikehu
ʻAʻole paʻa ka wikiwiki o ka honua i loko o kona kaapuni. Hōʻike nā loina o ka mālama ʻana i ka ikehu a me ka momentum angular i kēia ʻano like ʻole. Ke hoʻokokoke aku nei ka honua i ka Lā, e emi ana kona ikehu hiki ke umekaumaha (ʻoi aku ka maikaʻi ʻole), no laila e mālama i ka ikehu holoʻokoʻa, e piʻi ana kona ikehu kinetic—neʻe wikiwiki ka honua. He kūlike kēia me ke Kānāwai ʻElua o Kepler.
I loko o nā mechanics Newtonian, hiki ke hoʻomaopopo ʻia ka neʻe ʻana o ka orbital ma o nā manaʻo o ka ikehu kikoʻī (ka ikehu no kēlā me kēia anakahi nuipa) a me ka momentum angular kikoʻī. Hōʻike nā orbits elliptical i ka ikehu holoʻokoʻa maikaʻi ʻole (paʻa ʻia), ʻoiai ʻo nā orbits parabolic he ʻole (paʻa ʻole) ka ikehu holoʻokoʻa, a hōʻike nā hyperbolas i ka ikehu maikaʻi (paʻa ʻole).
5. Nā Hoʻopilikia Orbital: No ke aha ʻaʻole i hemolele maoli nā Orbits
Ma ke kumu hoʻohālike kino ʻelua (honua-Lā), hiki ke helu maʻalahi ʻia nā orbits. Eia nō naʻe, he ʻōnaehana kino he nui ka ʻōnaehana Lā. Hoʻopili nā hōkūhele kekahi i kekahi ma o ka umekaumaha, e hana ana i nā haunaele orbital. Hiki i kēia mau haunaele ke hana:
– Nā loli liʻiliʻi i ka eccentricity a me ka inclination
– Ka hoʻololi ʻana o ka laina apsis (ka neʻe ʻana o ka perihelion)
– ʻO ke kani ʻana o ka orbital, i ka wā e loaʻa ai i nā wā orbital o nā mea ʻelua kahi lakio helu maʻalahi (e.g. 2:1, 3:2), hiki ke hoʻoikaika i ka pilina umekaumaha i kēlā me kēia manawa
ʻO kahi laʻana kaulana ka resonance orbital ma waena o Pluto lāua ʻo Neptune (3:2) e kōkua ana i ka mālama ʻana i ka orbit o Pluto i paʻa ʻoiai ke ʻano nei e "hele" ana i ka orbit o Neptune ke nānā ʻia mai kahi projection ʻelua-dimensional.
6. Nā Hoʻoponopono Hoʻohālikelike: Ke lawa ʻole ʻo Newton
No ka hapa nui o nā helu orbital i loko o ka Solar System, pololei loa ka Newtonian mechanics. Eia nō naʻe, ma lalo o kekahi mau kūlana, ʻoi aku hoʻi no nā mea kokoke i ka Lā a i ʻole me nā kahua umekaumaha ikaika loa, pono nā hoʻoponopono mai ke Kumumanaʻo Nui o Einstein no ka Relativity.
ʻO kahi laʻana maʻamau ka neʻe ʻana o ka perihelion o ka honua ʻo Mercury. Ua hiki iā Newton ke wehewehe i ka hapa nui o ka neʻe ʻana ma muli o nā haunaele o nā honua ʻē aʻe, akā aia nō kahi ʻokoʻa liʻiliʻi i hiki ke wehewehe wale ʻia e ka relativity laulā. Ua lilo kēia i kekahi o nā ʻāpana hōʻike mua ikaika loa e kākoʻo ana i ke kumumanaʻo o Einstein.
I ke au hou, he mea nui nō hoʻi nā hoʻoponopono relativistic i nā ʻōnaehana hoʻokele ukali e like me GPS, no ka mea, ʻo nā ʻokoʻa o ka wikiwiki o ka manawa ma muli o ke koʻikoʻi a me ka wikiwiki hiki ke hoʻopilikia i ka pololei o ke kūlana.
7. Ke kūpaʻa lōʻihi a me ka ulu ʻana o ka orbital
ʻAʻole wale nā hoʻopuni honua e pili ana i nā "kūlana o kēia manawa," akā e pili ana hoʻi i ke ʻano o ka ulu ʻana o ka ʻōnaehana ma luna o nā miliona a i nā piliona mau makahiki. Hoʻopili ʻia ke kūpaʻa o ka orbital e ka nui o ka honua, ka mamao ma waena o nā honua , nā resonances, a me nā hopena liʻiliʻi e like me nā mana kai.
Eia kekahi laʻana, ʻo ka pilina kai ma waena o ka Honua a me ka Mahina e neʻe mālie ai ka Mahina mai ka Honua aku ma kekahi mau kenimika i kēlā me kēia makahiki a hoʻolohi i ka hoʻohuli ʻana o ka Honua. Ma luna o nā pae manawa honua, hiki i kēlā mau hopena ke hoʻololi i ka dinamika o ka ʻōnaehana honua-satellite.
Ma ke ana o ka Pūnaehana Lā, hōʻike nā hoʻohālikelike helu he paʻa loa nā kaapuni honua, ʻoiai aia paha he mau loli liʻiliʻi paʻakikī i ka eccentricity a me ka inclination ma muli o nā pilina umekaumaha lōʻihi loa.
8. Nā Hoʻohele ma ka Hana: Mai nā Wānana Eclipse a i nā Exoplanets
He nui nā noi o ka hoʻomaopopo ʻana i nā kaʻapuni honua. Kōkua nā mechanics celestial iā mākou e wānana i nā eclipses, hoʻoholo i nā kalena, hoʻolālā i nā ala o ka mokulele, a hoʻomaopopo i nā hōkūhele ma ʻō aku o ka Solar System . I ka ʻike honua hou, ua hoʻoholo ʻia nā kaʻapuni exoplanet mai ka ʻikepili transit (ka emi ʻana o ke kukui o kahi hōkū i ka hala ʻana o kahi hōkūhele) a i ʻole ke ʻano wikiwiki radial (ka wili ʻana o kahi hōkū ma muli o ka huki ʻana o ka hōkūhele). Mai kēia mau kaʻapuni, hiki i nā kānaka ʻepekema ke kuhi i ke kaumaha o ka hōkūhele, ka mamao mai ka hōkūhele, a me ka hiki ke loaʻa ka wai wai.
Pani
ʻO nā kaapuni honua i loko o nā mīkini lani ka hopena o ke kaulike ikaika ma waena o ke koʻikoʻi a me ka neʻe ʻana. Ma o nā kānāwai o Kepler, ke koʻikoʻi Newtonian, a me nā hoʻoponopono relativistic a Einstein, loaʻa iā mākou kahi ʻōnaehana ikaika no ka wehewehe ʻana a me ka wānana ʻana i nā ala o nā honua. Eia nō naʻe, aia ka nani o nā mīkini lani i loko o kona paʻakikī: nā hoʻopilikia koʻikoʻi, nā resonances, a me nā hopena lōʻihi e hoʻolilo i nā kaapuni i mea i aʻo mau ʻia. Mai nā neʻe ʻana o nā hōkūhele ma ka Pūnaehana Lā a hiki i nā kaapuni o nā exoplanets a puni nā hōkū mamao, hāʻawi nā mīkini lani i kahi puka makani i ke kauoha o ke ao holoʻokoʻa—a me nā dinamika maalea e hoʻolilo ai i mea hoihoi loa ke aʻo ʻana.
