Небесна механіка. розділ астрономії. застосовує закони механіки для вивчення руху небесних тіл. Небесна механіка займається перевирахованой положення Місяця і планет. пророкуванням місця і часу затемнень, в загальному, визначенням реального руху космічних тіл.
Природно, що небесна механіка в першу чергу вивчає поведінку тіл Сонячної системи - звернення планет навколо Сонця. супутників навколо планет, рух комет та інших малих набесних тел. Тоді як переміщення далеких зірок вдається помітити, в кращому випадку, за десятиліття і століття, рух членів Сонячної системи відбувається буквально на очах - за дні, години і навіть хвилини. Тому його вивчення стало початком сучасної небесної механіки, народженої працями І. Кеплера (1571-1630) та І. Ньютона (1643-1727). Кеплер вперше встановив закони планетного руху, а Ньютон вивів із законів Кеплера закон всесвітнього тяжіння і використовував закони руху і тяжіння для вирішення небесно-механічних проблем, не охоплених законами Кеплера. Після Ньютона прогрес в небесній механіці в основному полягав у розвитку математичної техніки для вирішення рівнянь, що виражають закони Ньютона. Таким чином, принципи небесної механіки - це «класика» в тому сенсі, що і сьогодні вони такі ж, як за часів Ньютона.
Закони руху Ньютона Правити
Щоб краще зрозуміти методи і результати небесної механіки, познайомимося з законами Ньютона і проілюструємо їх простими прикладами.
Закон інерції. Згідно з цим законом, в системі відліку, що рухається без прискорення, кожне тіло зберігає стан спокою або прямолінійного і рівномірного руху, якщо на нього не діє зовнішня сила. Це суперечить положенню аристотелевой фізики, який стверджує, що для підтримки руху тіла потрібна сила. Закон Ньютона говорить, що зовнішня сила необхідна тільки для приведення тіла в рух, для його зупинки або для зміни напрямку і величини його швидкості. Темп зміни швидкості тіла за величиною або напрямку називається «прискоренням» і свідчить про те, що на тіло діє сила. Для небесних тіл виявлене зі спостережень прискорення служить єдиним покажчиком діючої на них зовнішньої сили. Поняття про силу і прискоренні дозволяє з єдиної позиції пояснити рух всіх тіл в природі: від тенісного м'яча до планет і галактик.
Оскільки об'єкт, що рухається по викривленій траєкторії, відчуває прискорення, було укладено, що Земля на її орбіті навколо Сонця постійно підпадає під вплив сили, яку назвали «гравітацією». Завдання небесної механіки полягає в тому, щоб визначити діючу на небесне тіло силу гравітації і з'ясувати, як вона впливає на його рух.
Закон сили. Якщо до тіла прикладена сила, то воно рухається прискорено, причому чим більше сила, тим більше прискорення. Однак одна і та ж сила викликає різне прискорення у різних тел. Характеристикою інертності тіла (тобто опору прискоренню) служить його «маса», яку в першому наближенні можна визначити як «кількість речовини»: чим більше маса тіла, тим менше його прискорення під дією заданої сили. Таким чином, другий закон Ньютона стверджує, що прискорення тіла пропорційно прикладеною до нього силі і обернено пропорційно його масі. Якщо зі спостережень відомі прискорення тіла і його маса, то, використовуючи цей закон, можна обчислити діючу на тіло силу.
Закон протидії. Цей закон стверджує, що взаємодіючі тіла докладають один до одного рівні за величиною, але протилежно спрямовані сили. Тому в системі з двох тіл, впливають один на одного однаковою за величиною силою, кожне відчуває прискорення, назад пропорційне його масі. Значить, що лежить на прямій між ними точка, віддалена від кожного обернено пропорційно його масі, буде рухатися без прискорення, незважаючи на те, що кожне з тіл рухається прискорено. Цю точку називають «центром мас»; навколо неї звертаються зірки в подвійній системі. Якщо одна з зірок вдвічі масивніша інший, то вона рухається вдвічі ближче до центру мас, ніж її сусідка.
Закони Кеплера Правити
Щоб вивчати рух небесних тіл, познайомимося з силою гравітації. Найкраще це зробити на прикладі взаємного руху двох тіл: компонентів подвійної зірки або Землі навколо Сонця (для простоти припускаючи, що інші планети відсутні). До таких систем застосовні закони Кеплера. В основі їх лежить той факт, що обидва взаємодіючих тіла рухаються в одній площині. Це означає, що і сила гравітації завжди лежить в тій же площині.
Закон еліпсів. Перший закон Кеплера стверджує, що планети Сонячної системи рухаються по еліпсам, в одному з фокусів якого знаходиться Сонце. Фактично цей закон справедливий тільки для системи з двох тіл, наприклад для подвійної зірки. Але і в Сонячній системі він виконується досить точно, оскільки на рух кожної планети в основному впливає масивне Сонце, а всі інші тіла впливають незрівнянно слабкіше.
Закон площ. Якщо відзначати не тільки положення планети, а й час, то можна дізнатися не тільки форму орбіти, а й характер руху планети по ній. Воно підпорядковується другим законом Кеплера, який стверджує, що лінія, що з'єднує Сонце і планету (або компоненти подвійної зірки), за рівні інтервали часу «замітає» рівні площі. Наприклад, ця лінія між Сонцем і Землею щодоби замітає 2ґ10 14 квадратних кілометрів. Із закону площ слід, що Сонце притягує планету строго по прямій, що з'єднує їх центри. Вірно і зворотне: для будь-якої центральної сили справедливий другий закон Кеплера.