Апсида в астрономията: определение, видове и примери (перигей, перихелий)

В астрономията апсида, множествено число апсиди (IPA: /apsɪdɪːz/) е точката на най-голямо или най-малко разстояние на елиптичната орбита на астрономически обект от неговия център на привличане, който обикновено е центърът на масата на системата.

Точката на най-близко приближаване се нарича периапсис или перицентър, а точката на най-далечно отдалечаване - апоапсис (на гръцки από, от, което става απ пред гласна и αφ пред грубо дишане), апоцентър или апапсис (последният термин, макар и етимологично по-правилен, се използва много по-рядко). Правата линия, прекарана през периапсиса и апоапсиса, е линията на апсидите. Това е главната ос на елипсата, линията, която минава през най-дългата част на елипсата.

Подобни думи се използват за идентифициране на тялото, около което се върти. Най-често срещаните са перигей и апогей, отнасящи се до орбитите около Земята, и перихелий и афелий, отнасящи се до орбитите около Слънцето (гръцки "ήλιος hēlios sun"). По време на програмата "Аполо" термините перицинтион и апоцинтион се използват, когато се отнасят за Луната.

Видове апсиди по център на привличане

• Перихелий / афелий – за орбити около Слънцето (перихелий = най-близката точка, афелий = най-далечната).
• Перигей / апогей – за орбити около Земята.
• Перистрон / апострон (периястрон / апоястрон) – за орбити около звезди (често използвано в бинарни звезди).
• Перицентър / апоапсис – общи термини, полезни когато не се уточнява центърът на привличане.
• Има и по-специфични термини за различни планети и тела, напр. perijove/apojove за Юпитер, periselene/aposelene (или pericynthion/ apocynthion) за Луната в някои контексти и т.н.

Физични принципи и значение

Разстоянието до периапсиса и апоапсиса е свързано с параметрите на орбитата: голямата полуос a и ексцентрицитет e. За елиптична орбита радиусът в перицентъра е r_peri = a(1 − e), а в апоапсиса r_apo = a(1 + e). Скоростта на тялото също се променя по орбитата: то се движи по-бързо при близкият подход и по-бавно при отдалечаване. Това поведение може да се опише чрез уравнението vis-viva: v^2 = GM (2/r − 1/a), където G е гравитационната константа, M – масата на централното тяло, r – текущото разстояние, а a – голямата полуос.

Апсидите имат практическо значение в няколко области:

• В космическата навигация — маневри за влизане и излизане от орбита се планират спрямо периапсиса или апоапсиса (напр. за ефективни инжекции и гравитационни асисти).
• При приливите и отливите — разстоянието на Луната и Слънцето до Земята (перигей/апогей, перихелий/афелий) влияе върху амплитудата на приливите и видимия ъглов размер на Луната (феноменът „суперлуна“ при пълнолуние близо до перигея).
• В астрономическите наблюдения и орбитална динамика — апсида определя ориентацията на орбитата и е част от орбиталните елементи (аргумент на перицентъра).

Примери с числови стойности

• Земята при перихелий: приблизително 147 100 000 km (около 3 януари); при афелий: около 152 100 000 km (около 4 юли). Разликата от ~5 млн. km влияе минимално на сезоните; основният фактор за сезоните е наклонът на земната ос.
• Луната: средно перигей ~363 300 km и апогей ~405 500 km. Когато пълнолуние съвпадне с перигей, видимият диаметър на Луната е по-голям („суперлуна“).
• Планети и компети: ексцентрицитетите и съответните апсиди варират значително, което влияе върху сезонните и климатични промени в дадена система или върху силата на гравитационното влияние и скоростните характеристики на орбитата.

Апсидна прецесия и научни наблюдения

Линията на апсидите не е непременно фиксирана — тя може да прецесира (да се върти) под влияние на въздействието на други тела, неовластни сили или относнивистични ефекти. Класически пример е предизвестената прецесия на перихелия на Меркурий, частично обяснена чрез обща теория на относителността (~43" на век), която исторически е била важен доказателствен критерий за теорията на Айнщайн.

Терминология и етимология

Самата дума „апсида“ идва от латинската/гръцката традиция и в астрономията се използва в неизменен смисъл „точка на най-голямо/най-малко разстояние“. Приставките peri- и apo- (от гръцки) означават «близо/около» и «далеч/от», а в комбинация с името на централното тяло оформят специфичните термини (напр. перигей = peri- + —ge = Земя; перихелий = peri- + —helios = Слънце).

Апсиди са ключови елементи в описанието на орбитите и в планирането на космически мисии, а техните изменения носят важна информация за гравитационните взаимодействия и динамиката на системите.

Перихелий и афелий

Перихелий е точката от орбитата на даден обект, която е най-близо до Слънцето. Афелият е точката от орбитата на обекта, в която той е най-отдалечен от Слънцето.

Всички планети, комети и астероиди в нашата Слънчева система имат приблизително елиптични (вид некръгови) орбити. Следователно всички те имат най-близка и най-далечна точка от Слънцето: перихелий и афелий. Ексцентрицитетът на орбитата измерва плоскостта на орбитата. Всяко едно завъртане на тяло около Слънцето е само приблизително елиптично, тъй като прецесията на перихелия не позволява на орбитата да бъде проста затворена крива, например елипса. Това предизвиква циклите на Миланкович.

Земята е най-близо до Слънцето всяка година около 3 януари. Най-далеч от Слънцето е всяка година около 4 юли. Разликата в разстоянието между най-близката точка на Земята до Слънцето през януари и най-далечната точка от Слънцето през юли е 3,1 милиона мили (5,0 милиона км). Земята се намира на около 91,4 млн. мили (147,1 млн. км) от Слънцето в началото на януари, за разлика от около 94,5 млн. мили (152,1 млн. км) в началото на юли.

Когато Земята е най-близо до Слънцето, в северното полукълбо е зима, а в южното - лято. По този начин може да се види, че разстоянието на Земята до Слънцето не води до забележима промяна на сезоните; сравнително незначителното въздействие на разликите в разстоянието донякъде се прикрива от предимно океанското южно полукълбо спрямо полуконтиненталното северно полукълбо. Следователно сезоните на Земята идват и си отиват главно поради това, че Земята не се върти с оста си точно изправена спрямо равнината на земната орбита около Слънцето. Наклонът на земната ос е 23,5 градуса. Това поставя Слънцето по-на юг през декември и януари, така че на север е зима, а на юг - лято. По този начин зимата се пада на онази част от земното кълбо, където слънчевата светлина попада най-малко директно. Лятото се пада на онази част от земното кълбо, където слънчевата светлина попада най-пряко.

1. Планета в афелий 2. Планета в перихелий 3. Слънце

Въпроси и отговори

В: Какво е апсида в астрономията?

В: Как се нарича точката на най-близко приближаване в елиптична орбита?

В: Как се нарича точката на най-далечно отклонение в елиптична орбита?

В: Каква е главната ос на елипсата?

Въпрос: Какви са сходните думи, използвани за определяне на тялото, около което се върти?

В: Какви термини се използват за обозначаване на Луната по време на програмата "Аполо"?

В: Какво означава терминът апоапсис от етимологична гледна точка?

Търсене по буква