Mondbahn um die Sonne

Die Erde dreht sich um die Sonne und der Mond dreht sich um die Erde. Aus Neugier begann ich über die Umlaufbahn des Mondes um die Sonne nachzudenken und erwartete (vermutete), dass dies wie folgt sein würde:

Aber auf Wikipedia und einigen anderen Websites habe ich herausgefunden, dass die Umlaufbahn tatsächlich so ist:

Ich habe 3 Fragen:

1. Was ist der Grund für diesen Unterschied zwischen angenommener und tatsächlicher Pfadvariation?
2. War dieser Weg seit der Entstehung des Mondes so?
3. Folgen natürliche Satelliten anderer Planeten ebenfalls derselben Umlaufbahn um die Sonne?

Nach weiterer Suche fand ich eine bessere und einfachere Erklärung für den Umlaufbahnpfad auf YouTube für Interessierte. Schauen Sie sich diese an.

Was ist der Grund für diesen Unterschied zwischen angenommener und tatsächlicher Pfadvariation?

Auch dein zweites Bild ist nicht korrekt. Stellen Sie sich vor, Sie zoomen auf einen kleinen Teil der Umlaufbahn des Mondes um die Sonne, z. B. einen Vollmond zum nächsten, wobei die Sonne aus dem Bild herausgezoomt wird. Stellen Sie sich nun vor, Sie zeichnen ein Liniensegment von einer äußeren Spitze (Vollmond) zur nächsten. In beiden Bildern kreuzt sich dieses Liniensegment außerhalb der Kurve. Mit anderen Worten, beide Kurven sind konkav.

Vergleichen Sie das mit der Umlaufbahn des Mondes um die Sonne. Dies ist eine konvexe Kurve. Wenn Sie zwei beliebige Punkte auf dieser Kurve auswählen und ein Liniensegment zwischen ihnen zeichnen, befindet sich das gesamte Segment auf oder innerhalb der Kurve. Der Grund, warum die Umlaufbahn des Mondes um die Sonne konvex ist, liegt darin, dass die von der Sonne auf den Mond ausgeübte Gravitationskraft mehr als doppelt so hoch ist wie die von der Erde auf den Mond ausgeübte. Die Umlaufbahn wäre konkav, wenn der Mond näher an der Erde als 259000 km (etwa 40,6 Erdradien) wäre. Da der Mond ungefähr 385000 km (ungefähr 60,4 Erdradien) umkreist, ist die Umlaufbahn des Mondes um die Sonne konvex.

Ob die Umlaufbahn eines Mondes um die Sonne nicht einfach (erstes Bild in der Frage), einfach / konkav (zweites Bild in der Frage) oder einfach / konvex (Umlaufbahn des Mondes um die Sonne) ist, die Abweichungen von einer Ellipse sind winzig. In Bezug auf das Erd-Mond-System sind die Abweichungen so gering, dass bei der aufgetragenen Auflösung (288 x 288 Pixel) die Umlaufbahnen der Erde, des Erd-Mond-Schwerpunkts und des Mondes um die Sonne genau übereinander liegen Ein weiterer. Der Grund, warum die Variationen so gering sind (weniger als ein Pixel bei 288 x 288 Pixel), ist das enorme Verhältnis der Größe der Erd- / Mondumlaufbahn um die Sonne im Vergleich zur Größe der Mondumlaufbahn um die Erde.

Diese Rückwärtsschleifen in Ihrem ersten Bild treten bei keinem Objekt auf, das die Erde umkreist. Dies würde eine Umlaufgeschwindigkeit um die Erde erfordern, die größer ist als die Umlaufgeschwindigkeit der Erde um die Sonne. Die Umlaufgeschwindigkeit der Erde um die Sonne beträgt ungefähr 30 km / s, erheblich mehr als die Umlaufgeschwindigkeit eines Objekts in einer niedrigen Erdumlaufbahn beträgt ungefähr 7,8 km / s.

War dieser Weg seit der Entstehung des Mondes so?

Nein. Der Mond bildete sich bei vier bis sechs Erdradien, weit weniger als die oben angegebenen 40,6 Erdradien. Die Umlaufbahn des Mondes sah anfangs wie Ihr zweites Bild aus.

Folgen natürliche Satelliten anderer Planeten ebenfalls derselben Umlaufbahn um die Sonne?

Die massiven Planeten sind viel weiter von der Sonne entfernt als die Erde und viel massereicher als die Erde. Die Umlaufbahnen der meisten Jupitermonde um die Sonne sind eher konkav als konvex. Nur die äußersten Monde des Jupiter haben konvexe Bahnen um die Sonne. Einige der innersten Monde Jupiters (Metis, Adrastea, Amalthea, Thebe, Io und Europa) zeigen die in Ihrem ersten Bild dargestellte rückläufige Bewegung.

In Bezug auf Monde, deren Umlaufbahn um die Sonne konvex ist, betragen die Entfernungen, die dem Wert von 259000 km für die Erde entsprechen, 129000 km für den Mars, 24,1 Millionen Kilometer für Jupiter, 24,2 Millionen Kilometer für Saturn, 19,0 Millionen Kilometer für Uranus und 32,3 Millionen Kilometer für Neptun. Beide Monde des Mars kreisen in der Nähe. Alle vier Riesenplaneten haben jedoch Monde, deren Umlaufbahn der Halb-Hauptachse außerhalb der entsprechenden Grenze liegt.

Keine Antwort, aber ich dachte, dies sei ein gutes Stück eines Bildes der Umlaufbahn des Mondes um die Sonne.

Quelle: http://www.wired.com/2012/12/does-the-moon-orbit-the-sun-or-the-earth/

Was ist der Grund für diesen Unterschied zwischen angenommener und tatsächlicher Pfadvariation?

Die Umlaufbahn eines Mondes um die Sonne hängt von der Zeit ab, um den Planeten zu umkreisen, und von der Zeit des Planeten, um die Sonne zu umkreisen.

In dem Fall, in dem der Mond lange braucht, um den Planeten zu umkreisen (wie der Erdmond), wackelt die Umlaufbahn nur entlang des Kreises.

In dem Fall, in dem der Mond im Vergleich zum Planetenjahr eine kurze Umlaufzeit hat (wie Jupiter-Io), ist der Pfad so, wie Sie ihn in der ersten Abbildung gezeichnet haben.

War dieser Weg seit der Entstehung des Mondes so?

Für das Erde-Mond-System ...
Ja, das war schon immer so.

Folgen natürliche Satelliten anderer Planeten ebenfalls derselben Umlaufbahn um die Sonne?

Nein.

[HINWEIS: Die animierten GIFs sind zu groß, um in diesen Beitrag kopiert zu werden, aber die URLs sollten funktionieren.]

BEARBEITEN: Alle 3 animierten GIFs sind jetzt auf Youtube verfügbar:

• https://youtu.be/7xN5hwcxspg
• https://youtu.be/G5YfPQdNw5g
• https://youtu.be/qSbozfxAfDQ

END EDIT

http://test.bcinfo3.barrycarter.info/farmoon.gif

Das obige Bild würde zutreffen, wenn:

• Die Erde und der Mond hatten beide Kreisbahnen (ungefähr wahr).

• Die Sternzeit des Mondes betrug genau 1/12 Jahr (ungefähr wahr)

• Die Entfernung der Erde von der Sonne betrug 150 (Millionen km) (ungefähr wahr).

• Die Entfernung des Mondes von der Erde betrug 30 (Millionen km) (völlig falsch).

Hier sehen Sie die Loop-de-Loop-Umlaufbahn, die Sie ursprünglich erwartet hatten.

Was ist nun, wenn wir die Entfernung auf 10 Millionen km reduzieren (immer noch sehr groß):

http://test.bcinfo3.barrycarter.info/nearmoon.gif

Wie Sie sehen können, sind die Loop-de-Loops verschwunden, obwohl die Umlaufbahn noch einige "scharfe Punkte" aufweist, die wir in der realen Umlaufbahn des Mondes nicht sehen.

Wenn wir die Entfernung auf 3 Millionen km reduzieren, kommen wir dem näher, was wir erwarten:

http://test.bcinfo3.barrycarter.info/closemoon.gif

Hier haben wir einen wackeligen Kreis, näher an dem, was tatsächlich passiert.

Natürlich beträgt die tatsächliche Entfernung des Mondes von der Erde nur 0,35 Millionen km, daher sind die tatsächlichen Wackelbewegungen viel kleiner. Ich habe versucht, eine Grafik davon zu machen, aber die beiden Umlaufbahnen landeten übereinander.

Dies ist eine sehr alte Frage und hat bereits gute Antworten, einschließlich eines maßstabsgetreuen Diagramms. Ich möchte nur eine sehr einfache Analogie hinzufügen, die zeigt, wie beide Bilder in der Frage falsch sind (das zweite ist weniger als das erste, wenn wir den zweifelhaften Grad des Falschen zugeben ). Im Folgenden habe ich einigen Freunden die Mond-Sonne-Bewegung erklärt, die sie sofort verstanden haben. Ich hoffe daher immer noch, dass meine Hinzufügung hilfreich sein kann.

Denken Sie an den olympischen Sport des Langstrecken-Eisschnelllaufs. Zwei Konkurrenten laufen auf fast konzentrischen Kreisen mit großer Geschwindigkeit nahe beieinander (lassen Sie uns diese Strecke der Einfachheit halber rund machen, nicht oval wie im echten Sport). Da einer der Skater eine etwas längere Strecke fährt, müssen sie nach den Regeln in jeder Runde die Spur wechseln, sodass keiner der beiden im Nachteil ist.

^{Bildnachweis : Wikipedia Datei: Jan_Smeekens_ (23-02-2008) .jpg}

Plötzlich ändert das Olympische Komitee die Regeln. Die Skater müssen jetzt keine 400 m lange Strecke laufen, sondern eine satte 10 km lange Strecke (ein Kreis mit einem Durchmesser von etwa 3,2 km) und die Strecke nicht einmal pro Runde, sondern 13 Mal wechseln. Das Stadion ist groß und die Kurve der Strecke ist so gering, dass der äußere Läufer während des Wechsels immer noch eine konvexe Kurve zeichnet, wenn er sich mit 0,2 m / s in Richtung der inneren Strecke bewegt, während er die Vorwärtsgeschwindigkeit von 15 m / s entlang der Strecke beibehält [ Anmerkung: Diese beiden Zahlen sind im Gegensatz zu anderen für die Analogie nicht relevant.

Sagen wir mal, einer der Jungs ist nicht ganz konsequent. Er beschleunigt ein bisschen, verlangsamt sich dann ein bisschen, holt aber immer noch den zweiten ein. Tatsächlich passiert es so, dass er, wenn er sich nach draußen bewegt, hinter dem zweiten steht, aber wenn er sich zur inneren Spur bewegt, ist er voraus. Stellen Sie sich vor, was Sie von einer Drohnenkamera sehen würden, die den Läufern von oben folgt. Wow, sie umkreisen sich gegenseitig ! Und weder der Pfad ist konkav wie auf dem zweiten Bild, noch gibt es solche rückwärts gerichteten Schleifen wie auf dem ersten Bild. Sie gehen immer vorwärts, um diese Medaille nach Hause zu bringen!

Die obigen Zahlen nähern sich den Umlaufbahnen von Erde und Mond an. Die Erdumlaufbahn um die Sonne ist ~ 400-mal größer als die des Mondes um die Erde, ebenso wie eine standardmäßige zweispurige Spurweite von 4 m 1/400 des 1,6 km-Radius unserer Supertrack beträgt. Der Mond dreht sich in einem Erdjahr ungefähr 13 Mal um die Erde. In einer besseren Analogie läuft die Erde natürlich in der Mitte der Spur und weicht nur geringfügig ab, und der Mond bewegt sich rhythmisch zwischen den innersten und äußersten Rändern. Es gibt auch keine abrupten Spurwechsel an den Sollwerten für den Mond (und dies glättet die Kurve im Vergleich zu Skaterpfaden noch weiter von der Konkavität weg). Aber da wir uns in einem Gedankenexperiment befinden, tun wir so, als hätte das Olympische Komitee eine Ausnahme für dieses eigenartige Paar.