您当前的位置:首页 > 美文欣赏 > 内容

地球运行轨道半径,地球运行轨道半径是多少(揭秘人造卫星运行速度的物理原理)

关于【地球运行轨道半径】,地球运行轨道半径是多少,今天犇涌小编给您分享一下,如果对您有所帮助别忘了关注本站哦。

内容导航:1、轨道半径越大,飞行速度越快?揭秘人造卫星运行速度的物理原理2、地球运行轨道半径

1、轨道半径越大,飞行速度越快?揭秘人造卫星运行速度的物理原理

1957年10月4日,前苏联研制的人类首颗人造地球卫星“斯普特尼克”号在哈萨克斯坦拜科努尔航天中心成功发射升空,这颗卫星在轨运行3个多月,环绕地球运行1400多圈后,最终坠入地球大气层烧毁。“斯普特尼克”号是全世界第一颗人造地球卫星,它掀开了人类探索太空的篇章,引发了冷战时期美苏两国的太空竞赛,对人类的意义相当重大。

地球运行轨道半径,地球运行轨道半径是多少(揭秘人造卫星运行速度的物理原理)

至今为止,人类发射的人造卫星数量已经达到了数万颗,它们的结构、特性、功能、用途、运行轨道等等都不尽相同。在数十年的使用过程中,人造卫星在太空科学研究、地球通信、国防军事、气象资源、电视广播等方面都发挥了重要的作用,为人类社会发展做出了重要贡献。

地球运行轨道半径,地球运行轨道半径是多少(揭秘人造卫星运行速度的物理原理)

我们经常可以在电视直播中看到航天器或者人造卫星的发射情景,火箭点火的瞬间总是让人特别振奋,发射指挥中心大屏幕上的运行轨道总是让人感到高大上。可能很多人对人造卫星绕地球运行的物理原理不太清楚,今天就让我们一起走近人造卫星的世界,认识它的运行轨道和运行速度的物理原理。

地球运行轨道半径,地球运行轨道半径是多少(揭秘人造卫星运行速度的物理原理)

人造卫星绕地运行的关键:万有引力和向心力

早在17世纪,牛顿阐述经典力学三大定律和万有引力定律之时,就曾设想在距离地面一定高度的地方,将一个物体平抛出去,当这个物体的初始速度越大时,它的落地点与抛掷点的距离就会越大,如果初始速度足够大,那么这个物体就不会落到地面上,而是环绕着地球一直运动。这就是朴素的人造地球卫星物理原理,可是当时的技术条件还远远不能提供足够大的动力,使物体具有环绕地球一直运动的足够的速度。

地球运行轨道半径,地球运行轨道半径是多少(揭秘人造卫星运行速度的物理原理)

人造卫星环绕地球运行主要依赖于万有引力和向心力,具体来说就是地球对卫星的万有引力提供向心力,使卫星环绕地球做圆周运动。我们都知道,任何两个有质量的物体之间都存在相互吸引的万有引力,质量越大,距离越近,万有引力越大,万有引力的物理公式如下:

地球运行轨道半径,地球运行轨道半径是多少(揭秘人造卫星运行速度的物理原理)

物体做圆周运动需要向心力的维持,向心力的物理公式如下:

地球运行轨道半径,地球运行轨道半径是多少(揭秘人造卫星运行速度的物理原理)

卫星的万有引力提供向心力,因此有下面的等式成立:

地球运行轨道半径,地球运行轨道半径是多少(揭秘人造卫星运行速度的物理原理)

其中,G是万有引力常数,M是地球的质量,m是卫星的质量,r是卫星绕地球运行的轨道半径,v是卫星的飞行速度。凭着个人的经验感觉,平常人或许会认为卫星的轨道半径越大,卫星的飞行速度也就越大。但是物理理论告诉我们,这种想法是错误的,从上面的公式中可以看出,卫星的轨道半径和飞行速度的平方成反比,也就是说,卫星的轨道半径越大,卫星的飞行速度也就越小。

地球运行轨道半径,地球运行轨道半径是多少(揭秘人造卫星运行速度的物理原理)

三大宇宙速度

我们平常可能听到过第一、第二、第三宇宙速度的说法,实际上,它们分别是指一个航天器能够环绕地球运行、能够摆脱地球引力束缚,不再环绕地球飞行和摆脱太阳引力束缚,飞出太阳系的三个速度。通过万有引力、向心力等物理知识和地球、太阳的质量、半径等参数,经过简单的计算,就可以得到三大宇宙速度的数值分别为7.9千米/秒、11.2千米/秒和16.7千米/秒。

地球运行轨道半径,地球运行轨道半径是多少(揭秘人造卫星运行速度的物理原理)

圆形轨道和椭圆轨道

当发射速度小于第一宇宙速度时,物体会落回地面;当速度等于第一宇宙速度时,物体会恰好绕地球表面做匀速圆周运动;当速度超过第二宇宙速度时,物体会摆脱地球引力束缚,不再环绕地球运行,改为环绕太阳运行或者当速度更大时,摆脱太阳引力束缚,逃逸到太阳系外的星际空间中飞行。那么当速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间时,物体又会怎样运动呢?其实这个问题的答案就是卫星运行轨道的不同。

地球运行轨道半径,地球运行轨道半径是多少(揭秘人造卫星运行速度的物理原理)

当速度大于第一宇宙速度而小于第二宇宙速度时,卫星会以椭圆形轨道环绕地球飞行。当卫星飞到距离地球较近的近地点时,飞行速度较大;当飞到距离地球较远的远地点时,飞行速度较小。实际上,绝大部分卫星都是按照椭圆形轨道环绕地球飞行的。当增大卫星的飞行速度时,椭圆形轨道的会更扁更长,比如我国2018年12月发射的嫦娥四号卫星,在从地球向月球转移的过程中,先是按椭圆轨道绕地球飞行,当每次经过近地点时,发动机点火,提高卫星速度,使得嫦娥四号绕地球飞行的椭圆轨道越来越长。然后卫星进入奔月轨道,当接近月球时,被月球的重力所捕获,成为绕月球飞行的卫星。在环绕月球飞行,每次经过近月点时,反向发动机点火,降低卫星速度,使得绕月轨道变小,距离月球表面更近,更便于对月球的观测。

地球运行轨道半径,地球运行轨道半径是多少(揭秘人造卫星运行速度的物理原理)

地球同步轨道

我们所处的地球绕着自转轴以23小时56分钟4秒的周期不断的自转着,如果某颗绕地球转动的人造卫星的运行周期与地球的自转周期相等,那么就意味着在地球上的同一个地方,每天的同一时刻都能在天空中相同的位置观测到这颗人造卫星,那么这颗人造卫星的运行轨道就称为地球同步轨道。

地球运行轨道半径,地球运行轨道半径是多少(揭秘人造卫星运行速度的物理原理)

地球同步轨道的平面可以与地球的赤道成各个角度,按照所成角度不同,地球同步轨道可分为极地同步轨道、倾斜同步轨道和地球静止同步轨道。当与赤道成90度时,人造卫星会环绕经过地球南北极的极地同步轨道运行。当与赤道所成角度介于0度到90度之间时,人造卫星会环绕倾斜同步轨道运行。当与赤道成0度时,地球上任何一个地方的人在一天中的任何时刻都可以在天空中相同的位置观察到这颗人造卫星,也就是说这颗人造卫星跟随地球自转的角速度,相对地球是静止的,这样的轨道称为地球静止同步轨道。地球静止同步轨道的高度是固定的,大约在地球赤道上方35786千米。

地球运行轨道半径,地球运行轨道半径是多少(揭秘人造卫星运行速度的物理原理)

运行在地球同步轨道上的卫星称为地球同步卫星,因为地球同步卫星可以在每天的特定时刻经过地球上的特定地点,或者可以相对地球表面静止不动,所以地球同步卫星在气象观测、军事侦察、通信导航和电视广播等方面具有重要的作用。

2、地球运行轨道半径

地球运行轨道半径

地球轨道(Earths orbit)是指地球围绕着太阳进行运动的路径,该路径是一个大体呈偏心率很小的椭圆,平均半径约为149,600,000公里,环绕一周所需时间约为365天,即天文单位中的一恒星年。地球轨道所在的平面,就是黄道面。

地月轨道

平均轨道半径 384,400千米

轨道偏心率 0.0549

近地点距离 363,300千米

远地点距离 405,500千米

平均公转周期 27天7小时43分11.559秒

平均公转速度 1.023千米/秒

轨道倾角 在28.58°与18.28°之间变化

(与黄道面的交角为5.145°)

升交点赤经125.08°

近地点辐角 318.15°

默冬章 (repeat phase/day) 19 年

平均月地距离 ~384 400 千米

交点退行周期 18.61 年

近地点运动周期 8.85 年

食年 346.6 天

沙罗周期(repeat eclipses) 18 年 10/11 天

轨道与黄道的平均倾角 5°9

月球赤道与黄道的平均倾角 1°32

轨道演变

地球的太阳的引潮力的作用,地球公转所具有的动能将会逐渐转化为潮汐能。从一个长远的期限来看,地球会逐渐远离太阳,不过这个速度会非常小。

还有一个更小的因素,那就是宇宙的膨胀,但是在这个阶段,宇宙膨胀起的作用更加小,和上面那个已经很小的数字相比还是忽略不计。这两个因素的作用都是长期作用,可能从今天这个短时间的范围来看

这两个因素所起的作用还没有一个微小的流星体(就是一颗流星啦)撞击地球所起的作用大。 不过,最多几十亿年地球轨道在这之中变化不会太大,但是会有的,而且会影响气候变化。

地球运行轨道半径

轨道半径是什么 轨道的半径是什么

地球轨道指的是地球围绕太阳运行的路径,其平均轨道半径是14960000千米,可表示为1.496×10^8千米。地球轨道所在的平面,就是黄道面。地球轨道呈偏心率很小的椭圆,半长轴为1.496×10^8千米;半短轴1.4958×10^8千米.地月轨道的平均半径384400千米。

地球椭圆的简介

地球椭圆轨道的偏心率(e)和扁率(f)分别为(1/60或0.016和1/7000),太阳即位于该椭圆的一个焦点上。地球到太阳的距离变化在1.471×108~1.521×108千米之间,平均距离为1.496×10^8千米。

地球轨道的形成原因

椭圆的轨道是地球对附近的天体引力的折中。仅有一个行星和一个恒星的系统球形屏幕地球轨道是没有任何意义的。早期的太阳系在形成过程中,原始的行星受到了小行星的撞击和其他一系列扰动,才导致椭圆轨道的形成。这叫行星徙动理论。

地球运行轨道半径

形成原因

因为椭圆的轨道是地球对附近的天体引力的折中。仅有一个行星和一个恒星的系统是没有任何意义的。早期的太阳系在形成过程中,原始的行星受到了小行星的撞击和其他一系列扰动,才导致椭圆轨道的形成。这叫行星徙动理论。

首先:正圆轨道也是椭圆轨道的一种,只不过是特殊的椭圆轨道。

如果要地球完全按照正圆轨道运转条件是十分苛刻的,首先就必须让太阳的其他行星消失,接着离太阳比较近的恒星也必须消失,否则他们就会对地球产生影响导致地球运转轨道的改变。

地球绕太阳公转,在给定的能量的条件下,可能的轨道有无数条,圆轨道只是其中的一条而已。如果想要地球按正圆轨道运行,地球的能量,动量要满足一定条件。

就是任一时刻,地球的动能Ek和势能Ep的关系满足 Ek = -Ep/2。或者说当 Ek = -Ep/2时,地球运动方向垂直于日地连线。这个条件非常苛刻,即便是地球在正圆轨道上运行,一点微小的扰动都可以改变这种状态,使得地球在新的椭圆轨道上运行。

测量方法

最早古希腊的阿利斯塔克斯通过测量月食时掠过月面的地影与月球的相对大小,利用几何学方法,算出以地球直径为单位的地球至月球的距离。

后来古希腊的依巴谷利用同样的方法得出地球到月球距离是地球直径的30倍,而古埃及的埃拉托塞尼根据不同纬度间夏至时正午影子的夹角变化和不同纬度的距离,测算出了地球子午线的长度,这样,综合起来,依巴谷就得出了地月距离。再利用三角函数,就得出了日地距离。

发展研究

科学家设想用超级太阳帆改变地球轨道

在大约50亿年左右,太阳将开始慢慢转变成一颗膨胀的红巨星。它的外层气体将会不断膨胀,从现在开始算起的70亿年后,它的体积和亮度达到最大值,届时,太阳将会吞没整个地球。我们地球人如何避免被太阳烤焦的命运?

但是在这之前的11亿年内,太阳的亮度将增加11%,陆地温度平均上升到大约50摄氏度(120华氏度)。海洋受热升温,海洋水会像放在阳光充足的厨房灶台上的一锅水,在没有沸腾的情况下慢慢被蒸发掉。植物和动物将很难适应这种温室环境,不过一些被称作古生菌的单细胞有机体将会幸存下来。

但是稍后不久,一旦水蒸汽进入大气层,太阳发出的紫外线将导致水分子分裂,构成生命细胞所需的氢将会慢慢泄漏到太空中。如果我们的后代或者我们之后的其他智能生命形式想幸存下来,他们必须移居到其他地方。但是他们要移民到哪里呢?而且怎样才能移居到那里呢?

一种可能的.方法将是利用火箭移居到其他行星上。然而要运走67亿人,大约相当于要发射10亿架航天飞机。即使我们能在一天内发射1000架航天飞机,也需要2700年才能将所有地球上的人送走。

人们到达新驻地后,生活方面又会遇到麻烦。移居到其他行星需要将这些行星地球化,才能为地球移民提供生活所需的食品、水和氧气。既然如此,我们为什么不能和地球一起移民呢?

卫星跟踪系统上录入了地球轨道上700个卫星的数据,基本物理学告诉我们,我们实际上是可以移动行星的。将一枚火箭发射到太空时,它产生的反冲力会把地球推向相反方向,尽管推动的距离微乎其微,这就像开枪后枪要后挫一样。

科幻作家和训练有素的物理学家斯坦利·施密特在他的小说《罪恶之父》中就采用了这个事实。这部小说描写了外星人在地球南极安装了巨大的火箭引擎,用来推动地球。

然而现实生活中的地球非常庞大,一枚火箭几乎对它的运动没有任何影响。向正确方向发射10亿枚10吨的火箭,仅有可能将地球每秒的速度改变20纳米。

一些天文学家已经开始着手解决移动行星的问题,不过这并不是为了处理人类时段内发生的紧急事件。圣克鲁兹加州大学的格雷格·劳林表示,实际上他们正在设计试验,通过这项试验理解行星系动力学。

劳林和他的同事丹·柯里肯斯基,以及密歇根大学的天文学家佛瑞德·亚当为了了解行星系统如何重新自行排列,他们开始着手解决如何推动地球,以便不让不断升温的太阳把它“蒸熟”的问题。

为了达到预期的目的,他们三人选择地球的最终目的地作为一个轨道,这条轨道与太阳的距离是地球现在的轨道与太阳之间的距离的1.5倍,相当于火星轨道。

在63亿年内,当太阳进入红巨星阶段,它的亮度将是2.2倍,那时距离太阳那么远的行星获得的阳光大约跟地球现在获得的阳光一样。他们表示,通过改变遥远太阳系的冰体的轨道,让它们从地球附近经过,将它们的一些轨道能量转移给地球,可以实现推动地球的目的。

位于海王星外的冰体环内的天体被称作柯伊伯带(Kuiper Belt),更远处一个由彗星构成的球状云团叫做奥尔特云(Oort cloud?)。因为它们远离太阳,这些天体具有相对较低的轨道能量

因此可以利用专门用于偏转靠近地球的小行星的方法推动它们。这些方法从轻微的引力拖拽,到利用大型推进器猛推,可谓五花八门,应有尽有。

本文关键词:地球半径和地球轨道半径,地球运行轨道半径计算,轨道半径算地球半径吗,地球公转的轨道半径,轨道半径等于地球半径。这就是关于《地球运行轨道半径,地球运行轨道半径是多少(揭秘人造卫星运行速度的物理原理)》的所有内容,希望对您能有所帮助!


声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,谢谢。

上一篇: 旅游地点怎么选择,去旅游怎么选择住宿地点(旅游地点记录)

下一篇: 围巾当头巾的系法,围巾的系法(手把手教你9种超潮的系围巾&头巾方法)



推荐阅读

网站内容来自网络,如有侵权请联系我们,立即删除! | 软文发布 | 粤ICP备2021106084号