АСТЕРОИДНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

В настоящее время перед людьми стоит проблема астероидной опасности. Это аспект глобального характера, связанный с угрозой столкновения с Землей одного или нескольких астероидов, которая в нынешних условиях стала бы неизбежной, а по своим последствиям было бы сопоставимо с ограниченной термоядерной войной. Около десятков тысяч астероидов регулярно приближаются к нашей планете – вопрос времени состоит лишь в том, когда и в каком месте произойдет удар. Несмотря на всю серьезность угрозы и катастрофичность возможных последствий, Земля плохо подготовлена к потенциальному столкновению. Лишь с трудом удаётся рассчитать траектории космических объектов.

Земля и астероид движутся по орбите, их столкновение может произойти тогда, когда они в одно и то же время достигнут одной точки в пространстве, если быть точнее, когда какой-либо участок поверхности Земли пересекает орбиту объекта при его пролёте.

Важно знать параметры движения и вид орбиты Земли, чтобы определить оптимальную траекторию движения летательного аппарата для подлета к астероиду, а также расчет точки пересечения орбит Земли и астероида.

Орбита в астрономии, – путь небесного тела в пространстве. Хотя орбитой можно называть траекторию любого тела, обычно имеют в виду относительное движение взаимодействующих между собой тел, например, орбита Земли вокруг Солнца.

Вращаясь вокруг своей оси, Земля одновременно движется вокруг Солнца (рис. 1), обходя круг за 365 суток 5 часов 48 минут 46 секунд [2]. Этот период – астрономический год. Расстояние от Земли до Солнца непостоянно.

Рисунок 1. Движение Земли вокруг Солнца

Земля полностью огибает Солнце каждые 365.2563666 дней (1 звездный год). При данном движении Солнце перемещается по отношению к звездам на 1° в день (или диаметр Солнца или Луны каждые 12 часов) на восток, как это можно увидеть с Земли. Для того чтобы сделать полный оборот вокруг своей оси Земле требуется 24 часа, после чего Солнце возвращается на свой меридиан. Орбитальная скорость Земли при движении вокруг Солнца в среднем равна 30 км в секунду (108 000 км в час), что достаточно быстро, чтобы покрыть диаметр Земли (около 12700 км) за 7 минут или расстояние до Луны (384 000 км) за 4 часа.

При изучении северных полюсов Солнца и Земли было установлено, что Земля вращается по отношению к Солнцу в направлении против часовой стрелки. Также Солнце и Земля вращаются против часовой стрелки вокруг своих осей.

Земная орбита, огибая Солнце, проходит расстояние примерно 940 миллионов км за один год.

Рассмотрим форму орбиты Земли. Иоганн Кеплер, немецкий математик и астроном, в своей фундаментальной работе «Astronomia nova» («Новая астрономия») впервые описал то, что планета движется вокруг Солнца по расширенной круглой или овальной траектории - "эллиптическая орбита" (вместо идеального круга) [1].

Чтобы описать природу эллиптических орбит используется эксцентриситет – число между нулем и единицей. Если эксцентриситет планеты близок к нулю, то форма эллипса близка к кругу. Если же показатель ближе к единице, эллипс удлинённый.

Эксцентриситет у орбиты Земли менее 0,02, то есть форма орбиты очень близка к круговой.

Распределение на конкретные времена года обусловлены тем, что Земля имеет осевой наклон 23,4 ° от вертикальной оси.

Рисунок 2. Наклон Земли

Методы расчета расстояния от Земли до Солнца

Расстояние до Солнца вычислили методом параллакса [3]. Параллакс - это разность положения объекта относительно какого-нибудь удаленного предмета в зависимости от положения наблюдателя:

Рисунок 3. Метод параллакса

Расчет скорости движения Земли вокруг Солнца

Задача: вычисление примерной орбитальной скорости Земли вокруг Солнца, не используя данные о длине земной орбиты.

Решение: Для начала нужно вычислить длину земной орбиты. Это можно сделать, зная ее диаметр.

Диаметр земной орбиты состоит из трех частей:

диаметр Земли вычислим, зная длину окружности Земли (по экватору: 40075,017 км^[9]; по меридиану: 40007,86 км) ≈ 40000; делим окружность на , тем самым, получим диаметр Земли равен 12738,9 км;

диаметр Солнца равен 109 диаметров Земли, т.е. 12738,9˖109=1388540,1 км;

расстояние от Солнца до Земли составляет 8,31 световых минут, а скорость света равна ≈ 300000 км/с; умножая, получаем, что расстояние от Земли до Солнца равно 149580000 км; удвоенное полученное расстояние – расстояние от Земли до Солнца туда и обратно: 299160000 км.

Складываем три части: 12738,9+1388540,1+299160000=300561279 км – диаметр земной орбиты. Умножая диаметр на число , получим длину земной орбиты – расстояние, которое Земля проходит за один год: 943762416,06 км.

Рассчитаем скорость: расстояние 943762416,06 км разделим на время 31558150,074 с (365,2563666 дней), получим 29,9 км/с (2583835,635 км/день).

Энциклопедические данные равны 29,765 км/с. Исходя из этого можно сделать вывод, что, путем простых расчетов, можно точно рассчитать скорость вращения Земли вокруг Солнца. Небольшая погрешность объясняется округлением и использованием приближенных начальных данных.

По рассчитанным данным можно в масштабе построить орбиту Земли вокруг Солнца и определить расстояние от Земли до Солнца в любой момент времени.

На рисунке 4 показана орбита Земли в масштабе 1:1000000 (т.е. в 1 миллиметре 1000000 километров):

Рисунок 4. Орбита Земли вокруг Солнца

Точками на рис. 4 обозначен каждый день в году, например, 3 сентября расстояние от Земли до Солнца будет составлять 97815900 км. Также возможно найти расстояние в более конкретный момент времени, путем разбиения построенной орбиты на меньшие участки. Это позволит определить точку столкновения (пересечения орбит) с астероидом, если известна его орбита.

Список литературы:

1. Белый Ю. А. Иоганн Кеплер. – М.: Наука, 1971. – Глава 4
2. Движение Земли вокруг Солнца. – [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL:  http://vikidalka.ru/3-40467.html (Дата обращения 28.03.2018)
3. Доклад: Определение расстояний до звезд и планет. – [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://works.tarefer.ru/7/100124/ (Дата обращения 02.04.2018)