Небесная механика
Раздел астрономии
Небесная механика — это раздел астрономии, который изучает движение небесных тел, космических аппаратов, искусственных и естественных спутников планет под действием сил гравитации.
Задачей небесной механики является предсказание положений небесных тел, исследование устойчивости Солнечной системы и звёздных систем, определение значений астрономических постоянных, построение теории движения тел Солнечной системы с учётом эффектов общей теории относительности.
В ряде случаев учитывается давление света (в движении комет и астероидов), силы сопротивления среды (в движении ИСЗ), изменение массы и другие факторы. Для особо точных расчётов длительных космических полётов и движения астероидов учитываются поправки за счёт современной теории пространства-времени-тяготения — общей теории относительности.
Содержание
1 История небесной механики
1.1 Возникновение
1.2 Развитие
2 Задачи небесной механики
В 1589 году Кеплер окончил школу при монастыре Маульбронн, проявив выдающиеся способности. Власти города решили и назначили ему стипендию для помощи в дальнейшем обучении. В 1591 году поступил в университет в Тюбингене — сначала на факультет искусств, к которым тогда причисляли и математику с астрономией, затем перешёл на теологический факультет. Здесь он впервые услышал (от Михаэля Мёстлина) о разработанной Николаем Коперником гелиоцентрической системе мира и сразу стал её убеждённым сторонником. Университетским другом Кеплера был Кристоф Безольд, будущий правовед.
История небесной механики
Возникновение
Огромное значение для развития астрономии имели открытия гениального английского учёного И. Ньютона. Используя сформулированные им законы движения (законы Ньютона), он показал, что законы Кеплера следуют из законов движения, если силы, действующие между телами, изменяются обратно пропорционально квадратам расстояний между ними, т. е. открыл закон всемирного тяготения.
Пользуясь законами, открытыми Ньютоном и разработанными им же новыми математическими методами, учёные смогли создать теорию движения планет. Это привело к тому, что в астрономии выделились два раздела: астрометрия и небесная механика (подобно тому, как в физике в своё время выделились механика, оптика, электродинамика и др.), которые бурно развивались в XVII—XIX вв.
Развитие
Первый значительный успех небесной механики был связан с кометами.
Кометы — «хвостатые звезды», названные так за необычный вид. Они внезапно появляются на небе, быстро проносятся среди звёзди исчезают. В 1705 г. Э. Галлей предположил, что три кометы, наблюдавшиеся в 1531, 1607 и 1682 гг., являются одним и тем же небесным телом, двигающимся по эллиптической орбите с периодом около 76 лет, и предсказал новое появление кометы в 1858 г. Орбиту кометы уточнил А. Клеро, и она появилась в назначенное время. Эта комета получила название кометы Галлея. Последний раз она появилась в 1986 г.
К 40-м гг. XIX в. стало ясно, что движение открытого Гершелем Урана нельзя объяснить притяжением Солнца и известных к тому времени планет. Была выдвинута гипотеза о суествовании ещё одной планеты Солнечной системы.
Эта планета Нептун была открыта 23 сентября 1946 г. немецким астрономом И. Галле по вычислениям У. Леверье. Открытие Нептуна окончательно доказало правильность ньютоновской теории тяготения.
Величайшим триумфом небесной механики ознаменовались полёты космических советских станций «Вега-1» и «Вега-2» к комете Галлея в 1975—1976 гг. и американских «Вояджер-1» и «Вояджер-2» к Юпитеру, Сатурну, Урану и Нептуу в 1977—1989 гг. Эти полёты продолжаются и в настоящее время.
Задачи небесной механики
Основная задача небесной механики заключается в расчёте движения небесных тел под действием сил всемирного тяготения. В эту задачу включают исследование и расчёт движения планет, искусственных спутников Земли (ИСЗ), космических аппаратов, звёзд в двойных и кратных системах, строения галактик. Среди них наиболее популярной и классической является задача n тел.
В число задач небесной механики включают и учёт приливных сил, возникающих вследствие неоднородности поля тяготения.
Все эти задачи в математическом смысле исключительно трудны. Большинство из них решается численными методами с использованием самых мощных компьютеров. Но есть и задачи, которые могут быть решены в аналитическом виде.