Jorden, solen og et cykelhjul:Hvorfor din gymnasiebog var forkert om formen på Jordens kredsløb
Hvis du nogensinde er blevet lært om, hvordan Jorden kredser om solen, kan du godt tro, at vores planet bevæger sig ad en oval-formet sti, der bringer den meget tættere på solen på nogle tidspunkter af året end på andre. Det ville du også have en god grund til at tro:det er sådan, de fleste lærebøger viser tingene.
Faktisk antager mange mennesker, at Jorden er tættere på solen om sommeren end om vinteren. Som det sker, er dette sandt om sommeren på den sydlige halvkugle, men det kan ikke også være sandt for sommeren på den nordlige halvkugle.
På den sydlige halvkugle er Jorden 5 millioner kilometer tættere på solen om sommeren end om vinteren, men det er omvendt på den nordlige halvkugle. Den gennemsnitlige afstand mellem Jorden og solen er 150 millioner kilometer, og hovedårsagen til årstiderne er, at Jorden hælder, så hver pol peger nogle gange mere mod solen og nogle gange mere væk fra den.
Så Jordens kredsløb har kun en relativt lille afvigelse fra perfekt cirkulæritet. Men hvorfor vises det så ofte som praktisk talt en æggeform? Og hvordan kan vi visualisere den virkelige situation?
Overvej cykelhjulet
For at prøve at forstå mig selv, hvor cirkulær Jordens og andre planeters kredsløb var, besluttede jeg at sammenligne formen af Jordens kredsløb med et almindeligt 26-tommer cykelhjul ved at nedskalere de reelle dimensioner, så de passer – og konsultere min lokale cykel handle om, hvad afvigelserne ville betyde for et rigtigt hjul. Jeg var meget overrasket over resultatet.
Banen var langt tættere på en perfekt cirkel, end jeg tidligere havde troet. Hvis kredsløbet var et 26-tommer (660,4 mm) cykelhjul, ville afvigelsen fra en perfekt cirkel være mindre end 0,1 mm. Det kan sammenlignes med et tyndt lag maling – stort set ikke til at skelne fra en perfekt cirkel til det blotte øje.
I min undersøgelse offentliggjort i Physics Education , jeg så også på de andre planeter. Venus og Neptuns baner er endnu tættere på perfekte cirkler, hvor Venus' kredsløb kun afviger 14μm (en μm eller mikrometer er en milliontedel af en meter) og Neptun 31μm.
Planeterne med de mindst cirkulære kredsløb er Mars og Merkur. Hvis kredsløbet om Mars var et 26-tommers cykelhjul, ville det være ude med kun mindre end 3 mm – næppe bemærkelsesværdigt, hvis du kørte på en cykel med et hjul, der ikke var sandt med denne mængde.
Merkur har den mindst cirkulære af banerne med en afvigelse på 14 mm, selvom dette stadig kun er 2 %.
Hvis du har en cykel, er der stor sandsynlighed for, at dens hjul ikke engang er så cirkulære som Mars' kredsløb. Hvis du har haft en anstændig kollision med en kantsten eller sten, kan dit forhjul endda være mindre cirkulært end Merkurs kredsløb.
En lille afvigelse
Matematisk indstillede læsere har måske et spørgsmål efter at have læst ovenstående:hvis Jorden i gennemsnit er 150 millioner kilometer fra solen, og denne afstand varierer med 5 millioner kilometer i løbet af et år, burde afvigelsen i dens kredsløb ikke være lidt over 3 %?
Svaret på dette spørgsmål er, at solen ikke er i midten af ellipsen, men forskudt til den ene side som et punkt kaldet fokus. Hvis en planet under dannelsen rejste med den helt rigtige hastighed for at modvirke tyngdekraften, ville den bevæge sig i en cirkel.
Men i det virkelige univers går planeter sjældent med den helt rigtige hastighed for en cirkel. Nogle gange rejser de en smule hurtigere og nogle gange langsommere, hvilket kun kan opnås med en elliptisk bane.
Kommer fuld cirkel
For tusinder af år siden troede de gamle grækere, at alle himmellegemer kredsede rundt om Jorden og rejste i perfekte cirkler.
Denne idé holdt til i omkring 1.500 år, indtil den polske astronom Nicolaus Copernicus (1473-1543) indså, at planeterne (inklusive Jorden) faktisk kredsede om solen.
Copernicus troede, at banerne var cirkulære. Senere indså den tyske astronom og matematiker Johannes Kepler (1571-1630) at han tog fejl og fandt på de tre love for planetarisk bevægelse.
Den første lov er, at planeternes kredsløb er elliptiske og ikke cirkulære. Den tredje lov forbinder størrelsen af en planets kredsløb til den tid, det tager på en måde, der er lidt for kompliceret til, at vi kan komme ind her.
Den anden lov er, at hvis du trækker en linje fra solen til en given planet, vil linjen feje lige store områder ud i lige lang tid, når planeten bevæger sig. Tænk på pizza - en smal kile af en stor pizza kan have samme areal som en bred kile af en lille pizza. Dette sker, fordi planeter bevæger sig hurtigere, når de er tættere på solen.
Hovedårsagen til, at baner tegnes som ellipser i lærebøger, er for at demonstrere Keplers anden lov. Hvis Jordens bane blev tegnet som vist i det korrekt skalerede diagram, ville det være umuligt at se nogen forskel på kilerne.
Dette kan dog give indtryk af, at Jordens bane er langt mere elliptisk, end den faktisk er. Sådanne diagrammer er faktisk ikke forkerte – de er en overdrivelse, en slags matematisk karikatur, der understreger et vigtigt træk.
Selvom de gamle grækere tog fejl om, at Jorden var i centrum af solsystemet, var de ikke langt forkerte med hensyn til planeternes kredsløb. Så hvis du vil undskylde ordspillet, er vi nået fuld cirkel.
Flere oplysninger: Stephen Hughes, Et nyt blik på baner, Fysikuddannelse (2024). DOI:10.1088/1361-6552/ad1b21
Leveret af The Conversation
Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel. 
Varme artikler
-
Religiøse ledere kan reducere partnervold i Uganda:undersøgelseKredit:Pixabay/CC0 Public Domain Intim partnervold – eller misbrug og aggression i et romantisk forhold – er et gennemgående globalt problem. I Uganda, et primært kristent land i Østafrika, rapport -
Et større indkomstgab betyder mindre dagligvareudvalg for alleKredit:Shutterstock Selv før COVID-19 og deraf følgende nedlukninger skabte problemer for nogle globale forsyningskæder, sortimentet i mange nabolagssupermarkeder var svindende. Årsagen var ikke m -
Dykker ned i historien:Gallipoli skibsvrag åbne for offentlighedenEn dykker undersøger vraget af et krigsskib, der blev sænket i Gallipoli-kampagnen fra Første Verdenskrig ud for Canakkales kyst. Hulkende skrog af mægtige krigsskibe hilser dykkere ud for Tyrkiet -
Freelanceøkonomien med høje kvalifikationer stiger, efterhånden som digitale talentplatforme hjæ…Kredit:Pixabay Forskere fra Harvard Business Schools Managing the Future of Work Project og Boston Consulting Groups Henderson Institute udgav i dag rapporten Building the On-Demand Workforce, , d
- Millioner af gnister:Vejret øger australiernes brandfare
- Alaska vulkan bryder ud for 2. dag i træk; fly advarede
- Star-medarbejdere får det meste af æren - og skylden
- Laboratorietest viser, at molekyle ser ud til at anspore til celledød i tumorer, betændelse
- Sådan Multipliceres Fraktioner Med Fælles Betegnelser
- Skalerbar og omkostningseffektiv fremstilling af tyndfilmsenheder