Apsīda (apsis): periapsis, apoapsis un orbītas termini — skaidrojums

Uzzini, kas ir apsis, periapsis, apoapsis un citi orbītas termini — skaidrojums ar piemēriem par Sauli, Zemi un Mēnesi, viegli saprotami jēdzieni astronomijā.

Astronomijā apsis, daudzskaitlī apsides (IPA: /apsɪdɪːz/) ir astronomiskā objekta eliptiskās orbītas lielākā vai mazākā attāluma punkts no tā piesaistes centra, kas parasti ir sistēmas masas centrs.

Tuvāko pietuvošanās punktu sauc par periapsis jeb pericentru, bet tālāko izbraukšanas punktu — par apoapsis (grieķu από apó — "no, prom no"), arī apocentru jeb apapsis. Taisna līnija, kas novilkta caur periapsis un apoapsis, ir apsīdes līnija (elipses galvenā ass), līnija, kas šķērso elipses garāko daļu. Ja orbīta ir gandrīz vai pilnīgi apaļa (excentricitāte e ≈ 0), apsīdes punkts nav izteikti atšķirams un periapsis un apoapsis praktiski sakrīt.

Līdzīgi vārdi tiek lietoti, lai identificētu ķermeni, ap kuru riņķo. Visizplatītākie ir perigēlijs un apogejs, kas attiecas uz riņķošanu ap Zemi, un perihelijs un afēlijs, kas attiecas uz riņķošanu ap Sauli (grieķu ἥλιος hēlios — "saule"). Apollo programmas laikā, runājot par Mēnesi, tika lietoti termini pericynthion un apocynthion.

Vārdu piemēri un prefiksi

Peri-/apo- virknei pievieno prefiksu, kas norāda uz piesaistes centru. Daži biežāk sastopamie termini:

• Perigejs / apogejs — ap Zemi.
• Perihelijs / afēlijs — ap Sauli.
• Periastrons / apastrons — ap zvaigzni (bieži lieto divzvaigžņu sistēmām).
• Perijovs / apojovs (perijove / apojove angl.) — ap Jupitera (no Jove/Jupiter).
• Citi prefiksi tiek veidoti analogi, piemēram, attiecīgi pret citiem planētu vai objektu nosaukumiem.

Matemātika un orbitālie elementi

Elipses ģeometrijā periapsis (r_p) un apoapsis (r_a) attālumi no fokusā esošā centra ir saistīti ar lielo pusasi (a) un ekscentricitāti (e):

• r_p = a (1 − e)
• r_a = a (1 + e)

Orbītā objekta pozīciju attiecībā pret periapsi mēra pēc tā sauktā patiesā anomālijas (true anomaly, ν). Argumentu, kurā periapsis atrodas orbītā, apzīmē kā argumentu periapsīdam (argument of periapsis, ω). Šie elementi kopā ar citiem Keplera orbītālo elementu aprakstiem nosaka objekta trajektoriju un pozīciju jebkurā laikā.

Piemēri un nozīme

Daži tipiski izmēri un piemēri (vidējās vai raksturīgās vērtības):

• Zemes orbīta ap Sauli: perihelijs aptuveni 147,1 miljoni km (apm. 0,983 AU), afēlijs aptuveni 152,1 miljoni km (apm. 1,017 AU). Zemes attāluma izmaiņas neizraisa gadalaikus — tie rodas Zemes ass slīpuma dēļ.
• Mēness orbīta ap Zemi: vidējais perigejs apmēram 363 300 km, apogējs apmēram 405 500 km; šīs svārstības ietekmē Mēness diametra redzamo lielumu un dažkārt izraisa spēcīgākas paisuma un bēguma parādības.
• Mākslīgajiem satelītiem perigejs/apogējs (zemu orbītu satelītiem) nosaka orbītas augstumu un laika periodu; tas ir svarīgi misiju plānošanā, degvielas patēriņa un saziņas regulēšanā.

Kāpēc apsīdes ir svarīgas

• Fizikālā ietekme: orbītas punktā ar mazāku attālumu gravitācijas iedarbība ir spēcīgāka, tāpēc orbitalā ātruma un enerģijas attiecības mainās starp periapsi un apoapsi.
• Novērojumu nozīme: objekta spožums un redzamais izmērs var mainīties atkarībā no tā attāluma no novērotāja.
• Mākslīgajām zondēm un satelītiem pareizas periapsa/apapsa aprēķināšana ir būtiska manevriem (piem., bremzēšanai, apstāšanās orbītā, lidojumiem pa gravitācijas palīgmetienu).

Papildu termini

Angļu valodā bieži lieto arī ģenerisko terminu pericenter un apocenter. Latviski kopumā izplatītāk lieto konkrētākas formas atkarībā no centra (perihelijs/afēlijs, perigejs/apogejs utt.), taču starpdisciplinārā literatūrā sastopams arī generiskais periapsis / apoapsis.

Ja orbīta ir paraboliska vai hiperboliska (ne slēgta), runā nevis par periapsi un apoapsi vienlaikus — parasti pastāv tikai viens tuvuma punkts (periapsis), bet ne eksistē apapsis kā atgriešanās punkts.

Šis skaidrojums sniedz pārskatu par apsīdēm, to nosaukumiem, matemātiku un praktisko nozīmi astronomijā un kosmonautikā. Ja vēlaties, varu pievienot attēlus ar elipses ģeometriju vai aprēķinu piemērus konkrētām orbītām.

Periēlijs un afēlijs

Perihelijs ir objekta orbītas punkts, kas atrodas vistuvāk Saulei. Afēlijs ir objekta orbītas punkts, kurā tas atrodas vistālāk no Saules.

Visām mūsu Saules sistēmas planētām, komētām un asteroīdiem ir aptuveni eliptiskas (sava veida neapaļas) orbītas. Tādējādi tām visām ir tuvākais un tālākais punkts no Saules: perihelijs un afēlijs. Ar orbītas ekscentricitāti mēra orbītas līdzenumu. Jebkurš atsevišķs ķermeņa aplis ap Sauli ir tikai aptuveni eliptisks, jo perifēlija precesija neļauj orbītā veidot vienkāršu slēgtu līkni, piemēram, elipsi. Tas izraisa Milankoviča ciklus.

Katru gadu aptuveni 3. janvārī Zeme atrodas vistuvāk Saulei. Tā ir vistālāk no Saules katru gadu ap 4. jūliju. Attāluma starpība starp Zemes tuvāko punktu Saulei janvārī un vistālāko punktu no Saules jūlijā ir 3,1 miljons jūdžu (5,0 miljoni km). Janvāra sākumā Zeme atrodas aptuveni 91,4 miljonu jūdžu (147,1 miljonu km) attālumā no Saules, turpretī jūlija sākumā - aptuveni 94,5 miljonu jūdžu (152,1 miljonu km) attālumā.

Kad Zeme ir vistuvāk Saulei, ziemeļu puslodē ir ziema, bet dienvidu puslodē - vasara. Tādējādi var redzēt, ka Zemes attālums no Saules nerada ievērojamas gadalaiku maiņas; attāluma atšķirību relatīvi nelielo ietekmi nedaudz maskē galvenokārt okeāna dienvidu puslode pret puskontinentālo ziemeļu puslodi. Tādējādi Zemes gadalaiki mainās un mainās galvenokārt tāpēc, ka Zeme nesagriežas ar savu asi precīzi vertikāli attiecībā pret Zemes orbītas plakni ap Sauli. Zemes ass slīpums ir 23,5 grādi. Tādējādi decembrī un janvārī Saule atrodas tālāk uz dienvidiem, tāpēc ziemeļos ir ziema, bet dienvidos - vasara. Tādējādi ziema iekrīt tajā zemeslodes daļā, uz kuru saules gaisma krīt vismazāk tieši. Vasara ir tajā zemeslodes daļā, uz kuru saules gaisma krīt vistiešāk.

1. Planēta pie afēlija 2. Planēta perihēlijā 3. Saule

Jautājumi un atbildes

J: Kas astronomijā ir apsis?

Q: Kā sauc eliptiskās orbītas tuvākā pietuvinājuma punktu?

J: Kā sauc eliptiskās orbītas tālākās ekskursijas punktu?

J: Kas ir elipses galvenā ass?

J: Kādi līdzīgi vārdi tiek lietoti, lai apzīmētu ķermeni, ap kuru riņķo?

J: Ar kādiem terminiem Apollo programmas laikā apzīmēja Mēnesi?

J: Ko etimoloģiski nozīmē termins apoapsis?

Meklēt pēc burta