近月点(航天器绕月飞行时椭圆形轨道离月球最近的点)

2023-07-04 46阅读

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近月点

航天器绕月飞行时椭圆形轨道离月球最近的点

近月点,指的是航天器在绕月飞行时椭圆形轨道中离月球最近的那个点。一颗行星距太阳最近的点。当对象为地球而非太阳时则使用“近地点”一词(perigee);periapsis用于公转其他星体。(与远日点相对)天体轨道只能有一个近日点,而远日点则可以没有或有一个。

中文名 近月点
外文名 Perilune
含义 离月球最近的一个点
类型 航天
相对 远日点

概念详解

地球

地球绕太阳公转的轨道是一个椭圆,它的长直径和短直径相差不大,可近似为正圆。太阳就在这个椭圆的一个焦点上,而焦点是不在椭圆中心的,因此地球离太阳的距离,就有时会近一点,有时会远一点。一月初,地球离太阳最近,为147,100,000公里,这一点叫做近日点。七月初地球离太阳最远,为152,100,000公里,这一点叫做远日点。事实上,当地球在近日点的时候,北为半球冬季,南半球为夏季,在远日点的时候,北半球为夏季,南半球为冬季。在近日点地球公转速度较快,在远日点较慢。

在近日点时,地球接受到的太阳辐射更强(距离近),地球整层大气平均温度在1月达到全年最高;但最低的温度并不是在远日点,而是在10月(偶尔也会在9月)。

事实表明(经过美国大气中心ncep资料计算),全球整层大气平均风能通常在8月最大,4月最小。

计算方法

月球表面

近日点速度计算可以用角动量守恒计算在这个中心力场的问题中,对于一个绕转的物体,在运动过程中,角动量是守恒的,包括它在近日点和远日点时,具体的说就是L=MV(近)R(近)=MV(远)R(远)。

对于具体一个的物体,M不变,V垂直于它于太阳的连线。

管窥蠡测

地球

1月初近日点日地距离1.471亿千米,角速度61分/天,线速度30.3千米/秒。

水星

近日点在它的轨道平面上移动,每100年向前移动(天文学上称为进动)5601“左右,比根据牛顿定律推算出来的值偏高43",这个值被称为水星近日点反常进动。1859年,海王星的发现者——法国天文学家勒威耶(Urbain Le Verrier)在发现海王星的启发下,大胆地提出这种现象是由于一颗未知的水内行星对水星的摄动引起的。同年便有人宣称发现了水内行星,并起名为“火神星”,一时间掀起了寻找火神星的热潮。然而几十年过去了,此梦一直未圆。

哈雷彗星

1910年4月20日,哈雷彗星到达近日点。

哈雷彗星是惟一可以预报的大彗星,1705年,英国天文学家哈雷利用牛顿万有引力定律推算出其回归周期及轨道,为表彰他的成就,遂将该彗星命名为哈雷。它成为公元前240年以来有32次回归记录的“熟客”。哈雷彗星的周期约为76年。在20世纪有二次出现。1910年回归时条件良好,因而形象颇为壮观:4月20日过近日点时彗尾已亮得肉眼可见,一个月后过近地点时彗尾长达125度~150度。其时,由于它距离地球只有2500万千米,故有人担心完全被彗尾笼罩的地球生物会全部死亡。其实彗尾非常稀薄,而地球未发生任何异状。不过哈雷彗星横扫天际的景象着实使当时的人们心惊肉跳。

科学解释

近月点示意图

爱因斯坦用相对论解释水星近日点的现象

根据牛顿万有引力定律计算的水星近日点进动值与观测值的分歧。1859年,法国天文学家勒威耶发现水星近日点进动的观测值﹐比根据牛顿定律算得的理论值每世纪快38度﹐并猜测这可能是一个比水星更靠近太阳的水内行星吸引所致。可是经过多年的辛勤搜索﹐这颗猜测中的行星始终毫无踪影。纽康测定这个值为每世纪43度。他提出﹐这可能是那些发出黄道光的弥漫物质的阻尼所造成的。但是﹐这种假设又不能解释其他几颗行星的运动。于是纽康就怀疑万有引力定律中的平方反比规律有问题。为了能同时解释几颗内行星的实际运动﹐纽康求出了引力应与距离的21.574×10次方成反比。十九世纪末﹐电磁理论发展的早期,韦伯﹑黎曼等人也都曾试图用电磁理论来解释水星近日点的进动问题﹐但均未能得出满意的结果。

依据牛顿万有引力定律计算所得的水星近日点进动理论值与实际观测所得到的观测值之间的差异所产生的分歧问题。1859年,法国天文学家U.J.J.勒威耶根据多次观测发现所得到的水星近日点进动值要比按照牛顿万有引力定律计算所得的理论值每世纪快38秒出现水星近日点反常进动他的这一发现引起了众多天文学家的注意很多人对这一问题进行了研究和修正。进一步测定水星近日点进动的观测值与理论值之差为每世纪43秒,于是有人怀疑牛顿万有引力定律是否普遍适用。但长期得不到完满的解释。直至1915年A.爱因斯坦根据他创立的广义相对论原理对水星近日点的进动进行了计算他的计算值与按照牛顿万有引力定律计算得到的值之差值为每世纪43″03。这个值与观测值十分接近,从而成功地解释了水星近日点反常进动。

进动值的分歧问题,成为天文学对广义相对论的最有力的验证之一。影响水星近日点进动的因素很多,任何微小的变动都会影响到对广义相对论的验证,因此,这个问题尚需要继续研究。

事件直击

中国国家航天局

近月点

中国国家航天局2007年11月5日下午在北京宣布,北京时间当天11点15分,嫦娥一号卫星首次飞达近月点,顺利实施第一次近月制动,卫星成功被月球捕获,进入周期为12小时,近月点210公里、远月点8600公里的月球极轨椭圆轨道。

朱民才介绍,所谓近月制动,就是给在地月转移轨道高速飞行的卫星减缓速度,完成“太空刹车减速”,建立正常姿态,进行环月飞行。

最佳制动点

月球也有引力,为了让卫星能够在引力内,按一定轨道运行,又不能使起脱离引力。需要一个夹角力。

卫星速度太快就容易脱离引力,嫦娥一号的制动使其速度降低,提高引力对其作用,相应的离心速度也就减小,最终可保证其运行轨道半径的缩小。

最危险点

嫦娥一号

近月点

嫦娥一号的首次近月点减速,是为了保证它被月球引力顺利捕获,成为绕月卫星。与近地点加速变轨相比,首次近月点减速必须更加精确,出现意外后修正轨道的机会小、实施难度也更大。

嫦娥一号到达地月转移轨道出口——月球捕获点后,必须进行减速机动,一旦未能按要求完成减速制动过程来实现月球捕获,嫦娥一号就将沿着以月球为焦点的双曲线型轨道飞离月球。由于月球的引力作用,这条双曲线型轨道将错过地球,使嫦娥一号离开地球和月球,飞进遥远的深空,这就意味着嫦娥一号的这次绕月之旅失败。

专家们对月球捕获过程进行了大量研究,制定了详细的控制方案和故障对策,设计采用了在近月点3次减速机动的方案,依次把嫦娥一号的轨道周期变为12小时、3.5小时和127分钟,以确保嫦娥一号能够顺利完成月球捕获。

参考资料

1.嫦娥一号今日11时进行第二次近月制动·新浪网

2.近月点及远月点的位置 近月点和远月点的经纬度·天气网

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