Érase una vez que me gradué en física. Más tarde aprendí por mi cuenta como programador web. Desde entonces, trabajo principalmente como programador, pero sigo dedicando tiempo a la física, la tecnología (calculo o construyo algo) y la ciencia en general. Tal "división" trae resultados interesantes. Resultó que algunos hechos en física pueden explicarse bien usando la programación.
¿De dónde vino esa pregunta? El niño mayor en la escuela tuvo una lección sobre los planetas del sistema solar. En general, los conoce, y en el cielo vespertino vimos algunos (Júpiter, Marte, Saturno). Pero muchos hechos interesantes permanecen más allá de la comprensión. Falta de visibilidad, movimiento, tal vez interactividad. Precisamente esta brecha en la presentación del material era lo que quería llenar con la ayuda de la programación web, siguiendo la conocida sabiduría "es mejor ver una vez que escuchar cien veces".
Como habrás adivinado, el artículo se centrará en hechos relacionados con el sistema solar (no solo los planetas). Veamos qué es tan curioso en nuestro rincón galáctico.
Para demostrar todo lo escrito, preparé una serie de páginas web a las que proporcionaré enlaces durante la conversación. En este artículo, usamos el paquete
html + svg + javascript . Es simple, comprensible y bastante adecuado para nuestros objetivos. Si está interesado en cómo funciona esto o aquello "bajo el capó", puede abrir y ver con seguridad los códigos fuente de mis páginas. También se proporcionan enlaces a Wikipedia si desea leer sobre algo con más detalle.
Excentricidad
La suposición principal al crear páginas está asociada con la excentricidad. Este parámetro muestra el grado de alargamiento de la órbita. Si la excentricidad es cero, entonces este es un círculo limpio, si de cero a la unidad, entonces una elipse. Mucha gente sabe que la órbita de Plutón es claramente elíptica (incluso se superpone parcialmente a la órbita de Neptuno). Entonces, su excentricidad es 0.24. Resulta interesante, y en la órbita de Mercurio la excentricidad es 0.2. Para otros planetas, el valor
varía de 0.01 a 0.1 .
Para no complicar los cálculos y el cronograma,
consideraremos las órbitas simplemente circulares , incluida la de Mercurio. Excluiremos a Plutón de la consideración, ya que también tiene una inclinación de la órbita: el modelo es demasiado complicado. Por supuesto, svg le permite dibujar elipses, pero las órbitas circulares serán suficientes para que comprendamos los problemas básicos y dibujemos en el navegador.
Estructura modelo
Ahora puede crear todo lo que necesita en nuestra página. Hay un elemento en svg que nos conviene. Con él, puedes dibujar el sol, los planetas y sus órbitas. El posicionamiento del Sol y los planetas, así como los tamaños de las órbitas, se calculan usando JavaScript en función del tamaño actual de la ventana del navegador (aquí, lo siento, pero en los navegadores móviles probablemente será demasiado pequeño). Para la representación, se calcula una escala para que la órbita más grande se ajuste a la pantalla. Para calcular la posición actual del planeta, se toma el período de su revolución alrededor del Sol en años terrestres.
Planetas del grupo Tierra
Empecemos Primera parte, hay
cuatro planetas interiores en el escenario. En esta página, “probamos” la estructura html y svg para que nada se moviera a ninguna parte, depuramos el javascript. Es importante hacer todo cualitativamente, para que todas las páginas siguientes usen el mismo "marco".
Entonces, hecho, todo está dibujado, los planetas se están moviendo. Ahora puede ver los resultados relacionados específicamente con la física (astronomía). En primer lugar, las relaciones entre los tamaños de las órbitas y, en segundo lugar, entre los períodos de revolución, se han hecho evidentes. Observe qué tan rápido se compara Mercurio con la Tierra o Marte.
Dos círculos punteados en la animación limitan la llamada
zona habitable donde la vida es posible. Como Wikipedia nos dice, diferentes científicos dan
estimaciones ligeramente diferentes para sus fronteras . Tomamos el rango 0.95 - 1.37 AU La animación muestra claramente cuán afortunados somos, los terrícolas, nuestro planeta es el único que se ha metido en el área correcta.
Seguimos adelante.
Cinturón de asteroides
Segunda parte:
el mismo Júpiter en el escenario.
En comparación con la primera animación aquí, aceleramos el movimiento 15 veces, solo para que Júpiter tenga una velocidad más o menos decente (de lo contrario, sería completamente imposible esperar hasta que haga al menos una revolución). Este matiz muestra
cuán lentamente se mueven los planetas exteriores en comparación con los interiores: cada revolución alrededor del sol ya está comenzando a llegar a decenas y cientos de años.
Por supuesto, la gran brecha entre las órbitas de Marte y Júpiter es sorprendente. En realidad, hay un
cinturón de asteroides , objetos que no pudieron formar un planeta debido a la influencia gravitacional de Júpiter. El cinturón se extiende de 2.2 a 3.6 AU Toda esta "basura del edificio" que quedó desde el inicio del sistema solar se muestra en la animación con puntos negros. Por supuesto, debe comprender que este es un mapeo aproximado. Entonces, hay alrededor de 300 mil objetos reales en el cinturón, la animación muestra 300 ordenados al azar, solo para comprender la esencia.
Resonancia orbital
Tercera parte: elimina los planetas pequeños y
agrega Saturno a Júpiter .
Los dos planetas más grandes, digas lo que digas, merecen especial atención. Tienen una
resonancia orbital pronunciada, una situación en la que, debido a la interacción gravitacional, sus períodos de circulación están
correlacionados como pequeños números naturales . Específicamente, para el par Júpiter-Saturno, la relación de períodos es 5: 2 (es decir, Saturno hace dos vueltas de cinco vueltas de Júpiter).
Demostramos este fenómeno usando animación. Hagamos un div por separado en la página, en el que colocaremos una marca vertical para cada revolución para cada revolución. Las marcas de Júpiter (marrón) irán arriba y Saturno (azul) abajo. Las etiquetas también se dibujan usando svg.
Si comenzamos la animación, veremos una divergencia gradual de las etiquetas. De hecho, este es el verdadero resultado: al leer la misma Wikipedia, por alguna razón, en la frase "casi 5: 2", descartamos la palabra "casi". Y creemos que el sistema solar es como un reloj con engranajes perfectamente ajustados. Pero el mundo real es aún más complicado. De ahí la discrepancia.
Planetas gigantes
Cuarta parte:
gigantes de gas en el escenario (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno).
Como podemos ver, las órbitas de los planetas se hacen aún más grandes, y las velocidades orbitales son aún más pequeñas. En comparación con la primera animación, el tiempo ya se aceleró 150 (!) Veces, de modo que todo más o menos "respira".
En esta parte, hablaremos sobre los cometas, especialmente porque están conectados con planetas gigantes. Los astrónomos dividen los cometas en períodos cortos y largos (el primer período de circulación es inferior a 200 años, el segundo, respectivamente, más de 200). Además, los períodos cortos, a su vez, se dividen en
familias de solo cuatro planetas: la familia de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Esto se debe a cuál de los planetas tiene el mayor impacto en un cometa en particular. Naturalmente, hay mucho material sobre los cometas en Wikipedia, y también encontré un
buen artículo sobre Habré.
Para una mejor comprensión de lo que son las familias, imponemos a la animación de la órbita un par de algunos cometas. Que sea, por ejemplo, el
cometa Halley (órbita roja) y el
cometa Enke (órbita violeta), los primeros para los cuales los científicos pudieron calcular los parámetros de movimiento.
Para la correcta representación de elipses en svg, tuve que sentarme un poco con un lápiz y papel y calcular los semiejes de una u otra órbita. Por supuesto, no conozco la orientación específica de las elipses, por lo que están dirigidas justo a la izquierda. Sin embargo, ahora es claramente visible por qué el cometa Encke se atribuye a la familia Júpiter, y Halley a la familia Neptuno: el primer "alcance" solo a la órbita de Júpiter, y el segundo, respectivamente, Neptuno (si lo desea, puede "jugar" con usted mismo usando el código, sustituyendo cualquier otro cometa de estas u otras familias, se verá dónde llegarán las órbitas).
Todos los planetas y más allá
Entonces, en cuatro animaciones, usted y yo observamos todas las cosas principales que hay en el sistema solar: planetas, asteroides, cometas, zonas y cinturones. Queda por discutir el
último .
La imagen general es interesante porque muestra cuán pequeña es el área de nuestro sistema que hemos estudiado y dominado. El círculo familiar de planetas internos es solo un "parche" microscópico en el centro. La órbita de Neptuno es la próxima frontera, mucho más distante. Y a su alrededor, un gigante "spaceium incógnita",
cinturón de Kuiper , que está limitado por líneas discontinuas.
Me gustaría creer que las aspiraciones de la humanidad no quedarán limitadas por esa isla exigua, que se describe en la órbita de Marte. Incluso esta simple página html dice que todavía hay cosas muy, mucho más interesantes por delante.