Il était une fois un diplôme de physique. Plus tard, j'ai appris par moi-même en tant que programmeur Web. Depuis, je travaille principalement en tant que programmeur, mais je continue de consacrer du temps à la physique, à la technologie (je calcule ou construis quelque chose) et à la science en général. Une telle "division" apporte des résultats intéressants. Il s'est avéré que certains faits en physique peuvent être bien expliqués en utilisant la programmation.
D'où vient une telle question? L'enfant le plus âgé de l'école avait une leçon sur les planètes du système solaire. En général, il les connaît, et dans le ciel du soir nous en avons vu (Jupiter, Mars, Saturne). Mais de nombreux faits intéressants restent au-delà de la compréhension. Manque de visibilité, de mouvement, peut-être d'interactivité. C'est précisément cette lacune dans la présentation du matériel que je voulais combler à l'aide de la programmation web, suivant la sagesse bien connue "il vaut mieux voir une fois qu'entendre cent fois".
Comme vous l'avez peut-être deviné, l'article se concentrera sur les faits concernant le système solaire (pas seulement les planètes). Voyons ce qui est si curieux dans notre coin galactique.
Pour démontrer tout ce qui est écrit, j'ai préparé un certain nombre de pages Web vers lesquelles je fournirai des liens pendant la conversation. Dans cet article, nous utilisons le bundle
html + svg + javascript . C'est simple, compréhensible et tout à fait adapté à nos objectifs. Si vous êtes intéressé par la façon dont ceci ou cela fonctionne «sous le capot», vous pouvez ouvrir en toute sécurité et voir les codes sources de mes pages. Des liens vers Wikipedia sont également fournis si vous souhaitez en savoir plus sur quelque chose.
Excentricité
L'hypothèse principale lors de la création de pages est associée à l'excentricité. Ce paramètre montre le degré d'allongement de l'orbite. Si l'excentricité est nulle, alors c'est un cercle propre, si de zéro à l'unité, alors une ellipse. Beaucoup de gens savent que l'orbite de Pluton est clairement elliptique (chevauchant même partiellement l'orbite de Neptune). Donc, son excentricité est de 0,24. Ce qui est intéressant, il s'avère, et dans l'orbite de Mercure, l'excentricité est de 0,2. Pour les autres planètes, la valeur
varie de 0,01 à 0,1 .
Afin de ne pas compliquer les calculs et le calendrier, nous
considérerons en outre
les orbites simplement circulaires , y compris celle de Mercure. Nous exclurons Pluton de la considération, car il a également une inclinaison de l'orbite - le modèle est trop compliqué. Bien sûr, svg vous permet de dessiner des ellipses, mais des orbites circulaires nous suffiront pour comprendre les problèmes de base et dessiner dans le navigateur.
Structure du modèle
Vous pouvez maintenant créer tout ce dont vous avez besoin sur notre page. Il y a un élément dans svg qui nous convient. Avec lui, vous pouvez dessiner le soleil, les planètes et leurs orbites. Le positionnement du Soleil et des planètes, ainsi que les tailles des orbites, sont calculés en utilisant javascript en fonction de la taille actuelle de la fenêtre du navigateur (ici, désolé, mais dans les navigateurs mobiles, il sera probablement trop petit). Pour le rendu, une échelle est calculée de sorte que la plus grande orbite s'adapte à l'écran. Pour calculer la position actuelle de la planète, la période de sa révolution autour du Soleil en années terrestres est prise.
Planètes du groupe Terre
Commençons. Première partie, il y a
quatre planètes intérieures sur la scène. Sur cette page, nous avons «testé» la structure html et svg pour que rien ne bouge, débogage du javascript. Il est important de tout faire qualitativement, afin que toutes les pages suivantes utilisent le même "cadre".
Donc, fait, tout est dessiné, les planètes bougent. Vous pouvez maintenant consulter les résultats liés spécifiquement à la physique (astronomie). Premièrement, les relations entre les tailles des orbites et, deuxièmement, entre les périodes de révolution, sont devenues évidentes. Remarquez à quelle vitesse Mercure est comparé à la Terre ou à Mars.
Deux cercles en pointillés dans l'animation limitent la
zone dite
habitable où la vie est possible. Comme Wikipedia nous le dit, différents scientifiques donnent
des estimations légèrement différentes pour ses frontières . Nous avons pris la gamme 0,95 - 1,37 AU L'animation montre clairement à quel point nous, les terriens, avons de la chance - notre planète est la seule à avoir atteint la bonne zone.
Nous continuons.
Ceinture d'astéroïdes
Deuxième partie -
le même Jupiter sur scène.
Par rapport à la première animation ici, nous avons accéléré le mouvement de 15 fois - juste pour que Jupiter ait une vitesse plus ou moins décente (sinon il est complètement impossible d'attendre qu'il fasse au moins une révolution). Cette nuance montre à
quel point les planètes extérieures se déplacent
lentement par rapport aux planètes intérieures - chaque révolution autour du soleil commence déjà à représenter des dizaines et des centaines d'années.
Bien sûr, l'énorme écart entre les orbites de Mars et Jupiter est frappant. En réalité, il existe une
ceinture d'astéroïdes - des objets qui ne pourraient pas former une planète en raison de l'influence gravitationnelle de Jupiter. La ceinture s'étend de 2,2 à 3,6 UA Tous ces «déchets de construction» laissés par la création du système solaire sont montrés dans l'animation avec des points noirs. Bien sûr, vous devez comprendre qu'il s'agit d'une cartographie approximative. Donc, il y a environ 300 000 objets réels dans la ceinture, l'animation montre 300 disposés au hasard - uniquement pour comprendre l'essence.
Résonance orbitale
Troisième partie - supprimez les petites planètes et
ajoutez Saturne à Jupiter .
Les deux plus grandes planètes, quoi que vous disiez, méritent une attention particulière. Ils ont une
résonance orbitale prononcée - une situation où, en raison de l'interaction gravitationnelle, leurs périodes de circulation sont
corrélées en tant que petits nombres naturels . Plus précisément pour une paire de Jupiter-Saturne, le rapport des périodes est de 5: 2 (c'est-à-dire cinq tours de Jupiter, Saturne en fait deux).
Nous démontrons ce phénomène en utilisant l'animation. Faisons une div séparée sur la page, dans laquelle nous mettrons une marque verticale pour chaque révolution pour chaque révolution. Les marques de Jupiter (marron) iront au-dessus, et Saturne (bleu) ci-dessous. Les balises sont également dessinées à l'aide de svg.
Si nous commençons l'animation, nous verrons une divergence progressive des étiquettes. En fait, c'est le vrai résultat: lors de la lecture du même Wikipedia, pour une raison quelconque, dans la phrase «presque 5: 2», nous rejetons le mot «presque». Et nous pensons que le système solaire est comme une horloge avec des engrenages parfaitement adaptés. Mais le monde réel est encore plus compliqué. D'où l'écart.
Planètes géantes
Quatrième partie -
géants de gaz sur scène (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune).
Comme nous pouvons le voir, les orbites des planètes deviennent encore plus grandes et les vitesses orbitales sont encore plus petites. Par rapport à la toute première animation, le temps est déjà accéléré 150 (!) Fois - de sorte que tout «respire» plus ou moins.
Dans cette partie, nous parlerons des comètes, d'autant plus qu'elles ne sont liées qu'à des planètes géantes. Les astronomes divisent les comètes en courtes et longues périodes (la première période de circulation est inférieure à 200 ans, la seconde, respectivement, plus de 200). De plus, les courtes périodes, à leur tour, sont divisées en
familles de seulement quatre planètes - la famille de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Cela est dû à laquelle des planètes a le plus d'impact sur une comète particulière. Naturellement, beaucoup de matériel sur les comètes est sur Wikipédia, et j'ai également trouvé un
bon article sur Habré.
Pour une meilleure compréhension de ce que sont les familles, nous imposons l'animation de l'orbite pour une paire de comètes. Que ce soit, par exemple, la
comète Halley (orbite rouge) et la
comète Enke (orbite violette) - les toutes premières pour lesquelles les scientifiques ont pu calculer les paramètres de mouvement.
Pour le rendu correct des ellipses en svg, j'ai dû m'asseoir un peu avec un crayon et du papier et calculer les demi-axes de l'une ou l'autre orbite. Bien sûr, je ne connais pas l'orientation spécifique des ellipses, elles sont donc dirigées juste à gauche. Néanmoins, il est maintenant clairement visible pourquoi la comète Encke est attribuée à la famille Jupiter, et Halley à la famille Neptune: le premier "atteint" uniquement l'orbite de Jupiter, et le second, respectivement, Neptune (si vous voulez, vous pouvez "jouer" avec vous-même). en utilisant le code, en remplaçant toute autre comète de ces familles ou d'autres - on verra où les orbites atteindront).
Toutes les planètes et au-delà
Donc, en quatre animations, vous et moi avons regardé toutes les principales choses qui se trouvent dans le système solaire - planètes, astéroïdes, comètes, zones et ceintures. Reste à discuter de ce
dernier .
L'image générale est intéressante en ce qu'elle montre la petite superficie de notre système que nous avons étudiée et maîtrisée. Le cercle familier des planètes intérieures n'est qu'un «patch» microscopique au centre. L'orbite de Neptune est la prochaine frontière, beaucoup plus éloignée. Et autour d'elle - un "spatium incognita" géant -
la ceinture de Kuiper , qui est limitée par des lignes pointillées.
Je voudrais croire que les aspirations de l'humanité ne resteront pas limitées par cette île maigre, qui est délimitée par l'orbite de Mars. Même cette simple page html dit qu'il y a encore beaucoup de choses très intéressantes devant nous.