Era uma vez eu me formei em física. Mais tarde, aprendi por conta própria como programador da web. Desde então, trabalho principalmente como programador, mas continuo dedicando tempo à física e à tecnologia (calculo ou construo algo) e à ciência em geral. Essa "divisão" traz resultados interessantes. Descobriu-se que alguns fatos da física podem ser bem explicados usando a programação.
De onde veio essa pergunta? A criança mais velha da escola teve uma lição sobre os planetas do sistema solar. Em geral, ele os conhece, e no céu noturno vimos alguns (Júpiter, Marte, Saturno). Mas muitos fatos interessantes permanecem além da compreensão. Falta de visibilidade, movimento, talvez interatividade. Foi precisamente essa lacuna na apresentação do material que eu queria preencher com a ajuda da programação na web, seguindo a conhecida sabedoria "é melhor ver uma vez do que ouvir cem vezes".
Como você deve ter adivinhado, o artigo se concentrará em fatos referentes ao sistema solar (não apenas planetas). Vamos ver o que é tão curioso em nosso canto galáctico.
Para demonstrar tudo o que foi escrito, preparei várias páginas da web nas quais fornecerei links durante a conversa. Neste artigo, usamos o pacote
html + svg + javascript . É simples, compreensível e bastante adequado para nossos objetivos. Se você estiver interessado em saber como isso ou aquilo funciona "sob o capô", você pode abrir com segurança e ver os códigos-fonte das minhas páginas. Links para a Wikipedia também são fornecidos se você quiser ler sobre algo com mais detalhes.
Excentricidade
A principal suposição ao criar páginas está associada à excentricidade. Este parâmetro mostra o grau de alongamento da órbita. Se a excentricidade é zero, então este é um círculo limpo, se de zero à unidade, uma elipse. Muitas pessoas sabem que a órbita de Plutão é claramente elíptica (mesmo que parcialmente se sobreponha à órbita de Netuno). Portanto, sua excentricidade é 0,24. O interessante é que, na órbita de Mercúrio, a excentricidade é de 0,2. Para outros planetas, o valor
varia de 0,01 a 0,1 .
Para não complicar os cálculos e o cronograma,
consideraremos ainda
as órbitas simplesmente circulares , incluindo a de Mercúrio. Vamos excluir Plutão da consideração, pois ela também tem uma inclinação da órbita - o modelo é muito complicado. Obviamente, o svg permite desenhar elipses, mas órbitas circulares serão suficientes para entendermos os problemas básicos e desenharmos no navegador.
Estrutura do modelo
Agora você pode criar tudo o que precisa em nossa página. Existe um elemento no svg que nos convém. Com ele, você pode desenhar o sol, os planetas e suas órbitas. O posicionamento do Sol e dos planetas, bem como o tamanho das órbitas, são calculados usando javascript com base no tamanho atual da janela do navegador (desculpe, mas em navegadores móveis provavelmente será muito pequeno). Para renderização, uma escala é calculada para que a maior órbita caiba na tela. Para calcular a posição atual do planeta, é tomado o período de sua revolução em torno do Sol nos anos terrestres.
Planetas do grupo Terra
Vamos começar. Parte um, há
quatro planetas internos no palco. Nesta página, "testamos" a estrutura html e svg para que nada se movesse para qualquer lugar, depurando o javascript. É importante fazer tudo qualitativamente, para que todas as páginas a seguir usem o mesmo "quadro".
Então, pronto, tudo é desenhado, os planetas estão se movendo. Agora você pode ver os resultados relacionados especificamente à física (astronomia). Em primeiro lugar, as relações entre os tamanhos das órbitas e, em segundo lugar, entre os períodos de revolução, tornaram-se evidentes. Observe o quão rápido Mercúrio é comparado à Terra ou Marte.
Dois círculos pontilhados na animação limitam a chamada
zona habitável onde a vida é possível. Como a Wikipedia nos diz, cientistas diferentes dão
estimativas ligeiramente diferentes para suas fronteiras . Assumimos o intervalo 0,95 - 1,37 AU A animação mostra claramente a sorte que nós, terráqueos, temos - nosso planeta é o único que chegou à área certa.
Nós seguimos em frente.
Cinturão de asteróides
Parte dois -
o mesmo Júpiter no palco.
Comparado à primeira animação aqui, aceleramos o movimento em 15 vezes - apenas para que Júpiter tivesse uma velocidade mais ou menos decente (caso contrário, é completamente impossível esperar até que faça pelo menos uma revolução). Essa nuance mostra
quão lentamente os planetas exteriores se movem em comparação com os interiores - cada revolução ao redor do sol já começa a chegar a dezenas e centenas de anos.
Obviamente, a enorme lacuna entre as órbitas de Marte e Júpiter é impressionante. Na realidade, existe um
cinturão de asteróides - objetos que não poderiam formar um planeta devido à influência gravitacional de Júpiter. O cinto se estende de 2,2 a 3,6 AU Todo esse “lixo de construção” que sobrou desde o início do sistema solar é mostrado na animação com pontos pretos. Obviamente, você precisa entender que este é um mapeamento aproximado. Portanto, existem cerca de 300 mil objetos reais no cinto, a animação mostra 300 organizados aleatoriamente - apenas para entender a essência.
Ressonância orbital
Parte três - remova pequenos planetas e
adicione Saturno a Júpiter .
Os dois maiores planetas, o que você diz, merecem atenção especial. Eles têm uma
ressonância orbital pronunciada - uma situação em que, devido à interação gravitacional, seus períodos de circulação são
correlacionados como pequenos números naturais . Especificamente, para o par Júpiter-Saturno, a proporção de períodos é de 5: 2 (ou seja, Saturno faz dois turnos de cinco turnos de Júpiter).
Demonstramos esse fenômeno usando animação. Vamos fazer uma div separada na página, na qual colocaremos uma marca vertical para cada revolução para cada revolução. As marcas de Júpiter (marrom) vão acima e Saturno (azul) abaixo. Tags também são desenhadas usando svg.
Se iniciarmos a animação, veremos uma divergência gradual de rótulos. De fato, este é o verdadeiro resultado: ao ler a mesma Wikipedia, por algum motivo, na frase “quase 5: 2”, descartamos a palavra “quase”. E pensamos que o sistema solar é como um relógio com engrenagens perfeitamente ajustadas. Mas o mundo real é ainda mais complicado. Daí a discrepância.
Planetas gigantes
Parte quatro -
gigantes de gás no palco (Júpiter, Saturno, Urano e Netuno).
Como podemos ver, as órbitas dos planetas se tornam ainda maiores e as velocidades orbitais são ainda menores. Comparado à primeira animação, o tempo já é acelerado 150 (!) Vezes - para que tudo mais ou menos respire.
Nesta parte, falaremos sobre cometas, especialmente porque eles estão apenas conectados com planetas gigantes. Os astrônomos dividem os cometas em períodos de curto e longo período (o primeiro período de circulação é inferior a 200 anos, o segundo, respectivamente, superior a 200). Além disso, o curto período, por sua vez, é dividido em
famílias de apenas quatro planetas - a família de Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. Isto é devido a qual dos planetas tem o maior impacto em um cometa particular. Naturalmente, muito material sobre cometas está na Wikipedia, e também encontrei um
bom artigo sobre Habré.
Para uma melhor compreensão do que são as famílias, impomos à animação da órbita um par de alguns cometas. Por exemplo, o
cometa Halley (órbita vermelha) e o
cometa Enke (órbita violeta) - a primeira para a qual os cientistas foram capazes de calcular os parâmetros do movimento.
Para a correta renderização das elipses em svg, tive que me sentar um pouco com um lápis e papel e calcular os semi-eixos de uma ou outra órbita. Obviamente, não conheço a orientação específica das elipses, portanto elas são direcionadas apenas para a esquerda. No entanto, agora é claramente visível por que o cometa Encke é atribuído à família Júpiter e Halley à família Netuno: o primeiro "alcança" apenas a órbita de Júpiter e o segundo, respectivamente, Netuno (se você quiser, pode "brincar" consigo mesmo) usando o código, substituindo quaisquer outros cometas dessas ou de outras famílias - será visto onde as órbitas chegarão).
Todos os planetas e além
Então, em quatro animações, você e eu vimos todas as principais coisas que existem no sistema solar - planetas, asteróides, cometas, zonas e cintos. Resta discutir o
último .
A imagem geral é interessante, pois mostra quão pequena é a área do nosso sistema que estudamos e dominamos. O círculo familiar dos planetas internos é apenas um "retalho" microscópico no centro. A órbita de Netuno é a próxima fronteira, muito mais distante. E ao seu redor - um gigante "spatium incognita" -
cinturão de Kuiper , limitado por linhas tracejadas.
Eu gostaria de acreditar que as aspirações da humanidade não permanecerão limitadas por aquela ilha escassa, delineada pela órbita de Marte. Até esta página html simples diz que ainda há coisas muito, muito mais interessantes pela frente.