Órbita de la luna alrededor del sol

La Tierra gira alrededor del Sol y la Luna gira alrededor de la Tierra. Por curiosidad comencé a pensar en la órbita de la Luna alrededor del Sol y esperaba (supuse) que fuera la siguiente:

Pero en Wikipedia y algunos otros sitios descubrí que la órbita es realmente así:

Tengo 3 preguntas:

1. ¿Cuál es la razón de esta diferencia entre la variación de ruta supuesta y real?
2. ¿Ha sido así este camino desde la formación de la Luna?
3. ¿Los satélites naturales de otros planetas también siguen la misma órbita alrededor del Sol?

Después de buscar más, descubrí una explicación mejor y más fácil con respecto a la ruta de la órbita en YouTube para los interesados, asegúrese de consultarla.

¿Cuál es la razón de esta diferencia entre la variación de ruta supuesta y real?

Incluso tu segunda imagen no es correcta. Imagínese acercarse a una pequeña porción de la órbita de la Luna alrededor del Sol, por ejemplo, una luna llena a la siguiente, con el Sol alejado de la imagen. Ahora imagine dibujar un segmento de línea desde una cúspide externa (luna llena) a la siguiente. En ambas imágenes, ese segmento de línea se cruza fuera de la curva. En otras palabras, ambas curvas son cóncavas.

Compare eso con la órbita de la Luna sobre el Sol. Esta es una curva convexa. Si elige cualquiera de los dos puntos en esa curva y dibuja un segmento de línea entre ellos, la totalidad de ese segmento estará en o dentro de la curva. La razón por la cual la órbita de la Luna sobre el Sol es convexa es porque la fuerza gravitacional ejercida por el Sol en la Luna es más del doble que la ejercida por la Tierra en la Luna. La órbita sería cóncava si la Luna estuviera más cerca de la Tierra que 259000 km (aproximadamente 40,6 radios terrestres). Dado que la Luna orbita a unos 385000 km (aproximadamente 60.4 radios de la Tierra), la órbita de la Luna sobre el Sol es convexa.

Si la órbita de una luna sobre el Sol no es simple (primera imagen en la pregunta), simple / cóncava (segunda imagen en la pregunta) o simple / convexa (órbita de la Luna sobre el Sol), las desviaciones de una elipse son minúsculo. Con respecto al sistema Tierra-Luna, las desviaciones son tan pequeñas que a la resolución trazada (288x288 píxeles), las órbitas de la Tierra, el baricentro Tierra-Luna y la Luna alrededor del Sol estarán justo encima de uno otro. La razón por la que las variaciones son tan pequeñas (menos de un píxel a 288x288 píxeles) se debe a la enorme proporción del tamaño de la órbita Tierra / Luna sobre el Sol en comparación con el tamaño de la órbita de la Luna sobre la Tierra.

Esos bucles hacia atrás en su primera imagen no ocurren para ningún objeto que orbita la Tierra. Eso requeriría una velocidad orbital sobre la Tierra mayor que la velocidad orbital de la Tierra sobre el Sol. La velocidad orbital de la Tierra alrededor del Sol es de aproximadamente 30 km / seg, considerablemente más que la velocidad orbital de un objeto en órbita terrestre baja es de aproximadamente 7,8 km / seg.

¿Ha sido así este camino desde la formación de la Luna?

No. La Luna se formó en cuatro a seis radios de la Tierra, mucho menos que la cifra de 40.6 radios de la Tierra citada anteriormente. La órbita de la Luna inicialmente se parecía a su segunda imagen.

¿Los satélites naturales de otros planetas también siguen la misma órbita alrededor del Sol?

Los planetas masivos están mucho más lejos del Sol que la Tierra y son mucho más masivos que la Tierra. Las órbitas de la mayoría de las lunas de Júpiter sobre el Sol son cóncavas en lugar de convexas. Solo las lunas más externas de Júpiter tienen órbitas convexas alrededor del Sol. Algunas de las lunas más íntimas de Júpiter (Metis, Adrastea, Amalthea, Thebe, Io y Europa) exhiben el movimiento retrógrado representado en su primera imagen.

Con respecto a las lunas cuya órbita alrededor del Sol es convexa, las distancias que corresponden al valor de 259000 km para la Tierra son 129000 km para Marte, 24.1 millones de kilómetros para Júpiter, 24.2 millones de kilómetros para Saturno, 19.0 millones de kilómetros para Urano y 32.3 millones de kilómetros para Neptuno. Ambas lunas de Marte orbitan cerca. Sin embargo, los cuatro planetas gigantes tienen lunas cuya órbita semieje mayor cae fuera del límite correspondiente.

No es una respuesta, pero pensé que esta era una buena imagen de la órbita de la Luna alrededor del sol.

Fuente: http://www.wired.com/2012/12/does-the-moon-orbit-the-sun-or-the-earth/

Esta es una pregunta muy antigua y ya tiene excelentes respuestas, incluido un diagrama dibujado a escala. Solo quiero agregar una analogía muy simple que muestre cómo ambas imágenes en la pregunta son incorrectas (la segunda es menos que la primera, si admitimos el dudoso grado de error ). A continuación se explica cómo expliqué el movimiento Luna-Sol a algunos amigos, y lo captaron de inmediato, así que todavía espero que mi adición pueda ser útil.

Piense en el deporte olímpico del patinaje de velocidad en pista larga. Dos competidores corren cerca el uno del otro a gran velocidad en círculos casi concéntricos (hagamos que esta pista sea redonda por simplicidad, no ovalada como en el deporte real). Dado que uno de los patinadores corre una pista un poco más larga, las reglas requieren que cambien de carril en cada vuelta, por lo que ninguno de los dos está en desventaja.

^{Crédito de imagen: Wikipedia Archivo: Jan_Smeekens_ (23-02-2008) .jpg}

De repente, el comité olímpico cambia las reglas. Los patinadores ahora deben correr no una pista de 400 m, sino una enorme longitud de 10 km (un círculo de aproximadamente 3.2 km de diámetro), y cambiar las pistas no una vez por vuelta, sino 13 veces. El estadio es grande y la curva de la pista es tan leve que el corredor exterior durante el cambio aún traza una curva convexa cuando se mueve hacia la pista interna a 0.2 m / s mientras mantiene una velocidad de avance de 15 m / s a ​​lo largo de la pista [ Nota: estas dos figuras, a diferencia de otras, son intrascendentes para la analogía].

Ahora, digamos que uno de los chicos no es del todo consistente. Acelera un poco, luego disminuye un poco, pero aún se pone al día con el segundo. De hecho, sucede que cuando se mueve afuera, está detrás del segundo, pero cuando se mueve hacia la pista interior, está adelante. Imagina lo que verías desde una cámara de dron siguiendo a los corredores desde arriba. ¡Guau, se orbitan entre sí ! Y ninguno de los caminos es cóncavo, como en la segunda imagen, ni hay bucles hacia atrás como ese en la primera imagen. ¡Siempre avanzan para traer a casa esa medalla!

Los números anteriores se aproximan a las órbitas de la Tierra y la Luna. La órbita de la Tierra alrededor del Sol es ~ 400 veces más grande que la de la Luna alrededor de la Tierra, al igual que un ancho de pista estándar de 2 carriles de 4 m es 1/400 del radio de 1.6 km de nuestra supertrack. La Luna hace alrededor de 13 vueltas alrededor de la Tierra en un año de la Tierra. Por supuesto, en una mejor analogía, la Tierra corre en el medio de la pista, desviándose solo ligeramente, y la Luna se balancea rítmicamente entre los bordes más interno y más externo. Tampoco hay cambios bruscos de carril en los puntos de ajuste para la Luna (y esto suaviza la curva aún más lejos de la concavidad en comparación con los caminos de los patinadores). Pero dado que estamos en un experimento mental, imaginemos que el comité olímpico tiene una excepción para este par peculiar.

¿Cuál es la razón de esta diferencia entre la variación de ruta supuesta y real?

La órbita de una luna alrededor del sol depende del tiempo para orbitar el planeta y del tiempo del planeta para orbitar el sol.

En el caso de que la luna tarde mucho en orbitar el planeta (como la Tierra-Luna), la órbita se mueve a lo largo del círculo.

En el caso de que la luna tenga un período orbital corto en comparación con el año del planeta (como Júpiter-Io), el camino es como el que dibujaste en la primera figura.

¿Ha sido así este camino desde la formación de la Luna?

Para el sistema Tierra-Luna, ...
Sí, siempre ha sido así.

¿Los satélites naturales de otros planetas también siguen la misma órbita alrededor del Sol?

No.

[NOTA: Los GIF animados son demasiado grandes para copiar en esta publicación, pero las URL deberían funcionar]

EDITAR: los 3 GIF animados ahora están disponibles en youtube:

• https://youtu.be/7xN5hwcxspg
• https://youtu.be/G5YfPQdNw5g
• https://youtu.be/qSbozfxAfDQ

EDICIÓN FINAL

http://test.bcinfo3.barrycarter.info/farmoon.gif

La imagen de arriba se aplicaría si:

• la Tierra y la Luna tenían órbitas circulares (aproximadamente cierto)

• el período lateral de la Luna fue exactamente 1/12 de año (aproximadamente cierto)

• La distancia de la Tierra al Sol era de 150 (millones de km) (aproximadamente cierto)

• la distancia de la Luna a la Tierra era de 30 (millones de km) (completamente falsa)

Aquí, usted ve la órbita loop-de-loop que originalmente esperaba.

Ahora, ¿qué pasa si reducimos la distancia a 10 millones de km (aún muy grande):

http://test.bcinfo3.barrycarter.info/nearmoon.gif

Como puede ver, los loop-de-loops se han ido, aunque la órbita todavía tiene algunos "puntos afilados", que no vemos en la órbita real de la Luna.

Si reducimos la distancia a 3 millones de km, obtenemos algo más cercano a lo que esperamos:

http://test.bcinfo3.barrycarter.info/closemoon.gif

Aquí, tenemos un círculo tambaleante, más cercano a lo que realmente sucede.

Por supuesto, la distancia real de la Luna desde la Tierra es de solo 0,35 millones de km, por lo que las oscilaciones reales son mucho más pequeñas. Traté de hacer un gráfico de esos, pero las dos órbitas terminaron una encima de la otra.

La trayectoria orbital de la luna alrededor del sol es un semicírculo mensual llamado cicloide en términos geométricos.

Dibuja un círculo que represente la órbita de la luna. Este es el círculo rodante (olvida la tierra). Al tocar este círculo, dibuje un arco para representar la circunferencia extendida del sol. Este será el círculo base.

Donde una línea trazada entre los dos centros corta los círculos es el punto de inicio del cicloide, llamado luna nueva, que es el punto más cercano al sol. A medida que este punto en el círculo rodante se mueve alrededor del círculo base, vendrá, después de una revolución de regreso a la curva base. El camino trazado será un semicírculo y la distancia entre los dos puntos será de un mes en el círculo de referencia.