Sterrekunde

Draai die son om die melkweg in 'n (soort) plat of skuins baan of meer van 'n sinusgolf?

Draai die son om die melkweg in 'n (soort) plat of skuins baan of meer van 'n sinusgolf?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ek weet dat dit nie 'n perfekte ellips of gladde baan kan wees nie, weens al die materie in alle rigtings, en ons son kan beïnvloed word deur 'n soort swaartekrag as dit naby genoeg is aan 'n ander massiewe ster. Ek weet ook dat wentelbane om die sterrestelsel verskil van die wentelbane van die sonnestelsel, omdat die grootste deel van die massa in die donker materie is, en dat die buitenste sterre gevolglik vinniger wentel as in 'n standaardbaan, dus is daar 'n aantal veranderlikes.

Maar as ons die swaartekragbystand ignoreer, is die son meestal in 'n standaard of ligte skuins wentelbaan om die middel van die Melkweg of meer sinusvormig?

Rede wat ek vra - sien (aangeheg en na my mening slegte) artikel, en foto ingesluit.

Ek het al voorheen sulke foto's gesien wat daarop dui dat die sonnestelsel in 'n soort sinusbeweging beweeg. Ek het ramings tussen 26 en 32 miljoen jaar met die sonnestelsel gesien, wat bokant dan onder die vlak van die melkweg styg met konsekwentheid (en miskien massa-uitwissings wat verband hou met hierdie beweging).

Ek kan dit so sien gebeur, aangesien die son bo uitkom, dit meer swaartekrag daaronder kan trek, en dit weer afwaarts trek, en jy het 'n horisontale snelheid tot die verplasingsiklus wat 'n sinusgolf in die baan skep. Dit is logies, maar ek wonder of daardie sinusgolfbeweging van 26-32 miljoen jaar algemeen aanvaar word, of meer iemand se verbeelding. Is daar iets definitief bekend oor sterre se wentelbane binne sterrestelsels?


Dit is korrek dat die son 'op en af' wip (relatief tot die vlak van die sterrestelsel as dit om die sterrestelsel wentel, en dit neem ongeveer 64 miljoen jaar om 'n volle siklus te voltooi, dus dit gaan elke keer deur die vlak van die sterrestelsel Ongeveer 32 miljoen jaar (daar is nogal groot foutstawe in die getalle.)

Hierdie idee is onomstrede, maar dit raak vasgevang in ander minder gevestigde teorieë (byvoorbeeld die idee dat daar digte klompe donker materie in die galaktiese vlak is, wat die Oort-wolk kan ontwrig of andersins massa-uitwissing kan veroorsaak) of bloot onsin is (die idee dat die sonnestelsel 'n 'draaikolk' is).

Phil Plait vies hierdie tweede idee op sy blog, en bevat 'n verdere bespreking van die "bobberende" pad van die son. Hy merk op dat die skyf ongeveer 1000 ly dik is en dat ons elke 64 miljoen jaar ongeveer 200 ligjare op en af ​​beweeg.

Lisa Randall's is 'n ernstige wetenskaplike wat nie 'n vragmotor met 'sonnestelselkolke' het nie, en die idees in haar boek is redelik, maar nie onomstrede nie. Ons het geen bewyse van digte polle donker materie nie, en ons weet ook nie presies waar die aarde 65 miljoen jaar gelede was nie. Ons het ongeveer 3 miljoen jaar gelede laas deur die galaktiese vliegtuig getrek sonder ernstige gevolge.


Draai die son om die melkweg in 'n (soort) plat of skuins baan of meer van 'n sinusgolf? - Sterrekunde

1. Melkweg, vanuit die aarde gesien
2. Komponente
* Skyf
* Spiraalarms
* Kernbult
* Halo
3. Grootte
* Harlow Shapley & amp die grootte van die Melkweg
> Soek sentrum van bolvormige trosse
> Afstande van pulserende veranderlike sterre
- Cepheids: verband tussen die helderheidstydperk
4. Skyf
* Baie gas & amp stof
* Sterre van verskillende ouderdomme
* Aktiewe stervorming
* Uitsigte van die skyf van binne
> 21-cm-uitstoot van waterstof
5. Halo
* Min gas & amp stof
* Verskyn sonder sterre
* Ou sterre
* 90% van die melkwegmassa
6. Bane
* Halo-wentelbane en skyfies
* Skyf rotasie kurwe: 'plat'
* Differensiële rotasie
* Son se wentelbaan
7. Mass
* Massa binne Sun se baan van Kepler se derde wet
* Sonnestelsel: Kepleriaanse rotasiekurwe
* Melkweg: plat rotasiekurwe ==> baie goed buite die skyf
* Spiraldigtheidsgolf
8. Spiraalarms
* Op soek na spiraalstruktuur
> Sigbare ligwaarnemings
- Spoorwegarmspoorsnyers

Emissie-newels
> Radio waarnemings
- emissie van 21 cm
- Emissie van molekules
* In ons eie Galaxy
* Die groot prentjie: 4-armige spiraal
* Waar kom spiraalarms vandaan?
> Vaste struktuur sal beland
> Spiraldigtheidsgolf
* Spiraalarms draai stadiger as Son
9. In die middel van die Melkweg
* Boogskutter toe
* Sgr A *: massiewe swart gat
> Beweging van sterre in die middel ==> massiewe voorwerp

1. Watter waarneming het daartoe gelei dat Harlow Shapley tot die gevolgtrekking gekom het dat ons nie in die middel van die Melkweg is nie?

2. Hierbo is 'n plot van helderheid teenoor periode vir Cepheid-veranderlike sterre. Die boonste (soliede) lyn definieer die ware verband tussen helderheid en periode. Die onderste (gestippelde) lyn stel 'n ander moontlike (hoewel verkeerde) verband tussen helderheid en periode voor. Gestel jy vind 'n Cepheid in 'n sterrestelsel en wil die periode-helderheidsverhouding gebruik om die afstand tot die sterrestelsel te vind: Sal die afstand tot die sterrestelsel onderskat of oorskat word as jy die verkeerde verhouding gebruik? Verduidelik u antwoord.

3. Beskryf die algemene eienskappe van die Melkweg se skyf.

4. Wat verhoed ons om baie ver in die skyf te sien, in sigbare lig? Hoe word hierdie probleem omseil?

5. Hoe word 'n foton van 21 cm waterstofemissie gegenereer?

6. Beskryf die algemene eienskappe van die stralekrans van die Melkweg.

7. Onderskei tussen skyf- en stralebane van sterre.

8. Die diagram hierbo toon die wentelbane van drie sterre rondom die middel van die Melkweg. In 'n sekere tydsinterval (byvoorbeeld 10 miljoen jaar) beweeg die innerlike ster van posisie 1 na posisie 2. Al drie sterre beweeg ongeveer dieselfde spoed (aangesien die Melkweg se rotasiekurwe plat is). Na tien miljoen jaar staan ​​al drie sterre nie langs 'n radius nie (die stippellyn wat deur posisie 2 beweeg), soos destyds op posisie 1. Hoe kan dit wees?

9. Die wentydperk van die Son oor die middel van die sterrestelsel (die 'galaktiese jaar') word gereken op ongeveer 230 miljoen jaar. Gestel ons vergis ons, en die wenteltydperk is slegs 190 miljoen jaar. Hoe sou hierdie verandering ons skatting van die massa van die binneland van die Melkweg tot die sonbaan beïnvloed?

10. Hoe kom dit dat die wentelsnelheid van planete wat om die son wentel, geleidelik afneem met die afstand van die son, en tog bly die wentelsnelheid van sterre wat die middelpunt van die Melkwegstelsel omring byna konstant? (dit wil sê, wat is die fundamentele verskil tussen hierdie twee voorbeelde van wentelbeweging?)

11. Waarom impliseer die (plat) vorm van die rotasiekurwe van die Melkweg tot afstande buite die rand van die Melkweg se skyf die teenwoordigheid van 'n groot hoeveelheid materie in die galaktiese stralekrans?

12. Waarom is dit baie moeilik om spiraalarms in ons eie sterrestelsel op te spoor met behulp van waarnemings vir sigbare lig? Daarna is alle spiraalarmspore (soos O- en B-sterre) baie helder op golflengtes wat sigbaar is.

1. Shapley vermoed dat die 100 of so bolvormige trosse wat toe bekend was versprei is oor die middel van die Melkwegstelsel - inderdaad, dat die middelpunt van die bolvormige groep "swerm" saamval met die middel van die Melkweg. En hy was reg. Daarna bepaal hy afstande na die bolvormige trosse (met behulp van polsende veranderlike sterre). Met hierdie afstande kon hy die posisies van die bolvormige trosse teken, dus hul middelpunt, en dus die afstand van die son tot die middelpunt van die melkwegstelsel.

2. As u die verkeerde lyn op die grafiek gebruik, sal u die afstand tot die sterrestelsel onderskat, omdat u die helderheid van die betrokke veranderlike sal onderskat. Dit is waarom: ons gebruik die inverse-kwadraatwet van die lig om afstand (d) te vind in terme van vloed (F) en helderheid (L):

As u die helderheid onderskat, sal dit die afstand onderskat vir 'n gegewe vloed.

3. Skyf: Breë, maar dun (relatief tot sy deursnee) konsentrasie sterre. Die oorsprong van die meeste van die Melkweg se lig. Dig van sterre, gas en stof. Ligging van spiraalarms (dus spiraaldigtheidsgolf). Roteer differensieel.

4. Op sigbare golflengtes is die skyf van die Melkwegstelsel ondeursigtig na 'n paar duisend ligjare. Die stof kan egter by ander golflengtes binnedring, byvoorbeeld by radiogolflengtes.

5. 'n Foton met 'n radio-emissie van 21 cm golflengte word geproduseer wanneer die elektron van die waterstofatoom sy draairigting omkeer.

6. Halo: Groot, sferiese (?) Verspreiding van materie wat op die Melkweg se skyf gesentreer is, maar strek ver buite die skyfrand. Ryk van die bolvormige trosse. Die meeste glansstof is onsigbaar (dus 'donker'). Aard van hierdie saak is tans onbekend.

7. Skyf wentel ongeveer sirkelvormig en beperk tot skyf. Op- en amp-af-ossillasie word bo-op die baan geplaas. Halo-wentelbane kan baie eksentriek (hoogs ellipies) wees en sterre verwyder van die skyfvlak af.

8. As u verder van die middelpunt van die sterrestelsel af weggaan, bly die wentelsnelheid (ongeveer) konstant. Maar as u verder van die middel van die sterrestelsel af gaan, word die wentelbane groter. Natuurlik neem sterre verder van die middelpunt langer om om hul wentelbane te gaan, sodat hulle agter sterre raak agter bane nader aan die sentrum.

9. Ons kan Kepler se 3de wet (soos Newton dit geskryf het) gebruik om die massa van die son (M1) en van die Melkwegstelsel binne die baan van die Son (M2) tot die baanstraal (a) en wentelperiode (P):

Hierdie vergelyking vertel ons dat (vir onveranderlike wentelstraal) kleiner wenteltydperk groter massa beteken (M1 + M2).

10. Die fundamentele verskil tussen hierdie twee situasies is dat die massa van die son (wat gedeeltelik sy swaartekrag op 'n planeet bepaal) nie verander nie, ongeag hoe ver die planeet van die son af is. Aan die ander kant neem die hoeveelheid materiaal tussen 'n ster wat om die Melkwegstelsel wentel en die middel van die sterrestelsel geleidelik toe, hoe verder jy van die sentrum af gaan. Meer massa beteken meer swaartekrag, wat grootliks vergoed vir die groter afstand (wat veroorsaak dat die swaartekrag kleiner word). Dus bly wentelbane ongeveer dieselfde.

11. Soos planete wat deur die son gaan, moet voorwerpe wat rondom die Melkwegstelsel buite die skyf wentel, stadiger en stadiger wentelsnelhede hê as die skyf al die materie van die sterrestelsel bevat. Omwentelingsnelhede bly egter vir groot afstande buite die rand van die skyf ongeveer dieselfde. Die skyfmateriaal kan dus nie al wees wat daar is nie. Daar moet meer dinge buite die rand van die skyf wees.

12. Selfs baie helder sterre word dof as hulle deur baie stof gesien word. En daar is baie stof op die skyf van die Melkweg (waar ons woon). Soveel stof dat selfs O- en B-sterre buite enkele duisende ligjare nie in sigbare lig gesien kan word nie. 'N Paar duisend ligjaar verteenwoordig slegs 'n klein fraksie van die deursnee van die skyf van die Melkweg, sodat ons slegs 'n klein gedeelte van die skyf kan monster en slegs klein dele van byna spiraalarms kan sien.

13. Vaste strukture (soos penwiele) hou nie in 'n roterende skyfstelsel nie omdat die sterrestelsel verskillend draai - sterre ver van die middelpunt af val agter sterre naby die middelpunt omdat alle sterre ongeveer dieselfde spoed wentel. 'N Pinwheel-patroon sou heeltemal verdwyn na 'n paar galaktiese rotasies ('n miljard jaar, of so). Sterrestelsels soos die Melkweg is ongeveer 10 miljard jaar oud, en dus moes enige patroon wat vasgestel is toe die sterrestelsel ontstaan ​​het, lankal verdwyn het. Die patroon word in stand gehou deur 'n soort golf wat nooit verdwyn nie. Spiraalarms word 'opgespoor' deur voorwerpe soos O- en B-sterre en emissie-newels. O- en B-sterre leef nie lank nie, en kan sedert hul geboorte nie ver in die sterrestelsel beweeg het nie. Om dit te vind wat verband hou met spiraalarms, dui dus daarop dat hulle in die arms gevorm is. Emissie-newels bestaan ​​slegs naby warm sterre (soos O- en B-sterre), en om dit in die spiraalarms te vind, impliseer die teenwoordigheid van O- en B-sterre. Hierdie O- en B-sterre moet weer naby hul geboorteplekke geleë wees - blykbaar die spiraalarms.

14. Sgr A * ("Boogskutter A-ster") is 'n kompakte radio (en x-straal) bron in die middel van die Melkwegstelsel. Die snelhede van sterre naby Sgr A * is baie hoog - so hoog dat hulle maklik uit die middel van die sterrestelsel sal ontsnap, tensy 'n groot massa dit inhou. Aangesien ons hierdie groot massa nie direk kan waarneem nie, is dit goed 'n groot (miljoen sonmassa) swart gat.


3 antwoorde 3

Ek wil graag 'n opmerking plaas, maar aangesien ek nie genoeg het nie & quot; quot & quot score hiervoor, is hier my aanvulling op @ asdflex se opmerking.

Soos u waarskynlik weet, word beweging altyd gedefinieerd in verhouding tot 'n verwysing (die punt wat u in U konvensie definieer, plus die drie ortogonale Cartesiese as in die 3D-ruimte van U KIES). Per definisie sou u beskrywing van beweging sinloos wees as u u konvensies dubbelsinnig laat.

Om u vraag spesifiek aan te spreek:

Dit lyk asof u video gemaak is met die tipe verwysing genaamd Celestial Reference Frame. Daar is 'n internasionaal ooreengekome naam genaamd ICRF. As inleiding tot hierdie konsep kan u na hierdie artikel kyk: The Next Generation Celestial Reference Frame van M. Johnson et al. Hieronder is 'n uittreksel uit die inleiding:

Dit is slegs deur gebruik te maak van hierdie traagheidsverwysingsraamwerk wat ons in staat is om ons waarnemings van die bewegings van hemelse voorwerpe van ons eie komplekse pad om ons ster en sy weg deur die sterrestelsel, [. ]

Dit lyk asof u volgende tekening die son as die middelpunt van die verwysingsraamwerk aandui. Let daarop dat u steeds die 3-as moet spesifiseer om 'n volledig gedefinieerde verwysing te hê, en hier het u die keuse tussen baie moontlikhede (vgl. Hierdie skakel).

Let daarop dat mense ook verwysings na ECI (Earth-Centered Inertial) en ECEF (Earth-Centered-Earth-Fixed) gebruik. Kom ons gebruik dit om die verskil te illustreer wat die keuse van die verwysing aan die beskrywing van bewegings kan maak. As ons sê dat 'n satelliet in 'n geostasionêre baan is, verwys ons implisiet na die ECEF. Die genoemde satelliet kom in rus voor in vergelyking met 'n waarnemer op aarde, wat voel dat hy ook in rus is, omdat hy saam met die roterende verwysing beweeg. As ons nou die rigting van 'n ster gebruik om die X-as mee te bind (dit is die enigste verskil tussen ECI en ECEF), dan is die beweging van ons geostationêre satelliet 'n geslote sirkel, nie 'n vaste punt nie.

Die uiteinde is dat mense 'n verwysingsraamwerk kies om 'n beweging te beskryf op die manier wat hulle die beste pas. Daar is niks absoluut nie, daar is niks wat ons & quotneglect & quot in 'n gegewe keuse nie. Solank twee verwysingsisteme volledig gedefinieër is, kan 'n trajek in die een wiskundig in die ander vertaal word. Met ander woorde, ons verloor nie die voorspellingskrag van 'n beweging wanneer ons 'n verwysingsraam kies nie.


Harvard Astronomers Update Map Of The Melky Way Galaxy 02:06

'N Nuwe ontdekking deur sterrekundiges in Harvard toon dat die kaart van die Melkwegweg nie lyk soos ons gedink het nie.

Die referaat, vandag gepubliseer in Aard, onthul die ontdekking van die grootste deurlopende gasstruktuur wat in die sterrestelsel bekend is: 'n massiewe, golfvormige gasstruktuur wat oor biljoene kilometers en ongeveer 9 000 ligjaar lank strek.

Die monolitiese struktuur, genaamd die "Radcliffe Wave", herdefinieer die modelle van die sterrestelsel. Dit lyk soos 'n oscillerende golf as dit 'sywaarts' vanaf die aarde gesien word, maar lyk reguit as dit van bo af waargeneem word, wat wetenskaplikes laat besef dat die Radcliffe Wave die voorheen beskrewe 'Local Arm of the Milky Way' vorm.

"Ons het dus weer gedefinieër hoe die plaaslike omgewing van die son in die sterrestelsel lyk," het die toegepaste astronomie-professor Alyssa Goodman, een van die skrywers van die studie, verduidelik.

Goodman, wat ook as mededirekteur van die Radcliffe Institute-wetenskapsprogram van Harvard dien, het gesê wetenskaplikes het oorspronklik gehoop om die afstande tussen gaswolke in die Melkweg presies te meet as hulle iets opmerk wat hulle nie verwag nie.

"Toe ons hierdie uiters akkurate afstande gekry het, het daar foto's gesien wat ons net nie kon glo nie, "het Goodman gesê. 'Al hierdie wolke wat ons geken het, was êrens vaagweg in die omgewing van die son in die Melkweg en pas in 'n sinusgolf , asof jy 'n tou vasgehou en laat op en af ​​gaan. '

Die bestaan ​​van die golf weerlê vorige opvattings oor gaswolke in die melkweg wat al langer as 100 jaar bestaan.

Navorsers het verwag dat die wolke wat hulle gemeet het, in 'n gedeeltelike ring om die son, 'Gould's Belt', gerangskik sou word, na die wetenskaplike wat die sterretros in die laat 1800's die eerste keer beskryf het. Maar Goodman sê die uitbeelding van 'n 'gordel' van sterre rondom die son is gebaseer op onakkurate metings wat te veel foute insluit.

Sodra wetenskaplikes die onsekerheid in die afstandsmetings tussen die gaswolke verminder het, het sy gesê, 'alles klap net in 'n duidelike aansig."

Goodman stel ook voor dat die Radcliffe Wave en die son 'n noue verhouding het wat miljarde jare kan teruggaan.

"Die son se baan kruis die wentelbaan van die Radcliffe Wave in die Melkweg op so 'n manier dat die son op 'n tyd in die gas waar dit nou is, gevorm kon word, 'het Goodman gesê.' Dit weet ons nie regtig nie seker, maar ons weet dat 13 miljoen jaar gelede, dit is 'n baie klein tydjie in daardie sonde van 3 miljard jaar., die son sou baie, baie naby hierdie Radcliffe-golf gekruis het. '

Volgens astronome se projeksies kan die son heel moontlik weer 13 miljoen jaar van nou af na die ander kant van die Radcliffe-golf 'surf'.

Intussen is dit tyd vir wetenskaplikes om hul driedimensionele modelle in die sterrestelsel en mdash te heroorweeg en dat ons ons 'kosmiese adres' sal opdateer.

"Daar was net hierdie ongeluk van inligting oor waar ons regtig in die Melkweg was," sê Goodman. 'En hierdie uiters akkurate afstande maak dit duidelik. Wat beteken dit vir mense? U weet waar u nou in die Melkweg woon. '

Hierdie segment is op 9 Januarie 2020 uitgesaai.

Veldprodusent, Morning Edition
Khari Thompson is die veldprodusent vir WBUR & # x27s Morning Edition.


Gedra sterbane om die middel van die Melkweg dieselfde as planeetbane om die son?

Ek sou aanvaar, want dit is gewoonlik hoe fisika werk, meer spesifiek, ek hou van antwoorde op die volgende vrae:

Individuele planete wentel om hul sterre teen verskillende snelhede, is dit ook van toepassing op individuele sterre wat om die middel van die Melkweg wentel?

Die wentelbane van alle planete binne 'n sonnestelsel val meestal op dieselfde vlak, en so ook sterre wat om die middel van die Melkweg wentel. Is die vlak waarop die planete wentel, dieselfde vlak as wat die sterre om die Melkweg wentel? D.w.s. is die & quotvlakke van die wentelbaan & quot van die sterre rondom die Melkweg en individuele planete rondom hul sterre coplanar?

(Hoop dit is die regte sub om dit te vra. Ek vra vooraf om verskoning as dit nie & # x27t is nie.)

Nee. Spiraalstelsels het oor die algemeen die sogenaamde plat rotasiekurwe. Dit beteken dat as u verder van die melkwegsentrum af kom, die wentelsnelheid konstant bly. Hierdie gedrag was onverwags toe dit ontdek is. Aangesien die digtheid van sterre / gas afneem namate u van die sentrum af wegbeweeg, is daar verwag dat voorwerpe verder uit stadiger beweeg. Die verklaring is dat daar materie is wat bydra tot die erns van die Melkweg wat nie gesien kan word nie - dit is donker materie.

Ja en nee. In die eerste plek is die sonnestelsel en # x27s en sterrestelsels & # x27s wentelvlakke nie in lyn gebring nie. Tweedens, hoewel die sterrestelsels en sterre almal in dieselfde vlak geleë is, wissel die sterre baie anders met die Melkweg as wat die planete met die son in wisselwerking tree. In die sonnestelsel is die son die oorweldigende dominante swaartekragliggaam, dus voel die planete in wese net 'n swaartekrag na binne. Maar in die Melkweg, hoewel die middelpunt sekerlik massief is, is die res van die skyf ook baie massief, wat beteken dat sterre gravitasiekragte voel, sowel na die middel van die Melkweg as na die vlak van die Melkweg. Dit laat die sterre bo en onder die vlak daal terwyl hulle wentel (stel jou voor dat 'n sinusgolf in 'n sirkel beweeg). Ons neem dit in een vorm waar as 'n skewe skyf. Boonop voel die sterre swaartekrag van nabygeleë sterre, wat veroorsaak dat hulle versprei in rigtings wat nie verband hou met die eienskappe van die Melkweg nie. Die hele proses is baie chaoties. U kan u voorstel om die proses op 'n rekenaar te modelleer deur die posisies van al die sterre in die omgewing en hul snelhede te ken, en die simulasie dan agteruit te laat loop om te sien waar die son in die verlede was. Die probleem is dat omdat die beweging so chaoties is en die aantal moontlike gravitasie-interaksies so hoog is, dat die onsekerhede die voorspellings vinnig oorskry.


Voorkoms

Die band van die Melkweg strek oor die uitspansel as 'n onreëlmatige breë, effens melkerige strook. Die voorkoms daarvan is te wyte aan die feit dat geen enkele sterre daarin met die blote oog waargeneem word nie, maar 'n menigte flou sterre van die galaktiese skyf en die bult (in die rigting van die galaktiese middelpunt). Vanaf die suidelike halfrond is die helder middelpunt van die Melkweg hoog in die lug, en vanaf die noordelike halfrond kyk mens na die rand. Daarom kan die band van die Melkweg die beste vanaf die suidelike halfrond waargeneem word.

In Desember en Januarie kan die helderste gebied van die Melkweg nie waargeneem word nie, of net baie sleg, omdat die son tussen die middel van die melkweg en die aarde geleë is. Goeie waarnemingstoestande word gegee met helder lug en so min as moontlik ligbesoedeling. Altesaam 6000 sterre wat met die blote oog in die hele lug gesien kan word, behoort tot die Melkwegstelsel. Op 'n groter afstand en buite die Melkweg is slegs die Andromeda-sterrestelsel te sien.

Die Melkweglint loop deur die sterrebeeld Boogskutter (die galaktiese middelpunt is ook in hierdie rigting), Arend, Swaan, Cassiopeia, Perseus, Carter, Tweeling, Orion, die kiel van die skip, Centaur, Suiderkruis en Skerpioen. Die middelvlak van die Melkwegstelsel word met 'n hoek van ongeveer 63 ° gekantel ten opsigte van die hemelse ewenaar.

Sterrekundiges gebruik af en toe 'n spesiale galaktiese koördinaatstelsel wat aangepas is vir die meetkunde van die Melkweg, bestaande uit lengtegraad l en breedtegraad b . Die galaktiese breedtegraad is 0 ° in die vlak van die Melkwegstelsel, + 90 ° by die galaktiese noordpool en −90 ° by die galaktiese suidpool. Die galaktiese lengte, wat ook in grade gegee word, het sy oorsprong (l = 0 °) in die rigting van die galaktiese middelpunt en neem na die ooste toe.


Hoe die melkweg werk

'N Kykie na die naghemel op enige tyd van die jaar, sal 'n dowwe ligstraal oor die lug openbaar, hetsy deur die middel of naby die horison. Die antieke Grieke sien hierdie ligband en noem dit & quotgalaxies kuklos, & quot vir & quotmelk sirkel. & Quot. Die Romeine noem dit die & quotMelkweg. & Quot. In 1610 het Galileo die eerste teleskope gebruik en vasgestel dat die lig van die Melkweg uit miljarde dowwe sterre wat ons omring.

Sterrekundiges het eeue lank baie basiese vrae oor die Melkweg gevra. Wat is dit? Waarvan is dit gemaak? Hoe het dit die vorm? Hierdie vrae was om verskeie redes moeilik om te beantwoord.

  1. Ons woon binne-in die Melkweg. Dit is soos om in 'n reusagtige kis te woon en te vra hoe is die kissie gevorm? Waarvan is dit gemaak? Hoe weet jy?
  2. Vroeë sterrekundiges is deur tegnologie beperk. Die vroeë teleskope was nie baie groot nie, het nie veel reikafstand gehad nie en kon nie groot afstande vergroot of dit oplos nie.
  3. Vroeë teleskope kon slegs sigbare lig opspoor. Die melkweg bevat baie stof wat hul uitsig belemmer. In sommige rigtings is die kyk na die melkweg soos om deur 'n stofstorm te kyk.

Die 20ste eeu het groot vooruitgang gebring in die teleskooptegnologie. Groot optiese, radio-, infrarooi- en röntgenteleskope (beide grondgebaseerde en wentelende teleskope) het astronome in staat gestel om deur die groot hoeveelhede stof te kyk en ver in die ruimte in. Met hierdie gereedskap kan hulle saamstel hoe die Melkweg eintlik lyk.

Wat hulle ontdek was ongelooflik:

  • Die Melkweg is eintlik 'n sterrestelsel - 'n groot stelsel sterre, gas (meestal waterstof), stof en donker materie wat om 'n gemeenskaplike middelpunt wentel en deur swaartekrag saamgebind word.
  • Ons sterrestelsel is spiraalvormig.
  • Anders as wat algemeen geglo word, is ons sonnestelsel nie in die middel van die sterrestelsel nie.
  • Die Melkweg is maar een van die miljarde sterrestelsels in die heelal.

Kom volg ons op 'n ontdekkingsreis terwyl ons die Melkweg verken. Ons gaan kyk hoe sterrekundiges die vorm, grootte en struktuur daarvan uitvind. Ons sal kyk hoe die sterre daarin beweeg en hoe die Melkweg met ander sterrestelsels vergelyk.

Soos ons genoem het, het Galileo ontdek dat die melkweg van dowwe sterre bestaan, maar wat van die vorm? Hoe kan u die vorm van iets sien as u daarin is? In die laat 1700's het die sterrekundige Sir William Herschel hierdie vraag behandel. Herschel het geredeneer dat as ons die melkweg 'n sfeer sou hê, ons talle sterre in alle rigtings moes sien. Dus het hy en sy suster Caroline die sterre in meer as 600 gebiede aan die hemel getel. Hulle het gevind dat daar meer sterre in die rigting van die band van die Melkweg is as bo en onder. Herschel het tot die gevolgtrekking gekom dat die melkweg 'n skyfvormige struktuur was. En omdat hy ongeveer dieselfde aantal sterre in alle rigtings langs die skyf gevind het, het hy tot die gevolgtrekking gekom dat die son naby die middel van die skyf was.

Rond 1920 het 'n Nederlandse sterrekundige genaamd Jacobus Kapetyn die skynbare afstande na nabygeleë en afgeleë sterre gemeet deur die tegniek van parallaks te gebruik. Omdat parallaks die bewegings van sterre gemeet het, het hy die bewegings van verre sterre met die nabygeleë vergelyk. Hy het tot die gevolgtrekking gekom dat die melkweg 'n skyf was van ongeveer 20 kiloparsek, oftewel 65 000 ligjare, in deursnee (een kiloparsek = 3,260 ligjaar). Kapetyn het ook tot die gevolgtrekking gekom dat die son in of naby die middel van die Melkweg was.

Maar toekomstige sterrekundiges sou hierdie idees bevraagteken, en gevorderde tegnologie sou hulle help om die teorieë te betwis en met akkurater metings vorendag te kom.

As u u duim op armlengte uitsteek en dan elke oog afwisselend oopmaak en toemaak terwyl u daarna kyk, sal u sien dat u duim blykbaar teen die agtergrond beweeg of skuif. Hierdie verskuiwing word a genoem parallaksverskuiwing. Wanneer u duim nader aan u neus beweeg en die proses herhaal, moet u oplet dat die skuif groter word. Sterrekundiges kan dieselfde tegniek gebruik om afstande tot die sterre te meet. Namate die aarde om die son wentel, verander die posisie van 'n gegewe ster teen die agtergrond van ander sterre. Deur foto's van die ster met tussenposes van ses maande te vergelyk, kan sterrekundiges die mate van die verskuiwing meet en die hoek van parallaks verkry (die helfte van die parallaksverskuiwing = theta of Θ). Deur die parallakshoek en die radius van die aarde se baan (R) te ken, kan sterrekundiges die afstand tot die ster (D) bereken deur trigonometrie te gebruik: D = R x cotangent (theta) of D = RCotΘ. Parallaks metings is betroubaar vir sterre met afstande kleiner as of gelyk aan 50 parsek. Vir groter afstande as dit, moet sterrekundiges veranderlike stermerkers vind en die lig-afstand-verwantskappe gebruik.

Bolvormige trosse en spiraalnewels

Rondom die tyd dat Kapetyn sy model van die Melkweg gepubliseer het, het sy kollega Harlow Shapely opgemerk dat 'n tipe sterretros 'n bolvormige groep het 'n unieke verspreiding in die lug gehad. Alhoewel daar min bolvormige trosse binne die Melkweg-band gevind is, was daar baie van hulle bo en onder dit. Shapely het besluit om die verspreiding van bolvormige trosse in kaart te bring en hul afstande te meet met behulp van veranderlike stermerke binne die groepe en die lig-afstand verhouding (sien sybalk). Shapely het gevind dat bolvormige trosse in 'n bolvormige verspreiding gevind is en naby die konstellasie Boogskutter gekonsentreer is. Shapely het tot die gevolgtrekking gekom dat die middel van die sterrestelsel naby Boogskutter was, nie die son nie, en dat die Melkweg ongeveer 100 kiloparsek in deursnee was.

Shapely was betrokke by 'n groot debat oor die aard van spiraalnewels (flou ligkolle wat in die naghemel sigbaar is). Hy het geglo dat dit & quotisland-heelalle, & quot of sterrestelsels buite die Melkweg was. 'N Ander sterrekundige, Heber Curtis, het geglo dat spiraalnewels deel van die Melkweg was. Edwin Hubble se waarneming van Cepheid-veranderlikes het die debat uiteindelik besleg - die newels was inderdaad buite die Melkweg.

Maar daar het nog steeds vrae gebly. Watter vorm was die Melkweg, en wat bestaan ​​presies daarin?

Professionele en amateur-sterrekundiges kan die helderheid van 'n ster meet deur 'n fotometer of laai-gekoppelde toestel aan die einde van 'n teleskoop. As hulle die helderheid van die ster ken en die afstand tot die ster, kan hulle die hoeveelheid energie wat die ster uitbring, of die helderheid daarvan bereken (helderheid = helderheid x 12,57 x (afstand) 2 ). Omgekeerd, as jy 'n ster se helderheid ken, kan jy die afstand daarvan vanaf die aarde bereken. Sekere sterre - soos RR Lyrae en Cepheid veranderlikes - kan as ligstandaarde dien. Hierdie sterre verander hul helderheid gereeld en die helderheid hou direk verband met die periode van hul helderheidsiklus.

Om die helderheid van die bolvormige trosse te bepaal, het Shapely die helderheidstydperke van die RR Lyrae-sterre in die trosse gemeet. Sodra hy die helderheid geken het, kon hy hul afstande vanaf die aarde bereken. Kyk hoe werk sterrestelsels vir hoe sterrekundige Edwin Hubble 'n soortgelyke tegniek met Cepheid-veranderlike sterre gebruik om vas te stel dat spiraalnewels verder is as die limiete van die Melkweg.

Watter vorm is die Melkweg?

Edwin Hubble het sterrestelsels bestudeer en in verskillende soorte geklassifiseer ellipties en spiraalvormige sterrestelsels. Die spiraalstelsels is gekenmerk deur skyfvorms met spiraalarms. Omdat die Melkweg skyfvormig was en spiraalvormige sterrestelsels skyfvormig was, was die Melkweg waarskynlik 'n spiraalstelsel.

In die dertigerjare het die sterrekundige R. J. Trumpler besef dat die skatting van die grootte van die Melkwegstelsel deur Kapetyn en ander af was omdat die metings berus op waarnemings in die sigbare golflengtes. Trumpler het tot die gevolgtrekking gekom dat die groot hoeveelhede stof in die vlak van die Melkweg lig in die sigbare golflengtes opgeneem het en dat verre sterre en trosse dowwer vertoon het as wat dit werklik was. Daarom sal sterrekundiges 'n manier nodig hê om deur die stof te loer om sterre en sterretrosse op die skyf van die Melkweg akkuraat in kaart te bring.

In die 1950's, die eerste radio teleskope uitgevind is. Sterrekundiges het ontdek dat waterstofatome bestraling in die radiogolflengtes uitstraal en dat hierdie radiogolwe die stof in die Melkweg kan binnedring. Dit het dus moontlik geword om die spiraalarms van die Melkweg in kaart te bring. Die sleutel was merkersterre soos dié wat in afstandmetings gebruik word. Sterrekundiges het bevind dat klas O- en B-sterre sou werk. Hierdie sterre het verskeie kenmerke gehad:

  • Helderheid: Hulle is baie sigbaar en word dikwels in klein groepies of verenigings aangetref.
  • Hitte: Hulle straal verskeie golflengtes uit (sigbaar, infrarooi, radio).
  • Kort lewe: Hulle leef ongeveer 100 miljoen jaar, dus, in ag genome die tempo waarteen sterre om die middel van die sterrestelsel wentel, beweeg hulle nie ver van waar hulle gebore is nie.

Astronomers could use radio telescopes to accurately map the positions of these O and B stars and use the Doppler shifts of the radio spectrum to determine their rates of motion. When they did this with many stars, they were able to produce combined radio and optical maps of the Milky Way's spiral arms. Each arm is named for the constellations that exist within it.

Astronomers think that the motion of the material around the galactic center sets up density waves (areas of high and low density), much like you see when you stir cake batter with an electric mixer. These density waves are thought to cause the spiral nature of the galaxy.

So, by examining the sky in multiple wavelengths (radio, infrared, visible, ultraviolet, X-ray) with various ground-based and space-based telescopes, we can get different views of the Milky Way.

Much like the high-pitched sound from a fire-truck siren gets lower as the truck moves away, the movement of stars affects the wavelengths of light that we receive from them. This phenomenon is called the Doppler effect. We can measure the Doppler effect by measuring lines in a star's spectrum and comparing them to the spectrum of a standard lamp. The amount of the Doppler shift tells us how fast the star is moving relative to us. In addition, the direction of the Doppler shift can tell us the direction of the star's movement. If the spectrum of a star is shifted to the blue end, the star is moving toward us if the spectrum is shifted to the red end, the star is moving away from us.


Construction

General structure

Exploring the structure of the Milky Way system is more difficult than exploring the structure of other galaxies because observations can only be made from one point within the disk. Because of the aforementioned absorption of visible light by interstellar dust, it is not possible to obtain a complete picture of the Milky Way system through visual observations. Great advances were only made when observations in other wavelength ranges, especially in the radio frequency range and in the infrared, became possible. However, many details of the structure of the galaxy are not yet known.

The number of stars and the total mass of the Milky Way can only be estimated on the basis of calculations and observations, which results in large tolerances in the numbers. The Milky Way System consists of around 100 to 300 billion stars and large amounts of interstellar and dark matter. The extent of the Milky Way in the galactic plane is about 100,000 light years (30 CCP), the thickness of the disc about 3,000 light-years (920 pc) and of the central bulge about 16,000 light-years (5 CCP). For comparison: The Andromeda Galaxy (M31) has an extent of about 150,000 ly. And the third largest member of the local group, the Triangle Nebula (M33), approx. 50,000 ly. The information on the thickness may have to be corrected upwards by up to twice that, as the Australian scientist Bryan Gaensler and his team said in January 2008.

Until the 1990s, a relatively regular spiral galaxy was assumed, similar to the Andromeda galaxy. The galaxy is probably a barred spiral galaxy of the Hubble type SBbc. The movement of interstellar gas and the distribution of stars in the bulge give it an elongated shape. This bar forms an angle of 45 ° with the line connecting the solar system to the center of the Milky Way system. As determined using the infrared – Spitzer Space Telescope is the beam structure with an area of 27,000 light years surprisingly long.

The Milky Way also shows signs of weak central, ring-shaped structures of gas and stars around the bulge. In the De Vaucouleur system, the Milky Way is therefore classified accordingly as type SB (rs) bc.

Based on the known period of revolution of the sun and its distance from the galactic center, Kepler’s third law can be used to calculate the total mass that is within the solar orbit. The total mass of the Milky Way system was previously estimated at around 400 billion to 700 billion solar masses. According to more recent findings, the total mass in a radius of 129,000 light years around the Galactic Center is around 1,500 billion solar masses. This makes the Milky Way in front of the Andromeda Galaxy (800 billion solar masses) the most massive galaxy in the Local Group.

Galactic halo

The galaxy is surrounded by the spherical galactic halo with a diameter of about 165,000 light years (50 kpc), a kind of galactic ” atmosphere “. In addition to the approximately 150 known globular clusters, there are other ancient stars, including RR Lyrae variables, and very low density gas. The hot Blue Straggler stars are an exception. In addition, there are large amounts of dark matter with around 1 billion solar masses, including so-called MACHOs. Unlike the galactic disk, the halo is largely dust-free and almost exclusively contains stars from the older, metal-poor Population II, theirs Orbit is very strongly inclined to the galactic plane. The age of the inner part of the halo was given in a new method for determining the age presented in May 2012 by the Space Telescope Science Institute in Baltimore as 11.4 billion years (with an uncertainty of 0.7 billion years). The astronomer Jason Kalirai from the Space Telescope Science Institute succeeded in determining the age by comparing the halo dwarfs of the Milky Way with the well-studied dwarfs in the globular cluster Messier 4, which are located in the constellation Scorpio.

Galactic disk

The majority of the stars in the galaxy are almost evenly distributed across the galactic disk. In contrast to the halo, it mainly contains stars from Population I with a high proportion of heavy elements.

Bulge

Most spiral galaxies are domed. There is no relationship between the frequency of a bulge and the age of the galaxy. In 1957, measurements with radio telescopes based on the 21 cm radiation of neutral hydrogen showed that the Milky Way disk is also slightly curved in the direction of the Magellanic Clouds – like a very flat plate. Since both young and very old stars move in the same way in terms of curvature, the curvature is a consequence of the gravitational field.

Spiral arms

The spiral arms characteristic of the Milky Way system are also part of the disk. These contain enormous accumulations of hydrogen and also the largest HII regions, the star formation regions of the galaxy with many protostars, young stars of the T-Tauri type and Herbig-Haro objects. During their lifetime, stars move away from their birthplaces and spread across the disk. Very massive and luminous stars do not move so far away from the spiral arms due to their shorter lifespan, which is why they emerge. Therefore, the stellar objects located there mainly include stars of the Spectral classes O and B, supergiants and Cepheids, all younger than 100 million years. However, they only make up about one percent of the stars in the Milky Way system. Most of the galaxy’s mass is made up of old, low-mass stars. The “space” between the spiral arms is not empty, but just less bright.

Scheme of the observed spiral arms of the Milky Way system (see text)
User:Rursus / CC BY-SA

The spiral structure of the galaxy was confirmed by observing the distribution of neutral hydrogen. The spiral arms discovered were named after the constellations in their direction.

The drawing on the right shows the structure of the Milky Way system schematically. The center is not directly observable in visible light, as is the area behind it. The sun (yellow circle) lies between the spiral arms Sagittarius (according to the constellation Sagittarius) and Perseus in the Orion arm. This arm is probably not complete, see the brown line in the figure. In relation to this immediate environment, the sun moves at about 30 km / s in the direction of the constellation Hercules. The innermost arm is the Norma arm (according to the constellation angle measure, also 3 kpc arm), the outermost arm (not in the figure) is the Cygnus arm (according to the constellation Swan), which is probably the continuation of the Scutum-Crux-Arm (after the constellations Shield and Cross of the South).

Evaluations of infrared images of the Spitzer telescope published by the University of Wisconsin in June 2008 showed the Milky Way system only as a two-armed galaxy. Sagittarius and Norma were only recognizable as thin side arms with an excess gas distribution, while in the other two arms a high one Dense old reddish stars noticed. A more recent study of the distribution of star formation regions and young stars, however, demonstrated the well-known four-armed structure. The Milky Way therefore apparently consists of four spiral arms, which are primarily defined by gas clouds and young stars, with many older stars also concentrating in two arms. A well-defined logarithmic spiral pattern is rarely found in spiral galaxies across the entire disk. Arms often have extreme branches and ramifications. The likely nature of the local arm as such an irregularity suggests that such structures could be common in the Milky Way.

Default namealternative nameAstronomic
Norma arm3 kpc arm (ring)
Scutum crux armCentaurus arm−II
Sagittarius armSagittarius Carina arm−I
Orion armLocal arm0
Perseus arm+ I
Cygnus armOuter arm+ II

How the spiral structure came about has not yet been clearly clarified. Stars belonging to the spiral arms are not a rigid structure that rotates in formation around the galactic center. If this were the case, the spiral structure of the Milky Way System and other spiral galaxies would wind up due to the different orbital speeds and become unrecognizable. The density wave theory offers an explanation. This sees spiral arms as zones of increased matter density and star formation that move through the disk independently of the stars. Disturbances in the orbits of the stars caused by spiral arms can lead to Lindblad resonances.

Stars of the galactic disk

The stars of the galactic disk belonging to population I can be divided into three subpopulations with increasing scatter around the main plane and age. The so-called “thin disk” in a range of 700 to 800 light years above and below the galactic plane contains, in addition to the above-mentioned luminous stars of the spiral arms, which are only a maximum of 500 light years away from the plane, stars of the spectral classes A and F, some Giants of classes A, F, G and K, as well as dwarf stars of classes G, K and M and also some white dwarfs. The metallicity of these stars is comparable to that of the sun, but usually twice as high. Their age is around a billion years.

Atacama Large Millimeter-submillimeter Array,
Milky Way – Y. Beletsky (LCO)/ESO / CC BY

Another group is that of the middle-aged stars (up to five billion years old). These include the sun and other dwarf stars of the spectral types G, K and M, as well as some sub and red giants. The metallicity is significantly lower here with only about 50 to 100 percent of that of the sun. The eccentricity of the orbit of these stars around the galactic center is also higher. They are no more than 1500 light years above or below the galactic plane.

Die “thick disk” extends between a maximum of 2500 light years above and below the main level. It contains red K- and M-dwarfs, white dwarfs, as well as some sub-giants and red giants, but also long-period variables. The age of these stars reaches up to ten billion years and they are comparatively low in metal (about a quarter of the solar metallicity). This population also resembles many stars in the bulge.

Center

The center of the Milky Way system lies in the constellation Sagittarius and is hidden behind dark clouds of dust and gas so that it cannot be directly observed in visible light. Beginning in the 1950s, it was possible to obtain increasingly detailed images of the vicinity of the galactic center in the radio wave range as well as with infrared radiation and X-rays. A strong radio source has been discovered there, called Sagittarius A *(Sgr A *), which radiates from a very small area. This mass concentration is orbited by a group of stars in a radius of less than half a light year with an orbital period of about 100 years and a black hole with 1,300 solar masses three light years away. The star S2, which is closest to the central black hole, orbits the galactic center in a strongly elliptical orbit with a minimum distance of about 17 light hours in a period of only 15.2 years. Its path could now be observed over a full circuit. From the observations of the movements of the stars in the central star cluster, it follows that within the orbit described by S2 there must be a mass of an estimated 4.31 million solar masses. The most plausible explanation for this large mass concentration within the framework of the theory of relativity and the only one that is consistent with all observations is the presence of a black hole.

The galactic center is currently in a comparatively quiet phase. But still around 3.5 million years ago, i.e. only a blink of an eye back in cosmological times, the central black hole was very active. There is some evidence that it will release 100,000 to 1 million times more energy over a period of a few 100,000 years than the sun will ever radiate during its entire lifespan. This discovery was made during a study of the Magellanic Current made, which connects the Milky Way with the two Magellanic Clouds as a gas bridge. An unusually high number of ionized carbon and silicon atoms were found in the gas of the Magellanic Current, which indicates an extremely high dose of UV radiation resulting from this energy output. During this active phase, the Milky Way behaved like a Seyfert galaxy.

Gamma-ray emitting bubbles

On November 9, 2010, Doug Finkbeiner of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics announced that he had discovered two giant spherical bubbles extending north and south from the center of the Milky Way. The discovery was made with the help of data from the Fermi Gamma-ray Space Telescope. The diameter of the bubbles is about 25,000 light years each they extend in the southern night sky from the maiden to the crane. Its origin has not yet been clarified.

Size comparison

You get a clear idea of ​​the size of the Milky Way with its 100 to 300 billion stars if you reduce it to a scale of 1:10 and imagine it to be drifting snow over an area 10 km in diameter and around 1 km in height on average. Each snowflake corresponds to a star and there are about three per cubic meter. On this scale, the sun would have a diameter of about 10 nm, i.e. it would be smaller than a virus. Even Pluto’s orbit, which is on average 40 times as far from the sun as the earth’s orbit, would be at the limit of visual visibility with a diameter of 0.1 mm. Pluto itself, like the earth, would only have atomic dimensions. This model thus also demonstrates the low average mass density of the Milky Way. Furthermore, in this model our radio signals, which have been emitted for about 120 years, would have been about 11 m away from us (120 ly), and the Arecibo message sent about 4 m away.


Join Our Members List For Exclusive Reports

I’ve retreated into an unbloody world of animated depictions of astronomical measurements. All this trauma has got me dissociated. I’m out of body and I’ve gone cosmic.

A few years ago, I wrote a book about the 2012 hoopla, where I learned about how the Solar System orbits around the center of the Milky Way galaxy once every

240,000,000 years (one Galactic Year). The trajectory has been classically described as a “horse-on-a-carousel” motion, passing through the Galactic Plane every

So it’s interesting to see all of this data animated in what looks more like a corkscrew trajectory, or what is here being called here the Helical Model by musician (and slick computer animator) DJ Sadhu. This same creator made a video about the orbit of the Solar System’s planets around the Sun that went viral worldwide, including on this site. You’ve probably seen it, it’s very cool.

DJ Sadhu says the animation was based on the work of Indian ethnobotanist, Dr. Keshava Bhat and he admits that the scale of both the corkscrews are off. Bad Astronomy’s Phil Plait says the errors here are more than just about scale.

Plait, a professional skeptic who’s served as the President of the James Randi Educational Foundation says first, that the orbits of the planets are tipped by 60°, not 90° as shown, so the planets are sometimes ahead and sometimes behind the Sun they’re not being dragged behind the Sun in a “vortex”. Second, the “carousel” motion of the Solar System occurs with a periodicity of four times per Galactic Year, not the dozens of times shown. Finally, the massive curlicue trajectory shown of the Solar System as it revolves around the Galaxy is completely wrong Bhat confused the Ecliptic Plane with the Galactic Plane.

Otherwise, Plait calls Sadhu’s animation “lovely”, which it is and I think still worth contemplating – anything to put the hideousness of what’s happening in America into a greater context – and that transports us away!


2 Answers 2

So what is the inertial frame of reference in which orbital motion happens bound to?

TLDR: Whatever you want. Conceptually, all frames of reference are equally valid. However, some frames are computationally better than others, depending on context. While you could do it, it would be ludicrous to describe the formation of a hurricane or the orbit of a satellite in low Earth orbit from the perspective of a Triton-centered, Triton-fixed frame.

In fact, modeling the orbit of an object in low lunar orbit from the perspective of a Neptune-centered inertial frame is one of my favored tests of the orbital mechanics package I developed for the Johnson Space Center. The result is pure garbage after a few dozen orbits, but it does work initially. The object initially orbits the Moon, but numerical issues quickly arise.

What is this thing that you call an "inertial frame of reference"? As a supervisor said to me almost 40 years ago, name one. The so-called Earth-centered inertial frame obviously isn't inertial the Earth is accelerating gravitationally toward the Sun, the Moon, the other planets, nearby and remote stars, other galaxies, etc. In addition, the axes of an ECI frame are almost certainly rotating with respect to those of a Newtonian inertial frame of reference.

There's one catch, good luck finding a Newtonian inertial frame of reference. Or as my supervisor said almost 40 years ago, name one. To make matters worse, this doesn't even take general relativity into account. Ultimately, the concept of a Newtonian inertial frame of reference is a fiction. That said, it is a very, very useful fiction because our solar system is very close to Newtonian in behavior. Even the motion of Mercury can be approximated extremely accurately as being due to Newtonian gravity plus some very small post-Newtonian accelerations.

There are two challenges with regard to defining a Newtonian frame of reference, the placement of the origin and the placement of the axes. It's important to keep in mind that all frames of reference are equally valid. Using a quasi-inertial solar system barycenter frame to describe the motion of a satellite in low Earth orbit doesn't make any sense. An Earth-centered inertial perspective is a much more sensible perspective.

As previously mentioned, an Earth-centered frame is an accelerating frame. This is easily addressed: Add fictitious accelerations due to the Earth's gravitational acceleration toward the Sun, the Moon, and perhaps the other planets. In the space exploration community, the term describing perturbations due to choosing a frame based on the center of some massive body is "third body effects" (or third body accelerations, or third body perturbations).

A rotating frame makes for a much messier situation. Up until the mid 20th century, the preference was to use a very slowly rotating frame based on the location of the vernal equinox. This resulted in apparent apsidal precessions of the orbits of the planets about the Sun. As is the case with third body effects, this is not necessarily problematic. The techniques that addressed this apparent precession were sufficient for the 19th century discovery that Mercury suffered a precession that could not be explained by Newtonian mechanics.

Three key things changed in this regard during the latter half of the 20th century. One was that humanity started putting things into space. Another was drastic improvements to astronomical observations. Both motivated the improvement of the concept of frames of reference.

The third key item was the discovery of quasars. Quasars are so remote that their proper motions are are extremely small and are unrelated to anything close by. (A galaxy even remotely connected to the Milky Way qualifies as "close by" compared to quasars. The current gold standard with regard to the orientation of a frame of reference is the International Celestial Reference Frame (ICRF). This is based on almost 300 quasars, with over 3000 other quasars used as a sanity check.