Warum bewegen sich diese Objekte mit sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten entlang derselben Umlaufbahn?

UPDATE: Die Online-Simulation scheint jetzt wunderbar zu funktionieren! Ich würde jedem empfehlen, zurückzugehen und einen weiteren Blick darauf zu werfen, um sowohl die mathematische Schönheit der Orbitalmechanik als auch die Ästhetik der Visualisierung des Sonnensystems zu genießen!



Der Artikel Visualizing the Cosmic Streams That Spew Meteor Showers der New York Times ist mit einem Sonnensystem-Viewer verknüpft, der es einem ermöglicht, Aspekte von Meteorschauer-induzierenden Kometenumlaufbahnen von Ian Webb zu visualisieren.

Jetzt haben Astronomen und Ingenieure eine Animation erstellt , mit der Sie die gesamte Reise miterleben können. Unter Verwendung von Daten der Cameras for Allsky Meteor Surveillance , einem Netzwerk von etwa 60 Kameras, die auf den Himmel über der Bucht von San Francisco gerichtet sind, haben Forscher seit 2010 mehr als 300.000 Flugbahnen von Meteoriten aufgezeichnet. Sie planen, die Daten zu verwenden, um mehr als 300 potenzielle Meteorschauer zu bestätigen die Wissenschaftler beobachtet, aber nicht verifiziert haben.

„Jeder Punkt, den Sie sehen, ist eine Sternschnuppe, die von einer unserer Kameras aufgenommen wurde“, sagte Peter Jenniskens , Astronom am SETI Institute und am NASA Ames Research Center im kalifornischen Silicon Valley, der CAMS leitet. Seine Interaktivität verwandelt Meteoritenschauer wie die Geminiden und Orioniden in schimmernde Flüsse aus Weltraumfelsen. Zuschauer können den Moment genau bestimmen, in dem die Lyriden oder Eta-Aquariden die Nacht erhellen, indem sie beobachten, wie sich ihre Ströme mit der Erdumlaufbahn kreuzen, was blau dargestellt ist. Es besteht sogar die Möglichkeit, alle Meteoritenschauer auf einmal zu sehen, sodass es wie ein Meteoriten-Hurrikan aussieht .

Ich brauche etwas Hilfe, um zu verstehen, was ich sehe. Wenn ich es zum ersten Mal öffne, glaube ich, eine Reihe von Objekten zu sehen, die derselben allgemeinen hyperbolischen (oder sehr elliptischen) Umlaufbahn folgen. Was mich stört, ist, dass einige sehr schnell vorbeizusausen scheinen, andere langsam zu kriechen scheinen und einige sich mit mittlerer Geschwindigkeit bewegen. Wenn sie alle einem Primärkometen zugeordnet sind und in dieser großen Ansicht (ungefähr 10 AE) ähnlichen Bahnen folgen, sollten sie dann nicht zumindest ungefähr ähnliche Geschwindigkeiten haben?

Bearbeiten: Ich habe Screenshots von 30-10-2017bis 04-11-2017mit einer Geschwindigkeitseinstellung von 0.005aufgenommen und zwei GIFs darunter erstellt. Das zweite ist mit einem roten, grünen und blauen Pfeil versehen, der auf drei Objekte (langsam, mittel und schnell) hinweist, die fast derselben Umlaufbahn folgen mit mindestens Faktor 10 unterschiedliche Geschwindigkeiten zwischen ihnen.

Ich habe die Betrachtung aus verschiedenen Blickwinkeln wiederholt, sie folgen fast derselben Umlaufbahn in 3D, den ganzen Weg um die Sonne herum und zurück in den Weltraum - es hängt nicht von einer bestimmten Ansicht ab.

Ich halte das für völlig unphysikalisch!


Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Geben Sie hier die Bildbeschreibung einRot, Grün Blau (langsam bis schnell)


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Du hast grundsätzlich recht. Diese Art der visuellen Variation ist einfach nicht möglich. Es ist schlechte Grafik.
@userLTK Wenn eine Website, die eine wissenschaftlich fundierte grafische Darstellung bieten soll, "schlechte Grafiken" hat, gibt es dann offenere Adjektive, die zutreffen? Schauen Sie sich zum Beispiel die Anzeige für Haleys Kometen an, es ist totaler Unsinn / Unwissenschaft. Und doch wird dies in der Wissenschaftsabteilung der New York Times beschrieben . Ich ging dorthin zurück und sah genauer hin. Diese Animation wurde von mir namens "Astronomen und Ingenieure" im NASA Ames Research Center erstellt.
Ich weiß, dass Sie das stört (und das Kopfgeld beweist es), aber ich würde vorschlagen, dass die einzigen Leute, die richtig erklären können, was passiert, die NYTimes und vielleicht NASA Ames sind, da es ihre Anzeige ist. Ich denke, Sie sollten sich besser (zuerst) an die NY Times wenden, um nach ihrer Quelle für die Anzeige zu fragen, und dann (vermutlich) an wen auch immer bei NASA Ames sie Sie verweisen und Ihr Problem erklären. Ich denke, das übersteigt den Rahmen dessen, was andere erklären können. Tatsächlich gibt es ein Argument, dass sie die Verantwortung haben, das Problem zu klären.
@StephenG Zu welcher Kategorie gehört das Poster dieser Antwort ? Ich denke nicht, dass es klug ist, hier für alle zu sprechen , besonders wenn Sie sagen , dass sie etwas nicht alle wissen , noch es jemals herausfinden könnten.
Der Punkt ist, dass Sie gute Hinweise zu den Quellen der Daten haben und es viel wahrscheinlicher ist, dass sie eine Erklärung liefern können als jemand anderes (der übrigens nicht über die Daten oder den Code verfügt). Es ist der offensichtliche Angriffspunkt für eine endgültige Antwort, und Sie wollen eindeutig eine endgültige Antwort.
@StephenG Du hast recht. Aus irgendeinem Grund bevorzuge ich bei einigen Fragen einfach den Stackexchange-Prozess und die Umgebung. Ich denke, es ist der "Jeder gewinnt"-Effekt und die Möglichkeit von Diskussionen und mehreren Standpunkten. Ich lerne oft viel mehr, als ich erwartet hatte!
Ich denke, wir alle haben etwas von dem Prozess. Und im Gegensatz zu einem Großteil der Online-Welt ist es ziemlich zivilisiert. Wenn Sie mit der NYT/NASA irgendwo hinkommen, wäre es interessant, ein Update zu Ihrem Beitrag zu sehen.

Antworten (2)

Wenn man sich die Simulation und die hier angehängten GIFs ansieht, sind einige Dinge klar. Die Punkte können keine tatsächlichen Meteoroiden in ihren Bahnen darstellen, da die 6 Bahnelemente die Zustandsvektoren eines Körpers vollständig bestimmen. Sie können nicht zur selben Zeit am selben Ort in derselben Umlaufbahn sein und sehr unterschiedliche Geschwindigkeiten haben. Somit gehorchen die Punkte nicht dem dritten Gesetz von Kepler.

Es ist auch nicht klar, ob sie dem zweiten Gesetz gehorchen (dass gleiche Flächen in gleichen Zeiten überstrichen werden). Sie scheinen sich am Perihel schneller zu bewegen, aber vielleicht nicht schnell genug.

Die Grafik scheint die "Klumpigkeit" einiger Meteorströme nicht zu zeigen. Besonders die Leoniden, die ungefähr alle 33 Jahre einen sehr intensiven Sturm haben. Auch andere Streams sind klumpig, was in dieser Grafik nicht ersichtlich ist.

Was es zeigt, ist die Veränderung der Umlaufbahn der Meteoroiden, die einen Meteoritenschauer bilden. Hier war (glaube ich) die Nasa involviert. Aus der Beobachtung eines Meteors (idealerweise mehrere Beobachtungen desselben Meteors zur Triangulation seiner Position) sollte es möglich sein, seine Umlaufbahn zu berechnen, bevor er in das Gravitationsfeld der Erde fiel und die Atmosphäre traf. Beobachten Sie genügend Meteore und Sie können sich ein Bild von der Verteilung der Umlaufbahnen machen: Mittelwert und Standardabweichung in Neigung, Exzentrizität, große Halbachse, aufsteigender Knoten und Perihelwinkel. Daraus können Sie eine Verteilung von Ellipsenbahnen erhalten. Möglicherweise muss noch Modellierungsarbeit geleistet werden: Wir können nur die Meteoriten beobachten, die die Erde treffen, aber wir können annehmen, dass sie rund um den Mutterkörper verteilt sind. Aber aus unserer Probe von Meteoroiden, die die Erde getroffen haben,

Die Punkte sind auf diesen Kepler-Umlaufbahnen gezeichnet, aber die Geschwindigkeit, mit der sich die Umlaufbahn bewegt, scheint nicht die tatsächliche Geschwindigkeit von Meteoroiden im Weltraum darzustellen. Vielmehr ist es eine Möglichkeit, die Variation in elliptischen Umlaufbahnen zu veranschaulichen, ohne einen festen Ring für jede Umlaufbahn zu zeichnen.

Das ist eine ziemlich gründliche und gut durchdachte Analyse! Ich habe den gleichen Eindruck von der Geschwindigkeit, wie Sie erwähnt haben, entschied aber, dass der Versuch, mit dem Messen zu beginnen, etwas zu viel Arbeit war.
Ich habe oben in der Frage vermerkt, dass der Fehler behoben ist und die Simulation jetzt wirklich gut aussieht!

Im Laufe der Zeit werden kleine Objekte, die zu Beginn relativ nahe beieinander liegen, durch die Störungen größerer Objekte (wie Jupiter) und sogar der Erde, wenn sie sich dicht nähern, in ganz andere Umlaufbahnen gezogen.

Relativ kleine Änderungen bei naher Annäherung können ziemlich große Auswirkungen haben, wenn die Objekte ihre weiteste Annäherung erreichen.

Die Umlaufbahnen sind ungefähr elliptisch (einige können hyperbolisch sein) und die Umlaufgeschwindigkeit variiert in einer solchen Umlaufbahn (im Gegensatz zu einer kreisförmigen Umlaufbahn). So sehen Sie Objekte, die am weitesten entfernt von ihrer Umlaufbahn entlang treiben und schneller werden, wenn sie in den nächstgelegenen Punkt ihrer Umlaufbahn "fallen". Sie werden wieder langsamer, wenn sie von der nächsten Annäherung weg "aufsteigen" (genau wie ein Stein, den Sie in die Luft werfen).

Die Kombination dieser Dinge bedeutet also, dass sich die Objekte im Laufe der Zeit erheblich in ziemlich unterschiedliche Umlaufbahnen aufteilen können, die ziemlich signifikante Unterschiede in der Umlaufgeschwindigkeit aufweisen.

Kannst du dem etwas Mathematik hinzufügen? Ich würde gerne verstehen, wie die Umlaufbahnen so nah beieinander erscheinen können und dennoch einen Geschwindigkeitsunterschied von 5 bis 10 AE um den Faktor fünf oder zehn haben.
"Erscheinen nah beieinander" ist hier das Thema. Sie sind nur in Bezug auf die engste Annäherung nahe beieinander und trennen das andere Ende ihrer Umlaufbahnen. Etwas Mathematik hier und hier . Diese Seite zeigt auch, wie sich die Exzentrizität auf die Differenz zwischen der Orbitalgeschwindigkeit bei der größten und der weitesten Annäherung auswirkt. Beachten Sie auch die Auswirkung der großen Halbachse auf die Geschwindigkeit.
OK, ich sollte in meiner Frage besser quantitativer werden, um mathematisch zu zeigen, warum sie meiner Meinung nach keinen so großen Geschwindigkeitsbereich haben sollten. Ich spreche nur von den Objekten, die der Kometenbahn dicht folgen, nicht von allen Nebensächlichkeiten. Gib mir ein paar Minuten, um es aufzuschreiben, danke!
Denken Sie auch daran, dass numerische Simulationen dazu neigen, größere Fehler einzuführen, da (insbesondere) der enge Ansatz numerisch sehr empfindlich ist. Der Zeitschritt kann in Simulationen wie diesen ein ziemlich wichtiges Problem sein (weil der Prozess sehr empfindlich darauf reagiert, wie genau Sie zwischen den Schritten interpolieren).
Nachdem ich mit der Vis-Viva-Gleichung und mit Simulationen herumgespielt hatte, um es zu „beweisen“, entschied ich, dass ich die Prämisse nicht verteidigen muss , dass Objekte auf nahezu derselben Umlaufbahn um die Sonne mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten reisen können eine Größenordnung. Ich halte diese Wahrheit für selbstverständlich. Es ist möglich, dass Sie sich die Simulation nicht so genau angesehen haben wie ich. Also habe ich einige GIFs erstellt, um besser zu veranschaulichen, worauf ich mich beziehe.
@StephenG Diese Art von Umlaufbahnänderungen treten über viele Umlaufbahnen auf. Wenn Sie sich die Grafiken ansehen, geschehen sie über einen kleinen Bogen in einer einzigen Umlaufbahn. Die Grafik ist nicht realistisch.
Klingt wie ein numerischer Fehler (dh ein Artefakt der Ungenauigkeit der Simulation).
@StephenG Übrigens wollte ich oben "...dass Objekte fast nicht weiterreisen können ..." eingeben . Es sieht eher aus wie die numerische Engine eines Bildschirmschoners aus den 1990er Jahren als wie ein Orbitaldynamik-Simulator.