Warum ist die Zeitdauer, die der Chandrayaan-2 Orbiter auf der Tagseite verbringt, länger als auf der Nachtseite des Mondes?

Die folgenden Informationen stammen von der ISRO-Webseite zum Thema "Erkennung von Argon-40 in der Mond-Exosphäre" ( Textinformationen, die für meine Frage relevant sind, sind fett gedruckt ):

Die Chandra's Atmospheric Composition Explorer-2 (CHACE-2) Nutzlast an Bord des Chandrayaan-2 Orbiters ist eine neutrale Massenspektrometer-basierte Nutzlast, die Bestandteile in der neutralen Exosphäre des Mondes im Bereich von 1-300 amu (atomare Masseneinheit) erkennen kann. . Im Rahmen seiner frühen Operation hat es entdeckt 40 Ar in der Exosphäre des Mondes aus einer Höhe von etwa 100 km und erfasst die Tag-Nacht-Schwankungen der Konzentration. 40 Da Ar bei den auf der Mondoberfläche herrschenden Temperaturen und Drücken ein kondensierbares Gas ist, kondensiert es während der Mondnacht. Nach der Monddämmerung, die 40 Ar beginnt, in die Exosphäre des Mondes freigesetzt zu werden (blau schattierte Region in der Abbildung).

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Variation von Argon-40, beobachtet während einer Umlaufbahn von Chandrayaan-2 auf der Tag- und Nachtseite des Mondes. Der beobachtete Partialdruck muss für den Hintergrund und andere Effekte verfeinert werden, um auf die Dichte des exosphärischen Mondargons schließen zu können. Die Beobachtungen, als sich Chandrayaan-2 auf der Nachtseite befand, werden durch das schwarze durchgezogene Rechteck am oberen Rand der Tafel und die beiden vertikalen gestrichelten Linien angezeigt. Chandrayaan-2 befindet sich in einer polaren Umlaufbahn und tritt über den Nordpol auf die Tagseite des Mondes ein, durchquert die Tagseite und tritt nach dem Überqueren des Südpols auf die Nachtseite ein.

Quelle: Nachweis von Argon-40 in der Exosphäre des Mondes

Wir wissen, dass sich ein Satellit auf einer Kreisbahn um einen kugelförmigen Himmelskörper annähernd gleicher Dichte mit konstanter Geschwindigkeit (nicht konstanter Geschwindigkeit) bewegt. Wir müssen also erwarten, dass die Zeit, die auf der Tagseite verbracht wird, gleich der auf der Nachtseite des Himmelskörpers ist.

In der obigen Abbildung ist ersichtlich, dass die Dauer des Satelliten auf der Nachtseite vergleichsweise geringer ist als die Zeit, die er auf der Tagseite verbracht hat. Ich bin mir nicht sicher, warum das so ist. Ich habe überprüft, ob die Zeitintervalle auf der X Achse oder Zeitachse einheitlich sind oder nicht. Ja! Sie sind einheitlich. Warum gibt es also einen großen Unterschied zwischen der Zeitdauer, die das Raumschiff auf der Tagseite und der Nachtseite verbringt?

Berechnung der Umlaufzeit:

Um zu überprüfen, ob die Grafik die vollständigen Daten einer vollständigen Umlaufbahn darstellt, und zur weiteren Analyse habe ich die Umlaufzeit (da diesbezüglich keine Daten im Internet verfügbar waren) des Orbiters Chandrayaan-2 unter den folgenden Annahmen berechnet:

  • Die Umlaufbahn ist nahezu kreisförmig

  • Der Mond hat eine einheitliche Dichte und ist kugelförmig

Also Zeitraum T ergibt sich aus folgender Formel:

T = 2 π R 3 / 2 G M

Wo R ist der Radius der Umlaufbahn des Satelliten (Summe aus dem Radius des Mondes und der Höhe der Umlaufbahn von der Oberfläche), G ist die universelle Gravitationskonstante ( 6.67408 × 10 − 11   M 3   k G − 1   S − 2 ) , M ist die Masse des Himmelskörpers (und hier ist es unser Mond).

Hier,

R = 17.371 × 10 5   M + 10 5   M = 1,8371 × 10 6   M

M = 7.34767309 × 10 22   k G

Wenn wir die Werte in der obigen Gleichung zur Berechnung der Zeitdauer des Satelliten einsetzen, erhalten wir:

T = 2 π ( 1,8371 × 10 6 ) 3 / 2 6.67408 × 10 − 11 × 7.34767309 × 10 22   S

T = 7064.94   S

T = 1,96   H

T ≈ 2   H

Der Chandrayaan-2 Orbiter absolviert also eine vollständige Umlaufbahn in etwa 2 Stunden. Die Hälfte dieser Zeit, dh 1 Stunde, verbringt er auf der Tagseite und die andere Hälfte auf der Nachtseite. Daraus können wir auch schließen, dass die Grafik Daten darstellt, die in einer vollen Umlaufbahn gewonnen wurden, da sich die Gesamtzeit auf etwa 2 Stunden summiert. Es gibt auch Datenkonsistenz zwischen dem Partialdruck des Gases am Beginn der Umlaufbahn und am Ende der Umlaufbahn. Aber aus demselben Diagramm können wir sehen, dass die auf der Nachtseite verbrachte Zeit weniger als eine halbe Stunde statt einer vollen Stunde beträgt.

Warum ist die Zeitdauer, die der Chandrayaan-2 Orbiter auf der Tagseite verbringt, länger als auf der Nachtseite des Mondes, wie in der Grafik zu sehen ist?

Es gibt nicht nur die Zeit, die auf der Tagseite verbracht wird, und die Zeit, die auf der Nachtseite verbracht wird, es gibt auch die Zeiten, die in der Morgen- und Abenddämmerung verbracht werden. Wenn der Zeitraum etwa 2 Stunden beträgt, kann weniger als 1 Stunde auf der Tagseite oder der Nachtseite verbracht werden.
Das ist eine wirklich coole Frage , hier ist eine Menge los.

Antworten (3)

Der Grad der Umlaufbahnbeschattung, die ein umlaufendes Objekt mit geringer Umlaufbahnhöhe erfährt, wird durch seinen Beta-Winkel bestimmt (normalerweise in Bezug auf LEO-Objekte verwendet, aber das Konzept gilt auch für Mondorbiter).

Der Winkel wird zwischen der Bahnebene des Satelliten und dem Vektor zur Sonne gemessen. Je nach Wert des Beta-Winkels kann ein Satellit bis zu 100 % seiner Zeit im Sonnenlicht verbringen.

Quelle: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Beta_angle

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Bild von http://www.tak2000.com/data/planets/earth.htm

Vielen Dank für Ihre Antwort. Wenn die Tag- und Nachtzeit in Bezug darauf definiert wird, dass sich das Raumfahrzeug im Sonnenschein oder im Schatten des Mondes befindet, dann ist der Rest der Erklärung auf der Website etwas widersprüchlich und zwingt uns zu der Annahme, dass es sich um Tag- und Nachtzeit handelt in Bezug auf die Mondoberfläche definiert. Beispielsweise hängt der Partialdruck des Gases von der Oberflächentemperatur ab (ob Tag oder Nacht auf der Oberfläche) und nicht davon, ob sich das Raumschiff im Schatten des Mondes befindet oder nicht. Bitte klären Sie dieses Problem.

Es gibt keine Kreisbahn, die einen Anteil von 50:50 zwischen Tag und Nacht hat. Mögliche Zeiten sind etwas weniger als 50 % bis 0 % Nacht bzw. etwas mehr als 50 % Tag bis 100 % Tag.

Die beiden Extremfälle sind:

  • Eine Umlaufbahn, die mit dem Terminator (der Grenze zwischen Tag und Nacht auf der Oberfläche) ausgerichtet ist, befindet sich im ewigen Tageslicht.

  • Eine Umlaufbahn, die über dem Punkt verläuft, an dem die Sonne im Zenit steht, verbringt fast die Hälfte der Zeit auf der Nachtseite. Das „fast“ kommt von der Tatsache, dass der Satellit aufgrund der Höhe der Umlaufbahn immer noch im Sonnenlicht ist, nachdem er den Terminator passiert hat.

Und dann kommt man auf elliptische Bahnen, die die Extrema (in Richtung immer mehr Tag) nur verstärken.

Es hängt alles davon ab, wie Sie "Tagseite" und "Nachtseite" definieren und wie Sie "Betreten" oder "Verlassen" einer von beiden für einen Satelliten definieren.

Ich nehme an, ein großer Teil der Verwirrung kommt von dieser Aussage:

Chandrayaan-2 befindet sich in einer polaren Umlaufbahn und tritt über den Nordpol auf die Tagseite des Mondes ein, durchquert die Tagseite und tritt nach dem Überqueren des Südpols auf die Nachtseite ein.

Die obige Aussage lässt es klingen, als würden sie Tagseite und Nachtseite als zwei perfekte Hälften des Mondes definieren und die Tagseite „betreten“ als 100 km genau über der Trennlinie zwischen den beiden zu fliegen. Wenn das der Fall wäre, dann würden wir natürlich erwarten, dass der Satellit genau die Hälfte seiner Umlaufzeit „auf der Tagseite“ und die andere Hälfte „auf der Nachtseite“ verbringt, oder richtiger gesagt „die Hälfte der Zeit über der Tagseite des Mond und die Hälfte der Zeit über der Nachtseite des Mondes".

Aber ich fürchte, das ist nicht die eigentliche Bedeutung des Satzes. Beachten Sie, dass die Aussage nicht mit sich selbst übereinstimmt: Sie besagt, dass Chandrayaan-2 die Nachtseite betritt, nachdem sie den Südpol überquert hat, nicht im Moment der Überquerung des Südpols. Duh?

Was höchstwahrscheinlich passiert, ist, dass dieser Satz völlig willkürlich geschrieben wurde, ohne den Versuch, genaue Begriffe zu verwenden, ohne auch nur viel Rücksicht auf die Realität zu nehmen. Mit Nacht- und Tagseite ist höchstwahrscheinlich gemeint, ob sich der Satellit im Sonnenlicht oder im Schatten des Mondes befindet, nicht, ob an der Stelle auf der Oberfläche 100 km unter dem Satelliten Tag oder Nacht ist.

Wie andere bereits betont haben, sieht der Satellit beim Fliegen in 100 km Höhe die Sonne viel länger als die Oberfläche direkt unter dem Satelliten.

Das Gleiche gilt sogar für Flugzeuge, die 10 km über der Erde fliegen: Abends oder am frühen Morgen gibt es kurze Zeiträume, in denen Sie die Sonne aus Ihrem Fenster sehen können, aber Sie schauen nach unten und die Oberfläche ist dunkel.

Beachten Sie auch: Eine Ihrer anfänglichen Annahmen ist, dass "die Umlaufbahn mit einem Radius von 100 km nahezu kreisförmig ist". Das stimmt natürlich nicht, und Sie wissen es, und später verwenden Sie in Ihrer Mathematik den richtigen Radius, der ~ 1900 km beträgt.
In Bezug auf diese Aussage „Mit Nachtseite und Tagseite meinen sie höchstwahrscheinlich, ob der Satellit im Sonnenlicht oder im Schatten des Mondes steht, nicht, ob es an der Stelle auf der Oberfläche 100 km unter dem Satelliten Tag oder Nacht ist. " Ich verstehe, wenn sie so Tag und Nacht definieren, ist die Länge des Tages länger als die der Nacht für das Raumschiff. Aber aus der Erläuterung auf der erwähnten Webseite beziehen sich die mit der Tag- und Nachtzeit verbundenen Eigenschaften auf den Mond und nicht auf das Raumfahrzeug.
Zum Beispiel fällt der Partialdruck in der Mondnacht ab und ich denke, es spielt keine Rolle, ob sich das Raumschiff im Sonnenlicht oder im Schatten des Mondes befindet. Der Partialdruck ist ein Ergebnis dessen, was an der Oberfläche passiert (ob es Tag oder Nacht auf dem Mond ist). Bitte erklären Sie diese Fehlausrichtung mit der Erklärung auf dieser Website.
@Intellex Okay, die Diskussion wird jetzt spezifisch für Argon-40, über das ich so gut wie nichts weiß (nur dass Sie es ein paar Mal pro Jahr ausstrahlen sollten, wenn Sie in einem ein- oder zweistöckigen Haus leben, ), aber ich vermute, dass sie, wenn sie von der Entdeckung von Argon-40 in der Exosphäre des Mondes sprechen, genau das meinen: Sie interessieren sich nur dafür, was in der Exosphäre vor sich geht. Nicht das, was an der Oberfläche passiert. (Fortsetzung...)
Meine Vermutung ist, dass es für Chandrayan-2 unmöglich wichtig sein kann, ob es auf der Oberfläche des Mondes Tag oder Nacht ist, denn was auch immer dort unten passiert, es würde wahrscheinlich sehr lange dauern, bis es sich bis zur Exosphäre ausbreitet, wo die Chandrayaan -2 kann es in einer Höhe von 100 km orbitieren.
Der Artikel sagt tatsächlich "Nach der Monddämmerung beginnt die 40Ar, in die Mondexosphäre entlassen zu werden (blau schattierte Region in der Abbildung)", was impliziert, dass sie vom Boden kommt, aber könnte es sein, dass sie wieder eine ungenaue Sprache verwenden oder nur reden schlichter Blödsinn? Ich würde meinen, dass der detektierte Druckunterschied vollständig damit zu erklären ist, dass sich die Atome dort oben in der Exosphäre selbst erwärmen oder abkühlen.
Wenn Sie die Definition von "Exosphäre" nachlesen, heißt es, dass wir von Gas sprechen, das so dünn ist, dass die Atome kaum miteinander kollidieren. Ich würde mir Hitze und Druck vorstellen, um unter solchen Umständen extrem langsam zu reisen.
Bußgeld. Selbst ich weiß nicht viel über Argon-40, außer dem, was auf der ISRO-Webseite angegeben wurde . Laut der verlinkten Seite hängen die Dinge, die in der Exosphäre passieren, mit dem zusammen, was auf der Oberfläche passiert. Ich stimme zu, dass 100 km eine lange Distanz sind. Aber basierend auf meinem derzeitigen Wissensstand (Abitur) in Physik kann ich sagen, dass die Geschwindigkeit von Molekülen sehr hoch ist. Es kann Sekunden oder ein paar Minuten dauern, aber ich glaube nicht, dass es Stunden dauern wird (wo der Orbiter selbst den Ort verlassen hätte).
Ich denke, Ihre letzten beiden Kommentare widersprechen sich leicht. Wenn die Gasdichte niedrig ist, ist die Wärmeausbreitung sehr langsam. Ich stimme dem zu. Aber wie im dritten Kommentar erwähnt, glaube ich nicht, dass Hitze Auswirkungen auf einzelne Moleküle und nicht auf die Masse haben wird. Die Variation des Partialdrucks muss also mit dem Oberflächenphänomen zusammenhängen. Wenn jedoch Tag und Nacht in Bezug auf das Raumfahrzeug definiert sind, gibt Ihre Antwort die beste Erklärung. Ich stimme auch zu, dass die Begriffe auf der Website nicht gut definiert sind und Verwirrung stiften, wenn wir tief graben.
Warum ist die Zeitdauer, die der Chandrayaan-2 Orbiter auf der Tagseite verbringt, länger als auf der Nachtseite des Mondes?
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