¿Los planetas realmente giran alrededor del Sol?

Sugiero que no tiene mucho sentido decir que los planetas orbitan alrededor del baricentro del sistema solar.

Tenga en cuenta que va muy en contra de los mejores modelos del sistema solar al escribir eso. Los tres modelos de efemérides principales (Efemérides de desarrollo del JPL, Efemérides de los planetas y la luna del Instituto Ruso de Astronomía Aplicada e INPOP del IMCCE) utilizan un sistema de coordenadas baricéntrico en lugar de heliocéntrico para modelar los movimientos de los cuerpos que componen el sistema solar. .

Dicho esto, el siguiente gráfico muestra las distancias entre Venus y el Sol (rojo) y Venus y el baricentro del sistema solar (negro) desde enero de 1970 hasta diciembre de 2014. El eje horizontal (tiempo) está en días desde las 12 del mediodía TT, el 1 de enero 2000.

Usé Venus en lugar de la Tierra por dos razones: la órbita de la Tierra es un poco más compleja que la órbita de Venus debido a la Luna, y porque la órbita de Venus es la más cercana a la circular de todo el planeta, por lo que las variaciones deberían ser pequeñas. . La curva roja, la distancia entre Venus y el Sol, está muy cerca de una pequeña amplitud sinusoidal. La curva negra exhibe latidos y otras maldades. Una imagen mucho más simple resulta cuando se modela a Venus orbitando alrededor del Sol en oposición al baricentro del sistema solar.

Entonces, ¿por qué los modeladores del sistema solar inevitablemente usan un sistema de coordenadas baricéntrico en lugar de heliocéntrico? Primero, me desviaré un poco y miraré la pregunta "¿Los planetas orbitan alrededor del Sol o el baricentro del sistema solar?" Esto se plantea como una pregunta de uno u otro, lo que implica que solo un punto de vista es válido. Ambos puntos de vista son igualmente válidos. Todos los marcos de referencia son igualmente válidos. Haga los cálculos correctamente, e incluso un sistema de coordenadas fijo y centrado en Nix funcionaría bien, al menos por un tiempo. Un problema con un marco fijo de Nix centrado en Nix es que el movimiento de rotación de Nix es caótico (ver https://www.youtube.com/watch?v=zwSFC-aPEG0 ). Otra es que simplemente no tiene mucho sentido, físicamente. ¡Pero puede hacerse!

Los modeladores del sistema solar han ido más allá del uso de elipses perturbadas para describir el comportamiento de los planetas. La integración numérica proporciona predicciones más precisas y rápidas, siempre que se utilice un marco con dinámica simple. Se prefiere un marco baricéntrico porque es el marco en el que las ecuaciones de movimiento toman su forma más simple.

Parece estar tanteando hacia el hecho de que el problema de los tres cuerpos gravitatorios , en general, no tiene solución.

Podemos decir "el sol está en un foco de una órbita elíptica" en el sistema solar porque el sol es mucho más grande que cualquier otra cosa a su alrededor. El sol es 1000 veces más masivo que Júpiter, por lo que el baricentro sol-Júpiter está aproximadamente a 1/1000 del camino desde el centro de masa del sol hasta el centro de masa de Júpiter. En realidad, eso está más cerca de la superficie del sol que de su centro: el radio orbital de Júpiter de 5 UA es de aproximadamente 1000 radios solares.

En general, a medida que la jerarquía de masas se vuelve más equitativa, la aproximación de Kepler del "sol en un foco" se vuelve más pobre y el comportamiento a largo plazo del sistema se vuelve más caótico. Nos concentramos en el enfoque de la perturbación para$n$-sistemas corporales porque es posible obtener respuestas, y esas respuestas son útiles para nuestro sistema solar en particular.

Si quisiera ver si la órbita de la Tierra se describe mejor como una elipse alrededor del centro de masa del sol o como una elipse alrededor del baricentro del sol-Júpiter, podría intentar desenterrar una tabla de distancias de perihelio en las últimas décadas. . Debido a que la órbita de la Tierra es excéntrica, la Tierra está unos siete radios solares más cerca del sol en enero que en julio.

• En los años en que Júpiter está en oposición o cerca de ella en enero (es decir, en Géminis o Tauro, como en 2013-2014), el Sol estará en el lado de julio del baricentro Sol-Júpiter: un poco más distante en el perihelio y un poco más cerca. en el afelio. Quizá la diferencia entre las distancias del perihelio y del afelio de la Tierra sea sólo de unos seis radios solares en esos años.

• Por el contrario, cuando Júpiter esté cerca de la oposición en julio (supongo que en 2008 y 2020), entonces el sol girará hacia el lado de enero del baricentro y el contraste entre las distancias del perihelio y el afelio de la Tierra será más pronunciado: tal vez ocho radios solares de diferencia.

• En tercer lugar, si es una mejor aproximación decir (como creo que lo haces) que la órbita de la Tierra es alrededor del centro de masa del sol y Júpiter al diablo, entonces deberías ver diferencias comparables entre la distancia del perihelio y el afelio independientemente de dónde esté Júpiter. es.

• En el cuarto lado, puede ser lo menos irrazonable decir que el baricentro Sol-Tierra, esencialmente indistinguible del centro del Sol, orbita alrededor del baricentro Sol-Júpiter... en cuyo caso las diferencias en las que estaba pensando se volverían bastante difícil de medir.

Este es un pequeño efecto que está pidiendo descubrir: desea tomar las diferencias entre dos pares de números grandes (distancias entre el Sol y la Tierra en diferentes épocas del año) y comparar esas diferencias con un pequeño porcentaje. Tendría que buscar datos de distancia entre el sol y la tierra que cree que tienen cuatro o cinco cifras significativas. Es posible que pueda obtener esta información de un software de planetario gratuito o comercial, como Stellarium o Redshift, pero querrá comparar algunos de ellos para mantener la coherencia. Interesante pregunta.

(Usé Stellarium para analizar brevemente la diferencia entre perihelio y afelio para 2005-2015, años impares solo porque requería mucha mano de obra y vi diferencias de orden año tras año$0.01R_\text{sun}$, mucho menos que mis predicciones anteriores sobre el baricentro oscilante. Considero esto interesante pero no concluyente.)

Algunas muy buenas respuestas aquí. Básicamente, nada orbita alrededor de un baricentro ya que los baricentros no se atraen. La gravitación trabaja con inv. cuadrados ley y suma vectorial de fuerzas individuales, esta no es la forma en que se calcula un baricentro.

Mucha confusión surge del uso del término "centro de gravedad" para representar el centro de masa (baricentro). Esto se usa a escala humana donde el campo gravitacional que nos rodea puede considerarse constante y no divergente. Si está considerando los movimientos planetarios, el campo es muy variable tanto en el espacio como en el tiempo y esta identificación de los dos términos no es aplicable.

El baricentro se encuentra a lo largo de la línea de atracción mutua para un sistema de dos cuerpos. Sin embargo, es una dirección de atracción, no un lugar. Mucha gente extiende esto falsamente al pensar que hay algún punto central de atracción gravitacional que se aplica a los sistemas de múltiples cuerpos.

Mientras que múltiples vectores gravitacionales pueden reducirse a una fuerza resultante instantánea, no hay lugar en el espacio donde esto se origine.

La gráfica de Venus es una muy buena ilustración. ¡Solo una vez cada 8000 años se puede decir que Venus orbita alrededor del baricentro!