¿Por qué la duración del tiempo pasado en el lado diurno es mayor que la del lado nocturno de la Luna para Chandrayaan-2 Orbiter?

La siguiente información proviene de la página web de ISRO sobre "Detección de argón-40 en la exosfera lunar" (la información textual relevante para mi pregunta está en negrita ):

La carga útil del Explorador de Composición Atmosférica-2 (CHACE-2) de Chandra a bordo del orbitador Chandrayaan-2 es una carga útil basada en un espectrómetro de masas neutra que puede detectar componentes en la exosfera neutra lunar en el rango de 1-300 amu (unidad de masa atómica) . Como parte de su operación temprana, ha detectado 40 Ar en la exosfera lunar desde una altitud de ~100 km , capturando las variaciones de concentración día-noche. 40 Ar siendo un gas condensable a las temperaturas y presiones que prevalecen en la superficie lunar, se condensa durante la noche lunar. Después del amanecer lunar, el 40 Ar comienza a liberarse en la exosfera lunar (región sombreada en azul en la figura).

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Variación de Argon-40 observada durante una órbita de Chandrayaan-2 durante el lado diurno y el lado nocturno de la Luna. La presión parcial observada tiene que ser refinada para el fondo y otros efectos para inferir la densidad del argón exosférico lunar. Las observaciones cuando Chandrayaan-2 estaba en el lado nocturno se indican mediante el rectángulo sólido negro en la parte superior del panel y las dos líneas discontinuas verticales. Al estar en una órbita polar, Chandrayaan-2 entra en el lado diurno de la Luna cruzando el polo norte, atraviesa el lado diurno y entra en el lado nocturno después de cruzar el polo sur.

Fuente : Detección de Argon-40 en la exosfera lunar

Sabemos que un satélite en una órbita circular, alrededor de un cuerpo celeste esférico de densidad aproximadamente uniforme, se mueve con velocidad constante (no velocidad constante). Así que debemos esperar que el tiempo pasado en el lado diurno sea igual al del lado nocturno del cuerpo celeste.

En la figura anterior, se puede ver que la duración del satélite en el lado nocturno es comparativamente menor que el tiempo que pasa en el lado diurno. No estoy seguro de por qué esto es así. Verifiqué si los intervalos de tiempo en el X eje o eje de tiempo son uniformes o no. ¡Sí! son uniformes Entonces, ¿por qué hay una gran diferencia entre la duración del tiempo que la nave espacial pasa en el lado diurno y en el lado nocturno?

Cálculo del período de tiempo orbital:

Para verificar si el gráfico representa los datos completos de una órbita completa, y para un análisis más detallado, calculé el período de tiempo orbital (porque no había datos disponibles en Internet al respecto) de Chandrayaan-2 Orbiter, bajo las siguientes suposiciones:

  • La órbita es casi circular.

  • La luna es de densidad uniforme y es esférica.

Entonces, período de tiempo T viene dada por la siguiente fórmula:

T = 2 π r 3 / 2 GRAMO METRO

dónde r es el radio de la órbita del satélite (suma del radio de la Luna y la altitud de la órbita desde la superficie), GRAMO es la constante gravitatoria universal ( 6.67408 × 10 − 11   metro 3   k gramo − 1   s − 2 ) , METRO es la masa del cuerpo celeste (y aquí es nuestra Luna).

Aquí,

r = 17.371 × 10 5   metro + 10 5   metro = 1.8371 × 10 6   metro

METRO = 7.34767309 × 10 22   k gramo

Al sustituir los valores en la ecuación anterior para calcular el período de tiempo del satélite, obtenemos:

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

Entonces, Chandrayaan-2 Orbiter completa una órbita completa en aproximadamente 2 horas. Pasa la mitad de este tiempo, es decir, 1 hora en el lado diurno y la otra mitad en el lado nocturno. De esto, también podemos inferir que el gráfico representa los datos obtenidos en una órbita completa, ya que el tiempo total suma aproximadamente 2 horas. También hay consistencia de datos entre la presión parcial del gas al comienzo de la órbita y al final de la órbita. Pero en el mismo gráfico, podemos ver que el tiempo que se pasa en el lado nocturno es menos de media hora, en lugar de una hora completa.

Entonces, ¿por qué la duración del tiempo pasado en el lado diurno es mayor que la del lado nocturno de la Luna para Chandrayaan-2 Orbiter, como se ve en el gráfico?

No solo está el tiempo que se pasa en el lado diurno y el que se pasa en el lado nocturno, también están los tiempos que se pasan en el amanecer y el atardecer. Si el período es de aproximadamente 2 horas, se puede gastar menos de 1 hora en el lado del día o en el lado de la noche.
Esta es una pregunta realmente genial , están sucediendo muchas cosas aquí.

Respuestas (3)

El grado de sombreado orbital experimentado por un objeto en órbita con una pequeña altitud orbital está determinado por su ángulo beta (normalmente utilizado en referencia a objetos LEO, pero el concepto también se aplica a los orbitadores lunares).

El ángulo se toma entre el plano orbital del satélite y el vector al Sol. Dependiendo del valor del ángulo beta, un satélite puede pasar hasta el 100% de su tiempo a la luz del sol.

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

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Imagen de http://www.tak2000.com/data/planets/earth.htm

Gracias por su respuesta. Si el día y la noche se definen con respecto a que la nave espacial esté a la luz del sol o a la sombra de la Luna, entonces el resto de la explicación dada en el sitio web es un poco contradictoria y nos obliga a asumir que es día y noche. definido con respecto a la superficie lunar. Por ejemplo, la presión parcial del gas depende de la temperatura de la superficie (ya sea de día o de noche en la superficie) y no con respecto a si la nave espacial está a la sombra de la Luna o no. Por favor aclare este problema.

No existe una órbita circular que tenga una participación de 50:50 entre la noche y el día. Los tiempos posibles son un poco menos del 50% al 0% noche o, respectivamente, un poco más del 50% día al 100% día.

Los dos casos extremos son:

  • una órbita que está alineada con el terminador (el límite entre la noche y el día en la superficie) está en luz diurna perpetua.

  • una órbita que pasa por encima del punto donde el Sol está en el cenit pasa casi la mitad del tiempo en el lado nocturno. El "casi" proviene del hecho de que, debido a la altura de la órbita, el satélite todavía está expuesto a la luz del sol después de pasar sobre el terminador.

Y luego llegas a órbitas elípticas, que solo intensifican los extremos (hacia más y más día).

Todo depende de cómo defina "lado diurno" y "lado nocturno", y cómo defina "entrar" o "salir" de cualquiera de ellos para un satélite.

Supongo que una gran parte de la confusión proviene de esta declaración:

Al estar en una órbita polar, Chandrayaan-2 entra en el lado diurno de la Luna cruzando el polo norte, atraviesa el lado diurno y entra en el lado nocturno después de cruzar el polo sur.

La declaración anterior hace que parezca que están definiendo el lado diurno y el lado nocturno como dos mitades perfectas de la luna, y "entrando" en el lado diurno como volando 100 km exactamente por encima de la línea divisoria entre los dos. Si ese fuera el caso, entonces por supuesto esperaríamos que el satélite pasara exactamente la mitad de su tiempo en órbita "en el lado diurno" y la otra mitad "en el lado nocturno", o, dicho más correctamente, "la mitad del tiempo en el lado diurno del luna y la mitad del tiempo sobre el lado oscuro de la luna".

Pero me temo que esto no es lo que realmente significa la oración. Nótese que la declaración es inconsistente consigo misma: dice que Chandrayaan-2 ingresa al lado nocturno después de cruzar el polo sur, no en el momento de cruzar el polo sur. ¿Eh?

Lo que más probablemente sucede es que esta oración fue escrita de una manera completamente desordenada, sin ningún intento de usar términos precisos, sin siquiera tener mucho en cuenta la realidad. Por el lado de la noche y el lado del día, lo más probable es que se refieran a si el satélite está a la luz del sol oa la sombra de la luna, no si es de día o de noche en el punto de la superficie a 100 km por debajo del satélite.

Entonces, como ya han señalado otros, cuando vuela a 100 km sobre la superficie, el satélite ve el sol durante mucho más tiempo que la superficie justo debajo del satélite.

Lo mismo puede ocurrir incluso con los aviones que vuelan a 10 km sobre la tierra: hay breves períodos de tiempo durante la tarde o la madrugada en que es posible ver el sol desde tu ventana, pero miras hacia abajo y la superficie está oscura.

También tenga en cuenta: una de sus suposiciones iniciales es que "La órbita es casi circular con un radio de 100 km". Por supuesto, eso no es cierto, y lo sabes, y más adelante en tus matemáticas usas el radio correcto, que es ~1900 km.
Con respecto a esta declaración "Por el lado de la noche y el lado del día lo más probable es que se refieran a si el satélite está a la luz del sol o a la sombra de la luna, no si es de día o de noche en el punto de la superficie a 100 km por debajo del satélite. " Entiendo que si así es como definen el día y la noche, la duración del día es mayor que la de la noche para la nave espacial. Pero, de la explicación en la página web mencionada, las propiedades asociadas con el día y la noche se relacionan con respecto a la luna y no con respecto a la nave espacial.
Por ejemplo, la presión parcial cae en la noche de la luna y creo que no importa si la nave espacial está a la luz del sol oa la sombra de la luna. La presión parcial es el resultado de lo que sucede en la superficie (ya sea de día o de noche en la Luna). Explique amablemente esta desalineación con la explicación en ese sitio web.
@Intellex está bien, la discusión ahora comienza a volverse específica para Argon-40, sobre el cual no sé casi nada (solo que si vive en una casa de uno o dos pisos, debe transmitirlo un par de veces al año, ) pero supongo que cuando hablan de la detección de Argon-40 en la exosfera lunar realmente quieren decir exactamente eso: solo les preocupa lo que sucede en la exosfera. No lo que está sucediendo en la superficie. (Continuado...)
Mi conjetura es que si es de día o de noche en la superficie de la luna no puede importarle a Chandrayan-2, porque pase lo que pase allí probablemente tardará mucho tiempo en propagarse hasta la exosfera donde se encuentra el Chandrayan-2. -2 puede detectarlo orbitando a una altitud de 100 km.
De hecho, el artículo dice "Después del amanecer lunar, el 40Ar comienza a liberarse en la exosfera lunar (región sombreada en azul en la figura)", lo que implica que proviene del suelo, pero podría ser que nuevamente estén usando un lenguaje impreciso o simplemente hablando. pura tontería? Yo pensaría que la diferencia de presión detectada debe explicarse en su totalidad por el hecho de que los átomos mismos se calientan o se enfrían mientras están en la exosfera.
Si lees la definición de "exosfera", dice que estamos hablando de un gas tan delgado que los átomos casi nunca chocan entre sí. Me imagino el calor y la presión para viajar extremadamente lento en tales circunstancias.
Bien. Incluso yo no sé mucho sobre Argon-40, excepto lo que se proporciona en la página web de ISRO . Según la página vinculada, las cosas que suceden en la exosfera están relacionadas con lo que sucede en la superficie. Estoy de acuerdo que 100 km es mucha distancia. Pero basándome en mi nivel actual de conocimiento (nivel secundario) en Física, puedo decir que la velocidad de las moléculas es muy alta. Puede tomar segundos o unos pocos minutos, pero no creo que tome horas (donde el orbitador habría dejado el lugar).
Creo que sus dos últimos comentarios se contradicen ligeramente entre sí. Si la densidad del gas es baja, la propagación del calor es muy lenta. Estoy de acuerdo con ésto. Pero, como se menciona en el tercer comentario, no creo que el calor tenga efectos sobre las moléculas individuales en lugar de la masa. Por tanto, la variación de la presión parcial debe estar relacionada con el fenómeno superficial. Sin embargo, si el día y la noche se definen con respecto a la nave espacial, su respuesta brinda la mejor explicación. También estoy de acuerdo, los términos no están bien definidos en el sitio web y causan confusión si profundizamos.
¿Por qué la duración del tiempo pasado en el lado diurno es mayor que la del lado nocturno de la Luna para Chandrayaan-2 Orbiter?
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