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Resposta:
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O cálculo da posição de um planeta foi a maior obra de Johannes
Kepler, que primeiro conseguiu equacionar suas órbitas, baseado
nos dados coletados por seu mestre, Tycho Brahe. Estes cálculos se
baseiam nas três leis, hoje conhecidas como leis de Kepler:
1- As órbitas de um planeta são elipses e o Sol ocupa um de seus
f ocos.
2- A velocidade orbital é tal que o raio vetor varre áreas iguais
em tempos iguais.
3- O quadrado do período de revolução é proporcional ao cubo da
distância média ao Sol.
Alguns livros de astronomia costumam trazer gráficos para a
localização dos planetas, mas não conseguem precisar sua posição.
A equação para as órbitas planetárias, é a equação geral das
elipses:
Onde x e
y fornecem a posição do planeta no plano de coordenadas. a e b são
respectivamente os semi-eixos maior e menor da elipse.
O problema é posicionar esta elipse no espaço. Para isso você
terá de ter em mãos os sete elementos orbitais que equacionarão
a órbita:
onde:
a= semi eixo maior da elipse
e= excentricidade da órbita
i= inclinação da órbita em relação ao plano da eclíptica
W=
longitude do nodo ascendente
w=
argumento do perihélio
T=
instante da passagem pelo periélio
n= o movimento médio
Estes
parâmetros, aliados ao tempo decorrido desde a passagem pelo periélio,
fornecerão a posição do planeta, mas quando verificamos a sua
posição real, observamos que ainda existem muitas correções a
serem feitas devido à perturbação gravitacional dos outros
planetas, que afetam reciprocamente suas órbitas de maneira muito
complexa. Centenas de parâmetros têm de ser computados. Para
calcular esta interação, hoje são usados computadores rápidos
que geram tabelas com precisão bastante alta, mas que ainda contêm
erros na ordem de alguns minutos. Como você pode ver, não existe
uma equação única para a solução do problema, e sim uma série
de procedimentos.
Um
resumo deste trabalho seria mais ou menos assim:
Você
aplica na fórmula da elipse o semi-eixo maior e a excentricidade
para determinar a equação que atende à sua órbita.
Em seguida você tem que calcular a anomalia excêntrica e a
anomalia verdadeira através da fórmula da área da elipse.
Usando a fórmula de Kepler você calculará a anomalia média e o
movimento médio. Com o movimento médio você calcula o período e
a constante de proporcionalidade, e a velocidade areolar.
Para posicionar o planeta sobre esta órbita você terá que
calcular o tempo decorrido Dt
entre o T, que
é o instante da passagem do planeta pelo periélio e a data
desejada. Este dado é fornecido como dia juliano, calculado a
partir do momento desejado (ano,mês,dia, hora e fração). Baseado
na diferença de tempo decorrido você pode plotar o planeta sobre
a curva.
Pronto! O problema está resolvido no plano. Mas o planeta e sua órbita
estão no espaço: teremos de usar coordenadas espaciais.
Assim sendo, a equação obtida será posicionada sobre um
referencial com a origem no Sol (sistema heliocêntrico) usando a
geometria esférica. Para isso você usará a inclinação da órbita,
a longitude do nodo ascendente e o argumento do periélio.
Depois que estas equações estiverem prontas, teremos de trazer a
origem para o nosso ponto de vista, ou seja, para a posição da
Terra, passando do sistema heliocêntrico para o sistema geocêntrico.
Esta mudança exige que a Terra já esteja localizada no espaço,
num sistema de equações similar ao do trabalho.
Após reduzidas à posição topocêntrica, local do observador, os
raios vetores e seus ângulos são transformados em Ascensão
Reta e Declinação,
que são os dados da posição do astro.
Esta é a parte simples do problema, que não leva em consideração
as perturbações gravitacionais dos outros planetas. Para isso, são
incluídas equações diferenciais para cada um dos planetas
envolvidos.
As equações diferenciais são solucionadas pelo sistema de
aproximações sucessivas, isto é, calcula-se um valor base que é
realimentado e gera um novo valor, que é novamente realimentado,
até que se consiga a precisão necessária. É por isso que são
usados computadores de alta velocidade!
Um dos maiores triunfos da mecânica celeste usando estas técnicas
foi a descoberta do planeta Netuno em 1846 a partir das perturbações
causadas pelo movimento de Urano, numa época que os cálculos eram
feitos a lápis.
Como
vimos, não existe uma fórmula para o cálculo da posição do
planeta e sim uma série complexa de procedimentos.
Estes
dados são tabelados e publicados regularmente nos anuários do
Observatório Nacional.
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