Введение

Апсида (/æ//p//s//ɪ/, /d//iː//z/ APsihdeez) – самая дальняя или ближайшая точка в орбите небесного тела вокруг центрального тела. Линия апсид – это линия, соединяющая эти две крайние точки. Апсиды, относящиеся к орбитам вокруг Солнца, имеют собственные названия для отличия от других апсид: афелий – для самой дальней точки и перигелий – для ближайшей точки солнечной орбиты. Две апсиды Луны – это апогей (наиболее удалённая точка) и перигей (наиболее близкая точка) её орбиты вокруг Земли. Две апсиды Земли – это афелий (наиболее удалённая точка) и перигелий (наиболее близкая точка) её орбиты вокруг Солнца. Термины афелий и перигелий аналогичным образом применяются к орбитам Юпитера и других планет, комет и астероидов Солнечной системы.

Общее описание

На любой эллиптической орбите есть две апсиды. Название каждой апсиды формируется из префиксов ap, apo для самой дальней или peri для самой близкой точки к центральному телу, с суффиксом, описывающим это центральное тело. Суффикс для Земли – gee, поэтому названия апсид – апогей и перигей. Для Солнца суффикс – гелион, поэтому названия – афелий и перигелий. Согласно законам движения Ньютона, все периодические орбиты являются эллипсами. Барицентр двух тел может находиться внутри большего тела – например, барицентр системы Земля-Луна расположен примерно на 75% пути от центра Земли к её поверхности. Если, по сравнению с большей массой, масса меньшего тела пренебрежимо мала (например, для спутников), то орбитальные параметры не зависят от массы меньшего тела. При использовании в качестве суффикса – то есть, апсида – термин может относиться к двум расстояниям от центрального тела до обращающегося вокруг него тела, когда последнее находится: 1) в точке периапсида, или 2) в точке апоапсида (сравните оба графика, вторая иллюстрация). Линия апсид обозначает линию, соединяющую ближайшую и самую дальнюю точки орбиты; она также может обозначать просто крайний диапазон расстояний объекта, вращающегося вокруг центрального тела (см. верхнюю иллюстрацию; см. третью иллюстрацию). В орбитальной механике апсиды технически относятся к расстоянию, измеренному между центром масс центрального тела и центром масс обращающегося тела. Однако, в случае космического аппарата, эти термины обычно используются для обозначения орбитальной высоты аппарата над поверхностью центрального тела (при условии использования постоянного стандартного опорного радиуса).

Терминология

Часто встречаются слова "перицентр" и "апоцентр", хотя в техническом использовании предпочтительнее термины "периапсис" и "апоапсис". Для общих случаев, когда центральное тело не указано, термины перицентр и апоцентр используются для обозначения крайних точек орбит (см. таблицу, верхний рисунок); периапсис и апоапсис (или апапсис) являются эквивалентными альтернативами, но эти термины также часто обозначают расстояния – то есть наименьшее и наибольшее расстояния между орбитальным аппаратом и центральным телом (см. второй рисунок). Для тела, вращающегося вокруг Солнца, точкой наименьшего расстояния является перигелий (/p/ɛr/ˈhiːliən/), а точкой наибольшего расстояния – афелий (/ˈæfiːliən/); при обсуждении орбит вокруг других звёзд термины становятся периастрон и апастрон. При обсуждении спутника Земли, включая Луну, точкой наименьшего расстояния является перигей (/ˈpɛrɪdʒiː/), а точкой наибольшего расстояния – апогей (от древнегреческого: Γῆ (Gē), "земля"). Для объектов на лунной орбите точкой наименьшего расстояния называют перицинтион (/ˌpɛrɪˈsɪnθiən/), а точкой наибольшего расстояния – апоцинтион (/ˌæpəˈsɪnθiən/). Также используются термины перилюн и аполюн, а также периселен и апоселен. Поскольку у Луны нет естественных спутников, это применимо только к искусственным объектам.

Этимология

Слова перигелий и афелий были введены Иоганном Кеплером для описания орбитального движения планет вокруг Солнца. Эти слова образованы от префиксов peri (греч. περί, близкий) и apo (греч. ἀπό, далёкий), присоединённых к греческому слову для Солнца (ἥλιος, или hēlíos). В последнее время, в рамках программы «Артемида», стали использоваться термины перилуна и аполуна. Что касается чёрных дыр, термин периботрон впервые был использован в статье 1976 года Дж. Фрэнка и М. Дж. Риса, которые отмечают, что В. Р. Стоегер предложил создать термин, используя греческое слово для углубления или ямы: «ботрон». Термины перимелазма и апомелазма (от греческого корня) были использованы физиком и писателем-фантастом Джеффри А. Лэндисом в рассказе, опубликованном в 1998 году, что предшествовало появлению перинигрикона и апонигрикона (от латыни) в научной литературе в 2002 году.

Перигелий и афелий

Перигелий (q) и афелий (Q) — ближайшая и самая дальняя точки, соответственно, прямой орбиты тела вокруг Солнца. Сравнение оскулирующих элементов в определенный момент времени с оскулирующими элементами в другой момент времени приводит к расхождениям. Время прохождения перигелия, являясь одним из шести оскулирующих элементов, не является точным предсказанием (за исключением простейшей модели двух тел) фактического минимального расстояния до Солнца при использовании полной динамической модели. Для точного предсказания времени прохождения перигелия требуется численное интегрирование.

Внутренние планеты и внешние планеты

На двух изображениях ниже показаны орбиты, орбитальные узлы и положения перигелия (q) и афелия (Q) планет Солнечной системы, видимые сверху северного полюса плоскости эклиптики Земли, которая совпадает с орбитальной плоскостью Земли. Планеты движутся вокруг Солнца против часовой стрелки, и для каждой планеты синяя часть орбиты находится севернее плоскости эклиптики, розовая – южнее, а точками обозначены перигелий (зеленым) и афелий (оранжевым). На первом изображении (внизу слева) представлены внутренние планеты – Меркурий, Венера, Земля и Марс, расположенные в порядке удаления от Солнца. Орбита Земли, служащая ориентиром, окрашена в желтый цвет и представляет собой плоскость отсчета. В момент весеннего равноденствия Земля находится в нижней части изображения. На втором изображении (внизу справа) показаны внешние планеты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Орбитальные узлы – это две конечные точки "линии узлов", где наклонная орбита планеты пересекает плоскость отсчета; здесь их можно увидеть как точки, в которых синяя часть орбиты соединяется с розовой.

Линии апсид

На диаграмме показаны крайние значения диапазонов – от ближайшей точки (перигелия) до самой дальней точки (афелия) – для орбит нескольких небесных тел Солнечной системы: планет, известных карликовых планет, включая Цереру, и кометы Галлея. Длина горизонтальных полос соответствует крайнему диапазону орбиты указанного тела вокруг Солнца. Эти крайние расстояния (между перигелием и афелием) являются линиями апсид орбит различных объектов вокруг центрального тела.

Другие планеты

В следующей таблице показаны расстояния планет и карликовых планет от Солнца в перигелии и афелии. Тип тела Расстояние от Солнца в перигелии Расстояние от Солнца в афелии Разница (%) Разница в инсоляции (%) Планета 34% 57% 1,3% 2,8% 3,3% 6,5% 17% 31% 9,2% 18% 10% 19% 9,0% 17% 1,7% 3,4% Карликовая планета 15% 27% 40% 64% 33% 55% 28% 48% 60% 84%

Время перигелия

Орбитальные элементы, такие как время прохождения перигелия, определяются в выбранной эпохе с использованием решения задачи двух тел, не учитывающего влияние n тел. Для получения точного времени прохождения перигелия необходимо использовать эпоху, близкую к моменту прохождения перигелия. Например, при использовании эпохи 1996 года для кометы Хейла-Боппа вычисляется, что перигелий приходится на 1 апреля 1997 года. Использование эпохи 2008 года даёт менее точную дату перигелия – 30 марта 1997 года. Кометы с коротким периодом могут быть ещё более чувствительны к выбранной эпохе. При использовании эпохи 2005 года для кометы 101P/Chernykh вычисляется, что она проходит перигелий 25 декабря 2005 года, но использование эпохи 2012 года даёт менее точную дату перигелия – 20 января 2006 года. +Решение задачи двух тел против решения с учетом n тел для времени прохождения перигелия кометы 12P/Pons–Brooks. Эпоха Дата перигелия (tp) 2010 19.892 апреля 2024 г. (n body) 21.139 апреля 2024 г. 2018 23.069 апреля 2024 г.

Численное интегрирование показывает, что карликовая планета Эрида достигнет перигелия примерно в декабре 2257 года. Использование эпохи 2021 года, которая на 236 лет раньше, даёт менее точный результат – Эрида достигнет перигелия в 2260 году. 4 Веста прошла перигелий 26 декабря 2021 года, но использование решения задачи двух тел для эпохи июля 2021 года даёт менее точный результат – Веста прошла перигелий 25 декабря 2021 года.

Короткие дуги

Транснептуновые объекты, обнаруженные на расстоянии более 80 а.е. от Солнца, требуют десятков наблюдений на протяжении нескольких лет для точного определения их орбит, поскольку они движутся очень медленно относительно фоновых звезд. Из-за малой статистики, транснептуновые объекты, такие как 2015 TH, для которого имеется всего 8 наблюдений за период наблюдения в 1 год, и которые не достигли или не достигнут перигелия в течение примерно 100 лет, могут иметь погрешность в 1 сигма при определении даты перигелия.