Domanda:
Perché la durata del tempo trascorso nel lato diurno è maggiore di quella del lato notturno della luna per Chandrayaan-2 Orbiter?
Guru Vishnu
2019-11-02 12:05:34 UTC
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Le seguenti informazioni provengono dalla pagina web dell'ISRO su "Rilevamento dell'argon-40 nell'esosfera lunare" ( Le informazioni testuali relative alla mia domanda sono in grassetto ):

Il carico utile di Chandra's Atmospheric Composition Explorer-2 (CHACE-2) a bordo dell'orbiter Chandrayaan-2, è un carico utile basato su uno spettrometro di massa neutro che può rilevare i costituenti nell'esosfera neutra lunare 1-300 amu (unità di massa atomica). Nell'ambito delle prime operazioni, ha rilevato $ ^ {40} $ Ar nell'esosfera lunare da un ' altitudine di ~ 100 km , catturare le variazioni di concentrazione giorno-notte. $ ^ {40} $ Ar essendo un gas condensabile alle temperature e alle pressioni prevalenti sulla superficie lunare, si condensa durante la notte lunare. Dopo l'alba lunare, la $ ^ {40} $ Ar inizia a essere rilasciata nell'esosfera lunare (regione ombreggiata in blu nella figura).

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Variazione dell'argon-40 osservata durante un'orbita di Chandrayaan-2 durante il giorno e il lato notturno della Luna. La pressione parziale osservata deve essere raffinata affinché lo sfondo e altri effetti possano dedurre la densità dell'argon esosferico lunare. Le osservazioni quando Chandrayaan-2 era sul lato notturno sono indicate dal rettangolo nero solido nella parte superiore del pannello e dalle due linee tratteggiate verticali. Essendo in un'orbita polare, Chandrayaan-2 entra nel lato diurno di la Luna attraversa il polo nord, attraversa il lato diurno ed entra nel lato notturno dopo aver attraversato il polo sud.

Fonte: Rilevamento di Argon-40 nell'esosfera lunare

Sappiamo che un satellite in un'orbita circolare, attorno a un corpo celeste sferico di densità approssimativamente uniforme, si muove a velocità costante (non velocità costante). Quindi dobbiamo aspettarci che il tempo trascorso nel lato diurno sia uguale a quello del lato notturno del corpo celeste.

Nella figura sopra, si può vedere che la durata del satellite sul lato notturno è comparativamente inferiore al tempo trascorso nel lato diurno. Non sono sicuro del perché sia ​​così. Ho verificato se gli intervalli di tempo sull'asse $ x $ o sull'asse del tempo sono uniformi o meno. Sì! Sono uniformi. Allora perché c'è un'enorme differenza tra la durata del tempo trascorso nel lato diurno e notturno, dal veicolo spaziale?

Calcolo del periodo di tempo orbitale:

Per verificare se il grafico rappresenta i dati completi di un'orbita completa, e per ulteriori analisi, ho calcolato il periodo di tempo orbitale (perché non erano disponibili dati su Internet a riguardo) di Chandrayaan-2 Orbiter, sotto i seguenti presupposti:

  • L'orbita è quasi circolare

  • La luna è di densità uniforme ed è sferica

Quindi, Periodo di tempo $ T $ è dato dalla seguente formula:

$$ T = \ frac {2 \ pi r ^ {3/2}} {\ sqrt {GM}} $$

dove $ r $ è il raggio dell'orbita del satellite (somma del raggio della Luna e dell'altitudine dell'orbita dalla superficie), $ G $ è la costante gravitazionale universale $ (6.67408 \ times10 ^ {- 11} \ \ mathrm {m ^ 3 \ kg ^ {- 1} \ s ^ {- 2}}) $ , $ M $ è la massa del corpo celeste (e qui è la nostra Luna).

Qui,

$ r = 17.371 \ times10 ^ 5 \ \ mathrm m + 10 ^ 5 \ \ mathrm m = 1.8371 \ times10 ^ 6 \ \ mathrm m $

$ M = 7.34767309 \ times10 ^ {22} \ \ mathrm {kg} $

Sulla sostituzione dei valori nell'equazione precedente per il calcolo del periodo di tempo del satellite, otteniamo:

$$ T = \ frac {2 \ pi (1.8371 \ times10 ^ 6) ^ {3/2}} {\ sqrt {6.67408 \ times10 ^ {- 11} \ times7.34767309 \ times10 ^ {22}}} \ \ mathrm s $$

$$ T = 7064.94 \ \ mathrm s $$

$$ T = 1.96 \ \ mathrm h $$

$$ T \ approx 2 \ \ mathrm h $$

Quindi, Chandrayaan-2 Orbiter completa un'orbita completa in circa 2 ore. Trascorre metà di questo tempo, ovvero 1 ora sul lato diurno e l'altra metà sul lato notturno. Da ciò possiamo anche dedurre che il grafico rappresenta i dati ottenuti in un'orbita completa, poiché il tempo totale si somma a circa 2 ore. C'è anche la coerenza dei dati tra la pressione parziale del gas all'inizio dell'orbita e al completamento dell'orbita. Ma dallo stesso grafico, possiamo vedere, il tempo trascorso sul lato notturno è inferiore a mezz'ora, invece di un'ora intera.

Allora, perché la durata del tempo trascorso nel lato diurno è maggiore di quella del lato notturno della Luna per Chandrayaan-2 Orbiter, come si vede nel grafico?

Non c'è solo il tempo trascorso di giorno e quello trascorso di notte, ci sono anche i tempi di alba e tramonto. Se il periodo è di circa 2 ore, si può trascorrere meno di 1 ora sul lato giorno o sul lato notte.
Questa è una * domanda davvero interessante *, stanno succedendo molte cose qui.
Tre risposte:
Organic Marble
2019-11-02 16:45:41 UTC
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Il grado di ombra orbitale sperimentato da un oggetto in orbita con una piccola altitudine orbitale è determinato dal suo angolo beta (normalmente usato in riferimento agli oggetti LEO ma il concetto si applica anche agli orbitanti lunari).

L'angolo viene preso tra il piano orbitale del satellite e il vettore rispetto al Sole. A seconda del valore dell'angolo beta, un satellite può trascorrere fino al 100% del suo tempo alla luce del sole.

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

enter image description here

Immagine da http://www.tak2000.com/data/planets/earth.htm

La ringrazio per la risposta. Se l'ora del giorno e della notte è definita rispetto al fatto che la navicella sia al sole o all'ombra della Luna, il resto della spiegazione fornita nel sito web è un po 'contraddittorio e ci costringe a presumere che sia giorno e notte definito rispetto alla superficie lunare. Ad esempio, la pressione parziale del gas dipende dalla temperatura superficiale (che sia giorno o notte in superficie) e non rispetto al fatto che il veicolo spaziale sia o meno all'ombra della Luna. Si prega gentilmente di chiarire questo problema.
asdfex
2019-11-02 15:34:57 UTC
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Non esiste un'orbita circolare che abbia una quota di 50:50 tra la notte e il giorno. I tempi possibili sono un po 'meno del 50% allo 0% di notte o, rispettivamente, un po' più del 50% al giorno al 100% del giorno.

I due casi estremi sono:

  • un'orbita allineata con il terminatore (il confine tra notte e giorno sulla superficie) è in luce perenne.

  • un'orbita che passa sopra il Il punto in cui il Sole è allo zenit trascorre quasi la metà del tempo sul lato notturno. Il "quasi" deriva dal fatto che, a causa dell'altezza dell'orbita, il satellite è ancora esposto alla luce solare dopo essere passato sopra il terminatore.

E poi si arriva alle orbite ellittiche, che intensificano solo gli estremi (verso il giorno sempre più).
Mike Nakis
2019-11-02 23:20:39 UTC
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Tutto dipende da come definisci "lato giorno" e "lato notte" e da come definisci "entrata" o "uscita" per un satellite.

Suppongo che una parte importante di la confusione deriva da questa affermazione:

Essendo in un'orbita polare, Chandrayaan-2 entra nel lato diurno della Luna attraversando il polo nord, attraversa il lato diurno ed entra nel lato notturno dopo aver attraversato il polo sud.

L'affermazione sopra fa sembrare che stiano definendo il lato diurno e il lato notturno come due metà perfette della luna, e "entrando" nel lato diurno come un volo a 100 km esattamente sopra la linea di demarcazione tra i due. Se così fosse, allora ci aspetteremmo ovviamente che il satellite trascorra esattamente la metà del suo tempo di orbita "nel lato diurno" e metà "nel lato notturno", o, più correttamente, "la metà del tempo sul lato diurno del luna e metà del tempo sul lato notturno della luna ".

Ma temo che non sia questo il significato della frase. Notare che l'affermazione è incoerente con se stessa: dice che Chandrayaan-2 entra nel lato notturno dopo attraversando il polo sud, non al momento di attraversare il polo sud. Duh?

Quello che molto probabilmente sta accadendo è che questa frase è stata scritta in modo completamente casuale, senza alcun tentativo di usare termini precisi, senza nemmeno troppo riguardo alla realtà. Di notte e di giorno si riferiscono molto probabilmente al fatto che il satellite sia alla luce del sole o all'ombra della luna, non al fatto che sia giorno o notte nel punto sulla superficie 100 km sotto il satellite.

Quindi, come altri hanno già sottolineato, quando vola a 100 km sopra la superficie, il satellite vede il sole per molto più tempo rispetto alla superficie proprio sotto il satellite.

Lo stesso può valere anche per gli aeroplani che volano a 10 km dalla Terra: ci sono brevi periodi di tempo durante la sera o la mattina presto in cui è possibile vedere il sole dalla finestra, ma si guarda in basso e in superficie è scuro.

Nota anche: una delle tue ipotesi iniziali è che "L'orbita è quasi circolare con un raggio di 100 km". Ovviamente non è vero, e tu lo sai, e più tardi nella tua matematica usi il raggio corretto, che è ~ 1900 km.
Grazie per il commento. L'ho risolto.
"+ 1" per aver evidenziato i problemi causati dall'uso del volgare nel collegamento.
Rispetto a questa affermazione "Di notte e di giorno si riferiscono molto probabilmente al fatto che il satellite sia alla luce del sole o all'ombra della luna, non al fatto che sia giorno o notte nel punto sulla superficie 100 km sotto il satellite. " Capisco se questo è il modo in cui definiscono il giorno e la notte, la lunghezza del giorno è maggiore di quella della notte per la navicella. Ma, dalla spiegazione nella pagina web citata, le proprietà associate al giorno e alla notte si riferiscono ** rispetto alla luna ** e non rispetto alla navicella.
Ad esempio, la pressione parziale diminuisce durante la notte di luna e penso che non importi se la navicella è alla luce del sole o all'ombra della luna. La pressione parziale è il risultato di ciò che accade in superficie (che sia giorno o notte sulla Luna). Spiega gentilmente questo disallineamento con la spiegazione in quel sito web.
@Intellex ok, la discussione ora sta iniziando a diventare specifica per Argon-40, di cui non so quasi nulla, (solo che se vivi in ​​una casa di uno o due piani dovresti mandarla in onda un paio di volte all'anno,) ma la mia ipotesi è che quando parlano di rilevamento di Argon-40 nell'esosfera lunare intendono proprio questo: si preoccupano solo di ciò che sta accadendo nell'esosfera. Non quello che sta succedendo in superficie. (Continua ...)
La mia ipotesi è che se è giorno o notte sulla superficie della luna non può importare a Chandrayan-2, perché qualunque cosa accada laggiù probabilmente impiegherebbe molto tempo a propagarsi fino all'esosfera dove il Chandrayaan -2 può rilevarlo in orbita a un'altitudine di 100 km.
L'articolo in effetti dice "Dopo l'alba lunare, il 40Ar inizia a essere rilasciato nell'esosfera lunare (regione ombreggiata in blu nella figura)" implicando che proviene da terra, ma potrebbe essere che stiano di nuovo usando un linguaggio impreciso o semplicemente parlando semplici sciocchezze? Penso che la differenza di pressione rilevata debba essere spiegabile *** in pieno *** dal fatto che gli atomi stessi si riscaldano o si raffreddano mentre sono lassù nell'esosfera.
Se leggi la definizione di "esosfera", si dice che stiamo parlando di gas così sottili che gli atomi non entrano quasi mai in collisione tra loro. Immagino che il calore e la pressione viaggino estremamente lenti in tali circostanze.
Bene. Nemmeno io so molto di Argon-40 tranne quello che è stato fornito nella [pagina web dell'ISRO] (https://www.isro.gov.in/update/31-oct-2019/detection-of-argon-40-lunar -esosfera). Secondo la pagina collegata, le cose che accadono nell'esosfera sono legate a ciò che sta accadendo in superficie. Sono d'accordo che 100 km sia una distanza notevole. Ma in base al mio attuale livello di conoscenza (livello di scuola superiore) in Fisica, posso dire che la velocità delle molecole è molto alta. Potrebbero volerci secondi o pochi minuti, ma non credo che ci vorranno ore (dove l'orbiter avrebbe lasciato il posto).
Penso che i tuoi ultimi due commenti siano leggermente in contraddizione tra loro. Se la densità del gas è bassa, la propagazione del calore è estremamente lenta. Sono d'accordo con questo. Ma, come accennato nel 3 ° commento, non credo che il calore avrà effetti sulle singole molecole piuttosto che sulla massa. Quindi, la variazione della pressione parziale deve essere correlata al fenomeno superficiale. Tuttavia, se il giorno e la notte sono definiti rispetto alla navicella, la tua risposta fornisce la migliore spiegazione. Sono anche d'accordo, i termini non sono ben definiti nel sito Web e creano confusione se scaviamo in profondità.


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Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 4.0 con cui è distribuito.
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