¿Cómo llegaron los científicos a estimar la masa / tamaño de varios cuerpos como la tierra, la luna, el sol, etc. y la distancia entre ellos?

Matemáticas. Todos lo están usando.


No es una forma de vudú místico que nos permite estimar la masa del sol. Es un cálculo relativamente simple que requiere poco más que sustituciones algebraicas y una familiaridad con la notación científica. A decir verdad, gran parte de lo que sabemos sobre el movimiento planetario se hizo con mucha menos familiaridad matemática por parte de los científicos que lo estudian.

En pocas palabras, tomamos el período de tiempo que tarda la Tierra en rodear al sol en segundos, la distancia conocida del sol en metros, la fórmula conocida para la determinación de la fuerza gravitacional y sustituir valores conocidos por variables hasta la masa estimada de El sol es el resultado. El siguiente excelente video desglosa el cálculo en fragmentos fácilmente digeribles.

Cálculo para la Masa del Sol con el instructor Andrey Kopot de AK Lectures.

Hay personas que no creen que tales cálculos puedan ser precisos, pero las leyes de la física son matemáticamente cuantificables y esto es lo que hace posible todo el conocimiento de nuestro universo.

Johannes Kepler

Johannes Kepler realizó algunas de las primeras y más minuciosas investigaciones científicas sobre el movimiento planetario en el siglo XVII. En muchos sentidos, su trabajo fue innovador a pesar de que gran parte de él ha sido reemplazado por conceptos más avanzados.

  • Johannes Kepler (alemán: [ˈkʰɛplɐ]; 27 de diciembre de 1571 – 15 de noviembre de 1630) fue un matemático, astrónomo y astrólogo alemán. Figura clave en la revolución científica del siglo XVII, es mejor conocido por sus leyes de movimiento planetario, basadas en sus obras Astronomia nova , Harmonices Mundi y Epitome of Copernican Astronomy . Estos trabajos también proporcionaron uno de los fundamentos de la teoría de la gravitación universal de Isaac Newton.
  • Durante su carrera, Kepler fue profesor de matemáticas en una escuela de seminario en Graz, Austria, donde se convirtió en asociado del príncipe Hans Ulrich von Eggenberg. Más tarde se convirtió en asistente del astrónomo Tycho Brahe y, finalmente, en matemático imperial del emperador Rodolfo II y sus dos sucesores, Matías y Fernando II.
  • También fue profesor de matemáticas en Linz, Austria, y asesor del general Wallenstein. Además, realizó un trabajo fundamental en el campo de la óptica, inventó una versión mejorada del telescopio refractor (el Telescopio Keplerian) y mencionó los descubrimientos telescópicos de su contemporáneo Galileo Galilei.

Referencias adicionales:

  • Las leyes del movimiento planetario de Kepler (Wikipedia)
  • Aplicación moderna de las Tres leyes del movimiento de Kepler y cómo se relacionan con la comprensión de las relaciones planetarias y el cálculo de las órbitas y el movimiento planetarios. (© 1996-2015 The Physics Classroom, Todos los derechos reservados.)
  • AK LECTURES consiste en un grupo muy pequeño de individuos dedicados ( solo dos en realidad ) que tienen una visión común en mente: crear una plataforma académica en línea que educa al mundo a través de breves conferencias educativas. AK Lectures tiene una extensa biblioteca de videos sobre física clásica y física moderna que son relativamente fáciles de entender incluso para el lego.

Otras referencias de cosmología

  • ¿Cómo podríamos calcular la masa de grandes orbes como nuestro sol? (Quora)
  • ¿Es el tamaño promedio de nuestro sol en el universo o es infinitesimalmente insignificante (en comparación con estrellas como Betelgeuse, Sirius, Aldebarán)? (Quora)
  • ¿Lanzarlo Hulk al Sol lo mataría? (Quora)
  • ¿Es hipotéticamente posible hacer que un sol se vuelva nova o supernova? (Quora)
  • Lista de las estrellas más grandes conocidas (Wikipedia)

Primero y más simple
Si un planeta tiene luna y sabemos
Cuán separados están
Cuánto tiempo tarda la luna en girar alrededor de su órbita
Entonces la ley de gravitación y movimiento de Newton tiene una única solución única que da la masa total de la luna + el planeta
Si la luna es pequeña en comparación con el planeta (y la mayoría de las lunas lo son), entonces conocemos la masa del planeta

Si la luna es grande, o dos cuerpos de tamaño similar están orbitando entre sí, entonces usamos el hecho de que ambos realmente están orbitando el centro de masa común,
Esto significa que el cuerpo más grande parecerá “tambalearse” – midiendo el tamaño de la oscilación y la órbita del cuerpo más pequeño podemos determinar las masas relativas de los dos cuerpos (y ya sabemos la masa total)

El método final es un poco diferente.
Buscando estrellas “tambaleantes”
En realidad no podemos ver un planeta alrededor de otra estrella, pero podemos detectar un bamboleo y medir su período.
La otra cosa que podemos decir es la masa de la estrella por su brillo y color.
Conociendo la masa de la estrella y el período de oscilación, podemos trabajar hacia atrás para determinar el radio de la órbita del planeta.
(La estrella casi siempre es MUCHO más masiva que el planeta, por lo que podemos ignorar la masa de los planetas)
Entonces saber el tamaño del bamboleo nos dará la masa del planeta
Si el planeta tiene una masa significativa (en comparación con su estrella), podemos dar varias vueltas al problema para ajustar la respuesta

¿Estás hablando de otros planetas en nuestro sistema solar, o aquellos que hemos encontrado fuera de nuestro sistema solar?

Por el momento, voy a asumir lo último.

Para estos, la masa se calcula principalmente de la misma manera que los detectamos en primer lugar: por el efecto que tiene sobre la estrella alrededor de la cual gira.

Al menos en la gran mayoría de los casos, no imaginamos estos planetas directamente. Más bien, miramos las estrellas y encontramos las que se “tambalean”. Ese bamboleo indica que alguna otra fuente de gravedad cercana está girando alrededor de la estrella y tirando de ella, causando el movimiento de la estrella.

Esta es también la razón por la cual la mayoría de los planetas que hemos encontrado son muy grandes y están cerca de sus soles: los planetas grandes a distancias cortas ejercen la mayor gravedad en la estrella, lo que nos da el mayor movimiento, lo que hace que sea relativamente fácil de detectar.

La idea básica es bastante simple: el período del bamboleo nos dice la distancia aproximada a la que el planeta está orbitando. La cantidad de movimiento de la estrella nos da la cantidad de gravedad que se ejerce sobre la estrella. Con base en la distancia y la gravedad ejercida a esa distancia, podemos calcular cuánta gravedad debe ejercerse en la fuente, y eso se traduce directamente en la masa de la fuente.

Según las leyes de Kepler, existe una relación entre el período de la órbita y el eje semi mayor (radio si la órbita es circular). Por lo tanto, solo observando los períodos de los diferentes planetas, podemos estimar la distancia entre el Sol y otros planetas.

Sobre Mass, en lugar de repetir el procedimiento, puedes buscarlo en Google. Digamos por ejemplo,
¿Cómo miden o calculan los científicos el peso de un planeta?

El radio se puede medir simplemente, como se había hecho en el tiempo de Arquímedes.

La geometría del sistema solar (III)

Primero medimos la masa de la Tierra, que es lo que hizo Cavendish cuando midió la constante gravitacional. El conocer nuestra masa y la ley de Newton estiman qué masa debe ser el sol para dar cuenta de nuestra órbita alrededor del sol. Conocemos el perigeo, el apogeo y las distancias focales al sol para poder construir la elipse. Una vez que tenemos la elipse, resolvemos la masa del sol.

Por la cantidad de gravedad que ejerce el objeto. También por el grado de distorsión de la luz.
Consulte la ley de gravitación de newton.