Jika Anda tinggal di sisi jauh Bulan, bagaimana Anda bisa menyimpulkan keberadaan Bumi?

Misalkan Anda menyetor seorang astronom, yang dipersenjatai dengan pengetahuan kami saat ini tentang mekanika orbital, di sebuah kubah di sisi jauh Bulan, sehingga Bumi selamanya tersembunyi dari mereka.

(Dan, tentu saja, asumsikan bahwa orang ini tidak memiliki pengetahuan khusus tentang sistem yang ada di luar apa yang dapat mereka peroleh dari pengamatan. Jika Anda mau, bayangkan bahwa mereka mempelajari semua mekanika orbit modern kita dan fisika terkait di alpha centauri, dan kemudian dipindahkan ke Bulan kami.)

Sekarang, masuk akal untuk berharap bahwa orang ini harus dapat menyimpulkan dari pengamatan langit bahwa tubuh mereka berada adalah setengah dari sistem biner, dan mereka harus dapat mengukur karakteristik orbital (sumbu semi-mayor, eliptisitas, kecenderungan) serta posisi barycentre (lebih dekat ke tubuh lain, sesuai dengan pasangan yang jauh lebih masif). Pengamatan apa yang diperlukan untuk menyimpulkan ini? Tingkat akurasi pengamatan apa yang dibutuhkan untuk pengamatan itu, dan pada zaman apa sejarah itu berhubungan? (Apakah kit Tycho Brahe sudah mencukupi? Apakah Galileo? Apakah orang-orang Yunani kuno? Atau apakah ini memerlukan observatorium akhir abad ke-19 (atau bahkan lebih baru)?)

(Seperti yang ditunjukkan dalam jawaban MartinV, astronom kita mungkin merasa sulit untuk membedakan antara situasi dengan pasangan yang mengorbit vs satu tubuh besar. Dengan demikian, jika nyaman, Anda dapat mengasumsikan bahwa, melalui perampokan pendek ~ 100 km dari kubah, astronom kita adalah mampu mengukur jari-jari bulan dengan mengukur kemiringan matahari pada titik yang berbeda dengan jarak yang diketahui di antara mereka, à la Erathostenes .)

the-moon observational-astronomy history orbital-mechanics Emilio Pisanty
sumber

Parallaxe bintang akan sangat membantu, dan itu abad ke-19.

@ LucJ. Parallax Stellar Stellar, atau setidaknya komponen utamanya, cocok dengan jari-jari orbital di sekitar Matahari, dan komponen orbit-bulan akan jauh lebih kecil dari itu, sehingga terlihat seperti solusi yang tidak jelas bagi saya (dan itu adalah tidak jelas bahwa pengamatan abad ke-19 akan menghasilkan akurasi yang dibutuhkan juga. Saya menduga kandidat yang paling mungkin adalah paralaks dari Matahari dengan latar belakang bintang (atau, yang setara, posisi bintang-bintang dengan jam yang disinkronkan dengan hari bulan), tetapi saya ingin tahu keakuratan apa (dibandingkan dengan referensi sejarah) Anda d perlu untuk itu.

Emilio Pisanty

Yakin! Ini bukan yang ada dalam pikiran saya. Secara historis, fakta bahwa Bulan dapat diamati dari Bumi sangat berperan dalam mengukur jarak Bumi-Matahari dari mana banyak bergantung afaiu. Saya berpikir untuk menggunakan paralaks untuk mengatasi jarak itu.

Tetap paralaks setengah bulan mungkin berguna untuk sesuatu seperti Mars. Diameter orbit bulan adalah ~ 0,0026 AU, Mars bisa ~ 1AU keluar, sehingga sudutnya ~ 0,0052 radian atau 0,3 derajat, bukan? Tidak yakin bagaimana itu dibandingkan dengan pengamatan paralaks bintang selama bertahun-tahun, tetapi sepertinya itu mungkin mengubah posisi Mars relatif terhadap bintang yang jauh dengan cara yang dapat diamati.

Saya bertanya-tanya apakah kemiringan 5 derajat Bulan akan cukup. (5,14 derajat), yang bekerja sekitar 9% dari jarak orbitnya naik turun setiap 29 hari) atau 1/6 dari 1 derajat relatif terhadap matahari. Relatif ke Mars pada lulus dekat, sedikit kurang. 14 hari mengamati Mars bergerak naik atau turun tetapi tidak secara konsisten, seperti, kadang-kadang naik, kadang turun, mungkin yang paling terlihat.

userLTK

Jawaban:

Sebuah badan pasang seismometer di sisi jauh bulan akan mengambil kedua pasang surya, dan distorsi tubuh 20 inci yang dihasilkan oleh bumi . Saat "terkunci tidally", bulan tidak berada dalam orbit yang melingkar sempurna, dan juga sedikit bergetar; persalinan . Seismometer Anda harus menangkap kedua efek.

Menyaksikan paralaks siklus mars setiap 28 hari, seperti yang disarankan dalam komentar di atas, mungkin cara yang lebih sederhana untuk pergi.

Orang Asing Wayfaring
sumber

Ini jawaban yang menarik. Bumi memang akan membangkitkan "gelombang" kecil di Bulan dan persembahan akan menyebabkannya bergerak. Efeknya kecil dan halus - dengan sendirinya, akankah itu memungkinkan seorang ilmuwan pintar untuk menyimpulkan keberadaan tubuh yang tidak diketahui dan tidak terlihat di ruang angkasa?

MartinV

Efek seismik adalah hal yang menarik, meskipun tidak jelas bagi saya bagaimana Anda bisa mengukurnya. Dan ya, saya setuju bahwa paralaks adalah jawaban yang paling mungkin, tetapi saya mencari sesuatu yang lebih kuantitatif dan terperinci.

Emilio Pisanty

Ini adalah pertanyaan yang sangat bagus - dan cukup halus.

TL; DR;

Peluang paling awal mungkin adalah bahwa perubahan antar bulan dalam paralaks bintang Matahari dapat mengarahkan pengamat untuk menyimpulkan bahwa i) Bulan adalah benda tunggal, sangat besar, berputar atau ii) itu adalah bagian dari badan multi-benda. sistem berputar. Namun i) tampaknya tidak konsisten dengan cakrawala yang dekat dan sangat melengkung.

Jika tidak, tentu ketika kita mengembangkan model kuantitatif mekanika orbital yang melibatkan massa dan gravitasi

Saya tidak berpikir paralaks bintang akan secara langsung membantu kita karena (di zaman modern) hanya memberitahu kita bahwa kita berada di orbit mengelilingi matahari dan sedikit tentang sistem Bumi-Bulan itu sendiri.

Mari kita lihat bagaimana Ptolemy setara di Bulan (memanggilnya Moon-Ptolemy) mungkin melihatnya. Dia tidak akan memiliki cara untuk membedakan sistem Bumi-Bulan dari anggapannya bahwa dia hanya duduk di atas benda padat di pusat penciptaan. Tentu saja dia tidak akan melihat "bulan" di orbit di sekitarnya, tetapi dia akan melihat Matahari, bintang-bintang dan planet-planet besar. Paralaks bintang (baginya, Matahari "bergerak melalui Zodiac) hanya akan memberitahunya bahwa Matahari berputar di sekitar Bulannya, seperti halnya planet-planet. Keberadaan planet epiklus akan menjadi keingintahuan yang diperlukan untuk membuat modelnya bekerja - tetapi itu tidak bekerja dan dia tidak memiliki gagasan tentang Bumi

Moon-Galileo mungkin (atau mungkin tidak) dapat mengembangkan model heliosentris - ia kehilangan satu wawasan kunci yang dimiliki Bumi-Galileo: bahwa Bumi tidak istimewa karena planet lain juga memiliki bulan. Moon-Galileo akan menemukan sistem orbit Jupiter menarik tetapi bukan wawasan kunci, sehingga ia mungkin tidak mengembangkan model baru. Meski begitu, orang lain akan melakukannya.

Namun demikian, dalam dunia ilmiah kualitatif, masih tidak ada yang dapat membantu pengamat Bulan menyimpulkan keberadaan Bumi di balik cakrawala.

Saya menduga kebenaran akan menjadi tak terhindarkan ketika mekanika orbital berkembang cukup untuk memasukkan massa dan gravitasi ke dalam perhitungan. Mungkin sekitar waktu Moon-Kepler.

Saya tidak yakin saya setuju dengan komentar yang mengamati pengamatan planet - saya tidak melihat bagaimana mereka membantu membedakan antara sistem Bumi-Bulan sebagai lawan dari benda Bulan yang sederhana, sangat besar, berputar tanpa pengorbit ( yang akan menjadi asumsi alami untuk dibuat). Bahkan perubahan bulanan dalam paralaks yang disebabkan oleh rotasi Bulan di sekitar Bumi mungkin dilambaikan dengan menyarankan rotasi sederhana dari tubuh Bulan yang jauh lebih besar - meskipun pahlawan kita tentu saja mempertanyakan kompatibilitas ini dengan kelengkungan yang tampak dan jarak ke mereka. Cakrawala bulan.

MartinV
sumber

Sepertinya saya salah mengartikan maksud pertanyaan itu. Anda dapat mengasumsikan pengetahuan modern penuh tentang mekanika orbital jika diperlukan ─ ketika melakukan perbandingan historis, saya lebih tertarik pada teknik eksperimental, bukan kemajuan konseptual. Jika Anda mau, Anda bisa menganggap situasinya sebagai astronom yang mempelajari semua mekanika orbital modern tentang alpha centauri, dan kemudian dipindahkan ke permukaan Bulan kita. Jadi, mereka memiliki pengetahuan penuh tentang bagaimana gravitasi dan mekanika bekerja, mereka hanya tidak memiliki pengetahuan pra-pengamatan tentang sistem spesifik yang mereka jalani.

Emilio Pisanty

Tapi sejauh Moon-Ptolemy-mu berjalan, bukankah dia perlu menyertakan epicycle untuk Matahari? Itulah pengamatan bintang-paralaks yang akan diterjemahkan ke dalam radius orbital Bumi-Bulan begitu Anda beralih ke perspektif heliosentris. Tetapi seberapa pentingkah itu, dan seberapa sulitkah mengukurnya?

Emilio Pisanty

Terima kasih Emilio - pada epicycle surya, saya pikir itu kemungkinan akan terlalu kecil mengingat peralatan yang tersedia untuk Moon-Ptolemy. Pada komentar Anda yang lain - tidak ada miskomunikasi sama sekali; itu pertanyaanmu, jadi kupikir aku salah paham! Mengingat seorang ahli dengan peralatan modern yang ditransplantasikan ke Bulan, saya pikir mereka akan mengetahuinya dengan lebih cepat - kombinasi goyangan dalam paralaks dikombinasikan dengan ukuran Bulan yang tampak jelas akan menimbulkan pertanyaan. Bahkan, sang ahli akan melihat Bulan kecil berbatu itu sendiri dan segera mengajukan pertanyaan "apa yang mengorbit di sekitar ini?"

MartinV

Ya, harapan saya adalah bahwa mereka akan mengatasinya dengan cepat; pertanyaannya adalah bagaimana, dan peralatan apa yang mereka butuhkan. (Pada kalimat terakhir Anda, saya tidak berpikir itu akan menjadi pra-ekspektasi alami, mengingat betapa sedikitnya yang kita ketahui tentang prevalensi eksoplanet berbatu. Tetapi dari hanya melihat permukaan, perbedaan antara Bulan dan Ceres minimal. , jadi permukaan tidak selalu menunjukkan bahwa Anda berada di satelit. Sebaliknya, mengingat jari-jari dan gravitasi permukaan, permukaan berbatu dan kurangnya atmosfer mungkin merupakan fitur yang cukup alami.)

Emilio Pisanty

Seorang pengamat di sisi jauh bulan akan kesulitan menjelaskannya berdiri di satu planet, karena pergerakan benda yang paling mencolok di langit: matahari!

Memang, karena eksentrisitas orbit bulan di sekitar bumi, panjang hari, yaitu "kecepatan di langit" matahari, tergantung di mana Anda berdiri di orbit bulan Anda.

Dan dari pengamatan itu bisa dilakukan, misalnya planet lain yang hampir sempurna bulat di tata surya (dan untuk alasan terkenal), ia harus dipaksa untuk mengesampingkan hipotesis "Aku berdiri di atas benda langit tunggal elips".

Saya tidak dapat menghitung variasi panjang hari di sisi jauh bulan dalam jumlah waktu yang masuk akal, maaf soal itu.

Efek lain yang akan saya coba ilustrasikan dengan gambar Wikipedia: ketinggian lintasan matahari di langit akan berubah tahun demi tahun (siklus: antara 8 dan 9 orang bumi tahun), karena presesi apsidal bulan dan rencana orbit miringnya:

Oleh Rfassbind - Karya sendiri., Public Domain, Link

Oleh Ahli Geologi, Homunculus 2 - dari Wikipedia bahasa Inggris, CC BY 3.0 , Link

J. Chomel
sumber