Realizando Simulaciones Orbitales del Sistema Solar en el Aula

Transcripción

1 Realizando Simulaciones Orbitales del Sistema Solar en el Aula gallardo Departamento de Astronomía Instituto de Física, Facultad de Ciencias (UR) Encuentro de Profesores de Física 21 de Setiembre 2012, Mercedes.

2 Resumen Presentamos el laboratorio ( virtual?) pensado para que estudiantes de bachillerato y de institutos terciarios realicen prácticas de evolución orbital de objetos reales o ficticios en el Sistema Solar.

3

4 Motivación generar prácticas de laboratorio en dinámica orbital estimular el manejo y análisis de volúmenes de datos jerarquizar la representación gráfica para comprender procesos comprender la importancia de la modelización en Física aproximarnos a la metodología de un trabajo de investigación

5 Presentación Motivación Presentación Tres etapas Datos de entrada Elementos orbitales El Sistema Solar no es estático (csep10.phys.utk.edu/astr161)

6 Presentación Tres etapas Datos de entrada Elementos orbitales (

7 Presentación Tres etapas Datos de entrada Elementos orbitales Sistema Solar constituído por: Sol (masa = 1) Planetas (masa < 0,001) planeta-enanos y cuerpos menores (masa 0) Todas las órbitas heliocéntricas son perturbadas por los planetas. Cómo evolucionan en el tiempo?

8 Presentación Tres etapas Datos de entrada Elementos orbitales Evolución del Sistema Solar interior:

9 Presentación Tres etapas Datos de entrada Elementos orbitales permite: explorar evolución de órbitas heliocéntricas: planetas, cuerpos menores o naves interplanetarias hasta miles de millones de años hacia el futuro y el pasado probabilidad de colisión con planetas y Sol probabilidad de eyección del Sistema Solar predicción de encuentros próximos entre cuerpos menores y la Tierra o cualquier planeta vida media orbital de cuerpos menores diagnóstico de caos o estimación de memoria dinámica

10 Presentación Tres etapas Datos de entrada Elementos orbitales Es un integrador numérico que incluye: MODELO físico: Ley de Gravitación Universal plasmado en un sistema de ECUACIONES diferenciales para cada cuerpo resueltas mediante un ALGORITMO optimizado

11 Tres etapas Motivación Presentación Tres etapas Datos de entrada Elementos orbitales PREPARACIÓN del experimento: archivo de datos de entrada solevorb.ent (editable con Bloc de Notas o TextPad) EJECUCIÓN: solevorb.exe (con doble clic, y esperar...) ANÁLISIS de resultados: a través de los archivos generados, especialmente orbitas.sal y encuent.sal (gráficos con gnuplot)

12 Datos de entrada Motivación Presentación Tres etapas Datos de entrada Elementos orbitales solevorb.ent editable con Bloc de Notas o TextPad

13 Elementos orbitales: forma Presentación Tres etapas Datos de entrada Elementos orbitales afelio: Q = a(1 + e) perihelio: q = a(1 e) Sol a(1+e) a(1-e)

14 Elementos orbitales: orientación Presentación Tres etapas Datos de entrada Elementos orbitales (Greenberg 1982)

15 Elementos orbitales: evolución Presentación Tres etapas Datos de entrada Elementos orbitales Buscamos a(t), e(t), i(t),... encuentros próximos con los planetas eyecciones del sistema colisiones con planetas y Sol

16 Algunos Proyectos

17 Cometa Halley: futuro y pasado (

18 24 Halley y clones hacia el futuro a (UA) Tiempo (a#os)

19

20

21 45 Halley y clones hacia el pasado a (UA) Tiempo (a#os) Memoria dinámica 3000 años.

22 1.4 Halley y clones hacia el pasado perihelio (UA) Tiempo (a#os)

23 165 Halley y clones hacia el pasado inclinacion Tiempo (a#os)

24 90 Halley y clones hacia el pasado afelio (UA) inicial perihelio (UA)

25 e called Lind Earth Object nate observations of the incoming asteroid. IMPACT TONIGHT!!! wrote physicist Mark Motivación worldwide had already captured and subm about 570 observations, allowing JPL to 2009 Macmillan Publishers Limited. All rights reserved (Kwok 2009)

26 Cómo llegan hasta la Tierra? Tierra Marte asteroides 1 UA 1.52 UA UA

27 20 meteoroides ficticios con a 2.08 UA, e 0.1, i 5

28 Analizamos el archivo encuent.sal 8 instante de encuentro con los planetas planeta Tiempo en millones de a#os

29 Encuentros con la Tierra: numero de meteoroide instante de encuentro con la Tierra

30 Desde (2.08 UA, 0.1, 5 ) el viaje demora años.

31 Se estima que en el presente existen unos 4700 (±1500) Potentially Hazardous Asteroids con diámetro > 100 metros. Tomamos una muestra de 50 y los integramos por años. Del archivo encuent.sal extraemos la información de los encuentros con la Tierra.

32 numero de encuentros Distancia a la Tierra (en radios terrestres)

33 N D numero de encuentros D 2

34 N D 2, fenómeno análogo a tiro al blanco sin puntería: D Tierra

35 Regla de tres con D 2 : D 2 = N 450 D 2 = 1 (impacto!) x = x = 450/ = 0,00225 impactos En años hubo impactos en la Tierra. Cuánto tiempo deberá transcurrir hasta que el número de impactos sea = 1?

36 impactos años 1 impacto x años x = 10000/0, ,4 millones de años En promedio cada 4.4 millones de años uno de estos 50 asteroides impacta a la Tierra. Como existen unos 4700 PHA, o sea, 94 veces nuestra muestra, los impactos ocurren cada 4,4/94 = 0,047 millones de años. O sea, en promedio cada años impactaría en la Tierra un objeto de diámetro mayor o igual a 100 metros.

37 Distancia Tierra - Marte?

38

39 d min = perihelio Marte - afelio Tierra = a M (1 e M ) a T (1 + e T )

40 Recursos : sites.google.com/site/solevorb herramientas: gnuplot, TextPad ORSA: orsa.sourceforge.net

41 Laboratorios y simuladores Virtual Astronomy Labs (Guidry and Lee) Project CLEA (Gettysburg College) simulaciones interactivas PhET

42 PhET

43 Muchas Gracias!