Om du någonsin har blivit lärd om hur jorden kretsar runt solen, kanske du tror att vår planet färdas längs en oval-formad bana som för den mycket närmare solen vid vissa tider på året än andra. Du skulle ha en god anledning att tro det också:det är så de flesta läroböcker visar saker.
Faktum är att många människor antar att jorden är närmare solen på sommaren än på vintern. Som det händer är detta sant under sommaren på södra halvklotet, men det kan inte också vara sant för sommaren på norra halvklotet.
På södra halvklotet är jorden 5 miljoner kilometer närmare solen på sommaren än på vintern, men det är tvärtom på norra halvklotet. Det genomsnittliga avståndet mellan jorden och solen är 150 miljoner kilometer, och den främsta anledningen till årstiderna är att jorden lutar, så varje pol pekar ibland mer mot solen och ibland längre bort från den.
Så jordens omloppsbana har bara en relativt liten avvikelse från perfekt cirkuläritet. Men varför visas det så ofta som praktiskt taget en äggform? Och hur kan vi visualisera den verkliga situationen?
För att själv försöka förstå hur cirkulär jordens och andra planeters omloppsbana var, bestämde jag mig för att jämföra formen på jordens omloppsbana med ett vanligt 26-tums cykelhjul genom att skala ner de verkliga dimensionerna för att passa – och konsultera min lokala cykel handla om vad avvikelserna skulle innebära för ett riktigt hjul. Jag blev mycket förvånad över resultatet.
Banan var mycket närmare en perfekt cirkel än jag tidigare trott. Om omloppsbanan vore ett 26-tums (660,4 mm) cykelhjul skulle avvikelsen från en perfekt cirkel vara mindre än 0,1 mm. Det är jämförbart med ett tunt lager färg – i princip omöjligt att skilja från en perfekt cirkel med blotta ögat.
I min studie publicerad i Physics Education , jag tittade på de andra planeterna också. Venus och Neptunus banor är ännu närmare perfekta cirklar, där Venus omloppsbana avviker endast 14μm (en μm eller mikrometer är en miljondels meter) och Neptunus 31μm.
Planeterna med minst cirkulära banor är Mars och Merkurius. Om Mars omloppsbana var ett 26-tums cykelhjul skulle det vara mindre än 3 mm – knappt märkbart om du cyklade med ett hjul som inte var sant så mycket.
Merkurius har den minst cirkulära av banorna, med en avvikelse på 14 mm, även om det fortfarande bara är 2 %.
Om du har en cykel är chansen stor att dess hjul inte ens är lika cirkulära som Mars bana. Om du har haft en anständig kollision med en trottoarkant eller sten, kan ditt framhjul till och med vara mindre cirkulärt än Merkurius bana.
En liten avvikelse
Matematiskt sinnade läsare kan ha en fråga efter att ha läst ovanstående:om jorden är i genomsnitt 150 miljoner kilometer från solen, och detta avstånd varierar med 5 miljoner kilometer under ett år, borde inte avvikelsen i dess omloppsbana vara lite över 3 %?
Svaret på denna fråga är att solen inte är i mitten av ellipsen utan förskjuten åt ena sidan som en punkt som kallas fokus. Om en planet under bildning färdades med precis rätt hastighet för att motverka gravitationen skulle den färdas i en cirkel.
Men i det verkliga universum går planeter sällan med precis rätt hastighet för en cirkel. Ibland färdas de lite snabbare och ibland långsammare, vilket bara kan uppnås med en elliptisk bana.
För tusentals år sedan trodde de gamla grekerna att alla himmelska föremål kretsade runt jorden och färdades i perfekta cirklar.
Denna idé höll i sig i cirka 1 500 år, tills den polske astronomen Nicolaus Copernicus (1473–1543) insåg att planeterna (inklusive jorden) faktiskt kretsade runt solen.
Copernicus trodde att banorna var cirkulära. Senare insåg den tyske astronomen och matematikern Johannes Kepler (1571–1630) att han hade fel och kom på de tre lagarna för planetrörelse.
Den första lagen är att planeternas banor är elliptiska och inte cirkulära. Den tredje lagen kopplar storleken på en planets omloppsbana till hur lång tid det tar på ett sätt som är lite för komplicerat för oss att komma in här.
Den andra lagen är att, om du drar en linje från solen till en given planet, kommer linjen att svepa ut lika stora ytor i lika lång tid när planeten rör sig. Tänk på pizza – en smal kil av en stor pizza kan ha samma yta som en bred kil av en liten pizza. Detta beror på att planeter rör sig snabbare när de är närmare solen.
Den främsta anledningen till att banor ritas som ellipser i läroböcker är att demonstrera Keplers andra lag. Om jordens omloppsbana ritades som visas i det korrekt skalade diagrammet skulle det vara omöjligt att se någon skillnad i kilarna.
Detta kan dock ge intrycket av att jordens bana är mycket mer elliptisk än den faktiskt är. Sådana diagram är faktiskt inte fel – de är en överdrift, en sorts matematisk karikatyr som betonar en viktig egenskap.
Även om de gamla grekerna hade fel om att jorden var i centrum av solsystemet, hade de inte långt fel om planeternas banor. Så, om du ska ursäkta ordleken, vi har kommit i full cirkel.
Mer information: Stephen Hughes, A new look at orbits, Physics Education (2024). DOI:10.1088/1361-6552/ad1b21
Tillhandahålls av The Conversation
Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln. 
