科学空间|Scientific Spaces

火星轨迹模拟

由于地球自西向东自转和公转，所以地球上所看到的绝大多数星体都是东升西落的，所以我们把星体在天空中自东向西的运动称为“顺行”，自西向东被称为“逆行”。由于地球和行星的共同运动，地外外行星在“冲”的前后一段时间内会出现“逆行”的现象（地内行星则相反）。而逆行与顺行之间的那一天（应该说那一时刻），就被称为“留”。也就是说，行星“留”过后，行星在天空中的运动方向由顺行变为逆行，或者由逆行变为顺行。

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二体问题的轨道模拟

为了让大家能够查询到“天体力学”方面的内容，同时锻炼我的表达和计算能力，BoJone构思了《方程与宇宙》这个主题，主要是写一些关于使用数学相对深入地讨论一些天文问题。其实我一直觉得，不用公式是无法完美地描述科学的（当然也不能纯公式），我记得霍金的《时间简史》以及《果壳中的宇宙》等之类的书，都力求不用或者尽可能少用数学公式来表达自己的观点。这种模式对于对于公众来说是很好的，但是对于希望深入研究的朋友来说却难以进行。所以我主张：宇宙是算出来的！

这个主题每一个字都是由BoJone敲击出来的，其中包括引用了《天体力学引论》里面的一些内容，以及加入了BoJone个人的一些见解。由于篇幅长及时间有限问题，BoJone打算分若干次撰写发布，并且尽可能写得通俗一点，力求让有一点微积分基础的朋友就可以弄懂。这里首先发布第一部分。由于时间匆忙等原因，可能会出现一些疏忽，欢迎大家挑错！

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站长：Google终究还是退出了中国...当然，我们依旧能够使用它，尽管以后也许对中文的支持不会那么好。但是，值得思考的是，这是Google的RP问题，还是中国的政策问题？

北京时间3月23日凌晨3时零3分，谷歌公司高级副总裁、首席法律官大卫·德拉蒙德德(David Drummond)在一个博客中公开发表声明，宣布停止对谷歌中国搜索服务的“过滤审查”，并将搜索服务由中国内地转至香港。

他表示，登录google.cn的中国内地用户将被自动导向谷歌香港页面，使用服务器设在香港的未经审查的谷歌搜索(Google Search)、谷歌新闻(Google News)和谷歌图片(Google Images)服务。

声明还表示，谷歌公司并不会撤出中国内地，将保留在中国的销售和研发业务，保留未经审查的谷歌地图(Google Maps)等服务。谷歌600名中国雇员的去向仍未确定，他们有可能会被改派。

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二体运动

在上一回的讨论中，我们已经解决了大部分的问题，并且表达了找到r或者$\theta$关于时间t的函数的希望。在最后的内容中，我们做了以下工作：

由(7)得到$\dot{\theta}=h/r^2$，代入(6)得到：
$$\ddot{r} -h^2/r^3=-\frac{\mu}{r^2}\tag{10}$$ 这是一个二阶微分方程，它的解很容易找出，但是这个积分太复杂：
$$\dot{r}\frac{d\dot{r}}{dr}=h^2/r^3-\frac{\mu}{r^2}$$
$\dot{r}d\dot{r}=(h^2/r^3-\frac{\mu}{r^2})dr$，两端积分
$$\dot{r}^2={2\mu}/r-h^2/r^2+K_1\tag{11}$$ $$\Rightarrow {dt}/{dr}=\frac{r}{\sqrt{K_1 r^2+2\mu r-h^2}}$$
$t=\int \frac{r}{\sqrt{K_1 r^2+2\mu r-h^2}}dr$

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圆锥曲线

经过上两回的讨论，我们已经基本摸清了二体问题的运动情况。我们已经找到了二体问题在轨道为椭圆的时候的所有积分，给出了“活力公式”等常用公式的证明，并且留下了一些没有解答的问题。那就是在轨道为抛物线和双曲线时的最后一个积分还没有找出来，现在我们解决这两个问题。其中的关键积分依旧是
$\dot{r}^2={2\mu}/r-{\mu a(1-e^2)}/r^2-\frac{\mu}{a}$——(12)

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自由落体公式-示意图

自由落体的一般定义是：只考虑吸引天体和被吸引天体的引力因素，忽略其他的运动和大气摩擦等因素，物体从静止（相对于吸引天体）开始接近吸引天体的运动。根据这个定义，假设地球为一个均匀球体，半径为r，质量为M，物体从距离地表h高度处自由落下。求落到地面的时间t，或者根据时间t求h。

令s为t时刻物体左右下落的物体与地表的距离，忽略物体的小质量，那么可以列出微分方程：
$$\frac{d^2 s}{dt^2}=-\frac{GM}{(r+s)^2}\tag{1}$$ 并且初始条件是$t=0,s=h,\dot{s}=v=0$

在实际应用中，我们不必求出这道微分方程的精确解，因为这个解极其麻烦，在之前曾经讨论过。我们只需要求出一个有足够精确度的近似解就行。

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文章已经刊登在《天文爱好者》杂志2010年第四期
这是BoJone的第一篇铅字文章！Yeah！
PS:在今年的全国天文奥赛中，BoJone无比地幸运进入了决赛名单。五月中旬，我们将会与众多的天文爱好者相约固原，BoJone期待着...

非同一般的天文奥赛

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gam2010-logo

“同是地球人，共享一片天”（One People, One Sky）

超越2009国际天文年，“2010全球天文月”应运而生。“全球天文月”希望号召全世界各地的人们参与到仰望星空的活动中来，创造更大的共享意识。正如口号说的那样——“同是地球人，共享一片天”（One People, One Sky）。北京天文馆在4月将组织一系列活动，欢迎您的参与。

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