2009年9月3日 星期四

數學教學線上-2》彗星的造訪和數學的不解之緣


麥克諾特(C/2006 P1 McNaught)彗星2007年1月23日畫過紐西蘭南島丹尼丁的上空,該彗星彗尾長達3,000萬公里,形成這幅天文奇景。麥克諾特彗星是以發現者澳洲天文學家羅布麥克諾特之姓氏命名。 路透/Dave Curtis[以上照片及文字引用自雅虎奇摩新聞]

還記得大一時,恭逢哈雷彗星(周期彗星表編號:1P/1982 U1 Halley)造訪的盛況,在中央大學的天文台苦守及從望遠鏡中邂逅的日子(其實看起來只像個髒髒的棉花團而已...),如今回想起來仍歷歷在目。今天就順著這個新聞話題來談談數學中的天文學吧!

話說大凡行星繞行太陽時,"皆"遵循著克卜勒行星運動定律。而在行星運動第一定律中,揭櫫了每一個行星都沿各自的橢圓軌道環繞太陽,而太陽則處在橢圓的一個焦點中[此即橢圓定律]。

而說到彗星這東西,相較於行星的運動規律性而言,它可擁有較多的面向:彗星軌道多數是拋物線 ,少數是極為狹長的橢圓或雙曲線,具有橢圓軌道的彗星,周期性地在太陽附近出現。彗星依照軌道週期的長短區分為短週期彗星與長週期彗星兩種(見周期彗星列表),只要週期少於200年者為短週期彗星,反之則為長週期彗星。短週期彗星的軌道大多與黃道面同一平面,而長周期彗星的軌道可以和黃道面成任何夾角,比如百武彗星的夾角約為124度。而拋物線或雙曲線軌道的彗星則被稱為非周期彗星。它們只接近太陽一次。

彗星的軌道還可能會受到行星引 力的影響,改變原來軌道的形狀,尤其是通過行星軌道,非常接近行星的時候。如果由於行星的影響,而使彗星速度加快,則有可能使彗星脫離太陽系;當速度減慢 時,長周期彗星可能會變成短周期彗星;非周期彗星甚至被捕獲,成為周期彗星。也正是由於彗星軌道的奇異特性,致使天文學家一直在爭論他是否是太陽系的一 員。[以上文字有部分引用自維基百科]

在彗星的繞日運動軌道中,就涵蓋了高中時期所學到的三種圓錐曲線。可見這個單元在天文學上的重要性!而根據龍騰版教科書的教師手冊中所載,在1970年以前共有670顆彗星被發現,其中245顆屬於橢圓軌道,295顆屬於拋物線軌道而70顆屬於最稀少的雙曲線軌道。這個比例關係,又似乎與個人在教學情境中,所有學生對此三種曲線的認知程度的人數比例相近...(好巧!)(本篇文章發表於2007/01/26本人另一部落格)

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