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关于 N 体系统的更多信息

N 体系统

每一对天体都按牛顿定律互相吸引。PictorX 在每一步都在三维空间中积分这个加速度,因此你可以看到一颗绕恒星运行的行星、卫星、双星、八字形、1:2:4 共振、引力弹弓、抛射、特洛伊小行星,或一个会合并并把天体抛出的星团。拖动可旋转视图。 拖动可在 3D 中旋转视图。右键拖动、按住 Shift 拖动或双指拖动可平移,滚动或双指捏合可缩放。点击天体可画出其轨道,并查看偏心率、倾角和周期。双击可让整个系统适配画面。读数会跟踪能量和角动量。

它是如何运作的

  1. 打开本页。两颗恒星已经在互相绕转,一颗行星绕着它们两个运行,每个天体都拖着一道发光的轨迹。
  2. 选择一个收藏,或拖动在 3D 中旋转视图、滚动缩放。点击天体可查看其偏心率、倾角和速度。
  3. 打开速度箭头或引力图,观察能量和角动量,然后保存为 PNG。

每一对天体之间的力

每个天体的加速度等于 G 乘以对所有其他天体的求和:质量乘以两者之间的矢量,再除以距离的三次方。这是唯一的规则。这里 G 为 1,太阳质量为 1000,因此质量为 1 的木星大致符合真实的质量比。距这个太阳 r 处的圆轨道速度是 1000/r 的平方根,周期遵循开普勒第三定律。

嵌套轨道、共振与拉格朗日点

行星加卫星就是同时存在的两个圆:卫星绕行星转,而这一对又绕恒星转。“共振”收藏让木卫一、木卫二和木卫三以 1:2:4 的周期运行。特洛伊小行星位于等边点 L4 和 L5 附近,在巨行星前后各六十度,并一直停留在那里。

引力弹弓、抛射与星团

一个轻探测器从运动中的巨行星后方掠过,离开时可能比到来时更快。这就是引力弹弓。在“抛射”收藏中,一个闯入者落入双星,经过一段混沌的舞蹈后沿逃逸轨道离开。星团把几十个天体放进同一个势阱。有的合并,有的被抛出。轨迹画出了螺旋。

常见问题

每一步积分的是什么方程?

天体 i 的加速度等于 G 乘以对其他天体的 mⱼ (rⱼ − rᵢ) / |rⱼ − rᵢ|³ 求和。一个小的软化长度可防止正面碰撞时除以零。每一步是速度 Verlet:踢、漂移、踢。

为什么能量和角动量几乎不变?

系统内部的引力是保守的中心力,所以两者都守恒。读数显示的是相对初始值的漂移。合并是非弹性的,所以两个天体合并时星团的能量会改变。

什么是引力弹弓?

在巨行星的参考系中,探测器进入和离开时的速度大致相同,但方向改变了。回到太阳的参考系,这次转向就可能增加速度。“引力弹弓”收藏使用了比真实木星更重的巨行星,让弯曲更容易看清。

可以旋转视图吗?

可以。拖动画面可在 3D 中旋转它,也可以在“视图”中选择“斜角”“从上方”或“侧向”。右键拖动、按住 Shift 拖动或双指拖动可平移。画面获得焦点时,方向键也能旋转它。

会上传任何内容吗?

不会。模拟在你浏览器中的画布上运行。“保存”会下载 PNG,“编辑”会在 PictorX 编辑器中打开该图像。

准备好尝试了吗?

在浏览器中打开 PictorX — 无需安装,无需信用卡即可启动。

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