3天体の運動 ~3体問題の予測のできない運動を楽しもう~
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星A
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星C
初速度:
オイラー解
ラグランジュ解
8の字解 [1]
説明:
3天体の運動を楽しむページです。
引力をお互いの及ぼし合いながら運動する3つの天体の運動の問題は,3体問題と呼ばれています。3体問題は数学的な解析解が得られない難問として知られていますが,時間を少しずつ進めながら運動方程式を数値的に解くことはできます。
ここでは,同じ質量の3天体が万有引力を及ぼし合いながら運動する様子を計算して表示します。運動は簡単のために一つの平面内に限定して,運動方程式を4次のルンゲ・クッタ法と呼ばれる方法で解いています。また,天体を自由にコントロールできるようにしています。それでは,いろいろと試しながら,3つの天体の複雑な運動を楽しんでみましょう。
なお,高精度での計算に配慮していますが,計算桁数や計算時間の制限により誤差を0にはできません。例えば,正三角形の対称な動きでも,わずかな計算誤差の積み重ねで対称性は崩れてしまいます。いったん崩れると予測不能な運動に移行しますが,それだけわずかな変化によって結果が大きく変わるデリケートな運動となります。また,天体同士が極端に接近すると計算誤差が大きくなりますので,そのような場合は衝突したとして計算をストップさせています。
●「*Start/Stop*」ボタンで時間を進めたり止めたりすることができます。
●「Fast/Slow」ボタンで時間の進行の速さを変えることができます。
●「Strobo」ボタンで軌道のかたちをみることができます。
●「Reset」ボタンで最初の状態に戻すことができます。
●コントロールのチェックボックスで天体を選び,速度ベクトル付近をドラッグすることで速度をコントロールして新たな場合を試すことができます。天体が衝突した場合は,計算がストップします。
●「Fix」ボタンで重心を中央に移動し重心系を固定することができます。
●画面右下のスライドバーで表示画面のスケールを変えることができます。
●下部の「初速度」スライドバーで3天体の初速度を変えることができます。
●右下部のラジオボタンでオイラー解の例,ラグランジュ解の例,シモ[1]らによって発見された8の字解を選ぶことができます。初めはラグランジュ解が選ばれています。
[1] Sim´o C 2002 Dynamical properties of the figure eight solution of the three-body problem Celestial mechanics: Dedicated to Donald Saari for his 60th Birthday. Contemporary
Mathematics 292 (Providence, R.I.: American Mathematical Society) pp 209–228
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