Что такое Орбита Солнечной системы? История, типы и многое другое

Орбита состоит из траектории, которую объект в Солнечной системе имеет вокруг другого, такого как, например, все планеты вокруг Солнца, В следующей статье мы узнаем больше о том, из чего состоят орбиты. Орбиты Солнечной системы и во многом другом.

В области физики определение орбиты состоит из траектории, по которой физический объект относится вокруг другого, когда он находится под влиянием мощной центральной силы, такой как гравитация.

история

Он начинается с большого математического вклада Иоганна Кеплера, который должен был быть человеком, который сформулировал великие результаты 3 законов планетарного движения, сделанных им самим, а именно:

• 1-й закон движения планет Клепера: Именно здесь он указал, что орбиты всех планет Солнечной системы становятся эллиптическими и что они не являются круговыми или, в противном случае, эпициклами, как считалось ранее, и что Солнце находится в одном из его фокусов, а не как все остальные. думает, что находится в центре орбит планет.

• Второй закон Клепера движения планет: Именно там он описывает, что орбитальная скорость каждой из планет не является частой, как также считалось, но что скорость планеты будет зависеть от вида пути между планетой и Солнцем.

• 3-й закон движения планет Клепера: Именно здесь Кеплер нашел своего рода универсальную корреляцию между орбитальными свойствами каждой из планет, обращающихся вокруг Солнца.Для каждой из планет путь между ней и Солнцем в кубе (Расстояние ³), обычно измеряется в астрономических единицах, точно так же, как и в случае квадрата периода планеты (Период планеты ²), который измеряется в земных годах.

Знаменитый Исаак Ньютон был человеком, который показал, что законы великого Иоганна Кеплера произошли из ньютоновской теории тяготения и что вообще орбиты каждого из тел, реагирующих на силу тяготения, имели коническое сечение.

Таким образом, сам Исаак Ньютон также указал, что 2 тела продолжают двигаться по своим орбитам с размерами, которые обычно обратно пропорциональны их соответствующим массам относительно того, что является их обычным центром масс. Когда одно тело становится намного больше и имеет большую массу, чем в случае другого, делается своего рода соглашение, согласно которому центр каждой из масс принимается за центральную точку тела с гораздо большей массой. больше или больше.

Через знание орбит мы можем узнать, например, о Movimientos de la Tierra, вот почему важно знать Что такое орбита? и все, что с этим связано.

Планетарные орбиты

Что представляет собой планетная система, состоящая из:

• Планеты
• Карликовые планеты
• Астероиды
• кометы
• Космический мусор

Все они вращаются вокруг самой большой главной звезды в нашей Солнечной системе, то есть Солнца.Например, случай кометы, которая находится на орбите, называемой параболической или также известной как гиперболическая, вокруг главной или центральной звезды, которая была бы Солнце не имеет гравитационной связи с указанной звездой и поэтому не будет рассматриваться как часть этой планетной системы главной звезды.

Кометы с явно гиперболическими орбитами в Солнечной системе не визуализировались. Тела, гравитационно связанные с каждой из планет планетной системы, будь то искусственные или естественные, совершают вокруг планеты так называемые эллиптические орбиты.

Из-за двусторонних гравитационных возмущений эксцентриситеты каждой из планетных орбит имеют тенденцию различаться с годами. Планета Меркурий, самая маленькая планета во всей Солнечной системе, имеет гораздо более эксцентричную орбиту, чем остальные. Следующим идет Марс, Красная планета, в то время как другие планеты с меньшим эксцентриситетом становятся:

• планета венера
• планета нептун

В момент, когда 2 объекта выходят на орбиту между ними, так называемый периастр состоит из начального экстремума, в котором оба объекта будут ближе друг к другу, а в случае так называемого апоастра это когда оба объекта как можно дальше друг от друга.

В случае эллиптической орбиты центральная точка масс системы между объектом, находящимся на орбите, и объектом, являющимся орбитальным аппаратом, расположена в одном из фокусов любой орбиты, и между ними нет ничего другого.

В тот момент, когда одна из планет приближается к так называемому периастру, то планета увеличивает свою скорость. Наоборот, когда планета приближается к своему апоастро, то она снижает интенсивность своей скорости.

Интуитивное объяснение

Есть несколько способов объяснить, что такое функционирование орбиты, некоторые из них следующие:

• Когда объект (Планета, астероид, комета, спутник и т. д.) движется наклонно, он падает на другой орбитальный объект. Однако он движется так быстро, что кривизна указанного объекта на орбите всегда будет ниже его.

• Мощная сила, такая как гравитация, отвечает за то, что объект тянется на криволинейное расстояние, пытаясь удержать его в движении по прямой линии.

• Когда объект падает, он перемещается с одной стороны так быстро, потому что у него есть необходимая тангенциальная скорость, чтобы он мог избежать орбитального объекта.

Одним из наиболее часто используемых примеров для иллюстрации орбиты вокруг планеты является каньон Ньютона. Для этого примера мы представим пушку, расположенную на вершине горы, которая будет стрелять пушечными ядрами, имеющими горизонтальную форму.

Потребуется, чтобы гора не имела очень большой высоты, чтобы избежать того, что является земной атмосферой, и таким же образом иметь возможность игнорировать эффекты, вызванные трением о пушечное ядро.

Если бы эта пушка выстрелила шаром с низким начальным классом скорости, траектория этого шара искривилась бы и столкнулась с земной поверхностью (А). Увеличивая начальную скорость, пушечное ядро ​​столкнется с земной поверхностью, но на этот раз на гораздо большем расстоянии от пушки (B), поскольку хвост тем временем опускается, земная поверхность также будет искривляться.

Эти движения технически определяются как орбиты, потому что они описывают своего рода эллиптическое направление вокруг центра тяжести, которое, однако, прерывается в момент столкновения с планетой Земля. Если бы пушечное ядро ​​было выпущено с высокой скоростью, земля достаточно искривилась бы при падении ядра таким образом, что оно никогда не столкнулось бы с поверхностью земли.

Надо сказать, что он движется по орбите без каких-либо перерывов или пересечений. Таким образом, мы можем подчеркнуть, что существует определенная скорость, которая будет производить круговую орбиту (C) для каждой из высот выше центральной точки гравитации.

Если скорость детонации значительно превысит эту скорость, то будут созданы эллиптические орбиты (D). При гораздо большей скорости она называется скоростью убегания, которая опять же будет зависеть от класса высоты, с которой происходит детонация шара, для чего вызывается бесконечная орбита (Е), во-первых, параболического класса и значительно более быстрая, чем гиперболическая сорт.

В случае 2-х классов бесконечных орбит в результате объекту удается уйти от того, что является гравитацией планеты, и он уходит в космос без какого-либо направления.

Анализ орбитального движения

Мы собираемся провести анализ относительно того, что такое орбитальное движение Солнечной системы, начиная с известной классической теории Исаака Ньютона, затем мы перейдем к релятивистской теории Эйнштейна, а затем перейдем к анализу орбит в Солнечной системе. Ньютоновский случай и Орбиты в релятивистском случае.

Классическая теория орбиты Исаака Ньютона

Для типа системы, состоящей всего из двух тел, на которые действует только сила тяжести, орбиты могут быть рассчитаны с помощью хорошо известных законов Ньютона и, таким же образом, с помощью закона всемирного тяготения Эйнштейна: сумма всех сил будет равно произведению массы на скорость.

Гравитация, как правило, пропорциональна произведению каждой из масс и обратно пропорциональна квадрату пути (этот тип расчета игнорирует все минимальные эффекты, такие как форма, а также размеры каждого из них). тел, которые обычно не имеют значения, если эти тела вращаются на гораздо большем расстоянии по сравнению с их собственными размерами, и таким образом можно игнорировать релятивистские эффекты, которые также очень малы в общих условиях Солнечной системы) .

Для выполнения каждого из вычислений удобно иметь возможность описать, что такое движение, в системе координат, ориентированной на то, каков центр тяжести системы. Если одно из тел становится намного больше другого, центр тяжести обычно совпадает с типом центра тела, которое намного тяжелее, поэтому можно сделать вывод, что более легкое тело вращается вокруг самого тяжелого.

Теория Исаака Ньютона состоит из той, которая объявляет, что в задаче двух тел орбита одного тела становится своего рода коническим сечением. Орбита может быть даже открытой, если указанный объект никогда не вернется, или если она станет замкнутой, в случае возвращения этого объекта все будет зависеть от общей суммы кинетической энергии, а также потенциала системы, который он оказывает на планетарный объект.

Релятивистская теория Эйнштейна

Хорошо известно, что релятивистская теория находится в большом противоречии с ньютоновской теорией тяготения, так как в первой имеет место действие мгновенного пути. Эта и многие другие причины побуждали самого Эйнштейна искать более общую теорию, известную как общая теория относительности, которая обычно включает своего рода правильное релятивистское представление о том, что такое гравитационное поле.

В этой теории состояние массы, обнаруженной в космическом пространстве, будет искривлять пространство-время таким образом, что его геометрия перестает быть евклидовой, даже если она продолжает оставаться более или менее евклидовой, если указанные массы и скорости каждого из тел приходят к принятию некоторых значений, подобных тем, которые визуализируются в нашей Солнечной системе.

Так называемые планетарные орбиты обычно не являются строго коническими сечениями, а скорее являются геодезическими кривыми, т. е. своего рода линиями малой кривизны, на чем и заключается искривленная геометрия пространства и времени. Эта теория не становится линейной, обычно это вопрос выполнения с ней вычислений, например, чтобы иметь возможность получить результат задачи о двух телах с одинаковыми массами.

Еще одна вещь, которую мы можем узнать, касается Спутники Юпитера, как они называются, каковы их орбиты и многое другое о них.

Однако в случае планетных систем, таких как наша Солнечная система, где центральная звезда, которой является Солнце, обычно намного массивнее, чем в случае остальных планет, поэтому искривление пространства/времени, совершающееся в сторону Солнце, это по сравнению с другими планетами, и таким образом мы можем предположить, что все другие объекты, следовательно, менее массивны и что они движутся в соответствии с геодезической геометрией, искривленной самим Солнцем.

В случае значений, присутствующих в нашей Солнечной системе, количественные результаты того, что представляет собой Теория Эйнштейна, примерно очень близки в численном выражении к тому, что представляет собой Теория Ньютона, то есть Теория Ньютона, поэтому это приводит к тому, что она оправдана для наиболее практических целях использовать ньютоновскую теорию, которая обычно намного проще в вычислительном отношении.

Однако ньютоновская теория до сих пор не смогла объяснить некоторые типы фактов, которые были решены с помощью собственной релятивистской теории Эйнштейна, в том числе то, каков эффект продвижения перигелия, особенно планеты Меркурий, которым она управляла. быть объясненным с превосходным приближением релятивистской теорией Альберта Эйнштейна, однако это невозможно с точки зрения теории Ньютона.

Орбиты в ньютоновском случае

Для анализа того, что представляет собой движение массы под действием большой силы, которая все время движется от фиксированной исходной точки, полезнее всего использовать координаты полюсов, начало которых совпадает с началом ее начала. сам центр силы. В этой системе координат радиальная и поперечная составляющие следующие:

Ввиду того, что эта сила является полностью радиальной и что ускорение, в свою очередь, пропорционально этой силе, отсюда следует, что поперечная скорость становится равной (0) нулю.

Что приводит к: 

После интеграции будет получено следующее:

,

что является своего рода теоретическим доказательством того, что такое 2-й закон Кеплера. Константа интегрирования I становится угловым шансом на единицу массы. Согласно которому,

Где добавлена ​​переменная:

 

Радиальная сила становится равной f(r), умноженной на единицу._r, после исключения переменной времени из радиальной составляющей указанного уравнения, которое получается,

В случае гравитации универсальный закон гравитации, выработанный Исааком Ньютоном, гласит, что сила становится обратно пропорционально квадрату траектории,

Где (G) становится постоянной всемирного тяготения, (m) — масса вращающегося тела, а (M) — масса центрального тела. Подставляя в уравнение выше, мы получаем,

В случае гравитационной силы понятие в правой части указанного уравнения станет своего рода константой, и, в свою очередь, уравнение станет напоминать гармоническое уравнение. Уравнение, составленное для орбиты, описываемой частицей, состоит из следующего:

Где р, е и θ₀ становятся константами интегрирования,

Если параметр (e) становится меньше 1, то (e) становится эксцентриситетом, а (a) становится большой полуосью эллипса. В общем случае его можно признать уравнением конического сечения в координатах полюсов (r, θ).

Орбиты в релятивистском случае

Теперь, в случае релятивистской теории, проблема двух тел может быть решена даже с помощью того, что является решением Шварцшильда, для которого гравитационное поле устанавливается одним телом с классом сферической симметрии. Планетарная орбита в пространстве-времени становится геодезической собственной метрики Шварцшильда.

Полученная орбита будет иметь, исходя из своего рода геодезической ее метрики Шварцшильда, эквивалент, которому частица заметит очень эффективную радиальную скорость, определяемую следующим образом:

Где он разбит следующим образом:

• г с Это постоянная всемирного тяготения, а также скорости света.

• r, становится радиальной координатой Шварцшильда.

• l, - орбитальный угловой момент планеты на единицу массы.

Константы движения связаны с энергией и угловым моментом, а именно:

Уравнение движения делает замену u = 1/r, как и в классическом случае, где она выглядит следующим образом:

Для каждой из планет Солнечной системы релятивистская поправка, которую дает 3-й член 2-го члена, обычно минимальна по сравнению с остальными членами. Для демонстрации всего этого удобно разместить тип безразмерного параметра, который будет иметь вид: ∈ = 2 (GM/cl)² и сделав новый обменный курс переменной ū = ul² / GM с каким уравнением движения можно переписать следующим образом:

Где:

Для планеты Меркурий параметр _∈ состоит из максимума и значения, которое достигается от е = 5,09. 10 ^-8.

Однако минимум указанного члена означает, что релятивистские поправки — это те, которые производят только небольшие поправки, и по той же причине теория Ньютона, которую называют ньютоновской, дает такие хорошие приближения к тому, что представляет собой Солнечная система. Ищем каждый из корней функции ƒ (ū), где учитывается минимум указанного параметра, а именно:

В случае планетарных орбит их можно установить в ū₁ < у < у₂ случай u > ū₃ что исключается, поскольку отсюда следует, что частица упадет на Солнце ū → ∞. Решение уравнения дается следующим образом:

Этот вид интеграла можно свести к эллиптическому интегралу, заменив переменную v = ū₁ + 1/т², примет вид:

куда² = 1/(ū₂ - или₁), б² = 1/(ū₃ - или₁). Используя одну из так называемых эллиптических функций Якоби, интеграл можно дополнить следующим образом: ∈ ^1/2 θ = бит ^-1 (t/a) с модулем, определяемым выражением k = √ b/a, используя результат этого типа для уравнения орбиты, которое можно получить:

Где:

K² = 2 e∈ + XNUMX (e²), становится модулем всех эллиптических функций Якоби для орбиты. Если ∈ = 0, это означает, что A = 1 – e, B = 2e, n = ½, k = 0 и в этом случае орбита планеты полностью сводится к случаю классической ньютоновской теории:

Что это своего рода эллипс эксцентриситета e. Однако релятивистская орбита обычно не является периодической, а представляет собой квазиэллипс, который плавно вращается вокруг Солнца Это известно как смещение перигелия, которое обычно гораздо более выражено, особенно для планеты Меркурий.

Из того, что является решением предыдущих уравнений, перигелий возникает при θ = K/n, а следующее значение, для которого дано, становится θ = 3 K/n, где k составляет ¼ периода, который возникает, поэтому это эллиптический интеграл 1-го полного вида, для которого между 2 перигелиями угол поворота становится не 2 π, а классом количества, который немного больше, чем:

Для случая планеты Меркурий с ∈ = 5, 09. 10^-8 ход указанного перигелия удается составить около 41.07” за столетие, вообще его период составляет около 88 дней, что обычно является экспериментальным значением 42.98” за столетие. Именно такого рода согласие обеспечило первоначальный большой успех теории, который принес ей широкое всеобщее одобрение.

Есть много экспертов в этой области, которые продолжают полемику о том, что является Статья с научным раскрытием Солнечной системы, где в основном установлена ​​орбита Солнечной системы и каждого из объектов, ее составляющих.

Орбитальный период

Так называемый орбитальный период состоит из продолжительности, в течение которой космический объект или планета может полностью пройти свою орбиту (когда мы говорим об объекте, мы имеем в виду планеты, луны, спутники и т. д.). Существуют разные классы орбитальных периодов для этих планет или объектов, находящихся вокруг Солнца:

• Первый: звездный период

Первый — это сидерический период, который состоит из времени, которое требуется объекту для завершения своей орбиты вокруг Солнца относительно спутников или звезд. Этот тип периода считается истинным объектом.

• Второй: синодический период

Второй состоит из синодического периода, который представляет собой время, которое потребуется объекту, чтобы снова появиться в начальной точке пространства по отношению к главной звезде, то есть Солнцу, если смотреть на него с планеты Земля. Этот тип периода представляет собой период времени между двумя непрерывными сближениями, и мы также можем сказать, что это фиктивный период обращения указанного объекта. Этот период отличается от первого тем, что Земля тоже вращается вокруг Солнца.

• Третий: драконитский период

Драконитский период состоит из времени, за которое один и тот же объект дважды проходит через восходящий узел, который является точкой его орбиты, пересекающей эклиптическую орбиту из части южного полушария на север. Этот тип периода отличается от первого звездного периода тем, что линия конкреций обычно меняется медленно.

• Четвертый: аномальный период

Четвертый - аномалистический период, который состоит из времени, которое потребуется для того, чтобы один и тот же объект дважды прошел через область своего перигелия, которая является ближайшей точкой к Солнцу.Этот четвертый период отличается от первого периода из-за тот факт, что более крупные узелки также медленно изменяются.

• Пятый: тропический период

5-й - о тропическом периоде, который состоит из времени, которое потребуется для того, чтобы один и тот же объект дважды прошел через область прямого восхождения нуля (2). Обычно он немного короче, чем в случае первого звездного периода, из-за прецессии так называемых равноденствий.

Геометрические параметры орбиты

Параметры, необходимые для определения орбиты, представляют собой так называемые элементы орбиты, использующие тип двухмассовых моделей, которые подчиняются законам движения Исаака Ньютона. Итак, существует около 2 типов основных основных параметров, они также известны как элементы Кеплера, которые чествуют знаменитого физика Кеплера и состоят из следующего:

• Первый параметр: Длина восходящего узла = ( Ω )

• Эль-Сегундо параметр: Шаг = ( я )

• Третий параметр: Аргумент от перигелия = ( ω )

• Четвертый параметр: Большая полуось = ( а )

• Пятый параметр: Эксцентриситет = ( е )

• Шестой параметр: Средняя аномалия эпохи = ( M_o )

С другой стороны, другие орбитальные элементы, которые используются в дополнение к вышеперечисленным, это:

• Истинная аномалия = (v)

• Малая полуось = (b)

• Линейный эксцентриситет = (∈)

• Эксцентрическая аномалия = (E)

• Истинная длина = (л)

• Орбитальный период = (T)

Типы орбит

Мы собираемся наблюдать, какие типы орбит существуют в Солнечной системе, которые подразделяются на 2 основных:

• По своим характеристикам.

• Для его Центрального органа.

По характеристикам

В случае классификации по характеристике выделяют около 14 типов:

• Круговая орбита

• Эклиптическая орбита

• Эллиптическая орбита

• Очень эллиптическая орбита или очень эксцентричная орбита

• Кладбищенская орбита

• Трансферная орбита Хомана

• гиперболическая траектория

• Наклонная орбита

• параболическая траектория

• Захват орбиты

• Спасательная орбита

• Полусинхронная орбита

• Подсинхронная орбита

• Синхронная орбита

Центральным органом

В случае 2-й классификации это распределяется по 3 классам орбит, а именно:

• Орбиты Земли

• Марсианские орбиты

• Лунные орбиты

• Солнечные орбиты

Земные орбиты

В случае наземных орбит существует около 12 классов орбит, а именно:

• Геоцентрическая орбита

• Геосинхронная орбита

• Геостационарная орбита

• Геостационарная переходная орбита

• Низкая околоземная орбита

• Средняя околоземная орбита

• Молния орбита

• Околоэкваториальная орбита

• лунная орбита

• полярная орбита

• Гелиосинхронная орбита

• Тундровая орбита

Марсианские орбиты

В случае марсианских орбит существует только 2 класса орбит:

• Ареосинхронная орбита

• Аэростационарная орбита

лунная орбита

В случае Лунной орбиты есть только 1, а именно:

• лунная орбита

В случае, если вы не знаете, что такое Movimientos de la Luna, Вы можете открыть его, чтобы узнать, что такое лунная орбита и как она устанавливается.

Солнечная орбита

В случае с солнечной орбитой, так же как и с лунной, есть только 1, то есть:

• Гелиоцентрическая орбита