Dezintegrarea orbitală

În astrodinamică , degradarea orbitală este un proces care în timp duce la o scădere treptată a distanței dintre două corpuri orbitante în punctul lor de proximitate maximă ( periapsis ), așa cum sunt descrise orbitele. Corpurile care orbitează pot fi o planetă și satelitul acesteia, o stea și orice corp care orbitează pe ea sau componentele unui sistem binar . Dezintegrarea orbitală poate fi cauzată de o multitudine de efecte mecanice , gravitaționale și electromagnetice . Pentru corpurile aflate pe o orbită terestră joasă , cel mai important efect este fricțiunea atmosferică.

Dacă este necontrolată, decăderea se termină cu sfârșitul orbitei în punctul în care corpul mai mic lovește suprafața corpului primar sau, dacă acesta din urmă are o atmosferă, cu dezintegrarea, explozia sau divizarea sa în bucăți în atmosfera primarului sau, dacă primarul este o stea, cu incinerarea sa din cauza radiației stelare (așa cum se întâmplă pentru comete ) și așa mai departe.

Cauze

Fricțiune atmosferică

Fricțiunea atmosferică la altitudini orbitale se datorează coliziunilor frecvente ale moleculelor de gaz cu satelitul. Este principala cauză a decăderii sateliților care călătoresc pe orbite joase ale Pământului și a reducerii în consecință a altitudinii orbitei satelitului. În cazul Pământului , fricțiunea atmosferică rezultată din reintrarea satelitului poate fi descrisă prin următoarea secvență:

altitudini mai mici → atmosferă mai densă → frecare crescută → căldură crescută → de obicei foc la reintrare

Decăderea orbitală implică, prin urmare, o reacție în lanț în care cu cât orbita se descompune mai mult, cu atât corpul pierde altitudinea și cu cât pierde altitudinea, cu atât mai repede se descompune. Decăderea este, de asemenea, foarte influențată de factori externi care sunt dificil de prezis, cum ar fi activitatea solară . În timpul fazelor maxime solare , atmosfera Pământului dă naștere unei fricțiuni semnificative chiar și cu 100 km mai mare decât fazele solare minime . ^{[ fără sursă ]}

Fricțiunea atmosferică are un efect apreciabil la altitudinile stațiilor spațiale , navetelor spațiale și a altor aeronave cu echipaj care orbitează Pământul, precum și pe sateliții cu orbite relativ mici ale Pământului, cum ar fi Telescopul Spațial Hubble . Stațiile spațiale necesită, de obicei, corectarea periodică a altitudinii pentru a compensa decăderea orbitală. Decăderea orbitală fără control a condus la căderea stației spațiale Skylab din zona de impact prevăzută în timp ce a fost urmată o decădere orbitală controlată pentru stația spațială Mir care a afectat apele Pacificului de Sud .

Corecțiile orbitale periodice sunt, de asemenea, necesare pentru telescopul spațial Hubble, deși cu timpi mai dilatați datorită altitudinii sale mai mari. Dezintegrarea orbitală este un factor limitativ în ceea ce privește intervalul de timp necesar pentru vizitele de întreținere, ultimul dintre acestea fiind realizat cu succes în timpul misiunii STS-125 odată cu lansarea navei spațiale Atlantis la 11 mai 2009. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că cele mai recente telescoape se află pe orbite mult mai înalte sau chiar pe orbite solare, care pot să nu necesite nici un fel de corecție orbitală. ^[1]

Efecte de maree

O orbită poate, de asemenea, să se descompună din cauza fenomenului mareelor , atunci când corpul orbitant este suficient de mare pentru a produce o forță mare semnificativă pe corpul primar și este fie pe o orbită retrogradă, fie sub orbita sincronă . Interacțiunea mareelor rezultată reduce impulsul corpului care orbitează prin transferarea acestuia la rotația corpului primar și scade altitudinea orbitei până când intră în joc fenomenele de frecare.

Exemple de corpuri supuse decăderilor orbitale ale mareelor sunt sateliții de pe Marte , Phobos și Neptun, Triton și exoplaneta TrES-3b .

Valuri gravitationale

Undele gravitaționale sunt un alt mecanism care determină decăderea orbitală. Este neglijabil pe orbitele planetelor și sateliților planetari, dar este apreciat în sistemele de stele degenerate, așa cum a fost găsit prin observarea orbitelor stelelor de neutroni .

Ciocniri de stele

Coliziunile stelare constau în abordarea unui sistem de stele binare atunci când pierd energie. Mai multe cauze au ca rezultat această pierdere de energie, inclusiv forțe de maree , transfer de masă și unde gravitaționale . Pe măsură ce se apropie, stelele descriu o cale spirală . Acest lucru determină uneori cele două stele să fuzioneze sau să creeze o gaură neagră . În acest din urmă caz, ultimele revoluții ale stelelor unul în jurul celuilalt durează doar câteva secunde. ^[2]

Concentrația masei

Chiar dacă nu este o cauză directă a decăderii orbitale, o distribuție inegală a maselor (cunoscută sub numele de mascon ) a corpului primar poate perturba în timp orbita și, în cazuri extreme, o poate face extrem de instabilă. Instabilitatea sa poate da naștere unei orbite căreia i se aplică una dintre cauzele directe ale decăderii orbitale.