Excentricitate orbitală

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Diverse traiectorii orbitale cu diferite excentricități

În astrodinamică , sub ipotezele standard, fiecare orbită trebuie să aibă forma unei secțiuni conice . Excentricitatea acestei secțiuni conice, numită excentricitatea orbitei sau excentricitatea orbitală , este un parametru important pentru definirea absolută a formei sale circulare ca sferă perfectă.

Excentricitatea poate fi considerată ca măsura distanței orbitei de la un cerc .

Definiție

e = 0
e = 0,5
Orbitele într-un sistem de două corpuri cerești pentru două valori diferite ale excentricității ( e ). (+ este centrul de greutate )

Încă sub ipotezele standard, excentricitatea orbitală ( ) este strict definit pentru toate orbitele circulare , eliptice , parabolice , hiperbolice și este valabil:

Excentricitatea, indiferent de tipul orbitei, este dată de

unde E este energia orbitală totală, L este impulsul unghiular , m rid este masa redusă și α coeficientul forței centrale care merge cu pătratul distanței : de exemplu gravitația sau electrostatica în mecanica clasică .

De exemplu, pentru forța gravitațională

formula pentru excentricitate devine:

unde ε este energia orbitală specifică ( energia totală împărțită la masa redusă), μ constanta gravitațională planetară pe baza masei totale și h momentul unghiular specific (moment unghiular împărțit la masa redusă).

Calcul

Excentricitatea unei orbite poate fi calculată pornind de la vectorii de stare ca valoare absolută a vectorului de excentricitate :

unde este , este vectorul de excentricitate.

Pentru orbitele eliptice se poate calcula și ca distanța dintre apoaxis și periaxis de la r p = a (1 - e ) și r a = a (1 + e ) , unde a este axa semi-majoră .

unde este:

  • este raza pericentrului,
  • este raza apocentrului.

Exemple

Excentricitatea obiectelor sistemului solar
Obiect excentricitate
Triton 0,00002
Venus 0,0068
Neptun 0,0086
Teren 0,0167
Titan 0,0288
Uranus 0,0472
Jupiter 0,0484
Saturn 0,0541
luna 0,0549
Ceres 0,0758
4 Vesta 0,0887
Marte 0,0934
10 Hygiea 0,1146
Makemake 0,1559
Haumea 0,1887
Mercur 0,2056
2 Pallas 0,2313
Pluton 0,2488
3 Juno 0,2555
324 Bamberg 0,3400
Eris 0,4407
Nereidă 0,7507
Sedna 0,8549
Cometa lui Halley 0,9671
Cometa Hale-Bopp 0,9951
Cometa Ikeya-Seki 0,9999
C / 1980 E1 Bowell 1.057
1I / 'Oumuamua 1,20 [1]
2I / Borisov 3,5 [2]

Excentricitatea orbitei Pământului este în prezent de aproximativ 0,0167 și este aproape circulară. Venus și Neptun au excentricități chiar mai mici. Pe parcursul a sute de mii de ani, excentricitatea orbitei Pământului variază de la aproape 0,0034 până la aproape 0,058 datorită atracțiilor gravitaționale cu alte planete . [3]

Tabelul din dreapta arată excentricitățile orbitale ale tuturor planetelor și planetelor pitice și ale unor asteroizi, comete și sateliți naturali. Mercurul are cea mai mare excentricitate orbitală a oricărei planete din sistemul solar ( e = 0,2056). Această excentricitate este suficientă pentru ca Mercur să primească de două ori iradierea solară la periheliu decât la afeliu. Înainte de retrogradarea din statutul planetei în 2006, Pluto era considerată planeta cu cea mai excentrică orbită ( e = 0,248). Alte obiecte trans-neptuniene au o excentricitate semnificativă, mai ales planeta pitică Eris (0,44). Mai mult, Sedna are o excentricitate extrem de mare de 0,855, cu un afeliu la 937 UA și un periheliu la aproximativ 76 UA.

Majoritatea asteroizilor din sistemul solar au excentricități orbitale între 0 și 0,35 cu o valoare medie de 0,17. Excentricitățile lor relativ ridicate se datorează probabil influenței lui Jupiter și a coliziunilor din trecut.

Valoarea orbitei lunare este 0,0549; este cea mai excentrică orbită dintre marii sateliți ai sistemului solar. Cele patru luni galileene au o excentricitate <0,01. Cea mai mare lună din Neptun, Triton , are o excentricitate de 1,6 × 10 -5 (0,000016), cea mai mică excentricitate a oricărui satelit cunoscut din sistemul solar; orbita sa este aproape un cerc perfect. [4] Cu toate acestea, lunile mai mici, în special lunile neregulate , pot avea o excentricitate ridicată, cum ar fi cea de-a treia lună ca mărime a lui Neptun, Nereida (0,75).

Cometele au valori de excentricitate foarte diferite. Cele periodice au excentricități în majoritate între 0,2 și 0,7, [5] dar unele dintre ele au orbite eliptice extrem de excentrice cu excentricități chiar sub 1, de exemplu, cometa Halley are o valoare de 0,967. Cometele non-periodice urmează orbite aproape parabolice și, prin urmare, au excentricități și mai apropiate de 1. Exemplele includ cometa Hale-Bopp cu o valoare de 0,995 și cometa McNaught cu o valoare de 1,000019. Deoarece valoarea lui Hale-Bopp este mai mică de 1, orbita sa este eliptică și, prin urmare, va reveni. Cometa McNaught are o orbită hiperbolică sub influența planetelor, dar este încă legată de Soare cu o perioadă orbitală de aproximativ 105 ani. Într-o eră a anului 2010, cometa C / 1980 E1 Bowell are cea mai mare excentricitate din orice cometă hiperbolică cunoscută, cu o excentricitate de 1,057 și va părăsi în cele din urmă sistemul solar. [6]

1I / 'Oumuamua este primul obiect interstelar observat în timp ce trece prin sistemul solar. Excentricitatea sa orbitală de 1,20 indică faptul că „Oumuamua nu a fost niciodată legat gravitațional de soarele nostru. A fost descoperit la 0,2 UA de pe Pământ și are un diametru de aproximativ 200 de metri. Are o viteză interstelară (viteza la infinit) de 26,33 km / s.

Exoplanete

Majoritatea multor exoplanete descoperite au o excentricitate orbitală mai mare decât planetele din sistemul nostru planetar. Exoplanetele găsite cu excentricitate orbitală scăzută (orbite aproape circulare) sunt foarte aproape de steaua lor și se află în rotație sincronă în jurul ei. Toate cele opt planete din sistemul solar au orbite aproape circulare, exoplanetele descoperite arată că sistemul solar, cu excentricitatea sa neobișnuit de scăzută, este foarte rar. [7]

O teorie atribuie această excentricitate scăzută numărului mare de planete din sistemul solar; un altul sugerează că a apărut datorită centurilor sale unice de asteroizi . Au fost găsite câteva alte sisteme multiplanetare, dar niciunul nu seamănă cu sistemul solar, planetele având orbite aproape circulare. Sistemele solare planetesimale includ centura principală , familia Hilda , centura Kuiper , norul Hills și norul Oort . Multe dintre sistemele de exoplanetă descoperite nu au un sistem planetesimal și nu sunt sisteme foarte mari. O excentricitate scăzută este necesară pentru locuința planetară , în special pentru viața complexă. [8] Este probabil ca, pe măsură ce multiplicitatea unui sistem crește, excentricitatea orbitală scade în general, favorizând habitabilitatea planetară. [9] Marea ipoteză a virajului ajută și la înțelegerea orbitelor aproape circulare și a altor caracteristici unice ale sistemului solar. [10] [11] [12]

HD 20782 b este planeta cu cea mai excentrică orbită cunoscută, cu e = 0,97. Are o semi-axă majoră de 1,38 UA, totuși distanța sa de stea variază de la doar 0,1 UA când se află în periastro , la 2,6 UA când trece prin apoaster.

Notă

  1. ^ 'Oumuamua nu a fost niciodată legat de Soare.
  2. ^ 2I / Borisov nu a fost niciodată legat de Soare.
  3. ^ Grafic al excentricității orbitei Pământului Berger și Loutre (1991)
  4. ^ David R. Williams, Neptunian Satellite Fact Sheet , la nssdc.gsfc.nasa.gov , NASA.
  5. ^ John Lewis, Fizica și chimia sistemului solar , Academic Press, 2012, ISBN 9780323145848 .
  6. ^ JPL Small-Body Database Browser: C / 1980 E1 (Bowell) , la ssd.jpl.nasa.gov .
  7. ^ Excentricite orbitale , la http://exoplanets.org/ .
  8. ^ Peter Ward, Donald Brownlee, Pământul rar: de ce viața complexă este mai puțin frecventă în univers , Springer, 2000, pp. 122 -123, ISBN 0-387-98701-0 .
  9. ^ MA Limbach; EL Turner, Exoplanet orbital excentricity: multiplicity relation and the Solar System , în Proc Natl Acad Sci SUA , vol. 112, nr. 1, 2015, pp. 20–4, DOI : 10.1073 / pnas.1406545111 , PMID 25512527 , arXiv : 1404.2552 .
  10. ^ Elizabeth Zubritsky, Jupiter's Youthful Travels Redefined Solar System , la nasa.gov , NASA .
  11. ^ Ray Sanders, Cum a modelat Jupiter sistemul nostru solar? , pe universetoday.com , Universe Today .
  12. ^ Charles Q. Choi, migrația „zdrobitoare” a lui Jupiter poate explica sistemul nostru solar ciudat , pe space.com , Space.com .

Elemente conexe

linkuri externe

Astronomie Portalul astronomiei : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de astronomie și astrofizică