Orbita podkowa - Horseshoe orbit
W mechanice niebieskich , A orbity podkowy, to rodzaj ko-orbitalnego ruchu małego orbitalnego ciała w stosunku do większej masie krążącej. Osculating (chwilowa) Okres orbitalny mniejszych szczątków ciała bardzo blisko, że większego ciała, a jeśli jego orbita jest trochę bardziej ekscentryczny niż większego ciała, podczas każdego okresu wydaje się prześledzenie elipsę wokół punktu na orbita większego obiektu. Jednak pętla nie jest zamknięta, ale dryfuje do przodu lub do tyłu, tak że punkt, który okrąża, wydaje się poruszać płynnie po orbicie większego ciała przez długi czas. Kiedy obiekt zbliża się do większego ciała na obu końcach swojej trajektorii, jego pozorny kierunek ulega zmianie. Przez cały cykl centrum rysuje zarys podkowy, z większym ciałem pomiędzy „rogami”.
Asteroidy na orbitach podkowiastych względem Ziemi obejmują 54509 YORP , 2002 AA 29 , 2010 SO 16 , 2015 SO 2 i prawdopodobnie 2001 GO 2 . Szersza definicja obejmuje 3753 Cruithne , o którym można powiedzieć, że znajduje się na orbicie złożonej i/lub przejściowej, lub (85770) 1998 UP 1 i 2003 YN 107 . Do 2016 roku odkryto 12 podkowiastych bibliotekarzy Ziemi.
Saturn jest księżyce Epimetheus a Janus zajmują podkowy z orbity w stosunku do siebie (w tym przypadku, nie ma pętli powtarza się: każdy z nich porusza się po pełnym podkowy względem drugiego).
Wyjaśnienie cyklu orbitalnego podkowy
Tło
Poniższe wyjaśnienie dotyczy asteroidy, która znajduje się na takiej orbicie wokół Słońca i na którą ma również wpływ Ziemia.
Asteroida znajduje się na prawie tej samej orbicie słonecznej co Ziemia. Obie okrążenie Słońca zajmuje około roku.
Konieczne jest również zrozumienie dwóch zasad dynamiki orbity:
- Ciało bliżej Słońca pokonuje orbitę szybciej niż ciało dalej.
- Jeśli ciało przyspiesza po swojej orbicie, jego orbita oddala się od Słońca. Jeśli zwalnia, promień orbity maleje.
Orbita podkowa powstaje, ponieważ przyciąganie grawitacyjne Ziemi zmienia kształt eliptycznej orbity asteroidy. Zmiany kształtu są bardzo małe, ale powodują znaczne zmiany w stosunku do Ziemi.
Podkowa staje się widoczna dopiero podczas mapowania ruchu asteroidy zarówno względem Słońca, jak i Ziemi. Asteroida zawsze krąży wokół Słońca w tym samym kierunku. Jednak przechodzi przez cykl doganiania Ziemi i pozostawania w tyle, tak że jej ruch zarówno względem Słońca, jak i Ziemi ma kształt przypominający zarys podkowy.
Etapy orbity
Zaczynając od punktu A, na wewnętrznym pierścieniu między L 5 a Ziemią, satelita krąży szybciej niż Ziemia i jest na swojej drodze ku przejściu między Ziemią a Słońcem. Jednak grawitacja Ziemi wywiera na zewnątrz siłę przyspieszającą, wciągając satelitę na wyższą orbitę, co (zgodnie z trzecim prawem Keplera ) zmniejsza jego prędkość kątową.
Kiedy satelita dociera do punktu B, porusza się z taką samą prędkością jak Ziemia. Ziemska grawitacja wciąż przyspiesza satelitę na ścieżce orbitalnej i kontynuuje wciąganie satelity na wyższą orbitę. W końcu w punkcie C satelita osiąga wystarczająco wysoką i wolną orbitę, tak że zaczyna pozostawać w tyle za Ziemią. Następnie spędza następne stulecie lub dłużej udając się dryfować "do tyłu" wokół orbity, patrząc w stosunku do Ziemi. Jego orbita wokół Słońca wciąż trwa tylko nieco dłużej niż jeden rok ziemski. Po upływie wystarczającego czasu Ziemia i satelita znajdą się po przeciwnych stronach Słońca.
W końcu satelita zbliża się do punktu D, gdzie grawitacja Ziemi zmniejsza teraz prędkość orbitalną satelity. To powoduje, że spada na niższą orbitę, co w rzeczywistości zwiększa prędkość kątową satelity wokół Słońca. Trwa to aż do punktu E, gdzie orbita satelity jest teraz niższa i szybsza niż orbita Ziemi i zaczyna się przesuwać przed Ziemią. W ciągu następnych kilku stuleci kończy swoją podróż powrotną do punktu A.
W dłuższej perspektywie asteroidy mogą przechodzić między orbitami podkowiastymi a orbitami quasi-satelitarnymi . Quasi-satelity nie są grawitacyjnie związane ze swoją planetą, ale wydają się okrążać ją w kierunku wstecznym, gdy okrążają Słońce z tym samym okresem orbitalnym co planeta. Do 2016 r. obliczenia orbitalne wykazały, że cztery ziemskie libbratory podkowiaste i wszystkie pięć znanych wówczas quasi-satelitów wielokrotnie przenoszą się między orbitami podkowiastymi i quasi-satelitarnymi.
Punkt widzenia energii
Nieco inny, ale równoważny pogląd na sytuację można zauważyć, rozważając zachowanie energii . Jest to twierdzenie mechaniki klasycznej, że ciało poruszające się w niezależnym od czasu polu potencjałowym będzie miało zachowaną całkowitą energię E = T + V , gdzie E to energia całkowita, T to energia kinetyczna (zawsze nieujemna) i V to energia potencjalna, która jest ujemna. Jest więc oczywiste, że ponieważ V = -GM/R w pobliżu ciała grawitacyjnego o masie M i promieniu orbity R , widziane z nieruchomej ramy, V będzie rosło dla obszaru za M i maleje dla obszaru przed nim . Jednak orbity o niższej całkowitej energii mają krótsze okresy, a więc ciało poruszające się powoli po przedniej stronie planety traci energię, wpada na orbitę o krótszym okresie, a tym samym powoli oddala się lub jest od niej „odpychane”. Ciała poruszające się powoli po tylnej stronie planety zyskają energię, wzniosą się na wyższą, wolniejszą orbitę, a tym samym pozostaną w tyle, podobnie odpychane. W ten sposób małe ciało może poruszać się tam iz powrotem między pozycją wiodącą i tylną, nigdy nie zbliżając się zbyt blisko planety, która dominuje w regionie.
Orbita kijanki
- Zobacz także Trojan (astronomia) .
Rysunek 1 powyżej pokazuje krótsze orbity wokół punktów Lagrange'a L 4 i L 5 (np. linie w pobliżu niebieskich trójkątów). Nazywa się to orbitami kijanki i można je wyjaśnić w podobny sposób, z tym wyjątkiem, że odległość asteroidy od Ziemi nie oscyluje tak daleko, jak punkt L 3 po drugiej stronie Słońca. Gdy zbliża się lub oddala od Ziemi, zmieniające się przyciąganie ziemskiego pola grawitacyjnego powoduje jego przyspieszenie lub spowolnienie, powodując zmianę jej orbity zwaną libracją .
Przykładem ciała na orbicie kijanki jest Polydeuces , mały księżyc Saturna, który libruje wokół końcowego punktu L 5 względem większego księżyca Dione . W odniesieniu do orbicie Ziemi, 300 metrów, średnica (980 stóp) planetoidy 2010 TK 7 znajduje się na orbicie wokół prowadzącego kijanki L 4 punkcie. 2020 VT1 podąża tymczasową orbitą podkowiastą względem Marsa .
Zobacz też
Bibliografia
Linki zewnętrzne
- Artykuł badawczy opisujący orbity podkowy. Zacznij od strony 105.
- Dobry opis 2002 AA29