Nachylenie orbity - Orbital inclination

Rys. 1: Nachylenie orbity reprezentowane przez i (ciemnozielony) wraz z innymi podstawowymi parametrami orbity

Nachylenie orbity mierzy nachylenie orbity obiektu wokół ciała niebieskiego. Jest wyrażony jako kąt pomiędzy płaszczyzną odniesienia a płaszczyzną orbity lub osią kierunku orbitującego obiektu.

Dla satelity krążącego wokół Ziemi bezpośrednio nad równikiem płaszczyzna orbity satelity jest taka sama jak płaszczyzna równika Ziemi, a nachylenie orbity satelity wynosi 0°. Ogólny przypadek orbity kołowej polega na tym, że jest ona nachylona, ​​spędzając połowę orbity nad półkulą północną i połowę nad południową. Gdyby orbita obracała się między 20° szerokości geograficznej północnej i 20° szerokości geograficznej południowej, jej nachylenie wynosiłoby 20°.

Orbity

Nachylenie jest jednym z sześciu elementów orbitalnych opisujących kształt i orientację orbity niebieskiej . Jest to kąt pomiędzy płaszczyzną orbity a płaszczyzną odniesienia , zwykle podawany w stopniach . W przypadku satelity krążącego wokół planety płaszczyzną odniesienia jest zwykle płaszczyzna zawierająca równik planety . W przypadku planet Układu Słonecznego płaszczyzną odniesienia jest zwykle ekliptyka , czyli płaszczyzna, w której Ziemia krąży wokół Słońca. Ta płaszczyzna odniesienia jest najbardziej praktyczna dla obserwatorów na Ziemi. Dlatego nachylenie Ziemi z definicji wynosi zero.

Nachylenie można zamiast tego mierzyć w odniesieniu do innej płaszczyzny, takiej jak równik Słońca lub płaszczyzna niezmienna (płaszczyzna, która reprezentuje moment pędu Układu Słonecznego, w przybliżeniu płaszczyzna orbity Jowisza ).

Satelity naturalne i sztuczne

Nachylenie orbit naturalnych lub sztucznych satelitów mierzy się względem płaszczyzny równikowej ciała, na którym krążą, jeśli krążą wystarczająco blisko. Płaszczyzna równikowa to płaszczyzna prostopadła do osi obrotu ciała centralnego.

Nachylenie 30° można również opisać za pomocą kąta 150°. Konwencja jest taka, że ​​normalna orbita jest prograde , orbita w tym samym kierunku, w którym obraca się planeta. Inklinacje większe niż 90° opisują orbity wsteczne . Zatem:

  • Nachylenie 0° oznacza, że ​​orbitujące ciało ma progresywną orbitę w płaszczyźnie równikowej planety.
  • Nachylenie większe niż 0° i mniejsze niż 90° również opisuje orbitę prograde.
  • Nachylenie 63,4° jest często nazywane nachyleniem krytycznym , opisując sztuczne satelity krążące wokół Ziemi, ponieważ mają one zerowy dryf apogeum .
  • Nachylenie dokładnie 90° to orbita polarna , po której statek kosmiczny przelatuje nad biegunami planety.
  • Nachylenie większe niż 90° i mniejsze niż 180° to orbita wsteczna.
  • Nachylenie dokładnie 180° to wsteczna orbita równikowa.

W przypadku generowanych przez uderzenie księżyców planet ziemskich niezbyt daleko od swojej gwiazdy, z dużą odległością planeta-księżyc, płaszczyzny orbity księżyców mają tendencję do pokrywania się z orbitą planety wokół gwiazdy ze względu na pływy od gwiazdy, ale jeśli planeta – odległość księżyca jest niewielka, może być nachylona. W przypadku gazowych olbrzymów orbity księżyców są zwykle zbieżne z równikiem gigantycznej planety, ponieważ powstały one w dyskach okołoplanetarnych. Ściśle mówiąc, dotyczy to tylko zwykłych satelitów. Przechwycone ciała na odległych orbitach różnią się znacznie pod względem nachylenia, podczas gdy ciała przechwycone na stosunkowo bliskich orbitach mają zwykle niskie nachylenie ze względu na efekty pływowe i zakłócenia powodowane przez duże, regularne satelity.

Egzoplanety i systemy wielogwiezdne

Nachylenie egzoplanet lub członków gwiazd wielokrotnych to kąt płaszczyzny orbity względem płaszczyzny prostopadłej do linii widzenia z Ziemi do obiektu.

  • Nachylenie 0° to orbita czołowa, co oznacza, że ​​płaszczyzna orbity egzoplanety jest prostopadła do linii widzenia Ziemi.
  • Nachylenie 90° to orbita na krawędzi, co oznacza, że ​​płaszczyzna orbity egzoplanety jest równoległa do linii widzenia Ziemi.

Ponieważ słowo „nachylenie” jest używane w badaniach egzoplanet dla tego nachylenia w linii widzenia, kąt między orbitą planety a obrotem gwiazdy musi być użyty w innym słowie i jest określany jako „kąt spin-orbita” lub „spin-orbita”. wyrównanie". W większości przypadków orientacja osi obrotu gwiazdy jest nieznana.

Ponieważ metoda prędkości radialnych łatwiej znajduje planety o orbitach bliższych krawędziom, większość egzoplanet znalezionych tą metodą ma inklinacje między 45° a 135°, chociaż w większości przypadków inklinacja ta nie jest znana. W konsekwencji, większość egzoplanet znalezionych przez prędkość radialną ma masę rzeczywistą nie większą niż 40% większą niż ich masa minimalna . Jeśli orbita jest prawie zwrócona do przodu, szczególnie w przypadku superjowian wykrytych za pomocą prędkości radialnej, to obiekty te mogą w rzeczywistości być brązowymi karłami, a nawet czerwonymi karłami . Jednym konkretnym przykładem jest HD 33636 B, który ma rzeczywistą masę 142 M J , co odpowiada gwieździe M6V, podczas gdy jego minimalna masa wynosiła 9,28 M J .

Jeśli orbita jest prawie zwrócona do krawędzi, można zobaczyć planetę przechodzącą przez swoją gwiazdę.

Obliczenie

Składowe obliczenia inklinacji orbity z wektora pędu

W astrodynamice nachylenie można obliczyć z wektora pędu orbity (lub dowolnego wektora prostopadłego do płaszczyzny orbity ) jako

gdzie jest składnik z .

Wzajemne nachylenie dwóch orbit można obliczyć z ich nachylenia do innej płaszczyzny, stosując regułę cosinusów dla kątów .

Obserwacje i teorie

Większość orbit planet w Układzie Słonecznym ma stosunkowo niewielkie nachylenie, zarówno w stosunku do siebie, jak i do równika Słońca:

Ciało Skłonność do
Ekliptyka
równik słoneczny
Niezmienna
płaszczyzna
Terre-
strials
Rtęć 7,01° 3,38° 6,34 °
Wenus 3,39° 3,86° 2,19°
Ziemia 0 7.155° 1,57°
Mars 1,85° 5,65° 1,67°
Gazowe
olbrzymy
Jowisz 1,31° 6.09° 0,32°
Saturn 2,49° 5,51° 0,93°
Uran 0,77° 6.48° 1,02°
Neptun 1,77° 6,43° 0,72°
Mniejsze
planety
Pluton 17,14° 11,88° 15,55°
Ceres 10,59° 9.20°
Pallas 34,83° 34,21°
Westa 5,58° 7,13°

Z drugiej strony, planety karłowate Pluton i Eris mają nachylenie do ekliptyki odpowiednio 17° i 44°, a duża planetoida Pallas jest nachylona pod kątem 34°.

W 1966 roku Peter Goldreich opublikował klasyczną pracę na temat ewolucji orbity księżyca i orbit innych księżyców w Układzie Słonecznym. Wykazał, że dla każdej planety istnieje odległość taka, że ​​księżyce bliżej planety niż ta odległość utrzymują prawie stałe nachylenie orbity w stosunku do równika planety (z precesją orbitalną głównie ze względu na pływowy wpływ planety), natomiast odległe księżyce utrzymują prawie stałe nachylenie orbity w stosunku do ekliptyki (z precesją wynikającą głównie z pływowego wpływu słońca). Księżyce z pierwszej kategorii, z wyjątkiem księżyca Neptuna , Trytona , krążą w pobliżu płaszczyzny równikowej. Doszedł do wniosku, że te księżyce powstały z równikowych dysków akrecyjnych . Odkrył jednak, że nasz księżyc, chociaż kiedyś znajdował się w krytycznej odległości od Ziemi, nigdy nie miał orbity równikowej, czego można by się spodziewać po różnych scenariuszach jego pochodzenia. Nazywa się to problemem inklinacji księżyca, dla którego zaproponowano różne rozwiązania.

Inne znaczenie

W przypadku planet i innych wirujących ciał niebieskich kąt płaszczyzny równika względem płaszczyzny orbity — taki jak nachylenie biegunów Ziemi w kierunku lub od Słońca — jest czasami nazywany nachyleniem, ale mniej niejednoznacznymi terminami są nachylenie osi lub nachylenie .

Zobacz też

Bibliografia