Orbita oscylująca - Osculating orbit
W astronomii , a w szczególności w astrodynamice , orbita obiektu w przestrzeni w danym momencie w czasie jest orbitą grawitacyjną Keplera (tj. eliptyczną lub inną stożkową), którą miałby wokół swojego centralnego ciała, gdyby nie było perturbacji . Oznacza to, że jest to orbita, która pokrywa się z aktualnymi wektorami stanu orbity (pozycja i prędkość ).
Etymologia
Słowo osculate to po łacinie „pocałunek”. W matematyce dwie krzywe oscylują, gdy tylko się stykają, bez (koniecznie) przecinania się w punkcie, w którym obie mają tę samą pozycję i nachylenie, tj. obie krzywe „pocałują się”.
Elementy Keplera
Orbitę oscylującą i położenie obiektu na niej można w pełni opisać za pomocą sześciu standardowych elementów orbitalnych Keplera ( elementów oscylujących), które można łatwo obliczyć, o ile zna się położenie i prędkość obiektu względem ciała centralnego. Czujące się elementy pozostałyby stałe przy braku perturbacji . Prawdziwe orbity astronomiczne doświadczają perturbacji, które powodują, że skrywające się elementy ewoluują, czasami bardzo szybko. W przypadkach, w których przeprowadzono ogólne analizy mechaniczne ruchu na niebie (tak jak miało to miejsce w przypadku głównych planet, Księżyca i innych satelitów planetarnych ), orbitę można opisać za pomocą zestawu średnich elementów o terminach świeckich i okresowych. W przypadku mniejszych planet opracowano system odpowiednich elementów orbitalnych, aby umożliwić odwzorowanie najważniejszych aspektów ich orbit.
Perturbacje
Zaburzenia, które powodują zmianę orbity oscylacyjnej obiektu, mogą wynikać z:
- Element niesferyczny do korpusu centralnego (gdy korpus centralny nie może być modelowany ani masą punktową, ani sferycznie symetrycznym rozkładem masy, np. gdy jest to spłaszczona sferoida ).
- Trzecie ciało lub wiele innych ciał, których grawitacja zaburza orbitę obiektu, na przykład wpływ grawitacji Księżyca na obiekty krążące wokół Ziemi.
- Korekta relatywistyczna.
- Siła niegrawitacyjna działająca na ciało, na przykład siła wynikająca z:
- Ciąg z silnika rakietowego
- Uwalnianie, przeciekanie, odpowietrzanie lub ablacja materiału
- Kolizje z innymi obiektami
- Opór atmosferyczny
- Ciśnienie promieniowania
- Ciśnienie wiatru słonecznego
- Przełącz na nieinercyjny układ odniesienia (np. gdy orbita satelity jest opisana w układzie odniesienia związanym z poprzedzającym równikiem planety).
Parametry
Parametry orbity obiektu będą inne, jeśli są wyrażone w odniesieniu do nieinercyjnego układu odniesienia (na przykład układu współpreceującego z równikiem pierwotnym), niż jeśli są wyrażone w odniesieniu do (nieobrotowego) układu bezwładnościowego ramka odniesienia .
Mówiąc bardziej ogólnie, zaburzoną trajektorię można analizować tak, jakby składała się z punktów, z których każdy ma swój wkład w krzywą z ciągu krzywych. Zmienne parametryzujące krzywe w ramach tej rodziny można nazwać elementami orbitalnymi . Zazwyczaj (choć niekoniecznie) te krzywe są wybierane jako stożki keplerowskie, z których wszystkie mają jedno skupienie. W większości sytuacji wygodnie jest ustawić każdy z tych łuków stycznie do trajektorii w punkcie przecięcia. Krzywe spełniające ten warunek (a także dodatkowy warunek, że mają one taką samą krzywiznę w punkcie styczności, jaka byłaby wytworzona przez grawitację obiektu w kierunku ciała centralnego przy braku sił zakłócających) nazywane są oscylacjami, podczas gdy zmienne parametryzujące te krzywe krzywe nazywane są elementami oscylacyjnymi. W niektórych sytuacjach opis ruchu orbitalnego można uprościć i przybliżyć, dobierając elementy orbitalne, które nie poruszają się. Ponadto w niektórych sytuacjach standardowe równania (typu Lagrange'a lub Delaunaya) dostarczają elementów orbitalnych, które okazują się nie oscylować.
Bibliografia
Linki zewnętrzne
- Schemat sekwencji orbit oscylujących dla ucieczki z orbity Ziemi przez napędzaną jonami sondę SMART-1 : ESA Science & Technology - SMART-1 Osculating Orbit do 25.08.04
- Sekwencja orbit oscylujących dla podejścia do Księżyca przez sondę SMART-1 : ESA Science & Technology - SMART-1 Osculating Orbit do 09.01.05
- Filmy
- Orbity oscylujące: ograniczony problem trzech ciał na YouTube (min. 4:26)
- Orbity oscylujące: problem 3-Body Lagrange na YouTube (min. 4:00)
- Orbity oscylujące: problem 4-Body Lagrange na YouTube (min. 1:05)
- Orbity oscylacyjne: w: Problem Pitagorasa z trzema ciałami na YouTube (min. 4:26)
- Minor Planet Center: Zagrożenia asteroidami, część 3: Znajdowanie ścieżki na YouTube (min. 5:38)