Dráha podkovy - Horseshoe orbit
slunce · Země · (419624) 2010 SO16
A oběžná dráha podkovy je typ koorbitální pohyb malého orbitálního tělesa ve srovnání s větším orbitálním tělesem. Oběžná doba menšího těla je téměř stejná jako u většího těla a zdá se, že jeho dráha má tvar podkovy při pohledu z většího předmětu v otočný referenční rám.
Smyčka není uzavřená, ale pokaždé se bude mírně posouvat dopředu nebo dozadu, takže bod, který krouží, se bude po dlouhou dobu plynule pohybovat po oběžné dráze většího těla. Když se objekt přiblíží k většímu tělesu těsně na obou koncích své trajektorie, jeho zjevný směr se změní. Během celého cyklu střed sleduje obrys a podkova, s větším tělem mezi „rohy“.
Asteroidy na oběžné dráze podkovy s ohledem na Země zahrnout 54509 YORP, 2002 AA29, 2010 SO16, 2015 SO2 a možná 2001 GO2. Zahrnuje širší definici 3753 Cruithne, o kterém lze říci, že se nachází ve složené a / nebo přechodové oběžné dráze,[1] nebo (85770) 1998 UP1 a 2003 YN107. Do roku 2016 bylo objeveno 12 liborů podkovy Země.[2]
Saturn měsíce Epimetheus a Janus zaujímají oběžné dráhy podkovy vůči sobě navzájem (v jejich případě nedochází k opakovanému opakování: každá z nich sleduje plnou podkovu vzhledem k druhé).
Vysvětlení orbitálního cyklu podkovy
Pozadí
Následující vysvětlení se týká asteroidu, který je na takové oběžné dráze kolem slunce, a je také ovlivněna Zemí.
Asteroid je na téměř stejné sluneční oběžné dráze jako Země. Oběma obíhá kolem Slunce přibližně jeden rok.
Je také nutné pochopit dvě pravidla dynamiky oběžné dráhy:
- Tělo blíže ke Slunci dokončí oběžnou dráhu rychleji než tělo dál.
- Pokud těleso zrychlí po své oběžné dráze, jeho oběžná dráha se pohybuje směrem ven od Slunce. Pokud zpomalí, zmenší se orbitální poloměr.
Dráha podkovy vzniká proto, že gravitační přitažlivost Země mění tvar eliptické dráhy asteroidu. Změny tvaru jsou velmi malé, ale vedou k významným změnám vzhledem k Zemi.
Podkova se projeví až při mapování pohybu asteroidu ve vztahu ke Slunci i Zemi. Asteroid obíhá kolem Slunce vždy stejným směrem. Prochází však cyklem dohánění Země a zaostávání, takže její pohyb ve vztahu ke Slunci i Zemi sleduje tvar jako obrys podkovy.
Fáze oběžné dráhy
Počínaje bodem A na vnitřním kruhu mezi L5 a Země, satelit obíhá rychleji než Země a je na cestě k průchodu mezi Zemí a Sluncem. Gravitace Země však vyvíjí vnější zrychlující sílu a přitahuje satelit na vyšší oběžnou dráhu, která (za Keplerův třetí zákon ) snižuje jeho úhlovou rychlost.
Když se satelit dostane do bodu B, letí stejnou rychlostí jako Země. Gravitace Země stále zrychluje satelit po oběžné dráze a pokračuje v tažení satelitu na vyšší oběžnou dráhu. Nakonec v bodě C dosáhne satelit dostatečně vysoké a pomalé oběžné dráhy, takže začne zaostávat za Zemí. Poté utrácí další století nebo více, když se zdá, že se při pohledu vzhledem k Zemi pohybuje „zpět“ po oběžné dráze. Jeho oběžná dráha kolem Slunce stále trvá jen o málo déle než jeden pozemský rok. Vzhledem k dostatku času budou Země a satelit na opačných stranách Slunce.
Nakonec se satelit dostane do bodu D, kde gravitace Země nyní snižuje orbitální rychlost satelitu. To způsobí, že spadne na nižší oběžnou dráhu, což ve skutečnosti zvyšuje úhlovou rychlost satelitu kolem Slunce. To pokračuje až do bodu E, kde je oběžná dráha satelitu nyní nižší a rychlejší než Oběžná dráha Země a začíná se pohybovat před Zemi. Během příštích několika století dokončí svou cestu zpět do bodu A.
Z dlouhodobého hlediska se asteroidy mohou přenášet mezi dráhami podkovy a kvazi-satelit oběžné dráhy. Kvazi-satelity nejsou gravitačně vázány na svou planetu, ale zdá se, že ji obíhají v retrográdním směru, když obíhají kolem Slunce se stejnou oběžnou dobou jako planeta. Do roku 2016 orbitální výpočty ukázaly, že čtyři libratory podkovy Země a všech pět jejích tehdy známých kvazi-satelitů se opakovaně přenáší mezi podkovami a kvazi-satelitními oběžnými dráhami.[3]
Energetické hledisko
Trochu odlišný, ale rovnocenný pohled na situaci lze zaznamenat zvážením uchování energie. Je to věta klasické mechaniky, že těleso pohybující se v časově nezávislém poli potenciálu bude mít svoji celkovou energii, E = T + V, konzervované, kde E je celková energie, T je kinetická energie (vždy nezáporná) a PROTI je potenciální energie, která je negativní. Je tedy zřejmé, protože V = -GM / R blízko gravitačního tělesa hmoty M a orbitální poloměr R, který je patrný z a stacionární rámce, V se bude zvyšovat pro region za M a klesající pro region před ním. Oběžné dráhy s nižší celkovou energií však mají kratší periody, a tak těleso pohybující se pomalu na přední straně planety ztratí energii, spadne na oběžnou dráhu s kratší periodou, a tak se pomalu vzdaluje nebo je od ní „odpuzováno“. Těla pohybující se pomalu na koncové straně planety získají energii, vystoupí na vyšší, pomalejší oběžnou dráhu, a tím zaostávají, podobně odpuzují. Malé těleso se tak může pohybovat tam a zpět mezi přední a zadní pozicí a nikdy se nepřibližuje příliš blízko k planetě, která v této oblasti dominuje.
Pulec oběžná dráha
- Viz také Trojan (astronomie).
Obrázek 1 výše ukazuje kratší oběžné dráhy kolem Lagrangeovy body L4 a L5 (např. čáry blízko modrých trojúhelníků). Tito se nazývají pulce obíhá a lze je vysvětlit podobným způsobem, až na to, že vzdálenost asteroidů od Země neosciluje tak daleko, jak L3 bod na druhé straně Slunce. Jak se pohybuje blíže nebo dále od Země, měnící se tah zemského gravitačního pole způsobí, že se zrychlí nebo zpomalí, což způsobí změnu na jeho oběžné dráze známé jako librace.
Příkladem těla na pulce je orbita Polydeuces, malý měsíc Saturn který libates kolem koncové L5 bod vzhledem k většímu měsíci, Dione. Ve vztahu k oběžné dráze Země, asteroid o průměru 300 metrů (980 stop) 2010 TK7 je na pulce na oběžné dráze kolem vedoucího L4 směřovat.
Viz také
Reference
- ^ Christou, Apostolos A .; Asher, David J. (2011). "Dlouhověký podkovy společník na Zemi". Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti. 414 (4): 2965–2969. arXiv:1104.0036. Bibcode:2011MNRAS.414.2965C. doi:10.1111 / j.1365-2966.2011.18595.x.
- ^ de la Fuente Marcos, C .; de la Fuente Marcos, R. (duben 2016). „Trojice podkov: minulý, současný a budoucí dynamický vývoj pozemských koorbitálních asteroidů 2015 XX169, 2015 YA a 2015 YQ1". Astrofyzika a vesmírná věda. 361 (4): 121–133. arXiv:1603.02415. Bibcode:2016Ap & SS.361..121D. doi:10.1007 / s10509-016-2711-6.
- ^ de la Fuente Marcos, C .; de la Fuente Marcos, R. (11. listopadu 2016). „Asteroid (469219) (469219) 2016 HO3, nejmenší a nejbližší kvazi-satelit Země “. Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti. 462 (4): 3441–3456. arXiv:1608.01518. Bibcode:2016MNRAS.462.3441D. doi:10.1093 / mnras / stw1972.
externí odkazy
- Výzkumná práce popisující oběžné dráhy podkovy. Začněte na straně 105.
- Dobrý popis 2002 AA29