Orbitální rozpad - Orbital decay
| Část série na |
| Astrodynamika |
|---|
 |
Gravitační vlivy |
Opatření pro účinnost |
v orbitální mechanika, rozklad je postupný pokles vzdálenost mezi dvěma obíhající subjekty při jejich nejbližším přiblížení ( periapsis ) po mnoho orbitálních období. Těmito orbitálními tělesy mohou být a planeta a jeho satelit, a hvězda a jakýkoli objekt obíhající kolem něj nebo jeho součásti binární systém. Oběžné dráhy se nerozpadají bez nějakého mechanismu podobného tření, který přenáší energii z orbitálního pohybu. Může to být kterýkoli z řady mechanické, gravitační nebo elektromagnetické účinky. Pro těla v nízká oběžná dráha Země, nejvýznamnějším účinkem je atmosférický odpor.
Pokud není zaškrtnuto, rozpad nakonec vede k ukončení oběžné dráhy, když je menší objekt stávky povrch primární; nebo pro objekty, kde primární atmosféra má atmosféru, menší objekt popáleniny, explodují nebo se jinak rozpadnou ve větším objektu atmosféra; nebo pro objekty, kde primární je hvězda, končí spálením radiací hvězdy (například pro komety ), a tak dále.
Srážky hvězdných hmot obvykle produkují kataklyzmatické efekty, jako např záblesky gama záření.
V důsledku atmosférického odporu je nejnižší nadmořská výška nad Země u kterého může objekt na kruhové oběžné dráze dokončit alespoň jednu úplnou otáčku bez pohonu, je přibližně 150 km (93 mi), zatímco nejnižší perigeum eliptické revoluce je přibližně 90 km (56 mi).
Příčiny
Atmosférický odpor
Atmosférický odpor v orbitální výšce je způsoben častými kolizemi plynu molekuly Je to hlavní příčina orbitálního úpadku satelitů v nízká oběžná dráha Země. Výsledkem je snížení nadmořská výška oběžné dráhy satelitu. V případě Země lze atmosférický odpor vedoucí k opětovnému vstupu satelitu popsat následujícím sledem:
- nižší nadmořská výška → hustší atmosféra → zvýšený odpor → zvýšené teplo → obvykle hoří při opětovném vstupu
Orbitální úpadek tedy zahrnuje a Pozitivní zpětná vazba efekt, kde čím více se orbita rozpadá, tím nižší je její nadmořská výška, a čím nižší je nadmořská výška, tím rychlejší je její rozpad. Úpadek je obzvláště citlivý na vnější faktory vesmírného prostředí, jako je sluneční aktivita, které nejsou příliš předvídatelné. V době sluneční maxima zemská atmosféra způsobuje výrazné tažení až do výšek mnohem vyšších než v průběhu sluneční minima.[2]
Atmosférický odpor má významný účinek ve výškách vesmírné stanice, raketoplány a další kosmické lodě na oběžné dráze Země s posádkou a satelity s relativně vysokými „nízkooběžnými drahami“, jako například Hubbleův vesmírný dalekohled. Vesmírné stanice obvykle vyžadují pravidelné zvýšení nadmořské výšky, aby se zabránilo orbitálnímu úpadku (viz také udržování orbitální stanice ). Nekontrolovaný orbitální rozpad způsobil pokles Skylab kosmická stanice, a (relativně) řízený orbitální rozpad byl použit k de-oběžné dráze Mir vesmírná stanice.[Citace je zapotřebí ]
Reboosts pro Hubbleův vesmírný dalekohled jsou méně časté kvůli jeho mnohem vyšší nadmořské výšce. Orbitální úpadek je však také limitujícím faktorem pro dobu, po kterou může Hubble obejít bez setkání údržby, přičemž nejnovější byl úspěšně proveden STS-125, s raketoplánem Atlantis v roce 2009. Novější vesmírné dalekohledy jsou na mnohem vyšších drahách nebo v některých případech na sluneční oběžné dráze, takže orbitální posilování nemusí být nutné.[3]
Přílivové účinky
Oběžná dráha se může rozpadnout také záporně slapové zrychlení když je obíhající těleso dostatečně velké, aby zvedlo významné přílivová boule na těle obíhá a je buď v a retrográdní dráha nebo je pod synchronní oběžnou dráhu. To oslabuje hybnost z obíhajícího tělesa a přenáší ji do rotace primárního okruhu, čímž se snižuje nadmořská výška oběžné dráhy.
Příklady satelitů procházejících přílivovým orbitálním rozpadem jsou Marsův měsíc Phobos, Neptunův měsíc Triton a extrasolární planeta TrES-3b.
Světelné a tepelné záření
Drobné předměty v Sluneční Soustava také zažít orbitální rozpad v důsledku sil aplikovaných asymetrickým radiačním tlakem. V ideálním případě by se absorbovaná energie rovnala černé tělo energie emitovaná v daném bodě, což nemá za následek žádnou čistou sílu. Yarkovského efekt je však jev, který, protože absorpce a záření tepla nejsou okamžité, objekty, které nejsou terminálně uzamčeny, absorbují energii slunečního záření na povrchy vystavené slunci, ale tyto povrchy znovu nevyzařují velkou část této energie až po objekt se otočil, takže emise je rovnoběžná s oběžnou dráhou objektu. To má za následek velmi malé zrychlení rovnoběžné s orbitální dráhou, přesto takové, které může být významné pro malé objekty po miliony let. Poynting-Robertsonův efekt je síla oponující rychlosti objektu způsobená asymetrickým dopadem světla, tj. aberace světla. U objektu s postupnou rotací budou tyto dva efekty působit protichůdnými, ale obecně nerovnými silami.
Gravitační záření
Gravitační záření je další mechanismus orbitálního rozpadu. Je to zanedbatelné pro oběžné dráhy planet a planetárních satelitů (když vezmeme v úvahu jejich orbitální pohyb na časových stupnicích staletí, desetiletí a méně), ale je to patrné pro systémy kompaktní objekty, jak je patrné z pozorování oběžných drah neutronových hvězd. Všechna obíhající tělesa vyzařují gravitační energii, takže žádná oběžná dráha není nekonečně stabilní.
Elektromagnetický odpor
Satelity využívající elektrodynamický tether pohybující se magnetickým polem Země vytváří tažnou sílu, která by mohla nakonec deorbitovat satelit.
Hvězdná srážka
Spojení dvou dvojhvězdy když ztratí energii a přiblíží se k sobě. Několik věcí může způsobit ztrátu energie včetně slapové síly, hromadný přenos, a gravitační záření. Hvězdy popisují cestu a spirála jak se k sobě přibližují. To někdy vede ke sloučení dvou hvězd nebo k vytvoření a Černá díra. V druhém případě posledních několik otáček hvězd kolem sebe trvá jen několik sekund.[4]
Hromadná koncentrace
I když to není přímá příčina orbitálního úpadku, nerovnoměrné distribuce hmoty (známé jako maskoti) obíhajícího těla může obtěžovat oběžné dráhy v průběhu času a extrémní distribuce mohou způsobit, že oběžné dráhy jsou vysoce nestabilní. Výsledná nestabilní oběžná dráha může mutovat na oběžnou dráhu, kde může nastat jedna z přímých příčin orbitálního úpadku.
Reference
- ^ „Orbitální stav Tiangong-1“. Oficiální web s posádkou v Číně. Kancelář kosmického inženýrství s posádkou v Číně. 1. dubna 2018. Citováno 1. dubna 2018.
- ^ Nwankwo, Victor U. J .; Chakrabarti, Sandip K. (1. května 2013). „Účinky plazmového odporu na nízkoobjemové obíhající satelity v důsledku zahřívání zemské atmosféry výboji koronální hmoty“. arXiv:1305.0233 [fyzika.prostor-ph ].
- ^ Hubbleův program - servisní mise - SM4
- ^ „INSPIRÁLNÍ Gravitační vlny“. LIGO. Citováno 1. května 2015.
