Órbita

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Uma órbita é o caminho que descreve um objeto, quando é sujeito a uma força central puxando-o para um outro corpo à medida que passa. Em astronomia, a força central é a de gravidade e varia inversamente com o quadrado da distância entre os centros do objeto e do corpo envolvido.

Leis do Movimento Orbital

O segmento de reta que une o Sol e qualquer planeta varre áreas iguais em intervalos de tempo iguais enquanto o planeta se move em sua órbita.

Ao longo do século 17, o astrônomo alemão Johannes Kepler percebeu que os planetas não descrevem órbitas circulares em torno da Terra. Ele desenvolveu as que vieram a ser conhecidas como as leis do movimento planetário de Kepler. Simplificando:

  1. Um planeta orbita o Sol, e seu caminho é uma elipse com o Sol em um dos focos da elipse.
  2. O segmento de reta que une o Sol e qualquer planeta varre áreas iguais em intervalos de tempo iguais enquanto o planeta se move em sua órbita.
  3. O quadrado do período de um planeta varia diretamente com o cubo da sua distância média do sol—ou para ser mais específico, o semieixo maior.

Sir Isaac Newton viria a formular a base física para todas as leis de Kepler. Esta foi a sua Lei da Gravitação Universal, que afirma que:

Cada partícula do universo atrai todas as outras partículas com uma força inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas e diretamente proporcional ao produto das suas massas.

Ou em álgebra:

F = \frac{GMm}{R^2}

onde G é uma constante, M e m são as massas dos objetos maiores e menores, respectivamente, e R é a distância entre os seus centros.

Além disso, as leis de Kepler não limitam a sua aplicação a órbitas planetárias (ou planetárias anão) ao redor do sol. Eles se aplicam igualmente bem para as órbitas das luas sobre seus respectivos primários.

Conceitos generalizados de órbitas

Uma ilustração do canhão de Newton

Kepler desenvolveu suas leis no contexto especial de órbitas fechadas, ou órbitas que começam e terminam no mesmo ponto. Mas nem todas as órbitas são fechadas. Tecnicamente, o caminho de qualquer objeto cujo movimento é sujeito quase que inteiramente a gravidade é uma órbita. Isso inclui até mesmo o caminho de um projétil de artilharia. Na verdade, um projétil de artilharia—ou para ser mais específico, uma "bala de canhão newtoniana" disparado de um canhão montado acima da atmosfera da Terra—é uma metáfora comum para ensinar o conceito de órbita para estudantes de ciências.

Uma órbita é uma seção cônica, qual é a seção que um plano faz com uma superfície cônica circular direita. Uma órbita fechado é geralmente uma elipse —ou, se os focos da elipse coincidem, um círculo. Uma órbita aberta ou é uma parábola ou uma hipérbole. Mesmo no caso de uma órbita aberta a primeira e a segunda leis de Kepler ainda se aplicam: o objeto mais massivo, ou primário, está no foco (efectivamente, o foco de uma parábola), e o segmento de linha que une o principal para o objeto em órbita varre áreas iguais em tempos iguais. (A terceira lei não tem qualquer significado no caso de uma órbita aberta porque o "período", como tal, é infinito.)

Um objeto que se move em uma órbita parabólica em velocidade de escape, uma vez que faz sua maior aproximação para o primário. Se o objeto está de fato se movendo mais rápido do que essa velocidade crítica no momento de sua maior aproximação, então sua órbita será hiperbólica.

Elementos orbitais

Nenhuma descrição de elementos orbitais está completa sem a definição de alguns outros termos usados ​​para defini-los.

  • Um sistema orbital é qualquer combinação de um corpo maciço e todos os outros corpos ou objetos em órbita em torno dele. O corpo maciço central é chamado primário.
  • Uma direção é um raio tendo o centro geométrico da órbita de origem e que passa através de um ponto arbitrário no órbita.
  • Uma direção de referência é uma direção arbitrária escolhida para ser praticamente a mesma para todos os corpos ou objetos em um determinado sistema orbital. Para o sistema solar, a direção de referência é o ponto vernal, ou a direção da Terra no equinócio vernal. Para um sistema de um planeta e suas luas, a direção de referência é o raio paralelo à direção de referência da eclíptica. Para um planeta extrasolar, a direção de referência é o "norte galáctico".
  • Um plano de referência é um plano arbitrário no espaço local para o sistema da órbita. Para órbitas planetárias (ou planetárias anão), o plano de referência usual é a eclíptica (a órbita da Terra ao redor do Sol). Para órbitas lunares, o plano de referência é o que contém o equador do primário.
  • Um nodo é um ponto em que passa através da órbita de um plano de referência. O nodo ascendente é o ponto em que os objetos se movem em órbita do "sul" para o "norte", com respeito ao plano de referência. O nodo descendente é o ponto em que os objetos se movem em órbita do "norte" para o "sul".

Seis elementos são absolutamente essenciais para a definição de uma órbita com respeito quer à sua primária ou à eclíptica (a órbita da Terra ao redor do Sol). Eles são:

  1. O semieixo maior (símbolo: a), que é o segmento de linha que une o centro geométrico da órbita para um dos dois pontos da elipse que se encontram ao longo do eixo maior (a linha que passa através do focos). Esta é a medida da dimensão de uma órbita.
  2. A excentricidade orbital (símbolo: e), um número adimensional especial que define o desvio da órbita de um círculo perfeito. Para um círculo, e = 0. Para uma elipse, e é o quociente entre a distância a partir do centro geométrico de qualquer foco, dividido pelo semieixo maior. Conseqüentemente 0 < e < 1. Órbitas abertas começam com e = 1 (parábola) e continuuam com e > 1 (hipérbole). A excentricidade determina a forma de uma órbita.
  3. O período orbital (símbolo: T), o tempo que o organismo leva para girar em órbita ao redor do principal. Pela Terceira Lei de Kepler, alterada por Newton, esta varia inversamente com a raiz quadrada da massa do primário. Assim, a medição do semi-eixo maior e do período de qualquer órbita podem prever com precisão a massa do seu primário. (Na verdade, assim é como é calculada pelos astrônomos a massa do planeta anão Éris e determinado que Éris é significativamente mais pesado do que Plutão.)
  4. A inclinação (símbolo: i) da órbita é o ângulo que o seu plano faz com um plano de referência.
  5. The argument of periapsis (símbolo: ω) é o ângulo que a periapside faz com o sentido (ver acima) do nó ascendente. Ver apside Para as definições de periapside e Apoapside.
  6. A longitude do nó ascendente (símbolo: Ω) é o arco, no sentido da órbita, a partir da direção de referência para a direção do nó ascendente.

Ligações externas

Ver também

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