Орбита – так именуется траектория движения материальной точки в уже заданной системе пространственных координат при определенной конфигурации поля сил, которые и действуют на неё.
В небесной механике, исследующей законы и закономерности движения небесных объектов, под орбитой понимается определенная траектория небесного тела в гравитационном поле иного тела, которое обладает значительно большей массой. К таким орбитальным небесным телам могут относиться различные астрономические объекты, такие как планеты, кометы, астероиды которые находятся в поле звезды.
Если взять прямоугольную систему координат, в которой начало совпадает с центром масс, то траектория орбиты будет иметь вид конического сечения.
К коническим сечениям относят:
- окружности,
- эллипсы,
- параболы,
- гиперболы.
Отметим, что при этом фокус конического сечения совпадает с центром масс системы.
Законы движения планет Кеплера
Довольно долгое время исследователи считали, что планеты двигаются по определённым круговым орбитам. В созданной греческим ученым Птолемеем во втором веке нашей эры системе мироздания как раз и отражала представления о сложных круговых движениях планет по определенным траекториям.
Но к началу семнадцатого века схема, где в центре была Земля, а не Солнце перестала удовлетворять ученых Европы.
В результате сначала Николай Коперник доказал, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот. А потом и немецкий математик, и астроном Иоганн Кеплер в 1609 году пришёл к выводу, что орбита планет не представляет собою круг.
Первый закон Кеплера.
Все планеты перемещаются в космическом пространстве по определённым орбитам в форме эллипса. При этом в одном из фокусов находится Солнце.
Второй закон Кеплера.
Согласно этому закону радиус-вектор планеты описывает в равные промежутки времени равные площади. В 1619 году Кеплер разработал и третий закон
Третий Закон Кеплера.
Квадраты периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей их орбит:
Рассмотрим особенности орбит планет в нашей родной Солнечной системе.
Итак, орбитами планет в системе нашего Солнца называют те пути в пространстве, по которым планеты обращаются вокруг звезды. При этом формы движения планет близки к круговым, а плоскости, в свою очередь, близки к плоскости эклиптики. Исключением являются космические тела, обладающие малой массой.
Строение Солнечной системы
Итак, планетой в астрономии называется космическое тело, которое вращается около звезды или её остатков. При этом такой небесный объект имеет массу, достаточную для того, чтобы иметь сферическую форму, но при этом не такой, чтобы началась термоядерная реакция. Также такой объект имеет «чистую», свободную орбиту от иных небесных тел.
В результате такие небесные тела имеют определённую орбиту, то есть конкретную траекторию движения планеты в поле гравитации иного объекта. Чаще всего такими притягивающими объектами становятся звезды. В случае с планетой Землёй, таким объектом является наша звезда по имени Солнце.
В нашей Солнечной системе все планеты двигаются в направлении движения Солнца. Исследователям в настоящее время известна лишь одна экзопланета которая осуществляет движение по своей орбите в противоположную сторону. Эта экзопланета носит наименование WASP-17b, и расположена она в созвездии Скорпиона.
Планетарный год – или сидерический период вращения, так называют определённое время, за которое планета совершает один оборот вокруг своей звезды.
На скорость движения планеты по своей орбите влияет месторасположение самой планеты. Так, если планета близко к звезде расположена, то её скорость больше, а с увеличением расстояния от звезды скорость планеты уменьшается.
В итоге количество дней в планетарном году зависит напрямую от того расстояния на котором планета расположена относительно своей звезды.
Так, если между планетой и звездой расстояние не является большим, то коротким относительно является планетарный год на планете. Но чем дальше планета от своей звезды находится, тем медленнее движется планета и длиннее становится год.
Периастром называют точку орбиты, в которой планета ближе всего расположена к своей звезде. В Солнечной звезде такую точку называют перигелием. Соответственно, самую дальнюю точку вне Солнечной системы называют апоастром, а в нашей системе – афелием.
Следует сказать, что орбита любой планеты определяется также так называемыми кеплеровыми элементами орбиты. К ним относят те элементы орбиты, которые определяют положение небесного тела в пространстве в зсоотношении двух тел. Всего таких элементов насчитывают шесть.
Первый из них – большая полуось. Под большой полуосью понимается половина главной оси эллипса. В астрономической науке это определение означает наибольшее расстояние небесного тела от центра так называемой эллиптической орбиты. Такая ось не равна расстоянию в апоастре, поскольку звезда в таком случае может находиться в одном из фокусов планеты, но не точно в центре.
Эксцентрисите́т – так называется числовая характеристика конического сечения. При использовании такого элемента дается характеристика «сжатости» орбиты.
Эксцентриситет является характеристикой вытянутости орбит. Так, орбита, которая имеет идеально круглую форму, имеют нулевой эксцентриситет. В свою очередь сильно вытянутые орбиты могут иметь эксцентриситет, приближенный к единице.
Так, планеты Солнечной системы имеют очень низкие значения эксцентриситета, и, в результате, имеют почти круглые орбиты.
В свою очередь, такие космические тела как кометы и объекты пояса Койпера, а также многие экзопланеты имеют очень высокий эксцентриситет.
Наклонение - так называется угол между плоскостью его орбиты и плоскостью отсчёта, иначе базовой плоскостью.
Стоит сказать, что в нашей Солнечной системе наклонение отсчитывается от плоскости орбиты Земли, то есть, от плоскости эклиптики.
Для экзопланет, то есть планет, которые находятся в иных галактиках и системах, наклонение измеряют относительно небесной плоскости, которая перпендикулярна лучу зрения у наблюдателя с планеты Земля.
Стоит сказать, что все восемь планет нашей Солнечной системы расположены очень близко к плоскости эклиптики. Тогда как орбиты комет и объектов пояса Койпера, примером здесь служит орбита карликовой планеты Плутона, сильно наклонена к ней.
Восходящими или нисходящими узлами орбиты называют те точки, где планета пересекает эклиптику и спускается выше или ниже её.
Долгота восходящего узла - так называют угол, расположенный между базовой плоскостью и восходящим узлом орбиты.
Что касается такого элемента как аргумент перицентра, то с помощью него исследователи определяют угол между направлениями из притягивающего центра на восходящий узел орбиты и на перицентр. А также определяется угол между линией узлов и линией апсид.
Средняя аномалия – таково название кеплеровского элемента, применяемого для характеристики тела, движущегося по невозмущенной орбите. То есть средняя аномалия, это угловое расстояние от перицентра возможного тела, которое двигается с постоянной угловой скоростью, при этом данная скорость равна среднему движению.
