Kas ir orbīta? Definīcija, gravitācija, planētas un satelīti

Uzzini, kas ir orbīta: definīcija, gravitācijas loma, planētu un satelītu kustības, dabiski un mākslīgi pavadoņi, eliptiskās un apļveida trajektorijas.

Orbīta ir arī vārds, kas apzīmē acs dobumu.

Orbīta ir ceļš, ko objekts veic kosmosā, kad tas riņķo ap zvaigzni, planētu vai mēnesi. To var lietot arī kā darbības vārdu. Piemēram: "Zeme riņķo ap Sauli." Vārdam "rotē" ir tāda pati nozīme, bet "rotē" ir objekta griešanās.

Pirms daudziem gadiem cilvēki uzskatīja, ka Saule riņķo apli ap Zemi. Katru rītu Saule uzlēca austrumos un nolaidās rietumos. Tas šķita loģiski, ka tā riņķo ap Zemi. Taču tagad, pateicoties tādiem cilvēkiem kā Koperniks un Galileo Galilejs, mēs zinām, ka Saule ir Saules sistēmas centrs un Zeme riņķo ap to. Īzaks Ņūtons atklāja, ka planētu un mēness orbītu nosaka gravitācija. Tā kā satelīts ir objekts kosmosā, kas griežas ap citu objektu, Zeme ir Saules satelīts, tāpat kā Mēness ir Zemes satelīts! Ap Sauli ap to riņķo daudz pavadoņu, piemēram, planētas, kā arī tūkstošiem asteroīdu, komētu un meteoroidu. Zemei ir tikai viens dabiskais satelīts (Mēness), bet ap Zemi riņķo daudzi mākslīgie pavadoņi.

Kad cilvēki pirmo reizi sāka domāt par orbītām, viņi domāja, ka visām orbītām jābūt perfektiem apļiem, un viņi uzskatīja, ka aplis ir "perfekta" forma. Tā domāja, piemēram, Koperniks un Galilejs. Taču, kad cilvēki sāka rūpīgi pētīt planētu kustības, viņi ieraudzīja, ka planētas nepārvietojas perfekta apļa formā. Dažu planētu orbītas ir gandrīz ideāli apļi, bet citu orbītas ir vairāk iegarenas (olas formas).

Kas nosaka orbītas formu un kustību?

Orbītu galvenokārt nosaka gravitācija — pievilkšanas spēks starp diviem ķermeņiem. Saskaņā ar Ņūtona gravitācijas likumu spēks ir proporcionāls abu ķermeņu masu reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam. Tas nozīmē, ka tuvāk lielam un masīvam objektam (piemēram, Saulei vai Zemei) orbītā esošais ķermenis jūt lielāku pievilkšanas spēku.

Orbītu veidi un galvenās īpašības

• Elipse un Keplera likumi: Lielākā daļa orbītu ir elipses (olas formas). Johans Keplers nosaka trīs likumus, kas raksturo planētu kustības, piemēram, ka planētas pārvietojas pa elipsi ar zvaigzni vienā no elipses fokusiem, un ka planēta kustas ātrāk, kad tā ir tuvāk zvaigznei.
• Aplis: aplis ir īpašs elipses gadījums, kad orbīta ir vienmērīga attāluma ziņā no centrālā objekta.
• Kreislietā ātrums un periods: orbītas periods (laiks, lai apietu reizi) un kustības ātrums ir atkarīgs no attāluma un centrālā objekta masas. Ap aprēķiniem bieži izmanto formulētas sakarības, piemēram, aprēķinu vienkāršojumus ap stāvokļiem ar apļveida orbītu.
• Perihelijs un afelijs: eliptiskām orbītām ir tuvākā (perihelijs, perigejs utt.) un tālākā (afelijs, apogējs utt.) punkts attiecībā pret centrālo objektu.

Praktiski piemēri orbītām

• Zeme–Saule: Zemes orbīta ap Sauli ir nedaudz iegarena elipse; gada laikā Zeme pārvietojas pa šo ceļu, radot gadalaiku maiņu pēc Zemes ass slīpuma.
• Zeme–Mēness: Mēness riņķo ap Zemi eliptiskā orbītā, kas izraisa fāzes, aptumsumus un ģeogrāfiskas izmaiņas.
• Mākslīgie pavadoņi: satelīti var atrasties dažādos augstumos — LEO (Low Earth Orbit, zema orbīta), MEO (Medium Earth Orbit) un GEO (geostacionārā orbīta, aptuveni 35 786 km virs ekvatora, kur satelīts "stāv" virs vienas vietas uz Zemes).

Mākslīgo satelītu darbība un problēmas

Mākslīgie satelīti tiek izcelti uz orbītu ar raķetēm. Lai paliktu orbītā, tiem jābūt pietiekami ātri kustībā, lai centrālbēdzes spēks līdzsvarotu gravitācijas pievilkšanos. Galvenās problēmas, ar ko saskaras orbītā esošie objekti:

• Atmosfēras pretestība: zemas orbītas satelīti lēnām zaudē ātrumu un augstumu, jo atmosfēra, lai arī retināta, rada pretestību — tas saucas orbītas sabrukums.
• Gravitācijas traucējumi: citu ķermeņu (piemēram, Mēness vai Saules) pievilkšana maina orbītas formu un orientāciju.
• Kosmiskie atkritumi: orbītā ir daudz atkritumu, kas palielina sadursmju risku.
• Saules radiācijas spiediens: ļoti viegli objekti var izjust nelielu, bet ilgstošu ietekmi no saules gaismas spiediena.

Fizika vienkāršiem aprēķiniem

Dažas noderīgas un saprotamas idejas:

• Apļveida orbītai nepieciešamais ātrums aptuveni ir v = sqrt(GM/r), kur G ir gravitācijas konstante, M — centrālā ķermeņa masa, r — attālums no centra. Tas dod aptuvenu priekšstatu par to, cik ātri objekts jāvirzās, lai nepārvietotos lejup.
• Izlidošanas ātrums (escape velocity) no planētas virsmas ir aptuveni sqrt(2GM/r). Ja ātrums pārsniedz šo vērtību, objekts var pamest gravitatīvo lauku.

Orbītu pētīšana un nozīme

Pētījumi par orbītām ir būtiski astronomijai, satelītu komunikācijām, navigācijai (piem., GPS) un kosmosa izpētei. Zināšanas par orbītām ļauj precīzi izvietot mākslīgos satelītus, prognozēt meteoroloģiskos datoņus, novērot zemi un veikt starpplanētu misijas. Turklāt sapratne par to, kā orbītas mainās laika gaitā, palīdz pasargāt no sadursmēm un kontrolēt orbītā esošo objektu drošību.

Kopsavilkums

Orbīta ir ceļš, pa kuru objekts riņķo ap citu objektu kosmosā. Tā var būt gandrīz apļa formā vai iegarenā elipsē. Gravitācija nosaka orbītu formu un kustību; Keplera un Ņūtona likumi sniedz teorētisko pamatu šīm kustībām. Orbītas izpratne ir praktiski svarīga gan dabaszinātnēs, gan ikdienas tehnoloģijās, piemēram, satelītu darbībā un kosmosa misijās.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir orbīta?

J: Kā pirms daudziem gadiem tika skatīta Saules orbīta?

Jautājums: Kas atklāja, ka gravitācija kontrolē orbītas?

Jautājums: Vai Zeme ir kāda cita objekta satelīts?

Jautājums: Cik satelītu riņķo ap Sauli?

Meklēt pēc burta