Orbita: apibrėžimas — orbitos, akiduobė ir palydovų judėjimas

Sužinokite, kas yra orbita: apibrėžimas, akiduobės reikšmė, orbitų formos ir palydovų judėjimo principai — nuo istorijos iki šiuolaikinių dirbtinių palydovų.

Orbita taip pat reiškia akiduobę.

Orbita - tai kelias, kurį objektas įveikia erdvėje, kai skrieja aplink žvaigždę, planetą arba mėnulį. Terminas naudojamas tiek astronomijoje, tiek anatominėje kalboje (akiduobė). Orbita gali būti aprašoma kaip trijų dimensijų plokštumos kreivė, kurią lemia pradinė objekto greitis, kryptis ir jį veikiantys jėgos, daugiausia gravitacija. Taip pat žodis vartojamas kaip veiksmažodis: pavyzdžiui, „Žemė skrieja aplink Saulę.“ Žodis „sukasi“ turi kitą reikšmę — jis apibūdina objekto sukimąsi aplink savo ašį.

Istoriškai žmonės ilgai manė, kad Saulė skrieja aplink Žemę, nes kiekvieną rytą Saulė pakildavo rytuose ir nusileisdavo vakaruose. Tačiau dabar, Kopernikas ir Galileo Galilėjus bei vėlesni mokslininkai padėjo suprasti, kad Žemė ir kitos planetos skrieja aplink Saulę. Izaokas Niutonas paaiškino, kad gravitacija yra pagrindinė jėga, valdanti planetų ir mėnulių orbitas. Kadangi palydovas yra bet koks objektas, sukantis aplink kitą objektą, Žemė yra Saulės palydovas, o Mėnulis — Žemės palydovas. Aplink Saulę taip pat skrieja daugybė kitų palydovų: planetos, asteroidai, kometos ir meteoroidai. Žemė turi vieną natūralų palydovą (Mėnulį), tačiau aplink Žemę skrieja ir daugybė dirbtinių palydovų.

Orbitos formos ir tipai

Orbitos geometriškai skirstomos pagal ekscentriškumą (išsikraipymą nuo apskritimo):

• Apskritiminės orbitos (ekscentriškumas e = 0) – taikliausias atvejis, kai atstumas nuo centro nekinta.
• Elipsinės orbitos (0 < e < 1) – dažniausia sistema: planetos ir dauguma palydovų skrieja elipsėmis; vienas fokusų taškas yra masyvesnis kūnas (pvz., Saulė).
• Parabolinės orbitos (e = 1) – ribinis atvejis tarp sujungtų ir neuždarytų trajektorijų; objektas atskrenda ir nebegrįžta, jei turi tiksliai parabolinį greitį.
• Hiperbolinės orbitos (e > 1) – negrįžtamos trajektorijos: kosminės uolos ar objektai, praeidami pro sistemą, išskrenda į begalybę.

Pagrindiniai orbitaliniai parametrai

Norint pilnai apibūdinti orbitą, naudojami keli pagrindiniai parametrai (orbitiniai elementai):

• Didžioji pusasmė (semi-major axis) – nusako orbitos dydį.
• Ekscentriškumas – nurodo, kiek orbita nukrypsta nuo apskritimo.
• Inklinacija – kampas tarp orbitos plokštumos ir etalono plokštumos (pvz., ekliptikos).
• Kilimo mazgas ir argumentas periapsio – orientuoja orbitą erdvėje.
• Orbitalinis periodas – laikas, per kurį objektas užbaigia vieną ratą.
• Periapsis ir apoapsis – artimiausias ir tolimiausias orbitos taškai (pvz., aplink Saulę: perihelis ir afelis; aplink Žemę: perigejus ir apogėjus).

Fizika: Kepleris ir Niutonas

Johannesas Kepleris nustatė tris dėsnius, apibūdinančius planetų judėjimą: planetos juda elipsėmis su Saulė viena jų fokusų, spindulio vektorius aprašantis planetą užima lygius ploto gabalus per lygius laiko tarpus, o orbitos periodo kvadratas yra proporcingas didžiosios pusasmės kubui. Izaokas Niutonas parodė, kad Keplerio dėsniai kyla iš visuotinio traukos dėsnio: gravitacinė jėga F = G m1 m2 / r^2 suteikia centripetinę jėgą, reikalingą objektui judėti orbitaliai. Tai reiškia, kad objektų greitis ir atstumas yra susiję — artimiausioje orbitoje greitis didesnis, tolimiausioje mažesnis.

Palydovai ir orbitos aplink Žemę

Palydovai skirstomi į natūralius (pvz., Mėnulis) ir dirbtinius (žmonių sukurti palydovai). Dirbtiniai palydovai tarnauja ryšiams, navigacijai, meteorologijai, žvalgybai ir moksliniams matavimams. Žemę supančios orbitos dažniausiai laikomos šiomis kategorijomis:

• LEO (Low Earth Orbit) – žemasis Žemės orbitas, apie 160–2 000 km aukštyje; čia veikia dauguma palydovų ir Tarptautinė kosminė stotis (TKS).
• MEO (Medium Earth Orbit) – vidutinis sluoksnis, pvz., navigaciniai GPS palydovai (~20 200 km).
• GEO (Geostationary Orbit) – geostacinė orbita ~35 786 km aukštyje, kur palydovas periodiškai apsuka Žemę tokiu pačiu greičiu, kaip ir Žemė sukasi, todėl atrodo stovintis virš tam tikro ilgumos; plačiai naudojama ryšiams ir meteorologijai.

Orbitos gali keistis dėl atmosferos trinties (ypač LEO), gravitacinių trikdžių iš kitų kūnų, saulės aktyvumo, ir žmogaus atliktų manevrų (variklių uždegimų). Dėl šių veiksnių reikalingi koregavimai (station‑keeping) arba palydovo galutinė „išjungimo“ procedūra (deorbitacija arba perkėlimas į sąvartyno orbitą).

Orbitų praktika: manevrai ir pavojai

Kosminiai laivai keičia orbitas atlikdami manevrus, pavyzdžiui, Hohmanno pernašą tarp dviejų apskritimų orbitų, kuri reikalauja tam tikro delta‑v (greičio pokyčio). Taip pat svarbu valdyti kosminį šiukšlyną: daug dirbtinių palydovų ir smulkių nuolaužų gali sudaryti pavojų veikiančioms orbitoms, todėl valdymas ir stebėjimas yra būtini saugai užtikrinti.

Įdomūs faktai

• Mėnulis yra pasiklijavęs («tidal locking») — jis visada rodo tą pačią pusę Žemei.
• Geostacinė orbita naudojama stabiliam ryšiui, todėl palydovai ten turi itin tiksliai derinti greitį ir poziciją.
• Ne visi orbitiniai judesiai yra ilgalaikiai: kosminės uolienos kartais turi hiperbolines ar parabolines trajektorijas ir praskrieja pro Saulės sistemą neužsilikdamos.

Apibendrinant: orbita — tai tiek geometrinė trajektorija, tiek fizinis judėjimo reiškinys, kurį lemia pradinis greitis ir tarpobjektinė trauka. Supratimas apie orbitas leidžia paleisti palydovus, planuoti kosmines misijas ir saugoti planetų sistemų dinamiką.

Klausimai ir atsakymai

Klausimas: Kas yra orbita?

K: Kaip prieš daugelį metų buvo vertinama Saulės orbita?

Klausimas: Kas atrado, kad gravitacija valdo orbitas?

K: Ar Žemė yra kokio nors kito objekto palydovas?

K: Kiek palydovų skrieja aplink Saulę?

Paieška pagal raidę