Наклонение орбиты

Наклонение орбиты объекта измеряет наклон орбиты вокруг небесного тела. Он выражается как угол между базовой плоскостью и орбитальной плоскостью или осью направления орбитального объекта.

Для спутника, вращающегося вокруг Земли непосредственно над экватором , плоскость орбиты спутника совпадает с экваториальной плоскостью Земли, а наклонение орбиты спутника составляет 0 °. Общий случай круговой орбиты состоит в том, что она наклонена, проводя половину оборота над северным полушарием и половину над южным. Если бы орбита колебалась между 20 ° северной широты и 20 ° южной широты, то ее наклонение орбиты было бы 20 °.

Орбиты

Наклонение — один из шести элементов орбиты, описывающих форму и ориентацию небесной орбиты . Это угол между орбитальной плоскостью и плоскостью отсчета , обычно выражаемый в градусах . Для спутника, вращающегося вокруг планеты планеты , плоскостью отсчета обычно является плоскость, содержащая экватор . Для планет Солнечной системы плоскостью отсчета обычно является эклиптика — плоскость, в которой Земля вращается вокруг Солнца. ^[1]^[2] Эта эталонная плоскость наиболее удобна для наблюдателей с Земли. Следовательно, наклон Земли по определению равен нулю.

Вместо этого наклонение можно измерить относительно другой плоскости, например, экватора Солнца или неизменной плоскости (плоскости, которая представляет угловой момент Солнечной системы, примерно плоскости орбиты Юпитера ).

Естественные и искусственные спутники

Наклон орбит естественных или искусственных спутников измеряется относительно экваториальной плоскости тела, вокруг которого они вращаются, если они вращаются достаточно близко. Экваториальная плоскость — это плоскость, перпендикулярная оси вращения центрального тела.

Наклон в 30° можно также описать, используя угол в 150°. Условно говоря, нормальная орбита — прямая , то есть орбита в том же направлении, в котором вращается планета. Наклоны более 90 ° описывают ретроградные орбиты (назад). Таким образом:

Наклонение 0° означает, что вращающееся тело движется по прямой орбите в экваториальной плоскости планеты.
Наклонение более 0 ° и менее 90 ° также описывает прямую орбиту.
Наклонение 63,4° часто называют критическим наклонением при описании искусственных спутников, вращающихся вокруг Земли, поскольку они имеют нулевой дрейф апогея . ^[3]
Наклонение ровно 90° — это полярная орбита , по которой космический корабль проходит над полюсами планеты.
Наклонение более 90° и менее 180° является ретроградной орбитой.
Наклонение ровно 180° — это ретроградная экваториальная орбита.

образовавшихся в результате удара, Для лун планет земной группы, не слишком далеко от своей звезды и с большим расстоянием между планетами, плоскости орбит лун имеют тенденцию выравниваться с орбитой планеты вокруг звезды из-за приливов со стороны звезды, но если планета – Расстояние до Луны небольшое, она может быть наклонена. У газовых гигантов орбиты спутников обычно совпадают с экватором планеты-гиганта, поскольку они сформировались в околопланетных дисках. ^[4] Строго говоря, это касается только обычных спутников. Захваченные тела на далеких орбитах сильно различаются по наклонению, тогда как захваченные тела на относительно близких орбитах имеют тенденцию иметь низкие наклонения из-за приливных эффектов и возмущений со стороны крупных регулярных спутников.

Экзопланеты и множественные звездные системы

Наклон экзопланет или членов многозвездных звездных систем — это угол плоскости орбиты относительно плоскости, перпендикулярной лучу зрения Земли на объект. ^[5]

Наклонение 0° соответствует обращенной орбите, то есть плоскость орбиты экзопланеты перпендикулярна лучу зрения на Землю.
Наклон 90° — это орбита, видимая с ребра, то есть плоскость орбиты экзопланеты параллельна лучу зрения на Землю.

Поскольку слово «наклонение» используется в исследованиях экзопланет для обозначения наклона луча зрения, угол между орбитой планеты и осью вращения ее звезды выражается с использованием термина «угол спин-орбиты» или «выравнивание спин-орбиты». . ^[5] В большинстве случаев ориентация оси вращения звезды неизвестна.

Поскольку метод лучевых скоростей легче находит планеты с орбитами, близкими к ребрам, большинство экзопланет, обнаруженных этим методом, имеют наклон от 45 ° до 135 °, хотя в большинстве случаев наклон неизвестен. Следовательно, большинство экзопланет, обнаруженных по лучевой скорости, имеют истинную массу, не более чем на 40% превышающую их минимальную массу . ^{[ нужна ссылка ]} Если орбита почти направлена лицом к лицу, особенно для суперджовиан, обнаруженных по лучевой скорости, то эти объекты на самом деле могут быть коричневыми или даже красными карликами . Одним из конкретных примеров является HD 33636 B, истинная масса которой составляет 142 МДж _, что соответствует звезде M6V, а ее минимальная масса составляла 9,28 _МДж .

Если орбита видна почти с ребра, то можно увидеть, как планета проходит транзитом через свою звезду.

Расчет

В астродинамике наклон $i$ можно вычислить по вектору орбитального момента $h$ (или любой вектор, перпендикулярный плоскости орбиты ) как $i=\arccos {\frac {h_{z}}{\left|h\right|}}$ где $h_{z}$ является z-компонентой $h$ .

Взаимное наклонение двух орбит можно вычислить по их наклонам к другой плоскости, используя правило косинуса для углов .

Наблюдения и теории

Орбиты большинства планет Солнечной системы имеют относительно небольшие наклоны как по отношению друг к другу, так и к экватору Солнца:

Тело		Склонность к
Тело		Эклиптика	Солнца экватор	Неизменный самолет ^[6]
Земля- испытания	Меркурий	7.01°	3.38°	6.34°
	Венера	3.39°	3.86°	2.19°
	Земля	0°	7.25° ^[7]	1.57°
	Марс	1.85°	5.65°	1.67°
Газ и лед гиганты	Юпитер	1.31°	6.09°	0.32°
	Сатурн	2.49°	5.51°	0.93°
	Уран	0.77°	6.48°	1.02°
	Нептун	1.77°	6.43°	0.72°
Незначительный планеты	Плутон	17.14°	11.88°	15.55°
	Церера	10.59°		9.20°
	Паллада	34.83°		34.21°
	Веста	5.58°		7.13°

С другой стороны, карликовые планеты Плутон и Эрида имеют наклоны к эклиптике 17° и 44° соответственно, а большой астероид Паллада наклонен на 34°.

В 1966 году Питер Голдрейх опубликовал классическую статью об эволюции орбиты Луны и орбит других спутников Солнечной системы. ^[8] Он показал, что для каждой планеты существует такое расстояние, что спутники, расположенные ближе к планете, чем это расстояние, поддерживают почти постоянный наклон орбиты относительно экватора планеты (с прецессией орбиты, главным образом из-за приливного влияния планеты). тогда как спутники, находящиеся дальше, сохраняют почти постоянный наклон орбиты относительно эклиптики (с прецессией, главным образом, из-за приливного влияния Солнца). Спутники первой категории, за исключением Тритона спутника Нептуна , вращаются вокруг экваториальной плоскости. Он пришел к выводу, что эти спутники образовались из экваториальных аккреционных дисков . Но он обнаружил, что Луна, хотя когда-то находилась на критическом расстоянии от Земли, никогда не имела экваториальной орбиты, как можно было бы ожидать из различных сценариев ее происхождения . Это называется проблемой наклона Луны, для которой с тех пор были предложены различные решения. ^[9]

Другое значение

Для планет и других вращающихся небесных тел угол экваториальной плоскости относительно плоскости орбиты - например, наклон полюсов Земли к Солнцу или от него - иногда также называют наклоном, но менее двусмысленными терминами являются осевой наклон или наклон. .

См. также

Ссылки

^ Чоботов, Владимир А. (2002). Орбитальная механика (3-е изд.). АИАА . стр. 28–30. ISBN 1-56347-537-5 .
^ Макбрайд, Нил; Бланд, Филип А.; Гилмор, Иэн (2004). Введение в Солнечную систему . Издательство Кембриджского университета . п. 248. ИСБН 0-521-54620-6 .
^ Арктическая система связи, использующая спутники на высокоэллиптических орбитах , Ларс Лёге - Раздел 3.1, страница 17
^ Формирование Луны и эволюция орбит во внесолнечных планетных системах - Обзор литературы , К. Льюис - Сеть конференций EPJ, 2011 - epj-conferences.org
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Тьяго Л. Кампанте (27 октября 2016 г.). «Спин-орбитальное выравнивание экзопланетных систем: анализ ансамбля астеросейсмических наблюдений» (PDF) . Труды Международного астрономического союза . 11 (Генеральная Ассамблея A29B). Издательство Кембриджского университета: 636–641. Бибкод : 2016IAUFM..29B.636C . дои : 10.1017/S1743921316006232 . S2CID 126328423 . Проверено 27 февраля 2022 г.
^ Хайдер, КП (3 апреля 2009 г.). «Средняя плоскость (неизменная плоскость) Солнечной системы, проходящая через барицентр» . Архивировано из оригинала 3 июня 2013 года . Проверено 10 апреля 2009 г.
произведено с использованием
Витальяно, Альдо. «Солекс 10» (программа для ЭВМ). Неаполитанский университет имени Федерико II . Архивировано из оригинала 24 мая 2015 года . Проверено 23 ноября 2010 г.
^ Планетарные информационные бюллетени , на http://nssdc.gsfc.nasa.gov.
^ Питер Голдрейх (ноябрь 1966 г.). «История лунной орбиты». Обзоры геофизики . 4 (4): 411–439. Бибкод : 1966РвГСП...4..411Г . дои : 10.1029/RG004i004p00411 . Назван «классическим» Джихад Тома и Джек Уиздом (ноябрь 1994 г.). «Эволюция системы Земля-Луна» . Астрономический журнал . 108 : 1943. Бибкод : 1994AJ....108.1943T . дои : 10.1086/117209 .
^ Каве Пахлеван и Алессандро Морбиделли (26 ноября 2015 г.). «Бесстолкновительные встречи и происхождение наклона Луны». Природа . 527 (7579): 492–494. arXiv : 1603.06515 . Бибкод : 2015Natur.527..492P . дои : 10.1038/nature16137 . ПМИД 26607544 . S2CID 4456736 .

[1] Чоботов, Владимир А. (2002). Орбитальная механика (3-е изд.). АИАА . стр. 28–30. ISBN 1-56347-537-5 .

[2] Макбрайд, Нил; Бланд, Филип А.; Гилмор, Иэн (2004). Введение в Солнечную систему . Издательство Кембриджского университета . п. 248. ИСБН 0-521-54620-6 .

[3] Арктическая система связи, использующая спутники на высокоэллиптических орбитах , Ларс Лёге - Раздел 3.1, страница 17

[4] Формирование Луны и эволюция орбит во внесолнечных планетных системах - Обзор литературы , К. Льюис - Сеть конференций EPJ, 2011 - epj-conferences.org

[Campante-5] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Тьяго Л. Кампанте (27 октября 2016 г.). «Спин-орбитальное выравнивание экзопланетных систем: анализ ансамбля астеросейсмических наблюдений» (PDF) . Труды Международного астрономического союза . 11 (Генеральная Ассамблея A29B). Издательство Кембриджского университета: 636–641. Бибкод : 2016IAUFM..29B.636C . дои : 10.1017/S1743921316006232 . S2CID 126328423 . Проверено 27 февраля 2022 г.

[meanplane-6] Хайдер, КП (3 апреля 2009 г.). «Средняя плоскость (неизменная плоскость) Солнечной системы, проходящая через барицентр» . Архивировано из оригинала 3 июня 2013 года . Проверено 10 апреля 2009 г.
произведено с использованием
Витальяно, Альдо. «Солекс 10» (программа для ЭВМ). Неаполитанский университет имени Федерико II . Архивировано из оригинала 24 мая 2015 года . Проверено 23 ноября 2010 г.

[NASA-7] Планетарные информационные бюллетени , на http://nssdc.gsfc.nasa.gov.

[8] Питер Голдрейх (ноябрь 1966 г.). «История лунной орбиты». Обзоры геофизики . 4 (4): 411–439. Бибкод : 1966РвГСП...4..411Г . дои : 10.1029/RG004i004p00411 . Назван «классическим» Джихад Тома и Джек Уиздом (ноябрь 1994 г.). «Эволюция системы Земля-Луна» . Астрономический журнал . 108 : 1943. Бибкод : 1994AJ....108.1943T . дои : 10.1086/117209 .

[9] Каве Пахлеван и Алессандро Морбиделли (26 ноября 2015 г.). «Бесстолкновительные встречи и происхождение наклона Луны». Природа . 527 (7579): 492–494. arXiv : 1603.06515 . Бибкод : 2015Natur.527..492P . дои : 10.1038/nature16137 . ПМИД 26607544 . S2CID 4456736 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]