| Часть серии по |
| Астродинамика |
|---|
 |
В орбитальной механике , орбитальный распад происходит постепенное уменьшение расстояния между двумя орбитальными телами при их сближении ( Перицентр ) на протяжении многих орбитальных периодов. Эти вращающиеся тела могут быть планетой и ее спутником , звездой и любым объектом, вращающимся вокруг нее, или компонентами любой двойной системы . Орбиты не распадаются без какого-либо механизма, похожего на трение, который передает энергию орбитального движения. Это может быть любое из ряда механических , гравитационных или электромагнитных эффектов. Для тел внизкая околоземная орбита , наиболее значительным эффектом является сопротивление атмосферы .
Если не контролировать, распад в конечном итоге приводит к прекращению движения по орбите, когда меньший объект ударяется о поверхность первичной обмотки; или для объектов, у которых основной имеет атмосферу, меньший объект горит, взрывается или иным образом распадается в атмосфере более крупного объекта ; или для объектов, где первичной является звезда, заканчивается сгоранием от излучения звезды (например, для комет ) и так далее.
Столкновения объектов звездной массы обычно вызывают катастрофические эффекты, такие как гамма-всплески и обнаруживаемые гравитационные волны .
Из-за сопротивления атмосферы минимальная высота над Землей, на которой объект на круговой орбите может совершить хотя бы один полный оборот без движения, составляет примерно 150 км (93 мили), в то время как самый низкий перигей эллиптического вращения составляет примерно 90 км (56 миль).
Причины [ править ]
Атмосферное сопротивление [ править ]
Атмосферное сопротивление на орбитальной высоте вызывается частыми столкновениями молекул газа со спутником. Это основная причина разрушения орбиты спутников на низкой околоземной орбите . Это приводит к уменьшению высоты орбиты спутника. В случае Земли сопротивление атмосферы, приводящее к повторному входу в атмосферу спутника, можно описать следующей последовательностью:
- меньшая высота → более плотная атмосфера → повышенное сопротивление → повышенная температура → обычно горит при входе в атмосферу
Таким образом, затухание орбиты включает в себя эффект положительной обратной связи : чем сильнее затухает орбита, тем меньше падает ее высота, и чем ниже высота, тем быстрее затухание. Распад также особенно чувствителен к внешним факторам космической среды, таким как солнечная активность, которые не очень предсказуемы. Во время солнечных максимумов атмосфера Земли вызывает значительное сопротивление на высотах намного выше, чем во время солнечных минимумов . [2]
Атмосферное сопротивление оказывает значительное влияние на высотах космических станций , космических челноков и других пилотируемых космических аппаратов на околоземной орбите, а также спутников с относительно высокими «низкими околоземными орбитами», таких как космический телескоп Хаббла . Космические станции обычно требуют регулярного увеличения высоты, чтобы противодействовать распаду орбиты (см. Также поддержание орбитальной станции ). Неконтролируемый орбитальный распад обрушил космическую станцию Skylab , и (относительно) контролируемый орбитальный распад был использован для вывода с орбиты космической станции " Мир ". [ необходима цитата ]
Повторные запуски космического телескопа Хаббл происходят реже из-за его гораздо большей высоты. Однако орбитальный распад также является ограничивающим фактором для продолжительности времени, в течение которого Хаббл может обойтись без сближения для технического обслуживания, последнее из которых было успешно проведено STS-125 с космическим кораблем Атлантис в 2009 году. Новые космические телескопы находятся на гораздо более высоких орбитах. , или в некоторых случаях на солнечной орбите, поэтому орбитальное ускорение может не понадобиться. [3]
Приливные эффекты [ править ]
Орбита также может затухать из-за отрицательного приливного ускорения, когда вращающееся тело достаточно велико, чтобы вызвать значительную приливную выпуклость на теле, на котором оно вращается, и находится либо на ретроградной орбите, либо ниже синхронной орбиты . Это отбирает импульс у движущегося по орбите тела и передает его вращению первичного элемента, уменьшая высоту орбиты.
Примерами спутников, подвергающихся приливному орбитальному распаду, являются спутник Марса Фобос , спутник Нептуна Тритон и внесолнечная планета TrES-3b .
Световое и тепловое излучение [ править ]
Небольшие объекты в Солнечной системе также испытывают орбитальный распад из-за сил, приложенных асимметричным радиационным давлением. В идеале поглощенная энергия должна быть равна черному телу.энергия, испускаемая в любой заданной точке, в результате чего нет чистой силы. Однако эффект Ярковского - это явление, при котором, поскольку поглощение и излучение тепла не происходит мгновенно, объекты, которые не заблокированы окончательно, поглощают энергию солнечного света на поверхностях, обращенных к Солнцу, но эти поверхности не повторно излучают большую часть этой энергии до тех пор, пока объект повернулся, так что излучение идет параллельно орбите объекта. Это приводит к очень небольшому ускорению, параллельному орбитальной траектории, но которое может быть значительным для небольших объектов в течение миллионов лет. Эффект Пойнтинга-Робертсона - это сила, противодействующая скорости объекта, вызванная асимметричным падением света, т. Е. Аберрацией света . Для объекта с прямым вращением эти два эффекта будут применять противоположные, но обычно неравные силы.
Гравитационное излучение [ править ]
Гравитационное излучение - еще один механизм орбитального распада. Это незначительно для орбит планет и спутников планет (при рассмотрении их орбитального движения во временных масштабах столетий, десятилетий и меньше), но заметно для систем компактных объектов , как видно из наблюдений орбит нейтронных звезд. Все вращающиеся тела излучают гравитационную энергию, поэтому ни одна орбита не является бесконечно устойчивой.
Электромагнитное сопротивление [ править ]
Спутники, использующие электродинамический трос , перемещаясь через магнитное поле Земли, создают силу сопротивления, которая в конечном итоге может вывести спутник из орбиты.
Звездное столкновение [ править ]
Схождение двух двойных звезд, когда они теряют энергию и сближаются. Несколько вещей могут вызвать потерю энергии, включая приливные силы , массоперенос и гравитационное излучение . Звезды описывают путь спирали по мере приближения друг к другу. Иногда это приводит к слиянию двух звезд или созданию черной дыры . В последнем случае последние несколько оборотов звезд вокруг друг друга занимают всего несколько секунд. [4]
Массовая концентрация [ править ]
Хотя это и не является прямой причиной орбитального распада, неравномерное распределение массы (известное как масконы ) орбитального тела может с течением времени нарушать орбиты, а экстремальные распределения могут вызывать очень нестабильность орбит. В результате нестабильная орбита может трансформироваться в орбиту, где может иметь место одна из прямых причин орбитального распада.
Ссылки [ править ]
- ^ "Статус орбиты Tiangong-1" . Официальный сайт пилотируемого космического пространства Китая . Китайское управление пилотируемой космической техники. 1 апреля 2018 . Проверено 1 апреля 2018 года .
- ^ Нванкво, Виктор UJ; Чакрабарти, Сандип К. (1 мая 2013 г.). «Эффекты торможения плазмы на спутниках на низкой околоземной орбите из-за нагрева атмосферы Земли корональными выбросами массы» . arXiv : 1305.0233 [ Physics.space -ph ].
- ^ Программа Хаббла - Миссии обслуживания - SM4
- ^ "ВДОХНОВЛЯЮЩИЕ ГРАВИТАЦИОННЫЕ ВОЛНЫ" . LIGO . Дата обращения 1 мая 2015 .
Внешние ссылки [ править ]
- Расчеты орбитального распада с обсуждением и примерами
