Orbitele planetelor

De mii de ani s-a observat că anumiți aștri se mișcă printre stelele fixe. Aceștia au primit numele de "rătăcitoare", în grecește "planetos". De 400 de ani știm că aceste obiecte, planetele,  se rotesc în jurul Soarelui. Traiectoria pe care o au se numește "orbita".

Orbitele planetelor sunt "drumurile" acestora în jurul Soarelui. Pentru a nu cădea pe Soare trebuie să se miște în jurul acestuia. Inițial s-a crezut că orbitele planetelor sunt cercuri, forma geometrica considerata perfectă în trecut. Soarele, ca astru central, se afla bineînteles în centrul cercului (orbitei). Dar, din observații s-a determinat că nu este așa, orbitele planetelor fiind elipse (cercuri turtite) iar Soarele nu se afla în centru ci într-unul din focare.

Cel care a descoperit legile după care se mișca planetele pe orbite a fost Johannes Kepler, între 1609 și 1619. Acesta descoperă că orbitele planetelor sunt eliptice și că Soarele se află într-unul din focare, că viteza de rotație în jurul Soarelui este cu atât mai mare dacă planeta se află mai aproape de acesta și că viteza unei planete pe orbită este variabilă.

Există câțiva parametri care ne spun cum arată orbita planetei sau a unui obiect care se rotește în jurul Soarelui. Le vom lua pe rând. Elementele orbitale care ne arată forma orbitei sunt excentricitatea, inclinarea orbitei și semiaxa mare a orbitei.

Excentricitatea (e) ne arată cât de eliptică (turtită) este orbita. Excentricitate 0 înseamnă orbita circulară. Excentricitățile orbitelor planetelor sunt mici în afară de cea a orbitei planetei Mercur (e=0,25).


Excentricitatea orbitelor

 

Cometele au orbite excentrice pentru că sunt obiecte a căror mișcare în jurul Soarelui a fost perturbată de gravitația altor obiecte și la fel sunt și orbitele unor asteroizi. Excentricitatea ne arată forma orbitei.

Înclinarea (i) ne arată cât de înclinată este orbita față de planul eclipticii (planul dat orbita Pământului). O valoare de 0 ne arata că obiectul are o orbită aflată în același plan cu orbita Pământului iar cu cât crește valoarea, înclinarea crește.


Înclinarea orbitelor

 

Cea mai înclinată  orbita a unei planete este cea a lui Mercur (i=7°). Cometele sunt obiectele cu cele mai înclinate orbite. Și planetele pitice au orbite cu înclinare mare: Eris 44,19°, Makemake 28,96°, Haumea 28,19°. Înclinarea orbitei terestre este zero prin definiție.

Semiaxa mare (a) a orbitei ne arată cât de mare este orbita. Semiaxa mare a orbitei este de fapt jumătate din axa mare a elipsei.  Se măsoară în Unități Astronomice (UA, distanța medie dintre Pământ și Soare). Pentru că orbitele planetelor nu sunt circulare, există doua poziții, diametral opuse, la care planeta este mai apropiată de Soare (periheliu) și mai îndepărtată de acesta (afeliu).

O unitate astronomică este egală cu 149.597.870,691 km.


Semiaxa mare a orbitelor

 

Locul unde se află locul periheliului reprezintă un alt parametru al orbitei, numit argumentul periheliului (ω). Poziția sa se masoară în grade de la locul unde orbita planetei se intersectează cu planul dat de orbita Pământului (ecliptica). O valoare de 0° inseamna că obiectul se va afla mai aproape de Soare când este în planul eclipticii.

Un alt element al orbitelor este longitudinea nodului ascendent (Ω). Aceasta ne arată locul unde orbita planetei se intersectează cu planul de referința (ecliptica).


Argumentul periheliului

 

Valorile de mai sus, care ne arată forma, mărimea și poziția orbitei, se numesc elemetele orbitale.

Daca numai Soarele ar influența gravitațional planetele, cunoscând elementele orbitei și o poziție a planetei, am putea calcula pozitia acesteia în viitor sau în trecut. Cum planetele din sistemul solar se influnețează gravitațional una pe alta, pentru a cunoaște cu exactitate poziția uneia, trebuie să determinăm perturbațiile aduse de celelalte planete asupra ei.

Calcularea orbitelor a fost inventată și prefecționată de astronomii Kepler, Laplace și Gauss. În prezent, dacă se observă obiectul (planetă, asteroid sau cometă) în trei poziții diferite, se poate calcula orbita sa.

Vitezele planetelor variază în funcție de depărtarea de Soare, după cum a descoperit și teoretizat Kepler. Când sunt mai aproape de Soare viteza lor orbitală crește. La depărtarea maximă de Soare viteza este cea mai mică. Avem astfel o viteză minimă, maximă și medie. Viteza medie este viteza pe care o au planetele atunci când se află la o depărtare de Soare egală cu semiaxa mare a orbitei (a).

Se vede clar din tabel că viteza medie a planetelor scade cu depărtarea de la Soare.

Vitezele orbitale ale planetelor
Planeta
Viteza minimă
[km/s]
Viteza medie
[km/s]
Viteza maximă
[km/s]
Mercur
38,86
47,87
58,98
Venus
34,78
35,02
35,26
Terra
29,29
29,78
30,29
Marte
21,97
24,13
26,50
Jupiter
12,44
13,06
13,71
Saturn
9,11
9,64
10,19
Uranus
6,49
6,79
7,12
Neptun
5,38
5,43
5,48
Pluto
3,67
4,74
6,11

 

 

Valorile elementelor orbitale ale planetelor pentru anul 2000


Planeta
a
e
i
ω
Ω
M0
Mercur
0,38710
0,20563
7,005
29,125
48,331
174,795
Venus
0,72333
0,00677
3,395
54,884
76,680
50,416
Terra
1,00000
0,01671
0,000
288,064
174,873
357,529
Marte
1,52368
0,09340
1,850
286,502
49,558
19,373
Jupiter
5,20260
0,04849
1,303
273,867
100,464
20,020
Saturn
9,55491
0,05551
2,489
339,391
113,666
317,021
Uranus
19,21845
0,04630
0,773
98,999
74,006
141,050
Neptun
30,11039
0,00899
1,770
276,340
131,784
256,225
Pluto
39,543
0,2490
17,140
113,768
110,307
14,882