Orbita
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In astronomia, un'orbita è la traiettoria di un corpo celeste, di un satellite artificiale o di un veicolo spaziale nello spazio, dove in genere è presente il campo gravitazionale generato da un altro corpo celeste.
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[modifica] Classificazione
In base all'energia posseduta dal corpo le orbite possono essere chiuse e periodiche oppure aperte e non periodiche.
- Orbita ellittica: l'orbita è chiusa ed è un ellisse se l'energia totale E del corpo è minore di zero (ovvero se l'energia cinetica è minore dell'energia potenziale). Sono ellittiche le orbite dei pianeti del sistema solare e di tutti i loro satelliti.
- Traiettoria iperbolica: l'orbita è aperta ed è un iperbole se l'energia totale E del corpo è maggiore di zero (ovvero se l'energia cinetica è maggiore dell'energia potenziale). Sono iperboliche le orbite delle sonde spaziali inviate al di fuori del sistema solare e le porzioni di orbite di sonde inviate verso i pianeti esterni (come la sonda Galileo e la sonda Cassini nelle fasi di avvicinamento e allontanamento dai pianeti interni usati per l'effetto fionda).
- Traiettoria parabolica: da un punto di vista teorico occorre inoltre aggiungere che se E=0, l'orbita risulterà una parabola; tale orbita rappresenta l'elemento di separazione tra la famiglia di orbite chiuse e di orbite aperte.
In base all'inclinazione, una orbita può essere:
- Orbita equatoriale: se l'inclinazione è circa zero (ad esempio tutte le orbite geostazionarie)
- Orbita polare: se l'inclinazione è quasi uguale a 90°. I satelliti in orbita polare hanno la caratteristica di poter vedere tutto il globo.
- Orbita eclittica: se l'inclinazione dell'orbita coincide con l'eclittica del pianeta
In base all'utilità, possono essere definite anche:
- Orbita cimitero, dove finiscono i satelliti artificiali geostazionari
- Orbita commerciale
- Orbita di parcheggio
- Orbita Molniya, orbita per comunicazioni sovietica
In base all'altitudine:
- Low Earth Orbit: orbita terrestre bassa, in cui si trova ad esempio la ISS
- Medium Earth Orbit: orbita terrestre media, in cui si trovano i satelliti dei sistemi di navigazione (GLONASS, Galileo e GPS).
- Highly Elliptical Orbit: orbita terrestre alta (particolarmente ellittica)
- Orbita geostazionaria: ad una quota di 36 000 km i satelliti possono rimanere fermi rispetto alla superficie terrestre. I satelliti per le telecomunicazioni si trovano in quest'orbita.
[modifica] Velocità orbitale in un'orbita circolare terrestre
Consideriamo un corpo di massa m che si muove su un'orbita circolare ad una distanza r dal centro della terra (ovvero ad una quota h = r - RT, dove RT è il raggio della terra). Tale corpo è soggetto alla forza di gravità
- ,
essendo G = 6.672 × 10-11 N (m/kg)² è la costante di gravitazione universale e M = 5.9 × 1024 kg la massa della terra.
Per poter rimanere su una traiettoria circolare di raggio r, il corpo deve peraltro essere soggetto ad una forza centripeta
essendo v la velocità tangenziale.
Perché il corpo continui a percorrere l'orbita circolare, la forza di gravità deve quindi uguagliare la forza centripeta,
Fg = Fc:
- ;
Semplificando m ed r e risolvendo rispetto a v si ottiene:
- ;
La figura a fianco rappresenta il grafico della velocità tangenziale in funzione del raggio dell'orbita per orbite intorno alla terra. Da questa espressione sono ricavati i valori calcolati nella pagina sul calcolo dell'orbita (in inglese). Tenendo conto che la velocità tangenziale è legata al periodo orbitale dalla relazione
è possibile esprimere T in funzione di r, ottenendo
Questa non è altro che la terza legge di Keplero. La costante K che compare nella terza legge è quindi definita da
La terza legge di Keplero permette di determinare l'altezza di un'orbita geostazionaria il cui periodo è pari al giorno siderale della Terra, Trot = 23 h 56 min 4,09 sec = 86.164,09 sec:
che corrisponde ad un'altezza di 35.790 km sopra l'equatore.
[modifica] Voci correlate
- Manovra orbitale
- Vettori orbitali di stato
- Parametri orbitali
- Trasferimento alla Hohmann
- Trasferimento biellittico bitangente
- Cambio di piano orbitale
- Vettore di Lenz
[modifica] Collegamenti esterni
- In questa pagina si può vedere un'animazione interattiva delle 3 leggi di Keplero.