Орбита

Орби́та (от лат. orbita «колея, дорога, путь») — траектория движения материальной точки в наперёд заданной системе пространственных координат для заданной в этих координатах конфигурации поля сил, которые на неё действуют. Термин был введён Иоганном Кеплером в книге «Новая астрономия» (1609).

В небесной механике это траектория небесного тела в гравитационном поле другого тела, обладающего значительно большей массой (планеты, кометы, астероида в поле звезды). В прямоугольной системе координат, начало которой совпадает с центром масс, траектория может иметь форму конического сечения (окружности, эллипса, параболы или гиперболы).

При этом его фокус совпадает с центром масс системы.

Источник: Википедия

Упоминания в литературе

Пространственное положение любой другой эллиптической орбиты вокруг Солнца можно охарактеризовать тремя дополнительными числами; все три – угловые величины. Одна из этих величин представляет собой наклон орбитальной плоскости к плоскости эклиптики. Вторая величина, по существу, дает направление большой оси орбиты в этой плоскости. Третья дает направление прямой, по которой пересекаются эти две плоскости. Наконец, нам нужно знать, где именно на орбите в данный момент располагается планета, для чего потребуется еще один угол. Таким образом, для того, чтобы определить орбиту планеты и ее положение на этой орбите, нам требуется два числа и четыре угла – шесть орбитальных элементов. Главной целью ранней астрономии было вычислить орбитальные элементы каждой планеты и каждого астероида, которые удалось обнаружить. Имея эти числа, можно предсказывать будущее положение объекта, по крайней мере до тех пор, пока совместное воздействие других тел не приведет к существенному возмущению орбиты.

Иэн Стюарт, Математика космоса: Как современная наука расшифровывает Вселенную, 2016

Когда же требуется узнать время, за которое сформировалась та или иная толща осадков, прибегают к варвохронологии или циклостратиграфии. Последний метод основан на выявлении повторяющихся ритмов в осадочных отложениях, связанных с периодичностью климатических колебаний. Связь такой периодичности с орбитальными циклами в Солнечной системе, где взаимное притяжение планет и крупных спутников искажает правильность орбит, предначертанную законами Кеплера – Ньютона, установил югославский физик Милутин Миланкович. Эти орбитальные циклы включают прецессию (примерно каждые 26 000 лет земная ось описывает коническую фигуру), нутацию (каждые 41 000 лет колеблется угол наклона оси к плоскости земной орбиты) и эксцентриситет – изменение формы орбиты с эллиптической на круговую и обратно, но в плоскости, перпендикулярной прежней, и снова на круговую каждые 400 000 лет (полный цикл) (рис. 1.3а – г).

Андрей Журавлев, Сотворение Земли. Как живые организмы создали наш мир, 2018

В данном разделе речь будет идти прежде всего об орбитах астероидов. Поэтому нелишне будет напомнить, что гелиоцентрическая орбита тела определяется значениями шести элементов. При этом положение плоскости, в которой происходит движение, задается элементами ? и i – долготой восходящего узла на плоскости эклиптики и наклоном плоскости орбиты к эклиптике (рис. 3.1). Ориентация орбиты в этой плоскости (положение перигелия) определяется элементом ω – угловым расстоянием перигелия от восходящего узла орбиты. Размер и форма орбиты определяются элементами a и e – большой полуосью и эксцентриситетом орбиты. Наконец, положение тела на орбите в определенный момент времени задается значением средней аномалии M. Угловые величины ?, ω, i, M выражаются в градусах, большая полуось – в астрономических единицах (а.е.), где 1 а.е. равняется среднему расстоянию от Земли до Солнца, приближенно 150 000 000 км. Эксцентриситет орбиты является безразмерной величиной.

Коллектив авторов, Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра, 2010

Еще через несколько лет Кеплер сформулировал третье правило, которое касалось не движения одной планеты вокруг Солнца, а связывало движения различных планет друг с другом. Оно гласило, что время полного оборота планеты вокруг Солнца зависит от величины орбиты и пропорционально квадратному корню из куба этой величины. А величиной орбиты считается диаметр, пересекающий самое широкое место эллипса.

Ричард Фейнман, Характер физических законов, 1965

Может ли столь незначительная асимметрия в положении Солнца влиять на климатические условия Земли? Чтобы выяснить, в чем могло бы обнаружиться подобное влияние, произведем опять мысленный опыт, обратимся к «если бы». Допустим, что эксцентриситет земной орбиты возрос до более заметной величины, – например, до 0,5. Это значит, что фокус эллипса делит его полуось пополам; такой эллипс будет иметь вытянутость примерно куриного яйца. Ни одна из орбит главных планет солнечной системы не обладает столь значительным эксцентриситетом; орбита Плутона, самая вытянутая, имеет эксцентриситет 0,25. (Но астероиды и кометы движутся и по более вытянутым эллипсам.)

Яков Перельман, Занимательная астрономия

Вращение планет-гигантов имеет однозначное происхождение: оно определяется в основном вращением падавшего в них газа в период лавинообразного накопления, которое, в свою очередь, связано с исходным вращением протопланетного диска. Поэтому Юпитер и Сатурн вращаются в одну сторону с периодом около 10 часов. Периоды вращения большинства крупных астероидов тоже близки к этому значению, и происхождение этого вращения аналогичное – из газового вихря, в центре которого росла планетезималь (Pravec, Harris и Michalowski, 2002). Плохо понятно происхождение вращения Урана и Нептуна – их периоды практически равны и составляют около 16 часов, но ось вращения Урана лежит почти в плоскости его орбиты. Вращение планет земной группы при их образовании из планетезималей и планетных зародышей должно было сильно и непредсказуемо измениться при косых столкновениях планетных зародышей. Наклоны осей вращения планет в итоге должны были стать случайными, периоды вращения – тоже, в пределах от нескольких часов до нескольких суток, со средним значением примерно тех же 10 часов. Однако из четырех планет земной группы две (Земля и Марс) имеют наклоны в пределах 30 градусов и периоды вращения около 23–25 часов, а Венера и Меркурий – малые наклоны и огромные периоды вращения 243 и 59 суток. Хуже того, Венера вращается в обратную сторону. Теоретически Венера могла получить обратное вращение за счет удачных направлений скользящих ударов в процессе образования, но ось вращения тогда была бы направлена куда попало.

Михаил Никитин, Происхождение жизни. От туманности до клетки, 2016

Орбитальные плоскости больших планет – от Меркурия до Нептуна – тоже лежат недалеко от плоскости эклиптики, поэтому и планеты всегда видны практически в той же полосе Зодиака, что и Луна: ?8° от линии эклиптики. Траектории их перемещения относительно звезд выглядят замысловато, поскольку мы наблюдаем движущуюся планету с движущейся Земли. Но орбиты планет известны очень точно, так что рассчитать видимую траекторию планеты на годы вперед несложно.

В. Г. Сурдин, Разведка далеких планет, 2013

Ключи к раскрытию последующих событий содержатся в летописи Солнечной системы, записанной в ее планетах и спутниках, кометах и астероидах, а также в бесчисленных и разнообразных метеоритах. Одним из таких ключей является то, что все планеты и спутники обращаются вокруг Солнца в одной и той же плоскости и в одном и том же направлении. Более того, ближайшие к Солнцу планеты вращаются вокруг собственной оси примерно в той же плоскости и направлении. Ничто в законах движения не обусловливает эту общность вращения; планеты и спутники могли бы вращаться вокруг оси и по орбитам любым способом – с севера на юг, с востока на запад, сверху вниз или снизу вверх – и при этом не нарушать закона тяготения. Такое разнообразие наверняка имело бы место, если бы планеты и спутники были втянуты в Солнечную систему извне. Наблюдаемое орбитальное единообразие в нашей Солнечной системе, напротив, свидетельствует о том, что все ее планеты и спутники образовались в одном и том же плоском, крутящемся газово-пылевом диске и примерно в одно и то же время. Все эти гигантские космические тела сохраняют тот же принцип вращения – общий вращательный момент всей Солнечной системы – со времени начала закручивания облака.

Роберт Хейзен, История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет, 2012

У Земли два вида движения. Она движется вокруг Солнца по твердо установленному пути, который называется орбитой. Время, которое требуется Земле для прохождения этой орбиты, называется годом. Земля также вращается вокруг своей оси. Время, необходимое для этого, называется сутками. Направление оси очень медленно меняется. Это движение называется прецессией. Другие планеты также вращаются вокруг Солнца и вокруг своей оси, но скорость их вращения отличается от земной.

Е. В. Ситникова, Кто есть кто в мире звезд и планет, 2009

Фундаментальный физик Галилей мог смотреть на законы Кеплера как на математические соотношения, не менее изящные, чем космография планет юного Кеплера, но и не более проникающие в физическую суть планетной системы. Через две точки можно провести только одну прямую, а через множество точек планетных наблюдений – сколько угодно разных кривых, в том числе, быть может, и изящных. С планетами не поэкспериментируешь, меняя параметры их движения. Поэтому Галилей старался проникнуть в фундаментальные законы планетной физики, опираясь на земной эксперимент, который надо придумать, и используя простейшую орбиту из возможных – круговую, тем более что орбиты Земли и Венеры почти точно круговые.

Г. Е. Горелик, Кто изобрел современную физику? От маятника Галилея до квантовой гравитации, 2013

В том масштабе, которым мы пользовались для наглядного представления Солнечной системы, размеры Галактики будут составлять 60 млн км – величина, уже довольно близкая к расстоянию от Земли до Солнца. Отсюда ясно, что по мере проникновения во всё более удаленные области Вселенной этот масштаб уже не годится, так как теряет наглядность. Поэтому мы примем другой масштаб. Мысленно уменьшим земную орбиту до размеров самой внутренней орбиты атома водорода в классической модели Бора. Напомним, что радиус этой орбиты равен 0,53х10-8 см. Тогда ближайшая звезда будет находиться на расстоянии приблизительно 0,014 мм, центр Галактики – на расстоянии около 10 см, а размеры нашей звездной системы будут около 35 см. Диаметр Солнца будет иметь микроскопические размеры: 0,0046 А (ангстрем – единица длины, равная 10-8 см).

И. С. Шкловский, Вселенная, жизнь, разум, 2006

Как ни странно, но даже люди с высшим образованием на этот вопрос часто отвечают неправильно – чаще всего ссылаются на изменение расстояния от Земли до Солнца. Однако разница между расстояниями нашей планеты до светила в афелии и перигелии составляет всего около 3 процентов и никакого заметного влияния на смену времен года не оказывает. Истинная причина смены сезонов на Земле состоит в наклонении земной оси к плоскости земной орбиты (эклиптике), которое составляет 23 градуса 27 минут. Солнце больше греет там, где направление его лучей ближе к вертикальному. Максимальная плотность получаемой от Солнца энергии (тепла) приходится на окрестности «подсолнечной» точки земной поверхности. А эта точка благодаря указанному выше наклонению земной оси к эклиптике с марта по сентябрь располагается в Северном полушарии, а с сентября по март – в Южном.

А. П. Кондрашов, 3333 каверзных вопроса и ответа, 2011

Большинство наблюдаемых событий в Солнечной Системе происходит вблизи эклиптики (от греческого ekleiptikos – "линия затмений») – видимый путь Солнца на небесной сфере относительно звезд в течение года – есть проекция плоскости орбиты Земли вокруг Солнца на небесную сферу. Полоса на небесной сфере шириной примерно 15°, посередине которого, как осевая линия проходит эклиптика – это пояс Зодиака. Название пояса происходит от греческого zodiakos – это значит звериный круг или круг живых существ.

Аурика Луковкина, Тайна кармы, 2013

Что же касается солнечной теории, то от Аристотеля мы узнаем, что она также основана на трех сферах: одна совершает такое же суточное движение, как и сфера неподвижных звезд, вторая вращается по зодиаку, а третья – по кругу, наклоненному к зодиаку. Симпликий подтверждает это и прибавляет, что третья сфера, в отличие от лунной, вращается не в обратном направлении относительно второй, а в том же, то есть в направлении зодиакальных знаков, и намного медленнее, чем вторая сфера. Здесь Симпликий допускает ту же ошибку, что и в описании лунной теории, так как Солнце, по его описанию, веками находилось бы в северной или южной широте и за год описывало бы небольшой круг, параллельный эклиптике, вместо большого круга. Конечно, медленно двигаться должна вторая сфера, причем в направлении по зодиаку, тогда как движение второй сферы должно происходить за год[83] по наклонному большому кругу, который должен описывать центр Солнца. Этот круг посредством второй сферы поворачивается вокруг оси зодиака, и Евдокс предполагал, что его узлы на эклиптике совершают очень медленное движение вперед, а не обратно, как лунные узлы. Годовое движение Солнца предполагалось совершенно единообразным, то есть Евдокс, по всей видимости, отвергал замечательное открытие, сделанное Метоном и Евктемоном примерно за 60—70 лет до того, а именно что Солнцу требуется не одно и то же время, чтобы описать четыре квадранта своей орбиты между равноденствиями и солнцестояниями[84].

Джон Дрейер, История астрономии. Великие открытия с древности до Средневековья, 1953

Большой круг небесной сферы, если его плоскость совпадает с плоскостью земной орбиты, по которой планета движется вокруг Солнца, – это плоскость эклиптики (от греч. ekleipsis – «затмение»), а линия пересечения ее с небесной сферой – линия эклиптики, или эклиптика. Для наблюдателя с Земли линия, по которой Солнце совершает свое годовое движение, и есть линия эклиптики. Линия, образующая перпендикуляр с плоскостью эклиптики, при прохождении через центр небесной сферы и на пересечении с ней образует точки, называемые северным (П) и южным (П?) полюсами эклиптики.

Н. И. Нагорная, Астрологическая карта судьбы, 2015

Однако, например, в так называемой двойной звездной системе, где массы обоих тел очень велики, радиусы их орбит достаточно малы, а центростремительные ускорения огромны, излучением гравитационных волн пренебречь нельзя. В таком случае задачу можно решить только приближенно.

Э. Т. Ахмедов, О рождении и смерти черных дыр, 2015

Теперь Наблюдатель мог изучить объект назначения более подробно. С этого расстояния звезда HZW-1020-3964-2904-3845 (QSL) имела угловой размер уже с горошину. Обшивкой корабля, обращенной в ее сторону, Наблюдатель даже почувствовал слабое тепло ее излучения. Он активизировал телескопическую систему и увидел 8 планет – спутников звезды, вращающихся по круговым орбитам в одной плоскости. Звездолет подлетал почти перпендикулярно к плоскости их вращения, поэтому Наблюдатель мог хорошо видеть их освещаемые светилом части. Многие из планет имели спутники. Все планеты обладали атмосферой – необходимым условием для существования первичной жизни. Радиосигналы, которые привели его сюда, шли от третьей по счету от звезды планеты, теперь они слышались совершенно отчетливо, тысячи радиостанций работали во всех диапазонах. «Ну вот, кажется, и приехали, – подумал Наблюдатель, – пора искать место для остановки». Планетная система была уже так близко, что водить вокруг нее световым лучом стало затруднительно, он дал новую установку автоматике – луч может быть внутри планетной системы, но должен попадать только на звезду. Это был стандартный прием для торможения и разгона вблизи крупной по размерам звезды – она была прекрасной мишенью, способной выдержать испепеляющую силу светового потока, исходящего из сопла звездолета, а в данном случае своим собственным излучением она еще и прекрасно замаскирует падающий на нее луч от обитателей планет.

И. Р. Сунчелей, Наблюдатель, 2011

Итак, даже простейшие «резинопленочные» модели показывают, что нас невидимо раскачивает гравитационный прибой. Правда, не всякое перемещение звезд может вызвать гравитационное излучение. Например, для испускания волн гравитации не подойдет вращение по симметричной орбите. В этом случае центростремительное ускорение строго симметрично, его гравитационное поле остается однородным, так что волны гравитации возникнуть не могут. А вот если взять коромысло с двумя очень серьезными массами и раскрутить в точке равновесия, то гравитационное поле такой бинарной (двойной) системы начнет изменяться пропорционально частоте вращения, и от коромысла во все стороны побежит пространственно-временная рябь волн тяготения.

О. О. Фейгин, Взрыв мироздания, 2016

Тому, кто находится в космосе, ясно, что земная ось отклонена от вертикали примерно на 23? (при этом вертикаль перпендикулярна плоскости орбиты вращения Земли вокруг Солнца). Ввиду этого наклона северное полушарие получает гораздо меньше солнечного света при прохождении по одной части орбиты и больше – при прохождении по другой части. Поэтому на Земле есть зима и лето. И поскольку экваториальным областям достается больше солнечного света, чем областям вблизи Северного или Южного полюса, теплее становится по мере того, как мы приближаемся к экватору. И аналогично: поскольку Земля вращается против часовой стрелки (с точки зрения того, кто находится на Северном полюсе), северный, полярный воздух отклоняется в сторону, двигаясь на юг, к экватору. Таким образом, перемещение горячих и холодных масс воздуха, приведенных в движение вращением Земли, помогает объяснить, почему ветры обычно дуют в одном направлении – в зависимости от того, где именно на Земле мы находимся.

Митио Каку, Гиперпространство: Научная одиссея через параллельные миры, дыры во времени и десятое измерение, 1994

1. Способ возникновения жизни на твердой планете, включающий формирование космического объекта, состоящего из воды в виде льда, столкновение космического объекта с твердой планетой, отделение от твердой планеты фрагмента с противоположной стороны от места ее взаимодействия с космическим объектом, захват фрагмента твердой планеты силами гравитации твердой планеты с обеспечением его орбитального движения вокруг твердой планеты, термическое воздействие на космический объект, его таяние, доставка предбиологической фазы жизни на твердую планету и развитие предбиологической фазы жизни в результате циклических температурных процессов, а также циклических приливов и отливов, связанных с гравитационными силами фрагмента твердой планеты, движущегося по ее орбите.

Д. Ю. Соколов, Необычные изобретения. От Вселенной до атома, 2013

Еще более удивительная система – Кастор (Альфа Близнецов). В телескоп она разрешается на две компоненты с небольшой разницей в блеске. Вокруг этих двух звезд, обращающихся вокруг общего центра тяжести, движется по удаленной орбите спутник – слабая красная звездочка. И каждая из этих трех звезд является спектрально-двойной, то есть настолько тесной звездной парой, что ее двойственность выявляется лишь спектроскопическими методами. Здесь примерно та же ситуация, что и с системой Альфа Центавра, только каждое из трех протозвездных облаков успело до рождения звезды разделиться надвое, чему, несомненно, «помог» избыток момента вращения.

А. Н. Громов, Удивительная Солнечная система, 2012

«Сфера Дайсона» (в дальнейшем именуемая просто Сферой) у 101-го Щита построена около десяти тысяч лет назад. Диаметр – две астрономические единицы. Внутри Сферы на круговой орбите вращаются три однотипные планеты, названные соответственно Дайсон-1-2 и -3, близкие по параметрам к Земле, обладающие своеобразной флорой и фауной.

Василий Головачев, Консервный нож, 1991

Наблюдая за траекториями и скоростями метеоров, можно вычислять их орбиты – это ценная научная информация. На ее основе изучают распределение вещества в Солнечной системе, эволюцию небесных тел и многое другое. Имеется и практическая польза: ионизированный газ в следе метеора можно использовать для создания короткодействующих каналов связи.

Артем Каменистый, Рай беспощадный, 2012

Для изучения солнечной короны обсерватория использует высокоэнергичные излучения, отправляя в пространство потоки фотонов и различных корпускул – отсюда и название спутника[3]. «Коронас-Фотон» несет полтонны научной аппаратуры, которая в реальном времени транслирует информацию на Землю – с орбиты ежесуточно принимают около гигабайта данных. Главный прибор обсерватории – новейшая разработка Физического института РАН имени Лебедева – не имеющий равных во всем мире телескоп ТЕСИС. Он детально фиксирует множество важных для нас процессов, в том числе возникновение вспышек на поверхности светила и изменения в его магнитном поле (этим явлениям и их земным последствиям посвящена следующая глава).

Вадим Панин, 2012 год. Версии и факты, 2010

«Особенность этого проекта – аппарат нужно было вывести на такую орбиту, чтобы она взаимодействовала с Луной. Это позволяло менять параметры орбиты и, самое главное, ее наклонение. За счет этого осуществляется более детальное исследование интересующего объекта».

И. С. Прокопенко, Тайны Земли, 2016

Видимый путь Солнца вокруг Земли называется эклиптикой. Солнце перемещается внутри узкой полосы – зодиака, который имеет ширину 16 градусов. Он возвышается на 8 градусов над эклиптикой и на столько же градусов проходит под ней. Внутри этого пояса заключены орбиты всех планет нашей Солнечной системы, кроме Плутона, который сейчас исключен из числа планет. Также в зодиаке находятся звезды, образующие группы, еще в давние времена названные созвездиями.

И. С. Пигулевская, Ваш знак зодиака в легендах и мифах, 2017

Несмотря на обилие космических аппаратов и наземных внезатменных коронографов актуальными остаются и наблюдения короны во время полных солнечных затмений. В частности, речь идет о спектрографии высокого разрешения (в первую очередь в линиях ионизованного железа) и поляриметрических наблюдениях в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. На спутниках наблюдения обычно проводятся в ультрафиолетовом и более коротковолновых диапазонах спектра. Вне затмений наземные коронографы не позволяют получать данные достаточно высокого качества, охватывающие одновременно всю корону. Поэтому «погоня за затмениями» все еще остается актуальным занятием для астрономов, изучающих солнечную корону. Альтернативой этому была бы установка достаточно крупных инструментов, работающих в видимом и ИК-диапазонах на спутниках. Причем лучше, если орбита спутников будет позволять регулярно видеть затмения Солнца Луной (искусственное затмение не позволяет получать часть данных в требуемом качестве). Пока же только наземные наблюдения во время затмений позволяют разом изучать структуру короны от края диска до нескольких радиусов Солнца в диапазоне длин волн от 300 нм до нескольких микрометров. Причем важно проводить многократные наблюдения, поскольку структура короны постоянно меняется, в том числе и в зависимости от уровня солнечной активности.

С. Б. Попов, Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени: от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной, 2018

Так как точность вождения напрямую зависит от точности измерений GPS-приёмника, то очень важно знание механизаторами основных принципов работы приёмников. На точность определения местоположения влияет несколько основных факторов: временные рассогласования, количество одновременно наблюдаемых спутников, атмосферная интерференция, вариации орбит спутников, многолучевое распространение сигнала и др.

В. И. Балабанов, Навигационные технологии в сельском хозяйстве. Координатное земледелие. Учебное пособие, 2013