Würde ein von der Erde geschossener Gegenstand in die Sonne fallen?

18

Würde ein von der Erde geschossener Gegenstand in die Sonne fallen?

Wenn ein Objekt mit 107.000 km / h per Rakete oder auf andere Weise entgegen unserer Umlaufbahn um die Sonne geschossen wird, bewegt es sich mit 0 km / h relativ zur Sonne. Der Mond ist dem Objekt nicht nahe genug, um eine signifikante Kraft für die Zwecke dieser Frage zu haben.

Wird dieses Objekt anfangen, sich der Sonne zu nähern, oder wird es irgendwie in eine andere stabile Umlaufbahn fallen?

Könnte es sich stattdessen im L4-Punkt Erde-Sonne-Lagrange verfangen?

t

the-sun orbital-mechanics Taumata Akuhata
quelle
1
Wenn Sie bei der Berechnung der Details dieser Flugbahn interessiert sind, sehen en.wikipedia.org/wiki/Radial_trajectory
PM 2Ring
2
In Ihrer Frage gibt es noch einige signifikante Unklarheiten, und so weit ist es von der Erde entfernt, wenn es eine Geschwindigkeit von 0 relativ zur Sonne erreicht. Wenn es sich immer noch irgendwo in der Nähe der Erde befindet (z. B. innerhalb des L4-Punktes), hat die Erde wahrscheinlich genug Einfluss darauf, um es in eine sehr exzentrische Umlaufbahn um die Sonne zu bringen, anstatt die Sonne zu treffen. Dasselbe gilt für andere Planeten.
Greg Miller
2
@GregMiller Ich stimme nicht zu: Wenn die Rakete 0 km / h von der Sonne entfernt ist, bewegt sich die Erde immer noch "sehr schnell" weg, sodass das Gravitationsfeld ziemlich schnell ausgestorben ist. Aber ich nehme an, wir sollten unsere Behauptungen quantifizieren :-)
Carl Witthoft
1
Siehe auch diese Frage .
Draco18s

Antworten:

38

Angenommen, ein Raumschiff wird an der Erdoberfläche sofort beschleunigt (der Einfachheit halber ohne Berücksichtigung der Atmosphäre). Wir werden dies anhand des Referenzrahmens der Sonne betrachten. Mit anderen Worten, die Sonne steht still und die Erde bewegt sich um sie herum.

Das Raumfahrzeug wird auf eine Geschwindigkeit beschleunigt, die genau der Umlaufgeschwindigkeit der Erde um die Sonne entspricht und dieser entgegengesetzt ist, so dass es im Moment nach der Beschleunigung vollständig stationär ist.

Was passiert als nächstes? Nun, wir können die Kräfte betrachten, die auf das Raumschiff einwirken:

  • Die Schwerkraft der Erde verursacht eine Kraft in Richtung Erde.
  • Die Schwerkraft der Sonne verursacht eine Kraft in Richtung der Sonne.

Das stationäre Raumschiff wird daher in Richtung der Erde und der Sonne beschleunigen. Da sich die Erde auf ihrer Umlaufbahn schnell wegbewegt, reicht die Gravitationskraft nicht aus, um das Raumschiff in eine Erdumlaufbahn zurückzuziehen. es wird jedoch das Raumschiff in eine elliptische Umlaufbahn stoßen.

Um die Situation zu veranschaulichen, habe ich eine kleine Simulation erstellt, die in einem Desktop-Browser angezeigt werden kann. Klicken Sie hier, um die Simulation zu starten. (Sie können auf "View this program" klicken, um den Code zu überprüfen und die Seite zu aktualisieren, um die Simulation neu zu starten.)

Die Simulation ist physikalisch genau (ohne Berücksichtigung der Auswirkungen anderer Planeten), die Kugeln wurden jedoch zur leichteren Interpretation vergrößert. Die Erde wird als grün dargestellt, während die Sonne orange und das Raumschiff weiß ist. Beachten Sie, dass der Abstand zwischen den beiden physischen Objekten immer größer als 3,35 Sonnenradien ist, während sich die Kugeln, die das Raumfahrzeug und die Sonne darstellen, kreuzen.

Dieser Screenshot zeigt, wie das Raumschiff von der Erde in eine elliptische Umlaufbahn gezogen wurde:

Screenshot einer Simulation, die zeigt, wie das Raumfahrzeug in eine elliptische Umlaufbahn eintritt.

Schließlich können wir uns ein realistischeres Szenario vorstellen, in dem das Raumfahrzeug beschleunigt wird, bis es in einem bestimmten Abstand von der Erde die Geschwindigkeit Null (wieder im Referenzrahmen der Sonne) erreicht. In dem Moment, in dem es die Geschwindigkeit Null erreicht, wird der Motor gestoppt.

In diesem Fall ist das Ergebnis im Wesentlichen dasselbe: Es werden immer noch Kräfte von der Erde und der Sonne ausgeübt, sodass sich eine elliptische Umlaufbahn ergibt. Je weiter die Rakete von der Erde entfernt ist, wenn sie die Geschwindigkeit Null erreicht, desto elliptischer ist die Umlaufbahn. Wenn die Erde so weit entfernt ist, dass ihre Schwerkraft vernachlässigbar ist, fällt das Raumschiff direkt auf die Sonne.

TheGreatCabbage
quelle
4
Ich nehme an, das liegt an der Vergrößerung der Kugeln, aber nach Ihrer Simulation scheint das Objekt gegen die Sonne zu stoßen. Ich stelle mir vor, dass es tatsächlich sehr nah an der Sonne vorbeizieht, aber können Sie vorhersagen, wie weit?
Evargalo
4
@Evargalo Danke, ich habe die Simulation so aktualisiert, dass sie die näheste Annäherung an die Sonne ausgibt. Die Simulation stoppt auch, wenn das Raumschiff auf die Sonne trifft. In der ersten Umlaufbahn bewegt sich das Raumschiff innerhalb von 3,4 Sonnenradien um das Sonnenzentrum, aber das Perihel scheint in den folgenden Umlaufbahnen weiter weg zu sein.
TheGreatCabbage
4
@TheGreatCabbage, Ihre Simulation verwendet eine einfache Euler-Integration, die Fehler relativ schnell ansammelt (insbesondere, wenn sich der Körper schnell bewegt, z. B. während der Perhelion-Phase). Ich würde Ihrer Simulation vertrauen, wenn sie sagt, dass das Objekt beim ersten Durchgang nicht mit der Sonne kollidiert, aber nach diesem ersten Durchgang sind die Vorhersagen der Simulation bestenfalls fragwürdig.
Mark
5
TLDR: Die Sonne zu treffen ist schwer.
Draco18s
7
@ Draco18s: deswegen solltest du, wenn du auf der Sonne landen willst, bei Nacht dorthin gehen.
Evargalo
17

Der von Ihnen beschriebene Start ähnelt demjenigen der Parker Solar Probe, die im August 2018 mit 12 km / s in einer Richtung entgegen der Erdumlaufgeschwindigkeit gestartet wurde, sodass sie in einer elliptischen Umlaufbahn auf die Sonne (und nicht in diese hinein ) fiel . Es wird erwartet, dass seine Geschwindigkeit bei nächster Annäherung größer als 200 km / s ist

Professor O.
quelle
2
Damit die Parker Solar Probe der Sonne so nahe wie möglich kommt, müssen einige Venus-Vorbeiflüge vorhanden sein, die ihre Geschwindigkeit weiter ändern. Die 12 km / s vor dem Start reichen nicht aus, um sich der Sonne zu nähern und 200 km / s zu erreichen.
NeutronStar,
13

Wenn ein Objekt so schnell von der Erde weg beschleunigt wird, dass es sich ohne Umlaufgeschwindigkeit um die Sonne windet, fällt es radial in die Sonne. Es ist die Umlaufgeschwindigkeit, die das Objekt (oder die Erde selbst) um die Sonne herum fallen lässt und nicht in sie hinein. Bei einer Umlaufgeschwindigkeit von Null fällt es einfach direkt nach unten und kann nichts anderes tun.

Mark Olson
quelle
6
Ich glaube, diese Antwort geht davon aus, dass die Umlaufgeschwindigkeit des Raumfahrzeugs um die Sonne mit Triebwerken auf Null gehalten wird oder dass die Erde so weit entfernt ist, dass ihre Gravitationseffekte vernachlässigbar sind. Ich habe in meiner Antwort eine alternative Interpretation angegeben.
TheGreatCabbage
Ich wollte das positiv bewerten, las es aber noch einmal durch und stellte die Frage: Wenn eine Rakete mit einer bestimmten Geschwindigkeit abgefeuert wurde ... Die Antwort lautet wahrscheinlich nein - es gibt andere Variablen, die verhindern würden, dass die Geschwindigkeit korrekt ist. Wenn die Frage gewesen wäre "Wenn jemand eine Rakete mit der richtigen Geschwindigkeit in der Nähe von 107.000 rückwärts abfeuern würde ... um die gesamte Umlaufgeschwindigkeit zu beseitigen, würde sie in die Sonne fallen", wäre dies eine großartige Antwort.
Bill K
0

Das Objekt wird von der Anziehungskraft der Sonne angezogen, wenn der Mond und andere Planeten im Sonnensystem so weit entfernt sind, dass sie die Geschwindigkeit oder Richtung des Objekts nicht wesentlich verändern.

P Sh
quelle