天体运动为什么是椭圆轨道?尽量清楚明白谢谢~

天体运动为什么是椭圆轨道?尽量清楚明白谢谢~,第1张

圆锥曲线中只有椭圆是有封闭曲线,且有固定中心点的。当然,圆可以看作是一种特殊的椭圆。

当一颗恒星捕获一颗较小的星球时,会发生以下几种情况:

一、如果星球的速度不足以支持椭圆轨道,那么它的轨迹就会是抛物线,而抛物线的终点就是这颗恒星的表面,这意味着,该星球会被毁灭,它的轨道被观测到的时间相对宇宙的时间尺度来说就太短了,很难被观测到。

二、如果星球的速度刚刚好在某个范围内,它会在以恒星为一个焦点的椭圆轨道上围绕恒星旋转。只有当星球与恒星的连线与当时星球相对恒星的速度方向垂直,并且,速度大小与当时两星体间的距离满足一个严格的关系等式时,才会形成正圆的轨道。可以想像,这样的几率是多么的小。

三、如果星球的速度太快,快到恒星对它的引力不足以支持椭圆轨道时,会形成双曲线轨道,最终,这颗星球会飞离恒星,无法形成固定的轨道。

当然,在一个由星云形成的类似太阳系的星系里,行星的轨道也遵循上面第二条的规律。

所以,自然行成(没有人为干预)的行星轨道都是椭圆。但是对地静止的地球同步卫星,轨道已经非常接近正圆了。人为干预的因素,在所有原因中占到很大的比重。

那么,宇宙这么大,有没有可能存在正圆轨道的行星呢?从概率上来讲,宇宙足够大,其中的恒星-行星系统足够多,应该能形成类似地球同步卫星一样的非常接近正圆的轨道。只是因为数量过于稀少,目前人类的观测手段也不足以完成这个观测任务,我们还没有发现罢了。

人造卫星在大气层之外运行的过程中,由于没有空气的摩擦,所以能量没有增减,机械能是守恒的,总量不变。

从近地点向远地点运行过程中,离地面变远,相当与高度增加,所以重力势能增加,那么根据机械能守恒,动能就减小了。

可以用力和运动的关系来解释:首先这是一个升高的过程,那么,由于惯性物体继续向上运动,但由于重力的方向是向下的,起到阻力的作用,所以运动速度会逐渐减小。

在近地点,圆轨道半径r小于椭圆轨道半长轴a,因此圆轨道周期小于椭圆轨道周期,而T=2π/w,因此圆轨道角速度大于椭圆轨道角速度。

在远地点,圆轨道半径r大于椭圆半长轴a,因此圆轨道周期大于椭圆轨道周期,而T=2π/w,因此圆轨道角速度小于椭圆轨道角速度。

同一点的向心加速度不一定相同,向心加速度由向心力提供。虽是同一点位置却处于两个不同的轨道,线速度肯定不同。根据高轨低速,低轨高速来判断向心加速度大小。

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