Czy obiekt wystrzelony z ziemi spadnie na słońce?

18

Czy obiekt wystrzelony z ziemi spadnie na słońce?

Jeśli obiekt zostanie wystrzelony z prędkością rakietową lub w inny sposób z prędkością 107 000 km / h, w przeciwnym kierunku do naszej orbity wokół Słońca, będzie on poruszał się z prędkością 0 km / h względem Słońca. Księżyc nie znajduje się wystarczająco blisko obiektu, aby mieć znaczną siłę do celów tego pytania.

Czy ten obiekt zacznie przyśpieszać w kierunku Słońca, czy w jakiś sposób spadnie na inną stabilną orbitę?

Czy zamiast tego może zostać uwięziony w punkcie L4 Ziemia-Słońce Lagrange?

the-sun orbital-mechanics

— Taumata Akuhata
źródło

1

Jeśli jesteś zainteresowany obliczeniem szczegółów tej trajektorii, zobacz en.wikipedia.org/wiki/Radial_trajectory

— PM 2Ring

2

W twoim pytaniu pozostało trochę znaczącej dwuznaczności, i to jest tak daleko od Ziemi, kiedy osiąga 0 prędkości względem Słońca. Jeśli nadal znajduje się w pobliżu Ziemi (np. W punkcie L4), prawdopodobnie Ziemia będzie miała na nią wystarczający wpływ, aby umieścić ją na bardzo mimośrodowej orbicie wokół Słońca, zamiast uderzać w Słońce. To samo z innymi planetami.

— Greg Miller

2

@GregMiller Nie zgadzam się: kiedy rakieta ma prędkość 0 km / h względem Słońca, Ziemia wciąż porusza się „bardzo szybko”, więc pole grawitacyjne szybko zginie. Ale przypuszczam, że powinniśmy obliczyć nasze roszczenia :-)

— Carl Witthoft,

1

Zobacz także to pytanie .

— Draco18s

38

Załóżmy, że statek kosmiczny jest natychmiast przyspieszany na powierzchni Ziemi (bez względu na atmosferę dla uproszczenia). Rozważymy to na podstawie układu odniesienia Słońca; innymi słowy, Słońce jest nieruchome, a Ziemia się wokół niego porusza.

Statek kosmiczny jest przyspieszany do prędkości dokładnie równej i przeciwnej do prędkości orbitalnej Ziemi wokół Słońca, dzięki czemu jest on całkowicie nieruchomy w jednej chwili po przyspieszeniu.

Co się potem dzieje? Cóż, możemy rozważyć siły działające na statek kosmiczny:

Grawitacja Ziemi powoduje siłę skierowaną w kierunku Ziemi.
Grawitacja Słońca powoduje siłę skierowaną w stronę Słońca.

Stacjonarny statek kosmiczny będzie zatem przyspieszał w kierunku Ziemi i Słońca. Ponieważ Ziemia szybko porusza się po swojej orbicie, siła grawitacji nie wystarcza, aby wciągnąć sondę z powrotem na orbitę; jednak popchnie statek kosmiczny na orbitę eliptyczną.

Aby zademonstrować sytuację, stworzyłem małą symulację, którą można wyświetlić w przeglądarce na komputerze. Kliknij tutaj, aby wypróbować symulację. (Możesz kliknąć „Wyświetl ten program”, aby sprawdzić kod i odświeżyć stronę, aby ponownie uruchomić symulację.)

Symulacja jest fizycznie dokładna (ignorując wpływ innych planet), ale kule zostały powiększone w celu łatwej interpretacji. Ziemia jest reprezentowana jako zielona, podczas gdy Słońce jest pomarańczowe, a sonda jest biała. Zauważ, że podczas gdy kule reprezentujące statek kosmiczny i Słońce przecinają się, odległość między dwoma fizycznymi obiektami jest zawsze większa niż 3,35 promienia słonecznego.

Ten zrzut ekranu pokazuje, w jaki sposób statek kosmiczny został wciągnięty na orbitę eliptyczną przez Ziemię:

Wreszcie możemy rozważyć bardziej realistyczny scenariusz, w którym statek kosmiczny jest przyspieszany, aż osiągnie zerową prędkość (ponownie w ramce odniesienia Słońca) w pewnej odległości od Ziemi. Gdy tylko osiągnie zerową prędkość, silnik zostaje zatrzymany.

W tym przypadku wynik jest zasadniczo taki sam: nadal istnieją siły wywierane przez Ziemię i Słońce, więc powstanie orbita eliptyczna. Im dalej rakieta znajduje się od Ziemi, gdy osiąga zerową prędkość, tym bardziej eliptyczna jest orbita. Jeśli Ziemia jest tak daleko, że jej grawitacja jest znikoma, statek kosmiczny spadnie bezpośrednio w kierunku Słońca.

— TheGreatCabbage
źródło

4

Przypuszczam, że wynika to z powiększenia sfer, ale na twojej symulacji wydaje się, że obiekt uderza w Słońce. Wyobrażam sobie, że faktycznie bardzo blisko Słońca, ale czy potrafisz przewidzieć, jak daleko?

— Evargalo

4

@Evargalo Dzięki, zaktualizowałem symulację, aby wydrukowała najbliższe podejście do Słońca. Symulacja zostanie również zatrzymana, jeśli statek kosmiczny uderzy w Słońce. Na pierwszej orbicie statek kosmiczny przemieszcza się w promieniu 3,4 promienia słonecznego od centrum Słońca, ale peryhelium wydaje się oddalać na kolejnych orbitach.

— TheGreatCabbage

4

@TheGreatCabbage, twoja symulacja wykorzystuje prostą integrację Eulera, która dość szybko kumuluje błędy (szczególnie, gdy ciało porusza się szybko, na przykład podczas perypetii). Ufam twojej symulacji, gdy mówi, że obiekt nie zderzy się ze Słońcem przy pierwszym przejściu, ale po tym pierwszym przejściu prognozy symulacji są co najwyżej wątpliwe.

— Mark

5

TLDR: uderzenie słońca jest trudne.

— Draco18s

7

@ Draco18s: dlatego, jeśli chcesz wylądować na Słońcu, powinieneś udać się tam w nocy.

— Evargalo

17

Wystrzelenie, które opisałeś, jest podobne do wystrzelenia sondy słonecznej Parker wystrzelonej w sierpniu 2018 r. Z prędkością 12 km / s w kierunku przeciwnym do prędkości orbity Ziemi, więc spadła w kierunku Słońca (a nie w kierunku ) na orbitę eliptyczną. Jego prędkość przy najbliższym podejściu ma być większa niż 200 km / s

— Profesor O
źródło

2

Aby sonda słoneczna Parker mogła zbliżyć się do Słońca tak szybko, jak to możliwe, musi też mieć kilka przelotów Wenus, które dodatkowo zmieniają jej prędkość. 12 km / s od samego startu nie wystarcza, aby zbliżyć się na tyle blisko słońca, aby osiągnąć 200 km / s.

— NeutronStar

13

Jeśli obiekt zostanie przyspieszony od Ziemi na tyle szybko, że nakręci nie posiadając prędkości orbitalnej wokół Słońca, wówczas spadnie promieniowo do Słońca. Jest to prędkość orbitalna, która utrzymuje obiekt (lub samą Ziemię) spadający wokół Słońca, a nie do niego. Przy zerowej prędkości orbity po prostu spada prosto i nie może zrobić nic innego (uwięzienie w punkcie L4 wymaga ruchu orbity prawie takiego samego jak na Ziemi).

— Mark Olson
źródło

6

Wierzę, że ta odpowiedź zakłada, że prędkość orbitalna statku kosmicznego wokół Słońca jest utrzymywana na poziomie zero za pomocą pędników, lub że Ziemia jest wystarczająco daleko, aby jej efekty grawitacyjne były znikome. W mojej odpowiedzi podałem alternatywną interpretację.

— TheGreatCabbage

Chciałem głosować za tym, ale przeczytałem go ponownie i pytanie brzmiało: jeśli rakieta zostanie wystrzelona z określoną prędkością ... Prawdopodobnie odpowiedź brzmi „nie” - istnieją inne zmienne, które mogłyby powstrzymać tę prędkość przed uzyskaniem właściwej prędkości. Gdyby pytanie brzmiało: „Gdyby ktoś wystrzelił rakietę do tyłu z właściwą prędkością blisko 107 000 ... aby usunąć całą prędkość orbitalną, gdyby spadł na słońce”, byłaby to świetna odpowiedź.

— Bill K

0

Obiekt zostanie przyciągnięty przez przyciąganie grawitacyjne Słońca, jeśli Księżyc i inne planety w Układzie Słonecznym są wystarczająco daleko, aby nie zmieniały znacząco prędkości ani kierunku obiektu.

— P Sh
źródło