为什么轨道是椭圆的?

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卫星轨道为什么是椭圆的?~

一、原因:和地球引力有关,地球的逃逸速度(第一宇宙速度)是7.9KM/S。当我们发射的卫星火箭达到这个速度后 就可以离开地面,绕地球作圆周运动。当速度大于7.9KM/S,而又小于V2(第二宇宙速度)11.2KM/S时,人造卫星的绕地运行轨道会越来越扁,跟接近很扁的椭圆。
二、详细原因:
1.开普勒第一定律(轨道定律):所有的行星分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动,太阳是在这些椭圆的一个焦点上;
  2.开普勒第二定律(又叫面积定律):太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积;
  3.开普勒第三定律(又叫周期定律):所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方与公转周期的二次方的比值都相等;
开普勒123定律同样适用于人造卫星。
在万有引力作用下,行星绕恒星运动或卫星绕行星运动只有两种情况:椭圆或双曲线,其中只有椭圆是稳定的.圆只是椭圆长轴等于短轴的特例。

在人类历史上,日心说的早期模型把太阳系的行星轨道都定为圆形,后来证明这是错误的。但现今的还有不少人依然这样去理解,当你跟一些人谈到太阳系各行星轨道时,他们依然会在心中描绘出一组同心圆,太阳在中心,其它行星就在那些以太阳为圆心的正圆轨道上运行。我也不知道为什么到现在还有这么多人错误的理解太阳系。

日心说的早期太阳系模型,看上去简单、整洁、一目了然,的确有助于认识理解。可惜它实际上是错误,太阳系的行星,以及绝大多数其它星系的行星轨道实际上是椭圆形的,而不是圆形的。照说,行星的轨道是受太阳的引力和自身的运动惯性和质量的影响,而这些又是一个重复往反的模式,应该为圆形轨道才合理呀,怎么就都成了椭圆轨道了呢?下面一起来看看吧。

行星要形成一个相对里定的轨道,那就必然要受到某种控制。轨道背后的基本原理是,两个有质量的天体会因为引力相互吸引,这会影响到它们的运动行为。通常情况下我们会看到一个小质量的天体围绕着一个质量大得多的天体运动,大质量天体看起来是相对静止的,小质量的天体看上去以固定且重复往反的路径绕其运行,我们就把这条路径称为它的动行轨道。要准确了解轨道,还得要考虑两个天体的能量对轨道会产生怎样的影响。

行星通常会有四种可能性的轨道,拿我们的太阳来说吧,当天体接近太阳时,根据其能量和轨迹,它将遵循四种可能的轨道路径之一:螺旋形,双曲线形,椭圆形或者圆形。
椭圆轨道:这是所有恒星系中最长见的轨道,也是太阳系中所有行星所运行都的轨道,为什么椭圆轨道更常见呢?这是因为往往一个恒星系的构成很复杂,各天体间存在一定的相互影响。天体太小或太慢而无法逃离太阳,但也不会被吸入太阳时,它会慢慢的运行出一个重复的椭圆形轨道,这在很大程度上与形成它的原始能量和轨迹有关,同时也与其他绕恒星运动的天体引力的影响,这样它的轨道便不会完美,总是无法形成正圆形轨道。

根据万有引力定律,在轨物体会受到另一个物体的作用,地球不是圆的并且存在其他天体对在轨物体有万有引力的作用,所以轨道不是圆的而是椭圆的,近地点是轨道的距离地球最近的点,所以也是速度(速率)最快的点,拥有最大的动能,最小的势能,于此相对,远地点是距离地球最远的点,速率最小,势能最大,一个飞行器一经发射就拥有固定的远地点近地点,并由此经过复杂的计算,就能够推算出飞行器的轨道。

假如太阳是定着不动的——太阳中心说 轨道就有可能是圆的了 可惜太阳和地球都是运动的而有质量的天体 互动之下产生的形状轨迹就不那么对称了 更不用说有其他天体对两者的涉动了



椭圆的轨道是地球对附近的天体引力的折中。仅有一个行星和一个恒星的系统是没有任何意义的。早期的太阳系在形成过程中,原始的行星受到了小行星的撞击和其他一系列扰动,才导致椭圆轨道的形成。这叫行星徙动理论。
首先:正圆轨道也是椭圆轨道的一种,只不过是特殊的椭圆轨道。
如果要地球完全按照正圆轨道运转条件是十分苛刻的,首先就必须让太阳的其他行星消失,接着离太阳比较近的恒星也必须消失,否则他们就会对地球产生影响导致地球运转轨道的改变。
地球绕太阳公转,在给定的能量的条件下,可能的轨道有无数条,圆轨道只是其中的一条而已。如果想要地球按正圆轨道运行,地球的能量,动量要满足一定条件。就是任一时刻,地球的动能Ek和势能Ep的关系满足 Ek = -Ep/2。或者说当 Ek = -Ep/2时,地球运动方向垂直于日地连线。这个条件非常苛刻,即便是地球在正圆轨道上运行,一点微小的扰动都可以改变这种状态,使得地球在新的椭圆轨道上运行。

高中物理书上只是书人造卫星从远地点向近地点运动会加速,势能转化为动能。从近地点向远地点运动会减速,动能转化为势能。
当卫星速度正好为第1宇宙速度时,轨道为正圆。当卫星速度介于第1宇宙速度和第2宇宙速度之间时,轨道为椭圆。
严格来讲,所有人造卫星的轨道都是椭圆形的。。比如地球赤道同步卫星,是人类期望达到纯正圆形轨道的卫星,这样在地面上看地球赤道同步卫星,它会天空中的一个固定点。但是因为受多种其他因素的影响,卫星轨道不能完全达到正圆,而是一个比较接近正圆的椭圆。於是,在地面上看地球赤道同步卫星,它是在天空漂移,在画8字。
在万有引力作用下,行星绕恒星运动或卫星绕行星运动只有两种情况:椭圆或双曲线,其中只有椭圆是稳定的.圆只是椭圆的特例.
圆是一种理想状态,大多数卫星的运动并不要求达到圆的轨迹. 只有同步卫星希望更接近圆的轨迹.但实际上发射精度不可能达到正圆,而且空间力的作用复杂,任何因素的影响,都会使轨道发生变化,因此同步卫星也不是正圆的. 存在意义 么 就是速度不同吧 这是对特定现象的定义吧


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相关评论:
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