Inclinazione orbitale - Orbital inclination

Fig. 1: Inclinazione orbitale rappresentata da i (verde scuro), insieme ad altri parametri orbitali fondamentali

Inclinazione orbitale misura l'inclinazione di un oggetto orbita attorno ad un corpo celeste. È espresso come l' angolo tra un piano di riferimento e il piano orbitale o l' asse di direzione dell'oggetto orbitante.

Per un satellite in orbita attorno alla Terra direttamente sopra l' Equatore , il piano dell'orbita del satellite è lo stesso del piano equatoriale della Terra e l'inclinazione orbitale del satellite è 0°. Il caso generale di un'orbita circolare è che è inclinata, trascorrendo metà dell'orbita sull'emisfero settentrionale e metà su quello meridionale. Se l'orbita oscillasse tra 20° di latitudine nord e 20° di latitudine sud, la sua inclinazione orbitale sarebbe di 20°.

orbite

L'inclinazione è uno dei sei elementi orbitali che descrivono la forma e l'orientamento di un'orbita celeste . È l' angolo tra il piano orbitale e il piano di riferimento , normalmente espresso in gradi . Per un satellite in orbita attorno a un pianeta , il piano di riferimento è solitamente il piano contenente l' equatore del pianeta . Per i pianeti del Sistema Solare, il piano di riferimento è solitamente l' eclittica , il piano in cui la Terra orbita attorno al Sole. Questo piano di riferimento è più pratico per gli osservatori terrestri. Pertanto, l'inclinazione della Terra è, per definizione, zero.

L'inclinazione può invece essere misurata rispetto ad un altro piano, come l' equatore del Sole o il piano invariabile (il piano che rappresenta il momento angolare del Sistema Solare, approssimativamente il piano orbitale di Giove ).

Satelliti naturali e artificiali

L'inclinazione delle orbite dei satelliti naturali o artificiali viene misurata rispetto al piano equatoriale del corpo su cui orbitano, se orbitano sufficientemente vicini. Il piano equatoriale è il piano perpendicolare all'asse di rotazione del corpo centrale.

Un'inclinazione di 30° potrebbe anche essere descritta utilizzando un angolo di 150°. La convenzione è che l'orbita normale è prograda , un'orbita nella stessa direzione in cui ruota il pianeta. Inclinazioni maggiori di 90° descrivono orbite retrograde . Così:

  • Un'inclinazione di 0° significa che il corpo orbitante ha un'orbita prograda nel piano equatoriale del pianeta.
  • Un'inclinazione maggiore di 0° e minore di 90° descrive anche un'orbita prograda.
  • Un'inclinazione di 63,4° è spesso chiamata inclinazione critica , quando si descrivono i satelliti artificiali in orbita attorno alla Terra, perché hanno una deriva dell'apogeo pari a zero .
  • Un'inclinazione di esattamente 90° è un'orbita polare , in cui la navicella passa sopra i poli del pianeta.
  • Un'inclinazione maggiore di 90° e minore di 180° è un'orbita retrograda.
  • Un'inclinazione di esattamente 180° è un'orbita equatoriale retrograda.

Per le lune generate dall'impatto di pianeti terrestri non troppo lontane dalla loro stella, con una grande distanza pianeta-luna, i piani orbitali delle lune tendono ad essere allineati con l'orbita del pianeta attorno alla stella a causa delle maree dalla stella, ma se il pianeta –la distanza della luna è piccola, potrebbe essere inclinata. Per i giganti gassosi , le orbite delle lune tendono ad essere allineate con l'equatore del pianeta gigante, perché queste si sono formate in dischi circumplanetari. A rigor di termini, questo vale solo per i satelliti regolari. I corpi catturati su orbite lontane variano ampiamente nelle loro inclinazioni, mentre i corpi catturati in orbite relativamente vicine tendono ad avere inclinazioni basse a causa degli effetti delle maree e delle perturbazioni di grandi satelliti regolari.

Esopianeti e sistemi stellari multipli

L'inclinazione degli esopianeti o dei membri di più stelle è l'angolo del piano dell'orbita rispetto al piano perpendicolare alla linea di vista dalla Terra all'oggetto.

  • Un'inclinazione di 0° è un'orbita frontale, il che significa che il piano dell'orbita dell'esopianeta è perpendicolare alla linea di vista con la Terra.
  • Un'inclinazione di 90° è un'orbita di taglio, il che significa che il piano dell'orbita dell'esopianeta è parallelo alla linea di vista con la Terra.

Poiché la parola "inclinazione" è usata negli studi sugli esopianeti per questa inclinazione della linea di vista, l'angolo tra l'orbita del pianeta e la rotazione della stella deve usare una parola diversa ed è chiamato "angolo di spin-orbita" o "spin-orbita". allineamento". Nella maggior parte dei casi l'orientamento dell'asse di rotazione della stella è sconosciuto.

Poiché il metodo della velocità radiale trova più facilmente pianeti con orbite più vicine al bordo, la maggior parte degli esopianeti trovati con questo metodo ha inclinazioni comprese tra 45° e 135°, sebbene nella maggior parte dei casi l'inclinazione non sia nota. Di conseguenza, la maggior parte degli esopianeti trovati dalla velocità radiale hanno masse reali non superiori al 40% rispetto alle loro masse minime . Se l'orbita è quasi frontale, specialmente per i supergioviani rilevati dalla velocità radiale, allora quegli oggetti potrebbero effettivamente essere nane brune o addirittura nane rosse . Un esempio in particolare è HD 33636 B, che ha massa reale 142 M J , corrispondente a una stella M6V, mentre la sua massa minima era 9,28 M J .

Se l'orbita è quasi di taglio, allora il pianeta può essere visto in transito verso la sua stella.

Calcolo

Componenti del calcolo dell'inclinazione orbitale dal vettore momento

In astrodinamica , l'inclinazione può essere calcolata dal vettore del momento orbitale (o qualsiasi vettore perpendicolare al piano orbitale ) come

dove è il componente z di .

L'inclinazione reciproca di due orbite può essere calcolata dalle loro inclinazioni su un altro piano usando la regola del coseno per gli angoli .

Osservazioni e teorie

La maggior parte delle orbite planetarie nel Sistema Solare ha inclinazioni relativamente piccole, sia in relazione tra loro che rispetto all'equatore del Sole:

Corpo inclinazione a
Eclittica
equatore del sole

Piano invariabile
Terre-
strials
Mercurio 7.01° 3,38 ° 6.34°
Venere 3.39° 3,86° 2.19°
terra 0 7.155° 1,57°
Marte 1,85° 5.65° 1.67°
gas
giganti
Giove 1.31° 6.09° 0,32°
Saturno 2,49° 5.51° 0,93°
Urano 0.77° 6.48° 1,02°
Nettuno 1.77° 6,43° 0,72°

pianeti minori
Plutone 17,14° 11,88° 15,55°
Cerere 10,59° 9.20°
Pallas 34,83° 34.21°
Vesta 5,58° 7.13°

D'altra parte, i pianeti nani Plutone ed Eris hanno un'inclinazione rispetto all'eclittica rispettivamente di 17° e 44°, e il grande asteroide Pallade è inclinato di 34°.

Nel 1966, Peter Goldreich pubblicò un classico articolo sull'evoluzione dell'orbita lunare e sulle orbite di altre lune del sistema solare. Mostrò che, per ogni pianeta, esiste una distanza tale che le lune più vicine al pianeta di quella distanza mantengono un'inclinazione orbitale quasi costante rispetto all'equatore del pianeta (con una precessione orbitale dovuta principalmente all'influenza della marea del pianeta), mentre le lune più lontane mantengono un'inclinazione orbitale pressoché costante rispetto all'eclittica (con precessione dovuta principalmente all'influenza mareale del sole). Le lune della prima categoria, ad eccezione della luna di Nettuno Tritone , orbitano vicino al piano equatoriale. Ha concluso che queste lune si sono formate da dischi di accrescimento equatoriali . Ma scoprì che la nostra luna, sebbene una volta si trovasse all'interno della distanza critica dalla terra, non ha mai avuto un'orbita equatoriale come ci si aspetterebbe da vari scenari per la sua origine. Questo è chiamato il problema dell'inclinazione lunare, al quale da allora sono state proposte varie soluzioni.

Altro significato

Per i pianeti e altri corpi celesti rotanti, l'angolo del piano equatoriale rispetto al piano orbitale - come l'inclinazione dei poli della Terra verso o lontano dal Sole - è talvolta chiamato anche inclinazione, ma termini meno ambigui sono inclinazione assiale o obliquità .

Guarda anche

Riferimenti