Чи впав би предмет, вистрілений із землі, на сонце?

Чи впав би предмет, вистрілений із землі, на сонце?

Якщо об'єкт буде вистрілений зі швидкістю 107000 км / год за допомогою ракети або іншим чином, у напрямку, протилежному до нашої орбіти навколо Сонця, він буде рухатися зі швидкістю 0 км / год відносно сонця. Місяць недостатньо близько до об'єкта, щоб мати значну силу для цілей цього питання.

Чи почне цей об'єкт прискорюватися до Сонця чи він якось потрапить на іншу стійку орбіту?

Може замість цього потрапити в пастку в точці Лагранжа Земля-Сонце L4?

Припустимо, що космічний корабель миттєво прискорюється на поверхні Землі (нехтуючи атмосферою простоти). Ми розглянемо це з довідкової системи Сонця; іншими словами, Сонце нерухоме, і Земля рухається навколо нього.

Космічний корабель прискорюється до швидкості, яка точно рівна і протилежна орбітальній швидкості Землі навколо Сонця, що робить його повністю нерухомим в мить після прискорення.

Що буде далі? Що ж, ми можемо розглянути сили, що діють на космічний корабель:

• Гравітація Землі викликає силу в напрямку Землі.
• Гравітація Сонця викликає силу у напрямку до Сонця.

Отже, нерухомий космічний корабель збирається прискоритись до Землі та до Сонця. Оскільки Земля швидко рухається на своєму орбітальному шляху, гравітаційної сили недостатньо, щоб повернути космічний корабель назад на земну орбіту; однак, він підштовхне космічний апарат на еліптичну орбіту.

Щоб продемонструвати ситуацію, я створив невелике моделювання, яке можна переглянути в настільному браузері. Клацніть тут, щоб спробувати моделювання. (Ви можете натиснути "Переглянути цю програму", щоб перевірити код, і оновити сторінку, щоб перезапустити моделювання.)

Моделювання є фізично точним (ігноруючи вплив інших планет), але сфери було збільшено для легкої інтерпретації. Земля зображена зеленою, а Сонце помаранчевою, а космічний апарат - білим. Зауважте, що сфери, що представляють космічний апарат і Сонце, перетинаються, відстань між цими фізичними об'єктами завжди більша за 3,35 сонячних радіусів.

Цей знімок екрана показує, як космічний корабель був виведений на еліптичну орбіту Землею:

Нарешті, ми могли б розглянути більш реалістичний сценарій, коли космічний корабель прискорюється до тих пір, поки він не досягне нульової швидкості (знову ж таки, у системі відліку Сонця) на певній відстані від Землі. У мить вона досягає нульової швидкості, двигун зупиняється.

У цьому випадку результат по суті однаковий: все ще існують сили, які здійснюють Земля та Сонце, тому вийде еліптична орбіта. Чим далі ракета знаходиться від Землі, коли вона досягає нульової швидкості, тим еліптичніша орбіта. Якщо Земля настільки далека, що її сила тяжіння незначна, космічний корабель впаде прямо у напрямку до Сонця.

Описаний вами пуск схожий з сонячним зондом Паркера, запущеним у серпні 2018 року зі швидкістю 12 км / с у напрямку, протилежному орбітальній швидкості Землі, тому він впав у бік еліптичної орбіти (а не в неї ) до Сонця. Очікується, що його швидкість при найближчому наближенні перевищить 200 км / с

Якщо об'єкт прискориться далеко від Землі досить швидко, щоб він звивився, не маючи орбітальної швидкості навколо Сонця, то він радіально впаде на Сонце. Саме орбітальна швидкість утримує об'єкт (або саму Землю), що падає навколо Сонця, а не в нього. При нульовій орбітальній швидкості він просто падає прямо вниз і нічого іншого не може робити (потрапляння в пастку в точці L4 вимагає, щоб він мав орбітальний рух майже такий же, як у Землі.)

Об'єкт буде притягнутий гравітаційним потягом Сонця, якщо Місяць та інші планети Сонячної системи будуть досить далеко, щоб вони суттєво не змінили швидкість або напрямок об’єкта.