Questão:
Sob quais circunstâncias um objeto caindo de uma espaçonave começaria a orbitar aquela espaçonave?
Danubian Sailor
2013-07-18 01:34:30 UTC
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Em um dos contos de Stanislaw Lem, o personagem principal, Ijon Tichy, acidentalmente deixa cair um pedaço de carne de porco de sua espaçonave, e esta carne se torna um satélite da nave, causando o eclipse de uma das estrelas no regularmente.

Embora teoricamente seja possível, em que circunstâncias algo assim seria possível? Mesmo que a massa da espaçonave fosse muito grande, o objeto teria que sair com muito pouca velocidade relativa, mas quão pequena deveria ser? E quão perigosos seriam esses 'satélites'? Eles seriam irritantes, porque atrapalhariam um pouco as observações, mas há algum outro perigo potencial de tal evento?

Esta não é outra questão, este é um tópico de exploração espacial vs física?
Eu fiz uma pergunta semelhante sobre física antes, os objetos são muito pequenos, para orbitar teria que estar insanamente perto dele a ponto de serem quase indistinguíveis como entidades separadas. A pergunta que fiz foi relacionada a bolas de boliche e dados no espaço. Mas foi no chat, não foi uma pergunta real
É uma pena que esta pergunta esteja fora do assunto - acho bastante interessante. Acho que a primeira parte da pergunta (que se divide em "é possível que um objeto estabeleça uma órbita ao redor de uma espaçonave" é provavelmente mais adequada em [physics.se]. Se a resposta for "sim", então a segunda pergunta ("Que perigos esses satélites podem representar para uma espaçonave") pode ser mais no tópico aqui. No entanto, provavelmente deve ser mais adaptada a uma espaçonave da vida real específica ou classe de espaçonaves, pois tenho certeza que pode evitar impactos piores do que outros.
Dois respostas:
#1
+16
Rody Oldenhuis
2013-07-18 02:43:06 UTC
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Para um objeto A ser gravitacionalmente ligado a outro corpo B que está orbitando um corpo maior C em si, A deve estar dentro da esfera Hill do corpo B .

Agora, a derivação do raio da esfera de Hill não leva em consideração coisas como estações espaciais de formato estranho com campos gravitacionais muito complexos, mas sim assume corpos perfeitamente esféricos simétricos B , C e um A sem massa.

Portanto, o conceito não se aplica no estado em que se encontra, mas vamos usá-lo de qualquer maneira, pressupondo que toda a ISS está comprimida em uma pequena esfera de densidade homogênea, tão densa quanto seus materiais permitirão. Tomando este ISS "idealizado" como exemplo, os seguintes números se aplicam:

  • massa: aproximadamente 450.000 kg
  • altitude: entre 435 km e 330 km.
  • com o raio médio da Terra de 6371 km, isso implica
    • um semieixo maior de 6753,5 km
    • uma excentricidade orbital de 0,0078

Então, usando 5,972e24 kg para a massa da Terra, o raio da esfera Hill da ISS é de cerca de 2 metros.

A esfera de Hill é uma definição mais completa da esfera de influência, que é a região no espaço onde a gravidade do corpo B domina o corpo C. Para a ISS, o esfera de influência é de cerca de 15 cm.

Então, dados esses números e sabendo que é verdadeiro o campo gravitacional é muito mais complexo do que apenas aquela pequena esfera idealizada, é praticamente impossível orbitar a ISS. Como AlanSE observou, você pode colocar as coisas em órbitas aparentes , mas normalmente são apenas transitórias e deixarão de estar perto da ISS após algumas dezenas dessas "órbitas". Outra maneira de entender isso é olhando para o problema dos três corpos, particularmente na derivação dos pontos de Lagrange. A coisa a notar é que a esfera Hill é a região onde há estabilidade orbital (no espaço de fase das equações diferenciais, isto é, não órbitas celestiais), ou seja, corpos que começam logo fora da colina esfera mostrará comportamento orbital divergente , enquanto corpos que começam logo dentro da esfera Hill mostrarão órbitas estáveis ​​ ou convergentes .

No entanto, as coisas vão mudar se a ISS for colocada em um espaço interaláctico profundo, longe de qualquer corpo celeste. Em princípio, as perturbações de todas essas fontes remotas serão completamente desprezíveis, e a ISS dominaria gravitacionalmente uma vasta região do espaço, tornando as órbitas possíveis. Não espere que essas órbitas sejam rápidas ; Não fiz os números, mas espero que qualquer coisa lançada mais rápido do que alguns mm / s já estará se movendo além da velocidade de escape da ISS. Além disso, não espere que essas órbitas estejam em qualquer lugar perto de Keplerian; como mencionei, a distribuição de massa da ISS está longe de ser regular e, portanto, as órbitas em torno dela também se desviarão significativamente das boas seções cônicas.

#2
+11
AlanSE
2013-07-18 01:51:27 UTC
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No sentido convencional de um satélite, isso está errado. Por duas razões muito boas aqui.

  1. O termo GM da nave espacial é tão pequeno que mesmo o menor movimento colocará o bacon fora de sua velocidade de escape
  2. Mesmo se a nave espacial eram ENORMES, torna-se um problema de bala de canhão de Newton, onde retornará exatamente ao seu ponto de lançamento

Há um muito diferente tipo de movimento circular que pode ser observado, no entanto. Para os detalhes matemáticos, você pode encontrar tratamento suficiente aqui:

https://physics.stackexchange.com/questions/24816/what-exactly-is-the-microgravity-field-in-orbit

Basicamente, se sua nave espacial está orbitando outro corpo, como a Terra, dependendo de como você libera algo, ele pode flutuar em círculos ao redor de sua nave. Uma maneira de ver isso é assumir órbitas elípticas complementares. A nave atinge o ponto alto de sua órbita ao redor da Terra, assim como o bacon atinge o ponto baixo de sua órbita, e vice-versa. É um detalhe sutil da mecânica orbital que eles pareçam dançar em torno um do outro.

No entanto, esta não é uma órbita "verdadeira" e o campo de microgravidade da órbita tem propriedades muito únicas. Para começar, dois objetos não estão ligados um ao outro - com o tempo, eles podem se separar com uma distância cada vez maior. Os objetos também podem alternar para trás e para a quarta em apenas uma direção conforme as órbitas se cruzam. Eles têm vídeos disso na ISS.

O problema da bala de canhão de Newton também se aplica. Se você cutucar uma chave inglesa da ISS, ela pode voltar para você em 90 minutos - o tempo gasto em uma órbita. O movimento de liberação para iniciá-lo em um caminho circular em torno da ISS exigiria separá-lo primeiro.



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