Geosynchrone Umlaufbahnen um andere Objekte des Sonnensystems

In der geostationären Umlaufbahn der Erde gibt es viele von Menschen hergestellte Satelliten, die bei der Kommunikation und Forschung enorm geholfen haben. Gibt es neben dieser künstlichen Sammlung noch andere Objekte, die einen massiven Körper auf synchronen oder stationären Umlaufbahnen umkreisen? Da Massen als Punktmassen betrachtet werden, kann im Allgemeinen eine Umlaufbahn mit beliebigem Radius konstruiert werden, einschließlich solcher, die das Durchqueren einer Atmosphäre oder der Oberfläche erfordern würden. Gibt es solche Umlaufbahnen, die aufgrund einer Kombination aus Körperradius, starker Gravitationskraft und schneller Rotation nicht existieren können? Sie können auch Fälle in Betracht ziehen, in denen die Rotation so langsam ist, dass der Orbitalradius erfordern würde, dass das Objekt den Gravitationseinflussbereich des massiven Körpers (Venus) verlässt.

Meine nächste Frage ist, wie berechnet man die Bahnparameter geostationärer Bahnen auf anderen Körpern (insbesondere Bahngeschwindigkeit und -radius)?

Mein Gedanke ist, dass wir auf der Erde großes Glück haben, eine solche geostationäre Umlaufbahn zu haben, die sich innerhalb unserer Hügelsphäre befindet, außerhalb unserer Atmosphäre und in einer Entfernung, die gut für die Kommunikation dient. Diese Art von Systemen um andere Körper könnte sich in Zukunft als sehr nützlich erweisen.

Ich nehme an, man könnte sagen, dass Charon und Pluto "geo"synchron sind. In Mehrmondsystemen wie Jupiter gibt es aufgrund der Gravitationsstörung vorbeiziehender Monde möglicherweise keine stabilen "geo"synchronen Umlaufbahnen.
Sicherlich nicht für Merkur oder Venus. Der Umlaufradius, der für „einmal pro Umdrehung“ erforderlich ist, würde weit außerhalb der Hügelsphäre jedes Planeten liegen .
@Andrew Thompson Venus hätte tatsächlich kein GEO (oder VEO?)! Allein die Definition einer geosynchronen Umlaufbahn scheint für unsere Kommunikationssatelliten ziemlich willkürlich oder zumindest nur zufällig eine praktische Sache zu sein. Es hängt davon ab, wie sich der Mutterkörper dreht. Und welcher Teil davon: sein Kern, sein Mantel, seine Oberfläche, seine Atmosphäre? Abgesehen von der Gezeitensperre gibt es bei geosynchronen Umlaufbahnen nichts Besonderes. Fernsehen auf der Venus wird nie so günstig sein wie auf der Erde.
@LoclaFluff Sie haben beide Recht, dass die Venus mit einer Rotation alle 243 Erdtage nicht funktionieren würde. Die eigentliche Definition einer geosynchronen Umlaufbahn ist, dass die Umlaufzeit des umkreisenden Körpers der Rotation des Mutterkörpers entspricht. Eine solche Umlaufbahn existiert (theoretisch) für jeden Körper. Ich möchte wissen, welche in dem Sinne "gültig" sind, dass Sie dort ein Objekt für eine einigermaßen stabile Umlaufbahn platzieren könnten.
@LocalFluff Der Radius und die Geschwindigkeit jeder synchronen Umlaufbahn würden definitiv von der Rotation des Mutterkörpers abhängen, aber auch von der Masse.
Die geostationäre Umlaufbahn innerhalb der Atmosphäre wird hart sein, da dann die darüber liegende Atmosphäre eine höhere Geschwindigkeit als die Umlaufgeschwindigkeit hätte und daher nicht an diesen Himmelskörper gebunden wäre.
Beachten Sie, dass Lagrange-Punkte für gezeitengebundene Körper synchrone Umlaufbahnen liefern. Während zB kein klassischer Orbit um Charon gemacht werden könnte, der synchron wäre, würde jeder Pluto-Charon-Lagrangian-Punkt funktionieren.

Antworten (1)

Der Radius der geosynchronen Umlaufbahn kann berechnet werden, indem die Umlaufzeit gleich der Rotationsperiode der Erde ist, was zu Folgendem führt: R G E Ö = G M E T r Ö t 2 4 π 2 3

wo G = 6.673 ⋅ 10 − 11 N m 2 k g 2 ist die universelle Gravitationskonstante, M E = 5,97 ⋅ 10 24 k g ist die Erdmasse und T r Ö t = 86164 s ist die Erdrotationsperiode. Eine Kreisbahn mit dem resultierenden Radius ( 46164 k m für die Erde) wird geosynchron genannt; Wenn es auch eine Neigung von 0 hat, ist es eine geostationäre Umlaufbahn, da ein Raumschiff, das in eine solche Umlaufbahn gebracht wird, immer über demselben Punkt auf der Erde sein wird.

Die Umlaufgeschwindigkeit auf jeder Kreisbahn kann mit der folgenden Formel berechnet werden:

v c = G M R

Im geosynchronen Fall ergibt dies ca 3.07 k m / s

Die gleichen Berechnungen können für jeden Himmelskörper mit den entsprechenden Werten durchgeführt werden: R s j n c h = G M p l a n e t T r Ö t , p l a n e t 2 4 π 2 3

Nach der Berechnung des Radius könnte man ihn mit dem Radius des Planeten und dem Radius der Hill Sphere (Einflusssphäre des Planeten) vergleichen.

Im Folgenden berichte ich über die Ergebnisse einer ungefähren Berechnung für jeden Planeten des Sonnensystems (plus Mond) unter Berücksichtigung der Hügelkugel relativ zur Sonne (zur Erde für den Mond):

Quecksilber: R s j n c h = 242843 k m , R H = 220594 k m , R p l a n e t = 2440 k m , v c = 0,3 k m / s

Venus: R s j n c h = 1535681 k m , R H = 1010369 k m , R p l a n e t = 6052 k m , v c = 0,46 k m / s

Mond: R s j n c h = 88463 k m , R H = 129417 k m , R p l a n e t = 1737 k m , v c = 0,24 k m / s

Mars: R s j n c h = 20429 k m , R H = 1083941 k m , R p l a n e t = 3390 k m , v c = 1.45 k m / s

Jupiter: R s j n c h = 160052 k m , R H = 53155071 k m , R p l a n e t = 69911 k m , v c = 28.14 k m / s

Saturn: R s j n c h = 111606 k m , R H = 65439558 k m , R p l a n e t = 58232 k m , v c = 18.43 k m / s

Uranus: R s j n c h = 82674 k m , R H = 70064595 k m , R p l a n e t = 25362 k m , v c = 8.37 k m / s

Neptun: R s j n c h = 83395 k m , R H = 115863626 k m , R p l a n e t = 24622 k m , v c = 9.03 k m / s

Pluto: R s j n c h = 18892 k m , R H = 7633076 k m , R p l a n e t = 1184 k m , v c = 0,22 k m / s

Wie Sie aus diesen Zahlen ersehen können, würden die Bahnen relativ zu Merkur und Venus außerhalb der Hill-Sphäre liegen. Stattdessen befindet sich jede Umlaufbahn weit über der relativen Planetenoberfläche.

Diese Berechnungen bestimmen nur den Radius der Bahnen, dann muss ihre Stabilität berücksichtigt werden, was eine viel kompliziertere Angelegenheit ist. Selbst die geostationäre Umlaufbahn ist nicht stabil und Satelliten verbrauchen Treibstoff, um diese Umlaufbahn aufrechtzuerhalten. Im Allgemeinen wird jede Umlaufbahn von der tatsächlichen Form des Planeten (Ebenheit, Asymmetrien ...), von der Anziehungskraft anderer nahegelegener Körper wie Monde (und sogar von weiter entfernten, aber größeren wie Sonne oder Jupiter) und beeinflusst viele andere Faktoren. Eine genaue Berechnung dieser Effekte erfordert eine genaue Kenntnis der Dynamik des Sonnensystems.

Sobald nachgewiesen wurde, dass eine dieser Bahnen existiert, würde nichts einen natürlichen Körper daran hindern, ihr zu folgen. Charon und Pluto sind gegenseitig gezeitengebunden, was bedeutet, dass sich Charon im Wesentlichen in einer dieser Umlaufbahnen befindet.

Ja, mir sind viele verschiedene Störungen bekannt, die einem umlaufenden Körper passieren können. Aus Stabilitätsgründen suche ich nur nach billigen Annäherungen. Danke für die Antwort, ist aber sehr hilfreich!
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