In einer der Kurzgeschichten von Stanislaw Lem lässt die Hauptfigur Ijon Tichy versehentlich ein Stück Schweinefleisch aus seinem Raumschiff fallen, und dieses Schweinefleisch wird zu einem Satelliten des Raumschiffs, was regelmäßig die Sonnenfinsternis eines der Sterne verursacht.
Theoretisch ist es möglich, aber unter welchen Umständen wäre so etwas möglich? Selbst wenn die Masse des Raumschiffs sehr groß wäre, müsste das Objekt es mit sehr geringer Relativgeschwindigkeit verlassen, aber wie gering sollte sie sein? Und wie gefährlich wären solche „Satelliten“? Sie wären ärgerlich, weil sie die Beobachtungen ein wenig stören würden, aber gibt es eine andere potenzielle Gefahr eines solchen Ereignisses?
Damit ein Objekt A gravitativ an einen anderen Körper B gebunden ist, der selbst einen größeren Körper C umkreist , muss sich A innerhalb der Hill-Sphäre von Körper B befinden .
Nun berücksichtigt die Ableitung des Radius der Hill-Sphäre nicht Dinge wie seltsam geformte Raumstationen mit sehr komplexen Gravitationsfeldern, sondern geht von perfekt kugelsymmetrischen Körpern B , C und einem masselosen A aus .
Das Konzept gilt also nicht so, wie es ist, aber verwenden wir es trotzdem, indem wir davon ausgehen, dass die gesamte ISS zu einer kleinen Kugel mit homogener Dichte komprimiert ist, so dicht, wie es ihre Materialien zulassen. Am Beispiel dieser "idealisierten" ISS gelten folgende Zahlen :
Wenn man dann 5,972e24 kg für die Masse der Erde verwendet, beträgt der Radius der Hügelkugel der ISS etwa 2 Meter.
Die Hill-Sphäre ist eine vollständigere Definition der Einflusssphäre , die die Region im Weltraum ist, in der die Schwerkraft von Körper B über Körper C dominiert. Für die ISS beträgt die Einflusssphäre etwa 15 cm.
Angesichts dieser Zahlen und dem Wissen, dass das wahre Gravitationsfeld weitaus komplexer ist als nur diese kleine idealisierte Kugel, ist es so gut wie unmöglich, die ISS zu umkreisen. Wie AlanSE bemerkte, können Sie Dinge in scheinbare Umlaufbahnen bringen, aber diese sind normalerweise nur vorübergehend und werden nach ein paar Dutzend dieser "Umlaufbahnen" aufhören, sich der ISS zu nähern. Eine andere Möglichkeit, dies zu verstehen, besteht darin, das Drei-Körper-Problem zu betrachten , insbesondere die Ableitung der Lagrange-Punkte . Zu beachten ist, dass die Hill-Sphäre die Region ist, in der Umlaufbahnstabilität herrscht (im Phasenraum der Differentialgleichungen, also nicht in Himmelsbahnen), was bedeutet, dass Körper, die direkt außerhalb der Hill-Sphäre beginnen, angezeigt werdendivergierendes Bahnverhalten, wohingegen Körper, die direkt innerhalb der Hill-Sphäre beginnen, stabile oder konvergierende Bahnen zeigen.
Die Dinge werden sich jedoch ändern, wenn die ISS im tiefen interalaktischen Raum platziert würde, weit weg von Himmelskörpern. Im Prinzip sind Störungen von all diesen entfernten Quellen völlig vernachlässigbar, und die ISS würde eine riesige Region im Weltraum gravitativ dominieren und Umlaufbahnen um sie herum ermöglichen. Erwarten Sie jedoch nicht, dass diese Umlaufbahnen schnell sind . Ich habe die Zahlen nicht berechnet, aber ich gehe davon aus, dass alles, was schneller als ein paar mm/s geworfen wird, sich bereits über die Fluchtgeschwindigkeit der ISS hinaus bewegt. Erwarten Sie auch nicht, dass diese Umlaufbahnen irgendwo in der Nähe von Kepler liegen; Wie ich bereits erwähnt habe, ist die Massenverteilung der ISS bei weitem nicht regelmäßig, und daher werden auch die Umlaufbahnen um sie herum erheblich von schönen Kegelschnitten abweichen.
Im herkömmlichen Sinne eines Satelliten ist das falsch. Aus zwei sehr guten Gründen hier.
Es gibt jedoch eine ganz andere Art von Kreisbewegung, die beobachtet werden kann. Für die mathematischen Besonderheiten finden Sie hier eine ausreichende Behandlung:
https://physics.stackexchange.com/questions/24816/what-exactly-is-the-microgravity-field-in-orbit
Wenn Ihr Raumschiff einen anderen Körper wie die Erde umkreist, kann es im Grunde, je nachdem, wie Sie etwas freigeben, im Kreis um Ihr Schiff schweben. Eine Möglichkeit, dies zu sehen, besteht darin, komplementäre elliptische Umlaufbahnen einzunehmen. Das Raumschiff erreicht den Höhepunkt seiner Umlaufbahn um die Erde, während der Speck den Tiefpunkt seiner Umlaufbahn erreicht, und umgekehrt. Es ist ein subtiles Detail der Orbitalmechanik, dass sie scheinbar umeinander herumtanzen.
Dies ist jedoch keine "echte" Umlaufbahn, und das Mikrogravitationsfeld der Umlaufbahn hat sehr einzigartige Eigenschaften. Zunächst einmal sind zwei Objekte nicht aneinander gebunden – im Laufe der Zeit können sie mit immer größerer Entfernung auseinander schweben. Objekte können auch in nur einer Richtung hin- und herwechseln , wenn sich die Umlaufbahnen kreuzen. Sie haben Videos davon auf der ISS.
Das Newtonsche Kanonenkugelproblem würde ebenfalls zutreffen. Wenn Sie einem Schraubenschlüssel von der ISS einen Schubs gegeben haben, kann er innerhalb von 90 Minuten zu Ihnen zurückkehren - die Zeit, die für eine Umlaufbahn benötigt wird. Die Freigabebewegung, um es auf einer kreisförmigen Bahn um die ISS zu starten, würde es erfordern, es zuerst zu trennen.
John Riselvato
Benutzer106
Iszi