Was definiert eine stabile Umlaufbahn?

Es gibt keine klar definierte Definition dessen, was eine stabile Umlaufbahn ist. Umlaufbahnen können Hunderte oder Tausende von Jahren dauern, Millionen, Milliarden oder sogar Billionen von Jahren. Es gibt keine saubere und ordentliche Definition zwischen stabil und instabil.

Hubble zum Beispiel umkreist die Erde alle 97 Minuten und soll in einigen Jahren, hauptsächlich gebremst durch den sehr geringen Luftwiderstand, auf die Erde fallen. Viele Satelliten sind, weil ihre Ausrüstung nicht ewig hält, so konstruiert, dass sie durch den Luftwiderstand allmählich langsamer werden und nach einigen Jahrzehnten Betrieb auf die Erde fallen. Satelliten können dort positioniert werden, wo sie viel länger im Orbit bleiben, indem sie einfach etwas weiter nach außen bewegt werden, aber das bringt wenig Nutzen. Es ist vorteilhaft, Satelliten auf die Erde fallen zu lassen, nachdem sie ihren Nutzen ausgedient haben.

Umlaufbahnen um den Mond sind aus zwei Gründen instabiler als Umlaufbahnen um die Erde. Erstens, weil der Mond gravitativ klumpig ist, so dass niedrige Umlaufbahnen um den Mond nicht sehr lange an Ort und Stelle bleiben. Siehe hier .

und zweitens, weil die Erde gravitationsdominant ist, also hat der Mond keine sehr große Hügelkugel. Die Himmelsmechanik mag es nicht, wenn Satelliten Satelliten haben. Siehe hier und hier . Unser Mond könnte einen Satelliten haben, aber er wäre wahrscheinlich nicht sehr lange stabil, zumindest nicht lange in einer himmlischen Zeitskala.

Trojanische Punkte, L4 und L5 sind im Allgemeinen in einem System stabil, in dem der größere Körper (Erde) mehr als 25-mal so massiv ist wie der kleinere Körper (Mond), aber die Umlaufbahn unseres Mondes ist zu exzentrisch und zu chaotisch für trojanische Mondpunkte stabil für einen beliebigen Zeitraum. Die L4- und L5-Punkte der Erde um die Sonne herum sind stabiler und es gibt ein paar kleine Asteroiden in den Trojanischen Punkten der Erde. L4 und L5 des Mondes sind nicht stabil, weil der Mond zu stark in seiner Umlaufbahn wackelt. Exzentrizität und Störungen neigen dazu, die L4- und L5-Punkte zu destabilisieren. Allerdings sind L4 und L5 des Mondes stabiler als L1, L2 und L3.

Der Marsmond Phobos befindet sich in einer verfallenden Umlaufbahn , die möglicherweise nur etwa 10 Millionen Jahre andauert.

Unser Mond ist jedoch stabil genug, um unsere Sonne zu überdauern, obwohl er sich langsam von der Erde entfernt. Es ist auf der Skala von vielen Milliarden Jahren stabil.

Zu Ihrer Frage "Verlängern Sie eine Umlaufbahn durch Mondkraft": Der Mond neigt dazu, Umlaufbahnen um die Erde zu destabilisieren, nicht zu stabilisieren.

Obwohl die Punkte L1 und L2 nicht gravitationsstabil sind, sind sie dennoch nützliche Orte für Satelliten, da sie weniger Anpassungen erfordern. Satelliten mit Umlaufbahnen, die sich um Lagrange-Punkte bewegen, werden oft als nützliche Orte verwendet.

Nehmen Sie diese bizarre Umlaufbahn um den Mond, wo der NASA-Satellit von L2 nach L1 wechselt und theoretisch hin und her transportiert werden könnte, ohne zu viel Energie zu verbrauchen. Dies ist keineswegs eine "stabile" Umlaufbahn, aber es ist ein Beispiel für eine instabile, aber nützliche Umlaufbahn für die Lebensdauer eines Satelliten.

Quelle

Das James-Webb-Teleskop wird nach seinem Start um den L2-Lagrange-Punkt der Erde kreisen, der nicht stabil ist, aber relativ kleine Anpassungen erfordert, um in dieser Reihenfolge zu bleiben. Es ist auch nützlich, weil es von der Erde fast vollständig von der Sonne abgeschattet wird und am besten im kalten Weltraum ohne Sonnenlicht funktioniert.

Quelle .

Das sind 2 Beispiele für nützliche, aber instabile Umlaufbahnen.

Jupiters Umlaufbahn um die Sonne zum Beispiel wird wahrscheinlich Billionen Jahre lang stabil sein. Jupitermonde um Jupiter? Schwer zu sagen, bei 4 galiläischen Monden ist es schwierig, ihre Umlaufbahnen über lange Zeiträume vorherzusagen.
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Die Umlaufbahn des Mondes ist auf einer Zeitskala von Milliarden von Jahren stabil. Low Earth Orbit ist nicht langfristig stabil. Allerdings sind geostationäre Umlaufbahnen sehr langlebig. Die Satelliten im geostationären Orbit werden schließlich gestört werden (einige werden mit der Erde kollidieren, andere wahrscheinlich entkommen), aber dies wird viel länger dauern als menschliche Lebensspannen. Aus praktischen Gründen sind die geostationären Umlaufbahnen stabil. Geostationäre Satelliten verwenden Triebwerke, um die Position zu halten, nicht um zu verhindern, dass ihre Umlaufbahnen abfallen.

Außerhalb der Erde wird angenommen, dass die Umlaufbahnen des Planeten stabil sind. Es besteht eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit, dass sich eine Resonanz zwischen Merkur und Jupiter entwickelt, die dazu führen könnte, dass sich die Umlaufbahn von Merkur im Laufe von etwa 3 Milliarden Jahren erheblich ändert (oder sogar mit einem anderen Planeten kollidiert). Generell ist das Sonnensystem als technisch chaotisch bekannt . Während sich die Umlaufbahnen der Planeten nicht ändern, ist es nicht möglich, die Position der Planeten nach etwa 50-100 Millionen Jahren vorherzusagen.

Die Stabilität des Sonnensystems und der geostationären Umlaufbahn steht im Gegensatz zu wirklich instabilen Umlaufbahnkonfigurationen. LEO ist aufgrund des Luftwiderstands instabil. Viele 3-Körper-Konfigurationen sind instabil und führen zum Auswurf eines Mitglieds des Systems.

Ein Drei-Körper-System kann periodisch, aber in dem Sinne instabil sein, dass eine Störung des Systems zu Chaos und dem Auswurf eines der Mitglieder des Systems führt.