Wie schnell könnte die Erde die Sonne umkreisen, ohne dass sich ihre Umlaufbahn ändert?

Die Erde braucht etwa 365,25 Tage, um die Sonne auf ihrer derzeitigen elliptischen Bahn zu umkreisen. Das heißt, es bewegt sich etwa 30 km/s, 2×π×(149.600.000 km)/(1 Jahr).

Wie hoch könnte also die Geschwindigkeit der Erde werden, bevor sich ihre Umlaufbahn ändert?

Logans Antwort bezieht sich tatsächlich auf das Perihel oder den nächsten Punkt der Erdumlaufbahn um die Sonne unter Verwendung des 2. Kepler-Gesetzes. Die Umlaufbahn ist nach dem 1. Kepler-Gesetz tatsächlich elliptisch, also ist die Geschwindigkeit maximal, wenn die Erde der Sonne am nächsten ist.
Ja, die 30 km/s sind ein Gesamtdurchschnitt entlang der elliptischen Bahn. An einigen Punkten der Umlaufbahn ist es schneller und an anderen langsamer. Ich hatte gehofft, eine Geschichte zu machen, in der das Sonnenjahr der Erde schneller (kürzer) wurde, ohne dass sich die Umlaufbahn änderte, da ich andere Umweltfaktoren brauchte, um unverändert zu bleiben. Ich sehe, das ist keine Möglichkeit, ohne die Gesetze der Physik zu ignorieren oder mit dem Zauberstab zu schwingen.
@Leezard: Sie könnten es irgendwie mit wirklich großen Motoren und aktiver Kurskorrektur machen, aber an diesem Punkt haben Sie nur Motoren per Hand geschwenkt, die stark genug sind, um die Erde zu bewegen, also ...
@JoeBloggs Es ist ein Katastrophenszenario. Das ist natürlich eine lustige Idee, ohne Zweifel kann ich jemanden sagen lassen: "Große Motoren, was könnte schief gehen?" :)

Antworten (5)

Ungefähr 30 km/s; Das heißt, die Geschwindigkeit kann sich überhaupt nicht ändern, wenn Sie dieselbe Umlaufbahn beibehalten möchten.

Jeder Kreisbahn ist genau eine Bahngeschwindigkeit zugeordnet. Jeder allgemeinen elliptischen Umlaufbahn ist genau ein Geschwindigkeitsprofil zugeordnet – eine spezifische Apoapsis-Geschwindigkeit, eine spezifische Periapsis-Geschwindigkeit und eine spezifische Kurve dazwischen.

Wenn Sie die Erde überhaupt beschleunigen , wird ihre Umlaufbahn anders sein.

Zur Verdeutlichung könnten Sie darauf hinweisen, dass sich die Erde derzeit mit 30 km / s bewegt und dies keine andere oder höhere Umlaufgeschwindigkeit ist. Entschuldigung, wenn ich pedantisch bin und versuche, auf das Offensichtliche hinzuweisen.
Wenn Sie ein Raketentriebwerk hinzufügen, das groß genug ist, um nach außen (von der Sonne) zu zielen, könnte es auf derselben Umlaufbahn viel schneller fliegen. ;)
@Yakk Das Hinzufügen einer Radialbeschleunigung nach außen auf diese Weise würde die Erde in eine Spiralbahn von der Sonne weg zwingen, während die Rakete aktiv war, und dann eine endgültige Umlaufbahn (einen konischen Weg), nachdem die Rakete gestoppt wurde. Um die radiale Beschleunigung nach außen auszugleichen, müssten Sie die Erde verlangsamen (nicht beschleunigen). Um die Erde zu beschleunigen, müssten Sie der Sonne Kraft hinzufügen.
@StephenG Das Raketentriebwerk zielt nach außen, die Erde (die Rakete) wird nach innen gedrückt.
Es ist sehr unauffällig. Nicht-Physiker werden mit dem Konzept herausgefordert.
Ich denke, diese Antwort wäre klarer, wenn statt "über" "genau" verwendet würde. "Ungefähr" deutet darauf hin, dass es einen Spielraum gibt, wo keiner ist.
@Agent_L Das Problem ist, dass es nicht "genau" ist. Die Umlaufbahn der Erde ist leicht elliptisch, sodass die Umlaufgeschwindigkeit der Erde tatsächlich etwas über und etwas unter 30 km/s variiert. An jedem Punkt muss es genau eine Geschwindigkeit haben, und eine Änderung dieser Geschwindigkeit ändert die Umlaufbahn; aber über die gesamte Umlaufbahn hat es nicht nur eine Geschwindigkeit.
@LoganR.Kearsley Obwohl das richtig ist, müssen Sie erklären, dass die "offensichtliche Idee", die Erde radial nach außen zu drücken, es nicht erlaubt, die Umlaufbahn mit unveränderlicher Geschwindigkeit zu ändern, sondern die Umlaufbahn von nahezu kreisförmig zu elliptisch ändert.
@ThorstenS. Wieso den? Das ist eine Antwort auf eine völlig andere, umgekehrte Frage - hier geht es darum, die Geschwindigkeit zu ändern, ohne die Umlaufbahn zu ändern, die Umlaufbahn nicht zu ändern, ohne die Geschwindigkeit zu ändern. Übrigens würde ein senkrechter Stoß die Umlaufbahn ändern, ohne die momentane Geschwindigkeit zu ändern - wie Sie sagten, es ändert die Exzentrizität.
@a4android Die tatsächliche Geschwindigkeit wurde in die Frage aufgenommen.
@chrylis kann ich auch lesen. Es ist jedoch nicht ganz klar, dass die erwähnte Geschwindigkeit die gegenwärtige Geschwindigkeit der Erde ist. Ich wusste das, aber ich hatte Angst, dass andere den Punkt nicht verstehen könnten. Wie ich schon sagte, war ich pedantisch in Bezug auf Klarheit.
Stellen Sie sich einen Ball vor, der um die Innenseite eines Trichters rollt. Genau das tun Planeten, wenn sie um die Sonne kreisen. Geschwindigkeit und Radius der Kugelumlaufbahn im Trichter stehen in engem Zusammenhang: Je näher am Zentrum, desto höher die Geschwindigkeit. Die einfache Antwort lautet also: Es gibt keine Möglichkeit, dies zu ändern. Zur Betonung: Auch die elliptische Umlaufbahn der Erde spiegelt dies wider: Je näher die Erde der Sonne steht, desto schneller dreht sie ihre Bahn (2. Keplersches Gesetz).
Ich denke, es gibt eine einzige Ausnahme zu Ihrer Antwort. Was wäre, wenn Sie der Erde 60 km/s Delta-V in rückläufiger Richtung geben würden? Ungeachtet des katastrophalen Schadens, den ein solcher Impuls verursachen würde, wenn er sich auf derselben Umlaufbahn, aber rückläufig befände, sollte er zumindest auf kurzen Zeitskalen derselbe sein. Über Millionen/Milliarden von Jahren könnte das Chaos des Systems die Erde und andere Planeten stören, aber über ein paar hundert Jahre sollte es unbemerkt bleiben.
@Cody "Die gleiche Umlaufbahn, aber rückläufig" ist nicht "die gleiche Umlaufbahn". Und in jedem Fall hat die Endgeschwindigkeit sowieso die gleiche Größe, sodass das Ergebnis, dass Sie die Erdgeschwindigkeit nicht erhöhen und dieselbe Umlaufbahn beibehalten können, immer noch besteht.

Wenn die Sonne massereicher wäre als heute, müsste sich die Erde schneller bewegen, um ihre derzeitige Umlaufbahn beizubehalten. Die Formel für die Rotationsgeschwindigkeit lautet v 2 = (G • M) / R, wobei v die Geschwindigkeit, G die Gravitationskonstante, M die Sonnenmasse und R der Radius der Umlaufbahn ist. Wenn zum Beispiel die Sonne die vierfache Masse hätte, die sie derzeit hat, müsste sich die Erde doppelt so schnell bewegen wie jetzt, um sich in der Umlaufbahn zu befinden, die sie derzeit einnimmt. Wenn die Sonne die vierfache Masse hätte, die sie derzeit hat, dann wären natürlich auch andere Eigenschaften sehr unterschiedlich.

Genau meine Idee - ein Schwarzes Loch wird in die Sonne geworfen, passiert möglicherweise zuerst die Erde und beschleunigt bequemerweise seine Umlaufgeschwindigkeit, sodass es zur neuen Sonnenmasse passt ... nun, ein bisschen zu viel Zufall.

Sie können die Geschwindigkeit und Entfernung von der Sonne nicht unabhängig voneinander auswählen: Eines fixiert das andere. Ein Planet befindet sich in der Umlaufbahn, weil die Anziehungskraft des Sterns ihn beschleunigt, wodurch seine Bahn eher eine Kurve als eine gerade Linie ist. Wenn Sie den Planeten schneller bewegen lassen, wäre mehr Beschleunigung erforderlich, um ihn in seiner Umlaufbahn zu halten (erwägen Sie, einen Ball an einer Schnur um Ihren Kopf zu wirbeln – lassen Sie ihn schneller drehen und Sie spüren mehr Zug an der Schnur), aber der einzige Weg um mehr Beschleunigung zu bekommen, muss man näher dran sein.

Sagen Sie je nach Umlaufbahn, ob es elliptischer " extremer " war als jetzt, etwa so:
elliptische Umlaufbahn und kleiner Körper an der Periapsis: Es erscheint wie ein großes Comic-Auge mit Pupille weit auf einer Seite und starrt auf den kleineren Punkt im Augenwinkel; Ein tangentialer Pfeil auf dem kleineren Punkt zeigt die Richtung seiner Geschwindigkeit an

Dann wäre die Geschwindigkeit viel größer, wenn die Erde den sonnennächsten Punkt erreicht, da sie auf ihrem Weg zur Sonne beschleunigt hat. Die Umlaufbahn wäre "gleich", aber die Geschwindigkeit während der gesamten Umlaufbahn würde sich dramatisch unterscheiden.

Also eine Umlaufbahn, die eher der eines Kometen als der eines Planeten ähnelt.

Wie von Itsme2003 erwähnt , v 2 = (G • M) / R, wobei v die Orbitalgeschwindigkeit, G die Gravitationskonstante, M die Masse des Zentralkörpers, in diesem Fall unserer Sonne, und R der Radius der Umlaufbahn ist .

Da sich die Masse der Sonne in diesem Szenario nicht ändert, sind G und M beide Konstanten, sodass wir die beiden zu einem einzigen Wert C zusammenführen können:

v 2 = C / R

Dies kann neu angeordnet werden, indem beide Seiten mit R multipliziert werden, um uns zu geben:

v 2 • R = C

Dies zeigt uns, dass die Umlaufgeschwindigkeit und der Umlaufradius umgekehrt proportional sind. Wenn der eine zunimmt, nimmt der andere ab und umgekehrt.

Daher können wir mit Sicherheit sagen, dass sich auch der Radius der Erdumlaufbahn ändern wird, wenn Sie sich in die Eigenschaften der Erde hacken und ihren Wert für die „Umlaufgeschwindigkeit“ ändern und uns näher oder weiter von der Sonne entfernen, je nachdem, ob Sie sich vergrößern oder den Wert verringern.

Dies wurde von anderen in anderen Antworten erklärt, aber ich wollte es durch die umgekehrte Proportionsbeziehung der mathematischen Formel zeigen.

Wie schnell könnte die Erde die Sonne umkreisen, ohne dass sich ihre Umlaufbahn ändert?
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