Ορισμός των ελλειπτικών τροχιών

Μια ελλειπτική τροχιά είναι η περιστροφή ενός αντικειμένου γύρω από ένα άλλο σε ένα οβάλ σχήμα μονοπάτι που ονομάζεται έλλειψη. Οι πλανήτες στο ηλιακό σύστημα περιστρέφονται γύρω από τον ήλιο σε ελλειπτικές τροχιές. Πολλοί δορυφόροι περιστρέφονται γύρω από τη Γη σε ελλειπτικές τροχιές όπως και το φεγγάρι. Στην πραγματικότητα, τα περισσότερα αντικείμενα του διαστήματος ταξιδεύουν σε ελλειπτική τροχιά.

Μια έλλειψη μοιάζει με έναν επιμήκη κύκλο, σαν να ήταν τεντωμένο στα άκρα. Καθώς το μέγεθος ενός κύκλου μετράται από τη διάμετρο, το μέγεθος μιας έλλειψης μετράται από τον κύριο και τον δευτερεύοντα άξονα. Ο κύριος άξονας μετρά τη μεγαλύτερη απόσταση κατά μήκος της έλλειψης ενώ ο δευτερεύων άξονας μετρά τη μικρότερη. Οι μαθηματικοί ορίζουν μια έλλειψη από τις εστίες, ουσιαστικά τα δύο «κέντρα» του σχήματος, ή στην περίπτωση ελλειπτικής τροχιάς, τα δύο σημεία γύρω από τα οποία το αντικείμενο περιστρέφεται.

Κάθε αντικείμενο με μάζα ασκεί βαρυτική έλξη σε κάθε άλλο αντικείμενο. Η βαρύτητα αυξάνεται με τη μάζα, έτσι όσο πιο μαζικό είναι ένα αντικείμενο, τόσο μεγαλύτερη είναι η έλξη της βαρύτητας. Επομένως, σε πλανητική κλίμακα, η δύναμη της βαρύτητας είναι τεράστια. Όταν ένας πλανήτης, όπως η Γη, κινείται μέσω του διαστήματος, επηρεάζεται από όλα τα άλλα σώματα γύρω του και το πιο ογκώδες σώμα στο ηλιακό σύστημα είναι ο ήλιος. Όταν η Γη πιαστεί στη βαρυτική έλξη του ήλιου, η πορεία της εκτρέπεται, αναγκάζοντάς την να στραφεί προς το πιο ογκώδες αντικείμενο. Εάν η βαρύτητα του πιο ογκώδους αντικειμένου είναι αρκετή, η Γη θα περιστρέφεται γύρω της σε ένα μονοπάτι γνωστό ως τροχιά.

Ο Johannes Kepler ήταν ο πρώτος επιστήμονας που περιέγραψε με ακρίβεια τις ελλειπτικές τροχιές των πλανητών με τον πρώτο νόμο της πλανητικής κίνησης το 1605. Πριν από τον Κέπλερ, πιστεύεται ότι οι πλανήτες κινούνται σε τέλειους κύκλους γύρω από τον ήλιο, όπως περιγράφεται από τον Κοπέρνικο το 1543 Ο Κέπλερ επινόησε τρεις νόμους, εμπνέοντας ακόμη και τον Sir Isaac Newton να αναπτύξει τον νόμο της βαρύτητας.

Οι ελλειπτικές τροχιές των πλανητών στο ηλιακό σύστημα έχουν πολύ μικρή «εκκεντρότητα» ή απόκλιση από την κυκλική. Ορισμένα αντικείμενα, ωστόσο, όπως οι κομήτες, έχουν πολύ περισσότερη εκκεντρότητα στην τροχιά τους. Αυτές οι τροχιές αναφέρονται ως «πολύ ελλειπτικές τροχιές» ή HEO. Ένας κομήτης με HEO περιστρέφεται κοντά στον ήλιο με πολύ υψηλή ταχύτητα πριν επιστρέψει στο διάστημα. Στο πιο απομακρυσμένο σημείο από τον ήλιο, ο κομήτης κινείται πολύ αργά, καθυστερώντας για μεγάλο χρονικό διάστημα. Οι επιστήμονες έχουν χρησιμοποιήσει την έννοια του HEO για να τοποθετήσουν δορυφόρους στο διάστημα που παραμένουν σε ένα μέρος της Γης για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αυτοί οι δορυφόροι στη συνέχεια κινούνται γύρω από την άλλη πλευρά της Γης σε κοντινή απόσταση. Οι δορυφόροι GPS χρησιμοποιούν εξαιρετικά ελλειπτικές τροχιές για τη διατήρηση της συνολικής κάλυψης της Γης ανά πάσα στιγμή.

Είναι μια κοινή παρανόηση ότι η Γη είναι πιο κοντά στον ήλιο κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού και πιο μακριά το χειμώνα. Στο βόρειο ημισφαίριο ισχύει το αντίθετο. Η ελλειπτική τροχιά της Γης είναι σχεδόν κυκλική και η απόσταση από τον ήλιο δεν αλλάζει αρκετά ώστε να έχει μεγάλη επίδραση στις εποχές. Η κλίση της Γης στον άξονά της έχει πολύ μεγαλύτερη επίδραση από την ελλειπτική τροχιά και είναι η αιτία για τις εποχές.