Dış merkezlik (astronomi)

Eliptik, parabolik ve hiperbolik Kepler yörüngeleriŞablon:Legend2Şablon:Legend2Şablon:Legend2

Eksantrikliğe göre eliptik yörüngelerŞablon:Legend2Şablon:·Şablon:Legend2Şablon:·Şablon:Legend2Şablon:·Şablon:Legend2Şablon:·Şablon:Legend2

Astrodinamikte, bir astronomik cismin yörünge eksantrikliği (dış merkezlilik), başka cisim etrafındaki yörüngesinin mükemmel bir daireden ne kadar saptığını belirleyen boyutsuz bir parametredir.

0 değeri dairesel yörünge olup 0 ile 1 arasındaki değerler eliptik bir yörünge çizer, 1 ise parabolik kaçış yörüngesi (veya yakalama yörüngesidir) ve 1'den büyük değerler hiperboldür.

Her Kepler yörüngesi bir konik kesit olduğundan, terim adını konik kesitlerin parametrelerinden alır. Normalde izole edilmiş iki cisim problemi için kullanılır, ancak Galaksi boyunca bir rozet yörüngesini takip eden nesneler için uzantılar da vardır.

Tanım

Ters-kare-yasa kuvvetine sahip iki cisim probleminde, her yörünge bir Kepler yörüngesidir. Bu Kepler yörüngesinin eksantrikliği, şeklini tanımlayan negatif olmayan bir sayıdır.

Eksantriklik aşağıdaki değerleri alabilir:

Dairesel yörünge: e = 0

Eliptik yörünge: 0 < e < 1

Parabolik yörünge: e = 1

Hiperbolik yörünge: e > 1

Eksantriklik (e) şu şekilde hesaplanır:

$e=\sqrt{1+\frac{2E{L}^2}{m_{\text{red}}{\alpha }^2}}$

Burada Şablon:Math toplam yörünge enerjisi, Şablon:Math açısal momentum, Şablon:Math indirgenmiş kütle ve Şablon:Math klasik fizikteki yerçekimi veya elektrostatik teorisinde olduğu gibi ters-kare yasası merkezi kuvvet katsayısıdır:

$F=\frac{\alpha }{r^2}$

($\alpha$ Bu, çekici bir kuvvet için negatif, itici bir kuvvet için pozitiftir; Kepler problemi ile ilgilidir.)

veya yerçekimi kuvveti durumunda;

$e=\sqrt{1+\frac{2\epsilon h^2}{{\mu }^2}}$Şablon:Sfn

burada Şablon:Math özgül yörünge enerjisi (toplam enerjinin indirgenmiş kütleye bölümü), Şablon:Math toplam kütleye dayalı standart yerçekimi parametresi ve Şablon:Math özgül göreli açısal momentumdur (açısal momentumun indirgenmiş kütleye bölümü).Şablon:Sfn

0'dan 1'e kadar olan e değerleri için yörüngenin şekli giderek uzayan (veya düzleşen) bir elipstir;

1'den sonsuza kadar olan e değerleri için yörünge, 180'den 0 dereceye azalan 2 arccsc(e) toplam dönüş yapan bir hiperbol dalıdır.

Burada toplam dönüş, dönüş sayısına benzer ancak açık eğriler (hız vektörü tarafından kapsanan açıdır) içindir. Elips ve hiperbol arasındaki sınır durum, e=1 olduğundaki paraboldür.

Radyal yörüngeler, eksantrikliğe göre değil yörüngenin enerjisine göre eliptik, parabolik veya hiperbolik olarak sınıflandırılır. Radyal yörüngelerin açısal momentumu sıfırdır dolayısıyla bire eşit eksantrikliği vardır. Enerji sabit tutulup açısal momentum azaltıldığında eliptik, parabolik ve hiperbolik yörüngelerin her biri karşılık gelen radyal yörünge tipine yönelirken e=1' e yönelir (veya parabolik durumda 1 olarak kalır).

İtici bir kuvvet için, radyal versiyon da dahil olmak üzere sadece hiperbolik yörünge geçerlidir.

Eliptik yörüngeler için basit bir kanıt; $\arcsin (e)$'nin mükemmel dairenin eksantrikliği e olan elips'e izdüşüm açısı verdiğini gösterir.

Örneğin, Merkür gezegeninin eksantrikliğini (e = 0,2056) görmek üzere, 11,86 derece izdüşüm açısını bulmak için ters sinüsü hesaplamak yeterlidir. Sonra herhangi dairesel nesneyi bu açıyla eğildiğinde, izleyicinin gözüne yansıtılan bu nesnenin görünen elipsi aynı eksantrikliğe sahip olur.

Örnekler

Önümüzdeki 50.000 yıl içinde Merkür, Venüs, Dünya ve Mars'ın değişen yörünge eksantrikliğinin grafiği. Merkür ve Mars'ın eksantriklikleri Venüs ve Dünya'nınkilerden çok daha fazla olduğundan oklar kullanılan farklı ölçekleri göstermektedir. Bu grafikteki 0 noktası 2007 yılıdır.

Dünya'nın yörünge eksantrikliği yaklaşık Şablon:Gaps'dir ve yörüngesi neredeyse daireseldir. Venüs ve Neptün'ün eksantriklikleri daha da azdır. Yüz binlerce yıl boyunca Dünya yörünge eksantrikliği, gezegenler arasındaki yerçekiminin sonucunda yaklaşık Şablon:Gaps ile neredeyse 0,058 arasında değişmiştir.

Güneş sistemi cisimlerinin dışmerkezliği

Cisim	Dışmerkezlik
Triton	Şablon:Gaps
Venus	Şablon:Gaps
Neptün	Şablon:Gaps
Dünya	Şablon:Gaps
Titan	Şablon:Gaps
Uranüs	Şablon:Gaps
Jüpiter	Şablon:Gaps
Satürn	Şablon:Gaps
Ay	Şablon:Gaps
1 Ceres	Şablon:Gaps
4 Vesta	Şablon:Gaps
Mars	Şablon:Gaps
10 Hygiea	Şablon:Gaps
Makemake	Şablon:Gaps
Haumea	Şablon:Gaps
Merkür	Şablon:Gaps
2 Pallas	Şablon:Gaps
Pluto	Şablon:Gaps
3 Juno	Şablon:Gaps
324 Bamberga	Şablon:Gaps
Eris	Şablon:Gaps
Nereid	Şablon:Gaps
Sedna	Şablon:Gaps
Halley Kuy. Yıl.	Şablon:Gaps
Hale-Bopp Kuy. Yıl	Şablon:Gaps
Ikeya-Seki Kuy. Yıl.	Şablon:Gaps
C/1980 E1	1,057
ʻOumuamua	1,20Şablon:Efn
C/2019 Q4 (Borisov)	3,5 Şablon:Efn

Tabloda tüm gezegenler ve cüce gezegenler ile seçilmiş asteroitler, kuyruklu yıldızlar ve uydular için değerler listelenmektedir. Merkür'ün, Güneş Sistemi'ndeki herhangi bir gezegenden daha büyük yörünge eksantrikliği vardır (e = Şablon:Val). Bu eksantriklik, Merkür'ün perihelion'da aphelion'a kıyasla iki kat daha fazla güneş radyasyonu alması için yeterlidir.

2006'da gezegen statüsünden düşürülmeden önce, Plüton en eksantrik yörüngeli gezegen olarak kabul ediliyordu (e = 0,248).

Diğer Neptün ötesi nesneler, özellikle cüce gezegen Eris (0,44) eksantrikliğ vardır. Daha da uzaktaki Sedna'nın tahmini 937 AU enöte ve yaklaşık 76 AU enberi nedeniyle Şablon:Val gibi çok büyük eksantrikliği vardır.

Güneş Sistemi'ndeki asteroitlerin çoğunun yörünge eksantriklikleri 0 ile 0,35 arasında olup ortalama değer 0,17'dir. Nispeten büyük eksantriklikleri muhtemelen Jüpiter'in etkisinden ve geçmişteki çarpışmalardan kaynaklanır.

Ay'ın değeri Şablon:Gaps olup, Güneş Sistemi'nin büyük uyduları arasında en eksantriklisidir. Dört Galilei uydusunun eksantrikliği 0,01'den daha azdır.

Neptün'ün en büyük uydusu Triton'un eksantrikliği Şablon:Val'dir. (Şablon:Gaps), Güneş Sistemi'ndeki bilinen uydular arasında en küçük eksantrikli olandır; yörüngesi mükemmel bir daire gibidir. Ancak, daha küçük uyduların, özellikle Neptün'ün üçüncü büyük uydusu Nereid (0,75) gibi düzensiz uyduların önemli eksantriklikleri olabilir.

Kuyruklu yıldızlar çok farklı eksantrik değerlidir. Periyodik kuyruklu yıldızların eksantriklikleri çoğunlukla 0,2 ile 0,7 arasındadır ancak bazılarının eksantriklikleri 1'in biraz altında olup oldukça eksantrik eliptik yörüngelidir; örneğin Halley Kuyruklu Yıldızı 0,967 değerlidir.

Periyodik olmayan kuyruklu yıldızlar neredeyse parabolik yörünge izler ve bu nedenle 1'e daha da yakın eksantriklikleri vardır. 0,995 değerli Hale-Bopp kuyruklu yıldızı ve Şablon:Gaps değerli C/2006 P1 (McNaught) kuyruklu yıldızı bunun örekleridir. Hale–Bopp'un değeri 1'den küçük olduğunda yörüngesi eliptiktir ve sisteme geri dönecektir.

McNaught gezegenlerin etkisi altındayken hiperbolik bir yörüngeliidir ancak yine de yaklaşık 10⁵ yıllık bir yörünge periyoduyla Güneş'e bağlıdır. C/1980 E1 Kuyruklu Yıldızı 1,057 eksantriklik ile Güneş kökenli bilinen hiperbolik kuyruklu yıldızlar arasında en büyük eksantrikliğe sahiptir, ve sonunda Güneş Sistemi'ni terk edecektir.

ʻOumuamua, Güneş sistemi'nden geçtiği tespit edilen ilk yıldızlararası nesne'dir. Yörünge dış merkezliliğinin 1,20 olması, ʻOumuamua'nın Güneş'e hiçbir zaman kütleçekimsel olarak bağlı olmadığını gösterir. Dünya'dan 0,2 AU (Şablon:Gaps km; Şablon:Gaps mi) uzaklıkta keşfedilmiştir ve yaklaşık 200 metre çapındadır. Yıldızlararası hızı (sonsuzdaki hızı) 26,33 km/s (Şablon:Gaps mph)'dir.

Ortalama eksantriklik

Bir nesnenin ortalama eksantrikliği, belirli bir zaman aralığında pertürbasyonlar sonucu oluşan ortalama eksantrikliktir. Neptün'ün halen Şablon:Gaps anlık (güncel devir) eksantrikliği vardır ancak 1800'den 2050'ye kadar ortalama eksantriklik Şablon:Val'dur.

İklimsel etki

Yörünge mekaniği, mevsimlerin süresinin Dünya'nın yörüngesinin gündönümleri ve ekinokslar arasında taranan alanıyla orantılı olmasını gerektirir. Bu nedenle yörünge eksantrikliği aşırı olduğunda, yörüngenin uzak tarafında (enöte) meydana gelen mevsimlerin süresi çok daha uzun olabilir. Kuzey yarımkürede sonbahar ve kış, Dünya'nın maksimum hızda hareket ettiği en yakın yaklaşmada (enberi) meydana gelirken, güney yarımkürede bunun tam tersi olur. Sonuçta, kuzey yarımkürede sonbahar ve kış, ilkbahar ve yazdan biraz daha kısadır; ancak küresel anlamda bu durum ekvatorun altında daha uzun olmaları ile dengelenir. 2006 yılında Milankovitch döngüleri nedeniyle kuzey yarımkürede yaz, kıştan 4,66 gün, ilkbahar ise sonbahardan 2,9 gün daha uzundu.

Kubbemsi yalpalanma da Dünya'nın yörüngesinde gündönümlerini ve ekinoksların oluştuğu yeri yavaşça değiştirir. Bu, yörüngesel salınım da denilen dönme ekseninde değil, Dünya'nın yörüngesindeki yavaş bir değişimdir. Önümüzdeki Şablon:Gaps yıl boyunca, kuzey yarımkürede kışlar giderek uzayacak ve yazlar kısalacaktır. Ancak, bir yarımküredeki soğuma etkisi diğer yarımküredeki ısınma ile dengelenecek ve Dünya'nın yörüngesinin eksantrikliğinin neredeyse yarı yarıya azalacak olması nedeniyle genel değişikliklere karşı koyulacaktır. Bu durum ortalama yörünge yarıçapını azaltacak ve her iki yarımküredeki sıcaklıkları orta buzul zirvesine yaklaştıracaktır.

Dış Gezegenler

Keşfedilen birçok ötegezegenin çoğu Güneş sistemi'ndeki gezegenlerden daha çok yörünge eksantriklikleri vardır. Az yörünge eksantrikliği olan (dairesele yakın yörüngeler) ötegezegenler yıldızlarına çok yakındır ve yıldıza kütleçekim kilidi durumdadır.

Güneş Sistemi'ndeki sekiz gezegenin tümü dairesele yakın yörüngeliidir. Keşfedilen ötegezegenler, alışılmadık derecede az eksantriklikte Güneş Sistemi'nin nadir ve benzersiz olduğunu gösterir. Bir teori bu az eksantrikliği Güneş Sistemi'ndeki çok sayıda gezegene bağlarken; bir diğeri bunun benzersiz asteroit kuşakları nedeniyle ortaya çıktığını öne sürer. Başka çok gezegenli sistemler de bulunmuştur ancak hiçbiri Güneş Sistemi'ne benzemez. Güneş Sistemi, gezegenlerin neredeyse dairesel yörüngeli olmasına yol açan benzersiz planetesimal sistemlere sahiptir.

Güneş sistemindeki gezegenimsi sistemler asteroid kuşağı, Hilda ailesi, Kuiper kuşağı, Hills bulutu ve Oort bulutu'nu içerir. Keşfedilen ötegezegen sistemlerinde ya hiç gezegenimsi sistem yoktur ya da çok büyük bir tane vardır. Yaşanabilirlik özellikle de gelişmiş yaşam için az eksantriklik gereklidir. Çok sayıda gezegen sistemlerinin yaşanabilir ötegezegenleri olma olasılığı daha çoktur. Güneş Sistemi'ne ilişkin Büyük göç hipotezi, dairesel yörüngelerini ve diğer benzersiz özelliklerini anlamaya da yardımcı olur.

Ayrıca bakınız

• Zaman denklemi

Kaynakça

Şablon:Kaynakça{{Şablon:Yörüngeler