Inclinação orbital - Orbital inclination

Fig. 1: Inclinação orbital representada por i (verde escuro), juntamente com outros parâmetros orbitais fundamentais

A inclinação orbital mede a inclinação da órbita de um objeto em torno de um corpo celeste. É expresso como o ângulo entre um plano de referência e o plano orbital ou eixo de direção do objeto orbital.

Para um satélite orbitando a Terra diretamente acima do Equador , o plano da órbita do satélite é o mesmo que o plano equatorial da Terra, e a inclinação orbital do satélite é 0 °. O caso geral de uma órbita circular é que ela é inclinada, passando metade de uma órbita sobre o hemisfério norte e metade sobre o sul. Se a órbita oscilasse entre 20 ° de latitude norte e 20 ° de latitude sul, então sua inclinação orbital seria de 20 °.

Órbitas

A inclinação é um dos seis elementos orbitais que descrevem a forma e a orientação de uma órbita celestial . É o ângulo entre o plano orbital e o plano de referência , normalmente expresso em graus . Para um satélite orbitando um planeta , o plano de referência geralmente é o plano que contém o equador do planeta . Para os planetas do Sistema Solar, o plano de referência geralmente é a eclíptica , o plano em que a Terra orbita o Sol. Este plano de referência é mais prático para observadores baseados na Terra. Portanto, a inclinação da Terra é, por definição, zero.

A inclinação pode ser medida em relação a outro plano, como o equador do Sol ou o plano invariável (o plano que representa o momento angular do Sistema Solar, aproximadamente o plano orbital de Júpiter ).

Satélites naturais e artificiais

A inclinação das órbitas de satélites naturais ou artificiais é medida em relação ao plano equatorial do corpo que orbitam, se orbitarem suficientemente perto. O plano equatorial é o plano perpendicular ao eixo de rotação do corpo central.

Uma inclinação de 30 ° também pode ser descrita usando um ângulo de 150 °. A convenção é que a órbita normal é progressiva , uma órbita na mesma direção em que o planeta gira. Inclinações maiores que 90 ° descrevem órbitas retrógradas . Assim:

  • Uma inclinação de 0 ° significa que o corpo orbital tem uma órbita prógrada no plano equatorial do planeta.
  • Uma inclinação maior que 0 ° e menor que 90 ° também descreve uma órbita prógrada.
  • Uma inclinação de 63,4 ° é freqüentemente chamada de inclinação crítica , ao descrever satélites artificiais orbitando a Terra, porque eles têm deriva de apogeu zero .
  • Uma inclinação de exatamente 90 ° é uma órbita polar , na qual a espaçonave passa sobre os pólos do planeta.
  • Uma inclinação maior que 90 ° e menor que 180 ° é uma órbita retrógrada.
  • Uma inclinação de exatamente 180 ° é uma órbita equatorial retrógrada.

Para luas geradas por impacto de planetas terrestres não muito longe de sua estrela, com uma grande distância planeta-lua, os planos orbitais das luas tendem a estar alinhados com a órbita do planeta em torno da estrela devido às marés da estrela, mas se o planeta –A distância da lua é pequena, pode ser inclinada. Para os gigantes gasosos , as órbitas das luas tendem a estar alinhadas com o equador do planeta gigante, porque se formam em discos circunplanetários. Estritamente falando, isso se aplica apenas a satélites regulares. Corpos capturados em órbitas distantes variam amplamente em suas inclinações, enquanto corpos capturados em órbitas relativamente próximas tendem a ter baixas inclinações devido aos efeitos das marés e perturbações por grandes satélites regulares.

Exoplanetas e múltiplos sistemas estelares

A inclinação de exoplanetas ou membros de estrelas múltiplas é o ângulo do plano da órbita em relação ao plano perpendicular à linha de visão da Terra ao objeto.

  • Uma inclinação de 0 ° é uma órbita frontal, o que significa que o plano da órbita do exoplaneta é perpendicular à linha de visão com a Terra.
  • Uma inclinação de 90 ° é uma órbita lateral, o que significa que o plano da órbita do exoplaneta é paralelo à linha de visão com a Terra.

Uma vez que a palavra "inclinação" é usada em estudos de exoplanetas para esta inclinação da linha de visão, o ângulo entre a órbita do planeta e a rotação da estrela deve usar uma palavra diferente e é denominado "ângulo de rotação-órbita" ou "rotação-órbita alinhamento". Na maioria dos casos, a orientação do eixo de rotação da estrela é desconhecida.

Como o método da velocidade radial encontra mais facilmente planetas com órbitas próximas à borda, a maioria dos exoplanetas encontrados por este método tem inclinações entre 45 ° e 135 °, embora na maioria dos casos a inclinação não seja conhecida. Consequentemente, a maioria dos exoplanetas encontrados pela velocidade radial tem massas verdadeiras não mais do que 40% maiores do que suas massas mínimas . Se a órbita estiver quase voltada para cima, especialmente para superjovianos detectados pela velocidade radial, então esses objetos podem ser anãs marrons ou mesmo anãs vermelhas . Um exemplo particular é HD 33636 B, que tem verdadeira massa 142 M J , o que corresponde a uma estrela M6V, enquanto que a sua massa mínima foi 9,28 M J .

Se a órbita estiver quase no limite, então o planeta pode ser visto transitando por sua estrela.

Cálculo

Componentes do cálculo da inclinação orbital a partir do vetor momentum

Em astrodinâmica , a inclinação pode ser calculada a partir do vetor de momento orbital (ou qualquer vetor perpendicular ao plano orbital ) como

onde está o componente z de .

A inclinação mútua de duas órbitas pode ser calculada a partir de suas inclinações para outro plano usando a regra do cosseno para ângulos .

Observações e teorias

A maioria das órbitas planetárias no Sistema Solar tem inclinações relativamente pequenas, tanto em relação umas às outras quanto ao equador do Sol:

Corpo Inclinação para
Eclíptica
Equador do sol

Plano invariável
Terre-
strials
Mercúrio 7,01 ° 3,38 ° 6,34 °
Vênus 3,39 ° 3,86 ° 2,19 °
terra 0 7,155 ° 1,57 °
Marte 1,85 ° 5,65 ° 1,67 °
gás
gigantes
Júpiter 1,31 ° 6,09 ° 0,32 °
Saturno 2,49 ° 5,51 ° 0,93 °
Urano 0,77 ° 6,48 ° 1,02 °
Netuno 1,77 ° 6,43 ° 0,72 °

Planetas menores
Plutão 17,14 ° 11,88 ° 15,55 °
Ceres 10,59 ° - 9,20 °
Pallas 34,83 ​​° - 34,21 °
Vesta 5,58 ° - 7,13 °

Por outro lado, os planetas anões Plutão e Eris têm inclinações para a eclíptica de 17 ° e 44 °, respectivamente, e o grande asteróide Pallas tem inclinação de 34 °.

Em 1966, Peter Goldreich publicou um artigo clássico sobre a evolução da órbita da lua e sobre as órbitas de outras luas do sistema solar. Ele mostrou que, para cada planeta, existe uma distância tal que as luas mais próximas do planeta do que essa distância mantêm uma inclinação orbital quase constante em relação ao equador do planeta (com uma precessão orbital principalmente devido à influência das marés do planeta), enquanto as luas mais distantes mantêm uma inclinação orbital quase constante em relação à eclíptica (com precessão devido principalmente à influência das marés do sol). As luas da primeira categoria, com exceção da lua de Netuno , Tritão , orbitam perto do plano equatorial. Ele concluiu que essas luas se formaram a partir de discos de acreção equatorial . Mas ele descobriu que nossa lua, embora já estivesse dentro da distância crítica da Terra, nunca teve uma órbita equatorial como seria de esperar de vários cenários de sua origem. Isso é chamado de problema da inclinação lunar, para o qual várias soluções foram propostas desde então.

Outro significado

Para planetas e outros corpos celestes em rotação, o ângulo do plano equatorial em relação ao plano orbital - como a inclinação dos pólos da Terra em direção ou longe do Sol - às vezes também é chamado de inclinação, mas termos menos ambíguos são inclinação axial ou obliquidade .

Veja também

Referências