ОРБИТЫ НЕБЕСНЫХ ТЕЛ
траектории,
по к-рым движутся небесные тела в космич. пространстве. Формы О. н. т.
и скорости, с к-рыми по ним движутся небесные тела, определяются силой
тяготения, а также силой светового давления, электромагнитными силами,
сопротивлением среды, в к-рой происходит движение, приливными силами, реактивными
силами (в случае движения ядра кометы) и мн. др. В движении планет,
комет и спутников планет, а также в движении Солнца и звёзд в Галактике
решающее Значение имеет сила всемирного тяготения. На активных участках
орбит
искусственных космических объектов наряду с силами тяготения определяющее
значение имеет реактивная сила двигательной установки. Ориентация орбиты
в пространстве, её размеры и форма, а также положение небесного тела на
орбите определяются величинами (параметрами), называемыми элементами
орбиты. Элементы орбит планет, комет и спутников определяются по результатам
астрономич. наблюдений в три этапа: 1) вычисляются элементы т. н. предварительной
орбиты без учёта возмущений (см. Возмущения небесных тел), т. е.
решается двух тел задача. Для этой цели в большинстве случаев достаточно
иметь три наблюдения (т. е. координаты трёх точек на небесной сфере) небесного
тела (напр., малой планеты), охватывающие промежуток времени в неск. дней
или недель. 2) Осуществляется улучшение предварительной орбиты (т. е. вычисляются
более точные значения элементов орбиты) по результатам более длительного
ряда наблюдений. 3) Вычисляется окончательная орбита, к-рая наилучшим образом
согласуется со всеми имеющимися наблюдениями.
Для многих тел Солнечной системы, в т.
ч. для больших планет, Луны и нек-рых спутников планет, имеются уже длительные
ряды наблюдений. Для вычисления по этим наблюдениям окончательной орбиты
(или, как говорят, для разработки теории движения небесного тела) применяются
аналитич. и численные методы небесной механики.
В результате первого этапа орбита определяется
в виде конического сечения (эллипса, иногда также параболы или гиперболы),
в фокусе к-рого находится другое (центральное) тело. Такие орбиты наз.
невозмущёнными или кеплеровыми, т. к. движение небесного тела по ним происходит
по Кеплера законам. Шестью элементами, определяющими гелиоцент-рич.
невозмущённую О. н. т. Р (рис.), являются: 1)наклон орбиты к плоскости
эклиптики г. Может иметь любое значение от 0 до 180°; наклон считается
меньшим 90°, если для наблюдателя, находящегося в сев. полюсе эклиптики,
движение планеты имеет прямое направление (против часовой стрелки), и большим
90° при обратном движении. 2) Долгота узла Q. Это - гелиоцентрич. долгота
точки, в к-рой планета пересекает эклиптику, переходя из Юж. полушария
в Северное (восходящий узел орбиты). Долгота узла может принимать значения
от 0 до 360°. 3) Большая полуось орбиты а. Иногда вместо а в качестве
элемента орбиты принимается среднее суточное движение п (дуга орбиты,
проходимая телом за сутки). 4) Эксцентриситет орбиты е. Если b
- малая полуось орбиты, то е=корень из(а2-b2)/а.
Вместо
эксцентриситета иногда принимают угол эксцентриситета ф, к-рый определяется
соотношением sin ф = е. 5) Расстояние перигелия от узла (или аргумента
перигелия) со. Это - гелиоцентрич. угол между восходящим узлом орбиты и
направлением на перигелий орбиты, измеряемый в плоскости орбиты в направлении
движения планеты; может иметь любые значения от 0 до 360°. Вместо элемента
со применяется также долгота перигелия Пи=Q+w. 6) Элемент времени,
т. е. эпоха (дата), в к-рую планета находится в определённой точке орбиты.
В качестве такого элемента может служить, напр., момент t,
в к-рый
планета проходит перигелий. Положение планеты на орбите определяется аргументом
широты и, к-рый представляет собой угловое расстояние планеты вдоль
орбиты от восходящего узла, или истинной аномалией v -
угловым расстоянием
планеты от перигелия. Аргумент широты меняется от 0 до 360° в направлении
движения планеты. Аналогичными элементами определяются орбиты комет, Луны,
спутников планет, компонентов двойных звёзд, Солнца в Галактике и др. небесных
тел. Однако вместо термина "перигелий" в этих случаях употребляется или
более общий термин - "перицентр", или специализированные назв. "перигей"
(для Луны, движущейся по геоцентрич. орбите), "пе-риастр" (для компонентов
двойной звезды) и т. п.
Эллиптическая орбита планеты Р в
пространстве: S-Солнце; Р - планета; П-перигелий орбиты. Ось 5л: направлена
в точку весеннего равноденствия.
Задача улучшения (уточнения) предварит,
орбиты при помощи дополнит, наблюдений решается путём последоват. приближений.
Чем больше интервал времени, охватываемый наблюдениями, тем надёжнее определяются
элементы улучшенной орбиты. В реальном случае, когда действуют не только
силы тяготения, но и др. (возмущающие) силы, движение небесного тела не
соответствует законам Кеплера. Однако отклонение движения от невозмущённого
невелико и поэтому его описывают формулами невозмущённого движения, но
при этом предполагают, что элементы орбиты не сохраняют постоянные значения,
а изменяются с течением времени. Т. о. реальная орбита рассматривается
как огибающая семейства непрерывно изменяющихся кепле-ровых орбит; при
этом в каждый момент времени положение и скорость небесного тела на реальной
орбите совпадают со значениями положения и скорости, к-рые небесное тело
имело бы, двигаясь по кеплеровой орбите с элементами, вычисленными именно
для этого момента. Орбита, определённая таким методом для заданного момента
времени t, наз. оскулирующей орбитой, а момент t - эпохой
оскуляции. Оскулирующая орбита непрерывно изменяет своё положение в пространстве
и форму.
Метод определения первоначальной параболич.
орбиты был разработан Г. Ольберсом (1797), а эллиптической - К.
Гауссом
(1809).
Методам улучшения орбит и определения окончательных орбит были посвящены
многочисл. работы в 19-20 вв. Элементы орбит планет, малых планет, комет
регулярно публикуются в астрономич. ежегодниках и др. изданиях.
Классич. методы небесной механики с успехом
применяются также и для вычисления орбит искусственных спутников Земли
(ИСЗ). В этом случае учитываются вековые изменения большой полуоси орбиты,
долготы узла и аргумента широты, вызываемые тормозящим воздействием атмосферы,
несферичностью Земли, а в нек-рых случаях и световым давлением Солнца.
Радиотехнич., радиолокационные и лазерные дальномерные методы наблюдений
ИСЗ позволяют непосредственно определять расстояния до спутника и его радиальную
скорость. Аналогичные методы наблюдений применяются и к естеств. небесным
телам (напр., радиолокация Венеры и Марса, лазерная локация Луны). Поэтому
в сер. 20 в. разработаны новые способы определения орбит, специально приспособленные
для наблюдений, выполненных современными технич. средствами.
Лит.: Эс ко бал П. Р., Методы определения
орбит, пер. с англ., М., 1970. См. также лит. при ст. Небесная механика.
Г. А. Чеботарёв.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я