Может ли объект, снятый с земли, упасть на солнце?

Может ли объект, снятый с земли, упасть на солнце?

Если объект выстреливают со скоростью 107 000 км / ч с помощью ракеты или иным образом, в направлении, противоположном нашей орбите относительно Солнца, он будет двигаться со скоростью 0 км / ч относительно Солнца. Луна не достаточно близко к объекту, чтобы иметь значительную силу для целей этого вопроса.

Этот объект начнет ускоряться к солнцу или каким-то образом упадет на другую устойчивую орбиту?

Может ли он оказаться в ловушке в точке Лагранжа L4 Земля-Солнце?

Предположим, что космический корабль мгновенно ускоряется на поверхности Земли (без учета атмосферы для простоты). Мы рассмотрим это из системы отсчета Солнца; другими словами, Солнце неподвижно, а Земля движется вокруг него.

Космический аппарат ускоряется до скорости, которая точно равна и противоположна орбитальной скорости Земли вокруг Солнца, что делает его полностью неподвижным в момент после ускорения.

Что произойдет дальше? Что ж, мы можем рассмотреть силы, действующие на космический корабль:

• Гравитация Земли вызывает силу в направлении Земли.
• Гравитация Солнца вызывает силу в направлении Солнца.

Поэтому стационарный космический корабль будет ускоряться к Земле и Солнцу. Поскольку Земля быстро движется по своей орбитальной траектории, гравитационной силы недостаточно, чтобы вывести космический корабль обратно на орбиту Земли; однако, это подтолкнет космический корабль на эллиптическую орбиту.

Чтобы продемонстрировать ситуацию, я создал небольшую симуляцию, которую можно просматривать в настольном браузере. Нажмите здесь, чтобы попробовать симуляцию. (Вы можете нажать «Просмотреть эту программу», чтобы проверить код, и обновить страницу, чтобы перезапустить симуляцию.)

Симуляция является физически точной (игнорируя влияние других планет), но сферы были увеличены для легкой интерпретации. Земля представлена ​​зеленым цветом, а Солнце оранжевым, а космический корабль - белым. Обратите внимание, что, хотя сферы, представляющие космический корабль и Солнце, пересекаются, расстояние между двумя физическими объектами всегда больше, чем 3,35 радиуса Солнца.

Этот снимок экрана показывает, как космический корабль был выведен на эллиптическую орбиту Землей:

Наконец, мы могли бы рассмотреть более реалистичный сценарий, когда космический корабль ускоряется, пока не достигнет нулевой скорости (опять же, в системе отсчета Солнца) на определенном расстоянии от Земли. В тот момент, когда он достигает нулевой скорости, двигатель останавливается.

В этом случае результат, по сути, тот же: есть еще силы, приложенные Землей и Солнцем, так что в результате возникнет эллиптическая орбита. Чем дальше ракета от Земли, когда она достигает нулевой скорости, тем больше эллиптическая орбита. Если Земля настолько далеко, что ее гравитация незначительна, космический корабль упадет прямо к Солнцу.

Описанный вами запуск аналогичен запуску солнечного зонда Parker, запущенного в августе 2018 года со скоростью 12 км / с в направлении, противоположном орбитальной скорости Земли, поэтому он упал (а не в Солнце) по эллиптической орбите. Ожидается, что его скорость при ближайшем подходе превысит 200 км / с.

Если объект ускоряется от Земли достаточно быстро, чтобы он не вращался, не имея орбитальной скорости вокруг Солнца, то он упадет радиально в Солнце. Именно орбитальная скорость удерживает объект (или саму Землю), падающий вокруг Солнца, а не в него. При нулевой орбитальной скорости он просто падает прямо вниз и больше ничего не может сделать (для того, чтобы попасть в ловушку в точке L4, требуется, чтобы его орбитальное движение было почти таким же, как у Земли).

Объект будет притягиваться гравитационным притяжением Солнца, если Луна и другие планеты в Солнечной системе достаточно далеко, чтобы они не могли существенно изменить скорость или направление объекта.