Stabilität Umlaufbahnen

Wissenschaft Astronomie
#1

Hallo - ich habe mich bemüht, eine Antwort zu suchen - aber ich bin leider nicht fündig geworden.

Nun meine Frage - warum sind Objekte, die ein anderes Objekt umkreisen -also ein Mond einen Planeten oder ein Planet einen Stern - stabil?

Warum diese Orbite Anfangs funktionieren können ist ja verständlich - aber was ist, wenn eine Störung das erforderliche Kräftegleichgewicht beeinflußt - wie etwa ein ein Meteoriteneinschlag.

Wenn nun die Flugbahn auch nur eine Winzigkeit sich beispielsweise dem anderen nähert, so nimmt die Anziehungskraft, die auf beide wirkt zu und dies muß ausgeglichen werden, damit das System stabil bleibt - also ein Regelkreis muß vorhanden sein.

Kann mir jemand erklären, wie das funktionieren soll?

Gruss Udo

#2

Hallo Udo,

Wenn nun die Flugbahn auch nur eine Winzigkeit sich
beispielsweise dem anderen nähert, so nimmt die
Anziehungskraft, die auf beide wirkt zu und dies muß
ausgeglichen werden, damit das System stabil bleibt - also ein
Regelkreis muß vorhanden sein.

der gesuchte Regelkreis ist die kinetische = Bewegungsenergie. Wenn man den Mond etwas abbremsen würde, würde er auf eine niedrigere Umlaufbahn fallen. Dort hätte er dann aber eine höhere Fliehkraft oder Zentrifugalkraft, wäre also wieder stabil. Oder: wenn man den Mond mit Gewalt an die Erde heranschieben würde, wäre die Anziehung zwar größer, die Zentrifugalkraft aber noch größer und würde ihn wieder nach außen befürdern.

Zoelomat.

#3

der gesuchte Regelkreis ist die kinetische = Bewegungsenergie.
Wenn man den Mond etwas abbremsen würde, würde er auf eine
niedrigere Umlaufbahn fallen. Dort hätte er dann aber eine
höhere Fliehkraft oder Zentrifugalkraft, wäre also wieder
stabil. Oder: wenn man den Mond mit Gewalt an die Erde
heranschieben würde, wäre die Anziehung zwar größer, die
Zentrifugalkraft aber noch größer und würde ihn wieder nach
außen befürdern.

Moin und erstmal Danke!

Aber wenn ich einen Körper abbremse verliert er kinetische Energie und wenn er danach wieder auf der alten Umlaufbahn wäre, wäre das ja sowas wie ein Perpetuum mobile? Dann dürften Satelliten ja auch nicht auf die Erde stürzen - aber die müssen soweit ich informiert bin in gewissen Abständen wieder einen Schub von ihren Triebwerken bekommen, um wieder in die alte Umlaufbahn zu kommen.

Gruss Udo

#4

Hallo!

Aber wenn ich einen Körper abbremse verliert er kinetische
Energie

Zwar anscheinend logisch, aber falsch. Ein Satellit, der abgebremst wird, verliert an Energie. Seine Umlaufbahn verläuft tiefer, dadurch bewegt er sich schneller!

und wenn er danach wieder auf der alten Umlaufbahn
wäre, wäre das ja sowas wie ein Perpetuum mobile?

Er kommt natürlich nicht von selbst auf die alte Umlaufbahn zurück, sondern findet eine neue Umlaufbahn, die etwas tiefer liegt. (Da nicht nur Kreisbahnen, sondern auch Ellipsenbahnen erlaubt sind, kann sich auch die Bahn verformen, also z. B. gestreckter und exzentrischer werden).

Die Erde lässt sich gar nicht so leicht aus ihrer Bahn werfen, seil sie eine so enorm große Masse hat. Ein Meteoriteneinschlach gleicht dem Versuch, einen Öltanker durch den Beschuss mit einem Tischtennisball abzulenken. Der Meteorit, der durch seinen Einschlag das Nördlinger Ries bildete, hatte eine Masse von vermutlich 3 Mrd. Tonnen. Das hört sich nach viel an, ist jedoch nur 0,00000000000000005% der Erdmasse.

Michael

#5

Korrektur: 0,00000000005% (owt)

Das
hört sich nach viel an, ist jedoch nur 0,00000000000000005%
der Erdmasse.

Muss heißen: 0,00000000005%

(Kilogramm mit Tonnen verwechselt…)

#6

Nuja ein paar Zehnerpotenzen hin oder her - mir gehts ums Prinzip - schon allein der Gedanke, daß wenn sich eine stabile Kreisbahn entwickeln soll - die Wahrscheinlichkeit, daß der Satellit anfänglich den richtigen Vektor erwischt - den präzisen Vektor.

Ich stelle mir eben vor, es gäbe kugelförmge Magnete, die in alle Richtungen nur eine Ausrichtung - also Polarität besitzen und ich nehme in der Schwerelosigkeit zwei entgegengesetzt gepolte und versuche den einen in eine stabile Bahn um den anderen zu bekommen.

OK - kriegt man vielleicht hin - aber ich habe da immer noch ein Verständnisproblem, wie das System Störungen nun - wie du sagst - durch Erhöhung der Geschwindigkeit des Trabanten bei beispielsweise einer Verringerung der Distanz ausgleichen kann - oder besser gesagt - muß. Gibts da keine grafische Computersimulation, bei der die Vektoren und Energien dargestellt werden - am Besten noch interaktiv, wo man selbst Störungen einbringen kann?

Sorry, wenn es eine „dumme“ Frage von mir ist - aber die beschäftigt mich schon ein ganzes Weilchen.

Gruss vom Bodensee

Udo

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#7

Er kommt natürlich nicht von selbst auf die alte Umlaufbahn
zurück, sondern findet eine neue Umlaufbahn, die etwas tiefer
liegt.

Hallo, Michael,
vielleicht kann man es so ausdrücken:
Der Satellit nimmt den Orbit ein, der seiner Geschwindigkeit (und damit seiner Bewegungsenergie) entspricht.

Gruß
Eckard

#8

Geostationäre Satelligen

wäre, wäre das ja sowas wie ein Perpetuum mobile? Dann dürften
Satelliten ja auch nicht auf die Erde stürzen - aber die
müssen soweit ich informiert bin in gewissen Abständen wieder
einen Schub von ihren Triebwerken bekommen, um wieder in die
alte Umlaufbahn zu kommen.

http://de.wikipedia.org/wiki/Bahnstörungen_eines_Sat…

Gruß

Stefan

#9

Hallo!

Ich stelle mir eben vor, es gäbe kugelförmge Magnete, die in
alle Richtungen nur eine Ausrichtung - also Polarität besitzen
und ich nehme in der Schwerelosigkeit zwei entgegengesetzt
gepolte und versuche den einen in eine stabile Bahn um den
anderen zu bekommen.

Magnete sind ein ziemlich schlechtes Modell für die Gravitation. Besser wären elektrisch geladene Teilchen, aber damit haben wir auch nicht mehr Erfahrungen als mit der Gravitation selbst. Am besten finde ich die Vorstellung eines Trichters. Der verkörpert das Gravitationspotenzial. Eine kleine Kugel wird - wenn man die Reibung vernachlässigt irgendeine Bahn beschreiben. Wenn sie eine sehr niedrige Geschwindigkeit hat, fällt sie in den Trichter hinein. Bei mittleren Geschwindigkeiten (oder besser: Energien) beschreibt sie geschlossene Bahnen, z. B. Kreisbahnen um die Symmetrieachse des Trichters. Je höher die Energie, desto höher die Umlaufbahn, aber auch desto langsamer die Bewegung. Wenn die Kugel noch mehr Energie hat, verlässt sie den Trichter. Genau so verhält es sich auch mit Körpern im Gravitationsfeld eines Himmelskörpers.

OK - kriegt man vielleicht hin - aber ich habe da immer noch
ein Verständnisproblem, wie das System Störungen nun - wie du
sagst - durch Erhöhung der Geschwindigkeit des Trabanten bei
beispielsweise einer Verringerung der Distanz ausgleichen kann

  • oder besser gesagt - muß.

Im Prinzip wird da gar nichts ausgeglichen, die Bahn wir tatsächlich durch den Einschlag verändert. Allerdings sind die Veränderungen wie gesagt sehr gering. Kann es sein, dass Du glaubst, es gäbe nur eine bestimmte stabile Bahn? Das ist nicht der Fall. Ein Himmelskörper kann unendlich viele verschiedene Bahnen um den Zentralkörper einschlagen. Und wenn der Aufprall heftig genug ist, kann er auch komplett aus seiner Bahn geworfen werden. Bis vor kurzem vermutete man, dass Pluto ursprünglich ein Neptum-Mond, der durch irgendetwas seinem Planeten abhanden gekommen ist.

Gibts da keine grafische
Computersimulation, bei der die Vektoren und Energien
dargestellt werden - am Besten noch interaktiv, wo man selbst
Störungen einbringen kann?

Bestimmt, aber ich weiß auch nicht, wo…

Michael

#10

Hi,

mh, vielleicht hilft dir erstmal folgende detailiertere Betrachtung:

Man nehme ein sehr leichtes und ein sehr schweres Objekt, wobei das Leichte in einer perfekten Kreisbahn um das Schwere kreist.
Jede Kraftwirkung auf das leichtere Objekt wird nun die Exzentrizität seiner Umlaufbahn vergrößern. Wie und warum hängt davon ab, in welche Richtung die Kraft wirkt.
Ok, nehmen wir nun als Beispiel an, dass das leichte Objekt von hinten von einem kleinen Meteoriten getroffen wird und (idealisiert) exakt in Bahnrichtung beschleunigt wird. Seine Geschwindigkeit ist jetzt also „zu hoch“ für den vorherigen Orbit. Was passiert jetzt?
Dank der größeren Geschwindigkeit fliegt das leichte Objekt nicht mehr in der perfekten Kreisbahn weiter, sondern entfernt sich von dem schweren Objekt.
Je weiter es sich allerdings vom schweren Objekt entfernt, desto langsamer wird es, bis es wieder zurückfällt, Richtung schwerem Objekt.
Dabei allerdings wird es wieder schneller, und so weiter und so fort.

Um das etwas anschaulicher zu machen folgendes Bild:
http://www.bilder-hosting.de/show/WQNS2.html
Der Punkt in der Mitte ist das schwere Objekt.
Der Kreis ist die „ideale“ Kreisbahn, die große Elipse ergibt sich bei einer um etwa 20% erhöhten Startgeschwindigkeit, die kleine Elipse bei etwa 30% weniger.

Ansonsten hät ich für dich noch:

-ein Java-Applet:
http://www.lon-capa.org/~mmp/kap7/orbiter/orbit.htm

Hoffe das hilft dir ein wenig weiter.

m.f.G.
Schigum

#11

Moin - OK - das leuchtet ein.

Danke euch allen!

Gruss Udo

#12

.schon allein der Gedanke, daß wenn sich eine stabile

Kreisbahn entwickeln soll - die Wahrscheinlichkeit, daß der
Satellit anfänglich den richtigen Vektor erwischt - den
präzisen Vektor.

Hi Udo, … wenn Männer zuviel denken …
Es geht nicht um Magnetismus oder so, sondern um Gegenstände in Umlaufbahnen. Und die kann man mittlerweile so genau berechnen, dass Satelliten nicht zufällig in einer Umlaufbahn landen. Zoelomat