Apsida (apsis): definicija, periapsis, apoapsis in primeri

Apsida (apsis): jasna definicija, razlaga periapsis in apoapsis, primeri ter terminologija (perigej, apogej, perihelij) za enostavno razumevanje eliptičnih orbit.

V astronomiji je apsida (mn. apsides, IPA: /apsɪdɪːz/) točka največje ali najmanjše oddaljenosti eliptične tirnice astronomskega objekta od njegovega središča privlačnosti, ki je običajno masno središče sistema. Apsidi določata geometrijo orbite in sta tesno povezana z glavnim geometrijskim parametrom elipse — semimajorno (polosrednjo) osjo in ekscentričnostjo oblike.

Periapsis in apoapsis

Točka največjega približevanja se imenuje periapsis (tudi pericentre), točka največjega oddaljevanja pa apoapsis (grško από, od, ki postane απ pred samoglasnikom in αφ pred grobim dihanjem), apocentre ali apapsis (slednji izraz je etimološko pravilnejši, vendar se veliko manj uporablja). Ravna črta, speljana skozi periapsis in apoapsis, je črta apside — to je glavna os elipse, črta skozi najdaljši del elipse, ki poteka skozi oba fokusa.

Specifična poimenovanja glede na centralno telo

Za bolj natančno označevanje se pogosto uporabljajo posebna imena, ki vključujejo referenco na osrednje telo. Najpogostejši sta:

• perigej in apogej — za kroženje okoli Zemlje;
• perihelij in afel — za kroženje okoli Sonca (grško 'ήλιος', hēlios, »sonce«);
• za druge planete in lune: npr. perijov/apojov (okrog Jupitra), pericenter/apocenter (splošno angl.), ipd.

Med programom Apollo sta se pri sklicevanju na Luno uporabljala izraza pericintion in apocintion.

Matematični izrazi in odvisnosti

Pri idealni eliptični orbiti sta periapsis (rp) in apoapsis (ra) izražena z osnovnima orbitalnima parametroma — semimajorno osjo a in ekscentričnostjo e:

• rp = a (1 − e)
• ra = a (1 + e)

Če je orbitna ekscentričnost e = 0 (krožna orbita), sta rp in ra enaka in ustrezata radiju orbite (rp = ra = a). Pri večjih vrednostih e postane razlika med periapsisom in apoapsisom večja.

Orbitalni elementi povezani z apsidami

Položaj periapsisa znotraj orbite se pogosto opisuje z elementi, kot so:

• argument periapsisa (oznaka ω) — kot med naraščajočim vozliščem in periapsisom v ravnini orbite;
• longituda periapsisa — kot med referenčnim smeri (npr. pomladno točko) in periapsisom;
• resnična anomalija — položaj telesa na orbiti v danem trenutku glede na periapsis.

Apsidna precesija in motnje

Pri realnih planetnih sistemih apsidi običajno ne stojijo mirno: zaradi gravitacijskih motenj drugih teles, nepravilnosti v porazdelitvi mase in relativističnih učinkov se periapsis z leti premika — temu rečemo apsidna precesija ali apsidal motion. Primeri:

• Lunin perigej se pomika in popoln cikel precesije traja približno 8,85 leta (≈3232 dni);
• perihelij Merkurja se napreduje in del tega napredka (≈43 lok. sekund na stoletje) pojasni splošna teorija relativnosti;
• pri satelitih okoli nerazpotegljenih planetov ali pri zelo ekscentričnih orbitah so lahko vplivi velikih in majhnih teles pomembni za dolgotrajno stabilnost orbite.

Primeri z meritvami

• Zemlja–Sonce: približno perihelij 0,9833 AU (~147,1 milijona km) (zgodaj januar) in afel 1,0167 AU (~152,1 milijona km) (zgodaj julij).
• Zemljin naravni satelit (Luna): povprečni perigej ≈ 363 300 km in apogej ≈ 405 500 km (vrednosti variirajo zaradi eliptične orbite in motenj).
• Merkur: perihelij približno 0,3075 AU (~46 milijonov km) in afel približno 0,4667 AU (~70 milijonov km).

Uporaba in pomen

Razumevanje apsid ima praktičen pomen v astronomiji in vesoljski tehniki: izračun periapsisa in apoapsisa je ključen za načrtovanje srečanj, pristanek, gravitacijskih asistenc in za napovedovanje pojavov, kot so prehodi, mrki in plimovanje. Pri satelitih okoli Zemlje se npr. perigej in apogej uporabljata za opis geostacionarnih osrednje prilagojenih orbit ali za analizo plimskih sil pri nizkih orbitah.

Etymologija in opombe

Beseda apsida izvira iz latinske in grške izpeljanke za „obok“ oz. „lopato“ in se je zgodovinsko uporabljala za označevanje skrajnih točk orbite. Kot je omenjeno zgoraj, se za različna osrednja telesa uporabljajo specifična poimenovanja (npr. perigej/apogej za Zemljo, perihelij/afel za Sonce), medtem ko so splošni termini periapsis in apoapsis uporabni za poljubno kombinacijo teles.

Perihelij in afelij

Perihelij je točka v tirnici objekta, ki je najbližje Soncu. Afelij je točka na tirnici objekta, ki je najbolj oddaljena od Sonca.

Vsi planeti, kometi in asteroidi v našem osončju imajo približno eliptične (nekakšne neokrogle) tirnice. Tako imajo vsi najbližjo in najbolj oddaljeno točko od Sonca: perihelij in afelij. Orbitalni ekscentričnost meri ravnost orbite. Vsak posamezen obrat telesa okoli Sonca je le približno eliptičen, saj precesija perihelija preprečuje, da bi bila orbita preprosta zaprta krivulja, kot je elipsa. To povzroča Milankovičeve cikle.

Zemlja se Soncu najbolj približa vsako leto okoli 3. januarja. Od Sonca se najbolj oddalji vsako leto okoli 4. julija. Razlika v razdalji med Zemljino najbližjo točko Soncu januarja in najbolj oddaljeno točko od Sonca julija je 3,1 milijona milj (5,0 milijona km). V začetku januarja je Zemlja od Sonca oddaljena približno 91,4 milijona milj (147,1 milijona km), v začetku julija pa približno 94,5 milijona milj (152,1 milijona km).

Ko je Zemlja najbližje Soncu, je na severni polobli zima, na južni polobli pa poletje. Tako lahko vidimo, da oddaljenost Zemlje od Sonca ne povzroča opaznega spreminjanja letnih časov; razmeroma majhne učinke razlik v oddaljenosti nekoliko zakrije pretežno oceanska južna polobla v primerjavi s polcelinsko severno poloblo. Zato se letni časi na Zemlji menjavajo predvsem zato, ker se Zemlja ne vrti s svojo osjo natančno navpično glede na ravnino Zemljine tirnice okoli Sonca. Nagib Zemljine osi je 23,5 stopinje. Zaradi tega je Sonce decembra in januarja bolj južno, zato je na severu zima, na jugu pa poletje. Tako zima pade na tisti del sveta, kamor sončna svetloba pade najmanj neposredno. Poletje pa je na tistem delu zemeljske oble, kamor sončna svetloba pada najbolj neposredno.

1. Planet v afeliju 2. Planet v periheliju 3. Sonce

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je apsida v astronomiji?

V: Kako se imenuje točka največjega približevanja v eliptični orbiti?

V: Kako se imenuje točka najbolj oddaljenega izleta na eliptični orbiti?

V: Kaj je glavna os elipse?

V: Katere so podobne besede, ki se uporabljajo za označevanje telesa, okoli katerega krožimo?

V: Kateri izrazi so se uporabljali za označevanje Lune med programom Apollo?

V: Kaj etimološko pomeni izraz apoapsis?

Išči po črki