Apakah objek yang ditembakkan dari bumi akan jatuh ke matahari?

18

Apakah objek yang ditembakkan dari bumi akan jatuh ke matahari?

Jika sebuah objek ditembak pada 107.000 km / jam melalui roket atau sebaliknya, dalam arah yang berlawanan dengan orbit kita tentang matahari, ia akan bergerak pada 0 km / jam relatif terhadap matahari. Bulan tidak cukup dekat dengan objek untuk memiliki kekuatan yang signifikan untuk keperluan pertanyaan ini.

Apakah objek ini akan mulai berakselerasi menuju matahari atau akan jatuh ke orbit stabil lainnya?

Mungkinkah itu terjebak di titik Lagrange L4 Earth-Sun?

t

the-sun orbital-mechanics Taumata Akuhata
sumber
1
Jika Anda tertarik untuk menghitung rincian lintasan itu, lihat en.wikipedia.org/wiki/Radial_trajectory
PM 2Ring
2
Ada sedikit ambiguitas signifikan yang tersisa dalam pertanyaan Anda, dan sejauh itulah jaraknya dari Bumi ketika mencapai kecepatan relatif 0 terhadap Matahari. Jika masih berada di dekat Bumi (misalnya dalam titik L4), kemungkinan Bumi akan memiliki efek yang cukup untuk menempatkannya ke orbit yang sangat eksentrik di sekitar Matahari daripada menabrak Matahari. Sama dengan planet lain.
Greg Miller
2
@GregMiller Saya tidak setuju: ketika roket berada pada 0 km / jam relatif terhadap matahari, Bumi masih bergerak "sangat cepat", sehingga medan gravitasi akan mati dengan cepat. Tapi saya kira kita harus mengukur klaim kita :-)
Carl Witthoft
1
Lihat juga pertanyaan ini .
Draco18s

Jawaban:

38

Asumsikan bahwa sebuah pesawat ruang angkasa secara instan dipercepat di permukaan bumi (mengabaikan atmosfer untuk kesederhanaan). Kami akan mempertimbangkan ini dari kerangka referensi Matahari; dengan kata lain, Matahari tidak bergerak dan Bumi bergerak di sekitarnya.

Pesawat ruang angkasa dipercepat ke kecepatan yang persis sama dan berlawanan dengan kecepatan orbital Bumi di sekitar Matahari, membuatnya benar-benar diam di saat instan setelah akselerasi.

Apa yang terjadi selanjutnya? Nah, kita dapat mempertimbangkan gaya yang bekerja pada pesawat ruang angkasa:

  • Gravitasi Bumi menyebabkan gaya ke arah Bumi.
  • Gravitasi Matahari menyebabkan gaya ke arah Matahari.

Oleh karena itu, pesawat ruang angkasa stasioner akan berakselerasi menuju Bumi dan menuju Matahari. Karena Bumi bergerak cepat pada jalur orbitnya, gaya gravitasi tidak cukup untuk menarik pesawat ruang angkasa kembali ke orbit Bumi; Namun, itu akan mendorong pesawat ruang angkasa menjadi orbit elips.

Untuk menunjukkan situasinya, saya telah membuat simulasi kecil yang dapat dilihat di browser desktop. Klik di sini untuk mencoba simulasi. (Anda dapat mengklik "Lihat program ini" untuk memeriksa kode, dan menyegarkan halaman untuk memulai kembali simulasi.)

Simulasi ini akurat secara fisik (mengabaikan efek dari planet lain), tetapi bola telah diperbesar untuk memudahkan interpretasi. Bumi direpresentasikan sebagai hijau, sedangkan Matahari berwarna oranye dan pesawat ruang angkasa berwarna putih. Perhatikan bahwa, sementara bola yang mewakili pesawat ruang angkasa dan Matahari berpotongan, jarak antara dua benda fisik selalu lebih besar dari 3,35 jari-jari matahari.

Tangkapan layar ini menunjukkan bagaimana pesawat ruang angkasa ditarik ke orbit elips oleh Bumi:

Cuplikan layar simulasi yang menunjukkan pesawat ruang angkasa memasuki orbit elips.

Akhirnya, kita dapat mempertimbangkan skenario yang lebih realistis di mana pesawat ruang angkasa dipercepat hingga mencapai kecepatan nol (lagi, dalam kerangka referensi Matahari) pada jarak tertentu dari Bumi. Pada saat itu mencapai kecepatan nol, mesin berhenti.

Dalam hal ini, hasilnya pada dasarnya sama: masih ada kekuatan yang diberikan oleh Bumi dan Matahari, sehingga orbit elips akan dihasilkan. Semakin jauh roket berasal dari Bumi ketika mencapai kecepatan nol, semakin elips orbitnya. Jika Bumi begitu jauh sehingga gravitasinya dapat diabaikan, pesawat ruang angkasa akan jatuh langsung ke arah Matahari.

TheGreatCabbage
sumber
4
Saya kira ini adalah karena memperbesar bola, tetapi pada simulasi Anda tampaknya benda itu menabrak Matahari. Saya membayangkan bahwa itu benar-benar lewat sangat dekat dari Matahari, tetapi dapatkah Anda memperkirakan sejauh mana?
Evargalo
4
@Evargalo Terima kasih, saya telah memperbarui simulasi sehingga mencetak pendekatan terdekat ke Matahari. Simulasi juga akan berhenti jika pesawat ruang angkasa mengenai Matahari. Pada orbit pertama pesawat ruang angkasa berjalan dalam 3,4 jari-jari matahari dari pusat Matahari, tetapi perihelion tampaknya semakin jauh dalam orbit berikutnya.
TheGreatCabbage
4
@TheGreatCabbage, simulasi Anda menggunakan integrasi Euler sederhana, yang mengakumulasi kesalahan agak cepat (terutama ketika tubuh bergerak cepat, seperti saat perhelion). Saya percaya simulasi Anda ketika mengatakan objek tidak akan bertabrakan dengan Matahari pada lintasan pertama, tetapi setelah lintasan pertama, prediksi simulasi dipertanyakan di terbaik.
Markus
5
TLDR: memukul matahari itu keras.
Draco18s
7
@ Draco18s: itu sebabnya, jika Anda ingin mendarat di Matahari, Anda harus pergi ke sana pada malam hari.
Evargalo
17

Peluncuran yang Anda gambarkan mirip dengan Parker Solar Probe yang diluncurkan Agustus 2018 pada 12km / s dalam arah yang berlawanan dengan kecepatan orbit Bumi, sehingga jatuh ke arah (daripada ke ) Matahari, dalam orbit elips. Kecepatannya pada pendekatan terdekat diharapkan lebih besar dari 200 km / s

Profesor O
sumber
2
Agar Parker Solar Probe membuatnya sedekat mungkin dengan matahari karena pada akhirnya akan pergi juga harus memiliki beberapa Venus fly-bys yang selanjutnya mengubah kecepatannya. 12 km / s dari peluncurannya sendiri tidak cukup untuk cukup dekat dengan matahari untuk mencapai 200 km / s.
NeutronStar
13

Jika suatu benda dipercepat jauh dari Bumi dengan cepat sehingga berakhir tanpa kecepatan orbit di sekitar Matahari, maka benda itu akan jatuh secara radial ke Matahari. Kecepatan orbitnya yang membuat benda (atau Bumi itu sendiri) jatuh mengelilingi Matahari dan tidak ke dalamnya. Dengan kecepatan orbital nol, ia jatuh lurus ke bawah dan tidak dapat melakukan hal lain (terjebak pada titik L4 mengharuskan ia memiliki gerakan orbital yang hampir sama dengan Bumi).

Mark Olson
sumber
6
Saya percaya jawaban ini mengasumsikan bahwa kecepatan orbit pesawat ruang angkasa di sekitar Matahari dipertahankan pada nol dengan menggunakan pendorong, atau bahwa Bumi cukup jauh sehingga efek gravitasinya dapat diabaikan. Saya telah memberikan interpretasi alternatif dalam jawaban saya.
TheGreatCabbage
Saya akan memperbaiki ini tetapi saya membacanya kembali dan pertanyaannya adalah: jika roket ditembakkan dengan kecepatan tertentu ... Jawabannya mungkin tidak - ada variabel lain yang akan menghentikannya dari kecepatan yang benar. Jika pertanyaannya adalah "Jika seseorang menembakkan roket ke belakang dengan kecepatan yang tepat di dekat 107.000 ... untuk menghilangkan semua kecepatan orbit, apakah itu akan jatuh ke matahari", ini akan menjadi jawaban yang bagus.
Bill K
0

Objek akan tertarik oleh tarikan gravitasi Matahari jika Bulan dan planet-planet lain di Tata Surya cukup jauh sehingga mereka tidak secara signifikan mengubah kecepatan atau arah objek.

P Sh
sumber