중력에 의한 공전 경로인 궤도

궤도는 중력에 의해 다른 물체 주위를 공전할 때 물체가 따라가는 경로를 말합니다. 궤도는 일반적으로 행성, 달, 위성 및 우주의 다른 물체와 같은 천체와 연관됩니다. 궤도의 개념은 우주에서 물체의 움직임을 이해하는 데 기본이 되며 천문학, 천체 물리학 및 우주 탐사와 같은 분야에서 중요한 의미를 갖습니다.

 

궤도의 주요 측면은 다음과 같습니다.

 

1. 중심체: 모든 궤도에는 두 개의 물체가 포함되며, 한 물체는 다른 물체보다 훨씬 더 크고 무겁습니다. 종종 중앙 몸체라고 하는 더 큰 물체는 더 작은 물체가 주위를 공전하도록 유지하는 중력을 발휘합니다. 예를 들어 지구가 태양 주위를 공전하는 경우 태양이 중심체 역할을 한다.

 

2. 중력: 중력은 물체의 궤도를 유지하는 기본적인 힘입니다. 뉴턴의 만유인력 법칙에 따르면, 질량을 가진 두 물체는 질량에 정비례하고 거리의 제곱에 반비례하는 힘으로 서로를 끌어당깁니다. 이 힘은 더 작은 물체를 중앙 본체 주위의 곡선 경로에 유지합니다.

 

3. 안정적인 궤도: 물체는 초기 조건과 중력과 자체 운동량 사이의 균형에 따라 다양한 유형의 안정적인 궤도를 가질 수 있습니다. 안정 궤도의 가장 일반적인 유형은 원형 궤도와 타원 궤도입니다. 원형 궤도에서 개체는 고정된 원형 경로에서 중심 본체 주위를 회전합니다. 타원형 궤도에서 물체는 타원의 초점 중 하나에 중앙 몸체가 있는 타원형 경로를 따릅니다.

 

4. 케플러의 법칙: 요하네스 케플러는 타원 궤도에서 물체의 운동을 설명하는 세 가지 기본 법칙을 공식화했습니다. 이러한 법률은 다음과 같습니다.

 

     a. 케플러의 제1법칙(타원법칙): 행성이나 위성의 궤도는 타원체이며 중심체는 타원체의 초점 중 하나에 있습니다.

 

     b. 케플러 제2법칙(등면적법칙): 행성이나 위성을 중심 천체에 연결하는 선은 같은 시간 간격으로 같은 면적을 휩쓸고 지나간다. 이 법칙은 물체가 중심체에 가까울수록 빠르게 움직이고 멀어지면 느리게 움직인다는 것을 의미합니다.

 

     c. 케플러 제3법칙(조화법): 행성이나 위성의 궤도 주기의 제곱은 중심체로부터의 평균 거리의 세제곱에 정비례합니다. 이 법칙을 통해 중심 물체와 관련된 물체의 궤도 주기와 거리를 계산할 수 있습니다.

 

5.  탈출 속도: 물체가 충분한 속도에 도달하면 중심체의 중력을 벗어나 안정적인 궤도에 진입하지 않고 우주로 이동할 수 있습니다. 행성이나 다른 천체를 탈출하는 데 필요한 최소 속도를 탈출 속도라고 합니다. 탈출 속도는 중심 몸체의 질량과 반경에 따라 다르며 더 무거운 물체일수록 더 큽니다.

 

6. 인공위성: 인간은 수많은 인공위성을 지구 궤도에 발사했습니다. 이 위성은 통신, 날씨 모니터링, 과학 연구 및 내비게이션을 비롯한 다양한 용도로 사용됩니다. 인공위성을 위한 안정적인 궤도를 달성하고 유지하려면 대기 항력 및 다른 천체의 중력 섭동과 같은 외부 힘에 대응하기 위한 정확한 계산과 조정이 필요합니다.

 

7. 궤도 유형: 원형 및 타원형 궤도 외에도 물체가 따를 수 있는 여러 유형의 궤도가 있습니다.

 

     a. 정지 궤도: 정지 궤도는 위성의 궤도 주기가 지구의 자전 주기와 일치하는 적도 상공의 원형 궤도입니다. 이를 통해 위성은 지구 표면의 특정 지점에 대해 고정된 상태를 유지할 수 있으므로 통신 위성에 이상적입니다.

 

     b. 극궤도: 극궤도는 지구의 극을 통과하는 궤도로, 위성이 연속적인 궤도를 통해 지구 전체를 커버할 수 있도록 합니다. 이 궤도는 행성 표면을 완전히 덮기 때문에 지구 관측 위성에 자주 사용됩니다.

 

     c. 태양 중심 궤도: 태양 중심 궤도는 태양 주위를 공전하는 궤도를 말합니다. 지구와 같은 태양계의 행성은 태양 중심 궤도를 따릅니다. 마찬가지로 혜성과 소행성도 태양 중심 궤도를 가지고 있습니다.

 

     d. 달 궤도: 달 궤도는 달 주위를 공전하는 궤도입니다. 달 착륙선과 궤도 선과 같이 달을 연구하기 위해 보낸 우주선과 위성은 달 궤도에 배치됩니다. 

 

8. 궤도 역학: 궤도 역학을 이해하려면 궤도 역학의 개념이 필요합니다. 여기에는 물체가 안정적인 궤도를 유지하는 데 필요한 최소 속도인 궤도 속도와 같은 개념이 포함됩니다. 물체가 중심 몸체에서 가장 가깝고 가장 먼 타원 궤도의 지점인 근점 및 원점; 궤도면과 기준면(종종 지구의 적도) 사이의 각도인 경사.

 

9. 섭동: 궤도는 일반적으로 안정적인 것으로 간주되지만 다양한 요인이 궤도를 교란시킬 수 있습니다. 다른 천체와의 중력 상호 작용, 대기 항력, 태양 복사압 및 기조력은 시간이 지남에 따라 물체의 궤도에 변화를 일으킬 수 있습니다. 이러한 섭동은 궤도 거동의 정확한 예측을 보장하기 위해 계산에서 설명되어야 합니다.

 

10. 라그랑주 점: 라그랑주 점은 두 물체의 중력이 균형을 이루는 2체 시스템(예: 지구-태양 시스템)의 특정 지점으로, 물체가 물체에 대해 상대 위치를 유지할 수 있는 안정적인 영역을 허용합니다. 두 몸. 이러한 지점은 태양 관측소에 사용되는 Sun-Earth Lagrange 지점과 같은 특정 위성 및 우주선의 배치에 활용되었습니다.

 

11. 행성 간 궤적: 궤도 역학은 행성 간 임무를 계획하는 데 중요한 역할을 합니다. 과학자와 엔지니어는 우주선을 목적지까지 보다 효율적으로 추진하기 위해 행성의 중력 지원을 활용하는 궤적을 계산합니다. 우주선의 궤적을 신중하게 타이밍과 위치 지정함으로써 우주선은 다른 행성의 중력으로부터 에너지를 얻거나 잃어 속도와 방향을 바꿀 수 있습니다.

 

12. 궤도 붕괴 및 잔해: 시간이 지남에 따라 대기 항력 또는 중력 영향과 같은 요인으로 인해 궤도가 붕괴될 수 있습니다. 이 붕괴는 대기로 재진입하거나 중심 물체와 충돌할 수 있습니다. 지구 궤도에서 우주 잔해는 작동하지 않는 위성, 사용된 로켓 단계 및 기타 파편이 충돌하여 추가 잔해를 생성하여 활성 위성과 우주선에 위험을 초래할 수 있으므로 중요한 문제를 제기합니다.

 

궤도 및 궤도 역학의 복잡성을 이해하는 것은 우주 탐사, 위성 운영 및 과학적 관찰에 필수적입니다. 그것은 정확한 임무 계획, 정확한 위성 포지셔닝, 천문 현상 예측을 가능하게 하여 우주 기술, 통신, 항법 및 과학 연구의 발전에 기여합니다.