¿Qué es una órbita excéntrica y qué objetos astronómicos tienen uno?

Una breve historia de órbitas

En tiempos clásicos y a través de la Edad Media, se creía que los planetas orbitaban la tierra en esferas perfectas. Cuando las observaciones más detalladas de sus órbitas plantearon problemas con esto, se hicieron ajustes, con esferas más pequeñas que se pensó en modificar las grandes. A medida que mejoró el seguimiento de los movimientos de los planetas, se requerían muchas esferas más pequeñas que los modelos comenzaron a parecerse a una vieja caricatura de Heath Robinson, o algo de Wallace y Gromit.

Aquellos que estudiaron el problema, si todavía pensaban que los planetas orbitaban la tierra o favorecían un modelo centrado en el sol, reconocieron que algo estaba mal, pero no podía encontrar una alternativa que funcionara.

Eso fue hasta que Johannes Kepler propuso sus tres leyes, que describían los planetas que orbitaban el sol no en los círculos, sino las elipses. Las elipses se parecen un poco a un círculo hecho de un material flexible que alguien ha agarrado en lados opuestos y se estira para que sea mucho más largo en una dirección que en la otra. Los planetas se mueven más lentamente en las partes más distantes de su órbita.

La invención del telescopio astronómico cinco años después confirmó el trabajo de Kepler. También proporcionó ejemplos que podríamos presenciar desde el exterior, como las órbitas de las lunas más grandes de Júpiter alrededor de su planeta, lo que confirma que las órbitas elípticas son universales, no solo una propiedad de las cosas que órbita directamente el Sol.

Ochenta y tres años después, Isaac Newton proporcionó una explicación física de por qué los objetos renunciarían a los círculos, una representación bidimensional de lo que se consideraba la forma perfecta, a favor de las elipses.

¿Qué es una elipse?

Las elipses se definen como curvas que rodean dos puntos focales. En cualquier momento de la elipse, la suma de la distancia a ambos es una constante. Si los dos puntos focales están juntos, obtienes un círculo, y cuanto más estén separados, más largas y delgadas serán la elipse.

Kepler pensó que el Sol estaba ubicado en uno de los puntos focales de la Elipse, y para los planetas pequeños, eso es bastante cierto. Sin embargo, es posible que haya leído que técnicamente Júpiter no orbita el Sol. Eso significa que, en lugar de que el sol esté en el punto focal, el centro de masa (barycenter) del sistema Sun-Jupiter está en el punto focal. Eso es cierto para cualquier objeto en órbita, pero la masa de Júpiter es lo suficientemente grande como para que el barycenter del sistema esté fuera del sol, en lugar de dentro de él.

La parte excéntrica

Incluso entre los planetas originales, hay amplias variaciones en las elipses que siguen. Venus tiene una órbita tan cercana a la circular que Kepler probablemente podría haberse hecho creer que cualquier desviación fueron errores en la medición si fuera el único planeta que estaba investigando. La diferencia entre su enfoque más cercano al sol no está mucho más del 1 por ciento más cercano que su punto más alejado.

Marte, por otro lado, tiene una órbita mucho más estirada. En su forma más distante, está 16 por ciento más allá del sol que en su más cercano. Es por eso que algunas oposiciones de Marte, cuando la tierra pasa entre Marte y el Sol, son mucho más brillantes y más impresionantes que otras. La distancia entre los dos planetas es mucho más pequeña cuando pasamos a Marte cerca de su enfoque más cercano (perihelio). Es una suerte que a Kepler le dijeron que hiciera que encontrar la órbita de Marte sea su enfoque principal.

La desviación de una órbita de la circularidad se conoce como su excentricidad (mi) y medido con un valor entre cero y 1. Una órbita perfectamente circular ha mi= 0.

La excentricidad de Venus es 0.007. La Tierra también es baja en 0.017, Es por eso que nuestras estaciones son principalmente sobre la inclinación axial, en lugar de la distancia del sol. Mientras tanto, Mars tiene un mi de 0.0934.

El valor se calcula como la raíz cuadrada de 1 menos el cuadrado de la distancia entre el planeta y la estrella en su más cercano dividido por el cuadrado de esa distancia en su mayor.

No hay un número específico por encima del cual se considera una órbita excéntrica; En cambio, todas las órbitas son excéntricas hasta cierto punto. Un poco como la gente, de verdad.

Órbitas realmente excéntricas

Mercurio tiene la órbita más excéntrica de cualquier planeta (desde la degradación de Plutón) en 0.206, pero está cerca de la circular en comparación con la de la mayoría de los cometas, bastantes asteroides y los planetas de otras estrellas.

Los cometas de larga duración que visitan el sistema solar interno solo una vez cada cien mil o millones de años a menudo tienen excentricidades superiores a 0,99.

Si un objeto no está orbitando el sol en absoluto, sino que simplemente pasa, tiene una trayectoria hiperbólica y su mi El valor es mayor que 1. Cuando se observó por primera vez ‘Oumuamua, los astrónomos corrieron para recopilar datos para permitirles calcular su excentricidad. La mayoría de las estimaciones iniciales produjeron valores superiores a 1, lo que indica orígenes interestelares, pero estos vinieron con márgenes de error. Tomando el extremo más bajo de estos rangos, algunos astrónomos concluyeron que el verdadero valor era probablemente por debajo de 1, lo que lo habría convertido en otro cometa de nuestra propia nube de Oort. Afortunadamente, estaban equivocados y ‘Oumuamua era un verdadero visitante de las estrellas.

Escuchar las palabras «órbita excéntrica», es tentador imaginar un objeto que se desvanece borracha por el espacio, por lo que lamentamos revelar una verdad más aburrida. Las órbitas de algunos objetos se desvanecen un poco, por ejemplo, cuando pasan cerca de la gravedad de un planeta, o cuando la liberación de un gas le da a un cometa un empujón. Por importantes que puedan ser esos eventos, no son lo que queremos decir cuando decimos que una órbita es muy excéntrica.