Umlaufbahn - Astronomie.

Umlaufbahn - Astronomie. 1 EINLEITUNG Umlaufbahn, auch als Orbit bezeichnete Bahn, auf der sich ein Körper im freien Raum unter dem Einfluss der Anziehungskraft eines anderen Objektes bewegt. In der Astronomie werden die von Gravitationskräften bestimmten Umlaufbahnen betrachtet. So halten beispielsweise im Sonnensystem Gravitationskräfte die Planeten auf geschlossenen Bahnen um die Sonne. Das betreffende Teilgebiet der Astronomie nennt man auch Himmelsmechanik. Eine Umlaufbahn hat die Form eines Kegelschnittes, also einer Kurve, die beim Schnitt durch einen Kegel entsteht. Folglich kann die Bahn kreisförmig, elliptisch, parabolisch oder auch hyperbolisch um den Zentralkörper verlaufen. Dieser befindet sich dabei stets in einem der Brennpunkte der Kurve (siehe Geometrie: Kegelschnitte). Wenn sich ein Satellit um die Erde bewegt, so nennt man den erdfernsten Punkt der Bahn Apogäum und den erdnächsten Punkt Perigäum, wobei die Endung -gäum für ,,Erde" (griechisch gäa) steht. Entsprechend bezieht sich bei Aphel und Perihel die Endung -hel (griechisch helios) auf die Sonne, Apoapsis und Periapsis (griechisch hapsis: Verknüpfung) aber auf einen nicht weiter definierten Zentralkörper. Die Apsidenlinie ist die gerade Verbindungslinie zwischen den beiden Punkten größter (Apoapsis) und kleinster (Periapsis) Entfernung eines umlaufenden Körpers von seinem Zentralkörper. Eine besonders für die Raumfahrt und Satellitentechnik wichtige Bahn ist die so genannte ,,stationäre Umlaufbahn". Dabei bedeutet ,,stationär", dass die Geschwindigkeit des umlaufenden Objektes der Umdrehungsgeschwindigkeit des Zentralkörpers angeglichen wird. Als Folge scheint das Objekt immer über der gleichen Stelle über der Oberfläche des Zentralkörpers zu stehen. Ein mittlerweile alltägliches Beispiel sind die ,,geostationären Bahnen", wie sie Kommunikationssatelliten oder auch Fernsehsatelliten (siehe Satellitenfernsehen) um die Erde beschreiben - die Vorsilbe geo- steht für ,,Erde". 2 BEWEGUNGSGESETZE Im frühen 17. Jahrhundert stellte der deutsche Astronom und Naturphilosoph Johannes Kepler die drei nach ihm benannten Gesetze auf, denen die Planetenbewegungen um die Sonne gehorchen. Sie lauten: (1) Die Umlaufbahnen der Planeten um die Sonne sind Ellipsen. (2) Bei jedem Planeten überstreicht die Verbindungslinie zwischen ihm und der Sonne in gleichen Zeiten gleiche Flächen. Demnach bewegt sich ein Planet schneller, wenn er der Sonne näher ist, und langsamer, wenn er weiter von ihr entfernt ist. (3) Die Quadrate (zweiten Potenzen) der Umlaufzeiten zweier Planeten verhalten sich wie die Kuben (dritten Potenzen) ihrer großen Halbachsen (der halbe Abstand zwischen Periapsis und Apoapsis). Die physikalischen Grundlagen der drei Kepler'schen Gesetze wurden später von dem englischen Mathematiker und Physiker Isaac Newton erarbeitet; die Kepler'schen Gesetze sind Anwendungen der Newton'schen Bewegungsgesetze bzw. Newton'schen Axiome (siehe Mechanik). Mit Hilfe der allgemeinen (der Newton'schen) Formulierung des dritten Kepler'schen Gesetzes kann man die Massen von Planeten aus den Abständen und den Umlaufzeiten ihrer Monde errechnen. 3 BAHNELEMENTE Die Umlaufbahn eines Körpers (sei es ein Planet, ein Mond oder ein künstlicher Satellit) kann durch sechs Parameter bzw. Bahnelemente eindeutig beschrieben werden. Einzelheiten zeigt und erklärt die begleitende Zeichnung. 4 STÖRUNGEN Eine Bahnbewegung gilt als ,,gestört", wenn die wirkenden Kräfte komplexer sind als im theoretischen, einfachen Modell, das für zwei Körper gilt. (Die Kepler'schen Gesetze gelten exakt nur für ungestörte Bahnen.) Beispiele für Bahnstörungen sind z. B.: Die Anziehungskräfte der Planeten untereinander bewirken Verzerrungen ihrer elliptischen Umlaufbahnen; die Gravitationswirkung der Sonne verzerrt die Bahn des Mondes um die Erde um einige tausend Kilometer; die Reibung in der Atmosphäre bremst künstliche Satelliten, deren Bahnen dadurch allmählich enger werden. Siehe auch Weltraumforschung Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Alle Rechte vorbehalten.