Apsis (astronomi) – Hvad er periapsis, apoapsis og apsidelinje?

Lær om apsis i astronomi: forskellen mellem periapsis, apoapsis og apsidelinje, og hvordan de påvirker elliptiske baner og kredsløb.

I astronomi er en apsis, flertal apsider (IPA: /apsɪdɪːz/), det punkt i et objekts elliptiske bane er, hvor afstanden til dets tiltrækningscentrum — typisk systemets massecenter. — er henholdsvis mindst eller størst. Apsiden angiver altså et ekstremum i afstanden mellem kredsende legeme og det centrale legeme.

Periapsis, apoapsis og apsidelinje

Det punkt, hvor det kredsende legeme er tættest på centrum, kaldes periapsis (også skrevet pericentre eller pericenter). Det fjerneste punkt kaldes apoapsis (også apocentre eller, etymologisk korrekt, apapsis). Ordet apoapsis har rødder i græsk από (fra). En lige linje, der går gennem periapsis og apoapsis, kaldes apsidelinjen eller apsidens linje; det er ellipsens længste akse, også kendt som dens hovedakse.

Navne afhængigt af centrallegemet

Der findes mange specialiserede betegnelser, der angiver hvilket legeme man kredser om:

• Perigee og apogee bruges ved kredsløb om Jorden,
• Perihelion og aphelion bruges ved kredsløb om Solen (græsk 'ήλιος' hēlios = sol),
• For kredsløb om andre stjerner anvendes ofte periastron og apastron,
• Om månen blev under Apollo-programmet blev også betegnelserne pericynthion og apocynthion anvendt, når man refererede til månen.

For hver centrallegeme kan der være flere specialiserede termer (f.eks. perijove / apojove for Jupiter), men periapsis og apoapsis fungerer som generiske udtryk.

Matematik — afstande i en elliptisk bane

For en elliptisk bane med halvaksel (semi-major axis) a og excentricitet e er afstandene ved periapsis og apoapsis givet ved:

• Periapsis: r_peri = a(1 − e)
• Apoapsis: r_apo = a(1 + e)

Mere generelt for en hvilken som helst kepleriansk bane kan radialafstanden som funktion af sandvinklen θ skrives som r(θ) = a(1 − e²) / (1 + e cos θ), hvor periapsis svarer til θ = 0.

Anvendelse og betydning

Kendskab til apsider er vigtigt i rumfartsplanlægning og astronomi fordi:

• Brændstofberegning og manøvrestrategi afhænger af, hvor i banen man befinder sig (fx Hohmann-transferer planlægges ofte ved peri- eller apoapsis).
• Observationer kan være stærkt afhængige af afstand: lysstyrke, oppløsning og gravitationseffekter varierer mellem peri- og apoapsis.
• Apsidelinjen kan ændre retning over tid (apsidal precession) på grund af perturbationer fra andre legemer, ikke-Newtonsk fysik eller tidevands- og relativistiske effekter — et kendt eksempel er perihelion-præcessionen af Merkur, som delvis forklares af relativitetsteorien.

Særlige tilfælde

For ikke-elliptiske (dvs. parabolsk eller hyperbolsk) baner findes et nærmeste tilpasningspunkt (periapsis), men der er ingen apoapsis, da banen ikke er bundet og ikke vender tilbage. I flerdrejedynamiske systemer kan det centrale centrum for bevægelsen være et barycenter frem for et enkeltlegeme; derfor regnes afstand altid i forhold til det relevante tiltrækningscentrum eller massecenter.

Etymologi og udtale

Ordet apsis stammer fra græsk og er blevet overført til moderne astronomisk terminologi. Udtalen er angivet via IPA i indledningen. Begreberne har adskillige synonymer på forskellige sprog og anvendelser, men funktionelt dækker de samme geometriske og dynamiske egenskaber i en bane.

Opsummeret angiver apsider de vigtigste afstands‑ekstremer i en kredsløbsbane og spiller en central rolle i forståelsen af både observationer og manøvrestrategier i astronomi og rumfart.

Perihelium og aphelium

Perihelium er det punkt i et objekts bane, der er tættest på Solen. Aphelium er det punkt i et objekts bane, hvor det er længst væk fra Solen.

Alle planeter, kometer og asteroider i vores solsystem har omtrent elliptiske baner (en slags ikke-cirkulære baner). Derfor har de alle et nærmest og et fjernest punkt fra solen: et perihelium og et aphelium. Orbital excentricitet måler banens fladhed. Enhver enkelt omdrejning af et legeme omkring solen er kun tilnærmelsesvis elliptisk, fordi perihelionets præcession forhindrer banen i at være en simpel lukket kurve som f.eks. en ellipse. Dette forårsager Milankovich-cyklusser.

Jorden kommer tættest på solen hvert år omkring den 3. januar. Den er længst væk fra solen hvert år omkring den 4. juli. Forskellen i afstanden mellem Jordens nærmeste punkt til solen i januar og det fjerneste punkt fra solen i juli er 5,0 mio. km (3,1 mio. mi). Jorden er ca. 91,4 millioner mi (147,1 millioner km) fra solen i begyndelsen af januar, i modsætning til ca. 94,5 millioner mi (152,1 millioner km) i begyndelsen af juli.

Når Jorden er tættest på Solen, er det vinter på den nordlige halvkugle og sommer på den sydlige halvkugle. Det er således muligt at se, at Jordens afstand til Solen ikke i nævneværdig grad forårsager årstidernes forandring; de relativt små virkninger af afstandsforskelle maskeres i nogen grad af den hovedsageligt oceaniske sydlige halvkugle i forhold til den halvkontinentale nordlige halvkugle. Jordens årstider kommer og går derfor hovedsagelig, fordi Jorden ikke roterer med sin akse nøjagtigt lodret i forhold til planet i Jordens bane om solen. Jordens aksiale hældning er 23,5 grader. Det betyder, at solen står længere sydpå i december og januar, så nord har vinter og syd har sommer. Vinteren falder således på den del af kloden, hvor sollyset rammer mindst direkte. Sommeren falder på den del af kloden, hvor sollyset rammer mest direkte.

1. Planet ved aphelium 2. Planet ved perihelium 3. Solen

Spørgsmål og svar

Spørgsmål: Hvad er en apsis i astronomi?

Sp: Hvad kaldes det punkt, hvor man nærmer sig tættest i en elliptisk bane, for en apsis?

Spørgsmål: Hvad kaldes det punkt, hvor man er længst væk i en elliptisk bane, for?

Sp: Hvad er storaksen i en ellipse?

Sp: Hvilke lignende ord bruges til at identificere det legeme, der er i kredsløb?

Sp: Hvilke udtryk blev brugt til at betegne månen under Apollo-programmet?

Spørgsmål: Hvad betyder udtrykket apoapsis etymologisk set?

Søg efter bogstav