Hvad er en omløbsbane (orbit)? Definition, tyngdekraft og satellitter

Hvad er en omløbsbane? Få en klar definition af orbit, forstå tyngdekraftens rolle, og lær hvordan naturlige og kunstige satellitter kredser om planeter.

Orbit er også et ord for en øjenhule.

En bane er den vej, som et objekt følger i rummet, når det kredser om en stjerne, en planet eller en måne. Ordet kan også bruges som et verbum: for eksempel "Jorden kredser om solen." Bemærk forskellen mellem kredser (revolution — bevægelsen omkring et andet legeme) og roterer (rotation — legemets egen drejning).

For mange år siden troede man, at solen kredsede i en cirkel rundt om Jorden. Hver dag stod solen op i øst og gik ned i vest, så det gav tilsyneladende mening, at den bevægede sig rundt om Jorden. Men takket være folk som Kopernikus og Galileo Galilei, at ved vi i dag, at solen er centrum i solsystemet og at Jorden kredser om den. Isaac Newton forklarede senere, hvordan tyngdekraften styrer planeternes og månernes bevægelser. Da en satellit er et objekt i rummet, der kredser om et andet objekt, er Jorden en satellit til solen, ligesom Månen er en satellit til Jorden. Solen har mange satellitter: planeter, tusindvis af asteroider, kometer og meteoroider. Jorden har én naturlig satellit (Månen), men også mange kunstige satellitter i kredsløb omkring sig.

Da man først tænkte på baner, mente man, at alle baner skulle være perfekte cirkler, fordi cirklen blev opfattet som en "perfekt" form. Senere observationer viste dog, at planeterne bevæger sig i elliptiske baner — nogle næsten cirkulære, andre mere aflange — hvilket førte til Keplers love om planeternes bevægelser.

Hvad holder et objekt i omløbsbane?

Et objekt i bane er i praksis i frit fald under indflydelse af tyngdekraften, men samtidig har det en sideværtsfart, så det hele tiden "falter rundt" om det centrale legeme i stedet for at ramme det. Den krævede sideværtsfart afhænger af massen af det centrale legeme og afstanden til det. For en cirkulær bane omkring et legeme med masse M på afstand r er den omtrentlige banehastighed:

v = √(GM / r) (hvor G er gravitationskonstanten).

Orbitalperioden (hvor lang tid det tager at fuldføre én omgang) for en cirkulær bane kan beregnes med:

T = 2π √(r³ / GM).

Escape-hastigheden (den hastighed, der kræves for at undslippe et legemes tyngdefelt helt) er:

v_esc = √(2GM / r).

Typer af baner

• Cirkulær bane: konstant afstand til det centrale legeme og konstant hastighed.
• Elliptisk bane: aflang bane med to fokuspunkter; almindelig for planeter og mange satellitter. Dens form beskrives af excentriciteten e (0=cirkel, 0<e<1=ellipse).
• Parabolsk og hyperbolsk bane: baner med e ≥ 1 — ikke-lukkede baner for objekter, der passerer én gang eller flyver forbi og forlader systemet (typisk kometer eller interplanetariske rumfartøjer på flugt).

Klassiske banekategorier omkring Jorden

• LEO (Low Earth Orbit): ca. 160–2.000 km højde. Bruges til rumstationer, jordobservation og mange satellitter. Atmosfærisk træk kan gradvis sænke banen.
• MEO (Medium Earth Orbit): f.eks. GPS-satellitter omkring ~20.200 km.
• GEO (Geostationær bane): ~35.786 km over ækvator. En satellit i geostationær bane har samme omløbstid som Jordens rotation og fremstår fast over et punkt ved ækvator — ideel til tv- og kommunikationssatellitter.
• Polære og solsynkrone baner: krydser Jordens poler eller følger en bane, der altid passerer over samme lokal soltid (bruges ofte til jordobservation og vejr.
• Molniya og høj excentricitet: specialbaner, der giver lang opholdstid over høje breddegrader.

Naturlige vs. kunstige satellitter

En naturlig satellit er et himmellegeme som Månen, der naturligt kredser om en planet. En kunstig satellit er menneskeskabt og opsendt med raket for at udføre opgaver som kommunikation, navigation, forskning, vejrvarsling, remote sensing eller militære formål.

Praktiske aspekter: Hvordan sættes noget i bane?

For at en rumsonde eller satellit kan gå i kredsløb om Jorden, skal den opnå den rette kombination af højde og sideværtsfart. Det er ikke nok at flytte sig langt væk fra Jorden — man skal have en tilstrækkelig horisontal hastighed, så kurven af frit fald matcher Jordens krumning. Derfor affyrer raketter ofte først lodret for at komme fri af den tætte atmosfære og derefter pejle horisontalt for at opnå orbital hastighed.

Faktorer, der påvirker baner

• Atmosfærisk træk (især i LEO) — kræver periodisk "boost" for at holde en lav bane.
• Tyngdepåvirkninger fra andre legemer (Månen, Solen) — kan ændre en banes form over tid.
• Jordens ikke-ideelle form (ækvatorial bul) — fører til gradvise ændringer i baneelementer.
• Sols strålingspres — påvirker små, lette genstande.

Afsluttende bemærkninger

En omløbsbane er grundlæggende et resultat af tyngdekraft og bevægelse: et objekt er i frit fald omkring et andet objekt, men det har nok sideværtsfart til at "falde rundt" og dermed blive i kredsløb. Forståelsen af baner har formet vores videnskab og teknologi — fra astronomiens udvikling (geocentrisk til heliocentrisk) til nutidens rumsatellitter og udforskning.

Spørgsmål og svar

Spørgsmål: Hvad er en kredsløb?

Spørgsmål: Hvordan blev Solens bane set for mange år siden?

Spørgsmål: Hvem opdagede, at tyngdekraften styrer kredsløbene?

Spørgsmål: Er Jorden en satellit til et andet objekt?

Spørgsmål: Hvor mange satellitter kredser solen om den?

Søg efter bogstav