Muistaakseni vuosia sitten joku kysyi melkein samaa asiaa, mutta vastaukset olivat aika ylimalkaisia. Kysynpä nyt samantapaista uudelleen.
Avaruusluotaimia tms. ohjataan radallaan planneetojen lähelle, mistä ne ottavat lisävauhtia. Humanistin muinaisella lyhyellä fysiikalla planeetan pitäisi imaista tällainen pikkukappale vetovoimallaan suitsait vaikka Inarinjärveen, jos sille kohdalle osuu. MIten se kappales sitten vaan saa lisävauhtia?
Avaruusluotaimia tms. ohjataan radallaan planneetojen lähelle, mistä ne ottavat lisävauhtia. Humanistin muinaisella lyhyellä fysiikalla planeetan pitäisi imaista tällainen pikkukappale vetovoimallaan suitsait vaikka Inarinjärveen, jos sille kohdalle osuu. MIten se kappales sitten vaan saa lisävauhtia?
Vastaukset 18
Vanhimmat
Eikö Lapin akka tiedä sitä, että ohiampuminen on tässä tieteen lajissa tärkeintä. Elikkä ammutaan
luotain vaikkapa Jupiteria kohti siten, että se "osuu" sopivasti jupiterin kaasukehän laitaan, kun
luotain sitten saavuttaa jupiterin kaasukehän laidan, jupiterin painovoima kääntää luotaimen
suoraviivaisen lentoradan tangentiaalisesti haluttuun suuntaan ja kiihdyttää luotaimen lentonopeutta.
Ilmiö onhyvin paljon samanlainen kuin moukarinheittäjän pyörähdykset urheilukentällä.
Mutta kappaleen edetessä poispäin planeetasta, jälkimmäisen vetovoima vaikuttaa kappaleen nopeuteen negatiivisesti. Onko kyseisten operaatioiden tarkoitus siis vain suunnan muuttaminen?
Jupiterilla on oma kiertorata, jolla se etenee vakioidusti. Luotaimen nopeus kiihtyy juuri tämän
Jupiterin radallaan kiertämisen aiheuttaman nopeuden muutoksen verran.
Tossa hyvä selitys englanniksi: xhttpxxxxxxxxx://www2.jpl.nasa.gov/basics/grav/primer.php
(x:t pois linkistä niin toimii ja saa selkoa: A gravity assist primer -fysiikasta)
Paljonko on moukarinheiton ennätyksesi? Ettei vaan Jupiterin painovoima olisi pudottanut varpaille jo ennen heittoa taI heikompien planeetojen yhteisvaikutus vetänyt verkon alalaitaan?
Esitin kysymyksen ihan vakavissani!
Virtuaalinen ja avaruudessa liikkuva massakeskittymä aiheuttaa reaaliavaruuteen huikaisevan painovoiman, jota hyväksikäyttämällä pystytään saavuttamaan planeettojen väliseen
matkustamiseen tarvittava osavalonnopeus.
Eli lähtöpisteessä A sijaitseva massa liikkuu pisteeseen B nopeudella 0,7 valonnopeus, avaruusaluksen
liikkeessä ollessa lähtöpisteessä A kytkeytyneenä painovoimakenttään saavuttaa alus virtuaalisen
painovoimakentän 0,7 valonnopeuden ja jatkaa lentoaan, koska massakeskittymä luovuttaa
alukselle tarvittavan nopeuden aluksen lentoradan pisteessä B.
37 metriä.
Fysiikka ei kuulu humanistisiin tieteisiin, tässä on vain pärjättävä perusmatematiikalla.
Ajatellaanpa kahta massiivista kappaletta, vaikka Aurinkoa ja Jupiteria. Molemmat aiheuttavat avaruuteen oman "painovoimakuoppansa". Kumpikin voidaan kuvata omaksi koordinaatistokseen, jotka kiertävät toisiaan. Kun systeemiin lisätään kolmas kappale (vaikkapa Plutoon matkaava luotain, jonka massaa ei edes tarvitese ottaa huomioon), ei ole kummoinenkaan tehtävä ratkaista, miten päin se pitää ohjata Jupiterin ohi, jotta se saisi sopivasti lisävauhtia. Sitten tietysti on huomioitava kaikkien muiden planeettojen häiriöt pieninä korjaustermeinä, eikä sekään ole homma eikä mikään... Puhumattakaan siitä, miten Cassini-luotain kiertää Saturnusta ja sen kuita jo 7:ttä vuotta.
Äläkä välitä noista kännikaloista ja umpijunteista. Jupiterin kaasukehässä ei ole jarruttanut yksikään muu luotain kuin Galileo, joka laskeutui sinne ihteensä.
Ei se "kuopassa" käynti lisää satelliitin nopeutta. "Kuoppaan" putoamisesta saatu nopeuden lisä menetetään, kun kuopasta noustaan.
Nopeuden lisä tulee siitä, millä nopeudella se "kuoppa" liikkuu avaruudessa. Ja se on vektoriyhteenlaskua. Nopeus voi myös vähentyä, mikäli nopeusvektorit osoittavat päinvastaisiin suuntiin.
... menevät nämä kommentit, kiitos, mutta halauaisin hieman kansantajuisempaa selitystä. Kyllä vaikeampiakin asioita on osattu selittää ilman vektori- ja tensorilaskentaa.
On todella vaikea ymmärtää miksi luotain kiihtyy planeettojen lähiohituksessa. Sen ymmärtää jokainen että lähetyssään planeettaa luotaimen vauhti kiihtyy painovoimanvaikutuksesta, mutta kun planettaa on ohitettu luotain hidastaa vauhtia palaten lähtötilaan. Lisäksi koko ajan etääntyessä aurinko koettaa kiskoa luotainta auringon suuntaan ja luotain menettääkin vauhtia koko ajan etääntyessään auringosta.
Vähemmästäkin ihmetteleisi miksi vauhti kuitenkin kiihtyy.
Selitys joka kyllä annettiin noissa vastaksessa. Selitys on planeetan oma vauhti. Luotain lähestyy planeettaa lähes auringon suunnasta. koukatessaan jupiterin radan takapuolelta luotain muuttaa kurssia lähes jupiterin radan suuntaiseksi. Jupiter kulkee radallaan 13km/s jolloin luotain saa tuon nopeuden lisän itselleen. Vastaavasti jupiterin vauhti hieman hidastuu, mutta niin vähän ettei sitä koskaan pystyttäisi mittaamaan. Seuraavaksi ajatellaan kuinka voi kiihdyttaa lisää vauhtia seuraavilla planeetoilla kun luotain etenee lähes planettojen ratojen suunnassa. Tätä ei usein oivalleta ja siitä ei aikeisemmissa vastauksissa puhuttu. Kun mennään ulommaksi aurinkokunnassa. Planeettojan radat on suurempia, jolloin radan sädekkin on suurempi. Siitä johtuu että vaikka luotain poistuu planeetan esimerkin jupiterin läheltä lähes radan suunnassa, kohtaa radan säteen suurenemisesta johtuen Saturnuksen radan jyrkässä kylmassa. Taas saturnuksen oma liike vauhdittaa 9km/s lisää luotainta ja luotain poistuu saturnuksen läheltä saturnuksen radan suunnassa. Jälleen lähestyessään Uranusta kulma on rataan nähden on suurempi kuin poistuessa sieltä. Kiihdyttämistä voidaan hyödyntää sisäplaneetoista lähtien. Eikä vain jupiterista eteen päin vaikka aloitin esimerkin sillä.
Ideaali tilanne olisi tulla planeetalle suoraan auringosta päin ja poistua planeetan radan suunnassa. näin ei ole useinkaan mahdollista ja mennessä planeetalta toiselle luotain ei tule seuraavalle planeetalle auringon suunnasta, mutta sateen suureneminen auttaa tässä asiassa ja kunhan tulo kulma rataan on jyrkempi kuin sieltä poistuminen vauhti kiihtyy. Useinkaan koko planeetan suomaa vauhtia ei voida kokonaan hyödyntää, mutta jo muutaman kilometrin lisä vauhti sekunnissa auttaa. Hidastaminen onnistuu tällä tavoin myös, jos tullaan planeetan lähelle planeetan kulkusuunnan etupuolelta koukaten.
Planeetoila linkoaminen on oiva tapa mennä ulkoplaneetoille tai ulos aurinkokunnasta.
Jos luotain, komeetta, meteoroidi tai mikä tahansa muu taivaankappale kulkee planeetan kulkusuuntaan nähden takaapäin (eli täältä pohjoiselta pallonpuoliskolta katsoen oikealta), se saa lisää liikemomenttia. Jos se menee etukautta eli vasemmalta, se menettää vauhtiaan. Liike-energia ei häviä eikä lisäänny, se vain siirtyy näiden kappaleiden välillä.
Pioneer- Voyager- ja New Horizons-luotaimet ovat ottaneet lisävauhtia enimmäkseen Jupiterin massasta. Kaikki nämä ovat menossa ulos aurinkokunnasta.
Vastaavasti Merkuriukseen matkaavat luotaimet ovat luovuttaneet liike-energiaansa Maalle, Venukselle ja itse Merkuriukselle, eli sillä keinolla säästäneet polttoainetta Merkuriusta kiertävälle radalle siirtymistä varten.
Aloin vähän ymmärtää.
Cassini-Huygens Luotain haki vauhtia Venuksesta, Maasta ja Jupiterista, ennen kuin suuntasi kohti Saturnusta ja Titan kuuta.
Joskus luotain rahojen puutteessa, säästää massaa ja polttoainetta ja laitetaan ottamaan vauhtia myös sisäplaneetoilla.
Niin, ja jos vähän korvieni välistä kaivelen, Ulysses-luotain (miksiköhän muuten anglosaksit kirjoittavat Odysseus-nimen noin?) lähetettiin Jupiterin kautta hyvin soikealle radalle tutkimaan Aurinkoa napojen suunnasta katsoen eli lähes suoraan kulmaan planeettojen ratoihin nähden. Lienee jo sammunut?
Cassini kiertää ja kuvaa edelleen Saturnusta ja sen kuita samalla birjaditekniikalla, hyvin vähällä ajoaineen kulutuksella. Kaikki perustuu pitkälle laskettuun ennakoivaan ajoon.
jos luotain jatkaa ohitettavan planeetan kanssa suht samaan suuntaan, mutta niin että luotain alkaa loitota Auringosta ja planeetta jatkaa liikerataansa kaartaen, jolloin se ein loittone planeetasta, niin silloinhan luotain on kauemman aikaa planeetan vetävän voiman vaikutuksessa? Ymmärrän että luotaimen vauhti ensin kiihtyy kauemman aikaa, kun se lähestyy planeettaa takaa päin, mutta vastaavasti se altistuu myös planeetan vetävällle voimalle kauemman aikaa, kun se loittonee suht samaan suuntaisesti planeetan radan kanssa?
Luotaimen rata planeetan suhteen on hyperboli, ja luotain lähestyy planeettaa yhtä kauan kuin poistuukin. (Ja poistuu samalla nopeudella kuin lähestyikin, planeetasta katsottuna.)
Kiihdytys (tai hidastus) tapahtuu luotaimen liikkeeseen auringon suhteen, ja tämän aiheuttaa se, että planeetta kääntää luotaimen nopeusvektorin toiseen suuntaan itsensä suhteen. Asialla ei ole mitään tekemistä sen kanssa, että luotain olisi planeetan painovoimakentässä eri ajan lähestyessään tai poistuessaan. Se kun ei ole.
Kiihdytettävä luotain ei muuten lähestyy vaikkapa Jupiteria takaapäin vaan edestäpäin. Luotain on vahvasti elliptisen radan yläkohdassa ja liikkuu todella hitaasti ja Jupiter (lähes) ympyräradallaan saavuttaa sen.
Miksi muuten nostit puolitoista vuotta vanhan ketjun ylös, kun asiasta on eilenkin aloitettu ketju?
Joo, luotain ei ole eri aikaa planeetan painovoimakentässä lähestyessään ja poistuessaan. Kuitenkin jos ja kun luotaimen alkuperäinen vauhti on hidas Jupiteriin ratanopeuteen nähden, käy niin, että kohta jossa luotain on lähimpänä Jupiteria, saavutetaan jonkin verran aiemmin kuin luotaimen ja Jupiterin radan leikkauspiste. Karkeasti ottaen voidaan kai sanoa, että ennen tuota leikkauspistettä Jupiter kiihdyttää luotaimen vauhtia Auringosta poispäin ja sen jälkeen hidastaa sitä, sen lisäksi että Jupiter kääntää luotaimen rataa oman ratansa suuntaiseksi. Näin ollen tilanne ei ole täysin symmetrinen ajatellen Jupiterin rataa vastaan kohtisuoraa nopeuskomponenttia.
"kohta jossa luotain on lähimpänä Jupiteria, saavutetaan jonkin verran aiemmin kuin luotaimen ja Jupiterin radan leikkauspiste"
Kyllä.
"Näin ollen tilanne ei ole täysin symmetrinen ajatellen Jupiterin rataa vastaan kohtisuoraa nopeuskomponenttia. "
Ei ole, eikä saisikaan olla. Jos luotain oman ratansa aphelissa (auringosta kauimmainen piste) saisi pelkästään Jupiterin radan suuntaisen nopeuslisäyksen, olisi tämän ainoa ratavaikutus radan perihelin nostaminen kauemmas auringosta. Apheli pysyisi edelleen Jupiterin korkeudella. Kun nopeuslisäykseen sisältyy auringosta poispäin suuntautuva komponentti, nousee myös radan apheli ja luotain pääsee ulommille planeetoille.
"Suht samaan suuntaan" vaikuttaa savorilta joka kyselee, miksi Osp ei toimisi joka tilanteessa.
Tuli vain tuollainen johtopäätös mieleen