为什么卫星轨道都是椭圆？
按照古典时代的理论，或按照儿童的想象，正圆才是理想图形，椭圆给人感觉怪怪的。但所有卫星轨道，包括行星轨道，全都是椭圆，没有一个是正圆，让人觉得不可思议，其实道理并不复杂。
我们都知道第一宇宙速度是每秒7.9公里，怎么理解呢？我们打个比方。比如我们在地球的某个山顶上架一门大炮，向水平方向射击，炮弹最终一定落地。如果忽略空气阻力，炮弹轨迹应该是一条抛物线。
如果炮弹初速越来越增加，它肯定飞得越来越远，飞过平原，飞过大海，甚至飞过大洋。如果初速达到每秒7.9公里，理论上它就能一直不落地，绕地球一圈飞回来。这就是第一宇宙速度。这时它的轨迹就可以看做一个正圆。这颗炮弹也就可以看做是绕地球的卫星。
也就是说，理论上卫星轨道可以是正圆，但理论并不等于实际。起码在大气层中空气阻力一定存在，所以我们卫星的初速度必须大于7.9，否则转不了几圈就会掉下来。但如果大于7.9，就不能保证轨道是正圆了。初速高，飞得远，就会超出正圆，成为椭圆。初速越高，椭圆就越扁越长。
所以，要想保证轨道为正圆是非常难的，速度低一点儿，转几圈就会掉下来，速度高一点儿，就不是正圆，而是椭圆。哪能那么准确没有一点儿误差呢？为了保险起见，宁可速度高一点，椭圆总比掉下来好。
我们还可以打个比方，比如我们要跳过一道五米宽的深沟，理论上只要跳五米远就能过去，但实际生活中我们必须跳出五米多六米才行，要有余量，只跳五米，万一一脚没踩住就会掉下去。
总之，7.9公里/每秒的第一宇宙速度和正圆轨道只是理论推导值，只是个界限，在现实中全都是椭圆。
地球大气层是个模糊概念，最外层是弥散区，从地面算总厚度起码一千公里以上。我们的近地卫星飞行在近似真空但仍有空气的地带，多少会有点阻力，年常日久，速度总会慢下来，原来的椭圆轨道也会逐渐缩短，向正圆靠拢。总有一天会变成正圆。这之后速度继续降低，正圆也保证不了，最终就会掉下来。
所以，就算我们费很大劲，一开始发射的卫星轨道是正圆，那也坚持不了几天。
反之，发射卫星的初速越高，椭圆越扁长，远地点也就越远，绕一圈就会越久。如果达到每秒11.2公里，远地点将达到无限远，永远回不来了。这就是第二宇宙速度，亦称逃逸速度，摆脱了地球束缚。当然，它逃脱了地球的控制，逃脱不了太阳的控制，成了太阳的卫星，也可以叫行星。
不但卫星是这样，行星也是这样，九大行星全是绕太阳转的椭圆轨道。地球公转轨道的偏心率为0.016722。我们知道，正圆的偏心率为0，椭圆越扁长，偏心率越高，如果到了1，那就飞不回来了。地球是0.016722，偏心率很小，接近正圆。近地点和远地点差别不大。
彗星也一样。比如哈雷彗星，偏心率达到0.967，非常扁长，76.1年才绕太阳转一圈。今后哈雷彗星在太空中如果受到什么其他天体力的影响，轨道稍有改变，就有可能永远回不来了。
总之，宇宙中所有星球的绕行轨道全都是椭圆，不可能为正圆。
2020.3.4
加载中，请稍候......
(2022-04-04 13:49:13) 
加载中…