Warum sind Umlaufbahnen elliptisch?

Warum sind Umlaufbahnen elliptisch?

In unserem Sonnensystem bewegen sich Planeten und andere Himmelskörper auf elliptischen Umlaufbahnen um die Sonne. Aber warum sind diese Umlaufbahnen nicht kreisförmig?

Die Antwort liegt in der Wechselwirkung zwischen Schwerkraft und der anfänglichen Geschwindigkeit des Objekts.

Die Rolle der Schwerkraft

Die Schwerkraft ist eine anziehende Kraft, die zwischen allen Objekten mit Masse wirkt. Je größer die Masse eines Objekts, desto stärker ist seine Schwerkraft.

Im Fall eines Planeten oder Mondes, der sich um einen Stern dreht, zieht die Schwerkraft des Sterns das Objekt zu sich. Diese Anziehungskraft bewirkt, dass sich das Objekt in Richtung des Sterns bewegt.

Die Rolle der anfänglichen Geschwindigkeit

Wenn sich ein Objekt in Richtung des Sterns bewegt, hat es eine anfängliche Geschwindigkeit. Diese Geschwindigkeit ist tangential zur Richtung der Schwerkraft.

Wenn die anfängliche Geschwindigkeit hoch genug ist, kann das Objekt der Anziehungskraft des Sterns entgegenwirken und damit verhindern, dass es in ihn hineingezogen wird. Das Objekt wird stattdessen eine Umlaufbahn um den Stern bilden.

Die elliptische Form

Die Form der Umlaufbahn eines Objekts wird durch die Kombination aus Schwerkraft und anfänglicher Geschwindigkeit bestimmt. Wenn die anfängliche Geschwindigkeit hoch ist, ist die Umlaufbahn weniger elliptisch und ähnelt eher einem Kreis. Wenn die anfängliche Geschwindigkeit jedoch niedriger ist, ist die Umlaufbahn stärker elliptisch.

Im Perihel, dem Punkt, an dem das Objekt dem Stern am nächsten ist, ist die Anziehungskraft des Sterns am stärksten. Das Objekt wird daher auf eine höhere Geschwindigkeit beschleunigt. Im Aphel, dem Punkt, an dem das Objekt am weitesten vom Stern entfernt ist, ist die Anziehungskraft des Sterns am schwächsten. Das Objekt wird daher auf eine niedrigere Geschwindigkeit verlangsamt.

Diese Variation in der Geschwindigkeit führt dazu, dass sich das Objekt auf einer elliptischen Bahn bewegt, mit dem Stern in einem Brennpunkt der Ellipse.

Zusammenfassung

Elliptische Umlaufbahnen entstehen durch das Zusammenspiel von Schwerkraft und anfänglicher Geschwindigkeit. Die Schwerkraft zieht das Objekt zum Stern, während die anfängliche Geschwindigkeit das Objekt davon abhält, in den Stern hineingezogen zu werden. Die Kombination dieser Kräfte führt zu einer elliptischen Umlaufbahn, wobei das Objekt im Perihel dem Stern am nächsten und im Aphel am weitesten entfernt ist.