Pana acum cateva secole, lumea credea ca Pamantul era centrul universului si ca toate celelalte corpuri ceresti se roteau in jurul acestuia. Evolutiile din domeniul mecanicii si geometriei au facut ca aceasta credinta sa fie vazuta ca fiind irationala in realitate. Incercarile de a descrie traseele corpurilor ceresti, fie ele si cele mai apropiate, au esuat. Abia in anul 1609, cand Johannes Kepler a formulat legile miscarii planetelor, lumea a inceput sa inteleaga formele orbitelor planetare.
Legile miscarii planetelor
Prima lege sustine ca “toate planetele se misca in jurul soarelui in orbite eliptice, avand soarele ca unul dintre focare”. Aceasta lege da forma caii orbitale, iar legile doi si trei ii confera acestei cai proprietati matematice. Legea a doua si legea a treia depind de prima lege. Formele orbitelor planetare au fost declarate in mod categoric eliptice. Totusi, aceste legi nu au propus un motiv pentru care au loc asemenea miscari si nici mecanismul acestora. De asemenea, nici alegerea soarelui dintre cele doua focare ale elipsei nu a fost explicata. Pe scurt, legile lui Kepler au fost formulate numai pe baza unor dovezi empirice, neavand nicio baza stiintifica. Caile orbitale ale planetelor au fost descrise asa cum i-ar aparea unui observator al soarelui static. Acestea au fost presupuse ca fiind adevaratele cai ale planetelor in spatiu.
In timp ce isi formula legile miscarii planetelor, Johannes Kepler a folosit observatii doar pentru cateva planete. Desi Luna si calea sa orbitala erau mult mai usor de observat, acesta le-a omis. Acest lucru se datoreaza probabil realizarii ca Luna nu ar putea executa o orbita eliptica in jurul Pamantului aflat in miscare. Legile lui Kepler se aplica numai orbitelor constante ale planetelor in jurul unui soare static. Caile orbitale constante sunt ceea ce vede observatorul, fara a lua in considerare starea lui de miscare. Un observator aflat pe un soare static va vedea toate planetele miscandu-se in jurul acestuia. In mod similar, un observator aflat pe una dintre planete va vedea toate celelalte planete si soarele orbitand in jurul sau. Stand pe Pamant, vedem ca planetele, soarele si Luna orbiteaza in jurul nostru. Insa, toate aceste miscari orbitale sunt doar aparente – ele sunt orbite planetare aparente.
Orbite planetare aparente
Orbitele planetare aparente pot exista in jurul oricarui punct de referinta. Din moment ce noi luam in considerare parametrii instantanei ai corpurilor planetare, in scopuri practice de preziceri anuale, orbitele aparente ofera rezultate exacte. Acest lucru pare sa fi satisfacut curiozitatea astronomilor. Desi majoritatea astronomilor sunt constienti de caracterul aparent al cailor orbitale planetare, acestia tot considera orbita aparenta ca fiind calea orbitala reala a unei planete. Legile lui Kepler si orbitele planetare eliptice sunt utilizate in mod frecvent in conjunctie cu diverse probleme, cum ar fi calea orbitala a Lunii, care nu a fost luata in considerare in legile originale. Desi tratamentele matematice ale actiunilor aparente pot produce rezultate, care se potrivesc fenomenelor aparente, acestea nu pot descrie fapte reale.
Trebuie sa luam in considerare faptul ca legile lui Kepler au fost formulate intr-o perioada in care fenomenul gravitatiei si fenomenul fortei centrale erau necunoscute. La acea vreme, nici macar natura heliocentrica a sistemului solar nu era un adevar acceptat. Ceea ce a facut Kepler a fost sa formuleze legi care sa se potriveasca locatiilor observate ale planetelor in jurul soarelui, care era considerat a fi static in spatiu. Nu existau interactiuni si forte intre planete si corpul central care sa fie considerate a cauza miscarile relative ale planetelor.
Legile lui Kepler privind miscarea planetelor au devenit importante si au fost acceptate pe larg dupa ce au fost folosite pentru a verifica si a stabili legile de miscare ale lui Newton si legea gravitatiei universale. Teoriile lui Newton au furnizat acea cauza necesara si un mecanism imaginar pentru miscarea orbitala planetara in jurul unui corp central. Desi Newton a clarificat faptul ca traseele orbitale planetare nu trebuie sa fie intotdeauna eliptice, ci pot fi atat hiperbolice, cat si parabolice, forma generala a orbitei unei planete este acceptata ca fiind o curba eliptica in jurul soarelui.
Credinta in orbitele planetare eliptice in jurul corpurilor lor centrale a jucat un rol esential in stabilirea teoriilor actuale privind miscarea. Dovezile legilor gravitationale contemporane au derivat tocmai din aceste figuri geometrice inchise ale orbitelor planetare in jurul unui corp central. Puterea acestor legi de a prezice si a explica diverse fenomene a fost confirmata mai tarziu. Acest lucru a facut ca “legea gravitatiei” si “legile miscarii” sa reprezinte bazele mecanicii cantitative. Chiar si mecanica relativista s-a abonat la caile orbitale planetare in jurul corpurilor centrale. Acest lucru sugereaza curbura spatiului in apropierea unui corp ce poseda forta de atractie ca fiind cauza orbitelor planetare, mai degraba decat o forta de atractie.
Orbita unei planete in jurul unui corp central
Desi un corp planetar pare sa se miste pe o cale orbitala in jurul unui corp central, in realitate, acesta are o miscare proprie si independenta. Atractia gravitationala aparenta spre corpul central determina calea unui corp planetar sa se abata de la linia dreapta si sa se miste impreuna cu acel corp central. Intrucat o planeta este un corp foarte mic, in comparatie cu corpul central, devierile caii acesteia sunt mai proeminente. Cand aceste devieri sunt observate in raport cu un corp central static, calea orbitala a planetei pare sa existe in jurul corpului central. Aceasta este orbita aparenta a planetei pe care o observam in viata de zi cu zi.
In mod similar, in raport cu un corp planetar presupus a fi static, directia aparenta a miscarii corpului central este in jurul planetei. Acum cateva secole, cand se credea ca Pamantul era centrul universului, aceasta miscare aparenta era considerata a fi adevarata. Mai tarziu, pe masura ce stiinta a facut progrese, a fost adoptat universul heliocentric. Desi acum stim ca soarele nu este nici el centrul universului, punctul nostru de vedere legat de orbitele planetare intr-un sistem solar heliocentric nu s-a schimbat.
Este imposibil pentru un corp liber sa orbiteze in jurul unui alt corp aflat in miscare, in orice cale geometrica inchisa. Atat cercul, cat si elipsa sunt figuri geometrice inchise. Astronomii contemporani recunosc faptul ca soarele este un corp aflat in miscare si ca este imposibil ca o planeta sa poata executa o cale orbitala inchisa in jurul soarelui care se misca. Prin urmare, caile orbitale eliptice in jurul soarelui sunt false. Cu toate acestea, nicio carte si niciun atlas nu sunt de acord cu faptul ca traseele orbitale planetare nu sunt circulare sau eliptice. Orbitele planetare circulare sau eliptice in jurul soarelui sunt structuri aparente. Acestea sunt ceea ce ar vedea un observator aflat pe soare, ele neexistand in realitate.
Cu privire la o referinta absoluta, o planeta nu orbiteaza in jurul corpului central. Miscarea planetei este unduitoare, de-a lungul caii corpului central, mutandu-se periodic in fata si in spatele corpului central. In acest sens, se poate observa ca o planeta (sau un satelit) orbiteaza in jurul centrului caii curbate a unui corp central, iar forma unduitoare a caii sale este cauzata de prezenta corpului central. Asemenea schimbari in calea unui corp liber pot fi atribuite perturbatiilor cauzate de prezenta unor corpuri apropiate. Aceste perturbatii arata ca miscarea orbitala numai atunci cand sunt legate de un sistem de corpuri relativ mic. Caile orbitale planetare adevarate in jurul soarelui sunt ondulate in spatiu.
Atat planeta, cat si corpul sau central se misca in aceeasi directie pe aproximativ aceeasi cale mediana in spatiu. Intrucat miscarea orbitala este un fenomen aparent, oricare dintre cele doua corpuri poate fi considerat corpul central, iar celalalt planeta sa. Legile planetare sunt la fel de valide in ambele cazuri. Desi, in general, se afirma ca Pamantul orbiteaza in jurul soarelui spre est, ar fi la fel de corect sa spunem “soarele orbiteaza in jurul Pamantului spre vest”. Cu toate acestea, cand exista mai mult de doua corpuri intr-un sistem, este mai convenabil ca cel mai proeminent corp sa fie considerat corpul central, iar celelalte corpuri sa fie considerate planete sau sateliti.
Sisteme planetare si calea mediana
Un grup de corpuri mari in spatiu formeaza un sistem planetar. Corpurile din acest grup se deplaseaza impreuna de-a lungul unui traseu median, in timp ce corpurile individuale au miscari relative independente in interiorul grupului. Un sistem planetar este o parte esentiala a unei galaxii. Toate galaxiile stabile sunt statice in spatiu. Galaxiile sunt sisteme rotative de corpuri mari, prin urmare, un sistem planetar din interiorul unei galaxii urmareste o traiectorie circulara in jurul centrului galactic. Calea mediana a sistemului planetar este un cerc urias in jurul centrului galactic. Calea celui mai mare corp din grup se afla cel mai aproape de calea mediana, iar aceasta nu este perturbata. Acest corp actioneaza ca liderul grupului si este corpul central al sistemului planetar. Toate celelalte corpuri din sistemul planetar se misca impreuna cu acest corp central, in timp ce caile lor sunt perturbate de prezenta altor corpuri din sistem.
Calea orbitala mai mare a unei planete este in jurul centrului galactic. Aceasta este foarte mare si contine mai multe puncte cu aspect similar in raport cu corpul central al unui sistem planetar. Prin urmare, este mai convenabil sa utilizam o structura mult mai mica in ceea ce priveste “orbita aparenta”, in scopuri practice. Orbita aparenta este o mica parte a caii orbitale mai mari, intre doua aparitii identice ale corpului central, privind de pe planeta. Acesta este un concept imaginar, unde forma caii, viteza planetei si directiile miscarilor sunt manipulate pentru a se potrivi observatiilor. Ca atare, nu are nicio baza logica. Acesta descrie aspectul unui sistem, unde se presupune ca acel corp central este tinut pe loc in centrul orbitei aparente de catre un mecanism imaginar. In acest timp, miscarile corpului planetar (inainte ca acesta sa devina o planeta) si miscarea sau calea corpului central sunt ignorate.
Acceptarea naturii ondulate a cailor orbitale planetare poate oferi explicatii mai simple si mai logice in cazul unora dintre problemele enigmatice, cum ar fi: directia fortei centrale, directia comuna a miscarii orbitale, forma ovala a orbitei planetare aparente (cu un singur punct de focalizare), originea si accelerarea miscarii de rotatie a planetelor, originea si intrarea corpurilor in sisteme planetare, viteza de rotatie mai mare a regiunii ecuatoriale in cazul corpurilor planetare acoperite de lichid, stabilitatea miscarii orbitale, transferul imaginar de energie intre corpuri planetare, si multe altele.
