1.

Introduzione

Orbita Traiettoria descritta nello spazio da un corpo sottoposto a una o più forze. Nel sistema solare le orbite dei pianeti intorno al Sole – e della Luna intorno alla Terra – sono determinate dalla forza di attrazione gravitazionale.

Dal punto di vista geometrico, un’orbita ha la forma di una conica (cioè di una delle curve che si possono ottenere dall’intersezione di un cono circolare retto con un piano non passante per il centro). Quindi, le orbite possibili sono chiuse ed ellittiche (ed è il caso dei pianeti), oppure paraboliche o iperboliche (come nel caso di sonde artificiali interplanetarie).

Facendo riferimento alla traiettoria di un corpo che orbiti intorno alla Terra – ad esempio di un satellite artificiale – il punto della traiettoria posto alla massima distanza dal centro dell’orbita è detto apogeo, mentre quello di minima distanza prende il nome di perigeo. Di norma si considera come altezza all’apogeo e al perigeo la distanza del satellite dalla superficie terrestre piuttosto che dal suo centro. La desinenza -geo si riferisce a orbite attorno alla Terra; la desinenza -elio si riferisce a orbite attorno al Sole; la desinenza –astro è usata per orbite attorno a una stella generica. La retta che unisce l’apogeo e il perigeo è detta linea degli absidi.

2.

Leggi del moto

Le leggi che spiegano il moto dei pianeti del sistema solare e quindi le loro orbite furono formulate nel XVII secolo dall’astronomo e filosofo tedesco Giovanni Keplero. Esse affermano che: 1) i pianeti percorrono orbite ellittiche di cui il Sole occupa uno dei fuochi; 2) la retta che unisce il pianeta al Sole descrive aree uguali in tempi uguali (di conseguenza il pianeta si muove più velocemente quando è vicino al Sole e più lentamente quando è lontano); 3) il quadrato del periodo di rivoluzione è proporzionale al cubo della distanza media dal centro dell’orbita (per i pianeti, il Sole, la Luna, la Terra). Vedi anche Leggi di Keplero.

3.

Parametri essenziali

Per descrivere un’orbita sono necessarie sei grandezze (vedi l’illustrazione Elementi di un’orbita). Le prime due sono l’asse maggiore, cioè la distanza tra perigeo e apogeo, e l’eccentricità (e). Per l’ellisse in figura, l’eccentricità è data dal rapporto CS/CP, dove S è un fuoco e C è il centro dell’ellisse. Per le orbite ellittiche, e è compreso tra zero e uno; per orbite circolari, e è zero; infine, per orbite paraboliche e è esattamente uguale a uno. Un corpo in un’orbita iperbolica compie un solo passaggio vicino al corpo centrale e sfugge lungo una traiettoria cosiddetta aperta, senza più ritornare.

Gli altri tre elementi orbitali sono necessari per specificare l’orientazione dell’orbita nello spazio. Per definirli si devono tenere presenti alcuni concetti: il piano di riferimento per gli oggetti che orbitano attorno al Sole è il piano dell’orbita terrestre, che prende il nome di piano dell’eclittica; l’equinozio vernale, o punto d’Ariete (punto g) è il punto di intersezione tra l’eclittica e l’equatore celeste, che il Sole attraversa nella direzione sud-nord, all’inizio della primavera; il nodo ascendente (N) è l’intersezione settentrionale dell’orbita in questione con il piano di riferimento (vedi Coordinate astronomiche).

I tre elementi orbitali che descrivono l’orientazione di un’orbita sono quindi l’inclinazione (i), la longitudine del nodo ascendente (Ω) e l’argomento del perigeo (ω). L’inclinazione è l’angolo tra il piano di riferimento e il piano dell’orbita; la longitudine del nodo ascendente è l’angolo tra l’equinozio e il nodo ascendente misurato nel piano di riferimento; l’argomento del perigeo, infine, è la distanza angolare nel piano dell’orbita tra il nodo ascendente e la linea che passa per il centro dell’orbita (C) e per il perigeo (P). Infine, il sesto elemento orbitale è l’istante in cui il corpo celeste transita per il perigeo.

4.

Perturbazioni

Si dice che un’orbita è perturbata quando le forze in gioco sono più complesse di quelle che si manifestano tra due soli corpi sferici assimilabili a oggetti puntiformi (le leggi di Keplero sono esatte solo per orbite non perturbate). Ad esempio, l’attrazione reciproca tra i pianeti del sistema solare produce alterazioni nella forma regolare delle loro orbite. La presenza del Sole è all’origine di perturbazioni sull’orbita della Luna intorno alla Terra di alcune migliaia di chilometri.

Per quanto riguarda i satelliti artificiali, la presenza dell’atmosfera terrestre crea un attrito che causa un progressivo rallentamento e restringimento dell’orbita, che si trasforma in una traiettoria a spirale destinata a far collassare il satellite sulla superficie terrestre (in genere i satelliti vengono smantellati prima che ciò avvenga o l’impatto con gli strati più densi dell’atmosfera ne produce la distruzione).