Khi chúng ta nói về thiên văn học, chúng ta không thể không đề cập đến quỹ đạo. Nhưng không phải ai cũng hiểu rõ về khái niệm “quỹ đạo” – những thông tin quan trọng liên quan đến nó và những đặc điểm đặc biệt của nó. Một cách đơn giản, quỹ đạo là đường mà một thiên thể chuyển động trong vũ trụ.
Quỹ đạo – Đường cong cùng hình vòng
Trong lĩnh vực vật lý, quỹ đạo là đường mô tả chuyển động của một đối tượng khi nó quay quanh đối tượng khác dưới tác động của lực trung tâm, như lực hấp dẫn từ một thiên thể. Đường quỹ đạo là đường mà một vật thể theo sau sau khi nó bị hút vào trọng tâm, ban đầu không ảnh hưởng nhưng cũng không rời xa nó.
Từ thế kỷ 17 (khi Johannes Kepler và Isaac Newton xây dựng những luật cơ bản về vật lý điều khiển chúng), quỹ đạo đóng vai trò quan trọng trong việc hiểu chuyển động của vũ trụ, đặc biệt trong lĩnh vực hóa học thiên thể và nguyên tử học.
Có nhiều hình dạng khác nhau cho quỹ đạo như elip, tròn, hình thuôn dài và cả hình parabol (hình parabol) hoặc hyperbol (hình hyperbol). Bất kể hình dạng, mỗi quỹ đạo chứa sáu yếu tố Kepler sau:
- Độ nghiêng của mặt phẳng quỹ đạo, biểu thị bằng ký hiệu i.
- Kinh độ của nút tăng dần, biểu thị bằng ký hiệu Ω.
- Độ lệch tâm hoặc độ lệch so với chu vi, biểu thị bằng ký hiệu e.
- Trục chính, hay một nửa đường kính lớn nhất, biểu thị bằng ký hiệu a.
- Điểm cận nhật hoặc điểm cận nhật, góc từ nút tăng dần đến điểm cận nhật, biểu thị bằng ký hiệu ω.
- Giá trị dị thường trung bình của kỷ nguyên, hoặc thời gian quỹ đạo đã trôi qua, biểu thị dưới dạng góc, ký hiệu M0.
Đặc điểm và Sự quan trọng của Quỹ đạo
Các đặc điểm quan trọng có thể quan sát trên quỹ đạo là:
- Có nhiều hình dạng khác nhau, nhưng đều có dạng elip, nghĩa là chúng có hình bầu dục.
- Đối với hành tinh, quỹ đạo gần như là hình tròn.
- Trên quỹ đạo, bạn có thể tìm thấy nhiều đối tượng khác nhau như mặt trăng, hành tinh, tiểu hành tinh và các thiết bị con người tạo ra.
- Các vật thể có thể quay quanh nhau dưới tác động của lực hấp dẫn.
- Mỗi quỹ đạo tồn tại đều có độ lệch tâm riêng của nó, đó là sự khác biệt giữa quỹ đạo và một đường tròn hoàn hảo.
- Có nhiều yếu tố quan trọng như độ nghiêng, độ lệch tâm, dị thường trung bình, kinh độ nút và thông số điểm cận nhật.
Một trong những điểm quan trọng nhất của quỹ đạo là khả năng đặt các loại vệ tinh khác nhau trong đó, để theo dõi Trái đất và cung cấp thông tin chính xác về khí hậu, đại dương, khí quyển và thậm chí cả bên trong của Trái đất. Các vệ tinh cũng có thể cung cấp thông tin quan trọng về các hoạt động nhất định của con người như phá rừng, cũng như điều kiện thời tiết như mực nước biển, xói mòn và ô nhiễm môi trường trên hành tinh.
Quỹ đạo trong lĩnh vực Hóa học
Trong lĩnh vực hóa học, chúng ta nói về quỹ đạo của các electron xoay quanh hạt nhân do sự tương tác của các điện tích khác nhau (electron mang điện tích âm, hạt nhân proton và neutron mang điện tích dương). Các electron này không di chuyển theo đường thẳng, mà thường được mô tả như các quỹ đạo được gọi là “quỹ đạo nguyên tử”, tùy thuộc vào mức năng lượng mà chúng sở hữu.
Mỗi quỹ đạo nguyên tử được biểu diễn bằng một con số và một chữ cái. Các con số (1, 2, 3…đến 7) xác định mức năng lượng mà hạt đang chuyển động, trong khi các chữ cái (s, p, d và f) xác định hình dạng của quỹ đạo.
Hình elip – Hình dạng thú vị của quỹ đạo
Thay vì là một dạng tròn, quỹ đạo hình elip có hình dạng thuôn dài hình elip trên một mặt phẳng phẳng. Hình dạng này có hai tiêu điểm, đây là trục chính của hai đường tròn tạo thành nó. Loại quỹ đạo này có độ lệch tâm từ 0 đến 1 (1 tương đương với quỹ đạo tròn, 0 tương đương với quỹ đạo parabol).
Mỗi quỹ đạo hình elip có hai điểm đáng chú ý:
- Gần nhất. Điểm trên quỹ đạo (tại một trong hai tiêu điểm) gần nhất với thể trung tâm xoay quanh quỹ đạo.
- Xa nhất. Điểm trên quỹ đạo (tại một trong hai tiêu điểm) xa nhất với thể trung tâm xoay quanh quỹ đạo.
Quỹ đạo của hệ Mặt Trời
Tương tự như hầu hết các hệ hành tinh khác, quỹ đạo của vật thể trong Hệ Mặt Trời có hình dạng gần như elip. Trung tâm của hệ thống là Mặt Trời, ngôi sao của chúng ta, mà lực hấp dẫn từ nó di chuyển các hành tinh và sao chổi tương ứng với chúng. Các quỹ đạo parabol hoặc hyperbol không kết nối trực tiếp với ngôi sao. Các vệ tinh của mỗi hành tinh cũng tuân thủ quỹ đạo của hành tinh đó, chẳng hạn như Mặt Trăng xoay quanh Trái Đất.
Tuy nhiên, các ngôi sao cũng tác động lẫn nhau, tạo ra sự nhiễu loạn trong quỹ đạo khiến độ lệch tâm của chúng thay đổi theo thời gian và lẫn nhau. Ví dụ, Sao Thủy là hành tinh có độ lệch tâm lớn nhất, có lẽ do gần Mặt Trời nhất, trong khi Sao Hỏa đứng thứ hai, xa hơn so với Mặt Trời. Trái lại, quỹ đạo của Sao Kim và Sao Hải Vương có độ lệch tâm nhỏ nhất.
Quỹ đạo của Trái Đất
Trái Đất, cùng với các hành tinh lân cận, quay quanh Mặt Trời theo một quỹ đạo hơi elip, mất khoảng 365 ngày (một năm) – gọi là chuyển động quỹ đạo. Quỹ đạo này diễn ra với vận tốc khoảng 67.000 km mỗi giờ.
Ngoài ra, có bốn loại quỹ đạo xung quanh Trái Đất, giống như các vệ tinh nhân tạo:
- Thấp (LEO – Low Earth Orbit). Khoảng cách từ bề mặt hành tinh từ 200 đến 2.000 km.
- Trung bình (MEO – Medium Earth Orbit). Khoảng cách từ bề mặt hành tinh từ 2.000 đến 35.786 km.
- Cao (GEO – Geostationary Earth Orbit). Khoảng cách từ bề mặt hành tinh từ 35.786 đến 40.000 km.
- Địa tĩnh (GEO – Geostationary Orbit). Khoảng cách từ bề mặt hành tinh là 35.786 km. Đây là quỹ đạo đồng bộ với quỹ đạo Trái Đất, không có độ lệch tâm và từ một quan sát viên trên Trái Đất, vật thể này sẽ xuất hiện đứng yên trên bầu trời.
Tôi hy vọng rằng với những thông tin này, bạn có thể hiểu thêm về khái niệm quỹ đạo và những đặc điểm quan trọng của nó.