Omloppsbana (orbit): definition, typer och hur gravitationen påverkar dem

Lär dig vad omloppsbana innebär, typer av banor och hur gravitationen påverkar planeter, månar och satelliter — från cirklar till ellipser.

Orbit är också ett ord för ögonhålan.

En omloppsbana, eller bana, är den väg ett föremål tar i rymden när det kretsar runt en annan kropp — till exempel en planet som kretsar runt en stjärna eller en måne som kretsar runt en planet. Ordet kan också användas som verb: "Jorden kretsar runt solen." I vardagligt språk används ibland roterar, men tekniskt sett betyder rotera att ett föremål snurrar runt sin egen axel, medan kretsa eller orbita beskriver rörelse runt ett annat kropp.

Historiskt trodde man länge att solen rörde sig i en cirkel runt jorden eftersom solen varje dag tycktes stiga i öster och gå ned i väster. Tack vare astronomer som Copernicus och Galileo Galilei förstod man senare att det är jorden som kretsar kring solen. Senare förklarade Isaac Newton varför kroppar rör sig i banor: gravitationen drar föremål mot varandra och tillsammans med objekts rörelse i sidled skapas stabila banor. Eftersom en satellit är ett objekt i rymden som kretsar runt ett annat objekt kan man säga att jorden är en satellit till solen och att månen är en satellit till jorden. Solen har många satelliter som kretsar runt den — planeter, asteroider, kometer med flera — och jorden har både en naturlig satellit (månen) och många konstgjorda satelliter som används för kommunikation, navigation och vetenskap.

Typer av banor

• Cirkulär bana — banans form är nästan en perfekt cirkel. Avståndet till centralobjektet förändras mycket lite under orbiten.
• Elliptisk bana — en avlång, äggformad bana. De flesta planeter och de flesta konstgjorda satelliter har ellipsformade banor med olika excentricitet (hur utdragen ellipsen är).
• Parabolisk och hyperbolisk bana — öppna banor där ett objekt bara passerar förbi centralmassan en gång och sedan går ut i rymden (vanligt vid kometer eller flyby-farkoster som lämnar solsystemet).
• Geostationär och geosynkron — specialfall för banor kring jorden där en satellit synkroniserar sin omloppstid med jordens rotation. En geostationär satellit står i princip stilla över en punkt vid ekvatorn.
• Polär bana — går över jordens poler och gör det möjligt att se hela jordytan över flera omlopp.

Banparametrar och viktiga begrepp

• Stora halvaxeln — ett mått på banans storlek (medelavståndet mellan objektet och det centrala objektet för elliptiska banor).
• Excentricitet — beskriver hur cirkulär eller utdragen en bana är (0 = perfekt cirkel, nära 1 = mycket utdragen ellips).
• Perigeum / apogeum — närmaste och längst punkt i en bana runt jorden (motsvarande perihelion och aphelion runt solen).
• Orbitalperiod — tiden det tar att fullborda ett varv runt centralobjektet.
• Orbitalhastighet — hastigheten ett objekt måste ha för att upprätthålla en viss bana. Ju närmare centralmassan, desto högre hastighet krävs.

Hur gravitationen påverkar banor

Gravitationen är den drivande kraften bakom banor. I korthet dras ett föremål mot centralmassan (t.ex. en planet mot en stjärna). Kombinationen av denna inåtriktade kraft och objektets rörelse i sidled gör att det inte faller rakt in utan istället rör sig i en kurva — en bana.

De tre Keplers lagar beskriver banor i enkla ordalag:

• 1) Planeter rör sig i ellipser med solen i ett av brännpunkterna.
• 2) Linjen mellan planeten och solen sveper över lika stora ytor på lika lång tid — det betyder att ett objekt rör sig snabbare när det är närmare centralmassan.
• 3) Kvadraten på omloppstiden är proportionellt mot kuben på den stora halvaxeln — längre banor har mycket längre perioder.

Hastighet, flyktenergi och omloppsändring

Det finns en bestämd hastighet för en cirkulär bana på ett visst avstånd — ju längre bort, desto lägre hastighet. För att lämna en gravitationsbrunn krävs en högre hastighet, kallad flykthastighet. För att ändra bana behöver ett rymdfarkost genomföra manövrar (ändra sin hastighet med en viss delta-v), exempelvis en Hohmann-överföring för effektiv omloppsförflyttning mellan två cirkulära banor.

Vanliga typer av konstgjorda omloppsbanor och användningsområden

• LEO (Low Earth Orbit) — låga banor (t.ex. 300–2 000 km). Används för observationssatelliter, vissa kommunikationssatelliter och rymdstationer.
• MEO (Medium Earth Orbit) — används bland annat för GNSS/navigationssatelliter (t.ex. GPS).
• GEO (Geostationary Earth Orbit) — cirka 35 786 km över ekvatorn; satelliter här följer jordens rotation och används för väder- och kommunikationssändningar.
• Molniya-banor — mycket elliptiska banor som ger långvarig täckning över höga latituder.

Störningar och varför banor förändras

En idealiserad tvåkroppslösning beskriver enkla banor, men i verkligheten påverkas banor av flera faktorer:

• Atmosfäriskt motstånd för låga banor — leder till orbital decay och kräver ibland uppdrag för bana-höjning.
• Jordens ojämna form (oblateness) — skapar långsamma skiftningar i bana och nodlinjer.
• Tredje kroppars gravitation — månen och solen påverkar särskilt höga banor och banor runt jorden.
• Solvind och strålningstryck — kan påverka små objekt och stora solsegel.

Praktiska aspekter och framtid

Att planera och hålla satelliter i rätt bana kräver bränsle för banjusteringar, övervakning och kollisionsvarning (på grund av rymdskräp och andra satelliter). Tekniker som elektriska framdrivningssystem, bättre banplanering och rymdtvätt (deorbiting) används allt mer för att hålla omloppsbanor säkra och hållbara.

Tidiga föreställningar om att banorna måste vara perfekta cirklar och att cirkeln var den "perfekta" formen ändrades när man insåg att ellipser och andra banformer bättre beskriver himlakropparnas rörelser. I dag använder astronomer och ingenjörer både klassisk mekanik och numeriska datorberäkningar för att förutsäga och justera banor för allt från vädersatelliter till interplanetära sonder.

Sammanfattningsvis: en omloppsbana uppstår genom samspelet mellan gravitation och rörelse. Det finns många olika typer av banor, varje med sina egenskaper och användningsområden, och moderna metoder låter oss noggrant beräkna, ändra och nyttja dessa banor för vetenskap, kommunikation och navigation.

Frågor och svar

F: Vad är en omloppsbana?

F: Hur såg man på solens bana för många år sedan?

F: Vem upptäckte att gravitationen styr omloppsbanorna?

Fråga: Är jorden en satellit till något annat objekt?

Fråga: Hur många satelliter har solen som kretsar runt den?

Sök med bokstav