Um objeto atirado da terra cairia ao sol?

Um objeto atirado da terra cairia ao sol?

Se um objeto é disparado a 107.000 km / h via foguete ou não, na direção oposta à nossa órbita sobre o sol, ele estará viajando a 0 km / h em relação ao sol. A lua não está perto o suficiente do objeto para ter uma força significativa para os propósitos desta questão.

Esse objeto começará a acelerar em direção ao sol ou de alguma forma cairá em outra órbita estável?

Poderia ficar preso no ponto L4 Terra-Sol Lagrange?

Suponha que uma nave espacial seja instantaneamente acelerada na superfície da Terra (desconsiderando a atmosfera por simplicidade). Vamos considerar isso a partir do quadro de referência do Sol; em outras palavras, o Sol está parado e a Terra está se movendo ao seu redor.

A sonda é acelerada a uma velocidade exatamente igual e oposta à velocidade orbital da Terra ao redor do Sol, tornando-a completamente estacionária no instante após a aceleração.

O que acontece depois? Bem, podemos considerar as forças que atuam na nave espacial:

• A gravidade da Terra causa uma força na direção da Terra.
• A gravidade do Sol causa uma força na direção do Sol.

A sonda estacionária irá, portanto, acelerar em direção à Terra e ao Sol. Como a Terra está se afastando rapidamente em seu caminho orbital, a força gravitacional não é suficiente para levar a sonda de volta à órbita da Terra; no entanto, empurrará a espaçonave para uma órbita elíptica.

Para demonstrar a situação, criei uma pequena simulação que pode ser visualizada em um navegador de desktop. Clique aqui para experimentar a simulação. (Você pode clicar em "Visualizar este programa" para verificar o código e atualizar a página para reiniciar a simulação.)

A simulação é fisicamente precisa (ignorando os efeitos de outros planetas), mas as esferas foram ampliadas para facilitar a interpretação. A Terra é representada como verde, enquanto o Sol é laranja e a espaçonave é branca. Observe que, enquanto as esferas que representam a espaçonave e o Sol se cruzam, a distância entre os dois objetos físicos é sempre maior que 3,35 raios solares.

Esta captura de tela mostra como a sonda foi puxada para uma órbita elíptica pela Terra:

Finalmente, poderíamos considerar um cenário mais realista, onde a sonda é acelerada até atingir velocidade zero (novamente, no referencial do Sol) a uma certa distância da Terra. No instante em que atinge velocidade zero, o motor é parado.

Nesse caso, o resultado é essencialmente o mesmo: ainda existem forças exercidas pela Terra e pelo Sol, resultando em uma órbita elíptica. Quanto mais o foguete estiver da Terra quando atingir a velocidade zero, mais elíptica será a órbita. Se a Terra está tão distante que sua gravidade é insignificante, a espaçonave cairá diretamente em direção ao Sol.

O lançamento que você descreveu é semelhante ao do Solar Probe Parker lançou agosto 2018 a 12km / s em uma direção oposta a velocidade orbital da Terra, por isso caiu em direção (ao invés de em ) do Sol, em uma órbita elíptica. Espera-se que sua velocidade na aproximação mais próxima seja superior a 200 km / s

Se um objeto for acelerado para longe da Terra com rapidez suficiente para que não tenha velocidade orbital ao redor do Sol, ele cairá radialmente no Sol. É a velocidade orbital que mantém o objeto (ou a própria Terra) caindo ao redor do Sol e não dentro dele. Com velocidade orbital zero, ele simplesmente cai para baixo e não pode fazer mais nada (ficar preso no ponto L4 exige que ele tenha um movimento orbital quase igual ao da Terra).

O objeto será atraído pela força gravitacional do Sol se a Lua e outros planetas no Sistema Solar estiverem longe o suficiente para não alterar significativamente a velocidade ou a direção do objeto.