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व्याख्याकार: सभी कक्षाओं के बारे में

एक कक्षा वह मार्ग है जिसे एक अंतरिक्ष वस्तु बार-बार दूसरे के चारों ओर ले जाती है

धूमकेतु - जैसे कि नियोवाइज सी / 2020 एफ 3, यहां देखा गया - बहुत अण्डाकार कक्षाओं में सूर्य के चारों ओर यात्रा करता है।

एंटोन पेट्रस / पल / गेट्टी छवियां प्लस

प्राचीन काल में भी, स्टारगेज़र जानते थे किग्रहों सितारों से अलग। जबकि तारे हमेशा रात के आकाश में एक ही सामान्य स्थान पर दिखाई देते थे, ग्रहों ने अपनी स्थिति रात से रात में स्थानांतरित कर दी। वे सितारों की पृष्ठभूमि में घूमते हुए दिखाई दिए। कभी-कभी ग्रह भी पीछे की ओर चलते हुए दिखाई देते थे। (इस व्यवहार को प्रतिगामी गति के रूप में जाना जाता है।) आकाश में इस तरह की अजीब हरकतों की व्याख्या करना कठिन था।

फिर, 1600 के दशक में, जोहान्स केप्लर ने ग्रहों की चाल में गणितीय पैटर्न की पहचान की। उससे पहले के खगोलविदों को पता था कि ग्रहपरिक्रमा , या सूर्य के चारों ओर चला गया। लेकिन केप्लर उन कक्षाओं का वर्णन करने वाले पहले व्यक्ति थे - सही ढंग से - गणित के साथ। जैसे कि एक पहेली को एक साथ रखते हुए, केप्लर ने देखा कि डेटा के टुकड़े एक साथ कैसे फिट होते हैं। उन्होंने कक्षीय गति के गणित को तीन नियमों के साथ संक्षेप में प्रस्तुत किया:

  1. कोई ग्रह सूर्य के चारों ओर जो पथ लेता है वह एक दीर्घवृत्त है, वृत्त नहीं। एक अंडाकार अंडाकार आकार है। इसका मतलब है कि कभी-कभी कोई ग्रह अन्य समय की तुलना में सूर्य के अधिक निकट होता है।
  2. इस पथ पर चलते हुए किसी ग्रह की गति बदल जाती है। सूर्य के सबसे निकट से गुजरने पर ग्रह की गति तेज हो जाती है और सूर्य से दूर जाने पर उसकी गति धीमी हो जाती है।
  3. प्रत्येक ग्रह एक अलग गति से सूर्य की परिक्रमा करता है। अधिक दूर वाले तारे के करीब की तुलना में अधिक धीमी गति से चलते हैं।

केप्लर अभी भी नहीं समझा सकाक्यों ग्रह अण्डाकार पथों का अनुसरण करते हैं न कि वृत्ताकार पथों का। लेकिन उनके नियम अविश्वसनीय सटीकता के साथ ग्रहों की स्थिति का अनुमान लगा सकते थे। फिर, लगभग 50 साल बाद, भौतिक विज्ञानी आइजैक न्यूटन ने इसके लिए तंत्र की व्याख्या कीक्योंकेप्लर के नियमों ने काम किया:गुरुत्वाकर्षण . गुरुत्वाकर्षण बल अंतरिक्ष में वस्तुओं को एक-दूसरे की ओर आकर्षित करता है - जिससे एक वस्तु की गति लगातार दूसरी की ओर झुकती है।

पूरे ब्रह्मांड में, सभी प्रकार के खगोलीय पिंड एक दूसरे की परिक्रमा करते हैं। चंद्रमा और अंतरिक्ष यान ग्रहों की परिक्रमा करते हैं।धूमकेतुतथाक्षुद्र ग्रह सूर्य की परिक्रमा करें - यहाँ तक कि अन्य ग्रह भी। हमारा सूर्य हमारे के केंद्र की परिक्रमा करता हैआकाशगंगा , आकाशगंगा। आकाशगंगाएँ भी एक दूसरे की परिक्रमा करती हैं। कक्षाओं का वर्णन करने वाले केप्लर के नियम ब्रह्मांड में इन सभी वस्तुओं के लिए सही हैं।

आइए केप्लर के प्रत्येक नियम को अधिक विस्तार से देखें।

कक्षाएँ, परिक्रमाएँ हर जगह। यह छवि 2,200 संभावित खतरनाक क्षुद्रग्रहों की कक्षाओं को दर्शाती है जो सूर्य की परिक्रमा कर रहे हैं। द्विआधारी क्षुद्रग्रह डिडिमोस की कक्षा को एक पतले सफेद अंडाकार द्वारा दिखाया गया है, और पृथ्वी की कक्षा मोटी सफेद पथ है। बुध, शुक्र और मंगल की कक्षाओं को भी लेबल किया गया है।सेंटर फॉर नियर अर्थ ऑब्जेक्ट स्टडीज, NASA/JPL-Caltech

केप्लर का प्रथम नियम : दीर्घवृत्त

यह वर्णन करने के लिए कि अंडाकार जैसा अंडाकार कैसे होता है, वैज्ञानिक शब्द का उपयोग करते हैंसनक (एक-सेन-ट्रिस-सिह-ते)। वह विलक्षणता 0 और 1 के बीच की एक संख्या है। एक पूर्ण वृत्त में 0 की विलक्षणता होती है। 1 के करीब विलक्षणता वाली कक्षाएँ वास्तव में फैली हुई अंडाकार होती हैं।

पृथ्वी के चारों ओर चंद्रमा की कक्षा में 0.055 की विलक्षणता है। यह लगभग एक संपूर्ण चक्र है। धूमकेतु की बहुत ही विलक्षण कक्षाएँ होती हैं। हैली का धूमकेतु, जो हर 75 साल में पृथ्वी से चक्कर लगाता है, की कक्षीय विलक्षणता 0.967 है।

(किसी वस्तु की गति के लिए 1 से अधिक विलक्षणता होना संभव है। लेकिन इतनी उच्च विलक्षणता एक वस्तु का वर्णन करती है जो एक विस्तृत यू-आकार में दूसरे के चारों ओर घूमती है - कभी वापस नहीं आती। इसलिए, कड़ाई से बोलते हुए, यह वस्तु की परिक्रमा नहीं करेगा। उसका मार्ग चारों ओर मुड़ा हुआ था।)

यह एनीमेशन दिखाता है कि किसी वस्तु की गति कैसे अंडाकार आकार की उसकी कक्षा से संबंधित है।फीनिक्स7777/विकिमीडिया कॉमन्स (सीसी बाय-एसए 4.0)

अंतरिक्ष यान की कक्षा की योजना बनाने के लिए दीर्घवृत्त बहुत महत्वपूर्ण हैं। यदि आप मंगल ग्रह पर अंतरिक्ष यान भेजना चाहते हैं तो आपको यह याद रखना होगा कि अंतरिक्ष यान पृथ्वी से शुरू होता है। यह पहली बार में मूर्खतापूर्ण लग सकता है। लेकिन जब आप एक रॉकेट लॉन्च करते हैं, तो यह स्वाभाविक रूप से सूर्य के चारों ओर पृथ्वी की कक्षा के दीर्घवृत्त का अनुसरण करेगा। मंगल ग्रह तक पहुंचने के लिए, सूर्य के चारों ओर अंतरिक्ष यान के अंडाकार पथ को मंगल की कक्षा से मेल खाने के लिए बदलना होगा।

कुछ बहुत ही जटिल गणित के साथ - वह प्रसिद्ध "रॉकेट साइंस" - वैज्ञानिक यह योजना बना सकते हैं कि एक अंतरिक्ष यान को लॉन्च करने के लिए रॉकेट को कितनी तेजी और कितनी ऊंचाई की आवश्यकता होती है। एक बार जब अंतरिक्ष यान पृथ्वी के चारों ओर कक्षा में होता है, तो छोटे इंजनों का एक अलग सेट धीरे-धीरे सूर्य के चारों ओर शिल्प की कक्षा को चौड़ा करता है। सावधानीपूर्वक योजना के साथ, अंतरिक्ष यान का नया कक्षीय दीर्घवृत्त बिल्कुल सही समय पर मंगल ग्रह से बिल्कुल मेल खाएगा। यह अंतरिक्ष यान को लाल ग्रह पर पहुंचने की अनुमति देता है।

जब कोई अंतरिक्ष यान अपनी कक्षा बदलता है - जैसे कि जब वह पृथ्वी के चारों ओर से एक में घूमता है जो उसे मंगल के चारों ओर ले जाएगा (जैसा कि इस चित्रण में है) - उसके इंजनों को अपने अण्डाकार पथ का आकार बदलना होगा।नासा/जेपीएल

केप्लर का दूसरा नियम: गति बदलना

वह बिंदु जहां किसी ग्रह की कक्षा सूर्य के सबसे निकट आती है, उसका हैसूर्य समीपक . यह शब्द ग्रीक से आया हैपेरी, या निकट, औरHelios, या सूरज।

जनवरी की शुरुआत में पृथ्वी अपने पेरीहेलियन में पहुंच जाती है। (यह उत्तरी गोलार्ध के लोगों को अजीब लग सकता है, जो जनवरी में सर्दी का अनुभव करते हैं। लेकिन सूर्य से पृथ्वी की दूरी हमारे मौसम का कारण नहीं है। यह कारण हैपृथ्वी के घूर्णन अक्ष का झुकाव .) पेरिहेलियन पर, पृथ्वी अपनी कक्षा में लगभग 30 किलोमीटर (19 मील) प्रति सेकंड की गति से सबसे तेजी से आगे बढ़ रही है। जुलाई की शुरुआत में, पृथ्वी की कक्षा सूर्य से अपने सबसे दूर बिंदु पर होती है। फिर, पृथ्वी अपने कक्षीय पथ के साथ सबसे धीमी गति से यात्रा कर रही है - लगभग 29 किलोमीटर (18 मील) प्रति सेकंड।

ग्रह केवल परिक्रमा करने वाले पिंड नहीं हैं जो इस तरह गति और धीमा करते हैं। जब भी कक्षा में कोई वस्तु उस वस्तु के करीब पहुँचती है जो वह परिक्रमा कर रही होती है, तो उसे एक मजबूत गुरुत्वाकर्षण खिंचाव महसूस होता है। नतीजतन, यह तेज हो जाता है।

अन्य ग्रहों के लिए अंतरिक्ष यान लॉन्च करते समय वैज्ञानिक इस अतिरिक्त बढ़ावा का उपयोग करने का प्रयास करते हैं। उदाहरण के लिए, बृहस्पति को भेजी गई एक जांच रास्ते में मंगल के पार उड़ सकती है। जैसे-जैसे अंतरिक्ष यान मंगल के करीब आता है, ग्रह का गुरुत्वाकर्षण जांच को गति देता है। वह गुरुत्वाकर्षण बल अंतरिक्ष यान को बृहस्पति की ओर बहुत तेजी से उड़ाता है, जितना कि वह अपने आप यात्रा करेगा। इसे गुलेल प्रभाव कहा जाता है। इसके इस्तेमाल से ईंधन की काफी बचत हो सकती है। गुरुत्वाकर्षण कुछ काम करता है, इसलिए इंजनों को कम करने की आवश्यकता होती है।

केप्लर का तीसरा नियम: दूरी और गति

4.5 अरब किलोमीटर (2.8 अरब मील) की औसत दूरी पर, नेप्च्यून पर सूर्य का गुरुत्वाकर्षण खिंचाव ग्रह को कक्षा में रखने के लिए पर्याप्त मजबूत है। लेकिन यह पृथ्वी पर सूर्य के टग से बहुत कमजोर है, जो सूर्य से मात्र 150 मिलियन किलोमीटर (93 मिलियन मील) दूर है। तो, नेपच्यून पृथ्वी की तुलना में अपनी कक्षा में अधिक धीमी गति से यात्रा करता है। यह सूर्य के चारों ओर लगभग 5 किलोमीटर (3 मील) प्रति सेकंड की गति से परिभ्रमण करता है। पृथ्वी सूर्य के चारों ओर लगभग 30 किलोमीटर (19 मील) प्रति सेकंड की गति से घूमती है।

चूंकि अधिक दूर के ग्रह व्यापक कक्षाओं में अधिक धीमी गति से यात्रा करते हैं, इसलिए वे एक कक्षा को पूरा करने में अधिक समय लेते हैं। इस समय अवधि को एक वर्ष के रूप में जाना जाता है। नेपच्यून पर, यह लगभग 60,000 पृथ्वी दिनों तक रहता है। पृथ्वी पर, सूर्य के बहुत करीब, एक वर्ष 365 दिनों से थोड़ा अधिक लंबा होता है। और सूर्य के सबसे निकट का ग्रह बुध, पृथ्वी के प्रत्येक 88 दिनों में अपना वर्ष पूरा करता है।

एक परिक्रमा करने वाली वस्तु की दूरी और उसकी गति के बीच यह संबंध प्रभावित करता है कि उपग्रह पृथ्वी के चारों ओर कितनी तेजी से ज़ूम करते हैं। अधिकांशउपग्रहों - अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन सहित - पृथ्वी की सतह से लगभग 300 से 800 किलोमीटर (200 से 500 मील) ऊपर की कक्षा। वे कम-उड़ान वाले उपग्रह हर 90 मिनट में एक कक्षा पूरी करते हैं।

कुछ बहुत ऊँची कक्षाएँ - ज़मीन से लगभग 35,000 किलोमीटर (20,000 मील) दूर - उपग्रहों को अधिक धीमी गति से चलने का कारण बनती हैं। वास्तव में, वे उपग्रह पृथ्वी के घूमने की गति से मेल खाने के लिए काफी धीमी गति से चलते हैं। ये शिल्प में हैंभू-तुल्यकालिक (जी-ओह-सिन-क्रोन-उस) कक्षा। चूंकि वे किसी एक देश या क्षेत्र के ऊपर स्थिर प्रतीत होते हैं, इसलिए इन उपग्रहों का उपयोग अक्सर मौसम या रिले संचार को ट्रैक करने के लिए किया जाता है।

टक्करों और 'पार्किंग' स्थलों पर

अंतरिक्ष बहुत बड़ा हो सकता है, लेकिन इसमें सब कुछ हमेशा गति में रहता है। कभी-कभी, दो कक्षाएँ एक दूसरे को काटती हैं। और इससे टकराव हो सकता है।

कुछ स्थानों को क्रॉसक्रॉसिंग कक्षाओं में वस्तुओं से भरा हुआ है। सभी पर विचार करेंअंतरिक्ष कबाड़ पृथ्वी की परिक्रमा कर रहा है . मलबे के ये टुकड़े लगातार एक-दूसरे से टकरा रहे हैं - और कभी-कभी महत्वपूर्ण अंतरिक्ष यान से भी। यह भविष्यवाणी करना कि इस झुंड में संभावित रूप से खतरनाक मलबे के टुकड़े कहाँ जा रहे हैं, काफी जटिल हो सकता है। लेकिन यह इसके लायक है, अगर वैज्ञानिक टकराव की भविष्यवाणी कर सकते हैं और अंतरिक्ष यान को रास्ते से हटा सकते हैं।

यह आरेख दिखाता है कि सूर्य-पृथ्वी प्रणाली में परिक्रमा करने वाले अंतरिक्ष यान के लिए सभी पांच लैग्रेंज बिंदु कहाँ स्थित हैं। इनमें से किसी भी बिंदु पर, अंतरिक्ष यान अपने इंजनों को अधिक आग लगाने की आवश्यकता के बिना यथावत रहेगा। (पृथ्वी के चारों ओर छोटा सफेद वृत्त अपनी कक्षा में चंद्रमा है।) ध्यान दें कि यहां दूरियां पैमाना नहीं हैं।NASA/WMAP विज्ञान टीम

कभी-कभी, संभावित टक्कर का लक्ष्य अपना रास्ता नहीं बदल पाता है। एक उल्का या अन्य अंतरिक्ष चट्टान पर विचार करें जिसकी कक्षा इसे पृथ्वी के साथ टकराव के रास्ते पर रख सकती है। अगर हम भाग्यशाली हैं, तो आने वाली चट्टान होगीपृथ्वी के वायुमंडल में जलना . लेकिन अगर बोल्डर इतना बड़ा है कि हवा के रास्ते पूरी तरह से विघटित नहीं हो सकता है, तो यह हो सकता हैपृथ्वी में तोड़ो . और यह विनाशकारी साबित हो सकता है - जैसा कि इसके लिए थाडायनासोर 66 मिलियन साल पहले . इन समस्याओं से निपटने के लिए वैज्ञानिक इस बात की जांच कर रहे हैं कि कैसेआने वाली अंतरिक्ष चट्टानों की कक्षा को मोड़ो . यह कक्षीय गणनाओं की विशेष रूप से चुनौतीपूर्ण संख्या लेता है।

उपग्रहों को सहेजना - और संभावित रूप से सर्वनाश को दूर करना - कक्षाओं को समझने का एकमात्र कारण नहीं है।

1700 के दशक में, गणितज्ञ जोसेफ-लुई लैग्रेंज ने सूर्य और किसी भी ग्रह के चारों ओर अंतरिक्ष में बिंदुओं के एक विशेष सेट की पहचान की। इन बिंदुओं पर, सूर्य और ग्रह का गुरुत्वाकर्षण खिंचाव संतुलन बनाता है। नतीजतन, उस स्थान पर खड़ा एक अंतरिक्ष यान ज्यादा ईंधन जलाए बिना वहां रह सकता है। आज, इन्हें लैग्रेंज पॉइंट के रूप में जाना जाता है।

उन बिंदुओं में से एक, जिसे एल 2 के नाम से जाना जाता है, विशेष रूप से अंतरिक्ष दूरबीनों के लिए उपयोगी है जिन्हें बहुत ठंडा रहने की आवश्यकता होती है। नईजेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप, या JWST, इसका लाभ उठाता है।

L2 पर परिक्रमा करते हुए, JWST पृथ्वी और सूर्य दोनों से दूर की ओर इशारा कर सकता है। यह दूरबीन को अंतरिक्ष में कहीं भी अवलोकन करने की अनुमति देता है। और चूंकि L2 पृथ्वी से लगभग 1.5 मिलियन किलोमीटर (1 मिलियन मील) दूर है, यह पृथ्वी और सूर्य दोनों से JWST के उपकरणों को बेहद ठंडा रखने के लिए काफी दूर है। लेकिन L2 भी JWST को जमीन के साथ निरंतर संचार में रहने की अनुमति देता है। JWST के रूप मेंL2 . पर सूर्य की परिक्रमा करता है, यह हमेशा पृथ्वी से समान दूरी पर रहेगा - इसलिए दूरबीन ब्रह्मांड में बाहर की ओर देखते हुए अपने आश्चर्यजनक दृश्य घर भेज सकती है।

जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप, या JWST, सूर्य की परिक्रमा करता है। उस कक्षा में, दूरबीन पृथ्वी से 1.5 मिलियन किलोमीटर (1 मिलियन मील) की निरंतर दूरी पर रहती है। यह एनीमेशन अंतरिक्ष यान की कक्षा को सौर मंडल के विमान के ऊपर से दिखाई देने वाली कक्षा को दिखाने से शुरू होता है। फिर परिप्रेक्ष्य पृथ्वी की कक्षा से परे JWST के पथ को दिखाने के लिए बदल जाता है।

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