Yörünge

Yörünge, bir cismin başka bir cismin kütleçekimi etkisiyle onun çevresinde izlediği yoldur. Gezegenler Güneş'in, Ay Dünya'nın, uydular da Dünya'nın çevresinde yörünge izler. Yörüngeler çoğunlukla elips biçimindedir; çember bunun özel bir hâlidir.

Nasıl işler?

Yörüngede dolanan cisim aslında sürekli düşer, ama yanal hızı o kadar büyüktür ki düştüğü yönde yüzey de kıvrılıp uzaklaşır. Newton'un dağ tepesinden fırlatılan top gülle düşüncesi bunu anlatır: hız yeterince artınca gülle yere inmez, Dünya'yı dolanır. Alçak bir yörüngede gereken hız saniyede yaklaşık 7,8 km'dir.

Johannes Kepler bu hareketi üç yasayla tanımladı. Birincisi, yörüngenin bir odağında merkez cismin bulunduğu bir elips olduğunu söyler. İkincisi, cisim ile merkez arasındaki doğrunun eşit sürelerde eşit alanlar taradığını; yani cismin merkeze yaklaşırken hızlandığını belirtir. Üçüncüsü, dönem karesinin yarı büyük eksenin küpüyle orantılı olduğunu söyler: Güneş çevresinde yıl cinsinden dönem ile astronomik birim cinsinden yarı büyük eksen arasında T² = a³ bağıntısı geçerlidir.

Bir yörüngeyi tanımlayan temel sayılar yarı büyük eksen, dış merkezlik (elipsin ne kadar basık olduğu), eğim ve birkaç açıdır. Dış merkezlik 0 ise yörünge çembersel, 0 ile 1 arasındaysa eliptiktir. 1 ve üstünde cisim kapalı yol izlemez, kaçıp gider.

Örnekler

• Dünya: Güneş çevresinde dış merkezliği yaklaşık 0,017 olan, neredeyse çembersel bir yörünge izler. Güneş'e en yakın (günberi) noktada yaklaşık 147 milyon km, en uzak (günöte) noktada yaklaşık 152 milyon km uzaktadır.
• Ay: Dünya'dan ortalama 384.400 km uzaktadır ve bir turu yaklaşık 27,3 günde tamamlar.
• Uluslararası Uzay İstasyonu: Yaklaşık 400 km yükseklikte, saniyede yaklaşık 7,7 km hızla gider ve Dünya'yı yaklaşık 92 dakikada dolanır.
• Halley Kuyruklu Yıldızı: Çok basık bir elips izler ve yaklaşık 76 yılda bir iç Güneş Sistemi'ne girer.

Tarihçe

Antik gökbilimciler gezegenleri çemberlerin üst üste binmesiyle açıkladı. Kopernik güneş merkezli düzeni önerdi; Tycho Brahe'nin ölçümlerinden yararlanan Kepler 1609 ve 1619'da yasalarını yayımladı. Isaac Newton 1687'de evrensel çekim yasasıyla bu yasaların fiziksel kaynağını gösterdi.

Yörünge bilgisi bugün uydu fırlatmanın, uzay aracı rotalarının, ötegezegen keşfinin ve çarpışma önleme çalışmalarının temelidir. Uzayda bir yörüngeyi değiştirmek roket itkisi, yani hız değişimi gerektirir; bu nedenle her görev bir hız bütçesine göre planlanır.

Sık yapılan yanlışlar

"Uydular yerçekimi olmadığı için yüzer" yanlıştır. 400 km yükseklikte yerçekimi yüzeydekinin yaklaşık yüzde 90'ıdır. Astronotlar ağırlıksız görünür çünkü uzay istasyonuyla birlikte serbest düşüştedirler.

Bir başka yanlış, bir uyduyu hızlandırınca yörüngesinin hemen büyüdüğü sanısıdır. Hızlanma, yörüngenin karşı tarafını yükseltir; yani uydu önce elips yörüngesine girer. Bir uzay aracı bir yörüngede aynı noktada hızlanırsa aynı noktaya geri döner, ama karşı noktası daha yüksektir. Bu yüzden yörüngede önündeki araca yetişmek için doğrudan hızlanmak işe yaramaz; genellikle önce daha alçak ve daha hızlı bir yörüngeye inmek gerekir.

Yörüngeler sonsuza dek sürmez. Atmosfer sürtünmesi, Ay ve Güneş'in çekimi, Dünya'nın basıklığı ve güneş basıncı gibi etkiler yörüngeleri yavaşça değiştirir. Bu "bozulmalar" uydu operasyonlarının sürekli düzeltmesini gerektirir.

İlgili terimler

• Kepler yasaları
• Dış merkezlik
• Alçak Dünya Yörüngesi
• Jeosenkron yörünge
• Delta-v
• Kaçış hızı