الفترة المدارية

الفترة المدارية (أو فترة الدوران ) هي المدة الزمنية التي يستغرقها جرم سماوي معين لإكمال دورة واحدة حول جرم آخر. في علم الفلك ، ينطبق هذا المصطلح عادةً على الكواكب أو الكويكبات التي تدور حول الشمس ، والأقمار التي تدور حول الكواكب، والكواكب الخارجية التي تدور حول نجوم أخرى ، أو النجوم الثنائية . وقد يشير أيضًا إلى المدة التي يستغرقها قمر صناعي يدور حول كوكب أو قمر لإكمال دورة واحدة.

بالنسبة للأجرام السماوية بشكل عام، يتم تحديد الفترة المدارية من خلال دوران 360 درجة لجسم واحد حول نجمه الرئيسي ، على سبيل المثال الأرض حول الشمس.

تُعبّر الدورات في علم الفلك بوحدات زمنية ، عادةً ساعات أو أيام أو سنوات. ومقلوبها هو التردد المداري ، وهو نوع من تردد الدوران ، بوحدة الهرتز .

وفقًا لقانون كبلر الثالث ، فإن الفترة المدارية T لكتلتين نقطيتين تدوران حول بعضهما البعض في مدار دائري أو إهليلجي هي: ^{[ 1 ]}

${\displaystyle T=2\pi {\sqrt {\frac {a^{3}}{GM}}}}$

أين:

• a هو المحور شبه الرئيسي للمدار
• G هو ثابت الجاذبية ،
• M هي كتلة الجسم الأكثر كتلة.

بالنسبة لجميع القطوع الناقصة ذات المحور شبه الرئيسي المحدد، تكون الفترة المدارية هي نفسها، بغض النظر عن الانحراف المركزي.

وبالعكس، لحساب المسافة التي يجب أن يدورها جسم ما في مداره حتى يكون له فترة مدارية معينة T:

${\displaystyle a={\sqrt[{3}]{\frac {GMT^{2}}{4\pi ^{2}}}}}$

على سبيل المثال، لإكمال دورة كاملة كل 24 ساعة حول كتلة 100 كجم ، يجب أن يدور جسم صغير على مسافة 1.08 متر من مركز كتلة الجسم المركزي .   

في الحالة الخاصة للمدارات الدائرية تمامًا، يكون نصف المحور الأكبر a مساويًا لنصف قطر المدار، وتكون السرعة المدارية ثابتة ومساوية لـ

${\displaystyle v_{\text{o}}={\sqrt {\frac {GM}{r}}}}$

أين:

• يمثل r نصف قطر المدار الدائري بالمتر،

وهذا يعادل 1 ⁄ √2 مرة (≈ 0.707 مرة) من سرعة الإفلات .

في علم الميكانيكا السماوية ، عندما يتعين أخذ كتل الجسمين المداريين في الاعتبار، يمكن حساب الفترة المدارية T على النحو التالي: ^{[ 4 ]}

${\displaystyle T=2\pi {\sqrt {\frac {a^{3}}{G\left(M_{1}+M_{2}\right)}}}}$

أين:

• a هو مجموع المحاور شبه الرئيسية للقطع الناقص التي تتحرك فيها مراكز الأجسام، أو بشكل مكافئ، المحور شبه الرئيسي للقطع الناقص الذي يتحرك فيه أحد الأجسام، في إطار مرجعي مع الجسم الآخر عند نقطة الأصل (وهو ما يساوي المسافة الثابتة بينهما في المدارات الدائرية).
• M ₁ + M ₂ هو مجموع كتل الجسمين،
• G هو ثابت الجاذبية .

في المسار المكافئ أو الزائدي، لا تكون الحركة دورية، وتكون مدة المسار الكامل لا نهائية.

بالنسبة للأجرام السماوية عمومًا، تشير الفترة المدارية عادةً إلى الفترة النجمية ، التي تُحدد بدوران 360 درجة لجسم ما حول نجمه الرئيسي بالنسبة للنجوم الثابتة المُسقطة في السماء . في حالة دوران الأرض حول الشمس ، تُسمى هذه الفترة بالسنة النجمية . وهذه هي الفترة المدارية في إطار مرجعي قصوري (غير دوار) .

يمكن تعريف الفترات المدارية بعدة طرق. أما الفترة المدارية فتتعلق بشكل خاص بموقع النجم الأم. وهي أساس السنة الشمسية ، وبالتالي السنة التقويمية .

لا تشير الفترة الاقترانية إلى العلاقة المدارية مع النجم الأم، بل إلى الأجرام السماوية الأخرى ، مما يجعلها ليست مجرد اختلاف في مسار مدار جرم سماوي حول نجمه الأم، بل فترة علاقات مدارية مع أجرام أخرى، عادةً الأرض، ومداراتها حول الشمس. وهي تُشير إلى الفترة الزمنية التي تعود فيها الكواكب إلى نفس الظاهرة أو الموقع، كما هو الحال عندما يعود أي كوكب بين اقتراناته أو تقابلاته المتتالية مع الشمس . على سبيل المثال، يبلغ طول الفترة الاقترانية لكوكب المشتري 398.8 يومًا من الأرض؛ وبالتالي، يحدث تقابل المشتري مرة كل 13 شهرًا تقريبًا.

توجد العديد من الفترات الزمنية المرتبطة بمدارات الأجرام السماوية، ويُستخدم كل منها بكثرة في مختلف مجالات علم الفلك والفيزياء الفلكية ، ويجب عدم الخلط بينها وبين الفترات الدورانية الأخرى كالفترات المدارية . ومن أمثلة الفترات المدارية الشائعة ما يلي:

• الفترة الاقترانية هي المدة الزمنية اللازمة لظهور جسم ما في نفس النقطة بالنسبة لجسمين أو أكثر. في الاستخدام الشائع، يُقصد بهذين الجسمين عادةً الأرض والشمس. كما أن الفترة الزمنية بين تقابلين متتاليين أو اقترانين متتاليين تساوي الفترة الاقترانية. بالنسبة للأجرام السماوية في النظام الشمسي ، تختلف الفترة الاقترانية (بالنسبة للأرض والشمس) عن الفترة المدارية بسبب حركة الأرض حول الشمس. على سبيل المثال، تبلغ الفترة الاقترانية لمدار القمر كما يُرى من الأرض ، بالنسبة للشمس ، 29.5 يومًا شمسيًا متوسطًا، لأن طور القمر وموقعه بالنسبة للشمس والأرض يتكرران بعد هذه الفترة. وهذه الفترة أطول من الفترة النجمية لمداره حول الأرض، والتي تبلغ 27.3 يومًا شمسيًا متوسطًا، وذلك بسبب حركة الأرض حول الشمس.
• الفترة التنينية ( وتُسمى أيضًا الفترة العقدية ) هي الفترة الزمنية التي تفصل بين مرورين متتاليين للجسم عبر عقدته الصاعدة ، وهي النقطة التي يعبر عندها مداره دائرة البروج من نصف الكرة الجنوبي إلى نصف الكرة الشمالي. تختلف هذه الفترة عن الفترة النجمية لأن كلاً من مستوى مدار الجسم ومستوى دائرة البروج يتقدمان بالنسبة للنجوم الثابتة، وبالتالي فإن نقطة تقاطعهما، أي خط العقد ، تتقدم أيضًا بالنسبة للنجوم الثابتة. على الرغم من أن مستوى دائرة البروج غالبًا ما يُثبَّت في الموضع الذي كان يشغله في حقبة زمنية محددة ، إلا أن مستوى مدار الجسم لا يزال يتقدم، مما يجعل الفترة التنينية تختلف عن الفترة النجمية. ^{[ 5 ]}
• الفترة الشاذة هي الفترة الزمنية التي تنقضي بين مرورين متتاليين لجسم ما عند أقرب نقطة له من الجرم السماوي (في حالة كواكب المجموعة الشمسية ، تُسمى هذه النقطة بالحضيض الشمسي )، وهي أقرب نقطة يقترب فيها الجسم من الجرم السماوي الجاذب. وتختلف هذه الفترة عن الفترة النجمية لأن نصف المحور الأكبر للجسم عادةً ما يتقدم ببطء.
• كذلك، فإن الفترة المدارية للأرض ( السنة المدارية ) هي الفترة الفاصلة بين اصطفاف محور دورانها مع الشمس مرتين، وتُعتبر أيضًا مرورين للأرض عند مطلع مستقيم مقداره صفر ساعة . السنة الأرضية أقصر قليلًا من الفترة التي تستغرقها الشمس لإكمال دورة كاملة حول مسار الشمس الظاهري ( السنة النجمية )، وذلك لأن المحور المائل ومستوى خط الاستواء يدوران ببطء (يتحركان حول بعضهما البعض بالنسبة للنجوم المرجعية )، ثم يعودان إلى الاصطفاف مع الشمس قبل اكتمال المدار. تتكرر دورة التبادر المحوري هذه للأرض، والمعروفة بتبادر الاعتدالين ، كل 25,772 سنة تقريبًا. ^{[ 6 ]}

يمكن تعريف الدورات الفلكية أيضاً وفقاً لتعريفات فلكية محددة، والتي تعود في الغالب إلى التأثيرات الجاذبية الخارجية المعقدة والصغيرة للأجرام السماوية الأخرى. تشمل هذه الاختلافات أيضاً الموقع الحقيقي لمركز الثقل بين جرمين فلكيين ( مركز الثقل )، والاضطرابات الناتجة عن الكواكب أو الأجرام الأخرى، والرنين المداري ، والنسبية العامة ، وغيرها. ويتم دراسة معظم هذه الظواهر من خلال نظريات فلكية معقدة ومفصلة، ​​باستخدام علم الميكانيكا السماوية، وبالاعتماد على رصد دقيق لمواقع الأجرام السماوية عبر علم القياس الفلكي .

جدول الفترات الاقترانية في النظام الشمسي، بالنسبة للأرض:

في حالة قمر كوكب ما، تعني الفترة الاقترانية عادةً الفترة الاقترانية الشمسية، أي الوقت الذي يستغرقه القمر لإكمال مراحل إضاءته، مُكملاً بذلك المراحل الشمسية بالنسبة لعالم فلك على سطح الكوكب. لا تُحدد حركة الأرض هذه القيمة بالنسبة للكواكب الأخرى لأن الراصد الأرضي لا يدور حول الأقمار المعنية. على سبيل المثال، تبلغ الفترة الاقترانية لكوكب ديموس 1.2648  يومًا، أي أطول بنسبة 0.18% من فترته النجمية البالغة 1.2624  يومًا.

• اشتقاق المدار المتزامن مع الأرض
• سنة كبيسة
• قائمة المذنبات الدورية
• التقابل (علم الفلك)
• فترة الدوران - الوقت اللازم لإكمال دورة واحدة حول محور دورانه
• فترة إعادة زيارة الأقمار الصناعية
• التوقيت الفلكي
• السنة الفلكية

• بيت، روجر ب.؛ مولر، دونالد د.؛ وايت، جيري إي. (1971)، أساسيات الديناميكا الفلكية ، دوفر