מסלול כבידתי

בפיזיקה, מסלול כבידתי (באנגלית: Orbit, לפי האקדמיה: תְּסִבָּה, כתיב מלא תסיבה) הוא מסלול תנועה של גוף בהשפעת האינטראקציה הכבידתית עם גוף אחר או מערכת גופים אחרת. את המסלול הכבידתי של גוף ניתן להסביר ולחשב במסגרת המכניקה הקלאסית, לפי חוק הכבידה העולמי שנתגלה ונוסח על ידי אייזק ניוטון, הקובע כי כל שני גופים בעלי מסה נמשכים זה לזה ביחס ישר למכפלת מסותיהם, וביחס הפוך לריבוע המרחק ביניהם. תורת היחסות הכללית, מציעה הסבר אלטרנטיבי, לפיו המסלול הכבידתי של גוף הוא בעצם מסילה גאודזית (המסלול האפשרי הקצר ביותר בין שתי נקודות במרחב עקום), ונובע מעיקום המארג הגאומטרי של המרחב־זמן בהשפעת פיזור המסה והאנרגיה בו. מסלולו של כוכב לכת סביב כוכב, או זה של לוויין טבעי או מלאכותי סביב כוכב לכת, הוא דוגמה למסלול כבידתי. לפני גילוי חוק המשיכה האוניברסלי על ידי ניוטון, תנועת הכוכבים הוסברה על ידי האסטרונומים הקדומים במספר אופנים, למשל כפעולה של האלים. בתקופה ההלניסטית נפוץ המודל הגאוצנטרי לפיו כל כוכבי השמים נעים במעגל סביב כדור הארץ. המודל הגאוצנטרי לא הצליח להסביר את תנועת הכוכבים הנצפית בצורה טובה ולשם כך נוספו למודל אפיציקלים, מסלולים מעגליים משניים למסלול המעגלי של הכוכבים סביב כדור הארץ. בשנת 1543 פרסם ניקולאוס קופרניקוס ספר המציג את המודל ההליוצנטרי, לפיו כוכבי הלכת סובבים סביב השמש. יוהאנס קפלר גילה את חוקי קפלר לפיהם כוכבי הלכת סובבים סביב השמש במסלולים אליפטיים. אייזק ניוטון גילה את כוח הכבידה האוניברסלי והסביר באמצעותו את תנועת הכוכבים. בפרט, הראה שחוקי קפלר נגזרים מתאוריית הכבידה שלו. ב־1915 פרסם אלברט איינשטיין את תורת היחסות הכללית בה הציג הסבר חלופי לתופעת הכבידה, המייחס את נתיב תנועת גופים לעיקום המרחב-זמן בהשפעת פיזור המסה והאנרגיה בו. ישנם הבדלים בין התחזיות של תורת היחסות ובין אלו של הפיזיקה הניוטונית, אך אף על פי שתורת היחסות הוכחה כמדויקת יותר עדיין רווח השימוש בפיזיקה הניוטונית לחישוב מסלולי הכוכבים, שכן במהירויות שאינן מתקרבות למהירות האור היא מדויקת למדי ומשוואותיה פשוטות בהרבה לטיפול. בתוך מערכת השמש, כוכבי לכת, כוכבי לכת ננסיים, אסטרואידים (כוכבי לכת קטנים), כוכבי שביט, ופסולת חלל נעים במסלולים אליפטיים, עם אקסצנטריות שונה, שבאחד ממוקדיהם נמצאת השמש. הגופים המסיביים יותר ינועו במסלול כבידתי קבוע למדי סביב השמש, כאשר גופים חופשיים משניים, הנתונים להשפעת כוח הכבידה וקשורים לאחד מכוכבי הלכת במערכת, ובהם לוויינים טבעיים או מלאכותיים, ינועו במסלול המקיף את כוכב הלכת. כוכבי שביט ינועו במסלולים אליפטיים סביב השמש עם אקסצנטריות קיצונית, פרבולית או היפרבולית. מאחר שכוכבי שביט עשויים בעיקר מקרח, תהליכי התכה, תוצר השפעת הקרינה מן השמש, עשויים להביא להיסחפותם לעבר השמש ובכך לשינוי מסלולי הכבידה שלהם. גופים קטנים אחרים במערכת השמש נתונים להשפעת כוחות מורכבים שונים ועשויים גם הם לשנות את מסלולם הכבידתי. בשל הפרעות כבידה הדדיות, מסלולי כוכבי הלכת עשויים להשתנות לאורך זמן. כאשר אובייקט מקיף אובייקט אחר, הפריאפסיד היא הנקודה בה שני האובייקטים קרובים ביותר זה לזה ואפואפסיד היא הנקודה בה הם רחוקים ביותר אחד מהשני. (מונחים ספציפיים יותר משמשים לגופים ספציפיים. לדוגמה, פריגיאה (perigee) ואפוגיאה (apogee) הם החלקים הנמוכים ביותר והגבוהים ביותר של מסלול סביב כדור הארץ, ואילו הפריהליון והאפהליון הן הנקודות הקרובות ביותר והרחוקות ביותר של מסלולו סביב השמש). במסלול אליפטי, מרכז המסה של המערכת שסביבו נע הכוכב הוא במוקד אחד של האליפסה, ואין דבר נוכח במוקד האחר. כשכוכב לכת מתקרב לפריאפסיד, מהירות הכוכב תגדל ואילו כשכוכב לכת מתקרב אל האפואפסיד, מהירותו תקטן. מכניקה קלאסית תורת היחסות הכללית טיסה מסלולית שיטת החתכים הטלואים קטגוריה:מסלולים סביב כדור הארץ Abell; Morrison; Wolff (1987). Exploration of the Universe (fifth ed.). Saunders College Publishing. Linton, Christopher (2004). From Eudoxus to Einstein. Cambridge: University Press. ISBN 0-521-82750-7 Swetz, Frank; et al. (1997). Learn from the Masters!. Mathematical Association of America. ISBN 0-88385-703-0 Andrea Milani and Giovanni F. Gronchi. Theory of Orbit Determination (Cambridge University Press; 378 pages; 2010). Discusses new algorithms for determining the orbits of both natural and artificial celestial bodies. מדיה וקבצים בנושא מסלול כבידתי בוויקישיתוף science/orbit-mechanics מסלול כבידתי, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) מסלולים, דף שער בספרייה הלאומית הערך: תְּסִבָּה<סבב | סיבוב; סיבה>, באתר האקדמיה ללשון העברית תְּסִבָּה, באתר האקדמיה ללשון העברית