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En mecánica celeste , una órbita en herradura es un tipo de movimiento coorbital de un cuerpo en órbita pequeño en relación con un cuerpo en órbita más grande. El período orbital osculante (instantáneo) del cuerpo más pequeño permanece muy cercano al del cuerpo más grande, y si su órbita es un poco más excéntrica que la del cuerpo más grande, durante cada período parece trazar una elipse alrededor de un punto en la órbita. órbita de un objeto más grande. Sin embargo, el circuito no está cerrado, sino que se desplaza hacia adelante o hacia atrás, de modo que el punto que rodea parece moverse suavemente a lo largo de la órbita del cuerpo más grande durante un largo período de tiempo. Cuando el objeto se acerca al cuerpo más grande en cualquiera de los extremos de su trayectoria, su dirección aparente cambia. Durante un ciclo completo, el centro traza el contorno de una herradura, con el cuerpo más grande entre los "cuernos".
Los asteroides en órbitas de herradura con respecto a la Tierra incluyen 54509 YORP , 2002 AA 29 , 2010 SO 16 , 2015 SO 2 y posiblemente 2001 GO 2 . Una definición más amplia incluye 3753 Cruithne , que se puede decir que está en una órbita compuesta y/o de transición, [1] o (85770) 1998 UP 1 y 2003 YN 107 . En 2016, se descubrieron 12 libradores de herradura en la Tierra. [2]
Las lunas de Saturno , Epimeteo y Jano, ocupan órbitas de herradura entre sí (en su caso, no hay bucles repetidos: cada una traza una herradura completa con respecto a la otra).
La siguiente explicación se refiere a un asteroide que se encuentra en una órbita similar alrededor del Sol y que también se ve afectado por la Tierra.
El asteroide se encuentra casi en la misma órbita solar que la Tierra. Ambos tardan aproximadamente un año en orbitar el Sol.
También es necesario comprender dos reglas de la dinámica orbital:
La órbita de herradura surge porque la atracción gravitacional de la Tierra cambia la forma de la órbita elíptica del asteroide. Los cambios de forma son muy pequeños pero dan como resultado cambios significativos en relación con la Tierra.
La herradura sólo se hace evidente cuando se mapea el movimiento del asteroide en relación tanto con el Sol como con la Tierra. El asteroide siempre orbita alrededor del Sol en la misma dirección. Sin embargo, pasa por un ciclo de alcanzar a la Tierra y quedarse atrás, de modo que su movimiento en relación tanto con el Sol como con la Tierra traza una forma parecida al contorno de una herradura.
Comenzando en el punto A, en el anillo interior entre L 5 y la Tierra, el satélite orbita más rápido que la Tierra y está en camino de pasar entre la Tierra y el Sol. Pero la gravedad de la Tierra ejerce una fuerza de aceleración hacia afuera, empujando al satélite a una órbita más alta que (según la tercera ley de Kepler ) disminuye su velocidad angular.
Cuando el satélite llega al punto B, viaja a la misma velocidad que la Tierra. La gravedad de la Tierra todavía está acelerando el satélite a lo largo de su trayectoria orbital y continúa empujándolo a una órbita más alta. Finalmente, en el punto C, el satélite alcanza una órbita lo suficientemente alta y lenta como para comenzar a quedarse atrás de la Tierra. Luego pasa el siguiente siglo o más pareciendo desplazarse "hacia atrás" alrededor de la órbita cuando se lo ve en relación con la Tierra. Su órbita alrededor del Sol todavía dura poco más de un año terrestre. Con el tiempo suficiente, la Tierra y el satélite estarán en lados opuestos del Sol.
Finalmente, el satélite llega al punto D, donde la gravedad de la Tierra ahora está reduciendo la velocidad orbital del satélite. Esto hace que caiga a una órbita más baja, lo que en realidad aumenta la velocidad angular del satélite alrededor del Sol. Esto continúa hasta el punto E, donde la órbita del satélite ahora es más baja y más rápida que la órbita de la Tierra , y comienza a moverse por delante de la Tierra. Durante los siguientes siglos completa su viaje de regreso al punto A.
A más largo plazo, los asteroides pueden pasar de órbitas en herradura a órbitas cuasisatélites . Los cuasi-satélites no están ligados gravitacionalmente a su planeta, pero parecen girarlo en dirección retrógrada mientras giran alrededor del Sol con el mismo período orbital que el planeta. En 2016, los cálculos orbitales mostraron que cuatro de los libradores de herradura de la Tierra y los cinco cuasi-satélites entonces conocidos se transfieren repetidamente entre órbitas de herradura y cuasi-satélite. [3]
Se puede observar una visión algo diferente, pero equivalente, de la situación considerando la conservación de la energía . Es un teorema de la mecánica clásica que un cuerpo que se mueve en un campo potencial independiente del tiempo conservará su energía total, E = T + V , donde E es la energía total, T es la energía cinética (siempre no negativa) y V es energía potencial, que es negativa. Es evidente entonces, dado que V = -GM/R cerca de un cuerpo gravitante de masa M y radio orbital R , que visto desde un marco estacionario , V aumentará para la región detrás de M y disminuirá para la región frente a él. . Sin embargo, las órbitas con menor energía total tienen períodos más cortos, por lo que un cuerpo que se mueve lentamente hacia adelante de un planeta perderá energía, caerá en una órbita de período más corto y, por lo tanto, se alejará lentamente o será "repelido" de ella. Los cuerpos que se mueven lentamente en el lado posterior del planeta ganarán energía, se elevarán a una órbita más alta y más lenta y, por lo tanto, se quedarán atrás, igualmente repelidos. Así, un cuerpo pequeño puede moverse hacia adelante y hacia atrás entre una posición de avance y otra de seguimiento, sin acercarse nunca demasiado al planeta que domina la región.
La Figura 1 muestra órbitas más cortas alrededor de los puntos lagrangianos L 4 y L 5 (por ejemplo, las líneas cercanas a los triángulos azules). Éstas se llaman órbitas de renacuajo y se pueden explicar de manera similar, excepto que la distancia del asteroide a la Tierra no oscila hasta el punto L 3 al otro lado del Sol. A medida que se acerca o se aleja de la Tierra, la atracción cambiante del campo gravitacional de la Tierra hace que se acelere o desacelere, provocando un cambio en su órbita conocido como libración .
Un ejemplo de órbita de renacuajo es Polideuces , una pequeña luna de Saturno que gira alrededor del punto L 5 posterior en relación con una luna más grande, Dione . En relación con la órbita de la Tierra, el asteroide 2010 TK 7 de 300 metros de diámetro se encuentra en una órbita de renacuajo alrededor del punto líder L 4 . 2020 VT1 sigue una órbita de herradura temporal con respecto a Marte . [4]
