El plano de Laplace o plano laplaciano de un satélite planetario , llamado así en honor a su descubridor Pierre-Simon Laplace (1749–1827), es un plano medio o de referencia alrededor de cuyo eje precesa el plano orbital instantáneo de ese satélite .
El nombre de Laplace a veces se aplica al plano invariable , que es el plano perpendicular al vector de momento angular medio de un sistema, pero los dos no deben confundirse. [1] Son equivalentes solo en el caso en que todos los perturbadores y resonancias están lejos del cuerpo en precesión.
El eje de este plano de Laplace es coplanar con, y entre, (a) el eje polar del giro del planeta padre, y (b) el eje orbital de la órbita del planeta padre alrededor del Sol. [2] El plano de Laplace surge porque la oblatividad ecuatorial del planeta padre tiende a causar que la órbita del satélite precese alrededor del eje polar del plano ecuatorial del planeta padre, mientras que las perturbaciones solares tienden a causar que la órbita del satélite precese alrededor del eje polar del plano orbital del planeta padre alrededor del Sol. Los dos efectos actuando juntos dan como resultado una posición intermedia para el eje de referencia para la precesión de la órbita del satélite.
En efecto, se trata del plano normal al polo de precesión orbital del satélite. Es una especie de "plano orbital medio" del satélite, alrededor del cual precesa el plano orbital instantáneo del satélite , y respecto del cual tiene una inclinación adicional constante. [2]
En la mayoría de los casos, el plano de Laplace está muy cerca del plano ecuatorial de su planeta primario (si el satélite está muy cerca de su planeta) o del plano de la órbita del planeta primario alrededor del Sol (si el satélite está lejos de su planeta). Esto se debe a que la intensidad de la perturbación del planeta en la órbita del satélite es mucho mayor para las órbitas cercanas al planeta, pero cae por debajo de la intensidad de la perturbación del Sol para las órbitas más lejanas.
Entre los satélites cuyo plano de Laplace está próximo al plano ecuatorial de su planeta se encuentran los satélites de Marte y los satélites interiores de los planetas gigantes . Entre los satélites cuyo plano de Laplace está próximo al plano orbital de su planeta se encuentran la Luna de la Tierra y los satélites exteriores de los planetas gigantes . Algunos satélites, como Jápeto de Saturno , están situados en la zona de transición y tienen planos de Laplace que están a medio camino entre el plano ecuatorial de su planeta y el plano de su órbita solar.
De modo que las posiciones variables del plano de Laplace a distintas distancias del planeta primario pueden ser descritas como la formación de una superficie deformada o no plana, que puede ser descrita como una serie de anillos concéntricos cuya orientación en el espacio es variable: los anillos más internos están cerca del plano ecuatorial de rotación y achatamiento del planeta, y los anillos más externos cerca de su plano orbital solar. Además, en algunos casos, los satélites más grandes de un planeta (como Tritón de Neptuno ) pueden afectar los planos de Laplace de satélites más pequeños que orbitan el mismo planeta.
El plano de Laplace o laplaceano, como se analiza aquí, se relaciona con la órbita de un satélite planetario. Debe distinguirse de otro plano bastante diferente, también descubierto por Laplace, y que a veces también se denomina "laplaciano" o "plano de Laplace", pero más a menudo plano invariable (o "plano invariable de Laplace"). El plano invariable se deriva simplemente de la suma de los momentos angulares y es "invariable" en todo el sistema, mientras que el plano de Laplace puede ser diferente para diferentes objetos en órbita dentro de un sistema. Confusamente, el plano de Laplace de un satélite (como se define aquí) también se denomina a veces su "plano invariable".
El plano de Laplace es el resultado de efectos perturbadores, que fueron descubiertos por Laplace mientras investigaba las órbitas de las principales lunas de Júpiter (los satélites galileanos de Júpiter, los únicos conocidos en la época de Laplace). Laplace descubrió que los efectos de la fuerza perturbadora solar y de la oblatización del planeta (su abultamiento ecuatorial) daban lugar en conjunto a una "inclinaison propre", una "inclinación propia", en el plano de las órbitas de los satélites, en relación con el plano del ecuador de Júpiter. [3]