¿Qué define una órbita estable?

No existe una definición claramente definida de lo que es una órbita estable. Las órbitas pueden durar cientos o miles de años, millones, miles de millones o incluso billones de años. No existe una definición clara y ordenada entre estable e inestable.

El Hubble, por ejemplo, gira alrededor de la Tierra cada 97 minutos, y en unos pocos años, principalmente ralentizado por la muy ligera resistencia del aire, se espera que caiga a la Tierra. Muchos satélites, debido a que su equipo no dura para siempre, están diseñados para reducir gradualmente la velocidad debido a la resistencia del aire y caer a la Tierra después de algunas décadas de operación. Los satélites se pueden colocar donde permanecen en órbita mucho más tiempo simplemente moviéndolos un poco más lejos, pero eso tiene pocos beneficios. Es ventajoso que los satélites caigan a la Tierra después de haber cumplido su utilidad.

Las órbitas alrededor de la Luna son más inestables que las órbitas alrededor de la Tierra por 2 razones. Uno, porque la Luna es gravitacionalmente abultada, por lo que las órbitas bajas alrededor de la Luna no permanecen en su lugar por mucho tiempo. Ver aquí _

y dos, porque la Tierra es gravitacionalmente dominante, por lo que la Luna no tiene una esfera montañosa muy grande. A la mecánica celeste no le gusta que los satélites tengan satélites. Ver aquí y aquí . Nuestra luna podría tener un satélite, pero probablemente no sería estable por mucho tiempo, al menos, no mucho en una escala de tiempo celestial.

Los puntos de Troya, L4 y L5 son generalmente estables en un Sistema donde el cuerpo más grande (la Tierra) es más de 25 veces más masivo que el cuerpo más pequeño (la Luna), pero la órbita de nuestra Luna es demasiado excéntrica y demasiado caótica para que los puntos de Troya lunares sean estable durante cualquier período de tiempo. Los puntos L4 y L5 de la Tierra alrededor del sol son más estables y hay algunos pequeños asteroides en los puntos troyanos de la Tierra. L4 y L5 de la Luna no son estables porque la Luna se tambalea demasiado en su órbita. La excentricidad y las perturbaciones tienden a desestabilizar los puntos L4 y L5. Dicho esto, L4 y L5 de la Luna son más estables que L1, L2 y L3.

La luna de Marte, Fobos, está en una órbita en descomposición que puede durar solo 10 millones de años más o menos.

Nuestra Luna, sin embargo, aunque se está alejando lentamente de la Tierra, es lo suficientemente estable como para sobrevivir a nuestro sol. Es estable en la escala de muchos miles de millones de años.

En cuanto a su pregunta "prolongar una órbita a través del poder de la luna", la luna tiende a desestabilizar, no a estabilizar las órbitas alrededor de la Tierra.

Pero aunque los puntos L1 y L2 no son gravitacionalmente estables, siguen siendo lugares útiles para los satélites porque requieren menos ajustes. Los satélites con órbitas que se mueven alrededor de puntos de Lagrange se utilizan a menudo como ubicaciones útiles.

Tome esta extraña órbita alrededor de la Luna, donde el satélite de la NASA se transfiere de L2 a L1 y, en teoría, podría transferirse de un lado a otro sin gastar demasiada energía. Esta no es una órbita "estable" de ninguna manera, pero es un ejemplo de una órbita inestable pero útil para la vida de un satélite.

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El Telescopio James Webb, cuando se lance, orbitará alrededor del punto L2 Lagrange de la Tierra, que no es estable, pero requiere ajustes relativamente pequeños para permanecer en ese orden. También es útil porque la Tierra la protegerá casi por completo del sol y funciona mejor en el espacio frío, lejos de la luz solar.

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Esos son 2 ejemplos de órbitas útiles pero inestables.

La órbita de Júpiter alrededor del sol, por ejemplo, probablemente será estable durante billones de años. ¿Las lunas de Júpiter alrededor de Júpiter? Difícil de decir, con 4 lunas galileanas, es difícil predecir sus órbitas durante largos períodos de tiempo.
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La órbita de la luna es estable en una escala de tiempo de miles de millones de años. La órbita terrestre baja no es estable a largo plazo. Sin embargo, las órbitas geoestacionarias tienen una vida muy larga. Los satélites en órbita geoestacionaria eventualmente serán perturbados (algunos para colisionar con la Tierra, algunos probablemente para escapar) Pero esto tomará mucho más tiempo que la vida humana. A efectos prácticos, las órbitas geoestacionarias son estables. Los satélites geoestacionarios utilizan propulsores para mantener la posición, no para evitar que sus órbitas decaigan.

Más allá de la Tierra, se cree que las órbitas del planeta son estables. Existe una posibilidad muy pequeña de que se desarrolle una resonancia entre Mercurio y Júpiter, y eso podría causar que la órbita de Mercurio cambie sustancialmente (o incluso colisione con otro planeta), en el transcurso de unos 3 mil millones de años. Más generalmente, se sabe que el sistema solar es técnicamente caótico . Si bien las órbitas de los planetas no cambiarán, no es posible predecir la posición de los planetas después de unos 50 a 100 millones de años.

La estabilidad del sistema solar y la órbita geoestacionaria contrasta con las configuraciones orbitales verdaderamente inestables. LEO es inestable debido a la resistencia atmosférica. Muchas configuraciones de 3 cuerpos son inestables y dan como resultado la expulsión de un miembro del sistema.

Un sistema de tres cuerpos puede ser periódico pero inestable, en el sentido de que una perturbación del sistema da como resultado el caos y la expulsión de uno de los miembros del sistema.