¿Necesitas una velocidad de 0 km/s para chocar contra el sol?

Estaba leyendo un hilo popular sobre el delta-v requerido para escapar del sistema solar en comparación con el delta-v requerido para chocar contra el sol. Lo entiendo: la propia tierra ya tiene una alta velocidad (29,7 km/s), así que solo tienes que seguir empujando para escapar. Pero necesitas perder toda la "velocidad terrestre" (de 29,7 a 0 km/s) para chocar contra el sol. Si comparas ambos, es "más barato" escapar del sistema solar.

La parte que no entiendo es: ¿por qué se necesita una velocidad de 0 km/s para chocar contra el sol? ¿No caerías inevitablemente en espiral hacia la superficie del Sol incluso si fueras más rápido que 0 km/s?

Realmente no necesita "caer en línea recta" (lo que requeriría, de hecho, 0 km / s), ¿ o sí?

Tu velocidad terrestre es perpendicular al sol. Si no te deshaces de todo, siempre pierdes el sol y terminas en una órbita elíptica.
También es posible colocarlo en una órbita hiperbólica donde el periápside se encuentra con el Sol. Esto se haría usando la gravedad de otros planetas.
Posiblemente alguna información importante. La Tierra y todos los demás planetas en realidad se están alejando en espiral del Sol. Para que no giraras en espiral hacia el Sol. Al menos no durante miles de millones de años.
@ user3528438 pero eso solo sería cierto si el "sol" fuera un punto infinitamente pequeño, ¿no es así? el sol es grande y no entiendo porque necesitas 0m/s para llegar a su superficie.
@ user3528438 El sol no es un objeto puntual. Si coloca su periápside en la fotosfera, se quemará (realmente no puede chocar contra el sol, incluso sin contar la energía radiante, el calentamiento de entrada lo destruirá antes de que llegue a algo lo suficientemente sólido como para detenerlo), no vuelve a subir
@LorenPechtel sí, en mi pregunta, llegar a la fotosfera cuenta como "chocar" :)
Tenga en cuenta que no existe tal cosa como "girar en espiral hacia algo". Ni las estrellas, ni los planetas, ni los agujeros negros son aspiradoras cósmicas que aspiran activamente cosas. A menos que alguna fuerza externa actúe sobre un cuerpo (o encuentre un arrastre significativo), las órbitas permanecen como estaban.
Técnicamente, ¿cómo puede uno "chocar" contra el Sol? No hay superficie dura para un "choque" de descenso. Ni siquiera hay gas lo suficientemente denso para reducir la velocidad antes de que el calor se evapore.
Creo que lo que realmente debería mencionarse es que chocar (o caer en picado si lo prefieres) no tiene por qué ser tan caro si no tienes prisa. Se llama transferencia bi-elíptica. Aceleras hacia adelante, casi en una trayectoria de escape (~12,7 km/s, 8 de los cuales son necesarios para salir de la Tierra, en órbita baja), y en el apoapsis serás muy lento, llegando a ese "cero". será realmente barato. Entonces te sumergirás en el Sol desde algún lugar de la nube de Oort, pero tardarás al menos un par de décadas.
Parker Solar Probe es un ejemplo del trabajo necesario para reducir la velocidad de algo y acercarlo al Sol.
Tenga en cuenta que las órbitas son completamente reversibles: cualquier trayectoria orbital se desarrollará exactamente igual al revés si hace funcionar el reloj al revés (aterrizar un cohete es simplemente despegar al revés). Si realmente pudieras "girar hacia el sol" sin hacer nada, eso significaría que podrías salir del sol "gratis", lo cual es intuitivamente imposible. Pero requiere exactamente la misma transferencia de energía que en espiral , solo que hacia atrás.
Hay una razón por la cual la trayectoria clásica de choque contra el sol es una asistencia de gravedad de Júpiter.
@Nuclear Wang: Que "sin espiral" sería cierto en un universo ideal. En éste, el Sol, como la mayoría de los planetas, tiene atmósfera. Acérquese lo suficiente y experimentará fricción, lo que significa que perderá energía gradualmente y eventualmente chocará contra el cuerpo. Es por eso que los satélites en LEO eventualmente se desorbitan, si no se vuelven a impulsar como la ISS.
@jamesqf Sí, la reversibilidad de las órbitas solo funciona en situaciones sin fuerzas no conservativas como la fricción atmosférica. Es una buena aproximación a la realidad para la mayor parte del espacio, pero se descompone cuando estás lo suficientemente cerca de una atmósfera para experimentar la resistencia. El espesor de la atmósfera del sol es <0,1 % de su radio, por lo que si estás experimentando resistencia, prácticamente ya estás en el sol, según la escala del sistema solar.
@Nuclear Wang: Eso, por supuesto, depende de lo que consideres como atmósfera. Según una definición, podría decirse que se extiende mucho más allá de la órbita de Plutón. Admito que vas a tener que esperar un tiempo para que el roce haga efecto a esa distancia :-)
@ker2x: El sol es grande, pero en comparación con su distancia al sol (es decir, la altura orbital de la Tierra), el sol es un pequeño punto. No necesitas exactamente 0 km/s, pero no hace falta mucha velocidad para perder el sol. Esencialmente, si te mueves hacia los lados> el radio del sol durante el tiempo que te lleva "caer en" el sol, entonces te lo pierdes. Es un viaje largo, por lo que incluso a baja velocidad es probable que falle. Por lo tanto, debe estar cerca de 0 km/s para evitar moverse demasiado hacia los lados.
@ker2x, tenga en cuenta que la mayoría de las respuestas a continuación no son correctas. La velocidad a la que vas no tiene nada que ver con si chocas contra el sol o no, siempre que tu velocidad no sea vero. Los comentarios se refieren a reducir su "velocidad", pero eso también es una tontería. La velocidad es un vector, tiene magnitud (tu velocidad) y una dirección (una tangente a la órbita). Debe aplicar energía para rotar la dirección de los vectores, por lo que no es una tangente, sino una línea que se cruza con el sol. Esto se puede hacer independientemente del tamaño de los vectores. Una velocidad de 0 km/s significa que está parado y no chocará en absoluto.
@Innovine: es su comentario el que es incorrecto. Las respuestas son correctas, asumiendo una sola quemadura en la órbita de la Tierra y sin asistencia de gravedad de otros planetas. Re "Una velocidad de 0 km/s significa que está parado y no chocará en absoluto". Esto es incorrecto. Parece que te estás olvidando de la gravedad. Una velocidad instantánea de cero significa que el objeto chocará con el Sol ya que el objeto está en una trayectoria radial.

Respuestas (7)

¿No caería inevitablemente en espiral hacia la superficie del sol incluso si fuera más rápido que 0 km/s?

No. En escalas de tiempo razonables, una órbita tendrá una distancia fija de máxima aproximación, llamada "periapsis". (Estas escalas de tiempo se acortan si estás lo suficientemente cerca de lo que estás orbitando como para que una atmósfera pueda arrastrarte hacia abajo).

Realmente no necesita "caer en línea recta" (lo que requeriría, de hecho, 0 km / s), ¿o sí?

Verdadero. 0 km/s sería necesario para llegar al centro del sol. Podemos resolver la velocidad necesaria para bajar el periápside por debajo del radio del sol. Según Wikipedia , la primera quema para una transferencia Hohmann toma un delta-V de

Δ v = m r 1 ( 2 r 2 r 1 + r 2 1 )

Para la transferencia que estamos considerando

Conectando todo eso a Python, encuentro que necesitamos un delta-V de -26.9 km/s para rozar la superficie del sol. Suponiendo que su cifra de 29,7 km/s fuera correcta, hemos perdido el 90% de nuestra velocidad centrada en el sol para hacer esto.

Gracias, ahora entiendo. Como señaló @ user123, no hace mucha diferencia en el gran esquema de las cosas. Una pregunta rápida: das un "delta-v negativo". ¿Debería entender que significa que, para estrellarse contra la superficie del sol, debe desacelerar 26,9 km/s y, por lo tanto, necesita una velocidad de 1 km/s (o menos). correcto ?
@ker2x tiene razón en que el negativo indica que delta-V es una desaceleración (del mismo modo que, para r_2> r_1, se requiere una aceleración), pero 29.7 - 26.9 es 2.8. Así que no 1 km/s o menos.
Realmente necesito dormir... ¡gracias de nuevo! (¡buenas noches!)
¡Ey, eso no está mal, en realidad! Siendo la ecuación del cohete lo que es, 3 km/s no es nada despreciable.
@ErinAnne, la otra opción es acelerar hacia el Sol para que vaya lo suficientemente rápido como para que la velocidad lateral no importe. Ignorando la gravedad, un delta-V de 6387 km/s hacia el interior del Sol debería hacerlo, para un tiempo de vuelo de poco más de 6,5 horas.
@Mark Tiendo a pensar en las opciones de ascender primero como "la otra opción", pero un 2% c delta-V directamente hacia el sol ciertamente está en algún lugar de la lista, jajaja. Aunque mientras lo hace, también puede cancelar esa velocidad lateral, solo para asegurarse de que está apuntando correctamente.
Esto es completamente incorrecto. Puede chocar contra el sol a cualquier velocidad que no sea 0, tan pulmonar como su velocidad esté en la dirección adecuada. Si tiene una velocidad de cero, está inmóvil, por lo tanto, no está a punto de chocar contra nada.
@Innovine estamos hablando aquí de comenzar en una órbita solar en la Tierra. Tienes que reducir drásticamente tu velocidad inicial para poder dirigir tu velocidad en "la dirección apropiada". Reducir esa velocidad a cero significa que caes directamente al sol bajo su influencia gravitatoria. Tener una velocidad tangencial mayor que la indicada anteriormente (2,8 km/s) a 1 UA del sol significa que la gravedad solar por sí sola no es suficiente para rozar el sol (aquí, a 695 700 km de su centro).
@ErinAnne "Tienes que reducir drásticamente tu velocidad inicial para poder dirigir tu velocidad" es totalmente incorrecto. Estás confundiendo velocidad con velocidad tangencial. La velocidad es un vector. 2.8kms es una velocidad (un escalar). Puede tomar esa velocidad inicial y, al aplicar una aceleración a lo largo de la dirección del nadir, retener exactamente la misma magnitud de velocidad, mientras cambia la dirección en un curso de colisión con el sol. En todo momento se pueden mantener los 2,8 km/s iniciales. La cantidad de Kerbals que publican respuestas incorrectas es asombrosa.
¿Por qué sigue siendo una respuesta votada y aceptada? "Sería necesario 0 km/s para dar en el centro del sol" es físicamente imposible. Una velocidad de 0 significa que no te estás moviendo y no puedes chocar con nada.
@Innovine, siéntase libre de ampliar sus argumentos en una respuesta adecuada. No pretenderé que mi respuesta sea la única correcta (aunque creo que responde a la pregunta), pero lo que ha expuesto hasta ahora no me resulta muy convincente. Puede agregar absolutamente la velocidad radial en lugar de trabajar con su velocidad tangencial, pero creo que encontrará que esos delta-V son mucho más altos que los establecidos en las otras respuestas. Tenga en cuenta que estamos describiendo condiciones iniciales que luego evolucionan bajo la influencia de la gravedad del sol y, por favor, deje de llamar Kerbals a las personas.
Creo que todos respondemos la pregunta asumiendo que "velocidad" significa "velocidad tangencial", en relación con el sol. podriamos discutir todo el dia por eso, porque el sol tampoco tiene velocidad nula asi que... acepte esta respuesta porque la primera y entendí lo que estaba escrito :)

Necesita menos de 2866 m/s de velocidad orbital a 1 AU para estrellarse contra el Sol.

Técnicamente, no es necesario reducir la velocidad exactamente a 0 m/s en relación con el Sol para chocar contra él. Calculemos la velocidad aproximada requerida para rozar la "superficie" del Sol. Esta es una excelente respuesta sobre cómo calcular la apoapsis y el periapsis de una órbita.

En primer lugar, la Tierra está a unos 150 000 000 km del centro del Sol. Queremos obtener un perihelio de 700 000 km desde el centro del Sol (el radio del Sol es de unos 697 000 km, por lo que está a unos 3000 km sobre la "superficie").

Así que trabajemos al revés. Para calcular la excentricidad, utilice:

mi = r a r pag r a + r pag
cual es
mi = 1.5 × 10 11 7 × 10 8 1.5 × 10 11 + 7 × 10 8
por lo tanto, mi = 0.99071 . Ahora busquemos qué velocidad necesitamos en el apoapsis (punto de partida) para tener un periapsis de 700 000 km. Trabajemos al revés.
a = r pag 1 | mi |
cual es
a = 7 × 10 8 1 0.99701
y por lo tanto,
a = 7.535 × 10 10   metro
Calcule la energía específica orbital (necesitamos usar el GM del Sol, que es 1.327 × 10 20 ):
mi = GRAMO METRO 2 a
entonces,
mi = 1.327 × 10 20 2 × ( 7.535 × 10 10 )
y por lo tanto, mi = 880557398.8 . Ahora solo calculamos la velocidad a 150 millones de km.
V = 2 ( mi + GRAMO METRO r )
valores sustitutivos (recuerde, r es de 150 millones de km).
V = 2 ( 880557398.8 + 1.327 × 10 20 1.5 × 10 11 )
y V = 2866.8 metro / s .

Podemos concluir que necesitamos unos 2867 m/s de velocidad a una distancia de 150 millones de km para obtener un periápside de 700 000 km que se encuentra justo por encima de la superficie del Sol. Lo que significa que necesitas un Δ V de 26.914 k metro / s porque la velocidad de la Tierra es de unos 29 km/s. Dado que 26 km/s de delta v es MUCHO, lo que hacen la mayoría de las naves espaciales es ir a uno de los planetas exteriores (como Júpiter) y usar la asistencia de la gravedad para desacelerar. La velocidad orbital disminuye con la distancia.

Y la Tierra perdería su energía orbital y se movería en espiral y chocaría contra el Sol, pero eso llevaría miles de millones de años. Los satélites tardan muchos años en salir de la órbita de la Tierra debido a la atmósfera y la actividad del Sol. Pero antes de que la Tierra pierda su energía orbital, el Sol se expandiría hasta convertirse en una Gigante Roja y posiblemente se tragaría a la Tierra.

Usted nota en los comentarios sobre la pregunta que la Tierra está en espiral, entonces, ¿por qué contradecir eso en el último párrafo de esta respuesta?
Hay pocos efectos que hacen que la Tierra entre y salga en espiral. El dominante ahora es probablemente el efecto de marea que empuja a la Tierra hacia afuera. En algún momento (una gran cantidad de miles de millones de años a partir de ahora) la emisión de energía gravitatoria predominará y la Tierra caerá en espiral.
Creo que estoy malinterpretando el "eso tomaría miles de millones de años" en el último párrafo aquí. Es la misma declaración y solo la estoy analizando mal (analizando esta como "actualmente está en espiral, pero golpear el sol tomará miles de millones de años"). Mi error. (Aunque pensé que el sol se expandiría a gigante rojo antes de que ocurriera una espiral hacia abajo)
@fraxinus La emisión de ondas gravitacionales es completamente insignificante y nunca se volverá dominante. Júpiter emite del orden de 200 W, la Tierra probablemente solo un puñado de W, y disminuye con el aumento de la órbita. Correr hacia el polvo espacial y las rocas de frente a 30 km/s probablemente superará los efectos de GW para siempre (hasta que la Tierra sea vaporizada por el Sol).
Por favor, ¿podría cambiar este "2866 m/s" a algo menos ambiguo (para un lector de inglés no nativo)? solo descubrí que es 2.866 k metro / s y no 2.866 metro / s después de haber leído hasta el final de su respuesta, y hasta eso estaba muy sorprendido de que uno necesite una velocidad tan pequeña (¡sin saber exactamente qué orden de magnitud debería ser en realidad)!
@Ruslan Está bien. He quitado la coma. En el Reino Unido, EE. UU. y Canadá, usamos comas para separar los dígitos y un punto para indicar un decimal. Sé que otros países hacen lo contrario.
Por cierto, tu uso del perigeo y el apogeo es incorrecto: son los ábsides de una órbita alrededor de la Tierra. Para una órbita alrededor del Sol, los términos apropiados son perihelio y afelio. Consulte la tabla en la descripción de la primera figura de esta página .
Esta respuesta es incorrecta. Puede cambiar la órbita de la órbita circular inicial a un curso de colisión con el sol sin reducir su velocidad (la magnitud del vector de velocidad). Solo necesita cambiar la dirección del vector (aplicar una fuerza en la dirección del nadir).

Y ten en cuenta que si quieres tomar el sol, la forma más barata (¡pero lenta !) de hacerlo es salir . 12,32 km/s te llevará al infinito, en el infinito una quemadura de 0 m/s matará tu velocidad orbital y entrarás directamente. Por supuesto, esto llevará un tiempo infinito, pero incluso ir tan lejos como la órbita de Júpiter significa que Usa menos energía para soltar tu periapsis que si lo hubieras hecho directamente.

La forma más económica es dirigirse a Júpiter y usarlo para reducir la velocidad.

¿No es Marte lo suficientemente bueno?
@fraxinus esa podría ser una nueva pregunta interesante
Para un ejemplo de la vida real (sin estrellarse, pero bastante cerca) usamos Venus en.wikipedia.org/wiki/Parker_Solar_Probe#Trajectory
Tomará un tiempo infinito... a menos que traiga una lata de aerosol de repuesto y se dé un pequeño empujón hacia el sol para comenzar.
@J... Sí, tenga en cuenta mi quemadura de 0 m/s (que obviamente no es posible) en el infinito, frente a menos que el camino directo si mata su velocidad en Júpiter. Cuanto más te alejes, menor será la quemadura necesaria.
@ViktorMellgren, tenga en cuenta que Parker Solar Probe está utilizando siete sobrevuelos de Venus, mientras que el plan original de la misión requería un solo sobrevuelo de Júpiter para obtener la misma caída de periapsis, más un cambio de inclinación a una órbita polar.
Esto se conoce como transferencia bielíptica. ( en.wikipedia.org/wiki/Bi-elliptic_transfer ). Esto no es lo mismo que la trayectoria de Parker (que voló en una trayectoria directa y utiliza la asistencia de la gravedad para reducir aún más el perigeo).

Ya hay muchas respuestas muy buenas, pero vale la pena agregar una explicación simple:

Si quieres dar con el sol, tienes que dirigirte directamente al sol, de lo contrario te lo perderás.

Y en el espacio perder el sol en el primer intento significa que nunca lo alcanzarás. O tienes suficiente velocidad para dejar el sistema solar en un curso parapólico, o terminarás en una órbita elíptica que toca el sol o no lo alcanza, en cada giro. Sin empuje activo, en el espacio no existe una trayectoria en espiral.

Dicho esto, la órbita terrestre te da una velocidad lateral de 29 km/s, por lo que si quieres dirigirte directamente hacia el sol, debes compensar esa velocidad.

1. Matemáticas

Otra versión de la respuesta de @StarMan usando solo la ecuación prolífica vis-viva para encontrar la velocidad mínima a 1 AU que rozará el Sol:

v 1 A tu 2 = GRAMO METRO S tu norte ( 2 1 A tu 2 r pag mi r i + r a pag o )

dónde GRAMO METRO S tu norte es 1.327 × 10 20   metro 3 / s 2 , a = ( r pag mi r i + r a pag o ) / 2 y r pag mi r i es el radio del Sol.

No es coincidencia que esto también se vea exactamente como la respuesta de @ErinAnne ; hay tantas maneras de hacer cumplir las leyes de conservación.

el minimo de v 2 será donde r a pag o también es 1 AU ( 1.496 × 10 11   metro ).

Con r S tu norte = 6.957 × 10 8 metro eso da 2865 m/s confirmando las otras respuestas.

https://space.stackexchange.com/search?q=%22vis-viva%22


2. Física

¿No caería inevitablemente en espiral hacia la superficie del sol incluso si fuera más rápido que 0 km/s?

Eso podría suceder pasivamente si el objeto tuviera ciertas características peculiares ya sea por diseño o por coincidencia.

Vela solar

Arrastre de Poynting-Robertson

Un objeto que orbita cerca del Sol podría, bajo algunas circunstancias especiales, girar lentamente en espiral hacia el Sol, pero tomaría mucho tiempo incluso para una mota de polvo, mucho más que para una vela solar.

sí, me di cuenta después del hecho de que necesita disminuir la velocidad con el tiempo (por ejemplo, arrastrar) para descender en espiral hacia el sol. estaba muy cansada cuando publiqué esto -_-... gracias por todos los enlaces, esa es información interesante :)

No es necesario que disminuya la velocidad por completo, pero la diferencia entre bajar el periápside hasta el centro del sol en comparación con su superficie no es tanta en el gran esquema de las cosas.

Además, incluso acercarse al sol tendrá suficiente radiación para causar problemas. La "superficie" no es realmente un cambio definido, es mucho más gradual.

El sol es PEQUEÑO en comparación con 1 UA, la distancia de la Tierra al Sol. Si realmente quieres llegar al núcleo, 0 km/s es el camino a seguir. Si solo quiere golpear el sol (por ejemplo, si desea arrojar desechos nucleares allí por cualquier motivo), solo necesita reducir la velocidad ... mucho. Pero no precisamente a 0 km/s. Por supuesto, esto supone que estás usando cohetes puros. Podría reducir la velocidad, aunque muy lentamente, con algún tipo de vela solar. También podría haber alguna otra forma, conocida o no, que sea más eficiente para los esfuerzos de azotar el sol.

EDITAR 1

Una forma más fácil de alcanzar el sol que ~0 km/s es ir a la región exterior del sistema solar, ya que esto hace que sea más fácil reducir la velocidad... y dar el último salto.

Traté de poner una respuesta de principiante ya que no soy muy bueno en la física de esta situación.
Además, para la edición, utilicé la información de arriba para la estrategia.