SLUNEČNÍ PLACHETNICE – KE ČTENÍ
Pohyb v gravitačním poli
Tlak záření – přehled užitečných vztahů
Jak plachtit
Sluneční plachetnice, která odstartovala ze Země, přebírá oběžný pohyb Země kolem Slunce. Při manévrování se sluneční plachetnicí se nikdy nesnažíme o přímý let k cíli. Na to je tlak slunečního záření příliš malý. Využíváme toho, že plachetnice vykonává oběžný pohyb kolem Slunce a vhodným natočením plachty se snažíme tento pohyb zbrzdit nebo urychlit, a tím dostat plachetnici na bližší nebo vzdálenější orbitu. Pro první pokusy je výhodné neuvažovat gravitační sílu způsobenou přítomností planet, ale manévrovat jen za pomoci dvou sil: tlakové síly záření, která míří kolmo na plachtu a gravitace Slunce, která míří vždy ke Slunci. Vzhledem k tomu, že plachtění je jedním z negravitačních pohybů, závisí výsledek na hmotnosti plachetnice, která se zpravidla udává jako plošná hustota hmoty plachetnice na jednotkovou hmotnost plachet:
| σ = m/S, | (10) |
kde m je hmotnost plachetnice a S celková plocha její plachty. V následujícím příkladu, který je převzatý z numerické simulace popsané ve Wikipedii, šlo o plachetnici se σ = 2 g/m2, která startovala ze Země a byla navedena na oběžnou dráhu kolem Slunce v místě, kde obíhá Země. Jako počáteční podmínka tedy byla vzdálenost od Slunce 150×106 km a oběžná rychlost rovná 30 km/s. Plachta měla plnou odrazivost, tj. tlak byl dvojnásobný, než je uvedeno v tabulce z minulé kapitoly. V průběhu manévrování, které trvalo 45 dní, vykonala plachetnice dráhu podle následujícího obrázku.
Manévrování plachetnice kolem Slunce popsané v textu.
Plachetnice se nejprve vlivem tlaku záření přesouvala směrem od Slunce. Její oběžná rychlost ale klesala až dosáhla minima v bodě P, kde převládlo gravitační přitahování Slunce. V bodě A prolétla plachetnice přísluním a efektem gravitačního praku získala dostatečnou rychlost pro opuštění sluneční soustavy.
Tlak slunečního záření není jediným negravitačním pohybem, který způsobuje nekeplerovské orbity kolem Slunce. Již jsme zmínili tlak slunečního větru, který je ale o tři řády menší než tlak slunečního záření. Důležitý je také Jarkovského jev, při kterém se povrch rotujícího tělesa ohřívá na straně bližší ke Slunci a intenzivně tepelně vyzařuje na odvrácené straně od Slunce. Tím vzniká sice malá, ale dlouhodobě působící Jarkovského síla, která byla poprvé detekována u planetky Golevka v roce 2004. Zajímavá je také anomální rychlost měřená u sond Pioneer, které letí sluneční soustavou již od roku 1973. Nakonec se ukázalo, že za anomální rychlost je zodpovědný asymetrický ohřev sondy od radioizotopových generátorů elektřiny. Ohřátá část sondy vyzařovala tepelné záření, které způsobilo zpětný tah na sondy. U dlouhodobých misí je nutné s negravitačními silami počítat.