Kuinkahan nopeasti Parker Solar Probe kulkee valonnopeuteen verrattuna? Jos luotaimen nopeus jaetaan valonnopeudella, saadaan 0,00023. Oikeastaan voimme kirjoittaa tämän muodossa 0.00023c (jossa c on valon nopeus). Se on nopeaa, mutta se ei ole valonnopeuden nopeaa.
Luultavasti näet jotain Parker Solar Probe -luotaimen nopeudesta, joka on merkitty heliosentriseksi nopeudeksi. Mistä siinä on kyse?
Maassa tämä on harvoin ongelma. Jos ajat autollasi 55 mailia tunnissa, kaikki ymmärtävät, että mittaamme tätä nopeutta suhteessa paikallaan olevaan maahan. Itse asiassa nopeudet ovat todella järkeviä vain, kun ne mitataan suhteessa johonkin viitekehykseen. Maapallolla ilmeinen viitekehys on maanpinta.
Entä jos et haluaisi käyttää Maan pintaa viitekehyksenä? Kuvittele, että poliisi pysäyttäisi sinut autollasi ja sanoisi: ”Ai hei, kellotin sinut 67,055 km/h”. Se voisi tosiaan olla totta, koska maapallo ei ole paikallaan. Jotta se kiertäisi Aurinkoa, sen on kuljettava 67 000 mailin tuntinopeudella, jotta se ehtisi kiertää Auringon ympäri yhdessä vuodessa. Kyllä, se on nopeaa (Auringon suhteen).
Jos haluaisit mitata Parker Solar Probe -luotaimen nopeuden Maan suhteen, sinulla olisi vaikeaa, koska sinulla ei olisi vain yhtä arvoa. Kun luotain liikkuu lähemmäs Aurinkoa, luotain ja Maa voivat liikkua eri suuntiin. Joten vaikka nopeus suhteessa Aurinkoon voisi pysyä vakiona, sen nopeus suhteessa Maahan muuttuisi, koska Maa kääntyy kiertoradallaan Auringon ympäri.
Jos todella haluat hullutella, voisit käyttää jotain muuta viitekehystä, kuten galaktista keskusta. Mutta älkäämme nyt sekoilko.
Luotain kulkee vielä nopeammin kuin se jo nyt kulkee. NASA ennustaa hieman nopeampaa nopeutta, kun se lähestyy Aurinkoa vuonna 2024. Mutta miksi se nopeutuu, kun se on lähempänä Aurinkoa?
Tässä on kaksi keskeistä ajatusta. Ensimmäinen on gravitaatiovoima. Tämä on vetovoima Auringon ja luotaimen välillä. Tämän voiman suuruus kasvaa, kun niiden välinen etäisyys pienenee. Voi, älä huoli – et huomaa painovoiman kasvavan, kun siirryt lähemmäs maata. Vaikka siirtyisit 1000 metrin pystysuoran matkan, tämä on merkityksetöntä verrattuna maapallon kokoon, jonka säde on 6,37 miljoonaa metriä.
Toinen osa ongelmaa on ympyräliike. Kuvittele, että avaruusluotain kulkee ympyränmuotoisella kiertoradalla (mikä ei ole todellisuudessa totta). Jotta kappale voisi liikkua ympyrässä, tarvitaan voima, joka vetää sitä kohti ympyrän keskipistettä. Tämän sivuttaissuuntaisen voiman suuruus on verrannollinen kappaleen nopeuden neliöön, mutta kääntäen verrannollinen ympyrän säteeseen. Kun lasken yhteen gravitaatiovoiman ja tarvittavan ympyrävoiman, saan seuraavan lausekkeen radan nopeudelle.
