Inclinación orbital

Fig. 1: inclinación orbital representada por i (verde oscuro), junto con otros parámetros orbitales fundamentales

Inclinación orbital mide la inclinación de la órbita de un objeto alrededor de un cuerpo celeste. Se expresa como el ángulo entre un plano de referencia y el plano orbital o eje de dirección del objeto en órbita.

Para un satélite que orbita la Tierra directamente sobre el ecuador, el plano de la órbita del satélite es el mismo que el plano ecuatorial de la Tierra y la inclinación orbital del satélite es 0°. El caso general de una órbita circular es que está inclinada, pasando la mitad de una órbita sobre el hemisferio norte y la otra mitad sobre el sur. Si la órbita osciló entre 20° de latitud norte y 20° de latitud sur, entonces su inclinación orbital sería de 20°.

Órbitas

La inclinación es uno de los seis elementos orbitales que describen la forma y la orientación de una órbita celeste. Es el ángulo entre el plano orbital y el plano de referencia, normalmente expresado en grados. Para un satélite que orbita alrededor de un planeta, el plano de referencia suele ser el plano que contiene el ecuador del planeta. Para los planetas del Sistema Solar, el plano de referencia suele ser la eclíptica, el plano en el que la Tierra gira alrededor del Sol. Este plano de referencia es más práctico para los observadores terrestres. Por lo tanto, la inclinación de la Tierra es, por definición, cero.

En cambio, la inclinación se puede medir con respecto a otro plano, como el ecuador del Sol o el plano invariable (el plano que representa el momento angular del Sistema Solar, aproximadamente el plano orbital de Júpiter).

Satélites naturales y artificiales

La inclinación de las órbitas de los satélites naturales o artificiales se mide en relación con el plano ecuatorial del cuerpo que orbitan, si orbitan lo suficientemente cerca. El plano ecuatorial es el plano perpendicular al eje de rotación del cuerpo central.

Una inclinación de 30° también podría describirse usando un ángulo de 150°. La convención es que la órbita normal es progresiva, una órbita en la misma dirección en que gira el planeta. Las inclinaciones superiores a 90° describen órbitas retrógradas (hacia atrás). Por lo tanto:

• Una inclinación de 0° significa que el cuerpo orbitante tiene una órbita progradante en el plano ecuatorial del planeta.
• Una inclinación superior a 0° y menos de 90° también describe una órbita de progrado.
• Una inclinación de 63.4° es a menudo llamada un inclinación crítica, al describir satélites artificiales orbitando la Tierra, porque tienen cero apogeo deriva.
• Una inclinación de exactamente 90° es una órbita polar, en la que la nave espacial pasa sobre los polos del planeta.
• Una inclinación superior a 90° y inferior a 180° es una órbita retrogradada.
• Una inclinación de exactamente 180° es una órbita ecuatorial retrograda.

Para las lunas generadas por impactos de planetas terrestres no muy lejos de su estrella, con una gran distancia planeta-luna, los planos orbitales de las lunas tienden a alinearse con la órbita del planeta alrededor de la estrella debido a las mareas de la estrella, pero si la distancia entre el planeta y la luna es pequeña, puede estar inclinada. Para los gigantes gaseosos, las órbitas de las lunas tienden a estar alineadas con el ecuador del planeta gigante, debido a que estos se formaron en discos circunplanetarios. Estrictamente hablando, esto se aplica solo a los satélites regulares. Los cuerpos capturados en órbitas distantes varían mucho en sus inclinaciones, mientras que los cuerpos capturados en órbitas relativamente cercanas tienden a tener inclinaciones bajas debido a los efectos de las mareas y las perturbaciones de los grandes satélites regulares.

Exoplanetas y sistemas estelares múltiples

La inclinación de los exoplanetas o miembros de sistemas estelares de estrellas múltiples es el ángulo del plano de la órbita en relación con el plano perpendicular a la línea de visión desde la Tierra hasta el objeto.

• Una inclinación de 0° es una órbita face-on, lo que significa que el plano de la órbita de la exoplanet es perpendicular a la línea de visión con la Tierra.
• Una inclinación de 90° es una órbita arista, lo que significa que el plano de la órbita de la exoplanet es paralelo a la línea de visión con la Tierra.

Ya que la palabra "inclinación" se usa en estudios de exoplanetas para esta inclinación de la línea de visión, el ángulo entre la órbita del planeta y el eje de rotación de su estrella se expresa usando el término 'ángulo de giro de la órbita'. o "alineación de giro-órbita". En la mayoría de los casos, se desconoce la orientación del eje de rotación de la estrella.

Debido a que el método de velocidad radial encuentra más fácilmente planetas con órbitas más cercanas al canto, la mayoría de los exoplanetas encontrados por este método tienen inclinaciones entre 45° y 135°, aunque en la mayoría de los casos se desconoce la inclinación. En consecuencia, la mayoría de los exoplanetas encontrados por velocidad radial tienen masas reales no más del 40 % mayores que sus masas mínimas. Si la órbita es casi frontal, especialmente para superjovianos detectados por velocidad radial, entonces esos objetos pueden ser enanas marrones o incluso enanas rojas. Un ejemplo particular es HD 33636 B, que tiene una masa real de 142 M_J, correspondiente a una estrella M6V, mientras que su masa mínima fue de 9,28 M_J.

Si la órbita está casi de canto, se puede ver al planeta transitando su estrella.

Cálculo

Componentes del cálculo de la inclinación orbital del vector de impulso

En la astrodinámica, la inclinación i{displaystyle i} puede ser calculado desde el vector del impulso orbital h{displaystyle h} (o cualquier vector perpendicular al plano orbital) como

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La inclinación mutua de dos órbitas se puede calcular a partir de sus inclinaciones a otro plano usando la regla del coseno para ángulos.

Observaciones y teorías

La mayoría de las órbitas planetarias del Sistema Solar tienen inclinaciones relativamente pequeñas, tanto entre sí como con respecto al ecuador del Sol:

Por otro lado, los planetas enanos Plutón y Eris tienen inclinaciones a la eclíptica de 17° y 44° respectivamente, y el gran asteroide Palas tiene una inclinación de 34°.

En 1966, Peter Goldreich publicó un artículo clásico sobre la evolución de la órbita de la Luna y sobre las órbitas de otras lunas del Sistema Solar. Demostró que, para cada planeta, existe una distancia tal que las lunas más cercanas al planeta que esa distancia mantienen una inclinación orbital casi constante con respecto al ecuador del planeta (con una precesión orbital debida principalmente a la influencia de las mareas de del planeta), mientras que las lunas más lejanas mantienen una inclinación orbital casi constante con respecto a la eclíptica (con precesión debida principalmente a la influencia de las mareas del sol). Las lunas de la primera categoría, con la excepción de Tritón, la luna de Neptuno, orbitan cerca del plano ecuatorial. Concluyó que estas lunas se formaron a partir de discos de acreción ecuatoriales. Pero descubrió que la Luna, aunque una vez estuvo dentro de la distancia crítica de la Tierra, nunca tuvo una órbita ecuatorial como se esperaría de varios escenarios para su origen. Esto se conoce como el problema de la inclinación lunar, al que desde entonces se han propuesto varias soluciones.

Otro significado

Para los planetas y otros cuerpos celestes en rotación, el ángulo del plano ecuatorial en relación con el plano orbital, como la inclinación de los polos de la Tierra hacia el Sol o alejándose del mismo, a veces también se denomina inclinación, pero menos los términos ambiguos son inclinación axial u oblicuidad.