magnitud

excentricidad

El término astronómico estándar para el alargamiento orbital, que cuantifica la desviación de un círculo perfecto.
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Descripción

La excentricidad es la medida fundamental de cuánto se desvía una órbita de un círculo perfecto. En astronomía, es un número adimensional entre 0 y 1 (o mayor para trayectorias hiperbólicas) que describe la forma de una órbita elíptica. Una excentricidad de 0 significa una órbita perfectamente circular, mientras que valores cercanos a 1 indican elipses cada vez más alargadas. Este único parámetro codifica una gran cantidad de información sobre la historia de un cuerpo celeste, sus interacciones con otros objetos y el entorno en el que se formó.

Historia

El concepto fue formalizado por Johannes Kepler a principios del siglo XVII, quien descubrió que las órbitas planetarias son elipses con el Sol en uno de los focos. El término 'excentricidad' proviene del griego antiguo 'ekkentros', que significa 'fuera del centro', en referencia al desplazamiento del centro de la elipse respecto al foco.

Cómo funciona

La excentricidad de una órbita está determinada por la energía orbital y el momento angular del objeto. En un sistema de dos cuerpos regido por la gravedad, la forma de la órbita queda fijada por estas cantidades conservadas. Una órbita circular tiene la energía mínima posible para un momento angular dado; cualquier energía adicional estira la órbita convirtiéndola en una elipse. Cuando interactúan múltiples cuerpos, las perturbaciones gravitacionales pueden intercambiar energía y momento angular, cambiando la excentricidad con el tiempo. Por ejemplo, una estrella que pasa o un planeta masivo pueden 'patear' a un cuerpo más pequeño, aumentando su excentricidad, mientras que las interacciones de marea o la fricción dinámica pueden circularizar las órbitas.

En la práctica

La excentricidad se utiliza para detectar exoplanetas (una ligera oscilación orbital revela un compañero), para predecir el momento de los tránsitos y para analizar las señales de ondas gravitacionales provenientes de la fusión de agujeros negros, donde la excentricidad orbital deja una huella distintiva en la forma de onda.

Dato curioso

Mercurio tiene la excentricidad orbital más alta de todos los planetas del Sistema Solar (alrededor de 0.206), lo que fue crucial en la confirmación de la relatividad general por Einstein, ya que explicaba la precesión anómala de su perihelio.

Concept graph →

Fórmulas

$$e \cos \omega = \frac{\pi \Delta t}{2P}$$
Eccentricity and argument of periastron from eclipse timing.
Qué hay en la fórmula
evariableOrbital eccentricity — excentricidad
ωvariableArgument of periastron — argument of periapsis radian
ΔtvariableTime offset in eclipse timing — time offset second
PvariableOrbital period — period second
cosoperadorComputes the cosine of an angle — coseno
$$\dot{\omega} = \frac{6\pi G M}{a(1-e^2)c^2}$$
General relativity predicts periastron advance in binary systems.
Qué hay en la fórmula
\dot{\omega}variablerate of periastron advance — velocidad angular radian per second
Mvariabletotal mass of the binary system — masa kilogram
avariablesemi-major axis of the orbit — longitud metre
evariableorbital eccentricity — excentricidad
GconstanteConstant of universal gravitation. — constante gravitacional = 6.67430e-11 cubic metre per kilogram per second squared
cconstanteSpeed of light in vacuum. — velocidad de la luz = 299792458 metre per second
$$t_{\mathrm{GW}} = \frac{5}{256} \frac{c^5 a^4}{G^3 \mu M^2} (1-e^2)^{7/2}$$
Time for binary to coalesce due to gravitational wave emission.
Qué hay en la fórmula
t_GWvariableGravitational wave coalescence time — coalescence time second
avariableSemi-major axis of the binary orbit — semi major axis metre
muvariableReduced mass of the binary system — reduced mass kilogram
MvariableTotal mass of the binary system — total mass kilogram
evariableEccentricity of the orbit — excentricidad
cconstanteFundamental constant relating distance and time in relativity — velocidad de la luz = 299792458 metre per second
GconstanteConstant determining the strength of gravitational force — constante gravitacional = 6.67430e-11 cubic metre per kilogram per second squared
$$j^2 = a(1-e^2)$$
Specific angular momentum squared in Keplerian orbits.
Qué hay en la fórmula
jvariablespecific angular momentum — specific angular momentum metre squared per second
avariablesemi-major axis — semi major axis metre
evariableorbital eccentricity — excentricidad
$$\Delta\Omega = \frac{4\pi\chi}{(1-e^2)^{3/2}} \left(\frac{r_g}{a}\right)^{3/2}$$
Frame-dragging causes precession of orbital nodes.
Qué hay en la fórmula
\Delta\Omegavariableprecession rate of orbital nodes — velocidad angular radian per second
\chivariabledimensionless spin parameter of central body — dimensionless spin parameter
evariableorbital eccentricity — excentricidad
r_gvariablegravitational radius of central body — longitud metre
avariablesemi-major axis of orbit — longitud metre

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