Encontros próximos: captura gravitacional temporária e esfera de influência

Abstract

Neste trabalho é feito o estudo do fenômeno da captura gravitacional temporária e do conceito de esfera de influência, considerando o papel da velocidade relativa. Este estudo foi feito através de simulações numéricas do problema circular restrito de três corpos e através do monitoramento da energia do problema de dois corpos. No caso da captura gravitacional temporária nós acompanhamos a variação de energia do problema de dois corpos (partícula-corpo secundário), de uma partícula que sofre um encontro próximo com um corpo massivo (um planeta, por exemplo). A evolução dessa energia mostra se a partícula foi capturada, ou não, para algumas condições iniciais específicas. Este procedimento resultou na obtenção de funções matemáticas que permitem o cálculo do chamado raio de captura em função da velocidade relativa. No estudo numérico da esfera de influencia, a variação da energia do problema de dois corpos no tempo também foi acompanhada, mas desta vez nós acompanhamos a energia do problema partícula-corpo central, para uma partícula que sofre um encontro próximo com o corpo secundário. A evolução desta energia mostra se a partícula foi afetada significativamente, ou não, pela influência gravitacional do corpo secundário, para condições iniciais específicas. Este procedimento resulta na obtenção de funções matemáticas que permitem o cálculo do raio da esfera de influência em função da velocidade relativa. Finalmente, a manobra de swing-by foi aplicada no estudo do caso dos asteróides Vesta e Magnya com o objetivo de explicar sua distante localização orbital em relação aos demais membros da família do asteróide Vesta. Este estudo mostrou que uma mudança na órbita do Magnya não seria proporcionada apenas pelo swing-by, e que ele deveria sofrer a ação de outros mecanismos para causar tal mudança.

This work studies the phenomenom of the temporary gravitational capture and the concept of sphere of influence, taking into account the relative velocity. It has been done through numerical simulations of the restricted three-body problem, and through the analysis of the two-body energy. In the case of the temporary gravitational capture we followed the temporal variation of the two-body energy (particle-secondary body) of a particle that suffers a close enconter with a massive body (a planet, for instance). The evolution of such energy shows if the particle was captured or not, for some specific initial conditions. This procedure results in mathematical functions to calculate the so called capture radius as a function of the relative velocity. In the numerical study of the sphere of influence, we also followed the temporal variation of the two-body energy but, at this time, we followed the energy particle-central body of a particle that suffers a close encounter with a massive body (called secondary body). The evolution of such energy shows if the particle was significantly affected by the gravitational influence of the secondary body or not, for some specific initial conditions. This procedure results in mathematical functions to calculate the sphere of influence as a function of the relative velocity. Finally, the swing-by maneuver was applied in the study of the case of the asteroids Vesta and Magnya, in order to explain its distant orbital localization relative to the localization of the others members of the Vesta’s family. This study showed that a change in the orbit of Magnya would not be proporcioned only by the swing-by, and that the asteroid Magnya should suffer the action of others mechanisms to cause it.