Hyperbolische Umlaufbahn
Eine hyperbolische Umlaufbahn ist ein offener Orbit, den ein Himmelskörper um ein zentrales Gravitationszentrum beschreibt, wenn seine Bahnexzentrizität größer als 1 ist (e > 1). Im Gegensatz zu elliptischen oder parabolischen Bahnen handelt es sich hierbei um eine offene Kurve: Der Körper nähert sich dem Zentrum an, durchläuft das Perihel und entfernt sich anschließend unbegrenzt. Die Bahnform entspricht einer mathematischen Hyperbel.
Definition und Merkmale
Hyperbolische Bahnen treten in Himmelsmechanik und Astrodynamik auf, wenn die kinetische Energie des Objekts größer ist als die absolute gravitative Bindungsenergie. Das bedeutet: Der Körper ist nicht gravitativ an das Zentralkörper gebunden. Solche Bahnen sind typisch für interstellare Objekte, Vorbeiflüge von Raumsonden (Gravity Assist) oder für Körper, die das Sonnensystem dauerhaft verlassen.
Die Bahn eines Objekts in einem Zentralkraftfeld ist nach dem Zweiten Keplerschen Gesetz eine konische Sektion. Die genaue Bahnform ergibt sich aus der Exzentrizität (e):
- Kreisbahn: e = 0
- Ellipse: 0 < e < 1
- Parabel: e = 1
- Hyperbel: e > 1
Bei einer hyperbolischen Bahn nähert sich der Körper dem Zentrum entlang eines Astes der Hyperbel, erfährt eine Bahnkrümmung im Perihel und verlässt das Zentrum auf einem anderen Ast. Die Bahn ist zeitlich nicht periodisch; der Körper kehrt nicht zurück.
In Bezug auf das Sonnensystem sind alle Körper mit einer solchen Bahn nicht dauerhaft an die Sonne gebunden. Sie werden mit hinreichendem Abstand nie wiederkehren. Das gilt etwa für einige künstliche Sonden (z. B. Voyager 1) oder für interstellare Objekte wie ʻOumuamua und 2I/Borisov.[1][2]
Anwendungen und Beobachtungen
Hyperbolische Bahnen spielen in der Raumfahrttechnik eine wichtige Rolle, etwa bei Swing-By-Manövern (auch Gravity Assist genannt). Raumsonden nutzen die Gravitation eines Planeten, um ihre Bahnenergie zu erhöhen und in eine hyperbolische Flugbahn überzugehen. Ein Beispiel ist die Raumsonde New Horizons, die durch einen Vorbeiflug an Jupiter zusätzliche Geschwindigkeit gewann, um Pluto zu erreichen und später das Sonnensystem zu verlassen.
In der Himmelsbeobachtung ist das Auftreten einer hyperbolischen Bahn ein starkes Indiz für die Herkunft eines Objekts außerhalb des Sonnensystems. So wurde 2017 erstmals ein solches Objekt, 1I/ʻOumuamua, entdeckt. Seine Bahnexzentrizität betrug etwa 1,2 – ein klarer Hinweis auf interstellaren Ursprung. Weitere Objekte mit hyperbolischer Bahn folgten, darunter 2I/Borisov und 3I/ATLAS.
Die Bestimmung einer hyperbolischen Bahn erfordert präzise Beobachtungsdaten über mehrere Nächte. Kleinere Unsicherheiten in der Positionsbestimmung können große Unterschiede in der Bahnexzentrizität verursachen. Daher gilt die eindeutige Bestimmung solcher Bahnen als astronomisch herausfordernd.[3][4]
