Tähtitieteessä apsis, monikossa apsidit (IPA: /apsɪdɪːz/) on tähtitieteellisen kohteen elliptisen radan suurin tai pienin etäisyys sen vetovoimakeskuksesta, joka on yleensä järjestelmän massakeskipiste.
Lähimmän lähestymiskohtaa kutsutaan periapsikseksi tai perisentriksi ja kauimmaista ekskursiokohtaa apoapsikseksi (kreikaksi από, mistä tulee απ ennen vokaalia ja αφ ennen karkeaa hengitystä), apocentriksi tai apapsikseksi (jälkimmäinen termi on etymologisesti oikeampi, mutta sitä käytetään paljon vähemmän). Periapsiksen ja apoapsiksen kautta vedetty suora viiva on apsidien viiva. Tämä on ellipsin pääakseli, joka kulkee ellipsin pisimmän osan läpi.
Samanlaisia sanoja käytetään kiertoradalla olevan kappaleen tunnistamiseen. Yleisimpiä ovat perigeum ja apogeum, jotka viittaavat Maan kiertorataan, sekä periheli ja apheli, jotka viittaavat Auringon kiertorataan (kreikaksi 'ήλιος hēlios sun). Apollo-ohjelman aikana kuusta käytettiin termejä perisynteesi ja aposynteesi.
Matemaattinen ja fysikaalinen kuvaus
Apsidit määrittyvät radan eksentrisyyden e ja puoliakselin a avulla ellipsin tapauksessa. Etäisyydet vetovoimakeskukseen ovat:
- Periapsis: r_peri = a(1 − e)
- Apoapsis: r_apo = a(1 + e)
Tässä tapauksessa vetovoimakeskus sijaitsee ellipsin toisessa polttopisteessä (fokus). Jos radan eksentrisyys on nolla (pyöreä rata), periapsis ja apoapsis ovat samat etäisyydet. Parabolisen tai hyperbolisen kulkureitin tapauksessa on yleensä vain periapsis (kadenssi radan lähimmälle kohteelle); hyperbolisella radalla ei ole apoapsista, koska kappale poikkeaa ikuisesti.
Nopeudet periapsiksessa ja apoapsiksessa
Kappaleen nopeus radalla riippuu etäisyydestä ja järjestelmän gravitaatioparametrista μ = G(M1+M2). Vis–viva-yhtälö antaa nopeuden millä tahansa radan pisteellä:
v = sqrt( μ (2/r − 1/a) )
Tästä seuraa, että periapsiksessa nopeus on suurin ja apoapsiksessa pienin. Tätä hyödyntävät mm. kaasurakettien polttomanööverit ja siirtoradat (esimerkiksi Hohmann-siirtoissa peri- ja apoapsista käytetään energiavaihdoksiin).
Orbitaalinen dynamiikka ja apsidien liike
Apsidien viiva ei ole aina paikallaan: epätäydelliset massanjakaumat, muiden kappaleiden vetovoima ja relativistiset vaikutukset aiheuttavat apsidien precession eli hitaasti etenevän kierron. Tunnetuin esimerkki on Merkuriuksen perihelion esisynty, jonka pientä ennakkoa selittää yleinen suhteellisuusteoria täydentäen Newtonin mekanikasta johtuvaa ennustetta.
Nimitykset ja käytännön esimerkkejä
Erilaisille keskuksille on kehitetty nimityksiä peri- ja apo‑kohtien ilmaisemiseksi. Tunnettuja esimerkkejä:
- Maata varten: perigee / apogee (suomennoksena usein perigeum/apogeum)
- Auringon ympärillä: perihelion / aphelion
- Tähtipareille: periastron / apastron
- Jupiterradalla: perijove / apojove
- Yleistermi englanniksi: pericenter / apocenter
Nimitykset auttavat erityisesti soveltaessa havaintoja, suunniteltaessa satelliittien ratoja ja ajoittaessa ohitus- tai jarrutusmanevreja avaruusalusten laukaisuissa.
Käyttötarkoitukset ja havainnot
Apsideja seurataan ja ennustetaan tarkasti satelliittien, planeettojen ja eksoplaneettojen tapauksissa. Peri- ja apo‑kohtien sijainti määrää mm. ilmakehän vuorovaikutuksen satelliitin kanssa, valaistuksen vaihtelut planeettojen pinnalla (esim. vuodenaikavaikutuksia pienellä mittakaavalla) sekä energianvaihdot siirtoratoja suunniteltaessa. Apsidien esisynty tarjoaa myös arvokasta tietoa massajaosta ja muiden kappaleiden vaikutuksesta järjestelmässä.
Lisätietoa
Periaatteet, jotka koskevat apsideja, perustuvat klassiseen keplerilaiseen liikkeeseen ja Newtonin gravitaatiolakiin, mutta tarkat ennusteet vaativat usein myös muiden kappaleiden häiriöiden ja relativististen korjausten huomioon ottamista. Siksi sekä tähtitieteilijät että lennonjohdon asiantuntijat seuraavat peri- ja apo‑kohdan muutoksia jatkuvasti.
