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On the local and global properties of gravitational spheres of influence

Authors :
F Pierret
D Souami
Jacky Cresson
Christophe Biernacki
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique = Laboratory of Space Studies and Instrumentation in Astrophysics (LESIA)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)
Laboratoire de Mathématiques et de leurs Applications [Pau] (LMAP)
Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
MOdel for Data Analysis and Learning (MODAL)
Laboratoire Paul Painlevé (LPP)
Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lille, Sciences et Technologies-Inria Lille - Nord Europe
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Evaluation des technologies de santé et des pratiques médicales - ULR 2694 (METRICS)
Université de Lille-Centre Hospitalier Régional Universitaire [Lille] (CHRU Lille)-Université de Lille-Centre Hospitalier Régional Universitaire [Lille] (CHRU Lille)-École polytechnique universitaire de Lille (Polytech Lille)
Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Ephémérides (IMCCE)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Lille-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (LESIA (UMR_8109))
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)
Inria Lille - Nord Europe
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire Paul Painlevé - UMR 8524 (LPP)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lille-Evaluation des technologies de santé et des pratiques médicales - ULR 2694 (METRICS)
Université de Lille-Centre Hospitalier Régional Universitaire [Lille] (CHRU Lille)-Université de Lille-Centre Hospitalier Régional Universitaire [Lille] (CHRU Lille)-École polytechnique universitaire de Lille (Polytech Lille)-Université de Lille, Sciences et Technologies
Source :
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2020, 496 (4), pp.4287-429. ⟨10.1093/mnras/staa1520⟩, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Oxford University Press (OUP): Policy P-Oxford Open Option A, 2020, 496 (4), pp.4287-429. ⟨10.1093/mnras/staa1520⟩
Publication Year :
2020
Publisher :
Oxford University Press (OUP), 2020.

Abstract

We revisit the concept of sphere of gravitational activity, to which we give both a geometrical and physical meaning. This study aims to refine this concept in a much broader context that could, for instance, be applied to exo-planetary problems (in a Galactic stellar disc-Star-Planets system) to define a first order "border" of a planetary system. The methods used in this paper rely on classical Celestial Mechanics and develop the equations of motion in the framework of the 3-body problem (e.g. Star-Planet-Satellite System). We start with the basic definition of planet's sphere of activity as the region of space in which it is feasible to assume a planet as the central body and the Sun as the perturbing body when computing perturbations of the satellite's motion. We then investigate the geometrical properties and physical meaning of the ratios of Solar accelerations (central and perturbing) and planetary accelerations (central and perturbing), and the boundaries they define. We clearly distinguish throughout the paper between the sphere of activity, the Chebotarev sphere (a particular case of the sphere of activity), Laplace sphere, and the Hill sphere. The last two are often wrongfully thought to be one and the same. Furthermore, taking a closer look and comparing the ratio of the star's accelerations (central/perturbing) to that of the planetary acceleration (central/perturbing) as a function of the planeto-centric distance, we have identified different dynamical regimes which are presented in the semi-analytical analysis.<br />Comment: 11 pages, 5 figures

Details

ISSN :
13652966 and 00358711
Volume :
496
Database :
OpenAIRE
Journal :
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
Accession number :
edsair.doi.dedup.....9f077c48b6658540a6b9a214d81fdee9
Full Text :
https://doi.org/10.1093/mnras/staa1520