Orbita halo

Un'orbita halo è un'orbita periodica tridimensionale percorribile da un terzo corpo in prossimità dei punti di Lagrange L₁, L₂ o L₃ di altri due corpi. Costituisce una soluzione al problema dei tre corpi nel caso semplificato in cui il terzo corpo abbia massa trascurabile rispetto agli altri due.

I cinque punti di Lagrange in un sistema a due corpi, con uno molto più massivo dell'altro (per esempio il Sole e la Terra). I punti L₃, L₄ e L₅ sembrano appartenere all'orbita del corpo minore, ma in realtà sono leggermente all'esterno.

Un corpo posto su un'orbita halo non è fisicamente orbitante attorno al punto di Lagrange (poiché questo è unicamente un punto di equilibrio privo di massa), ma segue una traiettoria chiusa^[1] posta in prossimità di esso. La traiettoria, dalla forma vagamente circolare, è il frutto di una complicata interazione tra l'attrazione gravitazionale esercitata dai due corpi principali del sistema e la forza centripeta cui è soggetto il terzo corpo. Per ogni punto di Lagrange esistono numerose coppie di orbite halo, simmetriche rispetto al piano dell'orbita dei due corpi principali.

Un'orbita halo è un caso particolare delle orbite di Lissajous in cui la frequenza della componente del movimento sul piano eguaglia quella del movimento extra-planare.^[2]

Origine del nome

Il nome è stato suggerito dalla forma ad aureola (halo in inglese) delle orbite se vengono osservate in un piano perpendicolare all'asse dei due corpi principali.^[3] Il termine venne coniato da Robert Farquhar che lo usò nel 1968 nella sua tesi di dottorato^[4] in cui per primo studiò queste orbite, valutandone le possibilità di utilizzo per un satellite come ponte per le telecomunicazioni tra la Terra e la faccia nascosta della Luna.^[5]

Farquhart aveva introdotto solo le espressioni analitiche per le orbite, mentre alcuni anni più tardi Kathleen Howell elaborò le soluzioni numeriche per le traiettorie.^[6]

Utilizzi

In astronautica da un punto di vista pratico le orbite halo tendono ad essere instabili e richiedono piccole manovre correttive periodiche, tuttavia offrono altri vantaggi. In generale costituiscono zone di parcheggio energeticamente economiche tra i due corpi.

Inoltre le orbite in prossimità di L₂, ovvero all'esterno del corpo più piccolo, mettono il satellite, nel caso Sole-Terra, in una zona schermata dalle radiazioni solari agevolando ad esempio le osservazioni astronomiche e, nel caso Terra-Luna in orbite che permettono la visione contemporanea della Terra e della faccia nascosta della Luna.

La prima missione ad usare un'orbita halo è stata ISEE-3, lanciata nel 1978, posizionatasi nel punto L₁ del sistema Sole-Terra dove rimase per diversi anni.
La successiva missione a farne uso fu SOHO nel 1996, anch'essa nel punto L₁ del sistema Sole-Terra, in un'orbita simile a ISEE-3.^[7]

Più comunemente le missioni poste in orbita attorno ai punti di Lagrange sfruttano orbite di Lissajous.

Il Telescopio Spaziale James Webb (JWST) è inserito in un'orbita halo del punto L2 del sistema Terra-Sole.^[8]