知道彗星哪天最靠近太阳,能算它前后在哪儿吗?
让时间跨过近日点,观察椭圆轨道上的位置、距离与速度。
轨道不是一圈等速的刻度。给定椭圆大小、扁率和近日点时刻,我们先把相隔的天数换成平均近点角,再一步步找到真正的位置。
打开互动课程 →
先猜一下
同样长的时间里,椭圆轨道上总走同样长的路吗?
查看答案与解释
不是,靠近太阳时通常更快 — 时间与真实角位置需要通过开普勒方程联系。
再把体验和科学连起来
先约定最近太阳的那一天
t−T为距近日点的日数。负数是接近,正数是远离;椭圆走满一圈后还会回来。
n=k/a^(3/2);M=n(t−T)
求出真实的位置
平均近点角由时间匀速增长;解开普勒方程,才能得到不匀速的真实近点角与距离。
E−e sinE=M;r=a(1−e cosE)
把平面轨道放入三维空间
把i、Ω、ω加入后,同一平面位置旋转到指定参考黄道。原点仍在太阳。
x,y,z 由轨道平面向量正交旋转
用速度检验近日点更快
速度与当前位置距离有关;可用能量关系检查算法,而不是只凭动画快慢猜。
v=k√(2/r−1/a) AU/日
把计算链展开
k = 0.01720209895 n = k/a^(3/2) M = n(t−T) E − e sin E = M r = a(1−e cos E) x轨道 = a(cos E−e);y轨道 = a√(1−e²)sin E v = k√(2/r−1/a)
a、r用AU,t−T用日,n为弧度/日,速率v为AU/日。画面速率换算为km/s;三维朝向只旋转位置,不改变距离。
试一试
比较近日点前后相同天数:距离相同,真近点角方向相反。改变i、Ω、ω只改变空间摆放。
动手看一遍 →
符号不用背
- T / t
- 近日点时刻 / 查询时刻
- n
- 平运动,弧度/日
- E / ν
- 偏近点角 / 真近点角
- r
- 日心距离AU
算法、精度与适用范围
第33章小天体椭圆运动:M、开普勒求解、真近点角、半径矢量、三维轨道摆放及瞬时速度。参数为教学输入,不假称某颗真实彗星轨道。另在planet-light-time课程覆盖大行星地心位置与光行时。此课不输出虚构赤经赤纬或没有地球星历支持的观测位置。
我的理解检查
t−T为负,表示?
近日点之前 — 负的是时间偏移,不是物理距离。
旋转轨道朝向会改变日心距离r吗?
不会 — 正交旋转改变方向分量,但不改变向量长度。
椭圆e应满足?
0≤e<1 — e=1是抛物线,e>1是双曲线。
近日点时刻给出时间起点,开普勒方程把时间变成位置,轨道朝向再把平面位置变成空间向量。
Jean Meeus · Astronomical Algorithms, 2nd ed. · 第 33 章