EphemPedia

Anhänger der rechnenden Astronomie

Benutzer-Werkzeuge

Webseiten-Werkzeuge


kegelschnitte

Unterschiede

Hier werden die Unterschiede zwischen zwei Versionen der Seite angezeigt.

Link zu der Vergleichsansicht

Beide Seiten, vorherige ÜberarbeitungVorherige Überarbeitung
Nächste Überarbeitung
Vorherige Überarbeitung
kegelschnitte [2024/02/13 14:44] hcgreierkegelschnitte [2024/12/20 01:38] (aktuell) – Externe Bearbeitung 127.0.0.1
Zeile 22: Zeile 22:
 </WRAP> </WRAP>
  
-Die numerische Exzentrizität $\epsilon$ gibt die Abweichung von der Kreisbahn ($\epsilon= 0) an.+Die numerische Exzentrizität $\epsilon$ gibt die Abweichung von der Kreisbahn ($\epsilon = 0$) an. 
 + 
 +{{anchor:kepler1}}
  
 ==== Keplergleichung ==== ==== Keplergleichung ====
Zeile 45: Zeile 47:
 Die Keplergleichung nimmt den Umweg über die exzentrische Anomalie $E$: Die Keplergleichung nimmt den Umweg über die exzentrische Anomalie $E$:
  
-$$M = E - \epsilon \cdot \sin(E)$$+$$M = E - \epsilon \cdot \sin(E)\tag{1}$$
  
-Diese Gleichung muss nach $E$ aufgelöst werden. Das erfolgt über die Newtonsche Iteration.+Diese Gleichung muss nach $E$ aufgelöst werden. Das erfolgt über die [[:iteration#newton_raphson_verfahren|Newtonsche Iteration]].
  
-$$E_{i+1} = E_i + \frac{M + \epsilon \cdot \sin(E_i) - E_i}{1 - \epsilon \cdot \cos(E_i)}$$ +$$E_{i+1} = E_i + \frac{M + \epsilon \cdot \sin(E_i) - E_i}{1 - \epsilon \cdot \cos(E_i)}\tag{2}$$ 
-mit $|E_{i+1} - E_i| = h_{i+1}$. Man startet mit $E_0 = M$ und iteriert etwa 6mal, dann ist die Differenz $h_{i+1} \lt 0.00001$. Die wahre Anomalie $\nu$ wird dann mit der Barkerschen Gleichung berechnet:+mit $|E_{i+1} - E_i| = h_{i+1}$. Man startet mit $E_0 = M$ und iteriert etwa 6mal, dann ist die Differenz $h_{i+1} \lt 0.00001$. Die wahre Anomalie $\nu$ wird dann mit der **Barkerschen Gleichung** berechnet:
  
-$$\tan \left( \frac{\nu}{2} \right) = \sqrt{\frac{1 + \epsilon}{1 - \epsilon}} \cdot \tan \left( \frac{E}{2} \right)$$ +$$\tan \left(\frac{\nu}{2}\right) = \sqrt{\frac{1 + \epsilon}{1 - \epsilon}} \cdot \tan\left(\frac{E}{2}\right)\tag{3}$$
- +
-{{anchor:ell_radius}}+
  
 ==== Mittelpunktsgleichung ==== ==== Mittelpunktsgleichung ====
Zeile 60: Zeile 60:
 Für kleine Exzentrizitäten $\epsilon$ kann man - anstatt einer iterativen Lösung der Keplergleichung - auf die **Mittelpunktsgleichung** zurückgreifen. Die Mittelpunktsgleichung wird für gewöhnlich mit $C$ bezeichnet ("equation of the center") und ist eine Reihenentwicklung mit den Variablen $\epsilon$ und $M$. Es gilt Für kleine Exzentrizitäten $\epsilon$ kann man - anstatt einer iterativen Lösung der Keplergleichung - auf die **Mittelpunktsgleichung** zurückgreifen. Die Mittelpunktsgleichung wird für gewöhnlich mit $C$ bezeichnet ("equation of the center") und ist eine Reihenentwicklung mit den Variablen $\epsilon$ und $M$. Es gilt
  
-$$C = \nu - M$$+$$C = \nu - M\tag{4}$$
  
 Die Reihenentwicklung lautet Die Reihenentwicklung lautet
  
 {{tablelayout?rowsHeaderSource=Auto&colwidth="580px"&float=center}} {{tablelayout?rowsHeaderSource=Auto&colwidth="580px"&float=center}}
 +^  Tabelle 1  |
 | \[\begin{align} | \[\begin{align}
   \nu  - M =  &  + \left( {2\epsilon  - \frac{1}{4}{\epsilon ^3} + \frac{5}{{96}}{\epsilon ^5} + \frac{{107}}{{4608}}{\epsilon ^7} +  \ldots } \right) \cdot \sin (M) \hfill \\   \nu  - M =  &  + \left( {2\epsilon  - \frac{1}{4}{\epsilon ^3} + \frac{5}{{96}}{\epsilon ^5} + \frac{{107}}{{4608}}{\epsilon ^7} +  \ldots } \right) \cdot \sin (M) \hfill \\
Zeile 75: Zeile 76:
 \end{align} \] | \end{align} \] |
  
-Für sehr kleine Exzentrizitäten kann man auch die höheren Potenzen von $\epsilon$, z.B. $\epsilon^4,\,\epsilon^5\ldots$ usw. weglassen. Das Ergebnis erhält man in Radiant, durch Multiplikation mit dem Faktor $\frac{180}{\pi}$ kann es in Grad umgerechnet werden. Die Mittelpunktsgleichung $C$ wird dann zur mittleren Anomalie $M$ addiert und man erhält sofort die wahre Anomalie $\nu$. Eine Anwendung der Mittelpunktsgleichung ist z.B. bei der schnellen [[sonnenposition#jean_meeus_low_accuracy_methode|Bestimmung der Sonnenposition zu sehen]].+Für sehr kleine Exzentrizitäten kann man auch die höheren Potenzen von $\epsilon$, z.B. $\epsilon^4,\,\epsilon^5\ldots$ usw. weglassen. Das Ergebnis erhält man in Radiant, durch Multiplikation mit dem Faktor $\frac{180}{\pi}$ kann es in Grad umgerechnet werden. Die Mittelpunktsgleichung $C$ wird dann zur mittleren Anomalie $M$ addiert und man erhält sofort die wahre Anomalie $\nu$.
  
 +<WRAP center round tip 100%>
 +Eine Anwendung der Mittelpunktsgleichung ist z.B. bei der schnellen [[sonnenposition#jean_meeus_low_accuracy_methode|Bestimmung der Sonnenposition zu sehen]].
 +</WRAP>
  
 **Tabelle:** Fehlergröße für die Mittelpunktsgleichung, in Bogensekunden **Tabelle:** Fehlergröße für die Mittelpunktsgleichung, in Bogensekunden
 {{tablelayout?rowsHeaderSource=1&colwidth="150px,130px,150px"&float=center}} {{tablelayout?rowsHeaderSource=1&colwidth="150px,130px,150px"&float=center}}
 +^  Tabelle 2  |||
 ^  Exzentrizität $\epsilon$  ^  Terme bis $\epsilon^3$  ^  Terme bis $\epsilon^5$  ^ ^  Exzentrizität $\epsilon$  ^  Terme bis $\epsilon^3$  ^  Terme bis $\epsilon^5$  ^
-|  $0.03$      |  $0\overset{''}{.}24$  |  $0\overset{''}{.}0003$ +|  $0.03$  |  $0\overset{''}{.}24$  |  $0\overset{''}{.}0003$ 
-|  $0.05$      |  $1\overset{''}{.}80$  |  $0\overset{''}{.}007 $  +|  $0.05$  |  $1\overset{''}{.}80$  |  $0\overset{''}{.}007$   
-|  $0.10$      |  $30''               |  $0\overset{''}{.}45   +|  $0.10$  |  $30''               |  $0\overset{''}{.}45$    
-|  $0.15$      |  $152''               $5''                  +|  $0.15$  |  $152''               $5''                  
-|  $0.20$      |  $483''               $29''                 +|  $0.20$  |  $483''               $29''                 
-|  $0.25$      |  $1183''             |  $111''                +|  $0.25$  |  $1183''             |  $111''                
-|  $0.30$      |  $2456''             |  $331''                |+|  $0.30$  |  $2456''             |  $331''                |
  
-{{anchor:kepler1}}+<WRAP center round info 100%> 
 +Dem Thema "Lösung der Keplergleichung" ist ein [[:loesung_der keplergleichung|eigenes Kapitel]] gewidmet. 
 +</WRAP> 
 + 
 +{{anchor:ell_radius}}
  
 ==== Radiusvektor ==== ==== Radiusvektor ====
Zeile 95: Zeile 104:
 Der [[astronomische_begriffe#radiusvektor|Radiusvektor]] $r$ wird mit der folgenden Gleichung ermittelt: Der [[astronomische_begriffe#radiusvektor|Radiusvektor]] $r$ wird mit der folgenden Gleichung ermittelt:
  
-$$r = \frac{a \cdot (1 - \epsilon^2)}{1 + \epsilon \cdot \cos(\nu)}$$+$$r = \frac{a \cdot (1 - \epsilon^2)}{1 + \epsilon \cdot \cos(\nu)}\tag{5}$$
  
 {{anchor:argument_u}} {{anchor:argument_u}}
 +
 Das [[bahnelemente#erlaeuterung|Argument der Breite]] $u$ bekommt man mit $u = \omega + \nu$. Während die wahre Anomalie vom Perihel aus gemessen wird, liegt der Bezugspunkt von $u$ beim [[astronomische_begriffe#aufsteigender_knoten|aufsteigenden Knoten]]. Den Wert braucht man zum Wechsel in die Ekliptik. Das [[bahnelemente#erlaeuterung|Argument der Breite]] $u$ bekommt man mit $u = \omega + \nu$. Während die wahre Anomalie vom Perihel aus gemessen wird, liegt der Bezugspunkt von $u$ beim [[astronomische_begriffe#aufsteigender_knoten|aufsteigenden Knoten]]. Den Wert braucht man zum Wechsel in die Ekliptik.
- 
- 
----- 
  
 {{anchor:para_geom}} {{anchor:para_geom}}
Zeile 119: Zeile 126:
 $q$ = Periheldistanz \\ $q$ = Periheldistanz \\
 $\nu$ = wahre Anomalie des Kometen \\ $\nu$ = wahre Anomalie des Kometen \\
-$p$ = Bahnparameter \\+$p$ = Bahnparameter = Radiusvektor für $\nu = 90^{\circ}$ \\
 $t_0$ = Zeitpunkt des Periheldurchgangs $t_0$ = Zeitpunkt des Periheldurchgangs
 </WRAP> </WRAP>
Zeile 130: Zeile 137:
 Die Barkersche Gleichung bestimmt die wahre Anomalie $\nu$ als Funktion der Zeit. Die Barkersche Gleichung bestimmt die wahre Anomalie $\nu$ als Funktion der Zeit.
  
-{{tablelayout?rowsHeaderSource=Auto&colwidth="500px"&float=center}} +\[\begin{align} 
-\[\begin{align} +\frac{1}{3}\cdot\tan^3\left(\frac{\nu}{2}\right) + \tan\left(\frac{\nu}{2}\right) = \sqrt{\frac{G\cdot (M_S + m)}{2\cdot q^3}}\cdot(t - t_0) 
-\frac{1}{3}\cdot\tan^3\left(\frac{\nu}{2}\right) + \tan\left(\frac{\nu}{2}\right) = \sqrt{\frac{G (M_S + m)}{2 q^3}}\cdot(t - t_0) +\end{align}\tag{6}\]
-\end{align}\] |+
  
 $G$ und $M_S$ werden in den [[wichtige_konstanten|Wichtige Konstanten]] erläutert. $m$ ist hier die Masse des Kometen. Diese obige Gleichung muss jetzt aufgelöst werden. Mit den Hilfswerten $G$ und $M_S$ werden in den [[wichtige_konstanten|Wichtige Konstanten]] erläutert. $m$ ist hier die Masse des Kometen. Diese obige Gleichung muss jetzt aufgelöst werden. Mit den Hilfswerten
  
-$$A = \frac{3}{2}\cdot\sqrt{\frac{G (M_S + m)}{2 q^3}}$$+$$A = \frac{3}{2}\cdot\sqrt{\frac{G\cdot (M_S + m)}{2\cdot q^3}}\tag{6}$$
  
-{{tablelayout?rowsHeaderSource=Auto&colwidth="500px"&float=center}} +\[\begin{align}
-\[\begin{align}+
 B = \sqrt[3]{A + \sqrt{A^2 + 1}} \quad \text{und} \quad \frac{1}{B} = \sqrt[3]{\sqrt{A^2 + 1} - A} B = \sqrt[3]{A + \sqrt{A^2 + 1}} \quad \text{und} \quad \frac{1}{B} = \sqrt[3]{\sqrt{A^2 + 1} - A}
-\end{align}\] |+\end{align}\tag{8}\]
  
  
 gilt gilt
  
-$$\tan\left(\frac{\nu}{2}\right) = B - \frac{1}{B}$$+$$\tan\left(\frac{\nu}{2}\right) = B - \frac{1}{B}\tag{9}$$
  
 und für $A \neq 0$ schreibt man: und für $A \neq 0$ schreibt man:
  
-{{tablelayout?rowsHeaderSource=Auto&colwidth="550px"&float=center}} +\[\begin{align}
-\[\begin{align}+
 \tan\left(\frac{\nu}{2}\right) = \pm\frac{2}{\tan\left[2\cdot \arctan\left(\sqrt[3]{\tan\left(\frac{1}{2}\cdot \arctan\left(\frac{1}{|A|}\right)\right)}\right)\right]} \tan\left(\frac{\nu}{2}\right) = \pm\frac{2}{\tan\left[2\cdot \arctan\left(\sqrt[3]{\tan\left(\frac{1}{2}\cdot \arctan\left(\frac{1}{|A|}\right)\right)}\right)\right]}
-\end{align}\] |+\end{align}\tag{10}\]
  
 {{anchor:para_radius}} {{anchor:para_radius}}
Zeile 161: Zeile 165:
  
 Der [[astronomische_begriffe#radiusvektor|Radiusvektor]] $r$ lautet: Der [[astronomische_begriffe#radiusvektor|Radiusvektor]] $r$ lautet:
-$$r = \frac{2 \ q}{1 + \cos(\nu)}$$+$$r = \frac{2\cdot q}{1 + \cos(\nu)}\tag{11}$$
  
 Das Argument der Breite $u$ bekommt man mit $u = \omega + \nu$. Während die wahre Anomalie vom Perihel aus gemessen wird, liegt der Bezugspunkt von $u$ beim [[astronomische_begriffe#aufsteigender_knoten|aufsteigenden Knoten]]. Den Wert braucht man zum Wechsel in die Ekliptik. Das Argument der Breite $u$ bekommt man mit $u = \omega + \nu$. Während die wahre Anomalie vom Perihel aus gemessen wird, liegt der Bezugspunkt von $u$ beim [[astronomische_begriffe#aufsteigender_knoten|aufsteigenden Knoten]]. Den Wert braucht man zum Wechsel in die Ekliptik.
- 
- 
----- 
  
 {{anchor:hyp_geom}} {{anchor:hyp_geom}}
Zeile 196: Zeile 197:
 Bei der Hyperbelbahn wird die exzentrische Anomalie mit $H$ bezeichnet. Die Berechnung von $H$ und des [[astronomische_begriffe#radiusvektor|Radiusvektors]] $r$ erfolgt analog zur Ellipse. Startwert ist wieder die mittlere Anomalie $M_h$: Bei der Hyperbelbahn wird die exzentrische Anomalie mit $H$ bezeichnet. Die Berechnung von $H$ und des [[astronomische_begriffe#radiusvektor|Radiusvektors]] $r$ erfolgt analog zur Ellipse. Startwert ist wieder die mittlere Anomalie $M_h$:
  
-$$H_{i+1} = H_i - \frac{\epsilon\cdot \sinh(H_i) - H_i - M_h}{\epsilon\cdot \cosh(H_i) - 1}$$+$$H_{i+1} = H_i - \frac{\epsilon\cdot \sinh(H_i) - H_i - M_h}{\epsilon\cdot \cosh(H_i) - 1}\tag{12}$$
  
 Die Iteration ist solange zu wiederholen, bis $|H_{i+1} − H_i| \lt 10^{−8}$ gilt. Hat man die exzentrische Anomalie $H$ gefunden, so ist die korrespondierende wahre Anomalie $\nu$: Die Iteration ist solange zu wiederholen, bis $|H_{i+1} − H_i| \lt 10^{−8}$ gilt. Hat man die exzentrische Anomalie $H$ gefunden, so ist die korrespondierende wahre Anomalie $\nu$:
  
-$$\tan\left(\frac{\nu}{2}\right) = \sqrt{\frac{\epsilon + 1}{\epsilon - 1}}\cdot \tanh \left(\frac{H}{2}\right)$$+$$\tan\left(\frac{\nu}{2}\right) = \sqrt{\frac{\epsilon + 1}{\epsilon - 1}}\cdot \tanh\left(\frac{H}{2}\right)\tag{13}$$
  
 {{anchor:hyp_radius}} {{anchor:hyp_radius}}
Zeile 207: Zeile 208:
 Der Radius lautet: Der Radius lautet:
  
-$$r = a\cdot \frac{1 - \epsilon^2}{1 + \epsilon\cdot \cos (\nu)}$$+$$r = a\cdot \frac{1 - \epsilon^2}{1 + \epsilon\cdot \cos(\nu)}\tag{14}$$
  
 Das Argument der Breite $u$ bekommt man mit $u = \omega + \nu$. Während die wahre Anomalie $M_h$ vom Perihel aus gemessen wird, liegt der Bezugspunkt von $u$ beim [[astronomische_begriffe#aufsteigender_knoten|aufsteigenden Knoten]]. Den Wert braucht man zum Wechsel in die Ekliptik. Das Argument der Breite $u$ bekommt man mit $u = \omega + \nu$. Während die wahre Anomalie $M_h$ vom Perihel aus gemessen wird, liegt der Bezugspunkt von $u$ beim [[astronomische_begriffe#aufsteigender_knoten|aufsteigenden Knoten]]. Den Wert braucht man zum Wechsel in die Ekliptik.
kegelschnitte.1707831848.txt.gz · Zuletzt geändert: 2024/12/20 01:34 (Externe Bearbeitung)

Falls nicht anders bezeichnet, ist der Inhalt dieses Wikis unter der folgenden Lizenz veröffentlicht: CC Attribution-Share Alike 4.0 International
CC Attribution-Share Alike 4.0 International Donate Powered by PHP Valid HTML5 Valid CSS Driven by DokuWiki