Badanie możliwych orbit

Wszystkie możliwości na jednym wykresie:

Okrąg, elipsa, parabola, hiperbola z wszystkimi możliwymi ekscentrycznościami od zera do nieskończoności. Poniżej znajduje się równanie krzywej przedstawiające wszystkie możliwości orbit:

(1)Równanie krzywej

Okazuje się, że można to równanie przedstawić za pomocą dwóch funkcji. Przyjmuje ono postać:

Równanie krzywej
Tak oto uzyskujemy wykres podanego wyrażenia.
(Obraz wygenerowany z wtyczki WolframAlpha.)
(2)Równanie krzywej

Gdzie dziedziną jest dziedzina, a zbiorem wartości Zbiór wartości.

Z czego możemy obliczyć deltę:

(3)Równanie krzywej

A następnie przy założeniu delty większej od zera (co zapewnia nam dziedzina) otrzymujemy dwa rozwiązania:

(4)Równanie krzywej

lub:

(5)Równanie krzywej

Patrząc na wykres rzeczywiście widzimy dwie powierzchnie, górną i dolną, funkcja (5) przedstawia część górną wykresu, natomiast funkcja (4) przedstawia część dolną. Ciekawy jest fakt, iż równoległy do podstawy przekrój wykresu jest daną orbitą. Tak zatem wykres ten zestawią wszystkie możliwości orbit.

Ekscentryczność:

Wyróżniamy typy orbit w zależności od ekscentryczności:

  • Jeżeli ekscentryczność wynosi zero jest to orbita kołowa (okrąg),
  • Jeżeli ekscentryczność jest większa od zera i mniejsza od 1 to jest to orbita eliptyczna (elipsa),
  • Jeżeli ekscentryczność jest równa 1 to jest to orbita paraboliczna (parabola),
  • Jeżeli ekscentryczność jest większa od 1 to jest to orbita hiperboliczna (hiperbola),
Typ Równianie Ekscentryczność
Okrąg
Elipsa
Parabola
Hiperbola

Gdzie: a - to półoś wielka, b- to półoś mała.

Ze wzoru (1) i wzoru na elipsę(również okrąg) oraz wzoru na hiperbolę (także na parabolę) możemy dopatrzeć się związków:

(6)

i

(7)

Zatem:

(8)

Znamy więc także wzór na ekscentryczność w zależności od parametru z. Wystarczy za stosunek we wzorach w tabelce podstawić stosunek (8).

Animacje ilustrujące:

Poniższa animacja przedstawia różne orbity i ich ekscentryczności.

Do generowania animacji wykorzystano WolframAlpha, darmowa wtyczka dostępna pod adresem http://www.wolframalpha.com. W związku z tym, że nie ma możliwości automatycznego generowania gifów, animacja została złożona z pojedynczych wykresów, gdzie zmieniano wartość parametru z o 0,03.