Was ist eine elliptische Umlaufbahn?
Eine elliptische Umlaufbahn ist die Bewegung eines Körpers auf einem ovalen Weg um einen anderen. Sie kann als Kepler-Umlaufbahn mit einer Exzentrizität zwischen 0 und 1 definiert werden. Bei der Untersuchung der Himmelsmechanik werden in einer Kepler-Umlaufbahn die Gesetze und Prinzipien von sich in Form einer Ellipse, Hyperbel oder Parabel bewegenden Körpern behandelt . In der Astrodynamik ist die Exzentrizität, manchmal auch als erste Exzentrizität bezeichnet, eines Orbits ein Parameter, der seine tatsächliche Form und Ausdehnung beschreibt.
Unter den Standardannahmen und -prinzipien der Astrodynamik muss eine Umlaufbahn eine konische Querschnittsform haben. Die konische Exzentrizität ist dann ein Zahlenwert. Diese Zahl steht für einen bestimmten Projektionswinkel, der die Ebenheit oder Rundheit einer elliptischen Umlaufbahn definiert.
Die Exzentrizität für eine elliptische Umlaufbahn kann auch als Maß für die Abweichung einer Umlaufbahn von der Form eines Standardkreises definiert werden. Die Exzentrizität der Umlaufbahn für eine perfekte Kreisbahn ist 0. Dieser Wert dient als Benchmark zur Bewertung der Abweichung einer beliebigen elliptischen Umlaufbahn vom Standardkreis.
Das Sonnensystem der Erde besteht aus zahlreichen natürlichen Satelliten wie Planeten, Monden, Kometen und ähnlichen sich drehenden Körpern. Diese Körper kreisen entlang einer festen elliptischen Umlaufbahn um ihre jeweiligen Vorwahlen - wie die Erde, die die Sonne umkreist. Ein allgemeiner Überblick über ihre Bewegung scheint einen Eindruck von Kreisbahnen zu vermitteln. In Wirklichkeit folgen jedoch alle Himmelskörper streng elliptischen Bahnen mit unterschiedlich stark exzentrischen Maßen. Je höher der Wert der Exzentrizität, desto flacher und länglicher ist die Form der elliptischen Umlaufbahn.
Die Exzentrizität der elliptischen Umlaufbahn der Erde wird derzeit mit 0,0167 gemessen. Dieser niedrige Wert macht die elliptische Erdumlaufbahn fast zu einem perfekten Kreis. Andererseits liegen die exzentrischen Werte für Kometen nahe bei 1, wodurch ihre Bahnen nahezu flach und länglich sind. Bei einem gravitationsbedingten Zweikörperproblem können sich beide Körper bei einem Exzentrizitätsmaß zwischen 0 und 1 in identischen Bahnen drehen. Beliebte Beispiele für elliptische Bahnen sind die Hohmann-Transferbahn, die Molniya-Bahn und die Tundra-Bahn.
Das Konzept der elliptischen Bahnen wurde zuerst von Johannes Kepler, einem deutschen Wissenschaftler, im frühen 17. Jahrhundert entdeckt und gefördert. Die Ergebnisse wurden in seinem Ersten Gesetz der Planetenbewegung veröffentlicht und brachten wichtige Gesetze in Bezug auf Umlaufbahnen von Himmelskörpern vor. Diese Ergebnisse haben den Wissenschaftlern geholfen, die Eigenschaften einer elliptischen Umlaufbahn zu verstehen und zu untersuchen.
Die spezifische Orbitalenergie, die auch als vis-viva-Energie bezeichnet wird, ist definiert als die Summe aus potentieller Energie und kinetischer Energie eines umlaufenden Objekts. Bei einer elliptischen Umlaufbahn ist die spezifische Energie negativ und wird unabhängig von ihrer Exzentrizität berechnet. Die elliptische Natur der Planetenbahnen ist ein wichtiges Merkmal, das jahreszeitliche Veränderungen, Temperaturzonen und Klimazonen der jeweiligen Planeten bestimmt.