חלק מהשפות באתר זה עשויות להיות מתורגמות על ידי מכונה ויכולות לכלול שגיאות. תעזור לשפר אותו קרא את המקור האנגלי
  1. ללמוד
  2. ניווט
ניווט · מודול 3

Orbital elements

Six numbers pin down any orbit in space: its size, shape, tilt, orientation and where the body is on it.

14 דקות

NASA/JPL/Space Science Institute

שיעור זה נכתב על ידי חבר צוות Local Solar System Foundation וניתן לשפר אותו על ידי מבקר מוסמך. האם אתה מוסמך בנושא זה?

מסלול

פתוח דף מלא
תקופה
מהירות עכשיו
מהיר ביותר (פריאפסיס)
איטית ביותר (אפופסיס)
המרחק הקרוב ביותר
המרחק הרחוק ביותר
Kepler's 3rd law check: T² / a³

האנימציה מראה כל מסלול ב-8 שניות; התקופה המוצגת היא האמיתית.

טבלת נתונים (טקסט חלופי)
Distance and speed at twelve equal time steps around the orbit
צעד זמןהמרחק מהשמש עכשיומהירות עכשיו

Six numbers. That is all it takes to describe any orbit in the solar system, from the Moon’s to a comet’s. Learn to read them and you can pin down where any world will be, years ahead.

Earth setting behind the grey surface of the Moon.
Earth sets behind the Moon, photographed by NASA's Orion spacecraft on Artemis I. Credit: NASA

Six numbers describe any orbit in the solar system.

Look

To describe where a satellite or planet goes, you need to answer a few questions:

  1. How big is the orbit?
  2. What shape is it: round or stretched?
  3. How tilted is it?
  4. Which way is the tilt facing?
  5. Which way does the stretched part point?
  6. Where on the orbit is the body right now?

Each answer is one number. Together these six numbers are called the orbital elements, and they describe any orbit.

In the sandbox, the Molniya orbit is loaded. Russian communication satellites use this long, tilted orbit so they hang for hours high above the far north, where geostationary satellites are hard to see. Tick Side view to see the tilt, and play with the sliders.

Understand

ElementSymbolWhat it sets
Semi-major axisaSize
EccentricityeShape
InclinationiTilt of the orbital plane against a reference plane
Longitude of the ascending nodeΩDirection in which the orbit crosses the reference plane going “up”
Argument of periapsisωWhere the closest point lies, measured within the orbital plane from the ascending node
Mean anomaly at epochM₀Where the body is at a given moment (the epoch)

For planets, the reference plane is usually the ecliptic, the plane of Earth’s orbit, and the reference direction is the March equinox. For Earth satellites, the reference plane is Earth’s equator.

Some meaningful values:

  • i = 0°: the orbit lies in the reference plane. A geostationary satellite has i = 0 and e = 0 around Earth’s equator.
  • i = 90°: a polar orbit, passing over both poles.
  • i > 90°: retrograde, going around backwards.
  • The Molniya orbit uses i = 63.4° on purpose: at that tilt, Earth’s bulge does not make the periapsis drift around the orbit.

Master

The three angles are an ordered set of rotations. A point in the orbital plane (x′ towards periapsis, y′ 90° ahead) is carried into the reference frame by R_z(−Ω) · R_x(−i) · R_z(−ω). This is exactly the transformation in JPL’s “Approximate Positions of the Planets”, which the site’s orrery uses:

x = (cos ω cos Ω − sin ω sin Ω cos i) x′ + (−sin ω cos Ω − cos ω sin Ω cos i) y′

and similar expressions for y and z.

Planetary tables often give variants: the longitude of perihelion ϖ = Ω + ω (useful when i is small and Ω is poorly defined), and the mean longitude L = ϖ + M. The JPL tables list a, e, i, L, ϖ, Ω with their rates of change per century, because the other planets slowly perturb every orbit.

Why 63.4°? Earth’s equatorial bulge (the J₂ term) makes the argument of periapsis precess at a rate proportional to (5 cos² i − 1). It vanishes when cos² i = 1/5, i.e. i = 63.43° or 116.57°: the “critical inclinations”. Elements that stay constant in the two-body problem drift slowly in the real world; that is why element sets always come with an epoch, the moment they are valid for.

נסה את זה.

Load the Molniya orbit, tick 'Side view', then change the inclination from 63.4 degrees to 0 and to 180. Describe in one sentence what each of the three angle sliders does to the orbit.

בחינה מהירה

3 שאלות מהירות. בחר תשובה כדי לראות אם אתה צודק.

  1. Which element tells you how tilted an orbit is?

    1. A Eccentricity
    2. B Inclination
    3. C Semi-major axis
    4. D Mean anomaly
    הראה את התשובה

    B. Inclination

  2. An orbit with inclination greater than 90 degrees is:

    1. A Impossible
    2. B Retrograde: the body goes around backwards
    3. C Always circular
    4. D Outside the solar system
    הראה את התשובה

    B. Retrograde: the body goes around backwards Halley's Comet (162 degrees) and Neptune's moon Triton (about 157 degrees) are retrograde.

  3. Which two elements describe the size and shape of the orbit?

    1. A Inclination and node
    2. B Semi-major axis and eccentricity
    3. C Argument of periapsis and mean anomaly
    4. D Node and mean anomaly
    הראה את התשובה

    B. Semi-major axis and eccentricity

שורה סופית

  • שיחקתי עם המשחק האינטראקטיבי.
  • קרא את השיעור.
  • עבר את האתגר.
  • עשיתי את הבחינה.

סימן את השיעור כסיים כדי לשמור אותו בקידמת ההתקדמות שלך במכשיר זה.

מילים בשיעור זה

מקורות

שיעור זה מופץ תחת הרישיון CC BY-SA 4.0.

כלים ושיעורים משתמשים במודלים פשוטים ללימוד בלבד. לא ניתן להשתמש בהם לניווט, תכנון משימות או כל החלטה מבצעית. התעודות הן בחינם ולא מוסמכות. קרא את ההסרה של התוכן החינוכי