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Bahnachse

aus Wikipedia, der freien EnzyklopÀdie
Keplerbahnen und Bahnachsen

Bahnachsen sind in der Astronomie die Symmetrieachsen von geschlossenen elliptischen Umlaufbahnen (Keplerbahnen). Die große Halbachse ist die Entfernung der Hauptscheitel vom Mittelpunkt der Ellipse und damit die grĂ¶ĂŸte Strecke, die sich vom Mittelpunkt aus in einer Ellipse legen lĂ€sst.

Bedeutung fĂŒr die Bahnberechnung

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Nach dem ersten Keplerschen Gesetz lÀuft ein Himmelskörper nicht um den Mittelpunkt der Ellipse (auf halbe LÀnge zwischen den Scheiteln), sondern um einen der beiden Brennpunkte. Daher wird seine Bahn im Allgemeinen in einem Koordinatensystem beschrieben, dessen Ursprung im Brennpunkt mit dem Massezentrum liegt (Bahnkoordinatensystem). Der Abstand zum Ursprung wird dann durch den Radiusvektor beschrieben.

Wie sehr sich auf der Umlaufbahn der Abstand des umlaufenden Körpers vom Koordinatenursprung verÀndert, hÀngt in erster Linie von der ExzentrizitÀt[1] der Bahnellipse ab:

  • der minimale Abstand errechnet sich aus großer Halbachse minus linearer ExzentrizitĂ€t, ,
  • der Maximalwert aus .

Mit abnehmender ExzentrizitĂ€t bei unverĂ€nderter Halbachse nĂ€hern sich der Ellipsenmittelpunkt, in der Zeichnung bei (2|0), und der zweite Brennpunkt, in der Zeichnung bei (4|0), immer weiter dem ersten Brennpunkt (0|0) an. Im Grenzfall ergibt sich als Bahn ein Kreis, der die gleiche Bahnachse bzw. Radius hat wie die dargestellte Ellipse (nĂ€mlich 3 LĂ€ngeneinheiten). Auf diesen beiden verwandten Bahnen umkreist ein kleiner Körper eine große Masse im Brennpunkt bei (0|0) nach dem dritten Keplerschen Gesetz mit der gleichen Umlaufzeit.

Einfluss des Baryzentrums

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Die keplersche Planetentheorie ist eine Idealisierung, die die Gravitation des kleineren auf den grĂ¶ĂŸeren Körper vernachlĂ€ssigt. In der RealitĂ€t umkreisen beide einen gemeinsamen Schwerpunkt, in der Himmelsmechanik das Baryzentrum des Systems genannt.

Beispiel der Mondbahn (durchschnittlich):
erdnÀchster Punkt (PerigÀum)362.102 km
erdfernster Punkt (ApogÀum)404.694 km
Mittelwert (Große Halbachse)383.398 km
Große Halbachse der Mondbahn378.739 km
Große Halbachse der Erdbahn4.659 km

Die letzten beiden Werte beziehen sich auf die Bewegung von Erde und Mond um den Erde-Mond-Schwerpunkt (EMS). Da der Mond etwa 1/81 der Erdmasse besitzt, liegt der EMS durchschnittlich 4700 km vom Erdzentrum entfernt (Bahnachse der Erde um den EMS), also etwa 1700 km unterhalb der ErdoberflĂ€che. Ist der Mond erdfern, so liegt der EMS weiter vom Erdmittelpunkt entfernt, ist der Mond dagegen erdnah, so ist auch der Abstand Erdmittelpunkt–EMS geringer. Diese Schwankung bleibt unter ein paar hundert Kilometern.

Bei den Monden anderer Planeten tritt dieser Unterschied kaum in Erscheinung, da ihre relativen Massen viel geringer sind. Hier kann man als Bahnachse den Mittelwert der beiden Extremwerte nehmen, von denen schon Kepler als „mittlere Entfernung“ sprach.

Auch bei den Planetenbahnen ist der baryzentrische Unterschied minimal – mit Ausnahme der „Riesenplaneten“ Jupiter und Saturn, die etwa 1,0 ‰ und 0,3 ‰ der Sonnenmasse besitzen.

  1. ↑ In der Mathematik bezeichnet die numerische ExzentrizitĂ€t, in der Astronomie wird sie als angegeben, sie liegt im Intervall . Die lineare ExzentrizitĂ€t, mathematisch , ein LĂ€ngenmaß, z. B. in Kilometern oder Astronomischen Einheiten, bezeichnet den Abstand zwischen Brennpunkt und Mittelpunkt der Ellipse.