宇宙模拟器space engine教程13:space engine里面用到的轨道和坐标总结

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宇宙模拟器space engine教程13:space engine里面用到的轨道和坐标总结,基于开普勒轨道

space engine目前使用开普勒轨道,开普勒公式计算轨道,

使用直角坐标系(笛卡尔坐标系)和极坐标系,天球坐标系。

轨道参考平面也是常见的那些

space engine0.980版本和0.980以前版本的轨道主要模拟的稳定的周期轨道,在0980e版本里面,作者做了

一个变动的月球轨道,模拟了日食。未来的space engine不再是固定轨道,会有多种轨道,轨道进动也会有,目前在0.990版里面作者已经实现了土星特洛伊卫星和共轨卫星轨道的解析模型和卫星土卫十和土卫十一的轨道分析模型,轨道会每4年交换换一次。

结尾我会附上一些在线轨道模拟和计算网站和视频教程,能更好的理解轨道。

另外,以后有轨道相关的资料会继续在这个教程里面更新


宇宙模拟器space engine 基础教程和高级教程+坐标等链接合集(附带0.980版本下载,汉化,基础使用教程)

https://teakki.com/p/5c27525ac70db4ac4f2eb9ab

space engineTODO,介绍了目前space engine已经实现的天文功能和未来计划开发的天文功能

http://forum.spaceengine.org/viewtopic.php?f=6&t=72

宇宙模拟器space engine 0.990新增功能,新增天体,改进和优化功能和总结

https://www.jianshu.com/p/fee2c14b9936


一.单独恒星和系统质心坐标(天球赤道坐标系)

RA      赤经

Dec    赤纬

Dist    离太阳的距离

天球:是指—个以观测者为球心、无限长的半径的假想球面。其目的是将天体沿观测者视线投影到球面上,以便于研究天体及其相互关系。

赤道坐标系统:使用得最广泛的天球坐标系统,它的元素包含赤经和赤纬。他与地理坐标系统非常相似,因为两者使用相同的基准平面和相同的极点。地球的赤道在天球上的投影就称为天球赤道,相同的,地理极点在天球上的投影就是天极。

赤经:英文Right ascension,缩写为RA;符号为α,是天文学使用在天球赤道座标系统内的座标值之一,通过天球两极并与天赤道垂直。天球上的赤经,功用与地理座标中的经度相同。赤经和经度都是沿着赤道向东或西方向量度,零点也是赤道上随意选择的。经度的零点是本初子午线;赤经的零点是春分点,这是太阳在3月下旬运行至北天球时所通过的点,也是地球的升交点。赤经的数值由春分点向东量度的,单位是时、分、秒,但有时也会用度来量度。与恒星时的关系密不可分。它既是时间的单位,也是角度的单位。1h=15゜,1m=15',1s=15"。

赤纬:英文Declination;缩写为Dec;符号为δ,是天文学中赤道座标系统中的两个坐标数据之一。赤纬与地球上的纬度相似,是纬度在天球上的投影。赤纬的单位是度,更小的单位是“角分”和“角秒”,天赤道为0度,天北半球的赤纬度数为正数,天南半球的赤纬的度数为负数。天北极为+90°,天南极为-90°,注意的是正号也必须标明。

Dist:离太阳的距离,单位是光年

相关资料链接

天球

https://baike.baidu.com/item/%E5%A4%A9%E7%90%83/494605?fr=aladdin

赤道坐标系

https://baike.baidu.com/item/%E8%B5%A4%E9%81%93%E5%9D%90%E6%A0%87%E7%B3%BB/2320666?fr=aladdin

赤经

https://baike.baidu.com/item/%E8%B5%A4%E7%BB%8F/2883574?fr=aladdin

赤纬

https://baike.baidu.com/item/%E8%B5%A4%E7%BA%AC/3864994?fr=aladdin

二.恒星,行星,卫星,中子星等等天体轨道参数

Epoch – 历元,在天文学是一些天文变数作为参考的时刻点,例如天球座标或天体的椭圆轨道要素,因为这些会受到摄动

而随着时间变化

Period – 以年为单位的轨道周期T(用于圆轨道和椭圆轨道)。1年=365.24218985天MeanMotion – 平均运动(用于抛

物线和双曲线轨道)

GravParam – 重力参数,(用于抛物线和双曲线轨道)

SemiMajorAxis – 半长轴(用于椭圆和双曲线轨道),双曲线轨道为负。

PericenterDist – 近拱点距

Eccentricity – 离心率(偏心率)

Inclination – 轨道倾角

AscendingNode – 升交点

ArgOfPericen or ArgOfPericenter – 近心点幅角

LongOfPericen or LongOfPericenter – 近心点经度

AscNodePreces – 在数年的时间内完成提升节点的360°的旋进

ArgOfPeriPreces – 在数年的时间内完成一个完全360°近心点经度进动

MeanAnomaly – 平近点角

MeanLongitude – 平黄经

MeanAnomaly和MeanLongitude这2个参数用于制作轨道的进动,在当面的版本里面有部分作用,后面的版本会有大作用,

在0.990版本已经实施。

SlopeParam 用于彗星,描述彗星在接近太阳时增加其亮度的速度

相关资料链接

开普勒轨道

https://baike.baidu.com/item/%E5%BC%80%E6%99%AE%E5%8B%92%E8%BD%A8%E9%81%93/5908832

历元

https://baike.baidu.com/item/%E5%8E%86%E5%85%83

轨道周期

https://baike.baidu.com/item/%E8%BD%A8%E9%81%93%E5%91%A8%E6%9C%9F

平均运动

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%B9%B3%E5%9D%87%E8%BF%90%E5%8A%A8

重力参数

https://baike.baidu.com/item/%E6%A0%87%E5%87%86%E9%87%8D%E5%8A%9B%E5%8F%82%E6%95%B0

半长轴

https://baike.baidu.com/item/%E5%8D%8A%E9%95%BF%E8%BD%B4/8542983?fr=aladdin

拱点

https://baike.baidu.com/item/%E6%8B%B1%E7%82%B9

偏心率

https://baike.baidu.com/item/%E5%81%8F%E5%BF%83%E7%8E%87

轨道倾角

https://baike.baidu.com/item/%E8%BD%A8%E9%81%93%E5%80%BE%E8%A7%92

升交点

https://baike.baidu.com/item/%E5%8D%87%E4%BA%A4%E7%82%B9

近心点幅角

https://baike.baidu.com/item/%E8%BF%91%E5%BF%83%E7%82%B9%E5%B9%85%E8%A7%92

近心点经度

https://baike.baidu.com/item/%E8%BF%91%E5%BF%83%E7%82%B9%E7%BB%8F%E5%BA%A6

平近点角

https://baike.baidu.com/item/%E5%B9%B3%E8%BF%91%E7%82%B9%E8%A7%92

平黄经

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%B9%B3%E9%BB%83%E7%B6%93

三.轨道参考平面

RefPlane或Type 指定开普勒轨道的参考平面,或用于描述特殊类型的对象放置。如果未指定,则根据对象类型分配默认值。

Equator or Laplace 赤道或拉普拉斯不变平面, 参考平面是父对象的赤道平面,是卫星默认的轨道参考平面

Ecliptic 黄道,参考平面是黄道平面(我们的太阳系唯一的),是小行星和彗星默认的轨道参考平面

Extrasolar 太阳系外参考平面是图像平面(从地球看时垂直于视线的平面),是行星,恒星和重心的轨道参考平面

Static静止的,对象相对于父对象是固定的,并且在移动时跟随它。参数PosXYZ和PostPolar用于指定相对位置

Fixed固定的,对象将相对于父对象固定,并跟随它旋转。参数PosXYZ和PostPolar用于指定相对位置

Static和Fixed类型用于使对象彼此固定而不切实际的系统。它们使用这些参数来指定相对于父对象的位置。

PosXYZ 在笛卡尔坐标系(直角坐标系)中的位置向量,单位为千米,示例:PosXYZ (5000 1000 2000)

PosPolar 在球坐标中的位置,形式为(经度,纬度,度,公里),示例:PosPolar (45 30 3000)

static和fixed也有简化的形式。这些参数必须在上面使用行星标记代替轨道标签

使用StaticPosXYZ  等于添加了Orbit {}标签的类型为Static的PosXYZ

使了StaticPosPolar等于添加了Orbit {}标签的类型为Static的PosPolar

使了FixedPosXYZ  等于添加了Orbit {}标签的类型为Fixed的PosXYZ

使了FixedPosPolar 等于添加了Orbit {}标签的类型为Fixed的PosPolar

轨道参考平面说明:

1.如果未指定Orbit{ }标记,则它等于具有坐标(0 0 0)的静态位置,即在父体的中心。这用于描述具有附加参数的孤星,位于系统的中心。

2.为不同类型的对象选择不同的默认参考平面,以使大型目录目录更紧凑。黄道在我们太阳系中用于行星,小行星和彗星。太阳系目录中的行星直接指定了参考面是Ecliptic,因为行星的默认值为Extrasolar。因此小行星和彗星目录不使用参考平面,这使它们更紧凑。

3.太阳系外行星目录和双星和多星目录,它们的默认参考面是Extrasolar。要是创建自定义行星系统,最好直接为其行星和小行星指定指定参考平面为Equator,使其轨道与恒星的旋转轴对齐。不需要为卫星指定指定参考平面,因为默认值Equator对它们有用。

4.如果未指定,某些轨道参数可由SE从其他参数计算或生成。例如,可以从SemiMajorAxis或PericenterDist计算Period和父对象的质量。如果行星系统中某些行星的Inclination和AscendingNode未知,则可以基于同一系统中具有已知Inclination和AscendingNode的其他行星来程序生成它们。

5.要制作双星系统或双行星系统,请确保系统中两个天体的以下参数相同: Eccentricity, Inclination,AscendingNode, MeanAnomaly

第一个天体的ArgOfPericenter参数必须与第二个天体的ArgOfPericenter参数相差180度。还需要使用以下公式质量计算

每个天体的SemiMajorAxis参数

天体1: a1 = R * M2 / (M1 + M2)

天体2: a2 = R * M1 / (M1 + M2)

笛卡尔坐标系

https://baike.baidu.com/item/%E7%AC%9B%E5%8D%A1%E5%B0%94%E5%9D%90%E6%A0%87%E7%B3%BB/4522878?fr=aladdin

极坐标

https://baike.baidu.com/item/%E6%9E%81%E5%9D%90%E6%A0%87/7607962?fr=aladdin

赤道

https://baike.baidu.com/item/%E8%B5%A4%E9%81%93/106883

黄道

https://baike.baidu.com/item/%E9%BB%84%E9%81%93/14773?fr=aladdin

拉普拉斯不变平面https://baike.baidu.com/item/%E6%8B%89%E6%99%AE%E6%8B%89%E6%96%AF%E4%B8%8D%E5%8F%98%E5%B9%B3%E9%9D%A2/1308555

四.星系和星云的坐标

Yaw, Pitch, Roll 俯仰角,偏航角,翻滚角,分别代表绕x,y,z的旋转值,即物体的欧拉方向角

Axis 在轴角对象的定位

Quat 描述对象的方向四元数

欧拉角

https://baike.baidu.com/item/%E6%AC%A7%E6%8B%89%E8%A7%92

定向

(几何)https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%AE%9A%E5%90%91_(%E5%B9%BE%E4%BD%95)

轴角

https://baike.baidu.com/item/%E8%BD%B4%E8%A7%92/9624352?fr=aladdin

四元数

https://baike.baidu.com/item/%E5%9B%9B%E5%85%83%E6%95%B0/5795379?fr=aladdin

五.在线轨道模拟网站

在线天体模拟器合集

https://clearskytonight.com/projects/astronomycalculator/coordinate/ecliptic_equatorial.html

轨道模拟器

http://astro.unl.edu/naap/pos/animations/kepler.html

轨道模拟动画

http://astronomy.beamappzone.com/

六.在线天文计算器

天文单位换算计算器

https://www.jisuan.mobi/p1bBz1NHH1Bz3Syi.html

赤道到黄道坐标计算

https://frostydrew.org/utilities.dc/convert/tool-eq_coordinates/

亮度和光度计算

http://www.calctool.org/CALC/phys/astronomy/star_magnitude

周期计算

http://orbitsimulator.com/gravity/articles/PeriodCalculator2.html

行星质量、向心加速度在线计算器

http://www.23bei.com/tool-105.html

开普勒第三定律计算

http://www.23bei.com/tool-103.html

七.天体轨道相关视频教程

开普勒三大定律+万有引力

https://www.bilibili.com/video/av19786428

天体运动

https://www.bilibili.com/video/av24448553

地球运动(自转、公转)、天体、天体系统、太阳活动、太阳辐射、生命存在条件等模块

https://www.bilibili.com/video/av25374786

天体运动系列课——第1课 开普勒定律基本知识

https://www.bilibili.com/video/av26412288

极坐标 参数方程 直角坐标的互换

https://www.bilibili.com/video/av15224473

8分钟弄懂极坐标

https://www.bilibili.com/video/av9486788


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宇宙模拟器space engine 作者采访和space engine 应用于领域合集

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B站视频http://space.bilibili.com/345330124/video

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