需要先学习的内容万有引力与行星运动拉格朗日量与作用量的驻定条件

由运动方程推导椭圆轨道

从距太阳最近的点,沿垂直于太阳与行星连线的方向发射行星。观察行星仅在太阳引力作用下运行约1⁠周的轨道。

次の近日点に達するまで、太陽のまわりを何度回るか?

用公式解释现象

  1. 1用距离和角度表示加速度ar=⁠r − r θ²⁠,aθ=⁠(1r) d(r² θ)dt……
  2. 2代入万有引力,写出2⁠个方向的运动方程m (r − r θ²)=⁠−G M mr²⁠,(mr) d(r² θ)dt=⁠0……
  3. 3由角向运动方程推导角动量守恒r² θ=⁠h(常量)……
  4. 4令u=1/r⁠,将时间导数转换为对θ⁠的导数u = 1r⁠,r = −h² u² d²udθ²……
  5. 5代入运动方程,整理成关于u⁠的方程d²udθ² + u=⁠G Mh²……
  6. 6写出简谐运动的解,求出u⁠再次达到最大值时转过的角度u=⁠(G Mh²)(1 + e cosθ)……
  7. 7换回r⁠,考察轨道形状r=⁠ℓ1 + e cosθ……
  8. 8利用近日点和远日点,建立轨道形状与能量的联系e²=⁠1 + 2 E h²(G M)²……
  9. 9由面积速度求椭圆轨道的周期T²=⁠(4π²G M) a³……
  10. 10在引力中叠加1/r³⁠项,重新写出关于u⁠的方程d²udθ² + (1 − κh²) u=⁠G Mh²……
  11. 11由u⁠再次达到最大值时转过的角度,求近日点的偏移Θ=⁠360°√(1 − κ/h²)……