Visualisierung des Sonnensystem

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Informationen zum Programm

Diese Webseite berechnet visualisiert alle wesentlichen Objekte des Sonnensystems: die Sonne, die acht Planeten, sechs Zwergplaneten und weitere 5604 SBO (small body objects). Sie ist für größere Displays ausgelegt, die Anzeige auf Handys ist deshalb empfehlenswert.

Die Größenverhältnisse der Planeten sind relativ zueinander maßstabsgetreu, aber natürlich nicht absolut (sie wären sonst nur als kleine Punkte zu sehen).
Die Sonne ist aber kleiner dargestellt, sie würde sonst die inneren Planeten überdecken. Ihr wahrer Durchmesser beträgt 1,4 Millionen km, damit ist sie 10x so groß wie der größte Planet (Jupiter), der wiederum die 11-fache Größe der Erde hat.

Auch die Beleuchtung der Planeten ist nicht physikalisch realistisch: Zusätzlich zur Sonne wird ein isotropes Hintergrundlicht zugeschaltet, um sie besser sichtbar zu machen.
Die Maps der Zwergplaneten Eris, Makemake, Haumea und Vesta fehlen, sie werden deshalb nur als Kugeln dargestellt. Für alle SBO wird für WebGL eine Standard-Map verwendet (und hier zusätzlich eine Darstellung durch kleine Kreise).

Die Rotation der Planeten um die eigene Achse wird nicht simuliert und die Sonnenflecken sind zeitunabhängig.

Das hier benutzte heliozentrische Koordinatensystem hat die Ekliptik als (x,z)-Ebene, wobei der Frühlingspunkt ♈︎ in +z-Richtung orientiert ist (dort steht die Erde im Frühjahrs-Äquinoktium).
Alle Längen sind in Astronomischen Einheiten (AE) angegeben: 1 AE = 149,1 Millionen km (mittlerer Erdabstand). Siehe auch Sonnensystem auf Wikipedia

Einige Sekunden nach dem Laden der Seite wird automatisch eine Animation gestartet (10 Sekunden lang), die die Kamera spiralförmig vom Abstand 250 AE bis auf 5 AE an die Sonne heranzoomt. Dabei ist auch die räumliche Verteilung der Asteroiden gut zu beobachten.

Falls jemand einen Fehler entdeckt oder Verbesserungsvorschläge hat, bitte eine E-Mail an mich senden.

Bedienung

Mit der linken Maustaste (oder Finger-Wischen auf einem Touchscreen) läßt sich die Projektion horizontal und vertikal (durch 'grabbing') drehen.
Mit dem Mausrad (2-Finger-Gesten auf einem Touchscreen) kann man heran- und herauszoomen.
Mit den vier Pfeiltasten der Tastatur oder der rechten Maustaste (3-Finger-Gesten auf einem Touchscreen) kann man den Koordinatenursprung verschieben.
Alle obigen Aktionen sind auch während laufender Animationen (außer der Kamerafahrt) möglich.
Der Button schaltet in den Fullscreen-Modus, startet eine automatische Rotation der Kamera um die Achse der Ekliptik (y) und läßt die Zeit schrittweise weiterlaufen (mit der Select-Box stellt man den Zeitschritt in Tagen ein).
Mit dem Slider kann man die Animationsgeschwindigkeit für Rotation und Zeit einstellen (Timeout).
Die 1. Checkbox (rechts neben dem Datum) schaltet die zusätzliche Anzeige der SBO als Kreise im Canvas an/aus.
Die 2. Checkbox schaltet die Tooltip-Anzeige der Objekte im Canvas an/aus. Wenn sie aktiviert ist, wird beim Bewegen der Maus über dem Canvas eine Tabelle der Daten des nächsten Planeten/SBO angezeigt. Für SBO wird zusätzlich die absolute Magnitude und (falls vorhanden) die Gruppenzugehörigkeit angezeigt.
Der Button wiederholt die Kamerafahrt, setzt auf die aktuelle Zeit zurück, die restlichen Buttons machen Zeitschritte vor- bzw. rückwärts.
Die rechte Tabelle zeigt die drei Haupt-Kepler-Parameter (große Halbachse a, Exzentrizität e und Inklination i) sowie die Position der Planeten und SBO im heliozentrischen System zum jeweiligen Zeitpunkt. Alle Daten sind im engl. Format angegeben (mit Dezimalpunkt anstatt Komma).
Die letzten zwei Spalten sind Abstand von der Erde [AE] und Elevation [°] über der Sonne von der Erde aus gesehen (Sichtbarkeit).
Die Tabelle der SBO kann nach Namen, großer Halbachse, usw. interaktiv sortiert werden. Die Positionen werden in der Zeitanimation aber nur aktualisiert, wenn die Checkbox in der Kopfzeile aktiviert ist (das bremst die Animation stark).
Die Planetenbilder und die ID-Spalten der SBO in der Tabelle haben eine Tooltip-Anzeige mit allen Kepler-Parametern und Umlaufperiode.
Beim Click auf diese Tabellenzellen wird der Koordinatenursprung in das Objekt gelegt und die Kamera so ausgerichtet, daß das Objekt direkt vor der Sonne steht. Das ist in etwa der Blick, den man von dort auf das Sonnensystem hätte.
Zum Zurückschalten auf das normale Koordinatensystem (Sonne im Zentrum) kann man auf das Sonnenbild in der Tabelle klicken.

Technische Details

Die Seite basiert auf dem Orrery-Projekt (siehe github) von Olaf Frohn (2015): "An interactive Solar System simulator (a.k.a. Orrery) implemented with D3.js and three.js. Shows planets with images and trajectories, as well as small bodies as dots. Optional spacecraft with images and trajectories."

Das ist ein ungeschliffener Diamant. Das User-Interface war rudimentär: Z. B. fehlten die Möglichkeiten zum Autorotieren und Animieren der Zeit. Ein Fullscreen-Modus war nicht vorhanden, die Steuerung der Zeit umständlich und auch die Visualisierung der Planeten suboptimal. Die Positionen aller SBO wurden zwar berechnet, sie waren aber praktisch unsichtbar.

Orrery verwendet die three.js-Bibliothek zum Rendern dreidimensionaler Szenen mithilfe von WebGL (API).

Für die zusätzlichen Anzeigen im Bild (Koordinatensystem, SBO) habe ich einen zweiten Canvas über den WebGL-Canvas gelegt. Da sich die Screen-Koordinaten der Objekte nicht aus three.js extrahieren lassen, muß eine zweite Projektion mit den Kamera-Parametern berechnet werden.

Die 5604 SBO sind Asteroiden und Transneptun-Objekte bis zur absoluten Magnitude 12. Ihre Orbit-Elemente stammen vom IAU Minor Planet Center (Stand 2014). Sie werden zusätzlich zur WebGL-Darstellung als kleine Kreise dargestellt, deren Radius an die Magnitude angepaßt ist. Die Farbe kodiert Exzentrizität und Inklination. Da sie auf dem 2. Canvas gezeichnet werden, werden sie von der Sonne und den Planeten nicht verdeckt.

Die Orbit-Elemente der Planeten und Kleinplaneten sind von der NASA: Approximate Positions of the Planets.

Die Genauigkeit der Planetenpositionen wird in folgender Tabelle angezeigt (in engl.)

The table below lists nominal errors in heliocentric longitude, λ, latitude, φ, and distance, ρ, using this approximation of planetary positions († EM Bary = Earth/Moon Barycenter)
                  1800 AD — 2050 AD          3000 BC — 3000 AD
                 λ	ϕ 	 ρ  	   λ        ϕ        ρ
	    (arcsec) (arcsec) (1000 km) (arcsec) (arcsec) (1000 km)
Mercury 	15	1	 1 	   20      15        1
Venus 		20	1	 4 	   40	   30	     8
EM Bary† 	20	8	 6 	   40	   15       15
Mars 		40	2       25 	  100	   40       30
Jupiter        400     10      600 	  600     100     1000
Saturn 	       600     25     1500 	 1000	  100     4000
Uranus 		50	2     1000 	 2000	   30     8000
Neptune 	10	1      200 	  400	   15     4000

Erklärung der angezeigten Orbit-Parameter (in engl.). Siehe auch Wikipedia: Bahnelement

ep = epoch (dt)
N = longitude of the ascending node (deg) Ω
i = inclination to the ecliptic (plane of the Earth's orbit) (deg) 
w = argument of perihelion (deg)  ω
a = semi-major axis, or mean distance from Sun (AU,km)
e = eccentricity (0=circle, 0-1=ellipse, 1=parabola, >1=hyperbola ) (-)
M = mean anomaly (0 at perihelion; increases uniformly with time) (deg)
n = mean daily motion = 360/P (deg/day)
    
W = N + w  = longitude of perihelion ϖ
L = M + W  = mean longitude
q = a*(1-e) = perihelion distance
Q = a*(1+e) = aphelion distance
P = a ^ 1.5 = orbital period (years if a is in AU, astronomical units)
T = Epoch_of_M - (M(deg)/360_deg) / P  = time of perihelion
v = true anomaly (angle between position and perihelion) ν
E = eccentric anomaly

The values 'dx' are changes of 'x' per cy (100 years) 
Mandatory: a, e, i, N, w|W, M|L, dM|n