Apsisdistanz
Dieser Artikel beschäftigt sich mit den astronomischen Zusammenhängen; zum Gebrauch von Apsis und Apsidenachse in der allgemeinen Mechanik siehe Eulerwinkel
Apsiden (Hauptscheitel der Keplerellipse)
F: Gravizentrum (Brennpunkt)
A: Periapsis, d1: Periapsisdistanz
B: Apoapsis, d2: Apoapsisdistanz

Als Apsis (griechisch „Wölbung“, Plural Apsiden) bezeichnet man die beiden Hauptscheitel auf der elliptischen Umlaufbahn eines Himmelskörpers. Apoapsis ist dabei der Punkt mit der größten Entfernung zum Hauptkörper und Periapsis der mit der geringsten. Da die Ellipse genau zwei Hauptscheitel besitzt, wird der Begriff meist im Plural verwendet.

Inhaltsverzeichnis

Wortherkunft und abgeleitete Begriffe

Apsis ist das griechische Wort für „Wölbung, Bogen“ und leitet sich vom Begriff Apsis der Architektur ab, apo- und peri- sind die Vorsilben „fern“ und „nah“.

Für die Hauptkörper Sonne, Erde, Mond und Sterne haben die Apsiden eigene Namen, die aus den entsprechenden griechischen abgeleitet sind:

  • -hel zu helios „Sonne“
  • -gäum zu ge oder gaia „Erde“
  • -selen zu selene „Mond“
  • -astron „Stern“
  • -galaktikum zu galaxisMilchstraße
  • daneben findet sich auch -jovum zu lat. iupiter

Perizentrum und Apozentrum (lat. centrumAchspunkt“) bezeichnen dabei speziell Punkte in einem Mehrkörper-System und beziehen sich auf das Baryzentrum.

Ist in einem allgemein himmelsmechanischen Zusammenhang von den Apsiden einer Bahn die Rede, ohne dass ein bestimmter Zentralkörper spezifiziert werden soll, dann können sie ebenfalls als Perizentrum und Apozentrum, aber auch als Perifokus und Apofokus (lat. focusBrennpunkt“) bezeichnet werden.

Der Abstand zwischen System-Schwerpunkt und Apside ist die Apsisdistanz (Apsidendistanz), oder Apsisabstand, also Periheldistanz (Perihelabstand, oft auch kurz nur „Perihel“), Apheldistanz (Aphelabstand, „Aphel“), Perizentrumsdistanz u. s. w.

Zu beachten ist, dass „Periapsisdistanz“ („Periapsisabstand“) manchmal auch als Bahnelement den Winkel Argument der Periapsis bezeichnet.

Die Verbindungslinie der beiden Apsiden ist die Apsidenlinie.

Exzentrizität und Apsisdistanz

Der Zusammenhang zwischen (numerischer) Exzentrizität und den Apsisdistanzen ist

\mathrm{Exzentrizit\ddot at} = \frac{\text{Apoapsisdistanz} - \text{Periapsisdistanz}}{\text{Apoapsisdistanz} + \text{Periapsisdistanz}}

Apsiden und Apsidenlinie

Übersicht über die Referenzlinien der Erdbahn

Die Gerade durch die beiden Apsiden wird Apsidenlinie genannt. Sie entspricht der Hauptachse der Ellipse. Aufgrund von Schwerkraftseinflüssen anderer Himmelskörper ist die Apsidenlinie nicht fest, sondern dreht sich langsam in Richtung des umlaufenden Himmelskörpers. Dieser Vorgang wird Apsidendrehung genannt.

Bahnellipsen und Baryzentrum

Wenn man Bahndaten näher betrachtet und die zwei Apsidendistanzen mittelt, fällt manchmal auf, dass sich diese mittlere Entfernung von der großen Halbachse unterscheidet. Wenn der Hauptkörper nicht wesentlich größer als der zweite ist, wird daran der Effekt des Baryzentrums deutlich gemacht. Denn nicht der Mittelpunkt des Hauptkörpers steht im Brennpunkt der Bahnellipse, sondern der gemeinsame Schwerpunkt der Himmelskörper.

Beim System Erde-Mond liegt das Baryzentrum (der Erde-Mond-Schwerpunkt) fast 5000 km außerhalb des Geozentrums, also im mondzugewandten Bereich des Erdmantels. Der Erdmittelpunkt beschreibt daher monatlich eine Ellipse von 10.000 km Durchmesser.

Bei Doppelsternen (siehe unten) ist dieser Effekt noch wesentlich größer und kann vielfach sogar astrometrisch erfasst werden. So wurde beispielsweise schon um 1800 eine periodische Ortsveränderung des hellen Sterns Sirius festgestellt, aber erst 1862 sein kleiner Begleiter optisch nachgewiesen.

Bei dem Nachweis von Exoplaneten mit der Radialgeschwindigkeitsmethode wird dieser Effekt ausgenutzt, um aus dem radialen Bewegungsanteils des Muttersterns um das Baryzentrum auf Masse und Umlaufdauer der Planeten zu schließen.

Während des Durchgangs eines Körpers durch seine Periapsis besitzt er seine größte Bahngeschwindigkeit, weil er bis dorthin – aufgrund des abnehmenden Bahnradius – auf das Gravizentrum zufällt; während seines Durchgangs durch die Apoapsis seine geringste Umlaufgeschwindigkeit, weil er sich bis dorthin vom Gravizentrum entfernt. Die Winkelgeschwindigkeit (scheinbare Geschwindigkeit) im Umlaufzentrum ändert sich noch mehr, weil sich zusätzlich zu dem im gleichen Zeitabschnitt durcheilten Bogen auch die Distanz (der Radius) verkürzt – dieser Effekt ist etwa bei der Beobachtung der täglichen Bewegung des Mondes oder eines Satelliten auffallend.

Sonne: Perihel und Aphel

Das Perihel ist der sonnennächste, das Aphel (sprich „Ap-hel“ oder „Afel“[1]) der sonnenfernste Punkt einer Planetenbahn. Die Erde hat ihren Perihel-Durchgang um den 3. Januar (2.–4. Jan.) bei 147,099 Mio. km und ihren Aphel-Durchgang um den 5. Juli (3.–6. Juli) bei 152,096 Mio. km.

Entfernung der Planeten und Zwergplaneten von der Sonne in Astronomischen Einheiten und Kilometern:

Himmelskörper Perihel Aphel
Merkur 0,306 AE 45,9 Mio. km 0,4667 AE 69,7 Mio. km
Venus 0,718 AE 107,4 Mio. km 0,728 AE 109 Mio. km
Erde 0,9833 AE 147,1 Mio. km 1,0167 AE 152,1 Mio. km
Mars 1,381 AE 206,7 Mio. km 1,666 AE 249,1 Mio. km
Ceres 2,544 AE 380,5 Mio. km 2,987 AE 446,8 Mio. km
Jupiter 4,951 AE 740,9 Mio. km 5,454 AE 815,7 Mio. km
Saturn 9,008 AE 1.347 Mio. km 10,069 AE 1.507 Mio. km
Uranus 18,285 AE 2.735 Mio. km 20,088 AE 3.004 Mio. km
Neptun 29,800 AE 4.456 Mio. km 30,316 AE 4.537 Mio. km
Pluto 29,58 AE 4.425 Mio. km 49,19 AE 7.375 Mio. km
Eris 37,845 AE 5.662 Mio. km 97,545 AE 14.593 Mio. km

Planeten sind weiß, Zwergplaneten sind grau hinterlegt.

Erde: Perigäum und Apogäum

Hauptartikel: Erdnähe

Perigäum und Apogäum sind der erdnächste bzw. der erdfernste Punkt.

Beim Mond unterscheiden sich durch die merklich elliptische Form der Mondbahn (Exzentrizität 0,055) die beiden Entfernungen um über 13 Prozent. Sie betragen 356.410 und 406.740 km und die große Halbachse 384.405 km (zur Differenz siehe oben, Baryzentrum).

Künstliche Erdsatelliten

Bei künstlichen Erdsatelliten heißen die Apsiden ebenso wie beim natürlichen Erdmond. Gibt man sie als Höhe über der Erdoberfläche an, fällt ihr Unterschied natürlich mehr auf als bei geozentrischen Distanzen. Wird z. B. eine 300 km hohe Kreisbahn auf eine Exzentrizität von nur 0,001 geändert, ändern sich die zwei Höhen auf etwa 235 und 365 km. Russische Synchronsatelliten können sogar Werte von 500 bis ca. 80.000 km aufweisen, und eine sog. Übergangsbahn zum Mond noch extremere.

Um stabile Satellitenbahnen zu erhalten, muss das Perigäum wegen der Bremswirkung der hohen Atmosphäre mindestens 200 km hoch liegen.

Mond-Satellit: Periselen und Aposelen

Periselen und Aposelen bezeichnen den mondnächsten bzw. den mondfernsten Punkt in der Bahn eines den Mond umkreisenden Körpers (englisch ist Perilune bzw. Apolune üblicher).
Zum Beispiel hatte der dritte Lunar Orbiter (1967) zunächst ein Periselen von 210 km Höhe und ein Aposelen von 1790 km. Nach 4 Tagen wurde die Bahn auf 45 und 1850 km umgewandelt, um mehr hochauflösende Fotos zu gewinnen.

Monde um andere Planeten

Konsequenterweise wäre an Peri- bzw. Apo- der griechische Name des Planeten anzuhängen, der aber oft nicht bekannt ist. Daher umschreibt man es meistens, nur beim Jupiter sagt man Perijovum und Apojovum (englisch Peri-, Apojove, vom lateinischen Genitiv Iovis für des Jupiters).

Doppelsternsysteme: Periastron und Apastron (Peri- und Apozentrum)

Periastron und Apastron: Der Punkt auf der Umlaufbahn eines Doppelstern-Partners, auf dem dieser am nächsten bzw. am weitesten von seinem Begleiter entfernt ist.

Perizentrum und Apozentrum: Der Punkt auf der Umlaufbahn eines Partners in einem Doppelsternsystem, auf dem dieser am nächsten bzw. am weitesten von dem Schwerpunkt (Baryzentrum) des Systems entfernt ist.

Exoplaneten

Die Definition für Exoplaneten bei ihrem Umlauf um ihren Zentralstern erfolgt analog.

Galaxie: Perigalaktikum und Apogalaktikum

Perigalaktikum und Apogalaktikum: Der Punkt auf der Umlaufbahn eines Sterns um das Zentrum des Milchstraßensystems, auf dem er am nächsten bzw. am weitesten von diesem entfernt ist.

Siehe auch

Quellen

  1. a'fe:l – M. Mangold: Duden Aussprachewörterbuch. Bibliographisches Institut AG, Mannheim 1974, 2. Aufl., ISBN 3-411-00916-0

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