把释放时刻写清楚
设观察时刻为 t,尘粒年龄为 ,先求彗核在更早的 时刻的位置与速度。尘粒从那里出发,速度等于彗核速度加上脱离气体拖曳后的释放速度;随后在减弱引力下走完整个年龄。彗核则在正常太阳引力下走到同一个观察时刻。
只有两条轨道到达同一时刻,才能相减求尘粒相对彗核的位置。把粒子放在今天的彗核,再向前走一个释放年龄,会画错几何。把纯太阳模型的粒子直接减去含完整摄动力的 JPL 彗核,也可能在力比为零时造出假尾巴。真实图像教程会专门处理这种不一致。
对应阅读:Finson & Probstein · JPL Horizons API and observer/vector conventions
从能量求逃逸门槛
先令释放速度为零。母椭圆半长轴为 时,速度平方为 ,其中 。尘粒继承这个速度,势能却要用减小后的 。把动能减去引力势的绝对值,再整理。
单位质量能量为负,对应受束缚轨道;等于零是抛物极限,为正便是双曲逃逸。门槛取决于释放点在母椭圆的哪里。同样大小的粒子,在远处释放可能受束缚,在近日点释放却可能逃逸。叠加释放速度后,动能会变,门槛还会移动。
对应阅读:Burns · Finson & Probstein
完整算一次圆轨道释放
从一天文单位圆轨道释放力比为零点一的尘粒,不另加释放速度。母天体速度平方等于太阳引力参数除以一天文单位;尘粒保留这个速度,也保留释放瞬间的单位质量角动量。先从能量求新半长轴,再从角动量求偏心率。
新半长轴为一点一二五天文单位,偏心率为九分之一。释放点恰是新轨道的近日点,仍在一天文单位;远日点则到一点二五。力比为二分之一时,原有圆轨道速度恰好等于减弱引力下的逃逸速度;再大便逃逸,但力比尚未到一以前,加速度仍然向内。
对应阅读:Burns · Finson & Probstein
从一颗粒子,扩展到两类轨道族
等时线固定释放时刻、改变力比;等粒径线固定力比、改变释放时刻。在零释放速度、材料性质固定的近似下,两组曲线展示了简单尘尾图像的主要自由度。投影到天空后,本来分开的空间曲线可能交叉,也可能几乎重合。
交互场景另加了气体加速结束后的释放速度,按粒径和释放日心距离的平方根反比缩放,再用球面四个方向作稀疏三维采样。每个点的视觉权重相同,因此画面点密度不是表面亮度预测。若要预测亮度,还需尘埃生产历史、散射相函数和粒径分布。
对应阅读:Finson & Probstein · Li et al.
留下可复算的结果,再检查画法
轨道位置为六十五度时,教学彗核距太阳约一点二七天文单位。释放历史覆盖一百二十日、中心半径三微米、速度尺度每秒一百二十米时,采样粒子最远距彗核约零点七一一天文单位。下表记录刚进入页面、时钟还未推进时的代表结果,数值由前述离散粒子族计算后舍入。
若要复算这组离散例题,母轨道半长轴取二点八天文单位,偏心率零点六五,倾角三十五度、升交点经度三十五度、近日点幅角二十五度。年龄下标从一至二十八,粒径下标从零至六;四个释放方向按下式在教学惯性轴中取点。释放速度先换成每天多少天文单位,再与轨道速度相加。
圆锥轨道传播器用通用变量穿过受束缚和逃逸两类状态。独立龙格—库塔积分比较圆轨道、近抛物线与双曲线,另检验能量、角动量和反向传播。取景另算几何:太阳与所有粒子都进入视野,两条图像轴保持相同距离比例。
| 情形 | 中心力比 | 释放历史 |
|---|---|---|
| 默认 | 0.191 | 28 档年龄、7 档半径、4 个方向 |
| 细尘 | 0.574 | 同样年龄;小粒子分离更强 |
| 粗尘 | 0.00574 | 180 日;速度尺度每秒 5 米 |
| 关闭光力与释放速度 | 0 | 全部粒子与彗核重合 |
对应阅读:Finson & Probstein · Burns