Astro/celestialBody.cxx

   1 /**************************************************************************
   2  * celestialBody.cxx
   3  * Written by Durk Talsma. Originally started October 1997, for distribution
   4  * with the FlightGear project. Version 2 was written in August and
   5  * September 1998. This code is based upon algorithms and data kindly
   6  * provided by Mr. Paul Schlyter. (pausch@saaf.se).
   7  *
   8  * This program is free software; you can redistribute it and/or
   9  * modify it under the terms of the GNU General Public License as
  10  * published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
  11  * License, or (at your option) any later version.
  12  *
  13  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
  14  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16  * General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  19  * along with this program; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  21  *
  22  * $Id$
  23  * (Log is kept at end of this file)
  24  **************************************************************************/
  25
  26 #include "celestialBody.hxx"
  27 #include "star.hxx"
  28 #include <Debug/logstream.hxx>
  29
  30 #ifdef FG_MATH_EXCEPTION_CLASH
  31 #  define exception c_exception
  32 #endif
  33 #include <math.h>
  34
  35 /**************************************************************************
  36  * void CelestialBody::updatePosition(fgTIME *t, Star *ourSun)
  37  *
  38  * Basically, this member function provides a general interface for
  39  * calculating the right ascension and declinaion. This function is
  40  * used for calculating the planetary positions. For the planets, an
  41  * overloaded member function is provided to additionally calculate the
  42  * planet's magnitude.
  43  * The sun and moon have their own overloaded updatePosition member, as their
  44  * position is calculated an a slightly different manner.
  45  *
  46  * arguments:
  47  * fgTIME t: provides the current time.
  48  * Star *ourSun: the sun's position is needed to convert heliocentric
  49  *               coordinates into geocentric coordinates.
  50  *
  51  * return value: none
  52  *
  53  *************************************************************************/
  54 void CelestialBody::updatePosition(fgTIME *t, Star *ourSun)
  55 {
  56   double eccAnom, v, ecl, actTime,
  57     xv, yv, xh, yh, zh, xg, yg, zg, xe, ye, ze;
  58
  59   updateOrbElements(t);
  60   actTime = fgCalcActTime(t);
  61
  62   // calcualate the angle bewteen ecliptic and equatorial coordinate system
  63   ecl = DEG_TO_RAD * (23.4393 - 3.563E-7 *actTime);
  64
  65   eccAnom = fgCalcEccAnom(M, e);  //calculate the eccentric anomaly
  66   xv = a * (cos(eccAnom) - e);
  67   yv = a * (sqrt (1.0 - e*e) * sin(eccAnom));
  68   v = atan2(yv, xv);           // the planet's true anomaly
  69   r = sqrt (xv*xv + yv*yv);    // the planet's distance
  70
  71   // calculate the planet's position in 3D space
  72   xh = r * (cos(N) * cos(v+w) - sin(N) * sin(v+w) * cos(i));
  73   yh = r * (sin(N) * cos(v+w) + cos(N) * sin(v+w) * cos(i));
  74   zh = r * (sin(v+w) * sin(i));
  75
  76   // calculate the ecliptic longitude and latitude
  77   xg = xh + ourSun->getxs();
  78   yg = yh + ourSun->getys();
  79   zg = zh;
  80
  81   lonEcl = atan2(yh, xh);
  82   latEcl = atan2(zh, sqrt(xh*xh+yh*yh));
  83
  84   xe = xg;
  85   ye = yg * cos(ecl) - zg * sin(ecl);
  86   ze = yg * sin(ecl) + zg * cos(ecl);
  87   rightAscension = atan2(ye, xe);
  88   declination = atan2(ze, sqrt(xe*xe + ye*ye));
  89   FG_LOG(FG_GENERAL, FG_INFO, "Planet found at : "
  90          << rightAscension << " (ra), " << declination << " (dec)" );
  91
  92   //calculate some variables specific to calculating the magnitude
  93   //of the planet
  94   R = sqrt (xg*xg + yg*yg + zg*zg);
  95   s = ourSun->getDistance();
  96
  97   // It is possible from these calculations for the argument to acos
  98   // to exceed the valid range for acos(). So we do a little extra
  99   // checking.
 100
 101   double tmp = (r*r + R*R - s*s) / (2*r*R);
 102   if ( tmp > 1.0) {
 103       tmp = 1.0;
 104   } else if ( tmp < -1.0) {
 105       tmp = -1.0;
 106   }
 107
 108   FV = RAD_TO_DEG * acos( tmp );
 109 };
 110
 111 /****************************************************************************
 112  * double CelestialBody::fgCalcEccAnom(double M, double e)
 113  * this private member calculates the eccentric anomaly of a celestial body,
 114  * given its mean anomaly and eccentricity.
 115  *
 116  * -Mean anomaly: the approximate angle between the perihelion and the current
 117  *  position. this angle increases uniformly with time.
 118  *
 119  * True anomaly: the actual angle between perihelion and current position.
 120  *
 121  * Eccentric anomaly: this is an auxilary angle, used in calculating the true
 122  * anomaly from the mean anomaly.
 123  *
 124  * -eccentricity. Indicates the amount in which the orbit deviates from a
 125  *  circle (0 = circle, 0-1, is ellipse, 1 = parabola, > 1 = hyperbola).
 126  *
 127  * This function is also known as solveKeplersEquation()
 128  *
 129  * arguments:
 130  * M: the mean anomaly
 131  * e: the eccentricity
 132  *
 133  * return value:
 134  * the eccentric anomaly
 135  *
 136  ****************************************************************************/
 137 double CelestialBody::fgCalcEccAnom(double M, double e)
 138 {
 139   double
 140     eccAnom, E0, E1, diff;
 141
 142   eccAnom = M + e * sin(M) * (1.0 + e * cos (M));
 143   // iterate to achieve a greater precision for larger eccentricities
 144   if (e > 0.05)
 145     {
 146       E0 = eccAnom;
 147       do
 148         {
 149           E1 = E0 - (E0 - e * sin(E0) - M) / (1 - e *cos(E0));
 150           diff = fabs(E0 - E1);
 151           E0 = E1;
 152         }
 153       while (diff > (DEG_TO_RAD * 0.001));
 154       return E0;
 155     }
 156   return eccAnom;
 157 }
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