src/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  **************************************************************************/
  24
  25 #include "celestialBody.hxx"
  26 #include "star.hxx"
  27 #include <Debug/logstream.hxx>
  28
  29 #ifdef FG_MATH_EXCEPTION_CLASH
  30 #  define exception c_exception
  31 #endif
  32 #include <math.h>
  33
  34 /**************************************************************************
  35  * void CelestialBody::updatePosition(fgTIME *t, Star *ourSun)
  36  *
  37  * Basically, this member function provides a general interface for
  38  * calculating the right ascension and declinaion. This function is
  39  * used for calculating the planetary positions. For the planets, an
  40  * overloaded member function is provided to additionally calculate the
  41  * planet's magnitude.
  42  * The sun and moon have their own overloaded updatePosition member, as their
  43  * position is calculated an a slightly different manner.
  44  *
  45  * arguments:
  46  * fgTIME t: provides the current time.
  47  * Star *ourSun: the sun's position is needed to convert heliocentric
  48  *               coordinates into geocentric coordinates.
  49  *
  50  * return value: none
  51  *
  52  *************************************************************************/
  53 void CelestialBody::updatePosition(FGTime *t, Star *ourSun)
  54 {
  55   double eccAnom, v, ecl, actTime,
  56     xv, yv, xh, yh, zh, xg, yg, zg, xe, ye, ze;
  57
  58   updateOrbElements(t);
  59   actTime = fgCalcActTime(t);
  60
  61   // calcualate the angle bewteen ecliptic and equatorial coordinate system
  62   ecl = DEG_TO_RAD * (23.4393 - 3.563E-7 *actTime);
  63
  64   eccAnom = fgCalcEccAnom(M, e);  //calculate the eccentric anomaly
  65   xv = a * (cos(eccAnom) - e);
  66   yv = a * (sqrt (1.0 - e*e) * sin(eccAnom));
  67   v = atan2(yv, xv);           // the planet's true anomaly
  68   r = sqrt (xv*xv + yv*yv);    // the planet's distance
  69
  70   // calculate the planet's position in 3D space
  71   xh = r * (cos(N) * cos(v+w) - sin(N) * sin(v+w) * cos(i));
  72   yh = r * (sin(N) * cos(v+w) + cos(N) * sin(v+w) * cos(i));
  73   zh = r * (sin(v+w) * sin(i));
  74
  75   // calculate the ecliptic longitude and latitude
  76   xg = xh + ourSun->getxs();
  77   yg = yh + ourSun->getys();
  78   zg = zh;
  79
  80   lonEcl = atan2(yh, xh);
  81   latEcl = atan2(zh, sqrt(xh*xh+yh*yh));
  82
  83   xe = xg;
  84   ye = yg * cos(ecl) - zg * sin(ecl);
  85   ze = yg * sin(ecl) + zg * cos(ecl);
  86   rightAscension = atan2(ye, xe);
  87   declination = atan2(ze, sqrt(xe*xe + ye*ye));
  88   FG_LOG(FG_GENERAL, FG_INFO, "Planet found at : "
  89          << rightAscension << " (ra), " << declination << " (dec)" );
  90
  91   //calculate some variables specific to calculating the magnitude
  92   //of the planet
  93   R = sqrt (xg*xg + yg*yg + zg*zg);
  94   s = ourSun->getDistance();
  95
  96   // It is possible from these calculations for the argument to acos
  97   // to exceed the valid range for acos(). So we do a little extra
  98   // checking.
  99
 100   double tmp = (r*r + R*R - s*s) / (2*r*R);
 101   if ( tmp > 1.0) {
 102       tmp = 1.0;
 103   } else if ( tmp < -1.0) {
 104       tmp = -1.0;
 105   }
 106
 107   FV = RAD_TO_DEG * acos( tmp );
 108 };
 109
 110 /****************************************************************************
 111  * double CelestialBody::fgCalcEccAnom(double M, double e)
 112  * this private member calculates the eccentric anomaly of a celestial body,
 113  * given its mean anomaly and eccentricity.
 114  *
 115  * -Mean anomaly: the approximate angle between the perihelion and the current
 116  *  position. this angle increases uniformly with time.
 117  *
 118  * True anomaly: the actual angle between perihelion and current position.
 119  *
 120  * Eccentric anomaly: this is an auxilary angle, used in calculating the true
 121  * anomaly from the mean anomaly.
 122  *
 123  * -eccentricity. Indicates the amount in which the orbit deviates from a
 124  *  circle (0 = circle, 0-1, is ellipse, 1 = parabola, > 1 = hyperbola).
 125  *
 126  * This function is also known as solveKeplersEquation()
 127  *
 128  * arguments:
 129  * M: the mean anomaly
 130  * e: the eccentricity
 131  *
 132  * return value:
 133  * the eccentric anomaly
 134  *
 135  ****************************************************************************/
 136 double CelestialBody::fgCalcEccAnom(double M, double e)
 137 {
 138   double
 139     eccAnom, E0, E1, diff;
 140
 141   eccAnom = M + e * sin(M) * (1.0 + e * cos (M));
 142   // iterate to achieve a greater precision for larger eccentricities
 143   if (e > 0.05)
 144     {
 145       E0 = eccAnom;
 146       do
 147         {
 148           E1 = E0 - (E0 - e * sin(E0) - M) / (1 - e *cos(E0));
 149           diff = fabs(E0 - E1);
 150           E0 = E1;
 151         }
 152       while (diff > (DEG_TO_RAD * 0.001));
 153       return E0;
 154     }
 155   return eccAnom;
 156 }
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