Un’ellisse è una forma geometrica che viene generata quando un piano interseca una forma conica e produce una curva chiusa. I cerchi sono un sottoinsieme speciale dell’ellisse. Sebbene qualsiasi formula particolare per queste forme possa sembrare piuttosto complessa, sono una forma comune nei sistemi naturali come nei piani orbitali nello spazio e su scala atomica.
Un ovale è un altro nome generico per un’ellisse, essendo entrambi curve chiuse convesse in cui qualsiasi linea tracciata da due punti sulla curva si troverà all’interno dei confini della curva stessa. L’ellisse ha una simmetria matematica, tuttavia, che un ovale non ha necessariamente. Se una linea viene tracciata attraverso l’asse maggiore di un’ellisse, che passa per il suo centro e per entrambe le sue estremità più lontane, due punti qualsiasi sulla linea che sono ugualmente distanti dal centro sono descritti come punti focali F1 e F2. La somma di due linee qualsiasi tracciate da F1 e F2 alla circonferenza dell’ellisse si sommerà alla lunghezza totale dell’asse maggiore, e questa è nota come proprietà focale dell’ellisse. Quando i punti focali di F1 e F2 sono nella stessa posizione sull’asse maggiore, questa è la vera definizione di un cerchio.
Un’altra equazione dell’ellisse è l’equazione polare, che viene utilizzata per determinare il perielio e l’afelio per i punti più vicini e più lontani nell’orbita di un corpo, come la Terra intorno al Sole. Prendendo la posizione di F1 sull’asse maggiore come la posizione del Sole, il punto dell’ellisse più vicino a F1 sarebbe il perielio. Il punto più lontano dell’ellisse, sul lato opposto di F2, sarebbe l’afelio, o il punto più lontano della Terra nella sua orbita del Sole. L’effettiva equazione polare viene utilizzata per calcolare il raggio di un’orbita in qualsiasi momento. Può sembrare complicato se scritto in forma algebrica, ma diventa evidente quando lo accompagnano diagrammi etichettati.
Johannes Kepler, che nel 1609 pubblicò la sua ricerca decennale sull’orbita di Marte nel libro intitolato Astronomia Nova, che letteralmente significa A New Astronomy, scoprì che le orbite dei pianeti intorno al sole avevano posizioni di punti ellittici. Questa scoperta fu successivamente esposta da Isaac Newton nel 1687 quando pubblicò Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, letteralmente I Principi. Ha dettagliato la legge di gravitazione universale di Newton che governa la massa dei corpi orbitanti nello spazio.