Eine elliptische Umlaufbahn ist die Bewegung eines Körpers um einen anderen in einer ovalen Bahn. Sie kann als Kepler-Bahn mit einer Exzentrizität zwischen 0 und 1 definiert werden . In der Astrodynamik ist die Exzentrizität, manchmal auch erste Exzentrizität genannt, einer Umlaufbahn ein Parameter, der ihre tatsächliche Form und Ausdehnung beschreibt.
Nach den Standardannahmen und Prinzipien der Astrodynamik muss eine Umlaufbahn eine konische Querschnittsform haben. Die konische Exzentrizität ist dann ein Zahlenwert. Diese Zahl steht für einen bestimmten Projektionswinkel, der die Ebenheit oder Rundheit einer elliptischen Bahn definiert.
Die Exzentrizität einer elliptischen Umlaufbahn kann auch als Maß für die Abweichung einer Umlaufbahn von der Form eines Standardkreises definiert werden. Die Orbitalexzentrizität für eine perfekte Kreisbahn beträgt 0. Dieser Wert dient als Maßstab, um die Abweichung einer gegebenen elliptischen Bahn vom Standardkreis zu bewerten.
Das Sonnensystem der Erde besteht aus zahlreichen natürlichen Satelliten wie Planeten, Monden, Kometen und ähnlichen rotierenden Körpern. Diese Körper umkreisen ihre jeweiligen Primärkreise – wie die Erde, die die Sonne umkreist – entlang einer festen elliptischen Umlaufbahn. Ein allgemeiner Überblick über ihre Bewegung scheint einen Eindruck von Kreisbahnen zu geben. In Wirklichkeit folgen jedoch alle Himmelskörper streng elliptischen Bahnen mit unterschiedlich starken exzentrischen Maßen. Je höher der Exzentrizitätswert, desto flacher und länglicher wird die Form der elliptischen Umlaufbahn.
Die Exzentrizität der elliptischen Umlaufbahn der Erde wird derzeit mit 0.0167 gemessen. Dieser niedrige Wert macht die elliptische Umlaufbahn der Erde fast zu einem perfekten Kreis. Andererseits liegen die Exzentrizitätswerte für Kometen nahe bei 1, wodurch ihre Umlaufbahnen nahezu flach und langgestreckt sind. Bei einem gravitativen Zweikörperproblem ermöglicht ein Exzentrizitätsmaß zwischen 0 und 1 beiden Körpern, sich auf identischen Bahnen zu bewegen. Beliebte Beispiele für elliptische Bahnen sind die Hohmann-Transferbahn, die Molniya-Bahn und die Tundra-Bahn.
Das Konzept der elliptischen Bahnen wurde erstmals im frühen 17. Jahrhundert von Johannes Kepler, einem deutschen Wissenschaftler, entdeckt und gefördert. Die Ergebnisse wurden in seinem First Law of Planetary Motion veröffentlicht und brachten wichtige Gesetze in Bezug auf Bahnen von Himmelskörpern hervor. Diese Erkenntnisse haben Wissenschaftlern geholfen, die Eigenschaften einer elliptischen Umlaufbahn zu verstehen und zu untersuchen.
Die spezifische Bahnenergie, auch Vis-viva-Energie genannt, ist definiert als die Summe aus potentieller Energie und kinetischer Energie eines umkreisenden Objekts. Bei einer elliptischen Bahn ist die spezifische Energie negativ und wird unabhängig von ihrer Exzentrizität berechnet. Die elliptische Natur von Planetenbahnen ist ein wichtiges Merkmal, das jahreszeitliche Veränderungen, Temperaturzonen und die Klimazonen der jeweiligen Planeten bestimmt.