Геоцентрической инерционный ( ECI ) координаты кадры имеют свое происхождение в центре масс на Землю и фиксированы по отношению к звездам. [1] «I» в «ECI» обозначает инерциальную (то есть «не ускоряющуюся »), в отличие от системы координат «с центром на Земле - фиксированной на Земле» ( ECEF ), которые вращаются относительно звезд (и затем остаются неподвижными). относительно поверхности Земли при ее вращении ).
Для объектов в пространстве , то уравнения движения , описывающие орбитальное движение проще в невращающейся раме , такие как ECI. Рамка ECI также полезна для указания направления на небесные объекты :
Для представления положения и скорости земных объектов удобно использовать координаты ECEF или широту , долготу и высоту .
В двух словах:
- ECI: инерциальный , неускоренный , неподвижный относительно звезд; полезно для описания движения небесных тел и космических аппаратов.
- ECEF: неинерциальный , ускоренный , вращающийся относительно звезд; полезно для описания движения объектов на поверхности Земли.
Степень инерционности системы ECI ограничена неоднородностью окружающего гравитационного поля . Например, гравитационное влияние Луны на спутник, находящийся на высокой околоземной орбите, значительно отличается от ее влияния на Землю, поэтому наблюдатели в системе координат ECI должны будут учитывать эту разницу ускорений в своих законах движения. Чем ближе наблюдаемый объект к источнику ECI, тем менее значительным влияние гравитационного неравенства. [2]
Определения системы координат [ править ]
Ориентацию кадра ECI удобно определять, используя плоскость орбиты Земли и ориентацию оси вращения Земли в космосе. [3] Плоскость орбиты Земли называется эклиптикой , и она не совпадает с плоскостью экватора Земли. Угол между экваториальной плоскостью Земли и эклиптикой, ε , называется наклоном эклиптики и ε ≈ 23,4 °.
Равноденствие происходит , когда земля находится в положении на своей орбите , так что вектор от Земли к точкам солнца, где эклиптике пересекает небесный экватор. Равноденствие, которое приходится на первый день весны (по отношению к Северному полушарию), называется весенним равноденствием . Весеннее равноденствие можно использовать как главное направление для кадров ECI. [4] Солнце находится в направлении весеннего равноденствия около 21 марта. Фундаментальной плоскости для ECI кадров, как правило , либо экваториальная плоскость или эклиптики.
Местоположение объекта в космосе может быть определено с точки зрения прямого восхождения и склонения, которые отсчитываются от точки весеннего равноденствия и небесного экватора . Прямое восхождение и склонение - это сферические координаты, аналогичные долготе и широте соответственно. Расположение объектов в пространстве также может быть представлено с использованием декартовых координат в кадре ECI.
Гравитационное притяжение Солнца и Луны на экваториальном выступе Земли заставляет ось вращения Земли прецессировать в космосе, подобно действию волчка. Это называется прецессией . Нутация - это короткопериодическое (<18,6 лет) колебание меньшей амплитуды, которое накладывается на прецессионное движение небесного полюса . Это происходит из-за более короткопериодных колебаний силы крутящего момента, действующего на экваториальную выпуклость Земли со стороны Солнца, Луны и планет. Когда кратковременные периодические колебания этого движения усредняются, они считаются «средними», а не «истинными» значениями. Таким образом, точка весеннего равноденствия, экваториальная плоскость Земли,и плоскость эклиптики меняются в зависимости от даты и указываются для конкретной эпохи. Модели, отражающие постоянно меняющуюся ориентацию Земли в космосе, можно получить в Международной службе вращения Земли и систем отсчета .
J2000 [ править ]
Один обычно используемый кадр ECI определяется со средним экватором и равноденствием Земли в 12:00 по земному времени 1 января 2000 года. Он может называться J2000 или EME2000. Ось x совмещена со средним равноденствием. Ось z совмещена с осью вращения Земли или северным небесным полюсом . Ось Y повернута на 90 ° в.д. относительно небесного экватора. [5]
M50 [ править ]
Этот кадр похож на J2000, но определен со средним экватором и равноденствием в 12:00 1 января 1950 года.
GCRF [ править ]
Геоцентрическая небесная система отсчета (GCRF) - это центрированный на Земле аналог Международной небесной системы отсчета .
MOD [ править ]
Кадр среднего значения даты (MOD) определяется с использованием среднего экватора и равноденствия в конкретную дату.
ТЕМА [ править ]
Рамка ECI, используемая для двухстрочных элементов NORAD, иногда называется истинным экватором, средним равноденствием (TEME), хотя в ней не используется обычное среднее равноденствие.
См. Также [ править ]
- Наклон оси Земли
- Геоцентрическая небесная система отсчета
- Векторы орбитального состояния
Ссылки [ править ]
- ^ Эшби, Нил (2004). «Эффект Саньяка в системе глобального позиционирования» . В Гвидо Рицци, Маттео Лука Руджеро (ред.). Относительность во вращающихся системах отсчета: релятивистская физика во вращающихся системах отсчета . Springer. п. 11. ISBN 1-4020-1805-3.
- ^ Tapley, Schutz, и Борна (2004). Статистическое определение орбиты . Elsevier Academic Press. стр. 61 -63.CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ Дэвид А. Валладо и Уэйн Д. Макклейн, "Основы астродинамики и приложений", 3-е изд. Microcosm Press, 2007, стр. 153–162.
- ↑ Роджер Б. Бейт, Дональд Д. Мюллер, Джерри Э. Уайт, «Основы астродинамики», Довер, 1971, Нью-Йорк, стр. 53-57.
- ^ Tapley, Schutz, и Борн, "Определение статистической Orbit," Elsevier Academic Press, 2004, стр. 29-32.
