Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Jet Propulsion Laboratory эфемерид развития (abbreved JPL DE (номер), или просто DE (число)) обозначает один из ряда математических моделей в Солнечной системе производится в Лаборатории реактивного движения в Пасадене, штат Калифорния , для использования в космических аппаратов навигации и астрономии . Модели состоят из числовых представлений положений , скоростей и ускорений основных тел Солнечной системы, табулированных через равные промежутки времени, охватывающие указанный промежуток времени. [1] Барицентрические прямоугольные координаты по Солнцу, восемь больших планет и Плутон , а также геоцентрические координаты Луны сведены в таблицу.

История [ править ]

Было много версий JPL DE , с 1960-х годов по настоящее время [2] для поддержки как роботизированных, так и пилотируемых [3] миссий космических кораблей. Доступная документация отрывочна, но мы знаем, что DE69 был объявлен в 1969 году как третий выпуск эфемеридных лент JPL и был кратковременным эфемерид специального назначения. На тот момент действующей экспортной эфемеридой JPL была DE19 . Эти ранние релизы распространялись на магнитной ленте .

До появления персональных компьютеров компьютеры были большими и дорогими, а численные интеграции, подобные этим, выполнялись крупными организациями с обширными ресурсами. Эфемериды JPL до DE405 были интегрированы в мэйнфрейм Univac с двойной точностью . Например, DE102 , созданный в 1977 году, сделал шесть миллионов шагов и проработал девять дней на Univac 1100/81 . [4] DE405 был интегрирован в DEC Alpha с четырехкратной точностью . [5]

В 1970-х и начале 1980-х годов астрономическое сообщество проделало большую работу по обновлению астрономических альманахов от теоретических работ 1890-х годов до современной релятивистской теории. С 1975 по 1982 год шесть эфемерид были произведены в JPL с использованием современных методов корректировки численно интегрированного вывода по методу наименьших квадратов для получения высокоточных данных: DE96 в ноябре 1975 года, DE102 в сентябре 1977 года, DE111 в мае 1980 года, DE118 в сентябре. 1981 г. и DE200 в 1982 г. [6] DE102 был первой численно интегрированной так называемой Длинной эфемеридой, охватывающей большую часть истории, для которой были доступны полезные астрономические наблюдения: с 1141 г. до н.э. до 3001 г. н.э., версия DE118, перенесенная в опорную систему J2000.0 , была принята в качестве основных эфемерид для новых альманахов, начиная с 1984 года. DE402 ввел координаты, относящиеся к Международной небесной системе отсчета (ICRF).

Эфемериды JPL лежат в основе Астрономического альманаха с 1981 года DE200. Текущий (2018 г.) Альманах взят из DE430 . [7]

Строительство [ править ]

Каждые эфемериды были произведена численным интегрированием из уравнений движения , начиная от набора начальных условий. Из-за точности современных данных наблюдений аналитический метод общих возмущений больше не мог применяться с достаточно высокой точностью, чтобы адекватно воспроизвести наблюдения. Был применен метод специальных возмущений с использованием численного интегрирования для решения проблемы n- тел , фактически приводящий в движение всю Солнечную систему в памяти компьютера с учетом всех соответствующих физических законов. Оба начальных условия были постоянными, такими как массы планет., из внешних источников, и параметры, такие как начальные положения и скорости, скорректированные для получения выходных данных, которые «лучше всего подходят» для большого набора наблюдений . Для подбора использовалась методика наименьших квадратов . [4] Начиная с DE421, возмущения от 343 астероидов, составляющих около 90% массы главного пояса астероидов , были включены в динамическую модель. [8]

Моделируемая физика включала взаимные ньютоновские гравитационные ускорения и их релятивистские поправки (модифицированная форма уравнения Эйнштейна-Инфельда-Хоффмана ), ускорения, вызванные приливным искажением Земли, ускорения, вызванные фигурами Земли и Луны, и модель лунных либраций . [4]

Данные наблюдений в подборках представляли собой постоянно развивающийся набор, включая: дальности (расстояния) до планет, измеренные с помощью радиосигналов с космических кораблей, [9] прямое радиолокационное определение местоположения планет, двумерные определения местоположения (в плоскости неба) по РСДБ космических аппаратов, транзита и CCD телескопических наблюдений планет и малых тел, и лазерно-диапазоне от отражателей на Луне, среди других. DE102 , например, соответствовал 48 479 наблюдениям.

Время аргумент интегрированных эфемерид является релятивистской координата время шкала называется Т Эф , [10] необходим в точной работе с учетом малых релятивистских эффектов замедления времени и одновременность . В более поздних эфемеридах T eph по существу эквивалентен определению TCB в IAU .

Распространение [ править ]

Положения и скорости Солнца, Земли, Луны и планет, а также ориентация Луны сохраняются в виде коэффициентов полинома Чебышева, соответствующих 32-дневным сегментам. [8] Эфемериды теперь доступны через World Wide Web и FTP [11] в виде файлов данных, содержащих коэффициенты Чебышева, вместе с исходным кодом для восстановления (вычисления) положений и скоростей. [12] Файлы различаются по временным периодам, которые они охватывают, от нескольких сотен лет до нескольких тысяч, и тела, которые они включают. Данные могут быть основаны на истинном центре каждой планеты или ее барицентре .

Использование полиномов Чебышева позволяет производить высокоточные вычисления для заданного момента времени. Восстановление (расчет) DE405 для внутренних планет составляет около 0,001 угловой секунды (что эквивалентно примерно 1 км на расстоянии от Марса ); для внешних планет это обычно около 0,1 угловой секунды. «Пониженная точность» эфемерид DE406 дает точность интерполяции (относительно полных значений эфемерид) не хуже 25 метров для любой планеты и не хуже 1 метра для Луны.

Обратите внимание, что эти числа точности предназначены для интерполированных значений относительно исходных табличных координат. Общая точность и точность интерполированных значений для описания фактических движений планет будет зависеть как от точности табличных координат эфемерид, так и от точности интерполяции.

Приложения [ править ]

  • JPL использует эфемериды для навигации космических кораблей по Солнечной системе. Как правило, вычисляется новая эфемерида, включая последние доступные наблюдения за целевой планетой (планетами), либо для планирования миссии (миссий), либо для окончательного контакта космического корабля с целью. См. Ниже, Последние эфемериды в серии .
  • Астрономический альманах на 1984 по 2002 год были основаны на JPL эфемеридного DE200 , а с 2003 по 2014 год астрономический альманах был основан на JPL эфемеридного DE405 . [7] Текущий Альманах взят из DE430 .
  • Эфемериды JPL широко используются в планетологии; некоторые примеры включены в примечания и ссылки .
  • Доступно программное обеспечение для использования эфемерид JPL для создания очевидных эфемерид для любого места и времени; они широко используются профессиональными астрономами и астрономами-любителями для сокращения количества наблюдений за планетами и создания очень точных ориентиров для наблюдений. [13]
  • DE430 и DE431 можно использовать с популярным программным обеспечением для планетариев Stellarium.

Эфемериды в сериале [ править ]

Последние выпуски [8] [ править ]

DE441 [14] был создан в июне 2020 года. По сравнению с DE431 добавлено около 7 лет новых данных.

DE440 [15] был создан в июне 2020 года. По сравнению с DE430 добавлено около 7 лет новых данных.

Прошлые выпуски [ править ]

DE102 был создан в 1981 году, включает нутации, но не либрации. Относится к динамическому экватору и равноденствию 1950 г. Охватывает начало 1410 г. до н.э. - конец 3002 г. н.э.). [12]

DE200 был создан в 1981 году; включает нутации, но не либрации. Относится к динамическому экватору и равноденствию 2000 года. Охватывает период с конца 1599 года по начало 2169 года нашей эры). Эти эфемериды использовались в Астрономическом альманахе с 1984 по 2003 год. [12]

DE202 был создан в 1987 году; включает нутации и либрации. Относится к динамическому экватору и равноденствию 2000 года. Охватывает период с конца 1899 по 2049 год. [12]

DE402 был выпущен в 1995 году и был быстро заменен DE403.

DE403 [16] был создан в 1993 г., выпущен в 1995 г. и выражен в координатах системы отсчета Международной службы вращения Земли (IERS), по сути, ICRF. Данные, собранные JPL для получения эфемерид, начали уходить от телескопических наблюдений с ограниченной точностью к более высокой точности радиолокации планет, радиолокации космических аппаратов и интерферометрических наблюдений с очень длинной базой. космических кораблей, особенно для четырех внутренних планет. Телескопические наблюдения оставались важными для внешних планет из-за их удаленности, следовательно, невозможности отразить радар от них и сложности парковки космического корабля рядом с ними. Эти возмущениябыло включено 300 астероидов, в то время как DE118 / DE200 включал только пять астероидов, которые, как было установлено, вызывали наибольшие возмущения. Начиная с DE118 / DE200 были обнаружены более высокие значения масс планет, что еще больше уточняет возмущения. Точность лазерного прицеливания Луны была улучшена, что позволило улучшить положение Луны. DE403 охватывает период с начала 1599 по середину 2199 года [17].

DE404 [18] был выпущен в 1996 году. Так называемые Длинные эфемериды, эта сокращенная версия DE403 охватывала период с 3000 г. до н.э. до 3000 г. н.э. Хотя и DE403, и DE404 были интегрированы за один и тот же промежуток времени, точность интерполяции DE404 была несколько снижена и нутация Земли и либрация Луны не включались.

DE405 [19] был выпущен в 1998 году. В него были добавлены дополнительные данные за несколько лет от телескопических, радиолокационных, космических аппаратов и наблюдений РСДБ ( в частности, космического корабля Галилео на Юпитере). Усовершенствована методика моделирования возмущений астероидов, хотя моделировалось такое же количество астероидов. Эфемериды были более точно ориентированы на ICRF. DE405 охватывал от 1600 до 2200 с полной точностью. Эти эфемериды использовались в Астрономическом альманахе с 2003 по 2014 год.

DE406 был выпущен вместе с DE405 в 1998 году. Длинные эфемериды, это была сокращенная версия DE405, охватывающая от 3000 г. до н.э. до 3000 г. н.э. с теми же ограничениями, что и DE404. Это та же интеграция, что и в DE405, но точность интерполяционных полиномов была уменьшена, чтобы уменьшить размер файла в течение более длительного периода времени, охватываемого файлом.

DE407 [20], по- видимому, не был выпущен. Подробности в легкодоступных источниках отрывочны.

DE408 [21] был неизданной эфемеридой, созданной в 2005 году как более длинная версия DE406, охватывающая 20 000 лет.

DE409 [22] был выпущен в 2003 году в связи с прибытием космического корабля MER на Марс и космическим аппаратом Кассини на Сатурн. Дальнейшее определение местоположения космических аппаратов и VLBI (к Mars Global Surveyor , Mars Pathfinder и космическим кораблям Mars Odyssey ) и телескопические данные были включены в подборку. Орбиты космических аппаратов " Пионер" и " Вояджер" были переработаны, чтобы получить данные для Сатурна. Это привело к улучшениям по сравнению с DE405, особенно в прогнозируемых положениях Марса и Сатурна. DE409 охватывает период с 1901 по 2019 год.

DE410 [23] также был выпущен в 2003 году, охватывающий период с 1901 по 2019 год, с улучшениями по сравнению с DE409 в массах Венеры, Марса, Юпитера, Сатурна и системы Земля-Луна на основе недавних исследований. Хотя массы еще не были приняты МАС . Эфемериды были созданы для поддержки прибытия космических аппаратов MER и Cassini .

DE411 [24] широко цитировался в астрономическом сообществе, но не был опубликован JPL.

DE412 [25] широко цитировался в астрономическом сообществе, но не был опубликован JPL.

DE413 [24] был выпущен в 2004 году с обновленными эфемеридами Плутона в поддержку затмения звезды ее спутником Хароном 11 июля 2005 года. DE413 был приспособлен для новых телескопических наблюдений Плутона с ПЗС-матрицей , чтобы дать улучшенное положение планеты и его луна.

DE414 [26] был создан в 2005 году и выпущен в 2006 году. Программное обеспечение численного интегрирования было обновлено для использования четверной точности для ньютоновской части уравнений движения . Данные о дальности, полученные с космических аппаратов Mars Global Surveyor и Mars Odyssey, были продлены до 2005 г., и в подгонку были включены дальнейшие наблюдения ПЗС пяти внешних планет. Некоторые данные были случайно исключены из подгонки, а именно данные Магеллана Венеры за 1992-94 годы и данные Галилео Юпитера за 1996-97 годы. Некоторые данные о дальности космического корабля NEAR Shoemaker, вращающегося вокруг астероида Эросбыл использован для получения отношения масс Земли / Луны. DE414 охватывает период с 1599 по 2201 год.

DE418 [27] был выпущен в 2007 году для планирования миссии New Horizons к Плутону. Новые наблюдения Плутона с использованием новой астрометрической точности Hipparcosзвездный каталог, попали в подгонку. До 2007 г. обновлялись данные о локации космических аппаратов Марса и РСДБ-наблюдения. Масса астероидов оценивалась по-разному. Данные лазерной локации Луны были добавлены впервые после DE403, что значительно улучшило лунную орбиту и либрации. Расчетные данные о местоположении космического корабля Кассини были включены в подборку, улучшив орбиту Сатурна, но строгий анализ данных был отложен на более поздний срок. DE418 охватывал период с 1899 по 2051 год, и JPL рекомендовала не использовать его за пределами этого диапазона из-за незначительных несоответствий, которые остались в массах планет из-за ограничений по времени.

DE421 [28] был выпущен в 2008 году. Он включал дополнительные измерения дальности и РСДБ космического корабля Марса, новые дальномеры и РСДБ космического корабля Venus Express , последние оценки планетных масс, дополнительную лунную лазерную локацию и еще два месяца ПЗС-измерений. Плутон. Первоначально выпущенные в 2008 году эфемериды DE421 охватывали период с 1900 по 2050 год. Дополнительные данные, выпущенные в 2013 году, расширили охват до 2200 года.

DE422 [29] был создан в 2009 году для миссии MESSENGER на Меркурий. Длинные эфемериды, он был предназначен для замены DE406, охватывая период с 3000 г. до н.э. до 3000 г.

DE423 [30] был выпущен в 2010 году. Оценки местоположения космического корабля MESSENGER и дополнительные данные о дальности и РСДБ с космического корабля Venus Express были согласованы. DE423 охватывает период с 1799 по 2200 годы.

DE424 [31] был создан в 2011 году для поддержки миссии Mars Science Laboratory .

DE430 [32] был создан в 2013 году и предназначен для использования при анализе современных данных. Он охватывает даты с 1 января 1550 года по 22 января 2650 года с наиболее точными лунными эфемеридами. С 2015 года эти эфемериды используются в Астрономическом альманахе. Начиная с этого выпуска, был включен только барицентр Марса из-за небольшой массы его спутников Фобоса и Деймоса, которые создают очень небольшое смещение от центра планеты. [33] Полный размер файлов эфемерид составляет 128 мегабайт, но JPL предоставила несколько альтернативных версий [8]

DE431 [32] был создан в 2013 году и предназначен для анализа более ранних исторических наблюдений Солнца, Луны и планет. Он охватывает более длительный промежуток времени, чем DE430 (с 13201 г. до н.э. до 17191 г. н.э.), согласованный с DE430 в пределах 1 метра в течение периода времени, охватываемого DE430. Положение Луны является точным в пределах 20 метров в период с 1913 по 2113 год, и эта ошибка квадратично растет за пределами этого диапазона. [34] Это самый большой из файлов эфемерид - 3,4 гигабайта. [35] Этот файл эфемерид используется онлайн-системой эфемерид JPL Horizons . [32]

DE432 [36] был создан в апреле 2014 года. Он включает либрации, но не нутации. DE432 - это небольшое обновление для DE430, предназначенное в первую очередь для помощи проекту New Horizons, нацеленному на Плутон. [37]

DE436 [38] был создан в 2016 году и был основан на DE430, с улучшенными орбитальными данными для Юпитера (специально для миссии Juno ).

DE438 [39] был создан в 2018 году и основан на DE430 с улучшенными орбитальными данными для Меркурия (для миссии MESSENGER ), Марса (для Mars Odyssey и Mars Reconnaissance Orbiters ) и Юпитера (для Juno ).

См. Также [ править ]

  • Лаборатория реактивного движения
  • Фундаментальные эфемериды

Примечания и ссылки [ править ]

  1. ^ "Чтение файлов SPK подсистемы эфемерид" (PDF) . JPL .
  2. ^ См., Например, Lieske (1967). "Эфемериды развития JPL № 28" . Технический отчет JPL 32-1206 .; О'Хэндли; и другие. (1969). "Эфемериды разработки JPL № 69" (PDF) . Технический отчет JPL 32-1465 . ; Стэндиш; и другие. (1976). JPL Development Ephemeris № 96 . Bibcode : 1976jden.book ..... S .; см. также Newhall, Standish and Williams (1983).
  3. ^ Йорк (1971). «Приблизительные ошибки лунных эфемерид DE19 для миссии« Аполлон-15 »» (PDF) . Внутренняя записка NASA MSC 71-FM-291 .
  4. ^ а б в Ньюхолл, XX; Стэндиш, EM; Уильямс, Дж. Г. (1983). «DE 102 - Численно интегрированные эфемериды Луны и планет за сорок четыре века». Астрономия и астрофизика . 125 (1): 150. Полномочный код : 1983A & A ... 125..150N .
  5. ^ См. Стэндиш и Уильямс в источниках
  6. Перейти ↑ Standish, EM Jr. (июль 1990 г.). «Основа наблюдений для JPL DE 200, планетарных эфемерид из Астрономического Альманаха». Астрономия и астрофизика . 233 (1): 252. Bibcode : 1990A & A ... 233..252S .
  7. ^ a b См. военно-морскую обсерваторию США (портал морской океанографии), «История астрономического альманаха» (по состоянию на сентябрь 2017 г.); см. также Standish (1998) для получения подробной информации о DE405.
  8. ^ a b c d Фолкнер, Уильям (15 февраля 2014 г.). «Планетарные и лунные эфемериды, DE430 и DE431» (PDF) .
  9. ^ См. Thornton and Border (2000). "Методы радиометрического слежения для навигации в дальнем космосе" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 18 февраля 2012 года. за хорошее резюме по радионавигации космических аппаратов.
  10. ^ См. Источники, процитированные в [[Эфемеридное время # Эфемеридный аргумент времени JPL T eph | Эфемеридный аргумент времени JPL Teph]].
  11. ^ См. FTP-сайт JPL с эфемеридами (файлами данных), исходным кодом (для доступа и базовой обработки данных для восстановления положений и скоростей) и документацией.
  12. ^ Б с d См JPL Planetary и Lunar Ephemerides Экспорт данных README.txt версии 12 октября 2007 . Также доступна более старая версия README.txt от 6 декабря 2005 г. Заархивировано 15 января 2012 г. на Wayback Machine .
  13. ^ См.СистемуНАСА SPICE .
  14. ^ "Примечания к выпуску DE441" .
  15. ^ "Примечания к выпуску DE440" .
  16. ^ Standish; и другие. (1995). "JPL Planetary and Lunar Ephemerides, DE403 / LE403" (PDF) . Межведомственный меморандум JPL IOM 314.10-127 . Архивировано из оригинального (PDF) 11 августа 2011 года.
  17. ^ Фолкнер (2011). "JPL ПЛАНЕТАРНЫЕ И ЛУННЫЕ ЭФЕМЕРИДЫ: экспортная информация" . Архивировано из оригинала на 2012-01-15.
  18. ^ Стэндиш, EM младший; Ньюхолл, XX (1996). «Новые уровни точности для эфемерид солнечной системы (Лекция)». Динамика . 172 : 29. Bibcode : 1996IAUS..172 ... 29S .
  19. ^ Стэндиш (1998). "JPL Planetary and Lunar Ephemerides, DE405 / LE405" (PDF) . Межведомственный меморандум JPL 312.F-98-048 . Архивировано из оригинального (PDF) 20 февраля 2012 года.
  20. ^ См., Например, «Годовой отчет IERS 2004» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 26 апреля 2012 года . Проверено 31 января 2012 . где DE407 упоминается очень кратко.
  21. ^ См. "De408.cmt" .на веб-сайте НАСА по навигации и вспомогательной информации, а также на сайте Peale, SJ; Yseboodt, M .; Марго, Ж.-Л. (2006). «Длительное форсирование либрации Меркурия по долготе». Икар . 187 (2): 365–373. Bibcode : 2007Icar..187..365P . DOI : 10.1016 / j.icarus.2006.10.028 . в котором говорится, что DE408 охватывает 20 000 лет.
  22. ^ Стэндиш (2003). "JPL Planetary Ephemeris DE409" (PDF) . Межведомственный меморандум JPL IOM 312.N-03-007 .
  23. ^ Стэндиш (2003). "JPL Planetary Ephemeris DE410" (PDF) . Межведомственный меморандум JPL IOM 312.N-03-009 .
  24. ^ a b См., например, Standish (2004). «Эфемериды Плутона: DE413» (PDF) . Межведомственный меморандум JPL IOM 343-04-008 . который сравнивает вывод DE413 с DE411.
  25. ^ См., Например, Чемпион; и другие. (2010). "Измерение массы планет Солнечной системы с помощью хронометража пульсаров" . Письма в астрофизический журнал . который ссылается на DE412.
  26. ^ Стэндиш (2006). "JPL Planetary Ephemeris DE414" (PDF) . Межведомственный меморандум JPL IOM 343.R-06-002 .
  27. ^ Фолькнер; и другие. (2007). «Планетарные и лунные эфемериды DE418» (PDF) . Межведомственный меморандум JPL IOM 343.R-07-005 .
  28. ^ Фолькнер; и другие. (2008). "Планетарные и лунные эфемериды DE421" (PDF) . Межведомственный меморандум JPL IOM 343.R-08-003 .
  29. ^ Фолкнер (2011). «Планетарные и лунные эфемериды JPL: экспортная информация» . Архивировано из оригинала на 15 января 2012 года.
  30. ^ Фолкнер (2010). «Планетарные эфемериды DE423, пригодные для встреч Посланника с Меркурием» (PDF) . Межведомственный меморандум JPL IOM 343.R-10-001 .
  31. ^ Фолкнер (2011). "README.txt" . файл на FTP-сайте JPL.
  32. ^ а б в Эктон (2013). "README.txt" . Архивировано из оригинала 16 января 2014 года.
  33. ^ "JPL ПЛАНЕТАРНЫЕ И ЛУННЫЕ ЭФЕМЕРИДЫ: Экспортная информация" . 30 апреля 2014 г.
  34. ^ Фолкнер (30 апреля 2014). «Планетарные и лунные эфемериды, экспортная информация» . JPL .
  35. ^ "Файлы эфемерид JPL" .
  36. ^ «Эфемериды» . Лаборатория реактивного движения . Проверено 1 марта +2016 .
  37. ^ "Меморандум JPL IOM 392R-14-003" (PDF) . 30 апреля 2014 г.
  38. ^ "Примечания к выпуску de436s" .
  39. ^ "Примечания к выпуску DE438" .

Внешние ссылки [ править ]

  • Описание Фолкнера большей части серии DE JPL
  • NRAO описание формата и использования эфемерид JPL
  • Документы и информация МАС, относящиеся к эфемеридам
  • Лаборатория реактивного движения солнечной системы
  • Информация об эфемеридах JPL и ссылках на программы и исходный код
  • Исходный код Java, реализующий эфемериды JPL и другие теории
  • Код Matlab для чтения эфемерид
  • FTP-сайт JPL с эфемеридами (файлами данных), исходным кодом (для доступа и базовой обработки данных для восстановления положений и скоростей) и документацией.
  • Меморандум между офисами JPL, описывающий особенности эфемерид.
  • Военно-морская обсерватория США (портал морской океанографии), «История астрономического альманаха» (по состоянию на сентябрь 2017 г.).

Источники [ править ]

  • Стэндиш; Ньюхолл; Уильямс; Йоманс (1992), «ГЛАВА 5: Орбитальные эфемериды Солнца, Луны и планет», в Зайдельманне (ред.), Пояснительное приложение к астрономическому альманаху (1-е изд.), Милл-Вэлли, Калифорния: University Science Books, ISBN 978-0-935702-68-2.
  • Стэндиш; Уильямс, ГЛАВА 8: Орбитальные эфемериды Солнца, Луны и планет (PDF) неопубликованная обновленная версия вышеуказанного источника.