Перевод статьи

Orbital Ephemerides of the Sun, Moon, and Planets
presented by E. Myles Standish and James G. Williams


до того Содержание после того



Орбитальные эфемериды Солнца, Луны и планет.

Е.Майлс Стэндиш, Джеймс Г.Вильямс


5. Наблюдательные данные как основа планетных и лунных эфемерид


При создании современных эфемерид большинство усилий было направлено на ряды наблюдательных данных (измерений), на которых основаны эфемериды, и на сам процесс обработки наблюдений. В этом разделе дано описание наблюдательных данных, использованных при создании модели DE405/LE405. Эти наблюдательные данные и ссылки на них доступны в Интернете по адресу URL#1.

В таблице 5.1 представлены различные типы наблюдательных данных, лежащих в основе DE405, с указанием интервала времени, наблюдаемых планет, наборов наблюдаемых параметров, внутренней точности и количества измерений. Эти различные наборы наблюдений здесь обсуждены вкратце, некоторые особенности редукции измерений представлены в разделе 7. Ссылки на данные могут быть найдены на ранее упомянутых страничках в Интернете.

5.1. Данные оптических наблюдений.

Классические эфемериды прошедшего столетия полностью базировались на оптических наблюдениях, выполненных почти исключительно на меридианных инструментах. С появлением радиолокации планет, космических миссий, РСДБ ситуация для четырёх внутренних планет существенно изменилась.

Все оптические наблюдения Солнца, Меркурия, Венеры и Марса были исключены из процесса улучшения модели DE405 по методу наименьших квадратов. Новые и более точные типы данных задают орбиты внутренних планет много лучше (на порядки по величине), чем оптические данные. Так как известно, что в оптических наблюдениях остаются относительно большие систематические ошибки даже после внесения поправок, описанных Стэндишем (Standish, 1990), и поскольку в настоящее время существует неопределённость для установления связи между опорными системами отсчёта ФК5 (FK5) и ICRF, постольку включение оптических данных для внутренних планет могло бы ухудшить их эфемериды. Таким образом, начальные условия для четырёх внутренних планет были улучшены в первую очередь на основе измерений дальности с привлечением наблюдений службы РСДБ для получения параметров ориентации всей системы внутренних планет относительно ICRF.

Начальные условия для планеты Юпитер были получены на основе различных типов наблюдений, не все из которых, по-видимому, находятся в согласии друг с другом. Тем не менее, последующий анализ эфемериды Юпитера на основе самых современных измерений, выполненных с помощью космического корабля Галилео, указывает, что ошибки не превышают 150 км (0.05").

Для четырёх более далёких планет эффективны только оптические наблюдения и следует ожидать, что такое положение сохранится на несколько лет.

5.2. Меридианный круг.

Измерения на меридианном круге по своей природе носят дифференциальный характер - наблюдения планет проходят тот же процесс обработки, что и результаты для наблюдаемых звёзд, и те и другие привязывают к стандарному каталогу эпохи. Наблюдения опубликованы как геоцентрические видимые прямое восхождение и склонение, данные на момент прохождения меридиана. Для сравнения можно получать вычисленное положение из эфемериды и итерациями находить момент времени, на который видимый часовой угол планеты равен нулю. Алгоритм вычисления видимых мест полностью подобен тому, что представлен в главе 7. (Авторы имеют в виду главу 7 большого тома. На страничке Комиссии 4 МАС размещена только глава 8.)

5.3. Фотографическая и электронная астрометрия.

Фотографические наблюдения и наблюдения с помощью ПЗС матриц были редуцированы тем же способом. Наблюдения, отнесённые к опорной системе B1950.0 (как в случае планеты Плутон), были переведены в систему J2000.0 (ФК5) с помощью поправок значений прецессии и скорости изменения равноденствия, данных Вальтером Фрике (Frike, 1971,1982). Из системы J2000.0 (ФК5) эти данные были переведены в Международную опорную систему отсчёта (ICRF) с использованием предварительных поправок, выведенных Моррисоном (Morrison, 1996).

5.4. Наблюдения "покрытий".

Наблюдения моментов "покрытий" были представлены в форме "нормальных точек" - поправок к специальным эфемеридам, использованных при редукции. Редукции были выполнены на основе специальных эфемерид путём моделирования колец Урана и диска Нептуна и переданы авторам этой главы Никольсоном (Nicholson, 1992).

5.5. Наблюдения на астролябиях.

Наблюдения на астролябии состоят в регистрации моментов времени, когда видимый угол высоты объекта над горизонтом достигает заранее определённого значения. Такой вид наблюдений описан в публикации Debarbat and Guinot (1970).

5.6. Радиометрические наблюдения эмиссионных линий.

Радиометрические измерения в эмиссионных линиях от спутников Юпитера и Сатурна и от дисков Урана и Нептуна были использованы в дифференциальных наблюдениях относительно объектов опорного каталога радиоисточников, предварительной основы каталога радиоисточников Международной службы вращения Земли (IERS), который, в свою очередь, является предшественником каталога радиоисточников, реализующих Международную опорную систему отсчёта ICRF. Наблюдения были сделаны на радиотелескопе VLA (Very Large Array) в Соккоро, штат Нью Мексико (Soccoro, New Mexico) (Muhleman et al., 1985,1986,1988) и (Berge et al., 1988). Результаты представлены в форме "нормальных точек" - поправок в специальные эфемериды, использованные при редукции.

5.7. Радиолокационные измерения дальностей.

Измеренное "расстояние" представляет из себя промежуток времени между моментом излучения и моментом приёма электромагнитного сигнала. Сигнал отражается преобразователем на космическом аппарате или от поверхности планеты. Интервал времени задаётся на приёмной антенне атомным временем, в качестве которого может быть принято всемирное координированное время UTC.

Наблюдения топоцентрических дальностей путём отражения радиосигнала от поверхности Меркурия, Венеры или Марса имеют точность в пределах 100 метров. Тем не менее, что важно для эфемеридных целей, вариации в топографии поверхностей планет вносят в измерения "шумовую" неопределённость. Эта погрешность в прямом виде входит в процедуру пересчёта расстояния от отражающего "пятна" на поверхности к расстоянию от центра планеты. Метод учёта этих неопределённостей описан в разделе 7.

Наблюдения дальностей до космических аппаратов могут быть точны на уровне двух метров, однако результаты и этих измерений искажены рядом факторов, включающих задержку сигнала при прохождении через солнечную корону, задержку в электрических цепях и неопределённости в положении космического корабля, обусловленные погрешностями либо в определении орбиты, либо в определении координат аппарата на поверхности вращающейся планеты.

Алгоритм вычисления измеренных растояний очень похож во всех случаях. Формулы представлены в разделе 7.

5.8. Расстояния до космических аппаратов.

Значения "расстояний", измеренных до космического аппарата, обращающихся вокруг планеты, получены в форме "нормальных точек", представляющих непосредственные величины дальностей. Начальные измерения промежутков времени и доплеровские измерения были редуцированы с использованием вычислительной программы определения орбит Лаборатории реактивного движения (JPL Orbit Determination Program, Moyer, 1971). Эта редукция представляет из себя улучшение всех связанных параметров, кроме параметров планетных эфемерид, включая орбиту космического корабля, массу и гравитационное поле планеты и подобных им. В результате невязки расстояний, которые определяются в дальнейшем процессе улучшения эфемерид с использованием этих данных, представляют поправки к номинальной эфемериде планеты, использованной при редукции.

Ссылки на источник данных по "нормальным точкам" даны на странице в Интернете URL#1.

5.9. Расстояния до аппарата на поверхности планеты.

Данные о "дальности" до места посадки космического аппарата на поверхности планеты являются измерениями времени прохождения сигнала туда и обратно. Эти данные были редуцированы с помощью формул, представленных в разделе 7. Отражающая точка на поверхности планеты определяется положением посадочного аппарата. Необходимо знать планетоцентрические координаты места посадки и ориентацию планеты в пространстве для преобразования в систему отсчёта эфемерид.

5.10. РСДБ данные.

Измерения с помощью радиоинтерферометров со сверхдлинной базой (РСДВ, VLBI) положений космических аппаратов относительно объектов фона, входящих в каталог радиоисточников, могут быть комбинированы с планетоцентрической траекторий корабля в целях определения положения планеты по отношению к опорной системы отсчёта, задаваемой каталогом радиоисточников. При построении эфемериды DE405 были учтены 2 таких комбинированных измерения для аппарата Фобос при его сближении с планетой Марс и 18 наблюдений космического корабля Магеллан на его орбите вокруг планеты Венера. Движение планеты Венера почти свободно от возмущений, обусловленных притяжением астероидов, которые вносят неопределённости в эфемериды Марса, поэтому эфемериды Венеры могут быть более точными на продолжительных интервалах времени. Следовательно, именно орбита Венеры, связывающая планету Венера с системой положений внутренних планет, в соединении с данными РСДБ измерений Венеры является важной для ориентации системы внутренних планет относительно системы отсчёта, задаваемой каталогом радиоисточников.

5.11. Данные лазерной локации Луны.

Данные лазерной локации Луны (LLR) составляют измерения времени прохождения импульса лазерного излучателя от обсерватории Мас Дональд (Халеакала) или обсерватории де ля д'Ажур до любого из четырёх отражателей на Луне и обратно. Лазерные отражатели находятся в местах посадки кораблей Аполлон 11, 14 и 15 и на платформе Луноход-2. В решении DE405 было учтено 11218 измерений, полученных в период с 1969 года по 1996 год.

Данные лазерной локации Луны (LLR) хранятся в Национальном научном центре данных (National Space Science Data Center) и в Международной службе лазерной локации (International Laser Ranging Service). В процессе улучшения по методу наименьших квадратов измеренным дальностям были присвоены веса в соответствии инструментальным ошибкам, присущим каждой точке. Средняя квадратическая погрешность одного значения топоцентрической дальности было улучшено с 30 см в 1970 году до 3 см в 90-х годах.

Таблица 5.1.
Данные наблюдений, использованные в модели DE200/LE200.

В колонках таблицы содержится информация об обсерватории (источнике измерительных данных), интервале измерений, объекте наблюдений, измеряемых величинах, погрешностей измерений a priori (до опыта), количестве измерений для каждой обсерватории и сумма числа измерений, принадлежащих одной группе.

__________________________________________________________________________ обсерватория годы объект измеряемые точность число параметры измерений Оптические наблюдения (меридианный круг) Washington 1911–1994 Sun, ..., Nep r.a., dec. 1.0"/0.5" 14242 Herstmonceux 1957–1982 Sun, ..., Nep r.a., dec. 1.0"/0.5" 2851 17093 Фотоэлектрические меридианные наблюдения La Palma 1984–1993 Mar, ..., Plu r.a., dec. 0.25" 6410 Bordeaux 1985–1996 Sat, Ura, Nep r.a., dec. 0.25" 854 Tokyo 1986–1988 Mar, ..., Nep r.a., dec. 0.5" 498 Flagstaff 1995 Plu r.a., dec. 0.1" 20 7782 Фотографическая астрометрия планеты Плутон до открытия 1914–1927 Pluto r.a., dec. 0.5" 28 Lowell 1930–1951 620 Yerkes-McD 1930–1953 310 (Nrml pts.) 1930–1958 66 MacDonald 1949–1953 56 Yerkes 1962–1963 42 Palomar 1963–1965 8 Dyer 1964–1981 44 Bordeaux 1967 24 Asiago 1969–1978 350 Torino 1973–1982 74 Copenhagen 1975–1978 150 Flagstaff 1980–1994 16 Lick 1980–1985 56 La Silla 1988–1989 58 1902 Астрометрия с ПЗС матрицами планет Уран, Нептун и Плутон Flagstaff 1995–1996 Ura, Nep r.a., dec. 0.20" 313 Flagstaff 1995–1996 Plu r.a., dec. 0.20" 63 Bordeaux 1995–1996 Plu r.a., dec. 0.20" 13 389 Наблюдения моментов покрытий Uranus rings 1977–1983 Ura r.a., dec. 0.14" 14 Neptune disk 1968–1985 Nep r.a., dec. 0.27" 18 32 Наблюдения на астролябиях Quito 1969 Sat r.a., dec. 0.3"–1.6" 1 Algiers 1969–1973 Mar,Sat 48 SanFernando 1970–1978 Mar,Jup,Sat 338 Besancon 1971–1973 Sat 44 Paris 1971–1978 Mar,Sat 146 OCA 1972–1981 Mar,Jup,Sat 202 Santiago 1975–1985 Ura 284 1063 Радиолокация планет Arecibo 1967–1982 Mer,Ven range 10 km 284 Haystack 1966–1971 Mer,Ven 1.5 188 Goldstone13 1964–1970 Ven 1.5 9 Gldstn 13–14 1970–1977 Mer,Ven 1.5 23 Goldstone14 1970–1993 Mer,Ven 1.5 376 880 Радиолокация близких точек на Марсе Goldstone14 1971–1993 Mars diff. range 1.5 65 65 Радиоизмерения в линии теплового излучения VLA 1987 Jup,...,Nep r.a., dec. 0.03"–0.1" 10 10 Наблюдения космических аппаратов Mariner 9 1971–1972 Mars range 35–120 m 629 Pioneer 10 1973 Jupiter range 3 km 1 Pioneer 11 1974 12 km 1 Viking Lander 1976–1980 Mars range 7 m 1018 1980–1981 12 m 264 Voyager 1 OD 1979 Jupiter r.a., dec. 0.01"-0.05" 2 range 3 km 1 Voyager 2 OD 1979 range 3 km 1 Phobos OD 1989 Mars range 0.5 km 1 Phobos VLBI 1989 Mars r.a., dec. 0.01"–0.1" 2 Ulysses VLBI 1992 Jupiter r.a., dec. 0.003",0.006" 2 range 3 km 1 Magellan VLBI 1990–1994 Venus r.a., dec. 0.003"–0.01" 18 Galileo OD 1995 Jupiter r.a., dec. 0.05", 0.2" 2 range 20 km 1 1956 Определение связи систем отсчёта ICRF 1988 Earth 0.003" 6 6 Лазерная локация Луны 1969–1996 Moon range 2–30 cm 11218 11218 общее число данных 42410 ______________________________________________________________________________
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Вернуться на страничку "забвения".