Труды ИПА РАН, вып. 10, «Эфемеридная астрономия», 2004 г.

Расширенное объяснение к «Астрономическому ежегоднику»

Авторы: В. А. Брумберг, Н. И. Глебова, М. В. Лукашова, А. А. Малков, Е. В. Питьева, Л. И. Румянцева, М. Л. Свешников, М. А. Фурсенко

Сборник содержит описания алгоритмов, используемых в «Астрономическом ежегоднике». Кроме того даны описания новых современных теорий движения больших планет и Луны, шкал времени эфемеридной астрономии, прецессионно-нутационных моделей и новой концепции небесного эфемеридного начала (СЕО). В объяснение включено 47 контрольных примеров. Объяснение рассчитано на астрономов, геодезистов, студентов и аспирантов соответствующих специальностей, а также программистов, работающих над созданием программного обеспечения для решения астрономических задач. Сборник будет интересен и квалифицированным любителям астрономии.

Содержание


Часть I. ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Основные этапы развития российских астрономических ежегодников	15
1.1. Краткая история астрономических ежегодников	15
1.2. Современное состояние ежегодников	20
1.3. Перспективы развития астрономических ежегодников	23
Литература	26
Глава 2. Системы координат и их преобразования	29
2.1. Системы небесных координат	29
2.2. Системы географических координат	33
Литература	38
Глава 3. Интерполирование табличных данных в АЕ	39
3.1. Интерполирование данных по узлам	39
3.2. Интерполирование при помощи часовых изменений	41
3.3. Интерполирование эфемеридных данных, представленных в виде полиномов Чебышева	42
Часть II. ОСНОВЫ ЭФЕМЕРИДНОЙ АСТРОНОМИИ
Глава 4. Релятивистские системы координат и шкалы времени	44
Литература	59
Глава 5. Системы времени эфемеридной астрономии	62
5.1. Звездное время, s	62
5.2. Солнечное время, т	63
5.3. Всемирное время, UT	65
5.4. Связь систем звездного S и всемирного времени UT	67
5.5. Эфемеридное время, ЕТ	70
5.6. Шкала атомного времени, TAI	73
5.7. Шкала всемирного координированного времени, UTC	75
5.8. Поясное время ZT. Линия перемены даты	78
5.9. Релятивистские динамические шкалы времени: TDT, TDB	83
5.10. Координатные шкалы времени: ТТ, TCG, TCB	87
5.11. Совершенствование координатных шкал времени	89
5.12. Астрономический счет времени	94
5.12.1. Юлианские дни	94
5.12.2. Бесселевы и юлианские годы	96
5.12.3. Календарные системы	99
5.13. Примеры переходов от одной системы счета времени к другой	101
Литература	106
Глава 6. Современные численные теории движения Солнца, Луны и больших планет	112
6.1. Историческое введение: математическое моделирование движения планет	112
6.2. Общие свойства и различия в разных вариантах DE и ЕРМ эфемерид	113
6.3. Эфемериды DE118/LE62 (1981 г.) и DE200/LE200 (1982г.)	115
6.4. Эфемериды ЕРМ87 (1974-1987 гг.)	117
6.5. Эфемериды DE403/LE403 (1995 г.)	117
6.6. Эфемериды ЕРМ98 (1998 г.)	118
6.7. Эфемериды DE405/LE405 (1998 г.)	120
6.8. Эфемериды ЕРМ2000 (2000 г.)	121
6.9. Эфемериды ЕРМ2003 (2003 г.)	123
6.10. Заключение	127
6.11. Приложения	128
Литература	130
Глава 7. Теория астрономических редукций	135
7.1. Введение	135
7.2. Прецессия и ее влияние на координаты небесных тел	141
7.3. Численные значения прецессионных параметров	143
7.4. Строгие формулы учета прецессии	146
7.5. Приближенные формулы учета прецессии	147
7.6. Нутация и ее влияние на координаты небесных тел	148
7.7. Основные этапы развития нутации	152
7.7.1. Нутация IAU 1896	152
7.7.2. Нутация Вуларда	152
7.7.3. Нутация Вара (IAU 1980)	154
7.7.4. Нутация IERS 1996	159
7.7.5. Новые теории нутации абсолютно твердой Земли	160
7.7.6. Нутация IAU 2000 (МНВ 2000)	162
7.8. Аберрация	169
7.8.1. Аберрационное время (световой промежуток)	169
7.8.2. Звездная аберрация	170
7.8.3. Редукция координат за аберрацию	172
7.9. Учет параллакса в координатах небесных тел	175
7.10. Сравнение наблюдений с теорией	177
Литература	180
Глава 8. Небесное эфемеридное начало (СЕО)	186
8.1. Концепция "невращающегося начала"	187
8.2. Разложения X, У, s	193
8.3. Применение концепции невращающегося начала	195
8.3.1. Связь UT1 со звездным углом в	195
8.3.2. Координатное преобразование от TRS к CRS	195
8.3.3. Связь звездного угла в и звездного времени GST	196
8.4. Заключение	198
8.5. Контрольный пример вычисления видимого места и часового угла звезды	201
Литература	204
Часть III. АЛГОРИТМЫ АСТРОНОМИЧЕСКОГО ЕЖЕГОДНИКА
Глава 9. Эфемериды Солнца	207
9.1. Средние элементы орбиты Солнца	207
9.2. Эфемерида Солнца в экваториальной системе координат	209
9.3. Эфемерида Солнца в эклиптической системе координат	212
9.4. Прямоугольные экваториальные координаты Солнца	214
9.5. Феномены, связанные с положением Солнца	214
9.6. Примеры	215
Глава 10. Эфемериды Луны	218
10.1. Средние элементы лунной орбиты и экватора	218
10.2. Эфемерида Луны в эклиптической системе координат	220
10.3. Эфемерида Луны в экваториальной системе координат	221
10.4. Полиномы для координат Луны в экваториальной системе координат	221
10.5. Эфемерида для физических наблюдений Луны	223
10.5.1. Использование аналитической теории либрации	223
10.5.2. Вычисление либрации Луны по теории DE405/LE405	230
10.6. Эфемерида лунного кратера Mosting A	232
10.7. Феномены, связанные с положением Луны	236
10.8. Примеры	237
Литература	239
Глава 11. Эфемериды больших планет и Земли	241
11.1. Геоцентрические экваториальные координаты больших планет	241
11.2. Гелиоцентрические эклиптические координаты планет	246
11.3. Оскулирующие элементы орбит	247
11.4. Средние элементы орбит планет	247
11.5. Барицентрические координаты и скорость Земли	249
11.6. Планетные конфигурации	249
11.7. Примеры	250
Литература	252
Глава 12. Астрономические феномены	253
12.1. Общее описание феноменов и планетных конфигураций	253
12.2. Главные аспекты движения Земли (равноденствия, солнцестояния, афелий, перигелий)	254
12.3. Феномены лунного движения (фазы Луны, апогей, перигей)	256
12.4. Аспекты орбитального движения планет (соединения, противостояния, стояния, наибольшая элонгация и блеск)	257
12.4.1. Конфигурации нижних планет	258
12.4.2. Конфигурации верхних планет	260
12.4.3. Петлеобразное движение планет	261
12.4.4. Момент наибольшего блеска	262
12.4.5. Соединение планет друг с другом и с Луной	263
12.4.6. Синодические периоды	268
12.5. Восходы и заходы	269
12.5.1. Поправки к моментам восхода, захода	273
12.5.2. Эфемериды восходов и заходов Солнца и Луны	275
12.5.3. Примеры вычисления восходов и заходов Солнца и Луны	277
Литература	279
Глава 13. Затмения Солнца и Луны. Прохождения планет по диску Солнца	281
13.1. Введение	281
13.1.1. Классификация явлений	281
13.1.2. Условия, необходимые для наступления явлений	282
13.1.2.1. Солнечные затмения	282
13.1.2.2. Лунные затмения	285
13.1.2.3. Прохождения Меркурия и Венеры по диску Солнца	288
13.1.3. Периодичность явлений	289
13.1.3.1. Солнечные и лунные затмения	289
13.1.3.2. Прохождения Меркурия и Венеры по диску Солнца	292
13.1.4. Эфемеридная основа и основные постоянные	295
13.2. Теория солнечных затмений	296
13.2.1. Общая характеристика теории Бесселя	296
13.2.2. Параметры конусов тени и полутени	298
13.2.3. Переход от географических координат к бесселевым	300
13.2.4. Переход от бесселевых координат к географическим	301
13.2.5. Основные уравнения теории Бесселя	303
13.2.6. Вычисление общих обстоятельств затмения	304
13.2.7. Вычисление местных обстоятельств затмения	308
13.2.8. Построение карты затмения	313
13.2.9. Эфемерида солнечного затмения в "Астрономическом ежегоднике"	321
13.3. Прохождение планеты по диску Солнца	324
13.3.1. Вычисление общих обстоятельств прохождения	324
13.3.2. Вычисление местных обстоятельств прохождения	325
13.3.3. Построение карты прохождения	327
13.3.4. Эфемерида прохождения в "Астрономическом ежегоднике"	327
13.4. Теория лунных затмений	329
13.4.1. Бесселева система координат	330
13.4.2. Приближенные формулы вычисления обстоятельств лунных затмений	331
13.4.3. Вычисление обстоятельств лунных затмений в "Астрономическом ежегоднике"	333
13.4.4. Эфемерида лунного затмения в "Астрономическом ежегоднике"	335
13.5. Каноны затмений	336
13.5.1. История создания канонов солнечных затмений	336
13.5.2. Каноны затмений, изданные в России	339
13.5.3. Современные каноны затмений	340
13.6. Примеры вычисления солнечных затмений	342
Литература	346
Глава 14. Эфемериды для физических наблюдений Солнца и планет	349
14.1. Планетоцентрические и планетографические системы координат	349
14.2. Исходные данные для вычисления эфемериды	353
14.3. Элементы вращения на равноденствие и эпоху даты t	354
14.4. Вычисление координат планеты и элементов орбиты	355
14.5. Ориентация планеты относительно Земли	357
14.6. Положение полюса и размеры видимого диска планеты	358
14.7. Ориентация планеты относительно Солнца	359
14.8. Положение Земли и Солнца в орбитальных планетоцентрических системах координат	360
14.9. Эфемериды, связанные с освещенностью планеты	361
14.9.1. Фаза планеты	361
14.9.2. Блеск планеты	363
14.10. Эфемериды колец планет	365
14.11. Вычисление физических эфемерид Солнца	368
14.12. Особенности вычисления физических эфемерид для спутников планет и астероидов	370
14.13. Контрольный пример вычисления физических эфемерид планет	372
Литература	373
Глава 15. Редукционные величины	376
15.1. Прецессия и нутация	376
15.2. Редукционные (бесселевы) величины	377
Литература	382
Глава 16. Звездные эфемериды	383
16.1. Звездные каталоги, использованные в "Астрономическом ежегоднике"	383
16.2. Вычисление средних координат звезд	387
16.2.1. Редукция средних мест в пределах одной системы каталога	388
16.2.2. Особенности редукции от системы FK4 к системе FK5	390
16.2.3. Переход между каталогами (FK4, В1950.0) и (FK5, J2000.0)	392
16.3. Связь FK5 и HIPPARCOS (FK6)	392
16.4. Поправки за орбитальное движение в двойных звездах	393
16.5. Видимые места десятидневных звезд	397
16.6. Видимые места близполюсных звезд	403
16.7. Таблицы для наблюдения Полярной	406
16.7.1. Определение высот и азимутов Полярной по АЕ	408
16.7.2. Альтернативные алгоритмы вычислений	408
16.8. Примеры вычисления видимых мест звезд	410
Литература	420
Часть IV. ПРИЛОЖЕНИЕ. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ТАБЛИЦЫ
Приложение 1. Система астрономических постоянных	424
Приложение 2. Юлианский период	427
Приложение 3. Переход между звездным и средним временем	437
Приложение 4. Редукции временных шкал UT1, ЕТ, TAI, UTC, TT, TDB	441
Приложение 5. Физические характеристики планет и спутников	452
Приложение 6. Элементы некоторых земных эллипсоидов	468
Приложение 7. Коэффициенты интерполяционной формулы Бесселя	471
Приложение 8. Таблицы рефракции	473
Предметный указатель	479