Эфемерида разработки Лаборатории реактивного движения (сокращенно JPL DE (номер) или просто DE (номер)) обозначает одну из серии математических моделей Солнечной системы , созданных в Лаборатории реактивного движения в Пасадене, Калифорния , для использования в навигации космических аппаратов и астрономии. . Модели состоят из числовых представлений положений , скоростей и ускорений основных тел Солнечной системы, сведенных в таблицу через равные промежутки времени, охватывающие определенный промежуток времени. [1] Барицентрические прямоугольные координаты Солнца , восьми больших планет и Плутона , а также геоцентрические координаты Луны сведены в таблицу.
С 1960-х годов по настоящее время существовало множество версий JPL DE [2] для поддержки миссий как роботизированных, так и пилотируемых [3] космических кораблей. Доступная документация ограничена, но мы знаем, что DE69 был объявлен в 1969 году третьим выпуском эфемеридных лент JPL и представлял собой кратковременные эфемериды специального назначения. Текущими экспортными эфемеридами JPL были DE19 . Эти ранние выпуски распространялись на магнитной ленте .
Во времена, когда еще не существовало персональных компьютеров, компьютеры были большими и дорогими, и подобные числовые интеграции проводились крупными организациями с достаточными ресурсами. Эфемериды JPL до DE405 интегрировались на мейнфрейме Univac с двойной точностью . Например, DE102 , созданный в 1977 году, сделал шесть миллионов шагов и работал 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 в астрономическом сообществе была проделана большая работа по обновлению астрономических альманахов от теоретических работ 1890-х годов до современной релятивистской теории. С 1975 по 1982 год в Лаборатории реактивного движения было получено шесть эфемерид с использованием современных методов корректировки численно интегрированных выходных данных по методу наименьших квадратов к высокоточным данным: DE96 в ноябре 1975 года, DE102 в сентябре 1977 года, DE111 в мае 1980 года, DE118 в сентябре. .1981 и DE200 в 1982 году . [6] DE102 была первой численно интегрированной так называемой длинной эфемеридой, охватывающей большую часть истории, для которой были доступны полезные астрономические наблюдения: с 1141 года до нашей эры до 3001 года нашей эры. DE200 , версия DE118 , мигрировала в Система отсчета J2000.0 была принята в качестве фундаментальной эфемериды для новых альманахов, начиная с 1984 года. DE402 ввел координаты, относящиеся к Международной небесной системе отсчета (ICRF). DE440 и DE441 были опубликованы в 2021 году с улучшениями в орбитах Юпитера, Сатурна и Плутона благодаря более поздним наблюдениям с космических аппаратов. [7]
Эфемериды JPL были основой эфемерид Солнца, Луны и планет в Астрономическом альманахе , начиная с томов с 1984 по 2002 год, в которых использовались эфемериды DE200 JPL . (С 2003 по 2014 год база была обновлена для использования DE405 и дополнительно обновлена с 2015 года, когда начал использоваться DE430 .) [8] [9]
Каждая эфемерида была получена путем численного интегрирования уравнений движения , начиная с набора начальных условий. Из-за точности современных наблюдательных данных аналитический метод общих возмущений уже нельзя было применять с достаточно высокой точностью для адекватного воспроизведения наблюдений. Был применен метод специальных возмущений с использованием численного интегрирования для решения задачи n тел , фактически приводящий в движение всю Солнечную систему в памяти компьютера с учетом всех соответствующих физических законов. Начальными условиями были как константы, такие как массы планет , полученные из внешних источников, так и такие параметры, как начальные положения и скорости, скорректированные для получения результатов, которые «наилучшим образом соответствовали» большому набору наблюдений . Для аппроксимации использовался метод наименьших квадратов . [4] Начиная с DE421, в динамическую модель были включены возмущения от 343 астероидов, составляющих около 90% массы главного пояса астероидов . [10]
Смоделированная физика включала взаимные ньютоновские гравитационные ускорения и их релятивистские поправки (модифицированная форма уравнений Эйнштейна-Инфельда-Хоффмана ), ускорения, вызванные приливным искажением Земли, ускорения, вызванные фигурой Земли и Луны, и модель лунных либраций . [4]
Данные наблюдений в подборках представляли собой развивающийся набор, включающий: дальности (расстояния) до планет, измеренные радиосигналами космических аппаратов, [11] прямое радиолокационное определение планет, двумерные определения местоположения (на плоскости неба). с помощью РСДБ космических аппаратов, транзитных и ПЗС- телескопических наблюдений планет и малых тел, а также лазерной локации ретрорефлекторов на Луне, среди прочего. DE102 , например, соответствовал 48 479 наблюдениям.
Временной аргумент интегрированных эфемерид Лаборатории реактивного движения, в ранних версиях, известных как T eph , [12] стал признан релятивистской координатной шкалой времени , что необходимо в точных работах для учета небольших релятивистских эффектов замедления времени и одновременности . Переопределение TDB , принятое МАС в 2006 году , стало по сути эквивалентом T eph , и новое определение TDB было явно принято в последних версиях эфемерид JPL.
Положения и скорости Солнца, Земли, Луны и планет, а также ориентация Луны сохраняются в виде коэффициентов полинома Чебышева, соответствующих 32-дневным сегментам. [10] Эфемериды теперь доступны через World Wide Web и FTP [13] в виде файлов данных, содержащих коэффициенты Чебышева, а также исходный код для восстановления (расчета) положений и скоростей. [14] Файлы различаются по периодам времени, которые они охватывают, от нескольких сотен лет до нескольких тысяч, а также по телам, которые они включают. Данные могут быть основаны на истинном центре каждой планеты или ее барицентре .
Использование полиномов Чебышева позволяет проводить высокоточные расчеты для заданного момента времени. Восстановление (расчет) DE405 для внутренних планет составляет около 0,001 угловой секунды (что эквивалентно примерно 1 км на расстоянии Марса ); для внешних планет это обычно около 0,1 угловой секунды. Эфемериды DE406 с «пониженной точностью» дают точность интерполяции (относительно значений полных эфемерид) не хуже 25 метров для любой планеты и не хуже 1 метра для Луны.
Обратите внимание, что эти значения точности относятся к интерполированным значениям относительно исходных табличных координат. Общая точность и точность интерполированных значений для описания реальных движений планет будет зависеть как от точности табличных координат эфемерид, так и от точности интерполяции.
Эфемериды тел Солнечной системы доступны на веб-сайте JPL [17] и через FTP. [18]
DE440 [19] был создан в июне 2020 года. Новое планетарное решение общего назначения DE440/441 включает в себя семь дополнительных лет наземных и космических астрометрических данных, калибровок данных и улучшений динамических моделей, в первую очередь с участием Юпитера, Сатурна, Плутона, и пояс Койпера. Включение 30 новых масс пояса Койпера и кольцевой массы пояса Койпера приводит к изменяющемуся во времени смещению барицентра DE440 относительно DE430 на ~ 100 км. Файлы эфемерид размером 114 мегабайт включают ориентацию Луны. Он охватывает даты с 1550 по 2650 год. JPL начала переход на DE440 в начале апреля 2021 года. Также доступны дополнительные версии, которые включают планетарный центр Марса, а также барицентр Марса. [20]
DE441 [19] был создан в июне 2020 года. Эти эфемериды длиннее DE440, от -13 200 до 17 191, но менее точны. Это полезно для анализа исторических наблюдений, выходящих за пределы DE440.
DE102 создан в 1981 году; включает нутации, но не либрации. Относится к динамическому экватору и равноденствию 1950 года. Охватывает период с начала 1410 года до нашей эры до конца 3002 года нашей эры. [14]
DE200 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 для Астрономического альманаха с 1984 по 2003 год. [14]
DE202 создан в 1987 году; включает нутации и либрации. Относится к динамическому экватору и равноденствию 2000 года. Охватывает период с конца 1899 по 2049 год. [14]
DE402 был выпущен в 1995 году и был быстро заменен DE403.
DE403 [21] был создан в 1993 году, выпущен в 1995 году, выражен в координатах системы отсчета Международной службы вращения Земли (IERS), по существу ICRF. Данные, собранные Лабораторией реактивного движения для получения эфемерид, начали отходить от телескопических наблюдений с ограниченной точностью и переходить к более точным радиолокационным измерениям планет, радиолокации космических аппаратов и интерферометрическим наблюдениям со сверхдлинной базой (РСДБ). космических кораблей, особенно для четырех внутренних планет. Телескопические наблюдения оставались важными для внешних планет из-за их расстояния, отсюда невозможность отразить от них радар, а также трудности с парковкой космического корабля рядом с ними. Были включены возмущения 300 астероидов, тогда как DE118/DE200 включали только пять астероидов, которые, как было установлено, вызвали самые большие возмущения. Лучшие значения масс планет были найдены начиная с DE118/DE200, что еще больше уточнило возмущения. Была улучшена точность лунной лазерной локации , что позволило улучшить положение Луны. DE403 охватывал период с начала 1599 года до середины 2199 года. [22]
DE404 [23] был выпущен в 1996 году. Так называемая «длинная эфемерида», эта сокращенная версия DE403 охватывала период от 3000 г. до н.э. до 3000 г. н.э. Хотя DE403 и DE404 были интегрированы за один и тот же период времени, точность интерполяции DE404 была несколько снижена и Нутация Земли и либрация Луны не учитывались.
DE405 [24] был выпущен в 1998 году. В него были добавлены дополнительные данные за несколько лет телескопических, радиолокационных, космических аппаратов и РСДБ-наблюдений ( в частности, космического корабля Галилео на Юпитере). Усовершенствован метод моделирования возмущений астероидов, хотя моделировалось то же количество астероидов. Эфемериды были более точно ориентированы на ICRF. DE405 с полной точностью покрывал диапазон от 1600 до 2200. 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 период с 3000 г. до н.э. по 3000 г. н.э. с теми же ограничениями, что и DE404. Это та же интеграция, что и в DE405, но точность интерполирующих полиномов уменьшена для уменьшения размера файла для более длительного периода времени, охватываемого файлом.
DE407 [25], по-видимому, так и не был выпущен. Подробности в доступных источниках отрывочны.
DE408 [26] представлял собой неизданную эфемериду, созданную в 2005 году как более длинную версию DE406, охватывающую 20 000 лет.
DE409 [27] был выпущен в 2003 году для прибытия космического корабля Mars Exploration Rover на Марс и прибытия Кассини на Сатурн. В подбор были включены дальнейшие измерения дальности космических аппаратов, РСДБ (к космическим кораблям Mars Global Surveyor , Mars Pathfinder и Mars Odyssey ) и телескопические данные. Орбиты космических кораблей «Пионер» и «Вояджер» были повторно обработаны, чтобы получить данные о Сатурне. Это привело к улучшениям по сравнению с DE405, особенно в предсказанных положениях Марса и Сатурна. DE409 охватывал период с 1901 по 2019 год.
DE410 [28] также был выпущен в 2003 году в период с 1901 по 2019 год, с улучшениями по сравнению с DE409 в массах для Венеры, Марса, Юпитера, Сатурна и системы Земля-Луна на основе недавних исследований. Хотя МАС еще не был принят массами . Эфемериды были созданы для поддержки прибытия космических кораблей MER и Кассини .
DE411 [29] широко цитировался в астрономическом сообществе, но не был публично опубликован Лабораторией реактивного движения.
DE412 [30] широко цитировался в астрономическом сообществе, но не был опубликован JPL.
DE413 [29] был выпущен в 2004 году с обновленными эфемеридами Плутона в поддержку покрытия звезды ее спутником Хароном 11 июля 2005 года. DE413 был адаптирован для новых телескопических наблюдений Плутона с помощью ПЗС-матрицы , чтобы дать улучшенные положения планеты и его луна.
DE414 [31] был создан в 2005 году и выпущен в 2006 году. Программное обеспечение численного интегрирования было обновлено для использования четырехкратной точности для ньютоновской части уравнений движения . Данные о дальности, полученные с космических кораблей Mars Global Surveyor и Mars Odyssey , были продлены до 2005 года, а в подбор были включены дальнейшие наблюдения CCD пяти внешних планет. Некоторые данные были случайно исключены, а именно данные Магеллана Венеры за 1992–94 годы и данные Галилео Юпитера за 1996–97 годы. Некоторые данные о дальности полета космического корабля NEAR Shoemaker, вращающегося вокруг астероида Эрос, были использованы для определения отношения масс Земли и Луны. DE414 охватывал период с 1599 по 2201 год.
DE418 [32] был выпущен в 2007 году для планирования миссии New Horizons к Плутону. В подборку были включены новые наблюдения Плутона, в которых использовалась новая астрометрическая точность звездного каталога Hipparcos . Дальности космических аппаратов Марса и РСДБ-наблюдения обновлялись до 2007 года. Массы астероидов оценивались по-другому. Данные лунной лазерной локации Луны были добавлены впервые после DE403, что значительно улучшило лунную орбиту и либрации. Данные о предполагаемом положении космического корабля Кассини были включены в аппроксимацию, что улучшило орбиту Сатурна, но тщательный анализ данных был отложен на более поздний срок. DE418 охватывал период с 1899 по 2051 год, и Лаборатория реактивного движения рекомендовала не использовать его за пределами этого диапазона из-за незначительных несоответствий, которые оставались в массах планет из-за нехватки времени.
DE421 [33] был выпущен в 2008 году. Он включал дополнительные измерения дальности и РСДБ космического корабля Марс, новую дальность и РСДБ космического корабля Венера Экспресс , последние оценки планетных масс, дополнительную лазерную локацию Луны и еще два месяца ПЗС-измерений Плутон. Первоначально выпущенные в 2008 году эфемериды DE421 охватывали период с 1900 по 2050 год. Дополнительный выпуск данных в 2013 году расширил охват до 2200 года.
DE422 [34] был создан в 2009 году для миссии MESSENGER к Меркурию. Длинные эфемериды, они были предназначены для замены DE406 и охватывали период с 3000 г. до н.э. по 3000 г. н.э.
DE423 [35] был выпущен в 2010 году. Оценки положения космического корабля MESSENGER , а также дополнительные данные о дальности и РСДБ с космического корабля Venus Express были подобраны. DE423 охватывал период с 1799 по 2200 год.
DE424 [36] был создан в 2011 году для поддержки миссии Марсианской научной лаборатории .
DE430 [37] создан в 2013 году и предназначен для использования при анализе современных данных. Он охватывает даты с 1550 1 января по 2650 22 января с наиболее точными лунными эфемеридами. С 2015 года эти эфемериды используются в Астрономическом альманахе . Начиная с этого выпуска, в список был включен только барицентр Марса из-за небольших масс его спутников Фобоса и Деймоса, которые создают очень небольшое смещение от центра планеты. [38] Полные файлы эфемерид весят 128 мегабайт, но JPL предоставила несколько альтернативных версий [10]
DE431 [37] 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. по 17191 г. н.э.), согласуясь с DE430 в пределах 1 метра за период времени, охватываемый DE430. В период с 1913 по 2113 год положение Луны имеет точность в пределах 20 метров, и за пределами этого диапазона эта ошибка возрастает квадратично. [39] Это самый большой из файлов эфемерид размером 3,4 гигабайта. [40]
DE432 [41] создан в апреле 2014 г. Он включает либрации, но не имеет нутаций. DE432 представляет собой незначительное обновление DE430 и предназначено в первую очередь для помощи проекту New Horizons, нацеленному на Плутон. [42]
DE436 [43] был создан в 2016 году на базе DE430, с улучшенными орбитальными данными Юпитера специально для миссии Юнона ).
DE438 [44] был создан в 2018 году и был основан на DE430, с улучшенными орбитальными данными Меркурия (для миссии MESSENGER ), Марса (для орбитальных аппаратов Mars Odyssey и Mars Reconnaissance Orbiters ) и Юпитера (для Juno ) .