Геоцентрические инерциальные системы координат ( ECI ) берут свое начало в центре масс Земли и фиксированы по отношению к звездам. [1] «I» в «ECI» означает инерциальную (т.е. «не ускоряющуюся »), в отличие от системы отсчета «Землецентрированная – Земля-фиксированная» ( ECEF ), которая остается неподвижной по отношению к поверхности Земли при ее вращении. , а затем вращается относительно звезд.
Для объектов в космосе уравнения движения , описывающие орбитальное движение, проще в невращающейся системе отсчета, такой как ECI. Кадр ECI также полезен для указания направления на небесные объекты :
Для представления положений и скоростей наземных объектов удобно использовать координаты ECEF или широту , долготу и высоту .
В двух словах:
Степень, в которой система ECI на самом деле инерциальна, ограничена неоднородностью окружающего гравитационного поля . Например, гравитационное влияние Луны на спутник, вращающийся на высокой околоземной орбите, значительно отличается от ее влияния на Землю, поэтому наблюдателям в системе координат ECI придется учитывать эту разницу в ускорении в своих законах движения. Чем ближе наблюдаемый объект к ECI-началу, тем менее значителен эффект гравитационного неравенства. [2]
Ориентацию системы ECI удобно определять, используя плоскость орбиты Земли и ориентацию оси вращения Земли в пространстве. [3] Плоскость орбиты Земли называется эклиптикой и она не совпадает с плоскостью экватора Земли. Угол между плоскостью экватора Земли и эклиптикой ε называется наклоном эклиптики и составляет ε ≈ 23,4°.
Равноденствие наступает, когда Земля находится в таком положении на своей орбите, что вектор от Земли к Солнцу указывает туда, где эклиптика пересекает небесный экватор . Равноденствие, которое приходится на первый день весны (по отношению к Северному полушарию), называется весенним равноденствием . В качестве основного направления для кадров ECI можно использовать точку весеннего равноденствия. [4] Около 21 марта Солнце находится в направлении точки весеннего равноденствия. Основной плоскостью для кадров ECI обычно является экваториальная плоскость или эклиптика.
Местоположение объекта в пространстве можно определить с помощью прямого восхождения и склонения , которые отсчитываются от точки весеннего равноденствия и небесного экватора . Прямое восхождение и склонение — сферические координаты, аналогичные долготе и широте соответственно. Местоположение объектов в пространстве также может быть представлено с использованием декартовых координат в системе координат ECI.
Гравитационное притяжение Солнца и Луны к экваториальной выпуклости Земли приводит к прецессии оси вращения Земли в пространстве, подобно действию волчка. Это называется прецессией . Нутация — это колебание с меньшей амплитудой и более коротким периодом (<18,6 лет), которое накладывается на прецессионное движение полюса мира . Это связано с более короткопериодными колебаниями 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, точки весеннего равноденствия, экваториальная плоскость Земли и плоскость эклиптики изменяются 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 .
Примеры включают в себя: