Н. Л. Синьков
|
|
Новый stellarium-0.14.83.3-win64 + эфемерид DE431 это точнее дальше лучше
|
23.05.2016 15:50 |
|
|
В данный момент для stellarium-0.14.83.3-win64 доступен эфемерид DE-431 на очень длительный промежуток времени,
который охватывает от -13000 (до нашей эры) до +17000 (после нашей эры) лет.
По умолчанию, Stellarium использует - VSOP87 планетарную теорию, аналитическое решение, которое способно обеспечить
планетарные позиции на любую дату ввода. Тем не менее, его использование рекомендуется только в течение диапазона
времени от -4000 до + 8000 (знак минус соответствует времени до нашей эры и плюс соответственно после). За пределами
этого диапазона, можно было использовать в течение еще нескольких тысячелетий без больших ошибок, но с ухудшающейся
постепенно точностью.
Что необходимо сделать для того что бы получить возможность, 1. использовать эфемерид DE-431 и, 2. при этом увеличить
допустимый временной диапазон который охватывает от -13000 до +17000 лет, 3. с точностью положения больших планет
превышающей планетарную теорию по умолчанию - VSOP87. Три последние возможности являются сутью вопроса описанного
ниже, а первую возможность можно получить так:
1.Скачать stellarium-0.14.83.3-win64 (https://launchpad.net/stellarium/+download;
http://www.stellarium.org/ru/) и установить программу на диске С в папку /Stellarium (допустим так по умолчанию).
2.Создать в папке /Stellarium (с уже установленным Stellarium) дополнительную папку /ephem.
3.Скачать с сайта ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/Linux/de431/ фаил lnxm13000p17000.431 и поместить
его в папку /ephem.
Перейти в папку /data и открыть в ней фаил default_config.ini с помощью текстового редактора (Блокнот). Заменить
в открытом файле кавычки ("") на путь* к файлу lnxm13000p17000.431 :
flag_use_de430 = false
flag_use_de431 = false
de430_path = ""
de431_path = C:/Stellarium/ephem/lnxm13000p17000.431 *
4.Запустить программу Stellarium и поставить галочку в Настройка (нажатие клавиши F2) напротив записи:
Использовать DE431 (долгосрочные данные). Проконтролировать, что надпись Недоступно замениться на 13000
17000. Нажать кнопку сохранить настройки и выйти из программы. После повторного запуска DE431 будет доступна в
программе в пределах своего временного диапазона. За пределами диапазона происходит переключение на VSOP87.
5.Это всё (лично проверил работает; путь можно не прописывать*).
Благодаря точности современных наблюдательных данных, аналитический метод общих возмущений уже не мог быть применен
с достаточно высокой точностью, чтобы адекватно воспроизвести наблюдения. Метод специальных возмущений был применен,
с помощью численного интегрирования для решения задачи n тел (множество тел), фактически поставив всю солнечную
систему в движение в памяти компьютера, с учетом всех соответствующих физических законов. Начальные условия были как
постоянные, такие как планетарные массы, а также параметры, такие как начальные положения и скорости,
скорректированные для получения выходного сигнала (результатов расчета), который бы лучше всего подходил к большому
набору наблюдений. Физика моделируемого процесса включает в себя взаимные тяготения Ньютона, ускорения и их
релятивистские поправки (модифицированная форма уравнения Эйнштейна-Инфельда-Гоффмана), ускорения, вызванные
приливными деформациями Земли, ускорения вызванные формой (отличной от шара; а так же взаимным расположением и
относительным движением) Земли и Луны, а также модель лунной либрации.
Аналитические методы, уступая численным в оперативности решения конкретных задач на коротких дугах, по своей сущности
предназначены для анализа наблюдений, выполненных на длительных интервалах времени. Аналитическое решение
представляет собой совокупность амплитуд аргументов тригонометрических функций и имеет наглядный физический смысл
(проще говоря, это формула).
Для численных методов необходимо тщательно выписать и запрограммировать алгоритм расчета векторов всех действующих
сил (вспомним про принцип суперпозиции), в то время как аналитические методы работают со скалярными функциями, будь
то возмущающий потенциал или гамильтониан системы. Оба направления сложны, интересны, имеют свои преимущества и
недостатки.
Во всех центрах обработки данных используется метод численного интегрирования уравнений движения. В ГАИШ МГУ
традиционно развивается аналитический подход. В настоящее время создано несколько версий вычислительных программ
обработки высокоточных наблюдений и вывода значений геодинамических параметров (это уже из области комической
геодезии). Орбиты спутников строятся на основе комбинированного численно-аналитического метода (в данном контексте
это искусственные спутники Земли - ИСЗ). Благодаря специально разработанным приемам вычислений эти программы по
точности и быстродействию не уступают численным алгоритмам.
Замечательно (и возможно не безосновательно), что стандарты астрономических вычислений, рекомендуемые в настоящее
время, очень специальным образом настроены на алгоритмы численного интегрирования уравнений движения (динамической
модели). При использовании аналитического подхода многие формулы необходимо преобразовать к более удобному виду
(математический аппарат все же достаточно сложен и усложняется по мере увеличения точности). Собственно качественно
рассчитанные эфемериды значительно проще использовать в плане того что касается сложности математического аппарата
реализующего способ численного интегрирования (ф. эфемериды рассчитанный численным методом + механизм чтения файла
данного типа, проще чем формульная реализация динамической модели движения тел солнечной системы) для определения
взаимного расположения небесных тел, скоростей, ускорений и т.п.
Сразу определюсь: Эфемеридами называют средства определения положения небесных тел в виде формул, методов
вычислений, математических программ и техники (вплоть до ЭВМ - цифровой (ЦВМ) и (или) аналоговой (АВМ)) доступа к
данным.
Для пользователей, которые нуждаются в положениях планет на определенное время, существует интерактивный веб-сайт
и Telnet службы JPL, "Новые Горизонты", обеспечивающий широкий спектр разнообразия астрономической информации,
включающий положения планет от планетарной эфемериды DE431, на http://ssd.jpl.nasa.... веб-сайта
(скромно пропиарил в очередной раз NASA).
Название (служба JPL) Jet Propulsion Laboratory развития эфемерид (DE с последующим числом), это аббревиатура
от JPL DE (номер), или просто DE (число) обозначает одну из серии моделей Солнечной системы произведённой в
Лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory) в Пасадене, штат Калифорния, в первую очередь для целей
навигации космических аппаратов (ИСЗ в том числе) и астрономии. Модели состоят из компьютерных представлений позиций,
скоростей и ускорений основных тел Солнечной системы, сведенных через равные промежутки времени, охватывающий
указанный (в описании эфемериды и именно на этот промежуток времени она рассчитывается) промежуток в годах (датах).
В данных эфемеридах указанны барицентрические прямоугольные (декартовы) координаты Солнца, восьми основных планет и
Плутон и геоцентрические координаты Луны и эти данные сведены в таблицу. Планетарные эфемериды JPL сохраняются как
файлы полиномов Чебышева в декартовых координатах положения и скорости планет, Солнца и Луны, как правило, с 32-
дневными интервалами. Позиции даны (интегрированы) в астрономический единице (АС), но с полиномами хранятся так же
и в единицах измерения - километрах, единицы времени являются дни барицентрическом динамического времени (TDB;
https://ru.wikipedia.org/wiki/Динамическое_время). До DE430 значение астрономической единицы оценивалась на
основании измерений планетарных орбит используя гравитационную постоянную G (гравитационная постоянная Гаусса).
Начиная с DE430, астрономическая единица было зафиксирована на значении 149597870.700 км. Положение планет для DE431
совпадают с позициями у DE430 в пределах одного метра для времени покрытия DE430. Для Луны DE431 отличается больше.
В астрономии, барицентрические координаты (https://ru.wikipedia.org/wiki/Международная_небесная_система_координат)
это не вращающихся система координат с началом в центре масс двух или более тел. Международная небесная система
координат (ICRF) является барицентрической, основанной на барицентре Солнечной системы (в геометрии, термин
"Барицентр" является синонимом центроида - геометрический центр двумерной формы).
Международная небесная опорная система (ICRF) представляет собой квази-инерциальную систему отсчета с центром в
барицентре Солнечной системы и определяется измеренными позициями 212 внегалактических источников (в сновном
квазаров; по моему сейчас больше количество объектов называемых источниками для определения координат т.к. данные
непрерывно растут надо стандарты смотреть). Хотя общая теория относительности предполагает, что нет истинных
инерциальных систем отсчета вокруг тяготеющих тел, но ICRF важно потому, что безусловно не обладает каким-либо
измеримым угловым движение, так как внегалактические источники используемые для определения ICRF достаточно далеко
расположены. ICRF теперь является стандартной системой отсчета и используется для определения положения планет
(включая Землю ), других астрономических объектов. ICRF был принят Международным астрономическим союзом с 1 января
1998 года (точность около 250 микросекунд (μas) и стабильность оси приблизительно 20 μas; это было одного порядка от
величины улучшения по сравнению с предыдущим Пятым фундаментальный каталог (FK5))
Поскольку эфемерид является табуляцией на регулярной основе разнесенных временных интервалов, интерполяция необходима
, если нужно определить координаты для не табличной даты (в промежутках между интервалами в 32 дня). Данные эфемерид
представлены в виде файла числовых коэффициентов для полиномов Чебышева. Эти многочлены для кривых (траекторий
орбит) подходят к табличными координатам в пределах вычисленного диапазона дат. Решения полиномов позволяет
восстановить (определить или вычислить) позиций, скорости и ускорения по всему диапазону дат непосредственно.
Интерполяция автоматически происходит с использованием временного аргумента (при использовании программ
сопутствующих файлам эфемерид).
Файл: состоит из коэффициентов нескольких интервалов времени и достаточного количества интервалов, чтобы охватить
даты охватываемого первоначального численного интегрирования (временного диапазона; для DE431 это от -13000 до +17000
лет). Эфемериды теперь доступны через World Wide Web и FTP в виде файлов данных, содержащих коэффициенты полинома
Чебышева, вместе с исходным кодом для восстановления положения и скорости (чтения ф. и интерполяции данных).
Что касается эфемерид из NASA (Jet Propulsion Laboratory):
Доступная документация носит отрывочный характер, но мы знаем, что DE69 был объявлен в 1969 году, так же что будет
третий выпуск лент JPL эфемерид, и это были кратковременные эфемериды специального назначения. Тогда же действующий
(актуальный) JPL эфемерид был экспортирован в DE19. Эти ранние выпуски были доступны на магнитной ленте.
Во времена до эры персональных компьютеров, компьютеры были большими и дорогими, и численное интегрирование было
таким же (дорогим) и они были в ведении крупных организаций с достаточными ресурсами. В JPL эфемериды до начала
DE405 были вычислены на UniVac мэйнфреймов (двойная точность**). Например, для DE102, который был создан в 1977 году,
потребовалось шесть миллионов шагов и работы в течение девяти дней на UNIVAC 1100/81 . DE405 был интегрирован на DEC
Alpha (четверной точности**). В 1970 - х и начале 1980 - х, большая работа была проделана в астрономическом
сообществе, чтобы обновить астрономические альманахи от теоретической работы 1890 - х годов к современной,
релятивистской теории. С 1975 по 1982 годы, шесть эфемерид были произведены в Лаборатории реактивного движения с
использованием современных методов уравнивания по методу наименьших квадратов численно-интегральных вычислений с
высокой точностью данных: DE96 1975 ноябрь, DE102 сентябрь 1977, DE111 май 1980 года, DE118 сентябрь 1981, и
DE200 в 1982 г. DE102 был первым численно интегрированный так называемый Длинный эфемерид, охватывающий большую
часть истории событий, для которых полезные астрономические наблюдения, были доступны: с 1141 г. до н.э. по 3001
г. н.э.
Оценка полиномов Чебышева может восстановить планетарные и лунные координаты с высокой точностью по отношению к
первоначальному результату численного интегрирования эфемериды DE405 для внутренних планет составляет около 0,001
угловых секунд ( что эквивалентно примерно 1 км на расстоянии Марса ); для внешних планет это как правило около 0,1
угловых секунд. "Ограниченная точность" DE406 эфемерид дает интерполирующую точность (относительно полных значений
эфемерид) не хуже, чем 25 метров для любой планеты и не хуже, чем на 1 метр для Луны.
DE4xx, выражаются в системе координат, отнесенных к ICRF; где хх это порядковый номер:
DE402 был выпущен в 1995 году и был быстро заменен DE403.
DE403 был выпущен в 1995 году и этот эфемерид JPL был впервые выражен в координатах Международной службы вращения
Земли (IERS) системе отсчета, но по существу в ICRF. Данные уточнялись и для получения эфемерид JPL начал отходить
от ограниченной точности телескопических наблюдений в сторону к наблюдениям с более высокой точностью для планет в
радиолокационном диапазоне, радиолокации космических аппаратов, а также интерферометрическим наблюдениям на очень
большой базе для космического аппарата, особенно для четырех внутренних планет. Телескопические наблюдения
оставались важными для внешних планет из-за их удаленности, следовательно, невозможность получения отражения РЛС
(радио локационного сканирования) от них, а также трудности размещения космического корабля рядом с ними (полет до
выхода на их орбиту). Были включены возмущения от 300 астероидов, в отличии от DE118 / DE200, которые включали
только пять астероидов вызывающих наибольшие возмущения. Лучшие значения масс планет были найдены в ходе дальнейшего
уточнения возмущений для DE118 / DE200. Точность лазерной локации Луны была улучшена (обновлено оборудование на
Земле), что дало улучшение позиционной точности для Луны. DE403 покрывает промежуток времени от JED (юлианская
дата) 2305200.5 (29 апреля 1599) до JED 2524400.5 (2199 22 июня).
DE404 был выпущен в 1996 году так называемый длинный эфемерид, это сжатая версия DE403 покрывающая от 3000 г. до
н.э. до н.э. 3000. Интерполяция DE404 в отличие от DE403 была несколько снижена в точности и нутация Земли, либрация
Луны не были включены.
DE405 был выпущен в 1998 году и в него добавили дополнительные данные за несколько лет наблюдения с телескопов,
радиолокации космических аппаратов (с космических аппаратов Галилео на Юпитере, в частности). Предложен улучшенный
метод моделирования возмущений от астероидов, несмотря на то, что число астероидов при моделировании осталось то же
самое. Эфемерид был более точно ориентирован на ICRF. DE405 покрывает промежуток времени от JED 2305424.50 (1599
декабря 09) до JED 2525008.50 (2201 20 февраля). Этот эфемерид использован для астрономического альманаха с 2003 до
2014 года.
DE406 был выпущен одновременно с DE405 в 1998 году как длинный эфемерид, это была сжатая версия DE405 ( это та же
версия что и DE405, но точность интерполяционных полиномов была уменьшена, чтобы уменьшить размер файла),
охватывающий промежуток времени от 3000 г. до н.э. до 3000 г. н.э. с теми же ограничениями что и DE404 (покрывает
промежуток времени с JED 0625360.5 (-3000 23 февраля) до JED 2816912.50 (+3000 06 мая)).
DE407 по-видимому не издавался. Подробности из легкодоступных источников отрывочны.
DE408 был неизданный эфемерид, созданный в 2005 году в качестве более полной версии DE406 охватывающий 20000 лет.
DE409 был выпущен в 2003 году для полёта космического аппарата MER (Mars Exploration Rover Mission) на Марс и Кассини
для полёта к Сатурну. VLBI (интерферометрия со сверхбольшой базой) данные с аппаратов Mars Global Surveyor , Mars
Pathfinder и Mars Odyssey не использовались. Дополнительные телескопические данные были включены. Орбиты Pioneer и
Voyager кораблей были переработаны, чтобы дать больше точек данных орбиты Сатурна. Это привело к улучшению точности
более, нежели DE405, особенно по прогнозируемым позициям Марса и Сатурна. DE409 покрывает временной интервал с 1901
года до 2019 года.
DE410 был также выпущен в 2003 году после полёта аппарата MER и космического аппарата Cassini (Кассини). Он отличался
от DE409 только тем, что массы планет Венера, Марс, Юпитер, Сатурн и система Земля-Луна были обновлены на основании
новых исследований. Массы еще не были приняты IAU (Международный астрономический союз) . DE410 покрывает интервал
времени с 1901 года до 2019 года.
DE411 по-видимому не издававшиеся, но широко цитируется в астрономическом сообществе.
DE412 был также не издан и тоже широко цитируем.
DE413 был выпущен в 2004 году с единственной целью обеспечения обновления эфемериды Плутона для затенения звезды от
своего спутника Харона 11 июль 2005. DE413 был выполнен с учетом новых CCD телескопических наблюдений Плутона, чтобы
дать улучшенные позиции планеты (Плутона) и ее луны (Харона).
DE414 был создан в 2005 году и выпущен в 2006 году. Программное обеспечение численного интегрирования было обновлено
для использования четверной точности** в ньютоновской части уравнений движения. Данные начиная с космического
аппарата Mars Global Surveyor и Mars Odyssey были расширены на 2005 год из CCD наблюдения пяти внешних планет и
были дополнительно включены.
Некоторые данные были случайно исключены из подгонки (эфемериды к наблюдениям, измерениям), а именно данные с
Magellan Venus от 1992-94 годов и Galileo Jupiter данные от 1996-97 года. Некоторые различные данные космического
аппарата NEAR Shoemaker орбиты астероида Eros (Эрос) были использованы для получения соотношение масс Земли / Луны.
DE414 покрывает интервал времени с 1599 года до 2201 года.
DE418 был выпущен в 2007 году для планирования миссии New Horizons к Плутону. Новые наблюдения Плутона, которые
использовались в новом астрометрическом точном звездном каталоге Hipparcos (Гиппаркос), были дополнительно включены.
Данные VLBI наблюдения с космического корабля Mars были обновлены на 2007 год. Массы астероидов были оценены по-
разному. Данные лазерной локации Луны были добавлены в первые, после DE403 и значительно улучшена орбита Луны и
либрации Луны. Оценочные данные о положении от космического аппарата Кассини были дополнительно включены, улучшена
орбита Сатурна, но строгий анализ (пересмотр) данных был перенесен на более поздний срок. DE418 покрывает интервал
времени с 1899 года до 2051 года, и JPL не рекомендуется использоваться его данными вне этого диапазона из-за
незначительных несоответствий, которые остались в массах планет из-за нехватки времени.
DE421 был выпущен в 2008 году и в него были включены дополнительные локации и измерения VLBI с космического корабля
Mars, новый диапазон VLBI от космических аппаратов Venus Express, последние оценки планетарных масс, данные
дополнительной лазерной локации Луны, и еще два месяца CCD измерений Плутона. Когда первоначально выпущен в 2008
году эфемерид DE421 покрывает интервал времени с 1900 до 2050 года. Дополнительный выпуск данных в 2013 году
расширили охват до 2200 года.
DE422 был создан в 2009 году для миссии MESSENGER к Меркурию. Длинный эфемерид, он предназначался для замены DE406
и покрывает промежуток времени от JED 625648,5 (-3000 7 декабря) до JED 2816816.5, (3000 января 30).
DE423 был выпущен в 2010 году для оценки позиции космического аппарата MESSENGER и дополнительным диапазоном данных
VLBI с космического аппарата Venus Express были использованы. DE423 покрывает промежуток времени от JED 2378480,5,
(16 декабря 1799) до JED 2524624.5, (2200 февраль 02).
DE424 был создан в 2011 году для поддержки миссии Mars Science Laboratory .
DE430 был выпущен в 2013 году, охватывает период от JED 2287184,5, (21 декабря 1549) до JED 2688976.5, (2650 январь
25) с наиболее точными данными лунного эфемерида. С 2015 года этот эфемерид используется в Астрономическом альманахе.
DE431 был выпущен в 2013 году охватывает более длительный промежуток времени, чем DE430 (от JED -0.3100015.5, (-13200
15 августа) до JED 8000016.5, (17191 март 15)) и менее точный в сравнении с данными эфемерида DE430 по Луне.
DE432 был создан апреля 2014 г. Он включает в себя либрации, но нет нутации. DE432 является незначительным
обновлением DE430, предназначен в первую очередь для помощи проекта New Horizons.
** Речь идёт о представление вещественных чисел в машинном виде (бинарном коде единиц и нулей) на ЭВМ, но не о
точности эфемерид или их данных (исходных данных в том числе). Вещественные числа обычно представляются в виде чисел
с плавающей запятой. Числа с плавающей запятой один из возможных способов представления действительных чисел,
который является компромиссом между точностью и диапазоном принимаемых значений, его можно считать аналогом
экспоненциальной записи чисел, но только в памяти компьютера.
Число с плавающей запятой состоит из набора отдельных двоичных разрядов, условно разделенных на так называемые знак
(англ. sign), порядок (англ. exponent) и мантиссу (англ. mantis). В наиболее распространённом формате (стандарт IEEE
754) число с плавающей запятой представляется в виде набора битов, часть из которых кодирует собой мантиссу числа,
другая часть показатель степени, и ещё один бит используется для указания знака числа ( если число
положительное, если число отрицательное). При этом порядок записывается как целое число в коде со сдвигом, а
мантисса в нормализованном виде, своей дробной частью в двоичной системе счисления.
Efimeris (эфемерид):
В астрономии и небесной навигации, эфемерид (множественное число: эфемериды, от латинского эфемерид, "дневник", от
греческого ἐφημερίς, Эфемеридная, "дневник, журнал") дает естественные позиции астрономических объектов, а также
искусственных спутников на небе в данный момент или в определенное время. Исторически сложилось так что позиции были
даны в виде печатных таблиц из значений, заданных через равные промежутки времени на определенные даты. Современные
эфемериды часто вычисляются в электронном виде на основе математических моделей движения астрономических объектов и
Земли. Даже при том, что вычисление этих таблиц было одним из первых применений механических компьютеров, печатные
эфемериды все еще производятся, так как они могут быть использованы, когда вычислительные устройства не доступны.
Учитывая сказанное файлы современных эфемерид можно отнести к электронному альманаху это синоним каталог в данном
контексте, а программное о обеспечение являющееся частью эфемерид является средством их чтения (способ доступа;
соответственно эл. каталог, альманах это носитель информации эфемерид).
Соответственно учитывая всё выше сказанное попытаемся ответить на вопросы по программе Stellarium: увеличить
допустимый временной диапазон который охватывает от -13000 до +17000 лет (используя DE431; коррекцию дельта Т для
этого диапазона) возможно и если это возможно то каким способом? Возможно превысить точность положения больших
планет превышающей планетарную теорию по умолчанию - VSOP87 используя рассчитанные эфемериды DEXX и если это так то
каким способом это возможно проверить в программе (пользуясь инструментарием программы)?
|
|
