------------------------------------------------------------------------ 4. kapitola o efemeridách orientace dráhy v prostoru - argument pericentra omega, sklon I, délka výstupného uzlu Omega OBR z Murray a Dermott "délky" <- vzhledem k fixnímu směru v prostoru (např. jarnímu bodu) "argumenty" <- vzhledem k pericentru některé úhly jsou lomené, střední anomálie M dokonce nemá vůbec žádnou geometrickou interpretaci! (pouze f a E) série matic rotace: (x,y,z)_ekliptikalni = R_z(Omega) R_x(I) R_z(omega) (X,Y)_v_draze pokusy s pneumatikou (~eliptickou trajektorií) ------------------------------------------------------------------------ Různé DRUHY ELEMENTŮ, které můžeme "potkat": Keplerovy: a, e, M, omega, I, Omega -> geometricky velmi názorné (kromě M -> f pro určité ekvinokcium) nesingulární: a, L, k = e cos(varpi), h = e sin(varpi), q = sin(I/2) cos(Omega), p = sin(I/2) sin(Omega) -> dobře se v nich počítají rozvoje x, y, z, vx, vy, vz -> jako počáteční podmínky numerické integrace Delaunyho (kanonické): souřadnice "q": l = M , g = omega , h = Omega ; kanonicky sdružené hybnosti "p": L = mu^* sqrt(mu a) , G = mu^* sqrt(mu a (1-e^2)) , H = mu^2 sqrt(mu a (1-e^2)) cos(I) , kde mu = G(m_1+m_2), mu^* = m_1 m_2 / (m_1 + m_2) -> lze je užít v HAMILTONOVÝCH ROVNICÍCH: dq_i/dt = \partial H/\partial p_i , dp_i/dt = -\partial H/\partial q_i , kde H je Hamiltonián systému (~ celková energie); např. hned vidím, že když H nezávisí na určitém q_i, pak p_i = konst. ... oskulační (vztahující se k určitému ekvinokciu) střední (fourierovsky filtrované krátkoperiodické oscilace s ~ orbitání periodou) vlastní (středované přes ~10 My, bez kmitů NUCENÝCH planetami) rezonanční (např. průsečíky trajektorie s vhodně definovanou plochou: kritický úhel pri rezonanci J2/1: sigma = 2 lambda_J - lambda - varpi; plocha: sigma = 0, dsigma/dt > 0, omega-omega_J = 0, Omega-Omega_J = 0) ... ------------------------------------------------------------------------ Pro problém N těles NEZNÁME obecné analytické řešení! 6N proměnných (souřadnic a~rychlostí), ale jen 10 klasických algebraických integrálů pohybu: - 3 pro těžiště - 1 pro energii - 3 pro hybnost - 3 pro moment hybnosti Brunsův teorém (Bruns 1887, Poincaré 1889, viz Hagihara 1970, s. 556-583): Jedinými lineárně nezávislými integrály problému N těles, které jsou algebraické vzhledem k q, p a t, je oněch 10 zmiňovaných výše. (Bruns podal důkaz, že libovolný jiný integrál f(q_i,p_i,t) JE lineární kombinací.) => redukce na 6N-10 proměnných (pro N=2 vycházejí jen 2 proměnné závislé na čase) POZOR! NEznamená to, že neexistuje žádné řešení a že všechny rozvoje divergují! (POUZE neexistují další integrály.) | V V problému 2 těles také nemáme 12 integrálů, to by tělesa "stála na místě" nebo se pohybovala rovnoměrně přímočaře, ale jen oněch 10; zbývající 2~stupně volnosti jsme ale úspěšně vyřešili a máme pro ně předpis závislosti na čase (i když je transcendentní). Sundman (1912) například našel řešení pro N=3 ve formě POOOMAAALUUU konvergujících mocninných řad v proměnné čas t^(1/3). Bohužel, toto řešení neříká nic o stabilitě nebo dovolených oblastech pohybu (jako RTBP). Pro velkou přesnost by vyžadovalo 10^(8*10^6) členů (!). (Musel vzít počáteční moment hybnosti L<>0, aby nedocházelo k trojnými kolizím - singularitám v řešení. Počáteční podmínky vedoucí ke kolizím sice mají Lebesgueovu míru = 0, ale není známo nějaké kritérium pro ně, které by všem budoucím kolizím jistě zabránilo.) ------------------------------------------------------------------------ ANALYTICKÁ TEORIE VSOP82 (Astronomická příručka, příklad rozvoje pro Zemi): ----------------- rozvoj poruchové funkce nebo numericky spočtených elementů do konečných Fourierových řad v l => x(T),y,z,vx,vy,vz jako fce T Juliánská století T = (JD - 2454545)/36525 |---- střední délky planet 1. 1. 2000 V l_1 = 4,4026 rad + 2608,7903 T (pro Merkur) l_2 = 3,1761 + 1021,3286 T l_3 = 1,7535 + 628,3076 T <-- tj. přibližně 200 pi (~ oběžné doby) l_4 = 6,2035 + 334,0612 T l_5 = 0,5995 + 52,9691 T (pro Jupiter) ... STŘEDNÍ hodnoty pro těžiště Země-Měsíc: a_0 = 1,0000010 AU L_0 = 1,7534703 + 628,3075849 T - 0,0000001 T^2 (tj. jen přesnější verze l_3) k_0 = -0,0037408 - 0,0000823 T + 0,0000003 T^2 h_0 = 0,0162845 - 0,0000620 T - 0.0000003 T^2 q_0 = -0,0001135 T + 0,0000001 T^2 p_0 = 0,0000102 T + 0,0000005 T^2 největší PERTURBACE: vyšší harmonické ---| V a = a_0 + 1e-7 AU * (112*cos(2*(l_3-l_5)) + 76*cos(l_3-l_3) - 41*cos(2*(l_2-l_3)) - 25*cos(3*(l_2-l_3)) + 15*sin(2*l_2-3*l_3) + 11*cos(l_3-l_5) ...) L = L_0 + 1e-7 * (322*cos(4*l_3-8*l_4+3*l_5) - 206*sin(2*(l_3-l_5)) + 166*sin(l_2-l_3) ...) k = k_0 + 1e-7 * (-199*cos(2*l_2-3*l_3) + 186*cos(l_3-2*l_5) - 150*cos(l_5) ...) h = h_0 + 1e-7 * (+199*sin(...téhož...) - 186*sin(...) - 151*sin(...) ...) -> všechno jsou to fce T! -> často tam vystupuje l_3 (to je logické, když jde o perturbace ostatních planet NA Zemi) + výpočet Keplerových elementů: e = sqrt(k^2+h^2) varpi = atan2(h,k) I = 2 arcsin(sqrt(q^2+p^2)) Omega = atan2(p,q) M = L-varpi + výpočet excentrické anomálie E řešením transcendentní Keplerovy rce E = M + e sin(E) iterační metodou: E_0 = M + e sin(M) E_(i+1) = M + e sin(E_i) dokud abs(E_(i+1) - E) > eps + výpočet pravé anomálie f: tg(f/2) = sqrt((1+e)/(1-e)) tg(E/2) X = (z geometrie elipsy) Y = Z = 0 (to jsme již dělali v problému 2 těles) && matice rotace (omega, I, Omega)... ------------------------------------------------------------------------ + východy a západy těles: z = 90 deg + refrakce R + úhlový poloměr rho; cos z - sin phi sin delta hvězdný čas ST = alpha +- arccos ------------------------- cos phi cos delta (z kosinové věty v nautickém sférickém trojůhelníku) ST -> UT1 -> TT (viz kapitola 1) iterace kvůli alpha(TT), delta(TT) + fáze (poměr osvětlené plochy) f = 1/2 (1 + cos i), kde: r^2 + Delta^2 - R^2 fázový úhel i = ------------------- 2 r Delta (z kosinové věty v rovinném trojúhelníku) + hvězdná velikost: m = g(f) + 5 log r R (z Pogsonovy rce) R^2 + Delta^2 - r^2 + elongance: E = arccos ------------------- => extrémy fce E(T) 2 R Delta ------------------------------------------------------------------------ efemerida JPL DE405 <- výsledek numerické integrace s interpolací Čebyševovými polynomy JPL Horizons, WWW rozhraní http://ssd.jpl.nasa.gov/horizons.cgi ------------------------------------------------------------------------ ANGLICKÝ SLOVNÍČEK TERMÍNŮ: (pro Horizons) --------------------------- orbital elements - elementy dráhy observatory code - číselné označení astrometrické observatoře (048 pro Hradec Králové) geocentric coordinates - geocentrické souřadnice astrometric coordinates (corrected for light-time) - astrometrické souřadnice (souřadnice v okamžiku, kdy k pozorovateli dorazilo světlo; ve skutečnosti je objekt už pravděpodobně jinde) apparent coordinates (including refraction) - zdánlivé souřadnice (včetně opravy o refrakci) longitude - zeměpisná délka latitude - šířka altitude (above the reference ellipsoid WGS-84, or approx. sea level) - výška (nad referenčním elipsoidem WGS-84, nebo přibližně nadmořská) right ascension - rektascenze declination - deklinace azimuth - azimut elevation - výška nad obzorem rates RA, DEC, AZ, EL - změny souřadnic s časem visual magnitude - vizuální hvězdná velikost surface brightness - plošná jasnost local apparent sidereal time - místní zdánlivý hvězdný čas airmass - vzdušná hmota angular diameter - úhlový průměr heliocentric ecliptic longitude and latitude - heliocentrická ekliptikální délka a šířka observer range and range rate - vzdálenost pozorovatele od objektu a změna této vzdálenosti s časem Sun-Observer-Target angle (elongation) - elongace Sun-Target-Observer angle (phase angle) - fázový úhel constellation - souhvězdí north pole RA, DEC - poloha severního pólu objektu RA, DEC uncertainity (3 sigma) - statistická krajní chyba souřadnic RA, DEC ------------------------------------------------------------------------ Úloha: pozorovatelnost planetky (4) Vesta dnes večer, kdy bude následující opozice? ------------------------------------------------------------------------