Эпоха (астрономия)

В астрономии эпоха . или эталонная эпоха является моментом времени, используемого в качестве контрольной точки для некоторого изменяющегося во времени астрономической величине Это полезно для небесных координат или орбитальных элементов небесного тела , поскольку они подвержены возмущениям и варьируются со временем. Эти изменяющиеся во времени астрономические величины могут включать, например, среднюю долготу или среднюю аномалию тела, узел его орбиты относительно эталонной плоскости , направление апогея или афелиона его орбиты или размер майора Ось своей орбиты.

Основное использование астрономических величин, указанных таким образом, состоит в том, чтобы рассчитать другие соответствующие параметры движения, чтобы предсказать будущие позиции и скорости. Примененные инструменты дисциплин небесной механики или ее подполе орбитальной механики (для прогнозирования орбитальных путей и положений для тел в движении под гравитационными эффектами других тел) могут быть использованы для создания эфемери , таблица значений, дающих позиции и скорости). астрономических объектов в небе в данный момент или время.

Astronomical quantities can be specified in any of several ways, for example, as a polynomial function of the time interval, with an epoch as a temporal point of origin (this is a common current way of using an epoch). В качестве альтернативы, изменяющаяся во времени астрономическая величина может быть выражена как постоянная, равная меру, которую она имела в эпоху, оставляя свои изменения во времени, чтобы быть указанным каким-либо другим способом, например, по таблице, как это было общепринято во время 17 и 18 веков.

Слово эпоха часто использовалась по -разному в старой астрономической литературе, например, в течение 18 -го века, в связи с астрономическими таблицами. В то время было обычно обозначать «эпохи», а не стандартную дату и время происхождения для изменяющихся во времени астрономических величин, а скорее значения в эту дату и время тех, кто сами изменяется во времени . В соответствии с этим альтернативным историческим использованием, такое выражение, такое как «исправление эпох», будет относиться к корректировке, как правило, небольшим количеством значений табличных астрономических величин, применимых к фиксированной стандартной дате и времени ссылки (а не , как и следовало ожидать от текущего использования, к изменению с одной даты и времени ссылки на другую дату и время).

Эпоха против равноденствия

Астрономические данные часто определяются не только в их отношении к эпохе или дате ссылки, но и в их отношениях с другими условиями отсчета, таких как системы координат, указанные « Равноденствие » или «равноденствие и экватор », или «равноденствие и эклиптика « - Когда они необходимы для полного определения астрономических данных рассматриваемого типа.

Список дат для систем координат

Когда данные зависят от их значений в конкретной системе координат, дата этой системы координат должна быть указана прямо или косвенно.

Системы небесных координат, наиболее часто используемые в астрономии, являются экваториальными координатами и эклиптическими координатами . Они определены относительно (движущегося) весеннего равенственного положения, которое само по себе определяется ориентациями оси вращения Земли и орбиты вокруг Солнца . Их ориентации различаются (хотя медленно, например, из -за прецессии ), и существует бесконечность таких систем координат. Thus the coordinate systems most used in astronomy need their own date-reference because the coordinate systems of that type are themselves in motion, eg by the precession of the equinoxes , nowadays often resolved into precessional components, separate precessions of the equator and of the ecliptic Полем

Эпоха системы координат не должна быть прежней, и часто на практике не такая же, как эпоха для самих данных.

Разница между ссылкой на одну эпоху и ссылку на определенное равноденствие с экватором или эклиптикой, поэтому ссылка на эпоху способствует указанию даты значений самих астрономических переменных; В то время как ссылка на равноденствие наряду с экватором/эклиптикой, определенной даты, рассматривает идентификацию или изменения в системе координат с точки зрения которой выражаются эти астрономические переменные. (Иногда слово «равноденствие» может использоваться отдельно, например, где из контекста для пользователей данных, в которых выражаются рассматриваемые астрономические переменные в экваториальной форме или эклиптической форме.)

Равноденствие с экватором/эклиптикой данной даты определяет, какая система координат используется. Большинство стандартных координат, используемых сегодня, относятся к 2000 TT (т. Е. до 12 часов (полдень) по шкале времени на земной части 1 января 2000 года, см. Ниже), что произошло примерно на 64 секунды раньше, чем полдень UT1 в ту же дату (см. ΔT ). Примерно в 1984 году были использованы системы координат от 1950 или 1900 года.

Существует особое значение выражения «равноденствие (и эклиптический/экватор) даты ». Когда координаты выражаются в виде полиномов во времени относительно эталонной кадра, определенной таким образом, это означает, что значения, полученные для координат в отношении любого интервала T после заявленной эпохи, находятся в терминах системы координат той же даты Полученные значения сами, то есть дата системы координат равна (EPOCH + T).

Видно, что дата системы координат не должна быть такой же, как эпоха самих астрономических величин. Но в этом случае (помимо случая «равноденствия даты», описанное выше), с данными будут связаны две даты: одна дата-это эпоха для зависимых от времени выражений, дающих значения, а другая дата-это дата Система координат, в которой выражены значения.

Например, орбитальные элементы , особенно ослабляющие элементы для второстепенных планет, обычно даются со ссылкой на две даты: во -первых, относительно недавней эпохи для всех элементов: но некоторые данные зависят от выбранной системы координат, а затем и затем Обычно указать систему координат стандартной эпохи, которая часто не совпадает с эпохой данных. Пример приведен следующим образом: для второстепенной планеты (5145) Pholus были даны орбитальные элементы, включающие следующие данные:

Epoch 2010 Jan. 4.0 TT . . . = JDT 2455200.5
M 72.00071 . . . . . . . .(2000.0)
n. 0.01076162 .. . . . Peri . 354.75938
a 20.3181594 . . . . . Node . 119.42656
e. 0.5715321 . . . . . Incl .. 24.66109

где эпоха выражена с точки зрения наземного времени, с эквивалентной датой Джулиана. Четыре из элементов не зависят от какой-либо конкретной системы координат: M-средняя аномалия (DEG), N: среднее ежедневное движение (град/сут), A: размер полуотгольной оси (AU), E: эксцентриситет (безразмерный). But the argument of perihelion, longitude of the ascending node and the inclination are all coordinate-dependent, and are specified relative to the reference frame of the equinox and ecliptic of another date "2000.0", otherwise known as J2000, ie January 1.5, 2000 (12ч 1 января) или JD 2451545.0.

Эпохи и периоды достоверности

В конкретном наборе координат, представленных выше, большая часть элементов была опущена как неизвестная или неопределенная; Например, элемент N позволяет рассчитывать приблизительную зависимость от элемента M, но другие элементы и сами n рассматриваются как постоянные, что представляет временное приближение (см. Опубликованные элементы ).

Таким образом, конкретная система координат (Equinox и экватор/эклиптика конкретной даты, такой как J2000.0), может использоваться навсегда, но набор оскалевающих элементов для конкретной эпохи может быть (приблизительно) действительным в течение довольно ограниченного времени, Поскольку оспаривающие элементы, такие как приведенные выше, не показывают влияние будущих возмущений , которые изменят значения элементов.

Тем не менее, период достоверности в принципе является другим вопросом, а не результатом использования эпохи для выражения данных. В других случаях, например, в случае полной аналитической теории движения некоторого астрономического тела, все элементы обычно даются в форме полиномов в интервал времени от эпохи, и они также будут сопровождаться тригонометрическими терминами периодических возмущений указаны надлежащим образом. В этом случае их период достоверности может растягиваться на несколько веков или даже тысячелетия по обе стороны от заявленной эпохи.

Некоторые данные и некоторые эпохи имеют длительный период использования по другим причинам. Например, границы МАУ созвездий указаны относительно равноденствия в начале 1875 года. Это вопрос соглашения, но соглашение определяется с точки зрения экватора и эклиптического. Узнайте, в каком созвездии сегодня стоит конкретная комета, нынешняя позиция этой кометы должна быть выражена в системе координат 1875 года (Equinox/экватор 1875 года). Таким образом, эта система координат все еще может использоваться сегодня, хотя большинство предсказаний кометы, сделанных первоначально за 1875 год (EPOCH = 1875), больше не будут, из-за отсутствия информации об их зависимости и возмущениях, сегодня полезно.

Изменение стандартного равноденствия и эпохи

Чтобы рассчитать видимость небесного объекта для наблюдателя в определенное время и поместить на землю, необходимы координаты объекта относительно системы координат текущей даты. Если используются координаты относительно какой -либо другой даты, это приведет к ошибкам в результатах. Величина этих ошибок увеличивается с разницей во времени между датой и временем наблюдения и датой используемой системы координат из -за прецессии равноденствий. Если разница во времени невелика, то вполне могут быть достаточно простых и небольших исправлений для прецессии. Если разница во времени становится большой, то необходимо применять более полные и более точные исправления. По этой причине позиция звезды, считанная из звездного атласа или каталога на основе достаточно старого равноденствия и экватора, не может использоваться без поправки, если требуется разумная точность.

Кроме того, звезды движутся относительно друг друга через пространство. Очевидное движение по небу относительно других звезд называется правильным движением . У большинства звезд есть очень маленькие правильные движения, но у некоторых есть правильные движения, которые накапливаются до заметных расстояний через несколько десятков лет. Таким образом, некоторые звездные позиции, считываемые из звездного атласа или каталога для достаточно старой эпохи, также требуют правильной коррекции движения для разумной точности.

Из -за прецессии и правильного движения данные Star становятся менее полезными, поскольку возраст наблюдений и их эпохи, а также равноденствие и экватор, на которые они направляются, становятся старше. Через некоторое время легче или лучше переключаться на более новые данные, обычно называемые более новой эпохи и равноденствий/экватора, чем продолжать применять исправления к более старым данным.

Указание эпохи или равноденствия

Эпохи и равноденствия - это моменты времени, поэтому они могут быть указаны так же, как и моменты, которые указывают на вещи, кроме эпох и равноденствий. Следующие стандартные способы определения эпох и равноденствий кажутся самыми популярными:

• Julian Days , EG, JD 2433282.4235 для января 0,9235, 1950 TT
• Бесселианские годы (см. Ниже), например, 1950,0 или B1950.0 для января 0,9235, 1950 TT
• Джулиан года , например, J2000.0 за 1,5 января 2000 года.

Все три из них выражены в TT = наземное время .

Бесселианские годы, используемые в основном для звездных позиций, могут встречаться в старых каталогах, но теперь становятся устаревшими. Краткое изложение каталога Hipparcos , Например, определяет «эпоху каталога» как «J1991.25» (8,75 юлианские годы до 1,5 января 2000 года TT, например, апреля 2.5625, 1991 TT).

Бесселианские годы

Бесселианский год назван в честь немецкого математика и астроном Фридриха Бесселя (1784–1846). Meeus 1991 , p. 125 Определяет начало бесселианского года как момент, когда средняя долгота солнца, включая влияние аберрации и измеренный по среднему равноденствию даты, составляет ровно 280 градусов. Этот момент падает в начале соответствующего григорианского года . Определение зависело от конкретной теории орбиты Земли вокруг Солнца, от Newcomb (1895), которая в настоящее время устарела; По этой причине, среди прочего, использование бесселианских лет также стало или становится устаревшим.

Lieske 1979 , p. 282 говорит, что «бесселианская эпоха» может быть рассчитана по дате Джулиана в соответствии с

B = 1900,0 + (дата Юлиана - 2415020.31352) / 365.242198781

Определение Лике не совсем согласуется с более ранним определением с точки зрения средней долготы солнца. При использовании бесселианских лет укажите, какое определение используется.

Чтобы различать календарные годы и бесселианские годы, стало обычным добавлением «0,0» к бесселианским годам. С момента перехода на Джулианские годы в середине 1980-х годов он стал обычным, чтобы префикс «B» в Бесселианские годы. Итак, «1950» - это 1950 год календарного года, а «1950.0» = «B1950.0» - это начало Бесселианского 1950 года.

• Границы созвездия МАУ определены в экваториальной системе координат относительно равноденствия B1875.0.
• Каталог Генри Дрейпера использует Equinox B1900.0.
• Классические звезды Atlas Tabulae Sealestes использовали B1925.0 в качестве своего равноденствия.

По словам Мейуса, а также в соответствии с формулой, приведенной выше,

• B1900.0 = GOS 2415020.3135 = 1900 январь 0,8135 TT
• B1950.0 = GOS 2433282.4235 = 1950 январь 0,9235 TT

Джулианские годы и J2000

Джулианский год - это интервал со средним годом в календаре Юлиана , то есть 365,25 дня. This interval measure does not itself define any epoch: the Gregorian calendar is in general use for dating. Но стандартные обычные эпохи, которые не являются бесселианскими эпохами, часто обозначались в настоящее время с префиксом «J», а дата календаря, на которую они ссылаются, широко известен, хотя и не всегда та же дата года: таким образом «J2000» относится к В течение 12 часов дня (полдень) 1 января 2000 года и J1900 ссылается на момент 12 часов дня 0 января 1900 года, равный 31 декабря 1899 года. Сейчас также обычно указать, в каком масштабе времени сутки выражается в этом эпохе-дизайне, например, часто наземное время .

Кроме того, эпоха, необязательно префикс, предназначенная «j» и обозначенная как год с десятичными десятичными ( 2000 + x ), где x является либо положительным, либо отрицательным и цитируется на 1 или 2 десятичных значения, стала означать дату, которая является Интервал X Julian лет в 365,25 дня до эпохи J2000 = JD 2451545.0 (TT), все еще соответствующий (несмотря на использование префикса «J» или слово «Джулиан») до григорианской даты 1 января 2000 года. , через 12 часов TT (примерно за 64 секунды до полудня UTC в тот же календарный день). (См. Также Джулианский год (астрономия) .) Поэтому, как и бесселианская эпоха, произвольная эпоха Юлиана связана с Джулианской датой

J = 2000 + (Джулианская дата - 2451545.0) ÷ 365,25

МАУ решил на своей Генеральной Ассамблее 1976 что новое стандартное равноденствие J2000.0 должно использоваться начиная с 1984 года. До этого равноденствие B1950.0, по -видимому, было стандартом.

Different astronomers or groups of astronomers used to define individually, but today standard epochs are generally defined by international agreements through the IAU , so astronomers worldwide can collaborate more effectively. Это неэффективно и подвержено ошибкам, если данные или наблюдения одной группы должны быть переведены нестандартными способами, чтобы другие группы могли сравнивать данные с информацией из других источников. Пример того, как это работает: если сегодня кто -то измеряется позиции звезды, он использует стандартное преобразование, чтобы получить позицию, выраженную в терминах стандартной эталонной кадра J2000, и это часто эта позиция J2000, которая общена с другие

С другой стороны, также была астрономическая традиция сохранения наблюдений только в форме, в которой они были сделаны, так что другие могут позже исправить сокращение стандарта, если это оказывается желательным, как иногда произошло.

В настоящее время используемая стандартная эпоха «J2000» определяется международным соглашением, чтобы быть эквивалентным:

1. Грегорианская дата 1 января 2000 года, в 12:00 тт ( наземное время ).
2. Джулианская дата 2451545.0 TT ( наземное время ).
3. 1 января 2000 г., 11: 59: 27,816 Тай ( международное атомное время ).
4. January 1, 2000, 11:58:55.816 UTC (Coordinated Universal Time).

Эпоха дня

В течение более коротких временных масштабов существует множество практик для определения, когда каждый день начинается. В обычном использовании гражданский день считается полуночной эпохой, то есть гражданский день начинается в полночь. Но при более старом астрономическом использовании было обычно, до 1 января 1925 года, считая в полдень эпохи, через 12 часов после начала гражданского дня того же деноминации, так что день началось, когда среднее солнце пересекло меридиан в полдень. Это все еще отражено в определении J2000, которое началось в полдень, наземное время.

В традиционных культурах и в древности использовались другие эпохи. In ancient Egypt , days were reckoned from sunrise to sunrise, following a morning epoch. Это может быть связано с тем фактом, что египтяне регулировали свой год благодаря ростам звезды Сириуса , явления, которое происходит утром перед рассветом.

В некоторых культурах после лунного или лучевого календаря , в котором начало месяца определяется появлением новолуния вечером, начало дня было рассчитывалось от заката до заката после вечерней эпохи, например, еврейка и исламские календари и в средневековой Западной Европе в расчете даты религиозных фестивалей, В то время как в других была последовала утренняя эпоха, например, индуистские и буддийские календари .

Смотрите также

• Астрометрия
• Эфемерисное время
• Эпоха
• Международная небесная справочная система и ее реализации
• Время в астрономии

Ссылки

Источники

• Aoki, S.; Сома, М.; Kinoshita, H.; Иноуэ, К. (декабрь 1983 г.). «Матрица преобразования эпохи B 1950.0 FK 4 позиции звезд в Epoch J 2000.0 в соответствии с новыми резолюциями IAU». Астрономия и астрофизика . 128 (3): 263–267. Bibcode : 1983a & A ... 128..263a . ISSN   0004-6361 .
• Lieske, JH (1979). «Матрица прецессии, основанная на системе астрономических констант IAU (1976)». Астрономия и астрофизика . 73 (3): 282–284. Bibcode : 1979a & A .... 73..282L .
• Meeus, Jean (1991). Астрономические алгоритмы . Уилл-Гиффер Белл. ISBN  978-0-943396-35-4 .

• Neugebauer, O. (2004). История древней математической астрономии . Спрингер. ISBN  978-3-540-06995-9 .
• Seidelmann, P. Kenneth, ed. (2006). Пояснительное дополнение к астрономическому Альманаку . Sausalito, CA: Университетские научные книги. ISBN  978-1-891389-45-0 .
• Саймон, JL; Bretagnon, P.; Chapront, J.; Chapront-Touze, M.; Франку, Г.; Ласкар Дж. (1994). «Численные выражения для формул прецессии и средние элементы для Луны и планет». Астрономия и астрофизика . 282 : 663–683. Bibcode : 1994a & A ... 282..663S .
• Sooop, EM (1994). Справочник по геостационарным орбитам . Спрингер. ISBN  978-0-7923-3054-7 .
• Уилсон, HC (1925). «Изменение астрономического времени». Популярная астрономия . 33 : 1–2. Bibcode : 1925pa ..... 33 .... 1w .

Дальнейшее чтение

• Standish, Em Jr. (ноябрь 1982). «Преобразование позиций и правильных движений из B1950.0 в систему IAU в J2000.0». Астрономия и астрофизика . 115 (1): 20–22. Bibcode : 1982a & A ... 115 ... 20S .

Внешние ссылки

• Что такое наземное время? Архивировано 6 августа 2006 г., в The Wayback Machine - Военно -морская обсерватория США
• Международная небесная справочная система, или МКК, архивные 5 августа 2006 г., в The Wayback Machine - Военно -морская обсерватория США
• Конвенции IERS 2003 (определяют ICR и другие связанные стандарты) Архивированы 13 декабря 2013 года на машине Wayback