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            《天文算法》之--章動及黃赤交角

            時間:2012/4/15 1:45:20 點擊:

              天文學家詹姆斯·布拉德利(1693—1762)發現了章動,它是地球自轉軸圍繞其平位置周期振動。由于章動,地球自轉軸圍繞黃極做歲差運動的同時,自轉軸還會在歲差運動的軌跡上波動。章動主要是月球運動引起的,可以描述為一些周期項的和。主要項的周期是6798.4日(18.6年),但其它項是一些短周期項(小于10天)。
              章動可以很容易的分解為黃道的水平分量和的垂直分量。黃道上的分量記為Δψ,稱為黃經章動;它影響了天球上所有天體的經度。黃道的垂直分量記為Δε,稱為交角章動,它影響了黃赤交角。
              計算所有天體的“視位置”及“恒星時”,都需要計算章動。對于一個給定的時刻,Δψ和Δε可以按如下計算:
              T是J2000.0起算的儒略世紀數:
                  T = (JDE -2451545)/36525  ……21.1
              式中JDE是歷書儒略日數,它與儒略日數JD之間存在一個ΔT(詳見第7章)。(譯者注:世界時的儒略日在天文計算中比較不常用,所以通常我將歷書儒略日譯為儒略日)。然后計算以下角度表達式,單位是度。這些表達式由國際天文聯合會(International Astronomical Unio簡稱IAU)提供。與第45章的月球理論有輕微的不同。
              平距角(日月對地心的角距離):
                  D = 297.85036 +455267.111480*T  - 0.0019142*T^2 + T^3/189474
              太陽(地球)平近點角:
                  M = 357.52772 + 35999.050340*T  - 0.0001603*T^2 - T^3/300000
              月球平近點角
                  M'= 134.96298 + 477198.867398*T + 0.0086972*T^2 + T^3/56250
              月球緯度參數:
                  F = 93.27191 + 483202.017538*T  - 0.0036825*T^2 + T^3/327270
              黃道與月球平軌道升交點黃經,從Date黃道平分點開始測量:
                  Ω= 125.04452 - 1934.136261*T + 0.0020708*T^2 + T^3/450000
              對表21.A中各項取和計算,可以計算黃經章動Δψ及交角章動Δε。表中的系數的單位是0".0001。這些項來自IAU1980章動理論,然而,忽略了系數小于0".0003的項。
              正弦(計算Δψ用sin)的角度參數及余弦(計算Δε用cos)的角度參數是D、M、M'、F、Ω這5個基本參數的線性組合。例如第二行:角度參數是-2D+2F+2Ω。
              當然,如果精度要求不高。只需用到一些大系數的周期項。
              如果Δψ的精度要求是0".5,Δε的精度要求是0".1,那么我們可以忽略以上表達式中的T平方項及T三次方項,這樣就可以使用以下簡單的表達式:
                Δψ = -17".20sin(Ω)-1".32sin(2L)-0".23sin(2L')+0".21sin(2Ω)
                Δε = +9".20cos(Ω) +0".57cos(2L)+0".10cos(2L')-0".09cos(2Ω)
            式中L和L'是月球和太陽的平黃經,分別是:
                L = 280°.4665 + 36000.7698*T
                L'= 218°.3165 + 481267°.8813*T
            黃赤交角:
              黃赤交角,也就是地球自轉軸的傾角,它也是黃道面與赤道面的夾角。有平黃赤交角與真黃赤交角之分,前者是黃道與平赤道的夾角,后者是黃道與真赤道的夾角。
              平黃赤交角可由IAU提供的公式取得:
                εo = 23°26'21".448 - 46".8150*T - 0".00059*T^2 + 0".001813*T^3 …21.2式
              式中T是J2000.0起算的儒略世紀數。
              如果時間范圍很長,21.2式的精度并不令人滿意:2000年為εo誤差1",4000年εo誤差為10"。Laskar提供了以下改良的的表達式,式中U是J2000.0起算的儒略萬年數,或U=T/100:
                εo = 23°26'21".448  ……21.3式
                     - 4680".93*U
                          -1.55*U^2
                       +1999.25*U^3
                         -51.38*U^4
                        -249.67*U^5
                         -39.05*U^6
                          +7.12*U^7
                         +27.87*U^8
                          +5.79*U^9
                          +2.45*U^10
              該表達式的精度是:1000年后誤差0".01(公元1000到3000),10000年后誤差數個角秒。
              應當注意的是,21.3式適用于|U|<1,即J2000.0起算前后各10000年的范圍內。例如:U=2.834,公式得到的結果是εo = 90°,這是完全錯誤的。
              下圖顯示了J2000.0起算,10000年以前到10000年以后范圍εo的變化。根據Laskar的公式,地球自轉軸的傾角在-7530年達到最大值(24°14'07"),在+12030附近達到最小值(22°36'41")。很巧,目前大約在以上兩個極值之間一半的地方,此時圖中的相應曲線幾乎是一條直線,這也正是21.3式中U的二次項系數很小的原因。
              真黃赤交角是ε=εo+Δε,Δε是交角章動。《天文算法》之--章動及黃赤交角

            Tags:天文 算法 
             
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