Насколько точны современные эфемериды и как со временем снижается их точность?

Я читал о том, что связано с созданием эфемерид, и задавался этим вопросом. Чувствуя, что я читал статьи, экстраполирующие орбиты на многие тысячи лет, я поискал пример и нашел на phys.org довольно интересный пример:

Astronomy & Astrophysics публикует новое исследование орбитальной эволюции малых планет Цереры и Весты за несколько дней до облета Весты космическим кораблем Dawn. Группа астрономов обнаружила, что близкое сближение этих тел приводит к сильному хаотичному поведению их орбит, а также эксцентриситета Земли. Это означает, в частности, что прошлую орбиту Земли нельзя реконструировать за пределами 60 миллионов лет.

Статья в Википедии об эфемеридах разработки JPL дает представление о том, насколько чрезвычайно сложны эти расчеты и сколько наблюдений используется. Эта цитата дает немного смысла:

DE418[23] был выпущен в 2007 году для планирования миссии New Horizons к Плутону. В подборку были включены новые наблюдения Плутона, в которых использовалась новая астрометрическая точность звездного каталога Hipparcos. До 2007 г. обновлялись данные дальности космических аппаратов Марса и РСДБ-наблюдения. Массы астероидов оценивались по-разному. Данные лунной лазерной локации для Луны были добавлены впервые после DE403, что значительно улучшило лунную орбиту и либрации. Расчетные данные о местоположении космического корабля «Кассини» были включены в подгонку, улучшив орбиту Сатурна, но тщательный анализ данных был отложен на более поздний срок. DE418 охватывал период с 1899 по 2051 год, и JPL рекомендовала не использовать его за пределами этого диапазона из-за незначительных несоответствий, которые остались в массах планет из-за нехватки времени.

Как быстро в такие расчеты вкрадывается неопределенность и какая погрешность присутствует? Имеет ли значение вычислительная способность современных компьютеров, то есть можно ли ввести все известные объекты и силы в программу, которая вычисляет числа, или из формулы нужно исключить более мелкие элементы? Влияет ли это на планирование полетов к астероидам?

Всегда есть неопределенность. Вопрос в том, насколько приемлема неопределенность в ответе.
Обычно известна величина неопределенности или иногда это неизвестное неизвестное?
Хаотические системы экспоненциально расходятся во времени. Таким образом, лучшее знание начальных условий дает вам лишь небольшое (нелинейное) увеличение предсказательной способности. (См. показатель Ляпунова) Добавление еще нескольких объектов почти бесполезно. Меньшие вещи не выпадают из долгосрочных эффектов, но их можно (почти) игнорировать в краткосрочной перспективе (например, при планировании миссии на астероид).
На другой странице википедии можно увидеть, что эфемериды JPL обновляются довольно часто, а не раз в 20 лет.
Правильно - это имеет смысл, учитывая непрерывный поток новых данных, учитывая, что сейчас это файл на сервере и все такое.
Вау, эта формула невероятно сложна. В нем говорится, что DE102 был рассчитан на основе 48 479 наблюдений - в 1977 году. Не уверен, что это означает, что он был основан на 48 479 объектах. Это звучит сложно для мейнфрейма 1977 года.
Это фиктивная ссылка в цитируемой статье в Википедии. В этой статье нет ни одного слова, подтверждающего утверждение о том, что «Лаборатория реактивного движения должна пересматривать опубликованные эфемериды с интервалом в 20 лет». Как отметил Марк Адлер, JPL выпускает свои эфемериды гораздо чаще, чем раз в двадцать лет.
Хорошо, я отредактирую, чтобы заменить эту цитату той, которую я только что добавил.
Эта цифра 48 479 — это количество наблюдений, использованных для DE102, а не количество объектов. Наблюдение включает в себя время, когда оно было сделано, где оно было сделано, какое тело наблюдалось и само наблюдение.
Этот вопрос слишком расплывчатый, чтобы на него действительно можно было ответить. Хотя почти на любой вопрос можно было бы ответить «это зависит», этот заслуживает гигантского «ЭТО ЗАВИСИТ». Это зависит от того, что вы подразумеваете под «точным», какое тело (Марс известен намного, намного лучше, чем Плутон), какая составляющая его движения (например, вы можете хорошо знать форму орбиты, но плохо знать положение на орбите вниз). ). Также, как уже отмечалось, снижение точности не всегда стабильно. Отдельные события могут вызвать внезапное значительное усиление ошибок распространения.
Хм. Мои вопросы ориентированы на новичков, я один из них, и в этом случае я подумал, что можно дать ответ в виде опроса. Никакое общее чтение, которое я нашел, не дает представления о том, насколько важна точность или когда это является проблемой. Я думаю, это действительно то, что я хочу знать, может быть, было бы лучше переделать это таким образом. Все это просто кажется мне довольно интересным.
Я нашел PDF-файл Folkner et al. на сайте Международной службы лазерной локации НАСА, который, кажется, расскажет мне то, что я хочу знать, если я пройдусь по нему и соберу воедино те части, которые я могу понять. Итак, я попытаюсь сделать это и опубликую ответ, обобщенный в той непрофессиональной перспективе, о которой я думаю. Этот корабль, вероятно, уплыл слишком далеко, чтобы быть честным с моей стороны, чтобы полностью переписать его (кому-то он понравился).
Возможно, вы захотите прочитать о работе Джека Уисдома (проф. Массачусетского технологического института) над чрезвычайно длительной (> 100 млн лет) интеграцией динамики солнечной системы: web.mit.edu/wisdom/www/measurements.pdf web.mit.edu/wisdom/www /longterm.pdf en.wikipedia.org/wiki/… tinyurl.com/q2klvuo
О, конечно, загрузите меня еще больше, почему бы и нет ;) Я проверяю их, возможно, сохраняю копии, чтобы я мог их пометить.

Ответы (1)

Текущая точность Эфемерид развития JPL, опубликованных в сентябре 2013 года, указана их авторами в их статье «Планетарные и лунные эфемериды DE430 и DE431» , цитируемой ниже:

Современная лунная орбита известна с субметровой точностью благодаря сопоставлению данных лунной лазерной локации с обновленным лунным гравитационным полем из миссии Лаборатории восстановления гравитации и внутренних дел (GRAIL). Орбиты внутренних планет известны с точностью до субкилометра благодаря подгонке измерений радиослежения за космическими кораблями на орбите вокруг них. Интерферометрические измерения космических аппаратов на Марсе с очень длинной базовой линией позволяют связать ориентацию эфемерид с Международной небесной системой отсчета .с точностью 0''.0002. Эта ориентация является источником предельной ошибки для орбит планет земной группы и соответствует неопределенности орбиты в несколько сотен метров. Орбиты Юпитера и Сатурна определены с точностью до десятков километров в результате подгонки данных слежения за космическими аппаратами. орбиты Урана, Нептуна и Плутона определяются в основном на основе астрометрических наблюдений, для которых погрешности измерений, связанные с атмосферой Земли, в сочетании с погрешностями звездного каталога ограничивают точность определения местоположения несколькими тысячами километров.

Поскольку гравитация каждого тела в Солнечной системе постоянно влияет на все остальные, невозможно точно рассчитать будущее движение тел в течение длительных периодов времени. Это известно как проблема n тел . Теория возмущений используется для нахождения приблизительных прогнозов будущего поведения. Ляпуновское время — это время, за которое проекции траекторий тел системы расходятся в e раз. Для Солнечной системы в целом это время составляет примерно 50 миллионов лет. Функционально это означает, что какими бы точными и полными ни были первоначальные измерения, ничего нельзя сказать о том, что будет через 50 миллионов лет.

В ближайшее время ошибка накапливается медленно. DE431 проецирует орбиты на 17 000 лет вперед. DE430 использует более сложную модель — она включала расчет того, как движение ядра Луны по отношению к ее мантии повлияет на ее орбиту. По этой причине его точность считалась подходящей только для прогнозов на период с 1550 по 2650 год.

Авторы DE430 и DE431 не пытались количественно определить вероятные пределы погрешности для своих проекций эфемерид. Они тщательно отметили диапазоны остаточных ошибок во всех наблюдениях, использованных в расчетах. Не должно быть возможности указать вероятные пределы погрешности в таких прогнозах по следующим причинам в порядке убывания важности:

  • Такие системы по своей природе хаотичны.
  • Используемые измерения и модели имеют неточности
  • Известны факторы, влияющие на результаты, которые не были достаточно количественно определены, чтобы включить их в моделирование (например, орбита Солнечной системы вокруг галактики).
Насколько точны современные эфемериды и как со временем снижается их точность?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v