Расхождение в эфемеридах планет Horizons для эквивалентного времени в TT и UTC в датах в течение 1969 г.

Недавно я экспериментировал с веб-приложением JPL Horizons Planet Ephemerides и обнаружил загадочное несоответствие.

Горизонты позволяют указать время, в которое должны быть рассчитаны эфемериды планет, несколькими способами. Если нам просто нужна одна или несколько точек времени, на вкладке Спецификация времени мы можем выбрать режим «Указать список времени». Затем мы можем выбрать в качестве временной формы «MJD (модифицированный юлианский день)». Затем мы можем выбрать тип времени, из которых у нас есть 3 доступных: универсальное время (UT), земное [динамическое] время (TT) и барицентрическое динамическое время (TDB).

В качестве теста давайте поработаем с барицентром Марса в качестве целевого тела, с центром координат: барицентром солнечной системы (SSB) [500@0] 3 и со следующими настройками вывода:

  • Выходные количества: 1. Позиционирование только компонентов {x,y,z}
  • Система отсчета: ICRF
  • Базовая плоскость: оси xy системы отсчета (экваториальная или выровненная по экватору, инерциальная)
  • Векторная коррекция: геометрические состояния
  • Выходные единицы: км и секунды

В качестве первого примера давайте рассчитаем эфемериды барицентра Марса для MJD=51544,5 TT, что совпадает с JD(юлианский день)=51544,5 + 2400000,5=2451545. Используя этот инструмент от JPL, мы можем проверить, что это соответствует 01.01.2000 12:00:00 TT. Получаем следующее положение:

Компонент Ценить
Икс 206980433.8363662
Д -186417.0131760761
Z -5667227.498321475

Мы также можем найти эквивалент MJD в UTC, принимая во внимание следующее:

  1. TT (TDT; если быть совсем точным, кажется, что TT использовался до того, как TDT и TDB были определены как две разные вещи) отличается от TAI на 32,184 секунды.
  2. TAI отличается от UTC дополнительными секундами, которые начали вводиться в 1972 году, а также начальной накопленной разницей в 10 с до введения 1-й дополнительной секунды.

Из этого источника мы можем видеть, что для 2000 года разница между TAI и UTC составляла 32 секунды (т. е. 22 дополнительных секунды плюс первоначальная разница в 10 секунд). В целом разница между TT и UTC на тот момент составляла 32,184+32=64,184 секунды. Таким образом, мы можем рассчитать соответствующий MJD в UTC следующим образом: 51544,5 - 64,184/86400 = 51544,499257129631587 (обратите внимание, что деление на 86400 означает преобразование секунд в дни).

Если мы затем введем это целевое время в веб-приложение Horizons и укажем, что это время UT, мы должны получить те же эфемериды. И действительно, так оно и есть (ну, есть крошечные различия менее пары метров, но я думаю, что мы можем их пока игнорировать; возможно, это связано с некоторыми ошибками округления где-то):

Компонент Ценить
Икс 206980433.8363839
Д -186417.0128144659
Z -5667227.498156091

Затем я попытался выполнить тот же тест для более старой даты, в частности, для 1969-07-19 04:48:00 TT (во время миссии «Аполлон-11»). Используя тот же инструмент преобразования времени, который я связал ранее, мы можем увидеть, что это JD = 2440421,7 TT, что составляет MJD = 40421,2 TT. Здесь нужно сделать примечание, что TT/TDT не было определено до 1984 года. До этого у нас было ET (эфемеридное время), но, согласно этому источнику, их можно рассматривать как непрерывную шкалу времени. В остальной части этого вопроса я всегда использую TT, но технически это означает ET для дат до 1984 года. Вводя это значение (и не забывая указать, что оно находится в TT), мы получаем следующие эфемериды для барицентра Марса:

Компонент Ценить
Икс 29480552.64364658
Д -193577194.1755700
Z -89579659.90450171

Давайте теперь вычислим эквивалентное время UTC. Для дат до 1972 года этот источник предоставляет разницу между UT и TT (технически ET) в таблице под названием Delta-T 1620-1972 . Нам нужно перейти к строке 1965, столбцу +4 (поскольку мы имеем дело с 1969 годом), чтобы получить значение +39,20. Затем мы можем рассчитать эквивалентное время UTC как MJD = 40421,2 - 39,2/86400 = 40421,199546296295011 UTC. Если мы затем введем это значение в Horizons (не забыв указать, что это время UT), мы получим это для барицентра Марса:

Компонент Ценить
Икс 29480566.46219511
Д -193577191.3534565
Z -89579658.98486346

Как мы видим, перепады уже составляют немалые километры! Это может показаться небольшим, но сейчас я пытаюсь смоделировать траекторию миссии «Аполлон-11». В какой-то момент во время симуляции я выполняю изменение центра координат с Земли на Луну на основе эфемерид JPL, поэтому ошибка в километрах здесь приведет к очень неправильным траекториям с этого момента.

Интересно, что это не происходит для даты 2000 года, как показано выше. Я пробовал разные другие процедуры (в принципе неправильные, но я пытался просто посмотреть, делает ли это внутри Horizons) для преобразования времени из TT в время UTC:

  • Использование разницы между TAI и UTC в 8 секунд для 1969 года приводит к разнице между TT и UTC в 8 + 32,184 = 40,184 секунды. Выбор 8 секунд основан на значении, указанном в агрегированном файле CelesTrak Earth Orientation Parameters .
  • Используя разницу между TT и UTC в 32,184 секунды для 1969 года, т. е. предполагая, что TT и UTC равны.

Ни один из них не привел к тем же эфемеридам, что и при соответствующем значении TT.

Кто-нибудь знает, откуда возникает эта разница в эфемеридах, полученных при эквивалентных TT и UTC для 1969 г.? Я предполагаю, что внутренне Horizons преобразует время следующим образом: UTC -> TT -> TDB, поскольку TDB — это то, что на самом деле нужно вводить вместе с коэффициентами Чебышева для расчета эфемерид. Каким-то образом преобразование между UTC и TT для 1969 года отличается от ожидаемого, но я не могу понять, как это сделать.

Астроном Стив Аллен поддерживает обширный веб-сайт, посвященный високосным секундам и связанным с ними вопросам, например, истории шкал времени . На этом сайте много информации, и это что-то вроде кроличьего лабиринта, где одна и та же информация повторяется в разных местах. Вероятно, стоит начать с краткой статьи. Необходимо два вида времени .
Для вашего конкретного вопроса может быть полезна эта таблица: hpiers.obspm.fr/iers/bul/bulc/TimeSteps.history
Кстати, IETF поддерживает машиночитаемый список дополнительных секунд. ietf.org/timezones/data/leap-seconds.list Вы можете получить и проанализировать его в Python следующим образом: gist.github.com/PM2Ring/9dc0fa6a39dafb88b9e30f514b0dfead
Для этой проблемы эта таблица смещения между TAI и «UTC» лучше, поскольку она распространяется до 1972 года, когда UTC был официально установлен.
В руководстве Horizons подробно описано, как они используют Delta-T. Убедитесь, что вы используете то же, что и они: ssd.jpl.nasa.gov/horizons/manual.html
По ссылке, предоставленной @GregMiller, я перешел к файлу EOP2 . Использование значения TAI-UT1, приведенного там, кажется, делает 2 эфемериды намного ближе!

Ответы (1)

Это не дает прямого ответа на ваш вопрос, но устраняет несоответствие.

Используемый вами столбец DAT является целым числом. Это пролептическая скачкообразная секунда, и до 1972 года это было неверно. В период с 1966 по 1971 год Национальное бюро стандартов США (NBS, теперь называемое Национальным институтом стандартов и технологий (NIST)) использовало концепцию, называемую ступенчатым атомным временем, в которой дополнительные секунды (с шагом 0,2 секунды) иногда добавлялись или вычитались из того, что сейчас называется UTC, вместо дополнительных секунд, которые иногда добавлялись или вычитались с 1972 года.

Я полагаю, что до 1966 года поправки к тому, что сейчас называется UTC, делались ежедневно на радиостанции NBS WWV.

Ничего себе, шкалы времени действительно бесконечный лабиринт! Хотя действительно интересно. Я пытался найти таблицы ступенчатых поправок атомного времени, но не смог их найти (даже меньше расшифровок радиопередач до 1966 года). Тем не менее, файл EOP2 JPL ежедневно дает TAI-UT1 вплоть до 1962 года, я думаю, что это лучший источник, который я нашел на данный момент для них! Это действительно дает мне гораздо лучшее совпадение между эфемеридами, полученными при вводе времени в UT и TT, все еще не идеальное, но очень близкое.
@Rafa Бесконечный лабиринт не совсем описывает ситуацию. Это более запутанно, чем это.
Вы можете получить еще лучшие результаты, если воспользуетесь какой-либо интерполяцией (линейной, Лагранжевой,...) для нахождения значения в интересующий момент. Также имейте в виду, что существует разница до 2 миллисекунд между временем, отмеченным JPL. Т эф и время по атомным часам на уровне моря (TAI).
Я действительно уже использовал линейную интерполяцию, нужно изучить другие схемы! Мне нужно изучить эту дополнительную разницу между Т е п час и ТАЙ. Поскольку вы упомянули высоту, я думаю, это связано с релятивистскими эффектами?
@Rafa TAI определяется как время, отсчитываемое идеальными атомными часами, расположенными на поверхности геоида, которая очень близка к среднему уровню моря. JPL и другие организации, генерирующие эфемериды, используют разные временные шкалы. Некоторые используют барицентрическое координатное время (TCB), которое представляет собой время, отсчитываемое идеальными атомными часами, расположенными далеко за пределами Солнечной системы. Другие, в том числе JPL, используют барицентрическое динамическое время (TDB), которое представляет собой TCB, масштабированное с помощью коэффициента, предназначенного для того, чтобы TDB работал в среднем с той же скоростью, что и TAI.
JPL использовала собственную шкалу времени ( Т эф ) до не давнего времени. TDB был переопределен, чтобы соответствовать DE405. Т эф . JPL теперь использует TDB, а не свою доморощенную Т эф .
Основная причина, по которой TAI и TDB различаются на пару миллисекунд, - это несколько эксцентричная орбита Земли вокруг Солнца. В среднем и TAI, и TDB тикают с одинаковой скоростью, но в любой момент времени один из них будет тикать немного быстрее, чем другой.
Расхождение в эфемеридах планет Horizons для эквивалентного времени в TT и UTC в датах в течение 1969 г.
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v