научная статья по теме EPM2011 – ОБНОВЛЕННЫЕ ПЛАНЕТНЫЕ ЭФЕМЕРИДЫ ИПА РАН И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Астрономия

Текст научной статьи на тему «EPM2011 – ОБНОВЛЕННЫЕ ПЛАНЕТНЫЕ ЭФЕМЕРИДЫ ИПА РАН И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ»

АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2013, том 47, № 5, с. 419-435

УДК 521.172:523.2

EPM2011 - ОБНОВЛЕННЫЕ ПЛАНЕТНЫЕ ЭФЕМЕРИДЫ ИПА РАН И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

© 2013 г. Е. В. Питьева

Институт прикладной астрономии РАН, Санкт-Петербург Поступила в редакцию 20.12.2012 г

Численные эфемериды планет и Луны EPM (Ephemerides of Planets and the Moon) начали создаваться в 70-е годы прошлого века для обеспечения российских космических полетов и продолжается их успешное развитие в ИПА РАН. В работе представлен последний вариант планетной части численных эфемерид EPM2011. Версия EPM2011 включает обновленную динамическую модель, новые значения параметров и расширенную базу наблюдений 1913—2011 гг., содержащую около 680000 позиционных измерений разных типов. Динамическая модель включает взаимные возмущения больших планет, Солнца, Луны, 301 большого астероида и 21 крупнейших транснептуновых объектов (ТНО), а также возмущения от остальных астероидов главного пояса и других ТНО. Эфемериды EPM построены численным интегрированием уравнений движения небесных тел в постньютоновской апроксимации n тел метрики в BCRS-системе координат для TDB-шкалы времени на интервале 400 лет. Ориентация эфемерид EPM в систему ICRF была выполнена по 213 РСДБ-на-блюдениям космических аппаратов (1989—2010 гг.) около планет на фоне квазаров, координаты которых даны в системе ICRF. Точность построенных эфемерид проверялась как сравнением с наблюдениями, так и с независимой эфемеридой JPL DE424.

Эфемериды EPM используются для астронавигации (являются основой для "Астрономического Ежегодника" и планируется участие в программах ГЛОНАСС и ЛУНА-РЕСУРС) и для разнообразных исследований: оценки сжатия Солнца, параметров вращения Марса, общей массы главного пояса астероидов и ТНО, проверки ОТО, векового изменения массы Солнца и гравитационной постоянной, ограничений на плотность темной материи в Солнечной системе и др.

Эфемериды EPM вместе с соответствующими разностями времен TT — TDB, а также координатами семи дополнительных объектов: Ceres, Pallas, Vfesta, Eris, Haumea, Makemake, Sedna доступны через FTP: ftp://quasar.ipa.nw.ru/incoming/EPM/.

Б01: 10.7868/80320930X13040063

ИСТОРИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

До 60-х годов прошлого века, начала космической эры, классические аналитические теории движения планет Леверье, Хилла, Ньюкома, Кле-менса, вполне соответствующие по точности оптическим наблюдениям, постоянно развивались и улучшались в соответствии с развитием астрономической практики.

Однако после запуска первых спутников выяснилась необходимость более высокой точности вычисления координат и скоростей планет. Космические эксперименты, проводимые в дальнем космосе, а также введение в практику новых наблюдательных методов (локация планет и Луны, траекторные измерения и т.д.) потребовали создания планетных эфемерид гораздо более точных, чем классические эфемериды. С другой стороны, именно новые наблюдательные средства обеспечили возможность создания эфемерид следующего поколения.

Ошибки современных лучших радиолокационных наблюдений не превышают нескольких метров, что требует правильности вычисления 12-й значащей цифры в величине времени запаздывания. Для обеспечения такой высокой точности необходимо построение соответствующей модели движения небесных тел, учитывающей все значимые факторы, что представляет собой серьезную проблему, которую в настоящее время реальнее всего решать численным интегрированием на ЭВМ уравнений движения планет и Луны.

Для обеспечения космических полетов в конце 1960-х численные теории создавались несколькими группами в США и России. Американские группы работали в Калифорнийском и Массачусет-ском технологическом институтах. В России высокоточные численные эфемериды планет (АМт и др., 1986) были созданы в результате исследований, проводившихся в Институте прикладной математики, в Институте радиотехники и электроники и ЦУП, и в Институте теоретической астрономии, в котором теории независимо строились

Н.И. Глебовой, Г.И. Ерошкиным, а также группой под руководством Г. А. Красинского. Эта работа продолжалась в Институте прикладной астрономии — ИПА, где построена серия эфемерид EPM (Ephemerides of Planets and the Moon). В ИПА для технологической поддержки таких исследований большим коллективом разработчиков под руководством Г.А. Красинского был создан и продолжает совершенствоваться уникальный программный комплекс ЭРА (Эфемеридные Расчеты в Астрономии) (Krasinsky, Vasilyev, 1997), основанный на использовании языка высокого уровня, ориентированного на астрономические и геодинамические приложения, что обеспечивает высокую гибкость комплекса и существенно упрощает разработку разнообразных приложений. Две динамические модели планетного движения, продолжающие свое развитие, соответственно в серии эфемерид DE (Development Ephemeris, JPL) (Standish, 1998; 2004; Folkner, 2010; Konopliv и др., 2011) и серии эфемерид EPM (Krasinsky и др., 1993; Pitjeva, 2001; Питьева, 2005а; 2012), являются наиболее завершенными к настоящему времени, имеют одинаковую точность и адекватны современным радиотехническим наблюдениям. Из соображений технологической независимости в парижском институте механики и вычисления эфемерид (IMCCE) с 2006 г. начали строить собственные численные эфемериды планет — INPOP (Fienga и др., 2008; 2011). Более подробно история создания планетных эфемерид, эфемериды EPM2004 и сравнение эфемерид DE и EPM даны в статье Питьевой (2005а). В настоящей работе представлены планетная часть последней, обновленной версии эфемерид — EPM2011 — и использование эфемерид EPM для разнообразных научных исследований.

ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ ПЛАНЕТ ЭФЕМЕРИД EPM

Построение высокоточных эфемерид планет, соответствующих метровой точности современных наблюдений и необходимых для обеспечения космических экспериментов, требует создания адекватной математической и динамической модели движения планет на основе общей теории относительности (ОТО), учитывающей все существенные возмущающие факторы.

Движение барицентра системы Земля—Луна заметно возмущается самой Луной. Орбита Луны подвержена возмущениям от несферичности гравитационных потенциалов Земли и Луны, что требует достаточно точного описания положения экваторов Земли и Луны относительно инерци-альной системы координат (т.е. учета влияния прецессии, нутации и физической либрации). Резонансный характер связи между орбитальным и вращательным движением Луны делает необхо-

димым согласование теорий в единой динамической модели. Вследствие этого фактора современные численные теории строятся совместным численным интегрированием уравнений движения всех планет и физической лунной либрации, при этом учитываются также возмущения, действующие от Луны и Солнца на фигуру Земли и возмущения от Земли и Солнца на фигуру Луны. Построение и уточнение по лунным лазерным наблюдениям (LLR) теории орбитального движения и вращения Луны является наиболее трудной частью создания современных эфемерид планет и Луны. Эта работа выполнялась в ИПА под руководством Г.А. Красинского и описана в работах (Aleshkina и др., 1997; Krasinsky, 2002; Ягудина идр., 2012). В лунной теории учитываются эффекты, обусловленные упругостью, приливной диссипацией энергии, фрикционным взаимодействием жидкого ядра Луны и ее мантии и приводятся селе-нодинамические параметры, полученные из анализа LLR-наблюдений за 1970—2010 гг.

Теоретически влияние сжатия Солнца на движение планет давно известно; была даже сделана попытка объяснить сжатием Солнца аномальное движение перигелия Меркурия, обнаруженное Леверье в конце XIX века. Солнечное сжатие вызывает вековые изменения элементов планет, за исключением больших полуосей и эксцентриситетов, и должно быть учтено в модели движения планет. Однако проблема состоит в том, что величина солнечного сжатия определяется косвенным путем из некоторых сложных астрофизических измерений, связанных со многими систематическими ошибками, вызываемыми несовершенством приборов, атмосферой и активностью самого Солнца. Использование новой техники дало более надежные оценки: J2 = 2 х 10-7, это значение используется при построении эфемерид планет, начиная с DE405 (Standish, 1998) и EPM2000 (Pitjeva, 2001). В последнее время появилась возможность определять динамическое сжатие Солнца в процессе обработки высокоточных радарных наблюдений при построении планетных эфемерид (см. Питье-ва, 2005б).

Серьезная проблема в построении современных высокоточных эфемерид планет возникает в связи с необходимостью учета возмущений, вызываемых астероидами. В эфемеридах DE200 и EPM87 учитывались возмущения лишь от 3—5 крупнейших астероидов, и эксперименты показали, что добиться хорошего представления высокоточных наблюдений посадочных аппаратов (ПА) Viking-1,-2, не хуже 6—12 м априорных ошибок этих наблюдений, было невозможно. Амплитуды возмущений от астероидов были оценены аналитически Williams (1984) c учетом соизмеримости орбитальных периодов Марса и астероидов. Возмущения от 300 астероидов, выбранных Williams из-за их зна-

чительных возмущений орбиты Марса (Williams, 1989), были приняты во внимание, начиная с эфемерид DE403 (Standish и др., 1995) и EPM98 (Питьева, 1998). Однако массы большинства этих астероидов либо совсем неизвестны, либо известны недостаточно хорошо, и точность планетных эфемерид значительно ухудшалась со временем из-за этого фактора (Standish, Fienga, 2002). Прямые динамические оценки масс астероидов могут быть получены по их возмущениям других небесных тел. Этот метод может быть применен в некоторых случаях: для космических аппаратов (КА), находящихся около астероидов; для двойных астероидов или астероидов, имеющих спутники, из возмущений астероидов на Землю и Марс, выявляемых при обработке радарных наблюдений марсианских КА и посадочных аппаратов (ПА); а также при тесных сближениях астероидов. Однако этот последний, классический метод требует большой осторожности из-за возможных больших ошибок оптических наблюдений (Krasinsky и др., 2002). Всеми этими методами были определены значения масс нескольких десятков асте

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком