表格每天只记一次,晚上那个时刻的数从哪来?
用前后几条记录,补出附近没有直接列出的时刻。
像查看每天一张的记录单,星历表也可能每天只给一个数。这里是书里连续三天的火星—地球距离:如果你要查前一天晚上,表中没有那一行,就需要利用附近的变化来估计。
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先猜一下
星历表没写晚上的那一刻,直接照抄次日午夜的数一定准确吗?
查看答案与解释
不一定,中间也在变化 — 相邻时刻的数值可能不同;需要根据附近数据的变化估计,并检查是否适合插值。
再把体验和科学连起来
选三个等间隔的点
使用书中的火星—地球距离:1992 年 11 月 7、8、9 日 0 时 TD。中心取 8 日。
y₁ = 0.884226,y₂ = 0.877366,y₃ = 0.870531 AU
先看每天变化多少
前一天和后一天的变化略有差别,这告诉我们曲线并不完全笔直。
a = y₂ − y₁;b = y₃ − y₂
加上一点弯曲
二阶差分 c = b − a 描述变化速度的变化。三点插值相当于拟合一小段抛物线。
c = b − a = 0.000025 AU
在附近读出结果
n = 0 是中心时刻;n 为负表示更早。拖动滑块读取中间的距离。
y = y₂ + n(a + b + nc)/2
把计算链展开
a = y₂ − y₁;b = y₃ − y₂ c = b − a n = (t − t₂)/Δt y(t) = y₂ + n(a + b + nc)/2
先求两段一阶差,再求二阶差。n没有单位;本课Δt=1天。n=0时修正项消失,必须回到y₂。
试一试
先点“表里已有的时刻”,再点“前一天 12:00 TD”和“当天 06:00 TD”。虚线记录单显示估计结果,左边原有三条记录不会改变。
动手看一遍 →
符号不用背
- y₁, y₂, y₃
- 相邻三天的距离,单位 AU(天文单位)
- n
- 距中心时刻的偏移,除以表格间隔;本例间隔 1 天
- a, b, c
- 一阶差分与二阶差分
算法、精度与适用范围
采用书中表 (3.2) 与式 (3.3),印刷页 24。TD 是书中动力学时的写法;本课不与 UT 做转换。区间限制为 −0.5 至 +0.5,以保持中心点最近。图中曲率很小,这是原始数据本身的性质。 情景说明:保留原书表 (3.2) 的地火距离与式 (3.3),单位 AU;日期为 1992 年 11 月 7–9 日 0 时 TD。本课不转换为当地时区或 UT,查询范围限制在中心前后半天,不画真实比例的行星空间轨道。
我的理解检查
本课三条原始记录,相邻时刻隔多久?
一天 — 相邻记录都在连续日期的午夜,间隔一天。
右边虚线记录单里的中间数,是新测量的吗?
不是,是插值得到的 — 它来自左侧三条记录的计算,不能把估计值当成新测量证据。
知道三天的数据,就能放心预测几十年以后吗?
不能 — 短区间的平滑插值不是完整运动定律,不能随意做远距离外推。
插值是在附近记录之间补空白。知道估计值从哪来,也要知道它不能推多远。
Jean Meeus · Astronomical Algorithms, 2nd ed. · 第 3 章