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表格每天只記一次,晚上那一刻的數字從哪裡來?

用前後幾筆記錄,補出附近沒有直接列出的時刻。

通用演算法與數值計算

像是查看每天一張的記錄單,星曆表也可能每天只給一個數。這裡是書裡連續三天的火星—地球距離:如果你要查前一天晚上,表中沒有那一行,就需要利用附近的變化來估計。

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先猜一下

星曆表沒寫晚上的那一刻,直接照抄次日午夜的數一定準確嗎?

查看答案與解釋

不一定,中間也在變化 — 相鄰時刻的數值可能不同;需要根據附近資料的變化估計,並檢查是否適合插值。

再把體驗和科學連結起來

選取三個等間隔的點

使用書中的火星—地球距離:1992 年 11 月 7、8、9 日 0 時 TD。中心取 8 日。

y₁ = 0.884226,y₂ = 0.877366,y₃ = 0.870531 AU

先看每天變化多少

前一天和後一天的變化略有差別,這告訴我們曲線並不完全筆直。

a = y₂ − y₁;b = y₃ − y₂

加上一點彎曲

二階差分 c = b − a 描述變化速度的變化。三點內插相當於擬合一小段拋物線。

c = b − a = 0.000025 AU

在附近讀出結果

n = 0 是中心時刻;n 為負表示更早。拖曳滑桿讀取中間的距離。

y = y₂ + n(a + b + nc)/2

把計算鏈展開

a = y₂ − y₁;b = y₃ − y₂ c = b − a n = (t − t₂)/Δt y(t) = y₂ + n(a + b + nc)/2

先求兩段一階差,再求二階差。 n沒有單位;本課Δt=1天。 n=0時修正項消失,必須回到y₂。

試一試

先點“表裡已有的時刻”,再點“前一天 12:00 TD”和“當天 06:00 TD”。虛線記錄單顯示估計結果,左邊原有三筆記錄不會改變。

動手看一遍 →

符號不用背

y₁, y₂, y₃
相鄰三天的距離,單位 AU(天文單位)
n
距中心時刻的偏移,除以表格間隔;本例間隔 1 天
a, b, c
一階差分與二階差分

演算法、精確度與適用範圍

採用書中表 (3.2) 與式 (3.3),印刷頁 24。 TD 是書中動力學時的寫法;本課不與 UT 做轉換。區間限制為 −0.5 至 +0.5,以保持中心點最近。圖中曲率很小,這是原始資料本身的性質。 情境說明:保留原書表 (3.2) 的地火距離與式 (3.3),單位 AU;日期為 1992 年 11 月 7–9 日 0 時 TD。本課程不轉換為當地時區或 UT,查詢範圍限制在中心前後半天,不畫出真實比例的行星空間軌道。

我的理解檢查

本課三筆原始紀錄,相鄰時刻隔多久?

一天 — 相鄰記錄都在連續日期的午夜,間隔一天。

右邊虛線記錄單裡的中間數,是新測量的嗎?

不是,是插值得到的 — 它來自左側三筆記錄的計算,不能把估計值當成新測量證據。

知道三天的數據,就能放心預測幾十年以後嗎?

不能 — 短區間的平滑插值不是完整運動定律,不能隨意做遠距離外推。

插值是在附近記錄之間補空白。知道估計值從哪裡來,也要知道它不能推多遠。

Jean Meeus · Astronomical Algorithms, 2nd ed. · 第 3 章

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