太陽在一年裡,為什麼會在不同星空方向?
固定記錄日期,計算從地球中心看太陽的背景方向。
太陽白天太亮,平常看不見它後面的恆星;但我們可以計算它相對天球坐標網的位置。拖曳一年中的日期,看黃經轉過一圈,赤緯隨之南北變化。這裡不是即時定位望遠鏡。
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先猜一下
太陽的黃經,是你站在地面看它朝東還是朝西的角度嗎?
查看答案與解釋
不是,是天球背景座標 — 地面方位也需要地點與地球自轉時刻,本課先計算太陽的地心天球位置。
再把體驗和科學連結起來
用日期給太陽的位置做記錄
太陽相對背景恆星的方向隨一年緩慢變化,不是一天中東升西落的方位。
T = (JDE − 2451545.0)/36525
先從平均運動開始
太陽的平均黃經和近點角按日期計算;地球軌道並非正圓,還需加上中心差。
真幾何黃經 Θ = L₀ + C
再換成赤經和赤緯
黃赤交角把黃道方向轉成赤道方向。太陽赤緯一年內南北改變,與季節日照有關。
α = atan2(cos ε sin λ, cos λ)
精度要和用途匹配
切換橢圓近似與附錄III的周期項方法。後一條路線計算地球黃緯、FK5修正、章動與光行差,再得到太陽視座標;它仍不是完整VSOP87。
附錄截斷週期項 ≠ 完整VSOP87
把計算鏈展開
T = (JDE−2451545)/36525 L₀ = 280.46646 + 36000.76983T + 0.0003032T² M = 357.52911 + 35999.05029T − 0.0001537T² C = (1.914602−0.004817T−0.000014T²)sin M + (0.019993−0.000101T)sin(2M) + 0.000289sin(3M) e = 0.016708634−0.000042037T−0.0000001267T² Θ = L₀+C;ν = M+C R = 1.000001018(1−e²)/(1+e cos ν) Ω = 125.04−1934.136T λ視 = Θ−0.00569−0.00478sin Ω ε平均 = (84381.448−46.815T−0.00059T²+0.001813T³)/3600 ε = ε平均+0.00256cos Ω α = atan2(cos ε sin λ視,cos λ視) δ = asin(sin ε sin λ視)
以上展開低精度分支:角度用度,ε採用低精度視交角;L₀、M、Θ、λ歸一化。高精度分支另由附錄III截斷週期項計算,並非在這條鏈上多保留小數。
試一試
比較3月、6月、9月和12月附近;「原書算例」回到1992年10月13日,用於檢查演算法。
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符號不用背
- JDE / TD
- 動力學時間的連續日數 / 原書時間尺度寫法
- L₀ / M / C
- 平均黃經 / 平近點角 / 中心差
- Θ / λ
- 真實幾何黃經 / 近似視黃經
- α / δ / R
- 赤經 / 赤緯 / 地日距離(AU)
演算法、精確度與適用範圍
兩條獨立路線:低精度依式25.1–25.8計算橢圓運動;較高精度依附錄III地球L0–L5、B0–B1、R0–R4週期項求和(時間單位儒略千年,角結果弧度),取地心太陽L +180°、−B,再用25.9作FK5修正,22.A的63項章動和25.10的20.4898″/R光行差得到視黃經,配真黃赤交角轉換視赤經赤緯。係數事實與本地AAEart h/AANutation表核對,演算法在此文件獨立實現;沒有使用首頁近似星曆。另明確22.2與AA+長式22.3黃赤交角的差異。
我的理解檢查
多顯示幾位小數,能把低精度模型變成高精度理論嗎?
不能 — 演算法省略的物理項不能靠輸出格式恢復。
地球軌道偏心會讓太陽相對背景的運動完全勻速嗎?
不會 — 低精度法用中心差修正勻速的平均運動。
這裡的日期使用哪種時間標記?
書中的TD/JDE — 未把動力學時日期轉換為本地時區。
先算太陽在天球座標網的位置,再結合你所在的地點與時刻,才知道它在眼前哪裡。
Jean Meeus · Astronomical Algorithms, 2nd ed. · 第 25 章