Las Efemérides de Desarrollo del Laboratorio de Propulsión a Chorro (abreviadas JPL DE (número), o simplemente DE (número)) designan uno de una serie de modelos matemáticos del Sistema Solar producidos en el Laboratorio de Propulsión a Chorro en Pasadena, California , para su uso en navegación espacial y astronomía. Los modelos consisten en representaciones numéricas de posiciones , velocidades y aceleraciones de los principales cuerpos del Sistema Solar, tabuladas a intervalos de tiempo igualmente espaciados, que cubren un lapso específico de años. [1] Se tabulan las coordenadas rectangulares baricéntricas del Sol , ocho planetas principales y Plutón , y las coordenadas geocéntricas de la Luna .
Ha habido muchas versiones del JPL DE , desde la década de 1960 hasta la actualidad, [2] en apoyo de misiones espaciales tanto robóticas como tripuladas [3] . La documentación disponible es limitada, pero sabemos que DE69 se anunció en 1969 como el tercer lanzamiento de las cintas de efemérides del JPL, y era una efeméride de corta duración y propósito especial. La Efemérides de exportación del JPL vigente en ese momento era DE19 . Estos primeros lanzamientos se distribuyeron en cinta magnética .
En la época anterior a las computadoras personales, las computadoras eran grandes y costosas, y las integraciones numéricas como estas eran realizadas por grandes organizaciones con amplios recursos. Las efemérides del JPL anteriores a DE405 se integraron en un mainframe Univac con precisión doble . Por ejemplo, DE102 , que se creó en 1977, tomó seis millones de pasos y funcionó durante nueve días en un Univac 1100/81 . [4] DE405 se integró en un DEC Alpha con precisión cuádruple . [5]
En la década de 1970 y principios de la de 1980, se realizó mucho trabajo en la comunidad astronómica para actualizar los almanaques astronómicos desde el trabajo teórico de la década de 1890 a la teoría relativista moderna. Desde 1975 hasta 1982, se produjeron seis efemérides en el JPL utilizando las técnicas modernas de ajuste de mínimos cuadrados de la salida numéricamente integrada a datos de alta precisión: DE96 en noviembre de 1975, DE102 en septiembre de 1977, DE111 en mayo de 1980, DE118 en septiembre de 1981 y DE200 en 1982. [6] DE102 fue la primera efeméride larga numéricamente integrada, que abarcó gran parte de la historia para la que se disponía de observaciones astronómicas útiles: 1141 a. C. a 3001 d. C. DE200 , una versión de DE118 migrada al marco de referencia J2000.0 , se adoptó como la efeméride fundamental para los nuevos almanaques a partir de 1984. DE402 introdujo coordenadas referidas al Marco de Referencia Celeste Internacional (ICRF). DE440 y DE441 se publicaron en 2021, con mejoras en las órbitas de Júpiter, Saturno y Plutón a partir de observaciones de naves espaciales más recientes. [7]
Las efemérides del JPL han sido la base de las efemérides del Sol, la Luna y los planetas en el Almanaque Astronómico desde los volúmenes de 1984 a 2002, que utilizaron las efemérides DE200 del JPL . (Desde 2003 hasta 2014, la base se actualizó para utilizar DE405 , y se actualizó nuevamente a partir de 2015, cuando se comenzó a utilizar DE430 .) [8] [9]
Cada efeméride se produjo mediante la integración numérica de las ecuaciones de movimiento , a partir de un conjunto de condiciones iniciales. Debido a la precisión de los datos de observación modernos, el método analítico de perturbaciones generales ya no podía aplicarse con una precisión lo suficientemente alta como para reproducir adecuadamente las observaciones. Se aplicó el método de perturbaciones especiales , utilizando la integración numérica para resolver el problema de n cuerpos , poniendo en efecto todo el Sistema Solar en movimiento en la memoria de la computadora, teniendo en cuenta todas las leyes físicas relevantes. Las condiciones iniciales fueron constantes como las masas planetarias , de fuentes externas, y parámetros como las posiciones y velocidades iniciales, ajustadas para producir un resultado que fuera un "mejor ajuste" a un gran conjunto de observaciones . Se utilizó una técnica de mínimos cuadrados para realizar el ajuste. [4] A partir de DE421, las perturbaciones de 343 asteroides, que representan aproximadamente el 90% de la masa del cinturón de asteroides principal , se han incluido en el modelo dinámico. [10]
La física modelada incluyó las aceleraciones gravitacionales newtonianas mutuas y sus correcciones relativistas (una forma modificada de las ecuaciones de Einstein-Infeld-Hoffmann ), las aceleraciones causadas por la distorsión de marea de la Tierra, las aceleraciones causadas por la figura de la Tierra y la Luna, y un modelo de las libraciones lunares . [4]
Los datos de observación en los ajustes han sido un conjunto en evolución, incluyendo: rangos (distancias) a planetas medidos por señales de radio de naves espaciales, [11] medición directa de la distancia de los planetas por radar , correcciones de posición bidimensionales (en el plano del cielo) por VLBI de naves espaciales, observaciones telescópicas de tránsito y CCD de planetas y cuerpos pequeños, y medición de la distancia por láser de retroreflectores en la Luna, entre otros. DE102 , por ejemplo, se ajustó a 48.479 observaciones.
El argumento temporal de las efemérides integradas del JPL, conocido en las primeras versiones como T eph , [12] llegó a ser reconocido como una escala temporal de coordenadas relativista , tal como es necesario en trabajos precisos para tener en cuenta los pequeños efectos relativistas de la dilatación del tiempo y la simultaneidad . La redefinición de TDB de la IAU de 2006 llegó a ser esencialmente equivalente a T eph , y la TDB redefinida ha sido adoptada explícitamente en versiones recientes de las efemérides del JPL.
Las posiciones y velocidades del Sol, la Tierra, la Luna y los planetas, junto con la orientación de la Luna, se almacenan como coeficientes polinómicos de Chebyshev que encajan en segmentos de 32 días de duración. [10] Las efemérides ahora están disponibles a través de la World Wide Web y FTP [13] como archivos de datos que contienen los coeficientes de Chebyshev, junto con el código fuente para recuperar (calcular) posiciones y velocidades. [14] Los archivos varían en los períodos de tiempo que cubren, que van desde unos pocos cientos de años a varios miles, y los cuerpos que incluyen. Los datos pueden basarse en el centro geométrico de cada planeta o en un baricentro del sistema planetario .
El uso de polinomios de Chebyshev permite realizar cálculos muy precisos y eficientes para cualquier punto dado en el tiempo. El cálculo DE405 para los planetas interiores "recupera" una precisión de aproximadamente 0,001 segundos de arco (arcosegundos) (equivalente a aproximadamente 1 km a la distancia de Marte ); para los planetas exteriores es generalmente de aproximadamente 0,1 segundos de arco . Las efemérides DE406 de "precisión reducida" dan una precisión de interpolación (en relación con los valores completos de efemérides) no peor que 25 metros para cualquier planeta y no peor que 1 metro para la Luna.
Tenga en cuenta que estos números de precisión corresponden a los valores interpolados relativos a las coordenadas tabuladas originales. La precisión y exactitud generales de los valores interpolados para describir los movimientos reales de los planetas serán una función tanto de la precisión de las coordenadas tabuladas de las efemérides como de la precisión de la interpolación.
Las efemérides de los cuerpos del Sistema Solar están disponibles a través del sitio web del JPL [17] y vía FTP. [18]
Fuente: [10]
DE440 [19] se creó en junio de 2020. La nueva solución planetaria de propósito general DE440/441 incluye siete años adicionales de datos astrométricos terrestres y espaciales, calibraciones de datos y mejoras de modelos dinámicos, que involucran principalmente a Júpiter, Saturno, Plutón y el Cinturón de Kuiper. La inclusión de 30 nuevas masas del Cinturón de Kuiper y la masa del anillo del Cinturón de Kuiper da como resultado un cambio variable en el tiempo de ~100 km en el baricentro de DE440 en relación con DE430. Los archivos de efemérides de 114 megabytes incluyen la orientación de la Luna. Abarca los años 1550-2650. JPL comenzó la transición a DE440 a principios de abril de 2021. También hay versiones complementarias disponibles que incluyen el centro geométrico planetario de Marte, así como el baricentro de Marte. [20]
DE441 [19] se creó en junio de 2020. Esta efeméride es más larga que DE440 (entre -13 200 y 17 191), pero menos precisa (debido a que no se tiene en cuenta la amortiguación del núcleo y el manto lunar). Resulta útil para analizar observaciones históricas que se encuentran fuera del lapso de DE440.
DE102 se creó en 1981; incluye nutaciones pero no libraciones. Hace referencia al ecuador dinámico y al equinoccio de 1950. Abarca desde principios de 1410 a. C. hasta finales de 3002 d. C. [14]
DE200 se creó en 1981; incluye nutaciones pero no libraciones. Hace referencia al ecuador dinámico y al equinoccio de 2000. Abarca desde finales de 1599 d. C. hasta principios de 2169 d. C. Esta efeméride se utilizó para el Almanaque Astronómico desde 1984 hasta 2003. [14]
DE202 se creó en 1987; incluye nutaciones y libraciones. Hace referencia al ecuador dinámico y al equinoccio de 2000. Abarca desde finales de 1899 hasta 2049. [14]
DE402 se lanzó en 1995 y fue rápidamente reemplazado por DE403.
DE403 [21] fue creado en 1993, publicado en 1995, expresado en las coordenadas del marco de referencia del Servicio Internacional de Rotación de la Tierra (IERS), esencialmente el ICRF. Los datos compilados por el JPL para derivar las efemérides comenzaron a alejarse de las observaciones telescópicas de precisión limitada y más hacia la determinación de la distancia por radar de los planetas, la determinación de la distancia por radio de las naves espaciales y las observaciones interferométricas de línea de base muy larga (VLBI) de las naves espaciales, especialmente para los cuatro planetas interiores. Las observaciones telescópicas siguieron siendo importantes para los planetas exteriores debido a su distancia, de ahí la incapacidad de hacer rebotar el radar en ellos, y la dificultad de estacionar una nave espacial cerca de ellos. Se incluyeron las perturbaciones de 300 asteroides, frente a DE118/DE200 que incluía solo los cinco asteroides que se determinó que causaban las perturbaciones más grandes. Se habían encontrado mejores valores de las masas de los planetas desde DE118/DE200, lo que refinó aún más las perturbaciones. Se mejoró la precisión del láser lunar , lo que permitió obtener mejores posiciones de la Luna. El DE403 cubrió el período comprendido entre principios de 1599 y mediados de 2199. [22]
DE404 [23] se publicó en 1996. Esta versión condensada de DE403, denominada Long Ephemeris, cubría el período comprendido entre el 3000 a. C. y el 3000 d. C. Si bien tanto DE403 como DE404 se integraron en el mismo período de tiempo, la interpolación de DE404 se redujo un poco en precisión y no se incluyeron la nutación de la Tierra ni la libración de la Luna.
El DE405 [24] se publicó en 1998. Añadió varios años de datos adicionales de observaciones telescópicas, de radar, de naves espaciales y de VLBI (de la nave espacial Galileo en Júpiter, en particular). Se mejoró el método de modelado de las perturbaciones de los asteroides, aunque se modeló el mismo número de asteroides. Las efemérides se orientaron con mayor precisión en el ICRF. El DE405 cubrió de 1600 a 2200 con total precisión. Estas efemérides se utilizaron en el Almanaque Astronómico desde 2003 hasta 2014.
DE406 se lanzó junto con DE405 en 1998. Se trata de una versión condensada de DE405, que abarca desde el año 3000 a. C. hasta el año 3000 d. C., con las mismas limitaciones que DE404. Se trata de la misma integración que DE405, pero se ha reducido la precisión de los polinomios de interpolación para reducir el tamaño del archivo para el período más largo que abarca.
Aparentemente, DE407 [25] no se publicó. Los detalles que aparecen en fuentes fácilmente disponibles son escasos.
DE408 [26] fue una efemérides inédita, creada en 2005 como una versión más larga de DE406, que abarca 20.000 años.
DE409 [27] se publicó en 2003 para la llegada de la sonda espacial Mars Exploration Rover a Marte y la llegada de la Cassini a Saturno. En el ajuste se incluyeron más datos de alcance y VLBI de la sonda espacial (a la Mars Global Surveyor , Mars Pathfinder y la sonda espacial Mars Odyssey ) y datos telescópicos. Las órbitas de las sondas espaciales Pioneer y Voyager se reprocesaron para proporcionar puntos de datos para Saturno. Esto dio como resultado mejoras con respecto a DE405, especialmente en las posiciones previstas de Marte y Saturno. DE409 cubrió los años 1901 a 2019.
DE410 [28] también se publicó en 2003 y abarcó el período comprendido entre 1901 y 2019, con mejoras con respecto a DE409 en las masas de Venus, Marte, Júpiter, Saturno y el sistema Tierra-Luna basadas en investigaciones recientes. Aunque las masas aún no habían sido adoptadas por la UAI , las efemérides se crearon para apoyar la llegada de las naves espaciales MER y Cassini .
DE411 [29] fue ampliamente citado en la comunidad astronómica, pero no fue publicado por el JPL.
DE412 [30] fue ampliamente citado en la comunidad astronómica, pero no fue publicado por el JPL.
DE413 [29] fue lanzado en 2004 con efemérides actualizadas de Plutón en apoyo de la ocultación de una estrella por su satélite Caronte el 11 de julio de 2005. DE413 fue adaptado a nuevas observaciones telescópicas CCD de Plutón con el fin de proporcionar mejores posiciones del planeta y su luna.
DE414 [31] se creó en 2005 y se lanzó en 2006. El software de integración numérica se actualizó para utilizar precisión cuádruple para la parte newtoniana de las ecuaciones de movimiento . Los datos de medición de distancias de las naves espaciales Mars Global Surveyor y Mars Odyssey se extendieron hasta 2005, y se incluyeron en el ajuste más observaciones CCD de los cinco planetas exteriores. Algunos datos se omitieron accidentalmente del ajuste, a saber, los datos de Venus de Magallanes para 1992-94 y los datos de Júpiter de Galileo para 1996-97. Algunos datos de medición de distancias de la nave espacial NEAR Shoemaker que orbita el asteroide Eros se utilizaron para derivar la relación de masas Tierra/Luna. DE414 cubrió los años 1599 a 2201.
DE418 [32] se publicó en 2007 para planificar la misión New Horizons a Plutón. Se incluyeron en el ajuste nuevas observaciones de Plutón, que aprovecharon la nueva precisión astrométrica del catálogo de estrellas Hipparcos . La medición de distancias de la nave espacial Marte y las observaciones VLBI se actualizaron hasta 2007. Las masas de los asteroides se estimaron de forma diferente. Los datos de medición de distancias láser lunares para la Luna se agregaron por primera vez desde DE403, lo que mejoró significativamente la órbita lunar y las libraciones. Los datos de posición estimados de la nave espacial Cassini se incluyeron en el ajuste, lo que mejoró la órbita de Saturno, pero el análisis riguroso de los datos se pospuso para una fecha posterior. DE418 cubrió los años 1899 a 2051, y el JPL recomendó no usarlo fuera de ese rango debido a inconsistencias menores que permanecieron en las masas de los planetas debido a las limitaciones de tiempo.
El DE421 [33] se publicó en 2008. Incluía mediciones adicionales de distancia y VLBI de la nave espacial Marte, nuevas mediciones de distancia y VLBI de la nave espacial Venus Express , las últimas estimaciones de masas planetarias, medición láser lunar adicional y dos meses más de mediciones CCD de Plutón. Cuando se publicó inicialmente en 2008, las efemérides del DE421 cubrían los años 1900 a 2050. Una publicación de datos adicionales en 2013 amplió la cobertura hasta el año 2200.
DE422 [34] fue creado en 2009 para la misión MESSENGER a Mercurio. Se trataba de una efeméride larga que debía sustituir a DE406 y abarcaba desde el año 3000 a. C. hasta el 3000 d. C.
El DE423 [35] se publicó en 2010. Se ajustaron las estimaciones de posición de la nave espacial MESSENGER y los datos adicionales de alcance y VLBI de la nave espacial Venus Express. El DE423 cubrió los años 1799 a 2200.
DE424 [36] se creó en 2011 para apoyar la misión del Laboratorio Científico de Marte .
DE430 [37] fue creado en 2013 y está destinado a ser utilizado en el análisis de datos modernos. Cubre las fechas del 1 de enero de 1550 al 22 de enero de 2650 con las efemérides lunares más precisas. A partir de 2015, estas efemérides se utilizan en el Almanaque Astronómico . A partir de esta versión, solo se incluyó el baricentro de Marte debido a las pequeñas masas de sus lunas Fobos y Deimos, que crean un desplazamiento muy pequeño con respecto al centro del planeta. [38] Los archivos de efemérides completos tienen 128 megabytes, pero el JPL ha puesto a disposición varias versiones alternativas [10].
DE431 [37] se creó en 2013 y está destinado al análisis de observaciones históricas anteriores del Sol, la Luna y los planetas. Cubre un período de tiempo más largo que DE430 (13201 a. C. a 17191 d. C.) y coincide con DE430 dentro de un metro en el período de tiempo cubierto por DE430. La posición de la Luna tiene una precisión de 20 metros entre 1913 y 2113 y ese error crece cuadráticamente fuera de ese rango. [39] Es el archivo de efemérides más grande, con 3,4 gigabytes. [40]
DE432 [41] se creó en abril de 2014. Incluye libraciones pero no nutaciones. DE432 es una actualización menor de DE430 y su objetivo principal es ayudar al proyecto New Horizons a apuntar a Plutón. [42]
DE436 [43] se creó en 2016 y se basó en el DE430, con datos orbitales mejorados de Júpiter específicamente para la misión Juno ).
DE438 [44] se creó en 2018 y se basó en el DE430, con datos orbitales mejorados para Mercurio (para la misión MESSENGER ), Marte (para los Mars Odyssey y Mars Reconnaissance Orbiters ) y Júpiter (para Juno ) .