Efemérides de desarrollo del Laboratorio de Propulsión a Chorro (abreviado JPL DE (número), o simplemente DE (número)) designa 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 de naves espaciales y astronomía. . Los modelos consisten en representaciones numéricas de posiciones , velocidades y aceleraciones de los principales cuerpos del Sistema Solar, tabuladas en intervalos de tiempo igualmente espaciados, que cubren un lapso de años específico. [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 el presente, [2] en apoyo de misiones de naves espaciales tanto robóticas como tripuladas [3] . La documentación disponible es limitada, pero sabemos que DE69 se anunció en 1969 como la tercera versión de las cintas de efemérides del JPL y que era una efeméride de corta duración y de propósito especial. Las efemérides de exportación del JPL vigentes en ese momento eran 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 estaban a cargo de grandes organizaciones con amplios recursos. Las efemérides del JPL anteriores a DE405 se integraron en una computadora central Univac con doble precisión . Por ejemplo, DE102 , creado en 1977, dio 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 trabajó mucho 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 técnicas modernas de ajuste de mínimos cuadrados de resultados integrados numéricamente a datos de alta precisión: DE96 en noviembre de 1975, DE102 en septiembre de 1977, DE111 en mayo de 1980, DE118 en septiembre. . El marco de referencia J2000.0 , fue adoptado como efemérides fundamental para los nuevos almanaques a partir de 1984. DE402 introdujo las coordenadas referidas al Marco de Referencia Celestial 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 utilizaban las efemérides DE200 del JPL . (De 2003 a 2014, la base se actualizó para usar DE405 y se actualizó aún más a partir de 2015, cuando comenzó a usarse DE430 ). [8] [9]
Cada efeméride se produjo por 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 los n cuerpos , poniendo de hecho en movimiento todo el Sistema Solar en la memoria de la computadora, teniendo en cuenta todas las leyes físicas relevantes. Las condiciones iniciales eran constantes, como masas planetarias , de fuentes externas, y parámetros como posiciones y velocidades iniciales, ajustados para producir resultados que "se adaptaran mejor" a un gran conjunto de observaciones . Para realizar el ajuste se utilizó la técnica de mínimos cuadrados . [4] A partir de DE421, se han incluido en el modelo dinámico perturbaciones de 343 asteroides, que representan aproximadamente el 90% de la masa del cinturón de asteroides principal . [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 las mareas 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, que incluye: rangos (distancias) a los planetas medidos por señales de radio de naves espaciales, [11] alcance directo de los planetas por radar , posiciones fijas bidimensionales (en el plano del cielo) por VLBI de observaciones telescópicas de planetas y cuerpos pequeños mediante naves espaciales, tránsito y CCD , y alcance láser de retrorreflectores en la Luna, entre otros. DE102 , por ejemplo, se ajustó a 48.479 observaciones.
El argumento temporal de las efemérides integradas del JPL, en las primeras versiones conocidas como Teph , [ 12] llegó a ser reconocido como una escala de tiempo coordinada relativista , como es necesario en trabajos precisos para dar cuenta de los pequeños efectos relativistas de la dilatación del tiempo y la simultaneidad . La redefinición de TDB de la IAU en 2006 se volvió esencialmente equivalente a Teph , 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 a medida que los coeficientes polinomiales de Chebyshev encajan en segmentos de 32 días. [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, desde unos pocos cientos de años hasta varios miles, y los cuerpos que incluyen. Los datos pueden basarse en el verdadero centro de cada planeta o en su baricentro .
El uso de polinomios de Chebyshev permite realizar cálculos muy precisos para un momento determinado. La recuperación (cálculo) de DE405 para los planetas interiores es de aproximadamente 0,001 segundos de arco (equivalente a aproximadamente 1 km a la distancia de Marte ); para los planetas exteriores es generalmente de unos 0,1 segundos de arco. Las efemérides DE406 de 'precisión reducida' dan una precisión de interpolación (en relación con los valores de efemérides completos) 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 son para los valores interpolados relativos a las coordenadas tabuladas originales. La precisión general y la exactitud de los valores interpolados para describir los movimientos reales de los planetas serán función tanto de la precisión de las coordenadas tabuladas de efemérides como de la precisión de la interpolación.
Las efemérides para los cuerpos del Sistema Solar están disponibles a través del sitio web del JPL [17] y vía FTP. [18]
DE440 [19] se creó en junio de 2020. La nueva solución planetaria de uso general DE440/441 incluye siete años adicionales de datos astrométricos terrestres y espaciales, calibraciones de datos y mejoras de modelos dinámicos, que involucran de manera más significativa 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 las fechas 1550 a 2650. JPL comenzó la transición a DE440 a principios de abril de 2021. También hay versiones complementarias disponibles que incluyen el centro planetario de Marte y el baricentro de Marte. [20]
DE441 [19] se creó en junio de 2020. Esta efemérides es más larga que DE440, -13 200 a 17 191, pero menos precisa. Es útil para analizar observaciones históricas que están fuera del alcance de DE440.
DE102 fue creado en 1981; Incluye nutaciones pero no libraciones. Se refiere 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. Se refiere 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 de 1984 a 2003. [14]
DE202 fue creado en 1987; Incluye nutaciones y libraciones. Se refiere al ecuador dinámico y al equinoccio de 2000. Abarca desde finales de 1899 hasta 2049. [14]
DE402 se lanzó en 1995 y rápidamente fue reemplazado por DE403.
DE403 [21] fue creado en 1993, lanzado 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 el alcance de radar de los planetas de mayor precisión, el alcance de radio de las naves espaciales y las observaciones interferométricas de línea de base muy larga (VLBI). de 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 imposibilidad 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 incluyeron solo los cinco asteroides que se determinó que causaban las mayores perturbaciones. Se han encontrado mejores valores de las masas de los planetas desde DE118/DE200, refinando aún más las perturbaciones. Se mejoró la precisión del alcance del láser lunar , lo que proporciona mejores posiciones de la Luna. DE403 cubrió el período desde principios de 1599 hasta mediados de 2199. [22]
DE404 [23] se publicó en 1996. Esta versión condensada de DE403, llamada Efemérides largas, cubrió del 3000 a. C. al 3000 d. C. Si bien tanto DE403 como DE404 se integraron en el mismo período de tiempo, la interpolación de DE404 tuvo una precisión algo reducida y No se incluyeron la nutación de la Tierra ni la libración de la Luna.
DE405 [24] fue lanzado en 1998. Agregó datos adicionales de varios años de observaciones telescópicas, de radar, de naves espaciales y VLBI (de la nave espacial Galileo en Júpiter, en particular). Se mejoró el método de modelización de las perturbaciones de los asteroides, aunque se modeló el mismo número de asteroides. Las efemérides se orientaron con mayor precisión hacia la ICRF. DE405 cubrió de 1600 a 2200 con total precisión. Esta efeméride se utilizó en el Almanaque Astronómico desde 2003 hasta 2014.
DE406 se publicó con DE405 en 1998. Una efeméride larga, esta fue la versión condensada de DE405, que abarca del 3000 a. C. al 3000 d. C. con las mismas limitaciones que el DE404. Esta es la misma integración que DE405, con la precisión de los polinomios de interpolación reducida para reducir el tamaño del archivo durante el período de tiempo más largo que cubre el archivo.
DE407 [25] aparentemente no se publicó. Los detalles en fuentes fácilmente disponibles son incompletos.
DE408 [26] era una efeméride inédita, creada en 2005 como una versión más larga de DE406, que abarcaba 20.000 años.
DE409 [27] fue lanzado en 2003 para la llegada de la nave espacial Mars Exploration Rover a Marte y la llegada de Cassini a Saturno. En el ajuste se incluyeron más datos de alcance de naves espaciales y VLBI (para Mars Global Surveyor , Mars Pathfinder y Mars Odyssey ) y datos telescópicos. Las órbitas de las naves espaciales Pioneer y Voyager fueron reprocesadas para proporcionar datos sobre Saturno. Esto resultó en mejoras con respecto al DE405, especialmente en las posiciones previstas de Marte y Saturno. DE409 cubrió los años 1901 a 2019.
DE410 [28] también se lanzó en 2003 y cubrió el período 1901 - 2019, con mejoras del 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 IAU . Las efemérides fueron creadas para apoyar las llegadas de las naves espaciales MER y Cassini .
DE411 [29] fue ampliamente citado en la comunidad astronómica, pero el JPL no lo publicó públicamente.
DE412 [30] fue ampliamente citado en la comunidad astronómica, pero el JPL no lo publicó públicamente.
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 se adaptó a nuevas observaciones telescópicas CCD de Plutón para proporcionar posiciones mejoradas 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 alcance de las naves espaciales Mars Global Surveyor y Mars Odyssey se ampliaron hasta 2005, y en el ajuste se incluyeron más observaciones CCD de los cinco planetas exteriores. Algunos datos se omitieron accidentalmente fuera del ajuste, a saber, los datos de Venus de Magallanes para 1992-94 y los datos de Galileo Júpiter para 1996-97. Se utilizaron algunos datos de alcance de la nave espacial NEAR Shoemaker que orbita el asteroide Eros para derivar la relación de masa Tierra/Luna. DE414 cubrió los años 1599 a 2201.
DE418 [32] fue lanzado en 2007 para planificar la misión New Horizons a Plutón. En el ajuste se incluyeron nuevas observaciones de Plutón, que aprovecharon la nueva precisión astrométrica del catálogo de estrellas de Hipparcos . Las observaciones de VLBI y de alcance de las naves espaciales de Marte se actualizaron hasta 2007. Las masas de los asteroides se estimaron de manera diferente. Se agregaron datos de alcance del láser lunar para la Luna por primera vez desde DE403, lo que mejoró significativamente la órbita lunar y las libraciones. En el ajuste se incluyeron datos de posición estimados de la nave espacial Cassini , 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 pequeñas inconsistencias que permanecieron en las masas de los planetas debido a limitaciones de tiempo.
DE421 [33] se publicó en 2008. Incluía mediciones adicionales de alcance y VLBI de la nave espacial de Marte, nuevos alcances y VLBI de la nave espacial Venus Express , las últimas estimaciones de masas planetarias, alcance adicional del láser lunar y dos meses más de mediciones CCD de Plutón. Cuando se publicaron inicialmente en 2008, las efemérides DE421 cubrían los años 1900 a 2050. Una publicación de datos adicional en 2013 amplió la cobertura hasta el año 2200.
DE422 [34] fue creado en 2009 para la misión MESSENGER a Mercurio. Una efeméride larga, estaba destinada a reemplazar al DE406, que abarcaba del 3000 a. C. al 3000 d. C.
DE423 [35] se publicó en 2010. Las estimaciones de posición de la nave espacial MESSENGER y los datos adicionales de alcance y VLBI de la nave espacial Venus Express coincidieron. DE423 cubrió los años 1799 a 2200.
DE424 [36] se creó en 2011 para apoyar la misión Mars Science Laboratory .
DE430 [37] se creó en 2013 y está destinado a analizar 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 esta efeméride se utiliza en el Almanaque Astronómico . A partir de esta publicación, solo se incluyó el baricentro de Marte debido a las pequeñas masas de sus lunas Fobos y Deimos, que crean un desplazamiento muy pequeño desde el centro del planeta. [38] Los archivos completos de efemérides pesan 128 megabytes, pero el JPL ha puesto a disposición varias versiones alternativas [10]
DE431 [37] fue creado 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 1 metro durante el período de tiempo cubierto por DE430. La posición de la Luna es precisa dentro de los 20 metros entre 1913 y 2113 y ese error crece cuadráticamente fuera de ese rango. [39] Es el más grande de los archivos de efemérides 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 está destinada principalmente a 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 para 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 Mars Odyssey y Mars Reconnaissance Orbiters ) y Júpiter (para Juno ) .