![]() | Заведующий лабораторией Питьева Елена Владимировна доктор физико-математических наук ![]() |
- Построение численной теории движения больших планет и Луны, уточнение ее параметров из радиотехнических, лазерных и оптических позиционных наблюдений планет, Луны, естественных и искусственных спутников больших планет. Среди улучшаемых параметров, в частности, массы планет, их спутников и астероидов, параметры вращения планет, динамическое сжатие Солнца и планет, релятивистские параметры PPN-формализма, вековые изменения гравитационной постоянной и гелиоцентрической гравитационной постоянной и т.д.
- Построение и практическое использование численных эфемерид естественных спутников планет.
- Поддержание и развитие программного обеспечения для решения задач эфемеридной и динамической астрономии на базе проблемно-ориентированного языка SLON и универсального программного комплекса ЭРА.
Лаборатория активно сотрудничает с рядом зарубежных организаций: комиссиями МАС 4, 7, 8, 15, 16, 19, 20, JPL (Лаборатория реактивного движения, США), IMCCE (Институт механики и вычисления эфемерид, Франция), с кафедрой небесной механики Санкт-Петербургского Университета и участвует в проекте ILRS (International Laser Ranging Service).
- В оперативной работе лаборатории совершенствуется и расширяется астрономическая часть платформо-независимой Windows/Linux версии программного комплекса ЭРА, поддерживается DOS версия, доступная по FTP.
Программный пакет ЭРА включает:
- транслятор с проблемно-ориентируемого релационного языка SLON, на котором описываются задачи эфемеридной астрономии;
- интегрированный интерфейс пользователя для отладки SLON-программ, включающий текстовый и табличный редакторы, а также онлайновую школу DOS-версии системы ЭРА.
- В системе ЭРА разработана новая версия интегратора, использующая аппаратно реализованную десятибайтную вещественную арифметику. Разработанный интегратор обеспечивает более высокую точность интегрирования, примерно на два порядка. Сравнение было проведено по результатам совместного интегрировании Луны, больших, малых планет Солнечной системы и транснептуновых объектов на интервале времени 434 года. Расхождения в положениях Луны и больших планет при интегрировании в прямом и обратном направлениях на этом интервале остаются менее 1 см. В предыдущих версиях интегратора на том же интервале расхождения для некоторых тел измерялись в метрах, а в отдельных случаях и в десятках метров.
- Разработаны унифицированные средства доступа в системе ЭРА к различным версиям отечественных (EPM2004, EPM2008) и зарубежных (американских — DE403/LE403, DE405/LE405, DE406/LE406, DE421, DE423 и французских — INPOP06, INPOP08, INPOP10a) численных теорий движения основных тел Солнечной системы.
- Были построены удобные процедуры доступа внешних пользователей к эфемеридам планет и Луны (ЕРМ2004, ЕРМ2008), решающие следующие задачи:
Комплекс программ сопровождается руководством для пользователей эфемерид ЕРМ на русском и английском языке. Кроме того, эти же программы обеспечивают доступ к еще семи дополнительным объектам, условно названным, планеты-карлики: Ceres, Pallas, Vesta, Eris, Haumea, Makemake, Sedna, чьи эфемериды были получены одновременно с основными эфемеридами планет и Луны EPM2008. Этот же комплекс программ доступа обеспечивает наряду с получением координат объектов и разности времен TT - TDB для эфемерид EPM2004 и EPM2008.
- поддержка полиномиальной аппроксимации эфемерид EPM в двух представлениях: бинарном и текстовом;
- обеспечение унифицированного доступа ко всем формам представления эфемерид (с открытым кодом программ доступа к эфемеридам на языках Си, Фортран, Паскаль, Джава);
- обеспечение возможности использования различных систем координат (гелиоцентрических, барицентрических, геоцентрических и планетоцентрических).
- Создана новая база системы ЭРА лазерных наблюдений Луны (1970 – 2011 гг.), включающая данные шести станций, в том числе высокоточные наблюдения обсерватории Апаче ("APOLLO").
Собран и постоянно пополняется банк оптических и радиотехнических наблюдений больших планет, их спутников и космических аппаратов, находящихся на поверхности или проходящих вблизи планет (более 680 тысяч данных за 1913 – 2010 гг.), Российские радарные наблюдения планет (1962 – 1995гг.) доступны на сайте
Составлены нормальные места радарных наблюдений, представляющие наблюдения в сжатой форме. Обновленные нормальные места альтиметрических наблюдений КА Mars Global Surveyor (MGS) (1998 - 2006 гг.) и Odyssey (2002 - 2007 гг.) доступны на сайте .
Создана и поддерживается база данных системы ЭРА наблюдений и орбитальных элементов астероидов и комет.- Высокоточные численные эфемериды планет EPM2004, построенные совместным интегрированием движения планет, Луны, Солнца, 301 крупного астероида с учетом возмущений от сжатия Солнца и кольца малых астероидов на интервале 1880 – 2020 гг., положены в основу национального "Астрономического ежегодника" с 2006 г. и доступны по FTP.
Обновленные эфемериды EPM2008 включают новые значения масс планет и других объектов солнечной системы, полученные разными авторами по наблюдениям космических аппаратов и спутников планет и другие уточненные постоянные, улучшенную динамическую модель с добавлением в совместное интегрирование 21 наибольших Транс-Нептуновых Объектов (ТНО) и расширенную базу данных 1913-2008 гг. Впервые при построении эфемерид EPH2008 учтено влияние ТНО и оценена общая масса ТНО.Была определена общая масса астероидов главного пояса, представленная суммой масс 301 астероида и астероидного кольца:Mbelt = (13±2)×10-10MSun (около 3 масс Цереры), а также общая масса всех ТНО, включая Плутон, 21 крупнейший ТНО и кольцо остальных ТНО с радиусом 43 АЕ:
MTNO = 775×10-10MSun (около 164 MCeres или 2MMoon). Численным интегрированием были определены разности времен TT и TDB для эфемерид EPM2004 и EPM2008, знание которых с точностью наносекунд необходимо для перехода от атомного времени UTC, в котором выполняются наблюдения, к динамическому времени TDB, в котором вычисляются эфемериды.
Эфемериды планет EPM2008 доступны по FTP.Разработана текущая версия эфемерид EPM2011. По по сравнению с эфемеридами EPM2008 она включает в себя
а) дополнительное кольцо ТНО, расположенное в плоскости эклиптики с радиусом, равным 43 АЕ
б) обновленное значение массы Меркурия, полученную по наблюдениям трех сближений КА Messenger с Меркурием,
в) уточненную редукцию наблюдений за релятивистский эффект Шапиро от Юпитера и Сатурна,
г) улучшенные значения масс и координат астероидов и ТНО,
д) уточненные по 680 тысячам позиционных наблюдений 1913-2010 гг. значения параметров.
Эфемериды PM2011 послужили основой для определения некоторых важных физических параметров: гелиоцентрической гравитационной постоянной GMSun и ее изменения, ограничений на изменение гравитационной постоянной G. Было получено прямое определениеGMSun = 2712440033(1) [м3с-2],
а также впервые определено изменение гелиоцентрической гравитационной постоянной (массы Солнца):
MSun/GMSun = (-5.0±4.1)·10-14 в год (3σ).
Из полученного изменения GMSun и с учетом максимальных пределов возможного изменения массы Солнца MSun найдены более жесткие ограничения на изменение гравитационной постоянной: с вероятностью 95% годовое значение попадает в интервал
-4.2·10-14 </G < +7.5·10-14.
- На основе LLR ведется работа по уточнению модели и параметров на основе LLR данных оригинальной численной теории орбитально-вращательного движения Луны, учитывающей эффекты, обусловленные упругостью, приливной диссипацией энергии, фрикционным взаимодействием жидкого ядра Луны и ее мантии. Проведена обработка 17742 лазерных измерений дальности Луны за 1970-2011 гг. с использованием пяти различных численных теорий: EPM-ERA (ИПА РАН), DE403, DE405, DE421 (JPL, USA), INPOP10 (IMCCE, France). Результаты показывают, что все эфемериды дают близкие результаты, хотя остаточные невязки после уравнивания в DE и INPOP10 эфемеридах несколько меньше (5.4 см), чем в эфемериде EPM-ERA (6.1 см).
- Теории движения Фобоса и Деймоса построены численным интегрированием уравнений движения спутниковой системы Марса методом Эверхарта 19-ого порядка. Динамическая модель учитывает гармоники потенциала Марса до 12 порядка, взаимные возмущения спутников, возмущения Солнца, больших планет и системы Земля - Луна. Также учтены приливные возмущения в движении Фобоса. Создана база наблюдений обоих спутников, содержащая около 20000 абсолютных и дифференциальных астрометрических наблюдений с 1877 по 2007 годы, сделанных как на наземных обсерваториях, так и с бортов космических аппаратов (Маринер 9, Викинг 1, Викинг 2, Фобос 2, Марс Экспресс). На основании собранных наблюдений методом наименьших квадратов проведено улучшение элементов орбит спутников, и получены марсоцентрические экваториальные координаты и скорости Фобоса и Деймоса. Сравнение построенных теорий движения с другими численными эфемеридами спутников Марса (R.Jacobson, JPL и V.Lainey, IMCCE) показало, что максимальные отличия в положениях спутников до 30 км для Фобоса и до 20 км для Деймоса. Построение теорий движения спутников сделано в среде программного комплекса ЭРА.
- В ИПА РАН совместно Лабораториями астрономических ежегодников и эфемеридной астрономии (ЛАЕ и ЛЭА) ведется работа по построению численных теорий основных естественных спутников внешних планет. Численным интегрированием уравнений движения систем спутников внешних планет методом Эверхарта 19-ого порядка построены эфемериды галилеевых спутников Юпитера (Io, Europa, Ganymede, Callisto), Сатурна (Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea, Titan, Hyperion, Iapetus), Урана (Ariel, Umbriel, Titania, Oberon, Miranda) и Нептуна (Triton, Nereid) на интервале 1960-2020 гг.
Модели движения спутников учитывают сжатие центральной планеты (до 4-ой зональной гармоники для Сатурна, Урана и Нептуна, до 6-ой зональной гармоники для Юпитера), взаимные возмущения спутников и возмущения от Солнца и больших планет.
В наблюдательную базу кроме наземных астрометрических позиционных наблюдений были включены дифференциальные наблюдения, а также наблюдения космического аппарата Voyager-2 для спутников Урана и наблюдения взаимных явлений для спутников Сатурна. Всего было использовано 5921 наблюдение спутников Юпитера, 29526 наблюдений спутников Сатурна, 13802 наблюдения спутников Урана, 2483 наблюдения спутников Нептуна (1962 – 2010 гг.). Были улучшены орбитальные элементы и определены другие параметры эфемерид спутников. В частности, для орбит Тритона и Нереиды получены значения экcцентриситета их орбит:
eTriton= 0.00223±0.00010, eNereid=0.75367±0.00008, причем, впервые получено статистически значимое значение экcцентриситета орбиты Тритона. Удалось уточнить также значения вторых зональных гармоник Нептуна
J2 = 0.003711±0.000015 и Урана J2 = 0.001449±0.000001.
Было проведено сравнение построенных эфемерид спутников с теориями других авторов: теории движения спутников Юпитера сравнивались с теориями V. Lainey, спутников Сатурна - полуаналитической теорией TASS1.7, спутников Урана и Нептуна - с численными теориями JPL. Сравнение показало, что в целом результаты согласуются. Значительные отклонения имеются лишь у нескольких спутников, что связанно с недостатком точных наблюдений этих объектов, и особенностей их строения и движения.
Теории спутников Юпитера и Сатурна уже используются для вычисления эфемерид этих спутников, которые доступны на сайте ИПА РАН .- Построена теория вращения трехосной Земли относительно ее центра масс методом общей планетной теории, который позволяет приведение уравнений поступательного движения больших планет и Луны и уравнений вращательного движения Земли к совместной автономной вековой системе. В результате, теория вращения Земли представляется без вековых членов, в виде рядов по степеням эволюционных переменных с квази-периодическими коэффициентами. Получено решение вековой сиcтемы методом вариации произвольных постоянных с точностью до первого порядка относительно малых параметров, зависящих от динамического сжатия и трехосности Земли.
- Строится тригонометрическая теория орбитального движения Луны в аналитической форме методом общей планетной теории GPT. Луна рассматривается как дополнительная планета в ансамбле восьми больших планет. Все аналитические преобразования проводятся с помощью пуассоновского эшелонированного процессора EPSP. Получены следующие результаты:
- Построена в аналитическом виде промежуточная орбита до 14-го порядка относительно малых параметров, зависящих от больших полуосей, средних движений и масс больших планет и Луны.
- Получены в тригонометрической форме косвенные планетные вековые возмущения в рамках главной задачи теории движения Луны как результат полуаналитического решения вековой системы. В классических теориях эти возмущения представляются вековыми членами.
- Построена в аналитическом виде вековая система для определения прямых и косвенных планетных возмущений в рамках общей задачи (8 планет + Луна).