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第38章 经过交点

给出行星或慧星的轨道要素,该天体经过其轨道交点的时间t,按如下方法可以很容易的计算出来:

在升交点:v = -ω 或 360°- ω

在降交点:v = 180°- ω

和前面的一样,v是真近点角,ω是近日点参数。那么,使用v值就可进行以下计算。

椭圆轨道的情况

计算偏近点角E :

tan(E/2) = sqrt( (1-e)/(1+e) ) tan(v/2) (38.1)

式中,e是轨道率心率。平近点角M由下式计算:

M = E - e sin E (38.2)

在公式(38.2)中,E应表达为弧度。M的值也是弧度。然而,如果E表达为“度”且计算机也工作在“度”模式,那么,应把公式(38.2)中的弧度制的e换为角度制的eo,即eo=e*57°.29577951。

把M转为“度”单位。那么,如果T是经过近日点的时间,n是每日平运动(单位:度/天),所需的经过交点的时间是:

t = T + M/n 日 (38.3)

此时对应的径矢r由下式计算:

r = a ( 1 - e cos E ) (38.4)

式中a是轨道的半长轴,天文单位。

如果n未给出,可以使用(32.6)式得到。

抛物线轨道的情形

计算:s = tan (v/2)

那么:t = T + 27.403895 (s3+3s) q3/2 天

式中近日点距离q的单位是AU。此刻对应的径矢r是:

r = q ( 1 + s2 )

注意:——交点是轨道与黄道的交点!交点所涉及的黄道的历元与轨道要素所用的分点的历元是相同的。例如,如果轨道要素是涉及1950.0标准分点的,那么以上公式得到的是经过“1950.0黄道交点”的时间,而不是在当日黄道上的交点。这种差别通常可以忽略,除非倾角非常小或运动十分缓慢。

例38.a —— 1986年回归的周期慧星HAlley,W.Landgraf[小行星通告 No.10634(1986年4月24日)]提供了以下轨道要素:

T = 1986年2月9.45891 TD ω= 111°.84644 e = 0.96727426 n = 0.01297082 度/日 a = 17.9400782

近日点参数ω是涉及1950.0标准分点的。

对于经过升交点,我们有:

v = 360°- ω = 248°.15356

tan(E/2) = -0.1906646

E = -21°.5894332

M = -21°.5894332 - ( 0.96727426 * 57°.29577951 ) sin (21°.5894332) = -1°.1972043

t = T + (-1.1972043)/0.01297082 = T - 92.2998 日

因此,慧星经过升交点(在1950.0黄道上)发生在近日点之后92.2998日,即1985年11月9.16日TD。

由公式(38.4)得到 r = 1.8045AU。所以,在它的升交点,著名的慧星稍微在火星的轨道之外。

对于降交点,类似得到:

v = 180°- ω = 68°.15356

E = +9°.9726067

M = +0°.3749928

t = T + 28.9105 日 = 1986年3月10.37 TD

r = 0.8493 AU,在金星和地球轨道之间

事实上,慧星运动(i=162°)是逆行的,这里离题了。不管怎样,ω总是从升交点,沿道天体运动方向测量的。

例38.b ——对于慧星Helin-Roman(1989s = 1989IX),Marsden(小行星通告 No.16001,1990年3月11日)已经计算出了以下抛物线轨道要素:

T = 1989年8月20.29104 TD q = 1.3245017AU ω= 154°.90425 (1950.0)

对于升交点,我们有:

v = -ω = -154°.90425 s = -4.4929389 t = T - 4351.68日 = 1977年9月20日 r = 28.06 AU

对于降交点,我们有:

v = 180°- ω = +25°.09575 s = -0.2225715 t = T + 28.3527 日 = 1989年9月17.644日 TD r = 1.3901 AU

例38.c ——计算1970.0附近,金星经过升交点的时间。

我们使用表30.A中的轨道要素。我们得到:

a = 0.723329820,因此 n = 1.602137

e = 0.00677188 - 0.000047766T + 0.0000000975T2

ω= π - Ω = 54°.883787 + 0°.5010998T - 0°.0014800T2

T3次可以安全的忽略掉。e和ω随时间变化非常缓慢。我们计算历元1979.0的相关值,那么T=0.21。我们得到:

e = 0.00678192, ω = 54°.778491

然后依次有:

v = -ω = -54°.778491

E = -54°.461669

M = -54°.145475

t = T - 33.7958 日

在例37.a,我们已经知道金星经过近日点的时间是T=1978年12月31.204。因此,我们有:

t = 1978年11月27.408日 或 1978年11月27日10h TD。

重要注意

本章的算法是假设天体运动在无摄动的轨道上。要获得完全精度,应在预期的时间附近计算3个或5个时刻的天体日心黄纬。当然,在交点时,我们有黄纬 = 零。

1990年9月4日土星达到它的轨道的降交点(当日黄道上),在2005年1月8日达到升交点。

1984年12月21日天王星在降交点,2029年5月19日经过升交点。

对于海王星,我们有:

升交点:1920年06月03日 降交点:2003年08月11日 升交点:2084年12月30日