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太阳在一年里,为什么会在不同星空方向?

固定记录日期,计算从地球中心看太阳的背景方向。

太阳与地球

太阳白天太亮,平常看不见它后面的恒星;但我们可以计算它相对天球坐标网的位置。拖动一年中的日期,看黄经转过一圈,赤纬随之南北变化。这里不是实时定位望远镜。

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先猜一下

太阳的黄经,是你站在地面看它朝东还是朝西的角度吗?

查看答案与解释

不是,是天球背景坐标 — 地面方位还需要地点与地球自转时刻,本课先计算太阳的地心天球位置。

再把体验和科学连起来

用日期给太阳的位置做记录

太阳相对背景恒星的方向随一年缓慢变化,不是一天中东升西落的方位角。

T = (JDE − 2451545.0)/36525

先从平均运动开始

太阳的平均黄经和近点角按日期计算;地球轨道并非正圆,还需加上中心差。

真实几何黄经 Θ = L₀ + C

再换成赤经和赤纬

黄赤交角把黄道方向转成赤道方向。太阳赤纬一年内南北改变,与季节日照有关。

α = atan2(cos ε sin λ, cos λ)

精度要和用途匹配

切换椭圆近似与附录III的周期项方法。后一条路线计算地球黄纬、FK5修正、章动与光行差,再得到太阳视坐标;它仍不是完整VSOP87。

附录截断周期项 ≠ 完整VSOP87

把计算链展开

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视 = 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视,cos λ视) δ = asin(sin ε sin λ视)

以上展开低精度分支:角度用度,ε采用低精度视交角;L₀、M、Θ、λ归一化。高精度分支另由附录III截断周期项计算,并非在这条链上多保留小数。

试一试

比较3月、6月、9月和12月附近;“原书算例”回到1992年10月13日,用于检查算法。

动手看一遍 →

符号不用背

JDE / TD
动力学时间的连续日数 / 原书时间尺度写法
L₀ / M / C
平均黄经 / 平近点角 / 中心差
Θ / λ
真实几何黄经 / 近似视黄经
α / δ / R
赤经 / 赤纬 / 地日距离(AU)

算法、精度与适用范围

两条独立路线:低精度按式25.1–25.8计算椭圆运动;较高精度按附录III地球L0–L5、B0–B1、R0–R4周期项求和(时间单位儒略千年,角结果弧度),取地心太阳L+180°、−B,再用25.9作FK5修正,22.A的63项章动和25.10的20.4898″/R光行差得到视黄经,配真黄赤交角转换视赤经赤纬。系数事实与本地AAEarth/AANutation表核对,算法在此文件独立实现;没有使用首页近似星历。AA+的普适FK5经度校正多一个与tanβ相乘的极小项,书中太阳式25.9省略它;日期赤道比较另明确22.2与AA+长式22.3黄赤交角的差别。界面仅2000年与原书1992例,不对任意年代承诺精度。未加入完整2425项VSOP87和25.11极高精度光行差分支。

我的理解检查

多显示几位小数,能把低精度模型变成高精度理论吗?

不能 — 算法省略的物理项不能靠输出格式恢复。

地球轨道偏心会让太阳相对背景的运动完全匀速吗?

不会 — 低精度法用中心差修正匀速的平均运动。

这里的日期使用哪种时间标记?

书中的TD/JDE — 未把动力学时日期转换为本地时区。

先算太阳在天球坐标网里的位置,再结合你所在的地点与时刻,才知道它在眼前哪里。

Jean Meeus · Astronomical Algorithms, 2nd ed. · 第 25 章

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