Mars24 Sunclock – Zeit auf dem Mars
Technische Hinweise zur Mars-Sonnenzeit wie von der Mars24 Sunclock übernommen
Von Michael Allison und Robert Schmunk
NASA Goddard Institute for Space Studies
(Aktualisiert am 07.03.2021)
Diese hinweise geben einen technischen Überblick über die Definitionen von numerischen Auslesungen in Mars24.Die zitierten Arbeiten und weitere Details finden Sie in den Referenzen, einschließlich Zeitschriftenartikeln von Allison (1997), Allison und McEwen (2000) und anderen.Eine weniger technische Darstellung der Sonnenzeit auf dem Mars ist in der 1998 Website Artikel“Telling Time on Mars“.Informationen zu den spezifischen Bedienelementen und Anzeigen in Mars24 finden Sie im zugehörigen Benutzerhandbuch.
Mars-Sonnentage und 24-Stunden-Uhrenkonvention
Nach der langjährigen Praxis, die ursprünglich 1976 von den Viking Landermissions übernommen wurde, wird die tägliche Variation der Mars-Sonnenzeit in Form einer 24-Mars-Stunden-Uhr berechnet, die eine 24-teilige Aufteilung des Sonnentages des Planeten darstellt, zusammen mit den traditionalsexagesimal-Unterteilungen von 60 Minuten und 60 Sekunden. Ein Mars-Sonnentag hat eine mittlere Zeitspanne von 24 Stunden 39 Minuten 35,244 Sekunden und wird üblicherweise als „Sol“ bezeichnet, um dies von dem etwa 3% kürzeren Sonnentag auf der Erde zu unterscheiden.Der Mars-Sternentag, gemessen in Bezug auf die Fixsterne, ist 24h 37m 22.663s, verglichen mit 23h 56m 04.0905s für die Erde.
Mars Solar Seasons
Der scheinbare saisonale Fortschritt der Sonne auf dem Mars wird üblicherweise in Bezug auf den geozentrischen Längengrad Ls gemessen, bezogen auf die Frühlingstagundnachtgleiche des Planeten (den aufsteigenden Knoten der scheinbaren saisonalen Bewegung der Sonne auf dem Planetenäquator). Wie definiert, Ls = 0°, 90°, 180°, und270 ° zeigen die Mars nördlichen Hemisphäre Frühlings-Tagundnachtgleiche, Sommersonnenwende, Herbst-Tagundnachtgleiche und Wintersonnenwende, beziehungsweise.
In Bezug auf Ls entspricht die saisonal variable, planetenzentrierte Sonnendeklination darcsin, wobei die Schrägheit ε die Neigung der Spinachse des Planeten in Bezug auf die Ebene seiner Umlaufbahn ist. Für eine genaue Darstellung der Sonneneinstrahlung relativ zur Ebene einer lokal ebenen Oberfläche kann die Sonnendeklination um den kleinen Unterschied korrigiert werden, der dem sogenannten planetographischen Breitenmaß auf einer abgeflachten Kugel entspricht, wie es in der Mars24-Sonnenuhr der Fall ist.
Infolge der Exzentrizität der Umlaufbahn des Mars entwickelt sich Ls etwas ungleichmäßig mit der Zeit, kann jedoch effizient als trigonometrische Potenzreihe für die Exzentrizität der Umlaufbahn und die mittlere Anomalie der Umlaufbahn in Bezug auf das Perihel ausgewertet werden. Die areozentrische Länge am Perihel, Ls, p = 251 °.000 + 0°.0064891 × (yr – 2000), zeigt anear Ausrichtung der nächsten Annäherung des Planeten an die Sonne in seiner Umlaufbahn mit seiner Wintersonnenwende Saison, im Zusammenhang mit dem gelegentlichen Beginn der globalen Staubstürme innerhalb theadvance dieser Saison.
Mars Orbit Periods
Die Periode für die Wiederholung des planetenzentrierten Maßes der mittleren Sonnenlänge wird als tropisches Jahr bezeichnet. (Diese Periode ist mit der Rate des Fortschritts der „fiktiven mittleren Sonne“ verbunden, wie unten diskutiert.) Das tropische Jahr des Mars ist 686.9725Tag oder 668.5921 Sol. Zum Vergleich das Mars-Sternjahr, gemessen in Bezug aufzu den Fixsternen ist 668,5991 sol. Der Unterschied zwischen diesen Werten ergibt sich aus derpräzession der Spinachse des Planeten.
Das mittlere Intervall zwischen der Wiederholung der Perihelpassage des Planeten, oranomalistisches Jahr, beträgt 668,6147 sol und entspricht der Vorschubgeschwindigkeit der orbitalen mittleren Anomalie des Planeten. Die mittlere Wiederholungsperiode für eine bestimmte Sonnensaison variiert mitder Ls. Die mittleren Wiederholungsintervalle für Frühlings-Tagundnachtgleiche, Sommersonnenwende, Herbst-Tagundnachtgleiche und Wintersonnenwende auf dem Mars betragen 668.5906 sol, 668.5879 sol, 668.5940 sol und 668.5957 sol, und der Durchschnitt von diesen ist gerade das tropicalyear.
Mittlere und wahre Sonnenzeit
Auch als Ergebnis der Exzentrizität der Umlaufbahn eines Planeten sowie seiner Schiefe gibt es eine saisonal variable Diskrepanz zwischen dem gleichmäßigen Vorrücken einer künstlich definierten mittleren Sonnenzeit und der wahren Sonnenzeit, die der tatsächlichen planetenzentrierten Position der Sonne am Himmel entspricht. Nach der herkömmlichen Verwendung der terrestrischen Zeitmessung wurde die Meansolarzeit auf dem Mars in Bezug auf die sogenannte Rektaszension der fiktiven mittleren Sonne (FMS) definiert. Wie definiert, ist der FMS der Winkel zwischen der Mond-Tagundnachtgleiche des Planeten, gemessen entlang der Ebene seines Äquators, und einer künstlich definierten „dynamischen mittleren Sonne“, die mit einer Geschwindigkeit voranschreitet, die dem tropischen Sonnenjahr des Planeten entspricht (d. H. Der Mars FMS schreitet mit einer Geschwindigkeit von 360 ° / 686,9725 Tag oder 0,5240384 ° / Tag).Sein numerischer Wert (auf ein beliebiges Vielfaches von 360 °) ist nur die Summe der orbitalen mittleren Anomalie, M, und der areozentrischen Länge am Perihel, Ls, p. Der FMSat Mars wurde von Allison und McEwen (2000) (im Folgenden „AM2000“) als Mittelwert für eine genaue Berechnung der areozentrischen Länge über 134 Marsbahnen (für die Jahre 1874-2127) bewertet, angepasst in seiner Winkelposition um die (~ 0 °.0046)solar Aberration. Diese Bewertung wurde vom Mars Exploration Roverproject für seine Definition der mittleren Sonnenzeit des Mars übernommen (vgl. Roncoli et al., 2002).
Die Differenz zwischen der wahren Sonnenzeit (TST) und der mittleren Sonnenzeit (MST), die im entsprechenden Winkelmaß der Differenz zwischen den rechten Sonnenaspensionen des FMS und der wahren Sonne entspricht, wird als Zeitgleichung (EOT) bezeichnet. Für die Erde variiert die EOT zwischen -14,2 min und +16,3 min. Mars hat mit seiner mehr als fünfmal größeren Exzentrizität eine EOT, die zwischen -51,1 min und +39,9 min variiert. Das parametrische Diagramm der EOT gegen die Sonnendeklination wird genanntdas Solaranalemma. Für die Erde hat dies die Form eines Figur-8-Musters, das oft auf Sonnenuhren und Globen (für letztere typischerweise im leeren Raum des Südpazifik) markiert ist. Zum Beispiel nimmt das Analemma die Form von Araindrop odermisformbirne.
Lokale und „zonale“ Zeiten
Die Definition des Mars-Nullmeridians wurde verfeinert, da Beobachtungen des Planeten seine Verbesserung ermöglichten. Ein kleines kreisförmiges Albedo-Merkmal, das in den 1830er Jahren von Astronomen beobachtet wurde, die versuchten, die Rotation des Planeten zu messen, wurde 1877 verwendet, um den Hauptmeridian des Mars von 0 ° zu bezeichnen. Der Ort wurde später Sinus Meridiani („Meridian Bay“) genannt.
Nach Beobachtungen des Mars durch Mariner 9 wurde ein halber Kilometer breiter Krater innerhalb des Sinus-Meridians verwendet, um den Längengrad 0° zu bezeichnen (de Vaucoulers et al., 1973).Ein Krater innerhalb des Kraters wurde später als AIRY-0 bezeichnet,zum Gedenken an den britischen Astronomen George Biddeley, der das Teleskop in Greenwich baute, dessen Standort als Nullmeridian auf der Erde definiert wurde.Neuere Bemühungen, die Unsicherheit in den Marslanderstandorten einzuschränken, haben eine weitere Verfeinerung der Nullmeridiandefinition innerhalb von 6 Metern vorgeschlagen, basierend auf den Landerstandorten, und insbesondere, dass Längengrad 0 ° als genau 47,95137 ° östlich von Viking Lander 1 definiert wird (Kuchynka et al., 2014).Die Mars24-Anwendung bezieht sich auf die mittlere Sonnenzeit am Nullmeridian des Mars als“Airy Mean Time“ (AMT) in Analogie zur „Greenwich Mean Time“ (GMT) der Erde, obwohl letzterer Begriff durch die genauere ersetzt wurde koordinierte Weltzeit (UTC) in internationalen Zeitmessdiensten.
Für einen gegebenen Ort auf dem Mars lassen sich die lokale wahre Sonnenzeit (LTST) und die lokale mittlere Sonnenzeit (LMST) leicht aus der TST und MST am Nullmeridian bestimmen, indem eine Anzahl Vonmarsstunden addiert wird, die dem östlichen Längengrad des Ortes geteilt durch 15 entspricht. Somit hätte ein Ort bei 45 ° eine LTST, die genau drei Marsstunden hinter der wahren Sonnenzeit bei 0 ° liegt.Mitte der 1800er Jahre wurde die Verwendung lokal gemessener und definierter Zeit auf der Erde schrittweise durch die Verwendung von Zeitzonen ergänzt, um die Standardisierung von Eisenbahnfahrplänen und in geringerem Maße die Aufzeichnung wissenschaftlicher Beobachtungen zu erleichtern. Dieser Prozess gipfelte 1884 in einer internationalen Konferenz, die das globale System der Zeitzonen schuf und den Längengrad von Greenwich als Nullmeridian festlegte. Jede Zone ist ungefähr 15 ° breit, genaubreite und Form unterliegen politischen Grenzen und bedeutenden geografischen Merkmalen. Innerhalb jeder Zone werden Uhren auf dieselbe Stunde bezogen.
Mars24 bietet die Möglichkeit, die Ortszeit an einem ausgewählten Ort in Bezug auf ähnlich aufgebaute „Mars-Zeitzonen“ anzuzeigen. Wir haben diese Zonen so definiert, dass sie genau 15 ° breit und auf aufeinanderfolgenden 15 ° Vielfachen der Länge zentriert sind, bei 0 °, 15 °, 30 ° usw. Abgesehen von der Verwendung des Begriffs „Airy Mean Time“ haben wir nicht versucht, diese Zonen zu benennen, wie zum Beispiel „Olympus Standard Time“, sondern identifizieren ihre Auslesung mit einem Suffix, das den Zeitzonen-Offset angibt. Für den Fall von Olympus Mons ist der timezoneidentifier also „AMT-9“ oder neun Marsstunden hinter der mittleren Zeit.
Mars Sol Date (MSD)
Zahlreiche Monats-Jahres-Kalender wurden für den Mars vorgeschlagen, in der wissenschaftlichen Literatur, in der populären Fiktion und anderswo. Ebenso sind in der wissenschaftlichen Literatur Schemata zum Zählen von Marsjahren aus der einen oder anderen Epoche aufgetaucht, die in unterschiedlichem Maße bekannt sind. Die Mars24-Anwendung verwendet noch keinen dieser Kalender oder Aufzählungen.
Wir haben jedoch in die Mars24-Anzeigen das „Mars Sol Date“ (MSD) aufgenommen, wie von AM2000 definiert. Dies stellt eine fortlaufende Zählung der Marssolartage dar, die seit dem 29. Dezember 1873 um ungefähr Greenwich Noon (julianisches Datum 2405522.0) verstrichen sind.Diese Epoche war vor der großen Perihelopposition des Mars im Jahr 1877 und geht fast allen detaillierten Beobachtungen zeitlicher Veränderungen auf dem Planeten voraus. Es entspricht einem MarsLs von 277 °, ungefähr der gleichen planetozentrischen Sonnenlänge wie für die Erde am selben Tag. MSD 44796.0 fällt ungefähr mit 2000 January6.0 zusammen, bei einem nahezu übereinstimmenden Nullmeridian Midnights auf den beiden Planeten und einer Wiederholung vonmars Ls = 277 °. Die Periode 44796 Sols repräsentiert auch eine nahezu Vergleichbarkeit von 126 julianischen Jahren und 67 tropischen Mars-Revolutionen. Im Prinzip könnte die MSD als kohärente Sol-Date-Referenz für eine Vielzahl von Marsmissionen und Beobachtungen verwendet werden.
Mars24-Genauigkeit
Mars24 verwendet die Kurzseriendarstellung der sieben größten kurzperiodischen planetaren Störungen der Marsbahnlänge, die von AM2000 spezifiziert wurde, wie von Simon et al.(1994). Detaillierte Vergleiche mit einer genauen Ephemeride legen nahe, dass der maximale Fehler in derberechnete Ls durch den angenommenen Algorithmus ist 0°.008 über ±100 Jahre von J2000. Entsprechend der impliziten Abhängigkeit der berechneten EOT von der UTC kann die resultierende wahre Sonnenzeit auf einen Fehler von bis zu 3 Sekunden geschätzt werden. Der Fehler in der aktuell codierten Konvertierung zwischen TT und UTC ist selbst für einige Zeiträume in der Zeit nach 1975 um bis zu 3 Sekunden fehlerhaft.
Natürlich kann die Berechnung der lokalen (wahren oder mittleren) Sonnenzeit nicht genauer sein als die longitudinale Platzierung des lokalen Punktes von Interesse. Die vorhergesagten Sonnenzeiten für den Standort der Agiven-Lander müssen daher möglicherweise überarbeitet werden, da bessere Kenntnisse über ihre Standorte verfügbar werden. Obwohl relativ genaue Koordinaten von Post-2000-Landern schnell nach ihrer Landung erhalten wurden, Streitigkeiten über die genauen Standorte der beiden Viking-Landersetzten sich für einige Zeit fort und wurden erst beigelegt, als die Lander Jahrzehnte später auf Oberflächenfotografie von späteren Orbitern entdeckt wurden.
Obwohl die Tageszeit aus der Kenntnis des Längengrades berechnet werden kann, erfordern Schätzungen der Zeiten des lokalen Sonnenauf- und -untergangs sowie der Zeiten des Erdauf- und -untergangs auch den planetografischen Breitengrad. Trotzdem können die Ergebnisse aufgrund der lokalen Topographie und der atmosphärischen Brechung fehlerhaft sein. Der Vergleich mit bekannten Zeiten für eine begrenzte Anzahl von Sonnen- und Erdaufstiegs- und -Untergangsereignissen an Marslanderstandorten legt nahe, dass der Fehler bei der Berechnung dieser Zeiten ohne topografische und atmosphärische Effekte weniger als 30 Sekunden beträgt.
Lander Mission Times
Jedes Mars Lander Mission Projekt hat eine andere Referenz für seine Solar timekeepingand Mission clock angenommen. Missionsdaten werden üblicherweise als Anzahl der Solen seit dem Datum angegeben, an dem der jeweilige Lander auf der Marsoberfläche landete. Je nach Missionskriterien wurde der Solduring, in dem die Landung stattfand, unterschiedlich als Sol 0 oder Sol 1 bezeichnet. Im Allgemeinen beginnt die Zeitmessung mit Sol 0, wenn die Mission spät am Tag gelandet ist und bis zum nächsten Sol keine „sinnvollen Missionsoperationen“ durchführen konnte.
Eine komplexere Frage war, wie man die Epoche definiert, in der die erste Sol begann.Dies hat sich wiederum geändert und basiert entweder auf dem (geplanten) Landeplatz LTST oder LMST midnightimmediately vor der Landung oder auf einem bestimmten Offset von diesem vor Mitternacht. Aber egal, wie diese anfängliche Epoche für die Missionsuhr definiert wurde, Alle bis auf eine der Landerclocks haben dann mit der Rate der mittleren Marszeit „getickt“.
Hinweis: Für die früheren Landermissionen — die beiden Viking Landers sowie für MarsPathfinder — sind Diskrepanzen zwischen den Spezifikationen der Missionsuhr und dem Versuch von Mars24, die Zeitpläne der Missionsdaten abzugleichen, das Ergebnis verbesserter Kenntnisse über den Mars-Spinpol sowie Aktualisierungen der Marskartographie, die sich sowohl aus Daten ergeben, die von diesen Missionen gesammelt wurden, als auch aus Fotografien, die von Orbitermissionen wie den Viking Orbiters und Mars GlobalSurveyor gesammelt wurden.
Viking Landers (VL1, VL2):Die „lokale Landerzeit“ für die beiden wandernden Landermissionen begann jeweils mit Sol 0, beginnend mit Mitternacht LTST am jeweiligen Landerstandort unmittelbar vor dem Aufsetzen, aber mit der Rate der mittleren Sonnenzeit voranschreiten. Die bei der Bestimmung der LTST-Koordinaten verwendeten Positionen waren anscheinend die Landekoordinaten, die während des Zeitraums zwischen dem Erreichen des Mars durch die Viking-Orbiter und dem anschließenden Einsatz der Lander ausgewählt wurden, d. H. Der für die VL1-Zeitberechnungen verwendete Längengrad betrug 312,5 ° E und für VL2 134,14 ° E. Mars24 berechnet jedoch die Missionszeiten für die beiden Lander basierend auf expliziten UTC-Epochen für die Sol 0 jedes Viking-Landers, die aus der Lander-Meteorologiedatenbanddokumentation stammen, die mit dem National Space Science Data Center archiviert wurde.
Mars Pathfinder (MPF):Die Dokumentation zur Missionsplanung für theMars Pathfinderlander und seinen Sojourner Rover diskutierte nicht nur die Bedeutung von LTST und LMST, sondern auch eine „hybride Sonnenzeit“, im Wesentlichen eine etwas komplexe Offset-Version von LMST, die periodisch angepasst worden wäre, um den Unterschied zwischen LTST und dem Offset-LMST auf weniger als 5 Minuten zu beschränken (Vaughan, 1995). Allerdings scheinen Zeitmarken für die „Mars Local Solar Time“, die in Materialien wie der Pathfinder-Missionswebsite (z. B. der Webseite für Projektdaten) enthalten sind, alle nur ein LTST-Schema und nicht das Hybridsystem verwendet zu haben. Die Mars24-Anzeige der MPF-Missionszeit verwendet die LTST-Zeitmessung und soll diesen veröffentlichten Zeitplänen entsprechen.
Mars Exploration Rovers (MER-A, MER-B): Die „hybride lokale Sonnenzeit“, die für die twoMars Exploration Rover-Projekte verwendet wurde, basierte auf einem Offset vom Landeplatz LMST, wie von Roncoli et al. (2002), und nannte dort den „MER Continuous Time Algorithm“. Die Absicht dieser Offsets war, dass etwa in der Mitte jeder der MER-A- und -B-Nominalmissionen (d. H. Am 45. Tag nach der Landung) die Lander-Missionszeit innerhalb von 30 Sekunden mit LTST übereinstimmen sollte. Für MER-ASpirit betrug der Unterschied zwischen der Missionszeit des Landers und LMST mehr als 41 Minuten;während für MER-B Opportunity der Unterschied mehr als 37 Minuten betrug. Wie bei Pathfinder gab Sol 1 für jeden MER-Lander den Sonnentag an, an dem der Lander aufsetzte. Obwohl basierend auf den geplanten Landelängen, werden die Uhrzeiten für beide Rover in Mars24 unter Verwendung expliziter UTC-Epochen berechnet.
Mars Phoenix (PHX): Die Mars Phoenixmission verwendete wieder Sol 0, um den Sonnentag anzugeben, an dem der Lander aufsetzte.Missionsplaner spezifizierten ursprünglich eine Missionsuhr basierend auf LMST an einem geplanten Landeplatz bei 233,35 ° E. Es gab jedoch eine späte Entscheidung, die Landung um 0,9 ° ostwärts zu verschieben, während eine Missionsuhr basierend auf dem vorherigen Standort beibehalten wurde. Diese Entscheidung hätte zu einer Missionsuhr geführt, die von LMST um etwa zweieinhalb Minuten versetzt war, aber wie sich herausstellte, landete Phoenix 5 km vom Ziel entfernt bei 234,248 ° E. Das Endergebnis war, dass sich die Missionszeit und der Landerstandort LMST um etwa dreieinhalb Minuten unterschieden.
Mars Science Laboratory (MSL):Das Mars Science Laboratory-Projekt definierte auchsol 0 als der Sonnentag, an dem der Rover aufsetzen würde. Während der Planung spezifizierten die Missionskontrolleure eine Missionsuhr, die um Mitternacht LMST für einen Landeplatz bei 137,42 ° E begann. Der Landeplatz wurde später leicht verändert und Kurskorrekturen vorgenommen, während MSL im Flug zum Mars war. Als der Rover Curiosity etwas „lang“ von den endgültigen Zielkoordinaten landete, befand sich der Landeplatz bei 137, 442 ° E. Nach dem Vorbild von Phoenix gab es keine Neudefinition der MSL-Missionsuhr, um sie an die tatsächlichen Landekoordinaten anzupassen, und so ergab sich ein Unterschied von einigen Sekunden zwischen LMST am Landeplatz und der Missionsuhr.InSight (NSYT): Das Mars InSight-Projekt definierte Sol 0 als den Sonnentag, an dem der Lander aufsetzen würde, der im November stattfand. 26, 2018. Während der Planung wurde eine Missionsuhr definiert als Beginn um Mitternacht LMST für einen Landeplatz bei 135,97 ° E.Die Landung erfolgte tatsächlich bei 135,62 ° E, was bedeutet, dass die Missionsuhr etwa 85 Sekunden vor der LMST des Landers liegt.Mars 2020 Perseverance (M20): Das Mars 2020 Perseverance-Projekt spezifizierte Solar 0 als den Sonnentag, an dem der Rover aufsetzen würde, der im Februar stattfand. 18, 2021. Während der Planung gaben die Missionscontroller eine Missionszeit an, die um Mitternacht LMST für einen Landeplatz bei 77,43 ° E beginnt.