Reloj Solar Mars24 — Hora en Marte
Notas técnicas sobre la Hora Solar de Marte según lo adoptado por el Reloj Solar Mars24
Por Michael Allison y Robert Schmunk
Instituto Goddard de Estudios Espaciales de la NASA
(Actualizado en 2021-03-07)
un resumen técnico sobre las definiciones de lecturas numéricas en Mars24.Los artículos citados y más detalles se pueden encontrar en las referencias, incluyendo artículos de revistas de Allison (1997), Allison y McEwen (2000), y otros.Una explicación menos técnica de la hora solar en Marte se proporciona en el artículo del sitio web de 1998 «Diciendo la hora en Marte».La información sobre los controles y pantallas específicos de Mars24 se proporciona en la Guía del usuario acompañante.
Convención de Días Solares de Marte y Reloj de 24 horas
Siguiendo la práctica de larga data adoptada originalmente en 1976 por las Misiones Viking Land, la variación diaria del tiempo solar de Marte se calcula en términos de un reloj de 24 horas de Marte,que representa una división de 24 partes del día solar del planeta, junto con las subdivisiones asimétricas tradicionales de 60 minutos y 60 segundos. Un día solar de Marte tiene un período medio de 24 horas, 39 minutos y 35,244 segundos, y se conoce habitualmente como» sol » para distinguirlo del día solar aproximadamente un 3% más corto en la Tierra.El día sideral de Marte, medido con respecto a las estrellas fijas, es de 24h 37m 22.663 s, comparado con 23h 56m 04.0905 s para la Tierra.
Estaciones Solares de Marte
El avance estacional aparente del Sol en Marte se mide comúnmente en términos de la longitud areocéntrica Ls, como se refiere al equinox vernal del planeta (el nodo ascendente del movimiento estacional aparente del Sol en el ecuador del planeta). Tal como se define, suma fija = 0°, 90°, 180°, and270 ° indican el equinoccio vernal del hemisferio norte de Marte, solsticio de verano, equinoccio de otoño y solsticio de invierno, respectivamente.
En términos de Ls, la declinación solar estacionalmente variable, centrada en el planeta d es igual a la arcsina, donde la oblicuidad ε es la inclinación del eje de giro del planeta con respecto al plano de su órbita. Para una explicación precisa de la iluminación solar en relación con el plano de una superficie localmente plana, la declinación solar se puede corregir para la pequeña diferencia apropiada a la llamada medida planetográfica de latitud en una esfera oblata, como en el reloj de sol Mars24.
Como resultado de la excentricidad orbital de Marte, los avances de Ls son algo desiguales con el tiempo, pero pueden evaluarse eficientemente como una serie de potencias trigonométricas para la excentricidad orbital y la anomalía media orbital medida con respecto al perihelio. Longitud areocéntrica en el perihelio, Ls , p = 251°.000 + 0°.0064891×(yr-2000), indica un alineamiento de la aproximación más cercana del planeta al Sol en su órbita con su temporada de solsticio de invierno, en relación con el inicio ocasional de tormentas de polvo globales en el transcurso de esta temporada.
Períodos de órbita de Marte
El período para la repetición de la medida de longitud solar media centrada en el planeta se refiere al año tropical. (Este período está vinculado a la tasa de avance del»Sol Medio Ficticio», como se discute a continuación. El año tropical de Marte es de 686.9725 días o 668.5921 sol. A modo de comparación, el año sideral de Marte, medido con respecto a las estrellas fijas, es de 668,5991 sol. La diferencia entre estos valores es el resultado de la recuperación del eje de giro del planeta.
El intervalo medio entre la repetición del paso del perihelio del planeta, año oromalista, es de 668,6147 sol, y corresponde a la tasa de avance de la anomalía media absorbital del planeta. El período medio de repetición para una estación solar en particular varía con la Ls. Los intervalos medios de repetición para el equinoccio de primavera, solsticio de verano, equinoccio de otoño y solsticio de invierno en Marte son 668.5906 sol,668.5879 sol, 668.5940 sol y 668.5957 sol, respectivamente, y el promedio de estos es solo el año tropical.
Tiempo Solar Medio y Verdadero
También como resultado de la excentricidad orbital de un planeta, así como de su oblicuidad, existe una discrepancia estacionalmente variable entre el avance uniforme de un Tiempo Solar Medio definido artificialmente y del Tiempo Solar Verdadero correspondiente a la posición centrada en el planeta real del Sol en su cielo. Siguiendo el uso convencional de la cronometraje terrestre, el tiempo Solar Medio en Marte se ha definido en referencia a la llamada Ascensión Recta del Sol Medio Ficticio (FMS). Como se define, el FMS es el ángulo entre el equinoccio de gobierno del planeta, medido a lo largo del plano de su ecuador, y un»Sol medio dinámico» definido artificialmente que avanza a una velocidad correspondiente al año tropical solar del planeta(es decir, el FMS de Marte avanza a una velocidad de 360°/686,9725 días o 0,5240384°/día).Su valor numérico (dentro de un múltiplo arbitrario de 360°) es solo la suma de la anomalía media orbital, M, y la longitud areocéntrica en el perihelio,Ls,p. El FMSat Marte fue evaluado por Allison y McEwen (2000) (en adelante «AM2000») como un ajuste medio para un cálculo preciso de la longitud areocéntrica sobre 134 órbitas de Marte(para los años 1874-2127), ajustado en su ubicación angular por el (~0°.0046) aberración solar. Esta evaluación fue adoptada por el Mars Exploration Roverproject para su definición del Tiempo Solar Medio de Marte(cf. Roncoli et al., 2002).
La diferencia entre el Tiempo Solar Verdadero (TST) y el Tiempo Solar Medio (MST), equivalente en la medida angular correspondiente a la diferencia entre las ascensiones derechas del FMS y el Sol verdadero, se conoce como la Ecuación del Tiempo(EOT). Para la Tierra, el EOT varía entre -14.2 min y +16.3 min. Marte, con su excentricidad orbital más de cinco veces mayor, tiene un EOT que varía entre -51,1 min y +39,9 min. La gráfica paramétrica del EOT frente a la declinación solar se denomina analema solar. Para la Tierra, esto toma la forma de un patrón de figura-8, que a menudo se marca en relojes de sol y globos (para estos últimos, típicamente en el espacio vacío del Pacífico Sur). Para Marte, el analema asume la forma de una pera en forma de gota de ara shapis.
Tiempos locales y «Zonales»
La definición del meridiano primo de Marte se ha perfeccionado a medida que las observaciones del planeta han permitido su mejora. Una pequeña característica circular de albedo observada en la década de 1830 por astronómeros que intentaban medir la rotación del planeta fue utilizada en 1877 para designar el meridiano primitivo de Marte de 0°. La ubicación fue posteriormente llamada Sinus Meridiani («Bahía Meridiana»).
Tras las observaciones de Marte realizadas por el Mariner 9, un cráter de medio kilómetro de ancho dentro del Meridiano Sinusal se utilizaba para designar la longitud 0° (de Vaucoulers et al., 1973).Un cráter dentro del cráter fue designado más tarde Comoairy-0, en conmemoración del astrónomo británico George Biddel Airy, quien construyó el telescopio en Greenwich, cuya ubicación llegó a ser definida como el meridiano principal de la Tierra.
Los esfuerzos más recientes para limitar la incertidumbre en las ubicaciones del módulo de aterrizaje de Star sugirieron un refinamiento adicional de la definición de meridiano primario a 6 metros en función de las ubicaciones del módulo de aterrizaje, y específicamente que la longitud 0° se definiera exactamente como 47,95137 ° al este del módulo de aterrizaje Vikingo 1(Kuchynka et al., 2014).
La aplicación Mars24 se refiere al tiempo solar medio en el meridiano primario de Marte como»Tiempo Medio Aireado» (AMT), en analogía con el «Tiempo Medio de Greenwich» de la Tierra (GMT),aunque este último término ha sido suplantado por el Tiempo Universal Coordinado(UTC) más preciso en los servicios internacionales de cronometraje.
Para una ubicación dada en Marte, la Hora Solar Verdadera Local (LTST) y la Hora Solar Media Local(LMST) se determinan fácilmente a partir de la TST y la MST en el meridiano primario agregando un número de horas de Barras igual a la longitud este de la ubicación dividida por 15. Por lo tanto, una ubicación a 45°tendría un LTST que está exactamente a tres horas de Marte por detrás de la hora solar verdadera a 0°.
A mediados de la década de 1800, el uso del tiempo medido y definido localmente en la Tierra se suministró gradualmente mediante el uso de zonas horarias para facilitar la estandarización de los horarios ferroviarios y, en menor medida, del registro de observaciones científicas. Este proceso culminó en 1884 en una conferencia internacional que creó el sistema global de zonas horarias y especificó la longitud de Greenwich como el meridiano principal. Cada zona tiene aproximadamente 15° de ancho, el ancho y la forma exactos están sujetos a límites políticos y características geográficas significativas. Dentro de cada uno,los relojes de zona se refieren a la misma hora.
Mars24 incluye la opción de mostrar la hora local en una ubicación seleccionada en términos de «zonas horarias marcianas» construidas de forma similar. Hemos definido estas zonas para que sean exactamente de 15° de ancho y centradas en múltiplos sucesivos de 15° de longitud, a 0°, 15°,30°, etc. Aparte del uso del término «Tiempo medio Aéreo», no hemos intentado nombrar estas zonas, como por ejemplo «Hora Estándar de Olympus», pero identificamos su lectura con un sufijo que indica el desplazamiento de la zona horaria. Por lo tanto, para el caso de Olympus Mons, el identificador de zona horaria es «AMT-9», o nueve horas de Marte por detrás del Tiempo Medio Aireado.
Fecha del Sol de Marte (MSD)
Se han propuesto numerosos calendarios mensuales y anuales para Marte, en la literatura científica, la ficción popular y en otros lugares. Del mismo modo, los esquemas para contar los años de Marte a partir de una u otra época han aparecido en la literatura científica, con diversos grados de aprobación. La aplicación Mars24 aún no emplea ninguno de estos calendarios o numeraciones.
Sin embargo,hemos incluido en las pantallas Mars24 la «Fecha del Sol de Marte» (MSD), tal como se define en AM2000. Esto representa un recuento secuencial de días Marssolares transcurridos desde el 29 de diciembre de 1873 aproximadamente al mediodía de Greenwich (Fecha Juliana 2405522.0).Esta época fue anterior a la gran oposición perihélica de Marte de 1877 y precede a las observaciones casi detalladas de los cambios temporales en el planeta. Corresponde a un MARSL de 277°, aproximadamente la misma longitud solar planetocéntrica que para la Tierra en la misma fecha. MSD 44796.0 es aproximadamente coincidente con el 6,0 de enero de 2000, en una casi coincidencia de las medias noches del meridiano primario en los dos planetas y una repetición de Mars Ls = 277°. El período de 44796 soles también representa una probabilidad cercana de 126 años julianos y 67 revoluciones tropicales de Marte. En principio, el MSD podría utilizarse como referencia coherente de la fecha solar para una variedad de misiones y observaciones a Marte.
Precisión Mars24
Mars24 utiliza la representación en series cortas de las siete mayores perturbaciones planetarias de corto período de la longitud orbital de Marte especificada por AM2000, adaptada de Simon et al.(1994). Comparaciones detalladas con efemérides precisas sugieren que el error máximo en el Ls calculado por el algoritmo adoptado es de 0°.008 a más de ±100 años de J2000. De acuerdo con la dependencia implícita del EOT calculado de los LET, se puede estimar que el Tiempo Solar Verdadero resultante está en error hasta en 3 segundos. El error en la conversión codificada actualmente entre TT y UTC es en sí mismo un error para algunos períodos en la era posterior a 1975 hasta en 3 segundos.
Por supuesto, el cálculo del tiempo solar local (verdadero o medio) no puede ser más preciso que la colocación longitudinal del punto de interés local. Por lo tanto, es posible que sea necesario revisar los tiempos solares previstos para la ubicación de un módulo de aterrizaje dado a medida que se disponga de un mejor conocimiento de su ubicación. Aunque las coordenadas relativamente precisas de los aterrizadores posteriores al año 2000 se obtuvieron rápidamente después de su aterrizaje, las disputas en cuanto a la ubicación precisa de los dos terraplenes vikingos continuaron durante algún tiempo y no se resolvieron hasta que los aterrizadores fueron vistos décadas más tarde, fotografías de su superficie tomadas por orbitadores posteriores.
Aunque la hora del día puede calcularse a partir del conocimiento de la longitud, las estimaciones de las horas de salida y puesta del sol locales, así como de las horas de salida y puesta de la Tierra, también requieren la latitud planetográfica. Aun así, los resultados pueden estar en error debido a la topografía local y la refracción atmosférica. La comparación con los tiempos conocidos para un número limitado de eventos de ascenso solar y terrestre y de conjunto en los sitios de aterrizaje de Marte sugieren que, al no haber efectos topográficos y atmosféricos, el error en el cálculo de estos tiempos es de menos de 30 segundos.
Tiempos de la Misión del módulo de aterrizaje
Cada proyecto de la misión del módulo de aterrizaje en Marte ha adoptado una referencia diferente para su reloj de mantenimiento del tiempo solar y de la misión. Las fechas de las misiones se dan comúnmente como un recuento de soles desde la fecha en que el módulo de aterrizaje en particular aterrizó en la superficie marciana. Dependiendo de los criterios de la misión, el soldado durante el cual se produjo el aterrizaje ha sido designado como Sol 0 o Sol 1. Generalmente, el cronometraje comienza con Sol 0 si la misión aterrizó tarde en el día y no pudo realizar «operaciones de misión significativas» hasta el siguiente sol.
Una pregunta más compleja ha sido cómo definir la época en que comenzó el sol inicial.De nuevo, esto ha variado, ya sea en el lugar de aterrizaje (planificado) LTST o LMST a mitad de la noche inmediatamente antes del aterrizaje, o en algún desplazamiento especificado de esa medianoche anterior. Pero no importa cómo se haya definido esta época inicial para el reloj de la misión, todos menos uno de los relojes de tierra han «marcado» a la velocidad del tiempo medio de Marte.
Nota: Para las misiones de aterrizaje anteriores, los dos Aterrizadores Viking, así como para MarsPathfinder, las discrepancias entre las especificaciones del reloj de la misión y las etiquetas de tiempo de datos de la misión attempt tomatch de Mars24 son el resultado de un mejor conocimiento del polo de rotación de Marte, así como actualizaciones de la cartografía marciana, tanto a partir de los datos recopilados por estas misiones como de la fotografía recopilada por misiones de orbitadores como los Orbitadores Viking y Mars GlobalSurveyor.
Aterrizadores vikingos (VL1, VL2):El» tiempo de aterrizaje local » para las dos misiones de aterrizaje cada una comenzó con Sol 0, comenzando a partir de la medianoche del LTST en la ubicación de tierra respectiva inmediatamente antes del aterrizaje, pero avanzando a la velocidad del tiempo solar medio. Las localizaciones utilizadas para determinar la medianoche del primer día fueron, al parecer, las coordenadas de aterrizaje seleccionadas durante el período comprendido entre el momento en que los Orbitadores Viking llegaron a Marte y el momento en que los Aterrizadores se desplegaron posteriormente, es decir, la longitud utilizada para los cálculos de tiempo VL1 fue de 312,5°E y para el VLL2 fue de 134,14°E. Sin embargo, Mars24 calcula los tiempos de misión de los dos aterrizadores basándose en épocas UTC explícitas para el Sol 0 de cada Módulo de Aterrizaje Viking que se obtuvieron de la documentación en cinta de datos de meteorología del módulo de aterrizaje archivada en el Centro Nacional de Datos de Ciencias Espaciales.
Mars Pathfinder (MPF):La documentación de planificación de misiones para el Star Pathfinderlander y su rover Sojourner discutieron no solo el significado de LTST y LMST, sino también un «tiempo solar híbrido», esencialmente una versión compensada algo compleja de LMST que se habría ajustado experimentalmente para limitar la diferencia entre LTST y LMST compensado a menos de 5 minutos (Vaughan, 1995). Sin embargo, las etiquetas de tiempo para la «hora solar local de Marte» incluidas en materiales como el sitio web de la misión Pathfinder (por ejemplo, la página web de datos de trajectory) parecen haber utilizado solo un esquema LTST en lugar del sistema híbrido. La visualización Mars24 del tiempo de misión MPF utiliza el cronometraje LTST y está destinada a coincidir con estas etiquetas de tiempo publicadas.
Rovers de Exploración de Marte (MER-A, MER-B): La «hora solar local híbrida» adoptada para los Rovers de Exploración twoMars se basó en un desplazamiento del LMST del sitio de aterrizaje descrito por Roncoli et al. (2002), y se llamó allí el «Algoritmo de Tiempo Continuo MER». La intención de estas compensaciones era que, aproximadamente en la mitad de cada una de las misiones nominales MER-A y B (es decir, en el sol 45 después del aterrizaje), el tiempo de misión del módulo de aterrizaje se alineara con el LTST dentro de los 30 segundos. Para MER-ASpirit, la diferencia entre el tiempo de misión del módulo de aterrizaje y el LMST fue de más de 41 minutos, mientras que para MER-B Opportunity la diferencia fue de más de 37 minutos. Al igual que con el Pathfinder,Sol 1 para cada módulo de aterrizaje MER denotaba el día solar en el que el módulo de aterrizaje aterrizó. Aunque se basan en las longitudes de aterrizaje planificadas, los tiempos de reloj para ambos rovers se calculan en Mars24 Utilizando épocas UTC explícitas.
Fénix de Marte (PHX): La Misión Fénix de Marte volvió a usar Sol 0 para indicar el día solar en el que el módulo de aterrizaje aterrizó.Los planificadores de la misión originalmente especificaron un reloj de la misión basado en LMST en un lugar de aterrizaje previsto a 233,35°E. Sin embargo, hubo una decisión tardía de cambiar el aterrizaje a unos 0,9°hacia el este, manteniendo un reloj de la misión basado en la ubicación anterior. Esta decisión habría dado lugar a un desplazamiento del reloj de la misión desde el LMST en unos dos minutos y medio, pero al final,Phoenix aterrizó a 5 km del objetivo, a 234,248°E. El resultado final fue que el tiempo de la misión y el sitio del módulo de aterrizaje LMST diferían en unos tres minutos y medio.
Laboratorio de Ciencias de Marte (MSL):El proyecto del Laboratorio de Ciencias de Marte también definió a SOL 0 como el día solar en el que el rover aterrizaría. Durante la planificación, los controladores de la misión especificaron un reloj de la misión que comenzaba a la medianoche LMST para un sitio de aterrizaje a 137,42°E. El sitio de aterrizaje se alteró ligeramente más tarde y se hicieron correcciones de rumbo mientras el MSL volaba a Marte. Cuando el rover, Curiosity, aterrizó ligeramente «largo» de las coordenadas del objetivo final,el lugar de aterrizaje resultó estar a 137,442°E. Siguiendo el ejemplo de Phoenix, no hubo una redefinición del reloj de la misión MSL para que coincidiera con las coordenadas de aterrizaje reales, por lo que resultó una diferencia de varios segundos entre el LMST en el lugar de aterrizaje y el reloj de la misión.
InSight (NSYT): El proyecto Mars InSight definió el Sol 0 como el día solar en el que el módulo de aterrizaje aterrizaría, lo que ocurrió en noviembre. 26, 2018. Durante la planificación, un reloj de misión se definió como que comenzaba a medianoche para un sitio de aterrizaje a 135.97°E. El aterrizaje realmente ocurrió a 135.62°E, lo que significa que el reloj de misión está a unos 85 segundos del LMST del módulo de aterrizaje.
Perseverancia en Marte 2020 (M20): El proyecto Perseverancia en Marte 2020 especificó el Sol 0 como el día solar en el que el rover aterrizaría, lo que ocurrió en febrero. 18, 2021. Durante la planificación, los controladores de misión especificaron un reloj de misión que comenzaba a medianoche LMST para un sitio de aterrizaje a 77.43 ° E.
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