Mars24 Sunclock — Temps sur Mars
Notes Techniques sur le Temps Solaire de Mars tel qu’adopté par le Mars24 Sunclock
Par Michael Allison et Robert Schmunk
Institut Goddard d’Études Spatiales de la NASA
(Mise à jour 2021-03-07)
Ces notes fournissent un bref technique sur les définitions des lectures numériques en Mars24.Les articles cités et d’autres détails peuvent être trouvés dans ces documents, y compris les articles de revues byAllison (1997), Allison et McEwen (2000), et d’autres.Un compte rendu moins technique de l’heure solaire sur Mars est fourni dans l’article du site Web de 1998 « Telling Time on Mars ».Des informations sur les contrôles et affichages spécifiques de Mars24 sont fournies dans le Guide de l’utilisateur d’accompagnement.
Convention sur les Jours Solaires de Mars et l’Horloge de 24 heures
Suivant la pratique de longue date adoptée à l’origine en 1976 par les missions Terrestres Viking, la variation quotidienne du temps solaire de Mars est calculée en termes d’horloge de 24 heures de Mars, représentant une division en 24 parties du jour solaire de la planète, ainsi que les subdivisions traditionnelles de 60 minutes et 60 secondes. Un jour solaire de Mars a une période moyenne de 24 heures 39 minutes 35,244 secondes, et est habituellement appelé « sol » afin de le distinguer du jour solaire d’environ 3% plus court sur Terre.Le jour sidéral de Mars, mesuré par rapport aux étoiles fixes, est de 24h 37m 22,663s, comparé à 23h 56m 04,0905s pour la Terre.
Saisons solaires de Mars
L’avance saisonnière apparente du Soleil sur Mars est généralement mesurée en termes de longitude aréocentrique Ls, en référence au vernaléquinoxe de la planète (nœud ascendant du mouvement saisonnier apparent du Soleil sur l’équateur de la planète). Tel que défini, Ls = 0°, 90°, 180°, et270° indiquent l’équinoxe vernal de l’hémisphère nord de Mars, le solstice d’été, l’équinoxe d’automne et le solstice d’hiver, respectivement.
En termes de Ls, la déclinaison solaire variable selon les saisons et centrée sur la planète d est égale à arcsine, où l’obliquité ε est l’inclinaison de l’axe de spin de la planète par rapport au plan de son orbite. Pour un compte précis de l’éclairage solaire par rapport au plan d’une surface localement plane, la déclinaison solaire peut être corrigée pour la petite différence appropriée à la mesure dite planétographique de la latitude sur une sphère oblate, comme c’est le cas dans l’horloge solaire de Mars24.
En raison de l’excentricité orbitale de Mars, Ls avance un peu inégalement avec le temps, mais peut être efficacement évaluée comme une série de puissances trigonométriques pour l’excentricité orbitale et l’anomalie moyenne orbitale mesurée par rapport au périhélie. La longitude aréocentrique au périhélie, Ls, p = 251°.000 + 0°.0064891× (an-2000), indique un alignement annuel de l’approche la plus proche de la planète au Soleil sur son orbite avec sa saison de la lune d’hiver, en relation avec l’apparition occasionnelle de tempêtes de poussière mondiales au cours de cette saison.
Périodes de l’orbite de Mars
La période de répétition de la mesure de la longitude solaire moyenne centrée sur la planète correspond à l’année tropicale. (Cette période est liée au taux d’avance du « Soleil moyen fictif », comme indiqué ci-dessous.) L’année tropicale de Mars est de 686,9725 jours ou 668,5921 sol. À titre de comparaison, l’année sidérale de Mars, mesurée par rapport aux étoiles fixes, est de 668,5991 sol. La différence entre ces valeurs résulte de laprécession de l’axe de spin de la planète.
L’intervalle moyen entre la répétition du passage au périhélie de la planète, ouannée de l’anomalistique, est de 668,6147 sol, et correspond à la vitesse d’avancement de l’anomalie moyenne orbitale de la planète. La période de répétition moyenne pour une saison solaire particulière varie avec le Ls. Les intervalles de répétition moyens pour l’équinoxe vernal, le solstice d’été, l’équinoxe d’automne et le solstice d’hiver sur Mars sont de 668.5906 sol, 668,5879 sol, 668,5940 sol et 668,5957 sol, respectivement, et la moyenne de ceux-ci n’est que l’année tropicale.
Temps Solaire Moyen et Temps Solaire Vrai
En raison également de l’excentricité orbitale d’une planète, ainsi que de son obliquité, il existe un écart variable selon les saisons entre l’avance régulière d’un Temps solaire Moyen artificiellement défini et du Temps Solaire Réel correspondant à la position réelle centrée sur la planète du Soleil dans son ciel. Suivant l’utilisation conventionnelle de la mesure du temps terrestre, le Temps solaire moyen sur Mars a été défini en référence à la soi-disant Ascension Droite du Soleil Moyen factice (FMS). Tel que défini, le FMS est l’angle entre l’équinoxe terrestre de la planète, mesuré le long du plan de son équateur, et un « Soleil moyen dynamique » artificiellement défini avançant à une vitesse correspondant à l’année tropicale solaire de la planète (c’est-à-dire que le FMS de Mars avance à une vitesse de 360 ° / 686,9725 jour ou 0,5240384 ° / jour).Sa valeur numérique (à l’intérieur d’un multiple arbitraire de 360 °) n’est que la somme de l’anomalie moyenne théorébitale, M, et de la longitude aréocentrique au périhélie, Ls, p. Le Mars FMSat a été évalué par Allison et McEwen (2000) (ci-après « AM2000 ») comme moyen pour un calcul précis de la longitude aréocentrique sur 134 orbites de Mars (pour les années 1874-2127), ajusté dans son placement angulaire par le (~ 0 °.0046) aberration solaire. Cette évaluation a été adoptée par le projet Mars Exploration Roverproject pour sa définition du Temps Solaire moyen de Mars (cf. Roncoli et coll., 2002).
La différence entre le Temps Solaire Vrai (TST) et le Temps Solaire Moyen (MST), équivalente dans la mesure angulaire correspondante à la différence entre les ascensions droites du FMS et du vrai Soleil, est appelée Équation du Temps (EOT). Pour la Terre, l’EOT varie entre -14,2 min et +16,3 min. Mars, avec son excentricité orbitale plus de cinq fois plus grande, a un EOT variant entre -51,1 min et +39,9 min. Le tracé paramétrique de l’EOT par rapport à la déclinaison solaire est appelél’analemme solaire. Pour la Terre, cela prend la forme d’un motif afigure-8, qui est souvent marqué sur les cadrans solaires et les globes (pour ces derniers généralement dans l’espace vide du Pacifique Sud). Pour Mars, l’analemme prend la forme d’une poire en forme d’ormis.
Heures locales et « zonales »
La définition du méridien premier de Mars s’est affinée à mesure que les observations de la planète ont permis son amélioration. Une petite caractéristique d’albédo circulaire observée dans les années 1830 par des astronomes tentant de mesurer la rotation de la planète a été utilisée en 1877 pour désigner le premier méridien de Mars de 0°. L’emplacement a ensuite été nommé Sinus Meridiani (« Baie méridienne »).
Suite aux observations de Mars par Mariner 9, un cratère d’un demi-kilomètre de large dans le Méridien Sinusal a été utilisé pour désigner la longitude 0 ° (de Vaucoulers et al., 1973).Un cratère à l’intérieur du cratère a été plus tard désigné par le nom de l’astronome britannique George Biddel Airy, qui a construit le télescope à Greenwich dont l’emplacement est devenu le méridien principal sur Terre.
Des efforts plus récents visant à limiter l’incertitude dans les emplacements des atterrisseurs de Mar bave ont suggéré un raffinement supplémentaire de la définition du méridien principal à moins de 6 mètres en fonction des emplacements des atterrisseurs, et plus précisément que la longitude 0 ° soit définie exactement à 47,95137 ° à l’est de l’atterrisseur Viking 1 (Kuchynka et al., 2014).
L’application Mars24 fait référence au temps solaire moyen au méridien principal de Mars sous le nom de « Temps Moyen d’Airy » (AMT), par analogie avec le « Temps Moyen de Greenwich » (GMT) de la Terre, bien que ce dernier terme ait été supplanté par le Temps Universel Coordonné (UTC) plus précis dans les services de chronométrage internationaux.
Pour un emplacement donné sur Mars, le Temps Solaire Réel Local (LTST) et le Temps Solaire Moyen Local (LMST) sont facilement déterminés à partir du TST et du MST au méridien principal en ajoutant un nombre d’heures de Mar égal à la longitude est de l’emplacement divisée par 15. Ainsi, un emplacement à 45 ° devrait avoir un LTST qui est exactement trois heures de Mars derrière le temps solaire réel à 0 °.
Au milieu des années 1800, l’utilisation de l’heure mesurée et définie localement sur Terre a été progressivement supplantée par l’utilisation de fuseaux horaires afin de faciliter la normalisation des horaires des chemins de fer et, dans une moindre mesure, l’enregistrement des observations scientifiques. Ce processus a culminé en 1884 lors d’une conférence internationale qui a créé le système mondial de fuseaux horaires et spécifié la longueur de Greenwich comme méridien principal. Chaque zone a une largeur d’environ 15 °, la largeur et la forme exactes étant soumises à des limites politiques et à des caractéristiques géographiques importantes. Dans chacune, les horloges de zone sont référencées à la même heure.
Mars24 inclut la possibilité d’afficher l’heure locale à un endroit sélectionné en termes de « fuseaux horaires martiens » construits de manière similaire. Nous avons défini ces zones pour qu’elles soient exactement de 15° de large et centrées sur des multiples successifs de 15° de longitude, à 0°, 15°, 30°, etc. Mis à part l’utilisation du terme « Temps moyen d’Airy », nous n’avons pas tenté de nommer ces zones, comme par exemple « Heure normale d’Olympus », mais nous identifions leur lecture avec un suffixe indiquant le décalage du fuseau horaire. Ainsi, pour le cas d’Olympus Mons, l’identificateur de fuseau horaire est « AMT-9 », soit neuf heures de Mars derrière le temps moyen d’Airy.
Mars Sol Date (MSD)
De nombreux calendriers mensuels ont été proposés pour Mars, dans la littérature scientifique, la fiction populaire et ailleurs. De même, des schémas de comptage des années de Mars d’une oud’une autre époque sont apparus dans la littérature scientifique, à des degrés divers d’approbation. L’application Mars24 n’utilise encore aucun de ces calendriers ou énumérations.
Nous avons cependant inclus dans les affichages Mars24 la « Date du Sol de Mars » (MSD), telle que définie par AM2000. Cela représente un décompte séquentiel des jours Marssolaires écoulés depuis le 29 décembre 1873 vers midi à Greenwich (date julienne 2405522.0).Cette époque était antérieure à la grande opposition périhélique de Mars en 1877 et précède presque tousobservations détaillées des changements temporels sur la planète. Elle correspond à un mars de 277°, à peu près la même longitude solaire planétocentrique que celle de la Terre à la même date. MSD 44796.0 coïncide approximativement avec le 6.0 janvier 2000, à une quasi-coïncidence des midnight méridiens premiers sur les deux planètes et une répétition de Mar Ls = 277°. La période 44796 sols représente également une quasi-commensurabilité de 126 années juliennes et de 67 révolutions tropicales de Mars. En principe, le MSDPOURRAIT être utilisé comme référence cohérente de la date sol pour une variété de missions et d’observations sur Mars.
Précision de Mars24
Mars24 utilise la représentation en séries courtes des sept plus grandes perturbations planétaires à courte période de la longitude orbitale de Mars spécifiées par AM2000, telles qu’adaptées de Simon et al.(1994). Des comparaisons détaillées avec des éphémérides précises suggèrent que l’erreur maximale dans Ls calculée par l’algorithme adopté est de 0 °.008 sur ±100 ans de J2000. Selon la dépendance implicite de l’EOT calculé sur les theLs, le Temps Solaire Réel résultant peut être estimé comme étant erroné de 3 sec. L’erreur dans la conversion actuellement codée entre TT et UTC est elle-même dans l’erreur pour certaines périodes de l’ère post-1975 de jusqu’à 3 sec.
Bien entendu, le calcul du temps solaire local (vrai ou moyen) ne peut pas être plus précis que le placement longitudinal du point d’intérêt local. Les temps solaires prévus pour l’emplacement d’un atterrisseur donné pourraient donc devoir être révisés à mesure que des connaissances améliorées sur leur emplacement deviennent disponibles. Bien que des coordonnées relativement précises des atterrisseurs post-2000 aient été obtenues rapidement après leur atterrissage, les différends quant à l’emplacement précis des deux atterrisseurs vikings ont continué pendant un certain temps et n’ont pas été réglés jusqu’à ce que les atterrisseurs soient repérés des décennies plus tard. photographie de face prise par des orbiteurs ultérieurs.
Bien que l’heure de la journée puisse être calculée à partir de la connaissance de la longitude, les estimations des heures du lever et du coucher du soleil locaux, ainsi que des heures de Lever et de coucher de la Terre, nécessitent également la latitude planétographique. Malgré cela, les résultats peuvent être erronés en raison de la topographie locale et de la réfraction atmosphérique. La comparaison avec les temps connus pour un nombre limité d’événements de montée et de réglage du Soleil et de la Terre sur les sites de l’atterrisseur de Mars suggère qu’en l’absence d’effets topographiques et atmosphériques, l’erreur dans le calcul de ces temps est inférieure à 30 secondes.
Heures de la mission de l’atterrisseur
Chaque projet de mission de l’atterrisseur martien a adopté une référence différente pour son heure solaire et son horloge de mission. Les dates de mission sont généralement données sous la forme d’un décompte des sols depuis la date à laquelle l’atterrisseur particulier s’est posé sur la surface martienne. Selon les critères de la mission, le sol pendant lequel l’atterrissage a eu lieu a été diversement désigné Sol 0 ou Sol 1. Généralement, le chronométrage commence par Sol 0 si la mission a atterri tard dans la journée et n’a pas pu effectuer des « opérations de mission significatives » avant le sol suivant.
Une question plus complexe a été de savoir comment définir l’époque où le sol initial a commencé.Encore une fois, cela a varié, étant basé soit sur le site d’atterrissage (prévu) LTST ou LMST en milieu de nuit avant l’atterrissage, soit sur un décalage spécifié par rapport à celui d’avant minuit. Mais peu importe comment cette époque initiale de l’horloge de la mission a été définie, tous les landerclocks sauf un ont alors « coché » au rythme du temps moyen de Mars.
Note: Pour les missions antérieures de l’atterrisseur — les deux atterrisseurs Viking ainsi que pour MarsPathfinder — les écarts entre les spécifications de l’horloge de la mission et les horaires des données de la mission de tentative de correspondance de Mars24 sont le résultat d’une meilleure connaissance du pôle de rotation de Mars ainsi que de mises à jour de la cartographie martienne, résultant à la fois des données collectées par ces missions ainsi que des photographies collectées par des missions orbiteuses telles que les Orbiteurs Viking et Mars GlobalSurveyor.
Landers Viking (VL1, VL2):L' »heure locale de l’atterrisseur » pour les deux missions d’atterrissage en marche chacune a commencé avec Sol 0, commençant à minuit LTST à l’emplacement d’atterrissage respectif immédiatement avant le toucher des roues, mais progressant au rythme du temps solaire moyen. Les emplacements utilisés pour déterminer le LTST minuit étaient apparemment les coordonnées d’atterrissage sélectionnées pendant la période entre le moment où les Orbiteurs Viking ont atteint Mars et le moment où les Atterrisseurs ont été ensuite déployés, c’est-à-dire que la longitude utilisée pour les calculs de temps VL1 était de 312,5 ° E et forVL2 était de 134,14 ° E. Cependant, Mars24 calcule les temps de mission pour les deux atterrisseurs en fonction des époques UTC explicitées pour le Sol 0 de chaque atterrisseur Viking qui ont été obtenues à partir de la documentation sur bande de données de la météorologie de l’atterrisseur archivée avec le Centre national de données des Sciences spatiales.
Mars Pathfinder (MPF):La documentation de planification de mission de theMars Pathfinderlander et de son rover Sojourner a discuté non seulement de la signification de LTST et de LMST, mais aussi d’un « temps solaire hybride », essentiellement une version décalée quelque peu complexe de LMST qui aurait été ajustée périodiquement pour limiter la différence entre LTST et le LMST décalé à moins de 5 min (Vaughan, 1995). Cependant, les horaires de l' »heure solaire locale de Mars » inclus dans des documents tels que le site Web de la mission Pathfinder (par exemple, la page Web des données de l’annexe) semblent tous n’avoir utilisé qu’un schéma LTST plutôt que le système hybride. L’affichage Mars24 de l’heure de la mission MPF utilise le chronométrage LTST et est destiné à correspondre aux horaires affichés.
Rovers d’exploration de Mars (MER-A, MER-B): L' »heure solaire locale hybride » adoptée pour les projets de Rover d’exploration twoMars était basée sur un décalage par rapport au site d’atterrissage LMST tel que décrit par Roncoli et al. (2002), etappelé là le « Algorithme de temps continu MER ». L’intention de ces décalages était qu’à environ le milieu de chacune des missions nominales MER-A et-B (c’est-à-dire au 45e sol après l’atterrissage), le temps de mission de l’atterrisseur devrait s’aligner sur LTST à moins de 30 secondes. Pour MER-ASpirit, la différence entre le temps de mission de l’atterrisseur et le LMST était de plus de 41 minutes ; tandis que pour MER-B Opportunity, la différence était de plus de 37 minutes. Comme pour Pathfinder, Sol 1 pour chaque atterrisseur MER désignait le jour solaire où l’atterrisseur s’est posé. Bien que basés sur les longitudes d’atterrissage prévues, les heures d’horloge des deux rovers sont calculées en Mars24 en utilisant des époques UTC explicites.
Mars Phoenix (PHX) : La mission Mars Phoenixmission est revenue à l’utilisation de Sol 0 pour indiquer le jour solaire où l’atterrisseur s’est posé.Les planificateurs de mission ont initialement spécifié une horloge de mission basée sur LMST à un site d’atterrissage prévu à 233,35 ° E. Cependant, il a été décidé tardivement de décaler l’atterrissage d’environ 0,9 ° vers l’est, tout en conservant une horloge de mission basée sur l’emplacement précédent. Cette décision aurait été prise dans une horloge de mission décalée d’environ deux minutes et demie par rapport à LMST, mais il s’est avéré que Phoenix a atterri à 5 km de la cible, à 234,248 ° E. Le résultat final était que le temps de mission et le site de l’atterrisseur LMST différaient d’environ trois minutes et demie.
Laboratoire scientifique de Mars (MSL):Le projet Mars Science Laboratory a également Définisol 0 comme le jour solaire où le rover se poserait. Au cours de la planification, les contrôleurs de mission ont spécifié une horloge de mission commençant à minuit LMST pour un site d’atterrissage à 137,42 ° E. Le site d’atterrissage a ensuite été légèrement modifié et des corrections de trajectoire ont été apportées pendant que MSL était en vol vers Mars. Alors que le rover Curiosity se posait légèrement « long » des coordonnées finales de la cible, le site d’atterrissage s’est avéré être à 137,442°E. Suivant l’exemple de Phoenix, il n’y avait pas de redéfinition de l’horloge de mission MSL pour correspondre aux coordonnées d’atterrissage réelles, et il en a résulté une différence de plusieurs secondes entre le LMST sur le site d’atterrissage et l’horloge de mission.
InSight (NSYT) : Le projet Mars InSight a défini Sol 0 comme le jour solaire au cours duquel l’atterrisseur se poserait, ce qui s’est produit en novembre. 26, 2018. Lors de la planification, une horloge de mission a été définie comme commençant à minuit LMST pour un site d’atterrissage à 135,97 ° E. L’atterrissage s’est réellement produit à 135,62 ° E, ce qui signifie que l’horloge de mission est à environ 85 secondes de la LMST de l’atterrisseur.
Mars 2020 Perseverance (M20): Le projet Mars 2020 Perseverance a spécifiésol 0 comme le jour solaire où le rover se poserait, qui s’est produit en février. 18, 2021. Pendant la planification, les contrôleurs de mission ont spécifié une horloge de mission commençant à minuit LMST pour un site d’atterrissage à 77,43°E.
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