Mars24 Sunclock — Time on Mars
Technical Notes on Mars Solar Time as Adopted by the Mars24 Sunclock
door Michael Allison en Robert Schmunk
NASA Goddard Institute for Space Studies
(Updated 2021-03-07)
de definities van numerieke uitlezingen in Mars24.De geciteerde papers en verdere details zijn te vinden in de verwijzingen, waaronder tijdschriftartikelen van Allison (1997), Allison and McEwen (2000), en anderen.Een minder technisch verslag van de zonnetijd op Mars is te vinden in het artikel op de website van 1998″Telling Time on Mars”.Informatie over de specifieke bedieningselementen en displays in Mars24 is te vinden in de gebruikershandleiding.
Mars Solar Days and 24-uur Clock Convention
De dagelijkse variatie van Mars solar time wordt berekend in termen van een 24-uurs klok, die een 24-delige verdeling van de zonnedag van de planeet vertegenwoordigt,samen met de traditionele subdivisies van 60 minuten en 60 seconden. Een Mars zonnedag heeft een gemiddelde periode van 24 uur 39 minuten 35,244 seconden, en wordt gewoonlijk aangeduid als een”sol” om dit te onderscheiden van de ongeveer 3% kortere zonnedag op aarde.De Mars siderische dag, gemeten ten opzichte van de vaste sterren, is 24u 37m 22.663 s, vergeleken met 23u 56m 04.0905 s voor de aarde.
Mars Solar Seasons
de schijnbare seizoensgebonden vooruitgang van de zon op Mars wordt gewoonlijk gemeten in termen van de reocentrische Lengtegraad Ls, zoals aangeduid met de vernalequinox van de planeet (de opklimmende knoop van de schijnbare seizoensgebonden beweging van de zon op de equator van de planeet). Zoals gedefinieerd, Ls = 0°, 90°, 180°, and270° wijzen op Mars noordelijk halfrond lentepunt, zomerzonnewende, herfstalequinox, en winterzonnewende, respectievelijk.
in termen van Ls, de seizoensvariabele, planeetgecentreerde zon declinatie d equalarcsine, waarbij de schuine ε De Helling is van de Spinas van de planeet ten opzichte van het vlak van zijn baan. Voor een nauwkeurige weergave van de zonne-verlichting ten opzichte van het vlak van een lokaal vlak oppervlak, kan de declinatie van de zon worden gecorrigeerd voor het kleine verschil dat past bij de zogenaamde planetografische breedtegraadmaat op een oblatesphere, zoals in de Mars24 zonneklok.
ten gevolge van de excentriciteit van de baan van Mars is de vooruitgang in de loop van de tijd ongelijkmatig, maar kan efficiënt worden geëvalueerd als een trigonometrische vermogensreeks voor de excentriciteit van de baan en de gemiddelde anomalie van de baan gemeten ten opzichte van het perihelium. De areocentrische Lengtegraad bij perihelium, Ls, p = 251°.000 + 0°.0064891×(Jr – 2000), geeft een uitlijning aan van de planeet die het dichtst bij de zon staat in zijn baan met zijn wintersolstitiumseizoen, als gerelateerd aan het occasioneel ontstaan van wereldwijde stofstormen binnen de periode van dit seizoen.
perioden in een baan om Mars
de periode voor de herhaling van de planeetgecentreerde maat van de gemiddelde Lengtegraad van de zon wordt aangeduid als het tropische jaar. (Deze periode is gekoppeld aan de snelheid van vooruitgang van de”fictieve gemiddelde zon,” zoals hieronder besproken.) Het tropische jaar van Mars is 686.9725 dag of 668.5921 sol. Ter vergelijking: het sterjaar Mars, gemeten ten opzichte van de vaste sterren, is 668.5991 sol. Het verschil tussen deze waarden is het gevolg van deprecessie van de draaias van de planeet.
Het gemiddelde interval tussen de herhaling van de perihelium passage van de planeet, oranomalistisch jaar, is 668.6147 sol, en komt overeen met de snelheid van de vooruitgang van de planeet ‘ sorbitale gemiddelde anomalie. De gemiddelde herhalingsperiode voor een bepaald zonneseizoen varieert met de Ls. De gemiddelde herhalingsintervallen voor de lente-equinox, zomerzonnewende, herfst-equinox en winterzonnewende op Mars zijn 668.5906 sol, 668.5879 Sol, 668.5940 sol, en 668.5957 Sol, respectievelijk, en het gemiddelde van deze is gewoon het tropische jaar.
gemiddelde en ware zonnetijd
ook als gevolg van de excentriciteit van de omloopbaan van een planeet, evenals zijn schuine baan, is er een seizoensgebonden variabele discrepantie tussen de even vooruitgang van een kunstmatig gedefinieerde gemiddelde zonnetijd en van de ware zonnetijd die overeenkomt met de werkelijke positie van de zon in het middelpunt van de planeet aan de hemel. Volgens het conventionele gebruik van aardse tijdwaarneming is de gemiddelde zonnetijd op Mars gedefinieerd met betrekking tot de zogenaamde Rechte klimming van de fictieve gemiddelde zon (FMS). Zoals gedefinieerd, is de FMS de hoek tussen de equinox van de planeet, gemeten langs het vlak van de evenaar, en een kunstmatig gedefinieerde”dynamische gemiddelde zon” die voortschrijdt met een snelheid die overeenkomt met het tropische zonnejaar van de planeet(dat wil zeggen, de Mars FMS gaat vooruit met een snelheid van 360°/686,9725 dag of 0,5240384°/dag).De numerieke waarde (binnen een willekeurig veelvoud van 360°) is de som van theorbital middelbare anomalie M, en de areocentric lengtegraad in het perihelium,Ls,blz. De FMSat Mars beoordeeld door Allison en McEwen (2000) (hierna “AM2000”) als een meanfit om een nauwkeurige berekening van de areocentric lengtegraad over 134 Mars banen(voor de jaren 1874-2127), aangepast in haar hoekige plaatsing door de (~0°.0046) zonne-aberratie. Deze evaluatie werd overgenomen door het Mars Exploration Rover project voor zijn definitie van Mars Mean Solar Time (cf. Roncoli et al., 2002).
het verschil tussen de ware zonnetijd (TST) en de gemiddelde zonnetijd (MST),dat in de corresponderende hoekmaat overeenkomt met het verschil tussen de rechtafstanden van de FMS en de ware Zon, wordt de Tijdsvereffening(EOT) genoemd. Voor aarde varieert de EOT tussen -14,2 min en + 16,3 min. Mars, met zijn meer dan vijf keer grotere orbitale excentriciteit, heeft een EOT variërend tussen -51,1 min en +39,9 min. De parametrische plot van de EOT VS. de declinatie van de zon wordt de zonne-analemma genoemd. Voor de aarde neemt dit de vorm aan van eenigure-8 patroon, dat vaak wordt gemarkeerd op zonnewijzers en bollen (voor de laatste meestal in de lege ruimte van de Zuid-Pacifische). Voor Mars neemt het analemma de vorm aan van araindrop ormis-shapen peer.
lokale en” zonale ” tijden
de definitie van de meridiaan van Mars is beter verfijnd omdat waarnemingen van de planeet verbetering mogelijk hebben gemaakt. Een kleine cirkelvormige Albedo die in de jaren 1830 werd waargenomen door astronomen die probeerden de rotatie van de planeet te meten, werd in 1877 gebruikt om Mars ‘ Prime meridiaan van 0°aan te duiden. De locatie werd later Sinus Meridiani (“Meridiaanbaai”) genoemd.
na waarnemingen van Mars door Mariner 9 werd een krater van een halve kilometer breed binnen Sinus Meridianigebruikt om Lengtegraad 0° aan te geven (de Vaucoulers et al., 1973).Een krater in de krater werd later aangeduid alsairy-0,ter nagedachtenis aan de Britse astronoom George Biddel Airy, die de telescoop bouwde in Greenwich, wiens locatie werd gedefinieerd als de nulmeridiaan op aarde.
meer recente pogingen om de onzekerheid in de lander-locaties te beperken, suggereerden een verdere verfijning van de definitie van de meridiaan met een lengte van 6 meter op basis van de lander-locaties, en specifiek dat Lengtegraad 0° moet worden gedefinieerd als precies 47.95137° ten oosten van Viking Lander 1 (Kuchynka et al., 2014).
De Mars24-toepassing verwijst naar de gemiddelde zonnetijd op de eerste meridiaan van Mars als”luchtige gemiddelde tijd” (Amt), naar analogie met de “Greenwich Mean Time” (GMT) van de aarde,hoewel deze laatste term is vervangen door de nauwkeurigere gecoördineerde universele tijd(UTC) in internationale tijdwaarneming.
voor een bepaalde locatie op Mars worden de lokale ware zonnetijd (LTST) en de lokale gemiddelde zonnetijd(LMST) gemakkelijk bepaald uit de TST en MST op de nulmeridiaan door een aantalmars-uren toe te voegen dat gelijk is aan de oosterlengte van de locatie gedeeld door 15. Dus, een locatie op 45°Wwzouden een LTST dat is precies drie Mars uur achter de ware zonnetijd op 0°.in het midden van de jaren 1800 werd het gebruik van lokaal gemeten en gedefinieerde tijd op aarde geleidelijk ondersteund door het gebruik van tijdzones om standaardisatie van spoorwegschema ‘ s en, in mindere mate, het registreren van wetenschappelijke waarnemingen te vergemakkelijken. Dit proces culmineerde in 1884 in een internationale conferentie die het wereldwijde systeem van tijdzones creëerde en de lengte van Greenwich als de eerste meridiaan bepaalde. Elke zone is ongeveer 15° breed, de exacte breedte en vorm afhankelijk van politieke grenzen en belangrijke geografische kenmerken. Binnen elke zone klokken worden verwezen naar hetzelfde uur.
Mars24 bevat de optie om de lokale tijd op een geselecteerde locatie weer te geven in termen van gelijkaardig geconstrueerde “Martiaanse tijdzones”. We hebben deze zones gedefinieerd als exact 15° breed en gecentreerd op opeenvolgende 15° veelvouden van Lengtegraad, op 0°, 15°, 30°, enz. Afgezien van het gebruik van de term “luchtige gemiddelde tijd”, hebben we niet geprobeerd om deze zones te noemen, zoals bijvoorbeeld “Olympus Standard Time”, maar identificeren hun read-out met asuffix die de tijdzone offset aangeeft. Dus, voor het geval van Olympus Mons, is de tijdzonidentifier “AMT-9”, of negen Mars uren achter luchtige gemiddelde tijd.
Mars Sol Date (MSD)
Er zijn tal van maandjaarkalenders voorgesteld voor Mars, in de wetenschappelijke literatuur,populaire fictie en elders. Ook zijn in de wetenschappelijke literatuur, in verschillende mate van instemming, schema ‘ s voor het tellen van Marsjaren uit een of ander tijdperk verschenen. De Mars24 applicatie maakt nog geen gebruik van een van deze kalenders orenumeraties.
we hebben echter in de Mars24 de “Mars Sol Date” (MSD) opgenomen, zoals gedefinieerd door AM2000. Dit is een sequentiële telling van de Marssolaire dagen die zijn verstreken sinds 1873 december 29 rond Greenwich middag (Juliaanse datum 2405522.0).Dit tijdperk was voorafgaand aan de grote perihelische oppositie van Mars in 1877 en gaat vooraf aan bijna alle gedetailleerde waarnemingen van tijdelijke veranderingen op de planeet. Het komt overeen met een mars van 277°, ongeveer dezelfde planetocentrische zon Lengtegraad als die voor de aarde op dezelfde datum. MSD 44796.0 valt ongeveer samen met 2000 January6. 0, op een bijna-samenloop van nulmeridiaan midnights op de twee planeten en een herhaling vanmars Ls = 277°. De periode 44796 sols vertegenwoordigt ook een bijna commensurability van 126 Juliaanse jaren en 67 tropische omwentelingen op Mars. In principe kan de MSD worden gebruikt als een coherente sol-datumreferentie voor een verscheidenheid aan Mars-missies en-waarnemingen.
Mars24 nauwkeurigheid
Mars24 gebruikt de korte-reeksrepresentatie van de zeven grootste korte-periode planetaryperturbaties van de Mars orbitale Lengtegraad gespecificeerd door AM2000, zoals aangepast aan Simon et al.(1994). Gedetailleerde vergelijkingen met een accurate efemeride suggereren dat de maximale fout in de berekende Ls door het aangenomen algoritme 0°is.008 over ±100 jaar J2000. Volgens de impliciete afhankelijkheid van de berekende EOT van theLs, kan de resulterende ware zonnetijd worden geschat op een fout van 3 sec. de fout in de momenteel gecodeerde conversie tussen TT en UTC is zelf inerror voor sommige perioden in het post-1975 Tijdperk met maar liefst 3 sec.
natuurlijk kan de berekening van de lokale (ware of gemiddelde) zonnetijd niet nauwkeuriger zijn dan de longitudinale plaatsing van het lokale punt van belang. De voorspelde zonnetijden voor een bepaalde lander-locatie moeten daarom wellicht worden herzien naarmate de kennis over hun locaties wordt verbeterd. Hoewel relatief precieze coördinaten van post-2000 landers snel na hun landing werden verkregen, bleven geschillen over de precieze locaties van de twee Viking Landers enige tijd duren en werden niet opgelost totdat de landers decennia later werden gespot insurface photography genomen door latere orbiters.
hoewel het tijdstip van de dag kan worden berekend aan de hand van de kennis van de Lengtegraad, vereisen schattingen van de tijden van plaatselijke zonsopkomst en zonsondergang, alsmede de tijden van Earthrise en Earthset ook de planetografische breedtegraad. Toch kunnen de resultaten foutief zijn als gevolg van lokale topografie en atmosferische breking. Een vergelijking met bekende tijden voor een beperkt aantal zons-en aardverschuivingen op Mars-lander-locaties suggereert dat bij afwezigheid van topografische en atmosferische effecten de fout in het berekenen van deze tijden minder dan 30 seconden is.
Lander-Missietijden
elk missieproject van Mars lander heeft een andere referentie voor zijn zonnetijdwaarneming en missieklok. Missiedata worden meestal gegeven als een telling van sols sinds de datum waarop de specifieke lander landde op het oppervlak van Mars. Afhankelijk van de missiecriteria is de duur van de landing op verschillende manieren aangeduid als Sol 0 of Sol 1. Over het algemeen begint tijdwaarneming met Sol 0 als de missie laat op de dag landde en niet in staat was om “betekenisvolle missieoperaties” te vormen tot de volgende sol.
een meer complexe vraag is geweest hoe de Epoche te definiëren wanneer de initiële sol begon.Ook hier varieerde dit, gebaseerd op ofwel de (geplande) aanlandingsplaats LTST of LMST Midnight direct voorafgaand aan de landing, of op een bepaalde offset vanaf die voor middernacht. Maar hoe deze eerste periode voor de missie klok is gedefinieerd, alle landerclocks hebben dan “aangevinkt” met de snelheid van de gemiddelde Mars tijd.
opmerking: Voor de eerdere Lander missies — de twee Viking Landers en voor MarsPathfinder — verschillen tussen de missieklok specificaties en Mars24 ‘ s poging om de missiedata te meten zijn het resultaat van verbeterde kennis van de Mars spin pole en updates van Martiaanse cartografie, zowel als gevolg van gegevens verzameld door deze missies als van fotografie verzameld door orbiter missies zoals de Viking Orbiter en Mars GlobalSurveyor.
Viking Landers (VL1, VL2) :De “lokale lander tijd” voor de twee Viking Landermissies elk begon met Sol 0, beginnend vanaf middernacht LTST op de respectievelijke landerlocatie vlak voor de landing, maar voortschrijdend met de snelheid van de gemiddelde zonnetijd. Thelocations gebruikt bij het bepalen van de LTST middernacht waren blijkbaar de landing coördinaten selectedduring de periode tussen het moment dat de Viking-Orbiters bereikt Mars en wanneer de Landers weresubsequently ingezet, d.w.z. de lengte gebruikt voor VL1 tijd berekeningen was 312.5°E en forVL2 was 134.14°E. Mars24 berekent echter de missietijden voor de twee landers op basis vanexplicit UTC-tijdperken voor de Sol 0 van elke Viking Lander die zijn verkregen uit Lander meteorologydata tape-documentatie die is gearchiveerd met het National Space Science Data Center.
Mars Pathfinder (MPF):Missieplanning documentatie voor de mars Pathfinderlander en zijn tijdelijke rover besproken niet alleen de Betekenis van LTST en LMST, maar ook een”hybride zonnetijd”, in wezen een enigszins complexe offset versie van LMST die periodiek zou zijn aangepast om het verschil tussen LTST en de offset LMST te beperken tot minder dan 5 min (Vaughan, 1995). Echter, timetags voor de “Mars local solar time” opgenomen in materialen zoals de Pathfinder missie website (bijvoorbeeld de trajectory data webpage) lijken allemaal alleen een LTST schema te hebben gebruikt in plaats van het hybridsystem. De Mars24-weergave van MPF-zendtijd maakt gebruik van LTST-tijdwaarneming en is bedoeld om deze geposttags te matchen.
Mars Exploration Rovers (MER-A, MER-B): De “hybrid local solar time” voor de twoMars Exploration Rover Projectrovers was gebaseerd op een offset van landingsplaats LMST zoals beschreven door Roncoli et al. (2002), en noemde daar het “MER Continuous Time Algorithm”. De bedoeling van deze compensaties was dat de lander-zendtijd ongeveer in het midden van elk van de nominale Mer-A-en-B-missies (d.w.z. op de 45e Solna landing) binnen 30 seconden op LTST zou worden afgestemd. Voor MER-ASpirit was het verschil tussen Lander mission time en LMST meer dan 41 minuten, terwijl voor MER-B Opportunity het verschil meer dan 37 minuten was. Net als bij Pathfinder gaf Sol 1 voor elke Mer lander de zonnedag aan waarop de lander landde. Hoewel gebaseerd op de geplande landing lengtes, de kloktijden voor beide rovers worden berekend in Mars24 met behulp van expliciete UTC tijdperken.
Mars Phoenix (PHX):de Mars Phoenixmission gebruikte Sol 0 om de zonnedag aan te geven waarop de lander landde.Mission planners oorspronkelijk gespecificeerd een missie klok gebaseerd op LMST op een geplande landingsite op 233,35 ° E. Echter, er was een late beslissing om de landing te verschuiven ongeveer 0,9°naar het oosten, met behoud van een missie klok gebaseerd op de eerdere locatie. Deze beslissing zou leiden tot een missieklok die ongeveer twee en een halve minuut ten opzichte van LMST was verschoven, maar het bleek dat Phoenix 5 km van het doel landde,op 234.248°E. Het eindresultaat was dat de missietijd en de lander-site LMST ongeveer drie en een halve minuut verschilden.
Mars Science Laboratory (MSL):Het Mars Science Laboratory project definieerde ook sol 0 als de zonnedag waarop de rover zou landen. Tijdens de planning specificeerden de missiecontroleurs een missieklok die om middernacht begon voor een landingsplaats op 137,42°E. de landingsplaats werd later licht gewijzigd en er werden koerscorrecties uitgevoerd terwijl MSL naar Mars vloog. Als de rover, nieuwsgierigheid, landde iets “lang” van de uiteindelijke doelcoördinaten, de landingsplaats bleek te zijn op 137.442°E. In navolging van Phoenix was er geen herdefiniëring van de MSL-missieklok die overeenkwam met de werkelijke landingscoördinaten, en zo resulteerde een verschil van enkele seconden tussen LMST op de landingsplaats en missieklok.
InSight (Nsyt): het Mars InSight-project definieerde Sol 0 als de zonnedag waarop de lander zou landen, die in november plaatsvond. 26, 2018. Tijdens de planning werd een missieklok gedefinieerd als starten om middernacht LMST voor een landingsplaats op 135,97 ° oosterlengte, wat betekent dat de missieklok ongeveer 85 secondsahead van de LMST van de lander is.
Mars 2020 Perseverance (M20):het Mars 2020 Perseverance project specifiedSol 0 as the solar day on which the rover would landing down, which searched Feb. 18, 2021. Tijdens de planning hebben de missiecontrollers een missieklok gespecificeerd die begint om middernacht voor een landingsite op 77,43 ° E.