Mars24 Sunclock — Time on Mars
technical Notes on Mars Solar Time as Adopted by the Mars24 Sunclock
by Michael Allison and Robert Schmunk
NASA Goddard Institute for Space Studies
(Updated 2021-03-07)
w sprawie definicji odczytów numerycznych w Mars24.Cytowane artykuły i dalsze szczegóły można znaleźć w nich, w tym artykuły z czasopism Allison (1997), Allison and McEwen (2000) i innych.Mniej techniczny opis czasu słonecznego na Marsie znajduje się w artykule z 1998 roku”Telling Time on Mars”.Informacje o konkretnych kontrolkach i wyświetlaczach w Mars24 znajdują się w dołączonym Przewodniku użytkownika.
Mars Solar Days and 24-h Clock Convention
zgodnie z wieloletnią praktyką przyjętą w 1976 roku przez Viking Landermissions, dzienna zmienność marsjańskiego czasu słonecznego jest liczona w kategoriach 24-godzinnego zegara marsjańskiego,reprezentującego 24-częściowy podział dnia słonecznego planety, wraz z tradycyjnym podziałem na 60 minut i 60 sekund. Marsjański dzień słoneczny ma średni okres 24 godzin 39 minut 35,244 sekund i jest zwyczajowo określany jako”sol” w celu odróżnienia go od mniej więcej 3% krótszego dnia słonecznego na Ziemi.Marsjański dzień boczny, mierzony względem gwiazd stałych, wynosi 24h 37m 22,663 s, w porównaniu z 23h 56m 04,0905 s dla Ziemi.
Pory słoneczne Marsa
pozorny sezonowy postęp słońca na Marsie jest zwykle mierzony w kategoriach długości geograficznej areocentrycznej Ls, w odniesieniu do vernalequinox planety (rosnącego węzła pozornego sezonowego ruchu Słońca na równoważniku planety). Zgodnie z definicją, Ls = 0°, 90°, 180°, 270° oznacza odpowiednio równonoc wiosenną na półkuli Marsa, przesilenie letnie,jesienne i zimowe.
pod względem Ls, sezonowo zmienna, Planeto-centrowa deklinacja d równa się,gdzie ukośność ε jest nachyleniem osi obrotu planety względem płaszczyzny jej orbity. W celu dokładnego uwzględnienia oświetlenia słonecznego w stosunku do płaszczyzny lokalnie płaskiej powierzchni, deklinację słoneczną można skorygować o małe zróżnicowanie właściwe dla tzw. planetograficznej miary szerokości geograficznej na oblatach, jak to ma miejsce w zegarze słonecznym Mars24.
w wyniku mimośrodu orbitalnego Marsa, postęp Ls jest nierównomierny w czasie, ale może być efektywnie oceniony jako trygonometryczna Siła mimośrodu orbitalnego i średnia anomalia orbitalna mierzona w odniesieniu do Peryhelium. Długość areocentryczna w peryhelium, Ls, p = 251°.000 + 0°.0064891×(yr – 2000), wskazuje na zbliżanie się planety do słońca na orbicie wraz z okresem zimowym, związane z sporadycznym wystąpieniem globalnych burz pyłowych w tym sezonie.
okresy orbity Marsa
okres dla powtórzenia miary średniej długości słonecznej planety jest określany jako rok tropikalny. (Okres ten jest związany z szybkością zaawansowania „fikcyjnego średniego Słońca”, jak omówiono poniżej.) Rok tropikalny Marsa wynosi 686,9725 dnia lub 668,5921 sol. Dla porównania, rok boczny Marsa, mierzony względem gwiazd stałych, wynosi 668,5991 sol. Różnica między tymi wartościami wynika zodwracania osi obrotu planety.
średni odstęp między powtórzeniem przejścia Peryhelium planety, rok oranomalistyczny, wynosi 668,6147 sol i odpowiada szybkości postępu średniej anomalii planety. Średni okres powtarzania dla danego sezonu słonecznego różni się w zależności od Ls. Średnia częstotliwość powtarzania równonocy wiosennej, letniego, jesiennego i zimowego przesilenia na Marsie wynosi 668.5906 sol,668,5879 sol, 668,5940 sol i 668,5957 sol, a średnia z nich to tylko rok tropikalny.
średni i rzeczywisty czas słoneczny
również w wyniku ekscentryczności orbity planety, jak również jej skośności, istnieje sezonowo zmienna rozbieżność między parzystym postępem sztucznie zdefiniowanego czasu słonecznego a prawdziwym czasem słonecznym odpowiadającym faktycznemu położeniu słońca na niebie. Po konwencjonalnym zastosowaniu ziemskiego pomiaru czasu, czas słoneczny na Marsie został zdefiniowany w odniesieniu do tzw. rektascensji średniego słońca (FMS). Zgodnie z definicją, FMS to kąt między równonocą słoneczną planety, mierzony wzdłuż płaszczyzny równika, a sztucznie zdefiniowanym”dynamicznym średnim słońcem”, postępującym w tempie odpowiadającym słonecznemu rokowi tropikalnemu planety(tj. Mars FMS postępuje w tempie 360°/686,9725 dnia lub 0,5240384°/dzień).Jego wartość liczbowa (do dowolnej wielokrotności 360°) jest tylko sumą teoretycznej średniej anomalii, M i areocentrycznej długości geograficznej w peryhelium, LS,P. Fmsat Mars został oceniony przez Allison i McEwen (2000) (dalej „AM2000”) jako średnia do dokładnego obliczenia długości areocentrycznej na 134 orbitach Marsa(dla lat 1874-2127), SKORYGOWANEJ w jego położeniu kątowym o (~0°.0046) aberracja słoneczna. Ocena ta została przyjęta przez Mars Exploration Roverproject w celu określenia marsjańskiego średniego czasu słonecznego (por. Roncoli et al., 2002).
różnica między prawdziwym czasem słonecznym (TST) a średnim czasem słonecznym (MST),równoważna w odpowiedniej miarze kątowej różnicy między prawymi wymiarami FMS a prawdziwym słońcem, nazywana jest równaniem czasu(EOT). Dla Ziemi EOT waha się od -14,2 min do +16,3 min. Mars, z ponad pięciokrotnie większym mimośrodem orbitalnym, ma EOT wahający się między -51,1 min a +39,9 min. Wykres parametryczny EOT kontra deklinacja słoneczna nazywany jest analemmą słoneczną. Dla Ziemi przybiera to formę wzoru figur-8, który jest często oznaczany na zegarach słonecznych i Globach (dla tych ostatnich typowo w pustej przestrzeni Płd. W przypadku Marsa analemma przybiera kształt araindropa lubmis-kształt gruszki.
czasy lokalne i „strefowe”
definicja południka pierwszego Marsa stała się lepiej dopracowana, ponieważ obserwacje planety pozwoliły na jej poprawę. Mała, okrągła cecha albedo zaobserwowana w latach 30.XX wieku przez astronomów próbujących zmierzyć obrót planety została użyta w 1877 roku do wyznaczenia południka marsjańskiego o 0°. Miejscowość została później nazwana Sinus Meridiani („Zatoka Meridiańska”).
Po obserwacji Marsa przez Mariner 9, krater o szerokości pół kilometra w obrębie Sinus Meridianiwas używany do wyznaczenia długości geograficznej 0° (de Vaucoulers et al., 1973).Krater w obrębie krateru został później wyznaczony jako 0, upamiętniający brytyjskiego astronoma George 'a Biddela Airy’ ego, który zbudował teleskop w Greenwich, dla którego wyznaczono pierwszy południk na Ziemi.
niedawne wysiłki mające na celu ograniczenie niepewności w lokalizacjach lądownika Marsowego bave sugerowały dalsze udoskonalenie definicji południka głównego w metrach 6 w oparciu o lokalizacje lądownika, a konkretnie, że Długość geograficzna 0° zostanie zdefiniowana jako dokładnie 47,95137° na wschód od lądownika Viking 1 (Kuchynka et al., 2014).
aplikacja Mars24 odnosi się do średniego czasu słonecznego na pierwszym południku Marsa jako”Airy Mean Time” (AMT), analogicznie do ziemskiego „Greenwich Mean Time” (GMT),chociaż ten ostatni termin został zastąpiony przez bardziej dokładny czas uniwersalny(UTC) w międzynarodowych usługach pomiaru czasu.
dla danej lokalizacji na Marsie lokalny rzeczywisty czas słoneczny (LTST) i lokalny średni czas słoneczny(LMST) można łatwo określić z TST i MST na południku pierwszym dodając liczbę godzin równą długości geograficznej wschodniej danej lokalizacji podzielonej przez 15. Tak więc, położenie na 45°WWO powinno mieć LTST, która jest dokładnie trzy godziny za prawdziwym czasem słonecznym na 0°.
w połowie XIX wieku stosowanie lokalnie mierzonego i określonego czasu na Ziemi było stopniowo wspierane przez stosowanie stref czasowych w celu ułatwienia standaryzacji harmonogramów kolejowych i, w mniejszym stopniu, rejestrowania obserwacji naukowych. Proces ten zakończył się w 1884 roku na międzynarodowej konferencji, która stworzyła globalny system stref czasowych i określiła długość Greenwich jako południk pierwszy. Każda strefa ma szerokość około 15°, dokładna szerokość i kształt zależą od granic politycznych i znaczących cech geograficznych. W każdym z nich Zegary strefowe odnoszą się do tej samej godziny.
Mars24 zawiera opcję wyświetlania czasu lokalnego w wybranej lokalizacji w kategoriach podobnie skonstruowanych „marsjańskich stref czasowych”. Zdefiniowaliśmy te strefy, aby były dokładnie 15° szerokości i wyśrodkowane na kolejnych wielokrotnościach długości geograficznej 15°, W 0°, 15°,30° itd. Poza używaniem terminu „Airy Mean Time”, nie próbowaliśmy nazwać tych stref, jak na przykład” Olympus Standard Time”, ale identyfikujemy ich odczyt z asuffixem wskazującym przesunięcie strefy czasowej. Tak więc, w przypadku Olympus Mons, strefą czasową jest „AMT-9”, czyli dziewięć marsjańskich godzin za przewiewnym czasem średnim.
Mars Sol Date (MSD)
wiele kalendarzy miesięcznych zostało zaproponowanych dla Marsa, w literaturze naukowej,literaturze popularnej i gdzie indziej. Podobnie w literaturze naukowej pojawiły się Schematy liczenia lat marsjańskich z jednej lub drugiej epoki, w różnym stopniu. Aplikacja Mars24 nie wykorzystuje jeszcze żadnego z tych kalendarzy.
mamy jednak do czynienia z „Mars Sol Date” (MSD), zdefiniowanym przez AM2000. Oznacza to sekwencyjną liczbę dni Marssolarnych, które upłynęły od 1873 roku 29 grudnia około południa Greenwich (Data juliańska 2405522.0).Epoka ta miała miejsce przed wielką peryheliczną opozycją Marsa z 1877 r.i poprzedza prawie wszystkiedetailed obserwacje zmian czasowych na planecie. Odpowiada Marsl 277°, w przybliżeniu tej samej planetocentrycznej długości geograficznej słonecznej dla Ziemi w tym samym dniu. MSD 44796.0 jest w przybliżeniu zbieżny z 2000 stycznia 6,0, w pobliżu zbieżności południka pierwszego na obu planetach i powtórzenia LS = 277°. Okres 44796 sols to także blisko 126 lat Juliańskich i 67 marsjańskich rewolucji tropikalnych. Zasadniczo MSD powinien być wykorzystywany jako spójny punkt odniesienia dla różnych misji i obserwacji na Marsie.
dokładność Mars24
Mars24 wykorzystuje krótką reprezentację siedmiu największych Planet krótkookresowych o długości orbitalnej Marsa określonej przez AM2000, zgodnie z adaptacją Simona et al.(1994). Szczegółowe porównania z dokładną efemerydą sugerują, że maksymalny błąd w obliczonym Ls przez przyjęty algorytm wynosi 0°.008 ponad ±100 lat J2000. Zgodnie z niejawną zależnością obliczonego EOT od theLs, wynikający z tego rzeczywisty czas słoneczny może być oszacowany jako błąd o około 3 sek. błąd w obecnie zakodowanej konwersji między TT i UTC jest sam w sobie inerror dla niektórych okresów w erze po 1975 roku aż o 3 sek.
oczywiście obliczenie lokalnego (prawdziwego lub średniego) czasu słonecznego nie może być bardziej dokładne niż podłużne rozmieszczenie lokalnego punktu zainteresowania. Przewidywany czas słoneczny dla lokalizacji lądownika może zatem wymagać zmiany, ponieważ dostępna jest większa wiedza na temat jego lokalizacji. Chociaż stosunkowo dokładne współrzędne lądowników po 2000 były uzyskiwane szybko po ich wylądowaniu, spory co do dokładnych lokalizacji dwóch lądowników Wikingów trwały przez jakiś czas i nie zostały rozstrzygnięte, dopóki lądowniki nie zostały zauważone kilkadziesiąt lat później.
chociaż czas dnia można obliczyć na podstawie znajomości długości geograficznej, szacunki czasów lokalnego wschodu i zachodu Słońca, a także czasów Earthrise i Earthset, wymagają również szerokości geograficznej. Mimo to wyniki mogą być błędne z powodu lokalnej topografii i refrakcji tlenowej. Porównanie ze znanymi czasami dla ograniczonej liczby słonecznych i ziemskich wzniesień i ustawionych zdarzeń w miejscach Lądownika marsjańskiego sugeruje, że brak efektów topograficznych i atmosferycznych, czas obliczania tych czasów jest krótszy niż 30 sekund.
czasy misji Lądownika
każdy projekt misji Lądownika Marsa przyjął inne odniesienie do swojego zegara słonecznego i zegara misji. Daty misji są powszechnie podawane jako liczba sols od daty, wktórym konkretny lądownik wylądował na powierzchni Marsa. W zależności od kryteriów misji solduring, do którego doszło do lądowania, był różnie oznaczany jako Sol 0 lub Sol 1. Ogólnie rzecz biorąc, czasomierz rozpoczyna się od Sol 0, jeśli misja wylądowała późno w ciągu dnia i nie była w stanie wykonać „znaczących operacji misji” do następnego sol.
bardziej złożonym pytaniem było, jak zdefiniować epokę, w której rozpoczął się wstępny sol.Ponownie zmieniało się to, opierając się na (planowanym) miejscu lądowania LTST lub LMST midnightmediately przed lądowaniem, lub na określonym przesunięciu z tego przed północą. Ale w jaki sposób zdefiniowano tę początkową epokę dla zegara misji, wszystkie z wyjątkiem jednego z lądowników „zahaczały” w tempie średniego czasu marsjańskiego.
Uwaga: W przypadku wcześniejszych misji lądownika — dwóch lądowników Viking oraz Marspathfindera — rozbieżności między specyfikacjami zegara misji a planami lotów mars24 są wynikiem ulepszonej wiedzy na temat bieguna obrotu Marsa, a także aktualizacji Kartografii Marsa, zarówno wynikających z danych zebranych przez te misje, jak i fotografii zebranych przez misje orbitera, takie jak Viking Orbiters i Mars GlobalSurveyor.
Viking Landers (VL1, VL2) :”Lokalny czas lądownika” dla dwóch lądowisk zaczynał się od Sol 0, rozpoczynając się od północy LTST na odpowiednim lądowisku bezpośrednio przed przyziemieniem, ale postępując w tempie średniego czasu słonecznego. Lokalizacje użyte do określenia północy LTST były najwyraźniej współrzędnymi lądowania wybranymi w okresie między tym, kiedy orbitery Viking dotarły do Marsa, a tym, kiedy lądowniki zostały odpowiednio rozmieszczone, tj. Długość geograficzna użyta do obliczeń czasu VL1 wynosiła 312,5°e, a forVL2 134,14°E. Jednak Mars24 oblicza czasy misji dla dwóch lądowników na podstawie dokładnych epok UTC dla każdego Lądownika Viking Sol 0, które zostały uzyskane z dokumentacji lądownika meteorologydata tape zarchiwizowanej w National Space Science Data Center.
Mars Pathfinder (MPF):Dokumentacja planowania misji dla samochodu Pathfinderlander i jego łazika Sojourner omawiała nie tylko znaczenie LTST i LMST, ale także”Hybrydowy czas słoneczny”, zasadniczo nieco skomplikowaną wersję lmst, która byłaby okresowo dostosowywana, aby ograniczyć różnicę między LTST a przesunięciem lmst do mniej niż 5 minut (Vaughan, 1995). Wydaje się jednak, że harmonogramy „marsjańskiego lokalnego czasu słonecznego” zawarte w materiałach, takich jak Strona internetowa misji Pathfindera (np. strona internetowa z danymi z trajektorii) używały jedynie schematu LTST, a nie hybrydowego systemu. Wyświetlanie czasu misji MPF na Mars24 wykorzystuje pomiar czasu LTST i ma na celu dopasowanie tych opublikowanych harmonogramów.
Mars Exploration Rovers (MER-A, Mer-B): „Hybrydowy lokalny czas słoneczny” przyjęty dla łazików eksploracyjnych twoMars został oparty na przesunięciu od miejsca lądowania LMST, jak opisano przez Roncoli et al. (2002), a także „Mer Continuous Time Algorithm”. Intencją tych przesunięć było to, że mniej więcej w połowie każdej z nominalnych misji Mer-a i-B (tj. na 45.Sol po lądowaniu) czas misji lądownika powinien wyrównać się z LTST do 30 sekund. W przypadku MER-ASpirit różnica między czasem misji lądownika a LMST wynosiła ponad 41 minut,natomiast w przypadku Mer-B-ponad 37 minut. Podobnie jak w przypadku Pathfindera,Sol 1 dla każdego lądownika MER oznaczał dzień słoneczny, w którym lądownik wylądował. Chociaż na podstawie długości geograficznej planowanego lądowania, czasy zegara dla obu łazików są obliczane w Mars24 przy użyciu Wyraźnych epok UTC.
Mars Phoenix (PHX):Mars Phoenixmission powrócił do używania Sol 0, aby wskazać dzień słoneczny, w którym lądownik wylądował.Planiści misji pierwotnie określili zegar misji oparty na LMST w planowanym miejscu lądowania na 233,35°E. jednak zapadła późna decyzja o przesunięciu lądowania o 0,9°na wschód, zachowując zegar misji oparty na wcześniejszej lokalizacji. Decyzja ta miała zostać przedłużona o około dwie i pół minuty, ale jak się okazało,Phoenix wylądował 5 km od celu, na 234,248°E. w rezultacie czas misji i miejsce lądowania LMST różniły się o około trzy i pół minuty.
Mars Science Laboratory (MSL):Projekt Mars Science Laboratory określił również 0 jako dzień słoneczny, w którym łazik wyląduje. Podczas planowania kontrolerzy misji określili zegar misji rozpoczynający się o północy LMST dla miejsca lądowania na 137,42°E. miejsce lądowania zostało później nieco zmienione i wprowadzono korekty kursu podczas lotu MSL na Marsa. Gdy łazik Curiosity wylądował nieco „długo” od współrzędnych celu końcowego,miejsce lądowania okazało się być na 137,442°E. Idąc za przykładem Feniksa, nie zmieniono definicji zegara misji MSL, aby dopasować go do rzeczywistych współrzędnych lądowania, w ten sposób powstała rozbieżność kilku sekund między LMST na miejscu lądowania a zegarem misji.
InSight (Nsyt):projekt Mars InSight zdefiniował Sol 0 jako słoneczny dzień, w którym lądownik wyląduje. 26, 2018. Podczas planowania,zegar misji został zdefiniowany jako rozpoczynający się o północy LMST dla miejsca lądowania na 135,97°E. lądowanie faktycznie miało miejsce na 135,62 ° e, co oznacza, że zegar misji wynosi około 85 sekund od lmst lądownika.
Mars 2020 Perseverance (M20):w projekcie Mars 2020 Perseverance określono 0 jako dzień słoneczny, w którym łazik wyląduje. 18, 2021. Podczas planowania, kontrolerzy misji określili zegar misji rozpoczynający się o północy LMST dla miejsca lądowania na 77,43°E.