ジェット推進研究所開発暦

ジェット推進研究所開発暦（略称：JPL DE（番号）または単にDE （番号））は、カリフォルニア州パサデナのジェット推進研究所で作成された、宇宙船の航行や天文学で使用するための太陽系の数学モデルシリーズの1つを指します。モデルは、太陽系の主要な天体の位置、速度、加速度の数値表現で構成され、指定された年の範囲で等間隔の時間間隔で表にまとめられています。[ 1 ]太陽、8つの主要な惑星と冥王星の重心直交座標と、月の地心座標が表にまとめられています。

歴史

JPL DEは1960年代から現在に至るまで、無人宇宙船ミッションと有人宇宙船ミッションの両方をサポートするために、多くのバージョンが存在してきました。[2] 入手可能な資料は限られていますが、DE69は1969年にJPLエフェメリステープの3番目のリリースとして発表され、特殊用途の短期エフェメリスであったことが分かっています。当時のJPLエクスポートエフェメリスはDE19でした。これらの初期のリリースは磁気テープで配布されました。

パーソナルコンピュータが登場する以前の時代、コンピュータは大型で高価であり、このような数値積分は豊富なリソースを持つ大規模な組織によって実行されていました。DE405以前のJPLの暦表は、Univacメインフレーム上で倍精度で積分されていました。例えば、 1977年に作成されたDE102は、 Univac 1100/81で600万ステップを9日間実行しました。[ 4 ] DE405はDEC Alpha上で4倍精度で積分されました。[ 5 ]

1970 年代から 1980 年代初頭にかけて、天文学界では天文年鑑を1890 年代の理論的研究から現代の相対論的理論に更新するための作業が数多く行われました。 1975年から1982年にかけて、JPLでは数値的に統合された出力を最小二乗法で調整する最新の手法を使用して、6つのエフェメリスが高精度データで作成されました。DE96は1975年11月、DE102は1977年9月、DE111は1980年5月、DE118は1981年9月、DE200は1982年です。 [ 6 ] DE102は、数値的に統合された最初のいわゆる長期エフェメリスであり、有用な天文観測が利用可能であった歴史の大半、すなわち紀元前1141年から西暦3001年をカバーしています。DE200は、 J2000.0基準フレームに移行したDE118のバージョンであり、 1984年に始まる新しいアルマナックの基本エフェメリスとして採用されました。DE402は、国際天体基準フレーム（ICRF）を参照する座標を導入しました。DE440とDE441は2021年に公開され、最近の宇宙船の観測から木星、土星、冥王星の軌道の改良が行われました。[ 7 ]

JPLの暦は、1984年から2002年までの巻以来、天文年鑑の太陽、月、惑星の暦の基礎となっており、JPLの暦DE200が使用されていました。（2003年から2014年まではDE405を使用するように更新され、2015年からはさらに更新されDE430が使用され始めました。）[ 8 ] [ 9 ]

工事

各エフェメリスは、一連の初期条件から運動方程式の数値積分によって作成されました。現代の観測データの精度向上により、一般摂動法は観測結果を適切に再現するのに十分な精度で適用できなくなりました。そこで特殊摂動法を適用し、数値積分を用いてn体問題を解き、事実上、太陽系全体をコンピュータのメモリ内で運動させ、関連するすべての物理法則を考慮しました。初期条件は、惑星質量などの外部情報源からの定数と、初期位置や速度などのパラメータの両方であり、多数の観測結果に「最適に適合」する出力を生成するように調整されました。フィッティングには最小二乗法が使用されました。 [ 4 ] DE421時点で、主小惑星帯の質量の約90%に相当する343個の小惑星からの摂動が力学モデルに組み込まれています。[ 10 ]

モデル化された物理モデルには、ニュートンの相互重力加速度とその相対論的補正（アインシュタイン・インフェルト・ホフマン方程式の修正形）、地球の潮汐歪みによる加速度、地球と月の形状による加速度、月の秤動モデルが含まれていた。[ 4 ]

フィッティングに用いられた観測データは進化を続けており、宇宙船からの無線信号で測定された惑星までの距離、[ 11 ]惑星の直接レーダー測距、宇宙船のVLBIによる2次元位置測定（天空面上）、惑星や小天体のトランジット観測やCCD望遠鏡観測、月の再帰反射鏡のレーザー測距などが含まれています。例えば DE102は48,479件の観測データにフィッティングされました。

JPL統合エフェメリスの時間引数は、初期のバージョンではT ephとして知られていましたが、[ 12 ]相対論的な座標時間スケールとして認識されるようになりました。これは、時間の遅れや同時性といった相対論的な小さな効果を考慮するための精密な作業に不可欠な要素です。IAUによる2006年のTDBの再定義は、本質的にT ephと同等となり、再定義されたTDBはJPLエフェメリスの最近のバージョンに明示的に採用されています。

分布

太陽、地球、月、惑星の位置と速度、および月の向きは、32日分のセグメントに適合するチェビシェフ多項式係数として保存されます。 [ 10 ]エフェメリスは現在、ワールドワイドウェブおよびFTP [ 13 ]経由で、チェビシェフ係数を含むデータファイルとして、位置と速度を復元（計算）するためのソースコードとともに入手できます。[ 14 ]ファイルは、数百年から数千年までの範囲でカバーする期間と含まれる天体によって異なります。データは、各惑星の幾何学的中心または惑星系の重心に基づいています。

チェビシェフ多項式を用いることで、任意の時点において高精度かつ効率的な計算が可能になります。DE405による内惑星の計算では、約0.001 秒角（火星までの距離で約1kmに相当）の精度が「回復」します。外惑星の場合は、一般的に約0.1秒角です 。「精度が低下した」DE406エフェメリスは、（エフェメリス全体の値と比較して）どの惑星でも25メートル以下、月でも1メートル以下の補間精度を実現します。

これらの精度数値は、元の表形式の座標に対する補間値の相対的な値であることに注意してください。惑星の実際の運動を記述するための補間値の全体的な精度と正確さは、エフェメリス表形式の座標の精度と補間の精度の両方に依存します。

アプリケーション

  • JPLは、太陽系全体にわたる探査機の航行にエフェメリスを使用しています。通常、ミッション計画のため、または探査機と目標惑星の最終コンタクトのために、最新の観測データを含む新しいエフェメリスが計算されます。下記の「最近のエフェメリス」シリーズをご覧ください。
  • 1984年から2002年までの天文年鑑はJPLの暦DE200に基づいており、2003年から2014年までの天文年鑑はJPLの暦DE405に基づいていた。[ 9 ] 2024年現在、年鑑はDE440に基づいている。[ 15 ]
  • JPL の天体暦は惑星科学で広く使用されており、いくつかの例は「注釈と参考文献」に記載されています。
  • JPLの天体暦を使用して、任意の場所と時間の見かけの天体暦を作成するためのソフトウェアが利用可能です。これらは、惑星観測の手間を省き、非常に正確な観測ガイドを作成するために、プロの天文学者やアマチュア天文学者に広く使用されています。[ 16 ]
  • 最新の天体暦はプラネタリウム ソフトウェアStellariumで使用できます。

シリーズのエフェメリス

太陽系天体の暦はJPLのウェブサイト[ 17 ]とFTP [ 18 ]から入手できます。

最新リリース

出典: [ 10 ]

DE440 [ 19 ]は2020年6月に作成されました。新しいDE440 / 441汎用惑星ソリューションには、地上および宇宙ベースの天文測定データ、データ較正、および力学モデルの改良が7年間追加されており、最も重要なのは木星、土星、冥王星、カイパーベルトです。30個の新しいカイパーベルト質量とカイパーベルトリング質量が追加された結果、DE440の重心はDE430に対して約100 kmの時間変動シフトをもたらします。114メガバイトのエフェメリスファイルには、月の向きが含まれています。これは1550年から2650年にわたります。JPLは2021年4月初旬にDE440への移行を開始しました。火星の惑星の幾何学的中心と火星の重心を含む補足バージョンも利用可能です。[ 20 ]

DE441 [ 19 ]は2020年6月に作成されました。この暦はDE440よりも範囲が広く、-13,200から17,191までの範囲ですが、精度は低くなります（月核マントル減衰を無視しているため）。DE440の範囲外にある過去の観測結果を解析するのに役立ちます。

過去のリリース

DE102は1981年に作成され、章動は含まれるが秤動は含まれない。1950年の力学的赤道と春分点を参照。紀元前1410年初頭から紀元後3002年後半までをカバー。[ 14 ]

DE200は1981年に作成され、章動は含まれるが秤動は含まれない。2000年の力学的赤道と春分点を参照する。西暦1599年後半から西暦2169年初頭までをカバーする。この暦は1984年から2003年まで天文年鑑に使用された。 [ 14 ]

DE202は1987年に作成され、章動と秤動を含みます。2000年の力学的赤道と春分点を参照しています。1899年後半から2049年までをカバーします。[ 14 ]

DE402 は1995 年にリリースされ、すぐに DE403 に置き換えられました。

DE403 [ 21 ]は1993年に作成され、1995年に公開され、基本的にはICRFである国際地球回転サービス（IERS）基準フレームの座標で表現されました。JPLがエフェメリスを導くためにまとめたデータは、精度が限られている望遠鏡による観測から離れ、特に4つの内側の惑星については、惑星のより高精度なレーダー測距、宇宙船の電波測距、宇宙船の超長基線干渉計（VLBI）観測へと移行し始めました。望遠鏡による観測は、その距離ゆえにレーダーを反射させることができず、宇宙船をその近くに駐めるのが困難な外惑星にとって依然として重要でした。300個の小惑星の摂動が含まれていたのに対し、DE118/DE200には、最も大きな摂動を引き起こすと判明した5個の小惑星のみが含まれていました。 DE118/DE200以降、惑星の質量に関するより正確な値が発見され、摂動がさらに精密化されました。月レーザー測距の精度が向上し、月の位置がより正確に測定されました。DE403は1599年初頭から2199年半ばまでの期間をカバーしました。[ 22 ]

DE404 [ 23 ]は1996年に公開されました。いわゆる長期エフェメリスと呼ばれるこのDE403の凝縮版は、紀元前3000年から西暦3000年までをカバーしていました。DE403とDE404は同じ期間にわたって統合されていましたが、DE404の補間は精度がいくらか低下しており、地球の章動と月の 秤動は含まれていませんでした。

DE405 [ 24 ]は1998年にリリースされました。このデータには、望遠鏡、レーダー、宇宙船、そしてVLBI（特に木星のガリレオ探査機による観測）による数年間分のデータが追加されました。モデル化された小惑星の数は変わりませんでしたが、小惑星の摂動をモデル化する手法が改善されました。暦はICRFにより正確に合わせられました。DE405は1600から2200までを完全な精度でカバーしました。この暦は2003年から2014年まで 天文年鑑で使用されました。

DE406は1998年にDE405と同時にリリースされました。これはDE405の短縮版であり、紀元前3000年から西暦3000年までをカバーし、DE404と同じ制限事項が適用されます。DE405と同じ積分ですが、ファイルサイズを縮小するために、補間多項式の精度が下げられています。

DE407 [ 25 ]は明らかに未発表だった。入手可能な情報源では詳細は不明瞭である。

DE408 [ 26 ]は、2005年にDE406の延長版として2万年をカバーする未発表の暦表である。

DE409 [ 27 ]は、2003年に火星探査ローバー探査機の火星到着とカッシーニ探査機の土星到着に合わせてリリースされました。このフィッティングには、さらに探査機による測距とVLBI（マーズ・グローバル・サーベイヤー、マーズ・パスファインダー、マーズ・オデッセイ探査機）のデータ、そして望遠鏡によるデータも含まれていました。パイオニア探査機とボイジャー探査機の軌道は、土星のデータポイントを得るために再処理されました。これにより、DE405と比較して、特に火星と土星の予測位置が改善されました。DE409は1901年から2019年までをカバーしています。

DE410 [ 28 ]も2003年にリリースされ、1901年から2019年までをカバーしています。DE409から、最近の研究に基づき、金星、火星、木星、土星、地球・月系の質量が改良されています。ただし、これらの質量はIAUにはまだ採用されていませんでした。これらの暦は、 MERとカッシーニ探査機の到着に対応するために作成されました。

DE411 [ 29 ] は天文学界で広く引用されていたが、JPLからは公表されていなかった。

DE412 [ 30 ]は天文学界で広く引用されていたが、JPLでは公表されていなかった。

DE413 [ 29 ]は、2005年7月11日の冥王星の衛星カロンによる恒星の掩蔽をサポートするために、冥王星の最新の暦とともに2004年にリリースされました。DE413は、冥王星とその衛星の位置をより正確にするために、冥王星の 新しいCCD望遠鏡の観測に適合されました。

DE414 [ 31 ]は2005年に作成され、2006年に公開された。数値積分ソフトウェアは、運動方程式のニュートン部分に4倍精度を使用するように更新された。マーズ・グローバル・サーベイヤーおよびマーズ・オデッセイ探査機の測距データは2005年まで延長され、5つの外惑星のさらなるCCD観測がフィッティングに含められた。一部のデータは、 1992～1994年のマゼラン金星データと1996～1997年のガリレオ木星データなど、フィッティングから誤って省略された。小惑星エロスを周回するNEARシューメーカー探査機の測距データの一部は、地球/月の質量比を導くために使用された。DE414は1599年から2201年をカバーしている。

DE418 [ 32 ]は、冥王星へのニューホライズンズミッションの計画のために2007年にリリースされました。ヒッパルコス星カタログの新しい天体測定精度を利用した冥王星の新しい観測がフィッティングに含まれました。火星探査機の測距とVLBI観測は2007年を通じて更新されました。小惑星の質量は異なる方法で推定されました。月のレーザー測距データはDE403以来初めて追加され、月の軌道と秤動が大幅に改善されました。カッシーニ探査機の推定位置データがフィッティングに含まれ、土星の軌道が改善されましたが、データの厳密な分析は後日に延期されました。DE418は1899年から2051年をカバーしており、JPLは時間的制約により惑星の質量に残る小さな矛盾を理由に、その範囲外での使用は推奨しませんでした。

DE421 [ 33 ]は2008年にリリースされました。これには、火星探査機の追加測距およびVLBI測定、金星探査機ビーナス・エクスプレスの新しい測距およびVLBI測定、惑星質量の最新の推定値、月レーザー測距の追加、そして冥王星のCCD測定の2ヶ月分が含まれていました。2008年に最初にリリースされたDE421エフェメリスは、1900年から2050年までをカバーしていました。2013年に追加データがリリースされ、カバー範囲は2200年まで拡張されました。

DE422 [ 34 ]は、2009年に水星探査ミッション「メッセンジャー」のために作成されました。長期暦であるDE422は、紀元前3000年から西暦3000年までをカバーするDE406の代替となることを目的としていました。

DE423 [ 35 ]は2010年にリリースされました。メッセンジャー探査機の位置推定値と、金星探査機ビーナス・エクスプレスの観測距離とVLBIデータが組み込まれました。DE423は1799年から2200年までの期間をカバーしています。

DE424 [ 36 ]は、火星科学実験室のミッションをサポートするために2011年に作成されました。

DE430 [ 37 ]は2013年に作成され、現代のデータの分析に使用することを目的としています。1550年1月1日から2650年1月22日までの期間を、最も正確な月の暦でカバーしています。2015年以降、この暦は天文年鑑で使用されています。このリリース以降、火星の衛星フォボスとダイモスの質量が小さく、火星の中心からのオフセットが非常に小さいため、火星の重心のみが含まれています。[ 38 ]完全な暦ファイルは128メガバイトですが、JPLによっていくつかの代替バージョンが公開されています[ 10 ]。

DE431 [ 37 ] は2013年に作成され、太陽、月、惑星の過去の観測結果を分析することを目的としています。DE430（紀元前13201年から西暦17191年）よりも長い期間をカバーしており、DE430がカバーする期間においてはDE430との誤差は1メートル以内です。月の位置は1913年から2113年の間は20メートル以内の精度で、その範囲外では誤差は2乗に比例して増加します。[ 39 ]これは3.4ギガバイトで、暦表ファイルの中で最大のファイルです。[ 40 ]

DE432 [ 41 ]は2014年4月に作成されました。秤動運動は含まれていますが、章動運動は含まれていません。DE432はDE430のマイナーアップデートであり、主に冥王星をターゲットとするニューホライズンズ計画を支援することを目的としています。[ 42 ]

DE436 [ 43 ]は2016年に作成され、DE430をベースに、特にジュノーミッション向けに木星の軌道データを改良したものです。

DE438 [ 44 ]は2018年に作成され、DE430をベースに、水星（メッセンジャーミッション用）、火星（マーズオデッセイとマーズリコネッサンスオービター用）、木星（ジュノー用）の軌道データが改善されました。

参照

注釈と参考文献

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  8. ^ Hathitrust のカタログ ページ ( https://catalog.hathitrust.org/Record/000635721 ) から入手できる天文年鑑の巻を参照してください。
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出典

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