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rechtwinkelige_sonnenkoordinaten

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Rechtwinkelige Sonnenkoordinaten

Für die Berechnung einer Ephemeride eines Kleinplaneten oder eines Kometen werden die rechtwinkeligen, geozentrischen äquatorialen Koordinaten $X, Y, Z$ der Sonne benötigt. Der Ursprung dieser Koordinaten ist der Mittelpunkt der Erde. Die $X$-Achse ist auf die Frühlings-Tagundnachtgleiche ($\lambda = 0^{\circ}$) gerichtet; Die $Y$-Achse liegt ebenfalls in der Äquatorebene und ist auf den Längengrad $90^{\circ}$ ausgerichtet, während die $Z$-Achse auf den Himmelsnordpol gerichtet ist.

Die Werte von $X, Y, Z$ werden für jeden Tag um $0^{h} TD$ in den großen astronomischen Almanachen angegeben. Sie werden in astronomischen Einheiten $AE$ ausgedrückt. Im Allgemeinen beziehen sie sich nicht auf den mittleren Äquator und das mittlere Äquinoktium des Datums, sondern auf ein Standard-Äquinoktium , beispielsweise jenes von $J2000.0$.

Rechtwinkelige Koordinaten für das mittlere Äquinoktium des Datums

Man berechnet zunächst die geometrischen Koordinaten der Sonne, jedoch ohne die Korrekturen für Nutation und Aberration. Wenn $\odot$ und $\beta$ der geometrische Längen- und Breitengrad der Sonne und $R$ ihr Radiusvektor in astronomischen Einheiten sind, dann sind die erforderlichen rechtwinkligen Koordinaten der Sonne, bezogen auf den mittleren Äquator und die Tagundnachtgleiche des Datums, gegeben durch

\[\begin{align} X &= R\cdot \cos \beta \cdot \cos \odot\\ Y &= R\cdot \big(\cos \beta \cdot \sin \odot \cdot \cos \varepsilon - \sin \beta \cdot \sin \varepsilon \big)\\ Z &= R\cdot \big(\cos \beta \cdot \sin \odot \cdot \sin \varepsilon + \sin \beta \cdot \cos \varepsilon \big) \end{align}\]

Da der Breitengrad der Sonne, bezogen auf die Ekliptik des Datums, niemals $1\overset{''}{.}2$ Bogensekunden überschreitet, kann man in den Formeln oft $\cos \beta \approx 1$ und $\sin \beta \approx 0$ einsetzen und erhält vereinfacht:

\[\begin{align} X &= R\cdot \cos \odot\\ Y &= R\cdot \sin \odot \cdot \cos \varepsilon\\ Z &= R\cdot \sin \odot \cdot \sin \varepsilon \end{align}\]

Die Ekliptikschiefe $\varepsilon$ ist eine Veränderliche in julianischen Jahrhunderten $T$, wobei

$$T = \frac{(JDE - 2451545.0)}{36525}$$

ist und damit

\[\begin{align} \varepsilon &= 23\overset{\circ}{.}439291111\\ &- \big(46\overset{''}{.}8150\cdot T\\ &- 0\overset{''}{.}00059\cdot T^2\\ &+ 0\overset{''}{.}001813\cdot T^3\big)/3600\tfrac{''}{\circ} \end{align}\]

oder mit dem ersten Term in Bogensekunden \[\begin{align} \varepsilon &= \big(84381\overset{''}{.}448\\ &- 46\overset{''}{.}8150\cdot T\\ &- 0\overset{''}{.}00059\cdot T^2\\ &+ 0\overset{''}{.}001813\cdot T^3\big)/3600\tfrac{''}{\circ} \end{align}\]

Beispiel

Man berechne die rechtwinkeligen geozentrischen äquatorialen Koordinaten der Sonne für den 21.5.2023 um 10:15 $MESZ$


Für den gegebenen Zeitpunkt wurden die folgenden Werte bereits in diesem Beispiel ermittelt:

$JD = 2460085.84375$
$\Delta T = 69^{s}$
$JDE = 2460085.844548611$
$T = 0.233835579702$
$\odot = 60\overset{\circ}{.}05144$
$R = 1.012023642 \textsf{ AE}$

Weil in diesem Beispiel die Breite $\beta_{\odot}$ der Sonne $0$ gesetzt wurde (schneller Algorithmus), kann man die verkürzte Version der Gleichungen für $X,Y,Z$ nehmen.

Die Ekliptikschiefe zum Äquinoktium des Datums beträgt mittels $T$

\(\begin{align} \varepsilon_{0} &= \big(84381\overset{''}{.}448\\ &- 46\overset{''}{.}8150\cdot T\\ &- 0\overset{''}{.}00059\cdot T^2\\ &+ 0\overset{''}{.}001813\cdot T^3\big)/3600\tfrac{''}{\circ}\\ &= 23\overset{\circ}{.}436250 \end{align}\)

Damit sind die gesuchten rechtwinkeligen Sonnenkoordinaten

\(\begin{align} X = R\cdot \cos \odot &= 0.5052248\textsf{ AE}\\ Y = R\cdot \sin \odot \cdot \cos \varepsilon &= 0.8045513\textsf{ AE}\\ Z = R\cdot \sin \odot \cdot \sin \varepsilon &= 0.3487650\textsf{ AE} \end{align}\)

rechtwinkelige_sonnenkoordinaten.1710464414.txt.gz · Zuletzt geändert: 2024/12/20 01:35 (Externe Bearbeitung)

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