ジェット推進研究所開発暦

ジェット推進研究所開発エフェメリス（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、主要な太陽系天体の位置、速度、加速度の数値表現で構成され、指定された年数にわたって等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。

JPL DEには、1960年代から現在まで多くのバージョンがあり、 ^[2]ロボットと有人の両方の宇宙船ミッション^{[3]をサポートしています。入手可能な文書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、特別な目的の短期間エフェメリスであったことがわかっています。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十分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メインフレームで倍精度で積分されていました。たとえば、 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多くの作業が行われました。 1975年から1982年にかけて、JPLでは数値積分出力を高精度データに最小二乗調整する最新の手法を使用して、6つのエフェメリスが作成された。1975年11月のDE96 、1977年9月のDE102、 1980年5月のDE111、 1981年9月のDE118、1982年のDE200である^。[6] DE102は、数値積分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年をカバーしている。DE118をJ2000.0参照フレームに移行したバージョンであるDE200は、1984年に開始され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、冥王星の軌道が改善されました。^[7]

JPLのエフェメリスは、1984年から2002年までの巻以来、天文年鑑の太陽、月、惑星のエフェメリスの基礎となっており、JPLのエフェメリスDE200が使用されていました。（2003年から2014年まではDE405を使用するように基礎が更新され、2015年からはDE430が使用され始めてさらに更新されました。）^{[8] [9]}

各エフェメリスは、一連の初期条件から始まる運動方程式の数値積分によって作成された。現代の観測データの精度のため、一般摂動の解析方法は、観測を適切に再現するのに十分な精度で適用できなくなった。特殊摂動法が適用され、数値積分を使用してn体問題を解き、実質的に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た。初期条件は、外部ソースからの惑星質量などの定数と、初期位置や速度などのパラメータの両方であり、大規模な観測セットに「最適に適合」する出力を生成するように調整された。適合には最小二乗法が使用された。 ^{[4] DE421の時点で、}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動力学モデルに含まれている。^[10]

モデル化された物理には、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って引き起こされる加速度、地球と月の形状によって引き起こされる加速度、および月の秤動モデルが含まれていました。^[4]

フィッティングの観測データは進化しており、宇宙船からの無線信号によって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（天空の平面上）、惑星や小天体の通過観測と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。たとえば、 DE102は48,479の観測に適合しました。

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、時間の遅れと同時性の小さな相対論的効果を説明するために精密な作業に必要なものです。IAUの2006年のTDBの再定義は、基本的にT _ephと同等になり、再定義されたTDBは最近のバージョンのJPLエフェメリスに明示的に採用されています。

太陽、地球、月、惑星の位置と速度、および月の向きは、32日間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とFTP ^[13]を介して、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使用すると、任意の時点について非常に正確で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 (秒角) (火星の距離で約 1 km に相当)の精度が「回復」されます 。外惑星の場合は、通常約 0.1秒角です 。「精度が低下した」DE406エフェメリスでは、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 (完全なエフェメリス値と比較して) が得られます。

これらの精度の数値は、元の表形式の座標に対する補間値の相対値であることに注意してください。惑星の実際の動きを表す補間値の全体的な精度と正確さは、エフェメリスの表形式の座標の精度と補間の精度の両方の関数になります。

• JPL は、太陽系全体にわたる宇宙船のナビゲーションにエフェメリスを使用しています。通常、新しいエフェメリスは、ミッションの計画のため、または宇宙船とターゲットの最終的なコンタクトのために、ターゲット惑星の最新の観測データを含めて計算されます。以下の「シリーズの最近のエフェメリス」を参照してください。
• 1984年から2002年までの天文年鑑はJPLエフェメリスDE200に基づいており、2003年から2014年までの天文年鑑はJPLエフェメリスDE405に基づいていました。^[9] 2022年現在^{[アップデート]}、年鑑はDE430に基づいています。^[15]
• JPL の天体暦は惑星科学で広く使用されており、いくつかの例が「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あり、これらは惑星観測の削減と非常に正確な観測ガイドの作成のためにプロとアマチュアの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。

太陽系の天体の暦はJPLのウェブサイト^{[17]とFTP [18]}経由で入手可能である。

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組み込まれた結果、DE430に対するDE440の重心は時間とともに約100 kmシフトします。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。このエフェメリスはDE440よりも長く、-13,200から17,191ですが、精度は低くなります（月の中心核マントルの減衰を無視するため）。DE440の範囲外の過去の観測を分析するのに役立ちます。

DE102は1981年に作成されました。章動は含まれていますが、秤動は含まれていません。1950年の力学的赤道と春分点を参照しています。紀元前1410年初頭から紀元後3002年後半までをカバーしています。^[14]

DE200は1981年に作成されました。章動は含まれていますが、秤動は含まれていません。2000年の力学的赤道と春分点を参照しています。西暦1599年後半から西暦2169年初頭までをカバーしています。このエフェメリスは1984年から2003年まで天文年鑑^{に使用されました。 [14]}

DE202は1987年に作成され、章動と秤動が含まれています。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年までをカバーしています。^[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、}国際地球回転サービス(IERS) 基準フレーム (基本的には ICRF)の座標で表現されました。JPL がエフェメリスを導き出す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、特に 4 つの内惑星については、惑星の高精度レーダー測距、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。外惑星については、その距離ゆえにレーダーを反射させることができず、近くに宇宙船を駐機させることも難しいため、望遠鏡による観測が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ましたが、DE118/DE200 には、最大の摂動を引き起こすと判断された 5 個の小惑星のみが含まれていました。 DE118/DE200以降、惑星の質量のより良い値が発見され、摂動がさらに精緻化されました。月レーザー測距の精度が向上し、月の位置がより正確に判明しました。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年に発表されました。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す。DE403とDE404はどちらも同じ期間にわたって統合されていますが、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。望遠鏡、レーダー、宇宙船、VLBI観測（特に木星のガリレオ宇宙船）からの数年分の追加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。エフェメリスはICRFに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。このエフェメリスは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 とともにリリースされました。これは、DE405 の凝縮版である Long Ephemeris で、DE404 と同じ制限付きで紀元前 3000 年から西暦 3000 年までをカバーしています。これは DE405 と同じ統合ですが、ファイルでカバーされる期間が長くなったため、ファイル サイズを小さくするために補間多項式の精度が下げられています。

DE407 ^[25]は明らかに未発表であった。入手可能な情報源では詳細は不明である。

DE408 ^[26]は、2005年にDE406の延長版として作成され、2万年をカバーする未発表の暦でした。

DE409 ^[27]は、火星探査ローバー探査機の火星到着とカッシーニの土星到着のために2003年にリリースされました。さらに、探査機の測距と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）と望遠鏡のデータがフィッティングに含まれました。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提供するために再処理されました。これにより、特に火星と土星の予測位置に関して、DE405よりも改善されました。DE409は1901年から2019年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、最近の研究に基づいて金星、火星、木星、土星、地球-月系の質量がDE409から改良されました。質量はまだIAUに採用されていませんでしたが。エフェメリスはMERとカッシーニ宇宙船の到着をサポート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から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、冥王星の最新の天体暦とともに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改善するために、冥王星の 新しいCCD望遠鏡観測に適合しました。

DE414 ^[31]は2005年に作成され、2006年にリリースされました。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ました。マーズ・グローバル・サーベイヤーとマーズ・オデッセイ探査機の測距データは2005年まで延長され、さらに5つの外惑星のCCD観測がフィッティングに含まれました。一部のデータは、 1992～94年のマゼラン金星データと1996～97年のガリレオ木星データが誤ってフィッティングから除外されました。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/月の質量比を導き出すために使用されました。DE414は1599年から2201年をカバーしました。

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ていました。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。カッシーニ探査機から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わずかな不一致が残るため、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とVLBI測定、金星探査機の新しい測距とVLBI、惑星質量の最新の推定、追加の月レーザー測距、および冥王星のCCD測定の2か月分が含まれています。2008年に最初にリリースされたとき、DE421エフェメリスは1900年から2050年をカバーしていました。2013年の追加データリリースでは、カバー範囲が2200年まで拡張されました。

DE422 ^{[34]は2009年に水星への}メッセンジャーミッションのために作成されました。長期エフェメリスであり、紀元前3000年から西暦3000年までをカバーするDE406の代わり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からの追加の距離とVLBIデータが適合されました。DE423は1799年から2200年をカバーしました。

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。最も正確な月の暦で、1550年1月1日から2650年1月22日までをカバーしています。2015年以降、この暦は天文年鑑で使用されています。このリリースから、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るようになりました。^[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提供されています^[10]

DE431 ^[37] は2013年に作成され、太陽、月、惑星の過去の観測を分析することを目的としています。DE430よりも長い期間（紀元前13201年から西暦17191年）をカバーしており、DE430がカバーする期間ではDE430と1メートル以内で一致しています。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乗で増加します。^[39]これは3.4ギガバイトで、エフェメリスファイルの中で最大のものです。^[40]

DE432 ^[41]は2014年4月に作成されました。この衛星には天秤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。

• ジェット推進研究所
• 基本暦

• JPLのDEシリーズのほとんどについてのフォークナーの説明
• NRAO による JPL エフェメリスの形式と用途の説明
• IAUの天文暦に関する論文と情報
• JPL 太陽系ダイナミクス
• JPL の暦表に関する情報とプログラムおよびソースコードへのリンク
• JPL の天体暦やその他の理論を実装した Java ソース コード
• エフェメリスを読み取るための Matlab コード^{[リンク切れ‍ ]}
• エフェメリス (データ ファイル)、ソース コード (位置と速度を回復するためのデータへのアクセスと基本的な処理用)、およびドキュメントを含む JPL FTP サイト。
• エフェメリスの特徴を説明する JPL 事務局間覚書。
• 米国海軍天文台 (海軍海洋学ポータル)、「天文年鑑の歴史」、Wayback Machineで 2009 年 3 月 5 日にアーカイブ(2017 年 9 月にアクセス)。

• スタンディッシュ、ニューホール、ウィリアムズ、ヨーマンズ (1992)、「第 5 章: 太陽、月、惑星の軌道暦」、ザイデルマン (編)、『天文年鑑補足 (第 1 版)』、ミルバレー、カリフォルニア州: University Science Books、ISBN 978-0-935702-68-2。
• スタンディッシュ、ウィリアムズ、第 8 章: 太陽、月、惑星の軌道暦(PDF)上記のソースの未発表の更新バージョン。