火星の軌道

火星の軌道は、長半径が 1.524天文単位(2億2800 万 km) (12.673 光分)、離心率が 0.0934 です。^{[ 1 ] [ 2 ]} この惑星は 687 日で太陽を公転し^{[ 3 ]}  、その際に 9.55 AU を移動します^{[ 4 ]} 。平均軌道速度は 24  km/s です。

軌道離心率は水星を除く他のどの惑星よりも大きく、そのため遠日点と近日点の距離に大きな差が生じ、それぞれ1.666 AUと1.381  AUとなる。^{[ 5 ]}

火星は、軌道離心率が長期的に増加している最中です。約19,000年前に最小値0.079に達し、約24,000年後（近日点距離がわずか1.3621天文単位）に約0.105でピークに達します。軌道は時折ほぼ円形になります。135万年前は0.002で、105万年後には同様の最小値に達します。これら2つの極端な最小値の間の最大離心率は、約20万年後に0.12になります。^{[ 6 ]} 

火星は、火星と太陽の地心経度の差が 180° になったときに衝を迎えます。衝に近い時期 (8.5 日以内) には、地球と火星の距離は、その 780 日の会合周期中に最小になります。^{[ 7 ]}火星は夜通し地球から高く照らされて見えるため、どの衝にも何らかの意味がありますが、特に興味深いのは火星が近日点に近いときに起こる衝です。これは、火星が地球に最も近づくときでもあるからです。1 つの近日点衝の後には、15 年または 17 年後に次の衝が続きます。実際、すべての衝の後には、7 または 8 会合周期後に同様の衝が続き、37 会合周期 (79 年) 後に非常によく似た衝が続きます。^{[ 8 ]}いわゆる近日点衝では、火星は太陽に最も近づき、特に地球に近くなります。衝は、火星が遠日点付近にあるときの約 0.68 AU から、火星が近日点付近にあるときのわずか約 0.37 AU まで変化します。^{[ 9 ]}

火星は、金星を除けば、地球に最も接近する惑星です。火星と地球の最短距離は5600万kmですが、金星が地球に最も接近する距離は4000万kmです。火星は、地球が太陽と火星の間を通過する衝の頃に、ほぼ2年に一度地球に最も接近します。火星の極めて接近した衝は15年から17年ごとに起こり、地球が火星と太陽の間を通過するのは、火星の近日点（軌道上で太陽に最も近づく点）の頃です。地球と火星の最短距離は年々減少しており、2003年には5576万kmとなり、約6万年（紀元前57617年）で最も接近しました。2729年には、地球と火星の最短距離は5565万kmになると記録されています。西暦3818年には、記録は5544万kmとなり、距離は約2万4000年間縮まり続けるだろう。^{[ 10 ]}

ドイツの天文学者ヨハネス・ケプラー（1571年～1630年）の研究以前は、太陽と惑星は地球の周りを公転しているというのが一般的な考え方でした。1543年、ニコラウス・コペルニクスはすべての惑星が太陽の周りを円軌道で公転していると提唱しましたが、彼の理論はあまり満足のいく予測を提供できず、ほとんど無視されました。ケプラーは、上司のティコ・ブラーエが何晩にもわたって観測した火星の位置を研究する中で、火星の軌道が円ではないことに気づきました。長年の分析の後、ケプラーは火星の軌道は楕円であり、太陽はその楕円の焦点の1つにある可能性が高いことを発見しました。これが、すべての惑星が太陽の周りを楕円軌道で公転し、太陽が2つの焦点のうちの1つにあるというケプラーの発見につながりました。これが、ケプラーの惑星運動の3つの法則の最初の法則となりました。^{[ 11 ] [ 12 ]}

最も要求の厳しい人以外から見れば、火星の軌道は単純である。天文学アルゴリズムの式では、摂動のない楕円軌道を仮定すると、近日点と遠日点の時刻を「数時間」の誤差で予測する。^{[ 13 ]}軌道要素を使用してこれらの距離を計算すると、実際の平均値と少なくとも5桁の有効数字で一致する。軌道要素から直接位置を計算する式は、通常、他の惑星の影響に対する補正を提供しないか、必要としない。^{[ 14 ]}

より高い精度を得るためには、惑星の摂動を考慮する必要があります。これらはよく知られており、高い精度を達成できるほど十分にモデル化されていると考えられています。これらは、多くの難しい問題においても考慮する必要のあるすべての天体です。アルド・ヴィタグリアーノが遠い過去または未来における火星の接近日を計算した際、彼は最大の3つの小惑星を含めた場合と含めない場合の両方でシミュレーションを実行し、小惑星帯モデルの不確実性によって生じる可能性のある影響をテストしました。その結果、影響は無視できる程度であることがわかりました。

観測は改善され、宇宙時代の技術が古い技術に取って代わりました。E. マイルズ・スタンディッシュは次のように書いています。「過去数世紀にわたる古典的な暦は、ほぼ例外なく子午線通過時刻という光学観測に完全に依存していました。惑星レーダー、宇宙船ミッション、VLBIなどの出現により、4つの内惑星の状況は劇的に変化しました。」(8.5.1 ページ 10) 1995 年に作成された DE405 では、光学観測は廃止され、彼が書いたように「4つの内惑星の初期条件は主に測距データに合わせて調整されました…」^{[ 15 ]} DE405 の誤差は約 2  km であることが知られており、現在はサブ 1 キロメートルです。^{[ 16 ]}

小惑星による火星の摂動は問題を引き起こしてきたが、特定の小惑星の質量を推定するためにも利用されてきた。^{[ 17 ]}しかし、小惑星帯のモデルを改善することは、最高精度の天体暦を必要とする、あるいは提供しようとする人々にとって大きな関心事である。^{[ 18 ]}

以下の火星の軌道要素の表には、有効数字が5桁までしか示されていません。この精度レベルでは、これらの数値はVSOP87の軌道要素およびそこから導き出された計算結果、JPLのスタンディッシュによる250年間の最適近似値、そして火星の実際の位置を時系列で用いた計算結果と非常によく一致しています。