Реферат КМЗ



МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ”ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

Кафедра вищої геодезії та астрономії

Реферат

на тему:

Оцінка параметрів орієнтації Землі

Виконав:

Студент групи КМЗ-41

Каній В. С.

Прийняв:

проф. Савчук С.Г.

Львів 2014

Зміст

Вступ

Загальні положення про параметри орієнтації Землі.

Опис параметрів орієнтації Землі.

Нутація.

Прецесія.

Ексцентриситет.

Рух полюсів Землі по її поверхні.

Оцінка параметрів орієнтації Землі.

Висновки

Список використаної літератури

1.Загальні положення про параметри орієнтації Землі

Параметри орієнтації Землі задають взаємну орієнтацію основних систем відліку — небесну і земну, які реалізуються Міжнародною службою обертання Землі і позначаються як Міжнародні небесна (МНСК) та земна (МЗСК) системи (англ. — ICRS та ITRS відповідно). Ці системи визначаються початком та напрямами координатних осей, а МЗСК — ще й одиницею довжини.

МНСК (ICRS) міжнародна небесна система координат, початок якої знаходиться в барицентрі Сонячної системи, напрями осей фіксуються відносно позагалактичних об’єктів з похибкою менше +/-0.0010″. Система МНСК реалізується списком координат цих об’єктів, що наводиться в Річних звітах МСОЗ (IERS Annual Reports).

МЗСК (ITRS) міжнародна земна система координат, початок якої з точністю +/-5см збігається з центром мас Землі. Одиницею довжини в МЗСК є метр (в системі SІ). Орієнтація осей: напрям осі ОХ з точністю +/-0.005″ співпадає з напрямом початкового меридіану (близького до Гринвіцького) за визначенням Міжнародного бюро часу у 1967 році; вісь ОУ спрямовано на 90o від осі ОХ. МЗСК реалізується координатами та швидкістю змін положень Станцій, що входять до мережі пунктів спостережень за програмою МСОЗ. Координати та швидкість змін положень станцій публікуються в Річних звітах МСОЗ (IERS Annual Report).

MJD — модіфікована юліанська дата;

MJD = JD — 2400000.5 діб

Параметри орієнтації Землі (х,у, UT1-TAI, dPsi, dEpsilon) задають взаємну орієнтацію систем МЗСК та МНСК.

х, у — координати небесного ефемеридного полюса (НЕП) [Celestial Ephemeris Pole-CEP] відносно МЗСК. Точність визначення х, у становить +/-0.001″.

UT1 (Всесвітній час) — середній сонячний час, на початковому (близькому до Гринвіцького) меридіані. UT1 задає положення початкового земного меридіана в системі МНСК. Міжнародна служба обертання Землі публікує значення UT1-TAI та UT1-UTC з точністю +/-0.0001с.

UT1R — редуковані за зональні земні припливи значення UT1.

TAI (Міжнародний атомний час), що обчислюється Міжнародним бюро ваг та мір на основі кращих світових атомних стандартів часу та частоти. Одиницею TAI є секунда в системі SІ на рівні моря. Початок TAI вибрано так, що UT1-TAI дорівнює нулю на 1 січня 1958 р. Земний час (TT — Terrestrial Time) визначається як TAI+32.184с, тобто TT=TAI+32.184с.

UTC (Всесвітній координований час) — допоміжна шкала часу, яка відрізняється від TAI цілим числом секунд; при цьому UT1-UTC менше 0.9с по абсолютній величині. Введення допоміжної секунди здійснюється МСОЗ за вказаними умовами в кінці грудня або липня і сповіщається в Bulletin C (IERS).

dPsi, dEpsilon визначені на основі спостережень поправки довготи та нахилення небесного екватора відносно його положення, що визначається моделями прецесії (МАС 1976) та нутації (МАС 1980).

2. Зміна тривалості доби та кутова швидкість обертання Землі

Відхилення доби D від 86400с шкали часу TAI називається надлишком доби (length of day — lod). Співвідношення між величиною D та кутовою швидкістю обертання Землі w задається виразом:

w= 72 921 151.467 064 — 0.843 994 803 D,

де w дається в пікорадіанах/с, а D — в мілісекундах.

На визначення UT1, w, D впливають зональні земні припливи. Якщо врахувати ці впливи (з періодами припливів до 35 діб), то отримаємо редуковані значення, що позначаються відповідно UT1R, wR, DR.

3. Інформація про шкали часу

UTC-TAI — різниця між Всесвітнім координованим часом та Міжнародним атомним часом — визначається в МСОЗ.

На 1 січня 1999 р. вона становить — 32с.

TAI-TA(SU) — різниця між Міжнародним атомним часом та атомним часом Державної служби часу та частот Росії (ГСВЧ).

Дорівнює +2.8272с.

UTC-TA(SU) — різниця між Всесвітнім координованим часом та атомним часом ГСВЧ. На 1 січня 1999 р. вона становить -29.1728с.

DUT1 — значення різниць UT1-UTC (взяті з точністю до 0.1с), що передаються відповідними радіостанціями світу.

4. [UTC-GPS time] та [TAI-GPS time]

Міжнародне бюро ваг та мір публікує щоденні значення різниць вказаних шкал часу. Вони визначені на основі спостережень супутників глобальної навігаційної системи GPS. Дані спостережень, які отримує Паризька обсерваторія (ОР), після редукцій згладжуються, щоб отримати щоденні значення на 0 год UTC.

5. [UTC-GLONASS time]

На основі спостережень супутників GLONASS навігаційних систем, що ведуться NMІ Van Swinden Laboratorium, Delft, The Netherlands (VSL), встановлюється різниця шкал часу [UTC (VSL) — GLONASS time] на 0 год UTC, потім дані сгладжуються і інтерполюються, щоб отримати значення на кожну добу. Далі вводиться поправка +1285 нс для забезпечення неперервності з 1 січня 1997 р.

6. Тривалість інтервалу шкали TAI.

Міжнародне бюро ваг та мір визначає відхилення масштабу шкали TAI від секунди SІ на геоїді, що обертається.

2. Опис параметрів орієнтації Землі.

2.1. Нутáція (лат. nutatio — коливання) — рух твердого тіла, що обертається, який відбувається одночасно з прецесією і під час якого змінюється кут між віссю власного обертання тіла і віссю, навколо якої відбувається прецесія; цей кут називається кутом нутації.

У гіроскопа (дзиґи), який рухається під дією сили тяжіння , нутація є коливанням осі гіроскопа, амплітуда і період яких тим менші, а частота тим більша, чим більшою є кутова швидкість власного обертання . За великих амплітуда і період наближено дорівнюють:

де:

— відстань від нерухомої точки до центру тяжіння,

— момент інерції гіроскопа відносно його осі симетрії,

— момент інерції відносно осі, що є перпендикулярною до осі симетрії і проходить через нерухому точку.

Внаслідок присутності сил опору (тертя) нутаційні коливання досить швидко загасають, після чого гіроскоп здійснює суто прецесійний рух.

2.2. Преце́сія — повільне (у порівнянні з періодом обертання тіла) зміщення осі обертання по конусу.

Наприклад, в астрономії — повільне обертання земної осі. Вісь цього конуса перпендикулярна до площини земної орбіти, а кут між віссю й твірною конуса дорівнює приблизно 23°5′. Період прецесії становить 25 796±2,5 років (Платонівський рік). Внаслідок прецесії точка весняного рівнодення рухається екліптикою назустріч уявному річному рухові Сонця (випередження рівнодення), долаючи 50,29″ на рік[1], полюси світу зсуваються між зорями, екваторіальні координати зір постійно змінюються.

Одночасно з прецесійним рухом земна вісь зазнає невеликих нутаційних коливань із періодом 18,6 років та амплітудою 18,42″.

Кут нахилу земної осі відносно постійний протягом тривалого часу. Однак, цей нахил зазнає незначних зсувів (відомих як нутація) з періодичністю 18,6 років (пов’язаних із періодом повного циклу руху вузлів місячної орбіти — точок перетину площини екліптики з площиною місячної орбіти). Також існують довгоперіодичні нутації (близько 41 000 років), відомі як цикли Миланковича. Орієнтація осі Землі з часом теж змінюється з періодом у 25,8 тис. років; ця явище носить назву прецесії, є причиною розходження тривалості зоряного (сидеричного) року і тропічного року. Цей рух викликаний тяжінням, що діє з боку Сонця на екваторіальну опуклість Землі. Полюси Землі переміщаються щодо її поверхні на кілька метрів. Такий рух полюсів має різноманітні, циклічні складові, які разом називаються квазіпериодичним рухом. На додаток існує 14-місячний цикл, іменований чандлеровським рухом полюсів Землі.

2.3.Ексцентриситет — це відхилення орбіти Землі від колової. Земна орбіта має еліптичну форму, але ця форма не стала і змінюється із періодом приблизно 93 тисячі років, таким чином, що Земля, під час полярної ночі на одному із полюсів, віддаляється на значну відстань від Сонця. Це спричинює серйозне сезонне охолодження однієї із півкуль планети, що призводить до зледенінь.

Періодичне відхилення орбіти та осі Землі спричинює відмінності у кількості сонячної радіації, що потрапляє на планету. Це веде до глобальних кліматичних змін — глобального потепління та глобального похолодання. За останній мільйон років у північній півкулі відбулося 10 льодовикових періодів, кожен з яких повторювався із періодичністю у 100 тисяч років, таким чином, збігаючись із максимальним ексцентриситетом орбіти Землі.

Рух полюсів Землі по її поверхні.

Помічено, що широти пунктів спостереження періодично змінюються відхиляючись від середнього значення на 0,3”. Причому, якщо в одному пункті широта збільшується, то в іншому, який лежить на протилежному меридіані – зменшується на таку ж величину. Ці коливання широт пояснюються тим, що тіло Землі зміщається відносно осі обертання, а сама вісь залишається фіксованою в просторі, то в різні періоди часу з полюсами співпадають різні точки поверхні Землі. Внаслідок цього полюси “блукають” по поверхні Землі.

Північний полюс Землі списуючи на її поверхні складну криву не виходить за межі квадрата з стороною 30м. Рух полюса відбувається проти стрілки годинника, якщо дивитись зовні.

Рух полюса носить періодичний характер. Періоди:

14 – місячний період Чандлера;

12 – місячний (річний) період.

Річний період пов’язаний із сезонними змінами в розподілі повітряних мас і перенесенням води у вигляді снігу з однієї півкулі в іншу.

Період Чандлера – природний період обертання Землі, який теоретично передбачив Ейлер ще в 18 ст.

Якби Земля була абсолютно твердим тілом, то природний період був би 10 місяців. Оскільки Земля пластична і піддається пружним диформаціям, то період зростає до 14 місяців. Вперше рух полюсів Землі виявили в 19 ст.

В 1898 році було організована Міжнародна служба широти (МСШ) в яку увійшло 6 станцій, розташованих на одній широті в Італії, Росії (Чарджоу), Туркменії, Японії і три – в США. В даний час в МСШ 30 станцій вони розташовані на різних географічних широтах.

Із систематичних спостережень всіх станцій МСШ (з 1899 р.) регулярно визначається положення північного полюса на поверхні Землі для кожної десятої частини року.




map