Diskrepanz in den Horizons-Planeten-Ephemeriden für äquivalente Zeiten in TT und UTC bei Daten im Jahr 1969

Ich habe kürzlich mit der JPL Horizons Planet Ephemerides Web App experimentiert und eine rätselhafte Diskrepanz festgestellt.

Horizons erlaubt es, den Zeitpunkt, zu dem die Planetenephemeriden berechnet werden sollen, auf mehrere Arten anzugeben. Wenn wir nur einen oder wenige Zeitpunkte wünschen, können wir auf der Registerkarte Zeitangabe den Modus "Zeitliste angeben" auswählen. Als Zeitform können wir dann „MJD (Modified Julian Day)“ wählen. Dann können wir den Zeittyp auswählen, von dem wir 3 zur Verfügung haben: Universal Time (UT), Terrestrial [Dynamic] Time (TT) und Barycentric Dynamical Time (TDB).

Als Testfall arbeiten wir mit Mars Barycenter als Zielkörper, mit Coordinate Center: Solar System Barycenter (SSB) [500@0] 3 und mit den folgenden Ausgabeeinstellungen:

• Ausgangsgrößen: 1. Nur Komponenten {x,y,z} positionieren
• Referenzrahmen: ICRF
• Bezugsebene: xy-Achsen des Bezugsrahmens (äquatorial oder äquatorial ausgerichtet, inertial)
• Vektorkorrektur: geometrische Zustände
• Ausgabeeinheiten: km und Sekunden

Lassen Sie uns als erstes Beispiel die Ephemeride für Mars Barycenter für MJD=51544,5 TT berechnen, was dasselbe ist wie JD(Julian Day)=51544,5 + 2400000,5=2451545 . Mit diesem Tool von JPL können wir überprüfen, ob dies dem 01.01.2000 12:00:00 TT entspricht. Wir erhalten folgende Stellung:

Wir können auch den äquivalenten MJD in UTC herausfinden, indem wir Folgendes berücksichtigen:

1. TT (TDT; um ganz genau zu sein, es scheint, dass TT verwendet wurde, bevor TDT und TDB als zwei verschiedene Dinge definiert wurden) unterscheidet sich von TAI um 32,184 Sekunden
2. TAI unterscheidet sich von UTC durch die Schaltsekunden, die 1972 eingeführt wurden, plus einer anfänglichen kumulierten Differenz von 10 s vor der Einführung der 1. Schaltsekunde.

Aus dieser Quelle können wir ersehen, dass für das Jahr 2000 die Differenz zwischen TAI und UTC 32 Sekunden betrug (dh 22 Schaltsekunden plus die anfängliche Differenz von 10 Sekunden). Insgesamt betrug der Unterschied zwischen TT und UTC zu diesem Zeitpunkt 32,184 + 32 = 64,184 Sekunden. Wir können also die entsprechende MJD in UTC wie folgt berechnen: 51544,5 - 64,184/86400 = 51544,499257129631587 (beachten Sie, dass die Division durch 86400 Sekunden in Tage umwandeln soll).

Wenn wir diese Zielzeit dann in die Horizons-Web-App eingeben und angeben, dass es sich um eine UT-Zeit handelt, sollten wir dieselbe Ephemeride erhalten. Und das ist in der Tat der Fall (naja, es gibt winzige Unterschiede von weniger als ein paar Metern, aber ich denke, wir können diese vorerst ignorieren; könnte an einigen Rundungsfehlern liegen):

Ich habe dann versucht, denselben Test für ein älteres Datum durchzuführen, insbesondere für 1969-07-19 04:48:00 TT (während der Apollo 11-Mission). Mit dem gleichen Zeitkonvertierungstool, das ich zuvor verlinkt habe, können wir sehen, dass dies JD=2440421,7 TT ist, was MJD=40421,2 TT ist. Wir müssen hier anmerken, dass TT/TDT erst 1984 definiert wurde. Davor haben wir ET (Ephemeridenzeit), aber laut dieser Quelle können sie als kontinuierliche Zeitskala angesehen werden. Im Rest dieser Frage verwende ich immer TT, aber es bedeutet technisch ET für Daten vor 1984. Wenn wir diesen Wert eingeben (und daran denken, anzugeben, dass er in TT ist), erhalten wir die folgende Ephemeride für das Mars-Baryzentrum:

Lassen Sie uns nun die äquivalente UTC-Zeit berechnen. Für Daten vor 1972 liefert diese Quelle den Unterschied zwischen UT und TT (technisch ET) unter der Tabelle mit dem Namen Delta-T 1620-1972 . Wir müssen zu Zeile 1965, Spalte +4 gehen (weil wir es mit dem Jahr 1969 zu tun haben), um einen Wert von +39,20 zu erhalten. Wir können dann die äquivalente UTC-Zeit als MJD= 40421,2 - 39,2/86400 = 40421,199546296295011 UTC berechnen. Wenn wir diesen Wert dann in Horizons eingeben (und daran erinnern, dass es sich um eine UT-Zeit handelt), erhalten wir dies für das Baryzentrum des Mars:

Wie wir sehen können, betragen die Unterschiede jetzt einige Kilometer! Das mag klein erscheinen, aber ich versuche gerade, die Flugbahn der Apollo-11-Mission zu simulieren. An einem Punkt während der Simulation führe ich eine Änderung des Koordinatenzentrums von der Erde zum Mond basierend auf JPL-Ephemeriden durch, sodass ein Fehler von Kilometern hier zu sehr falschen Flugbahnen von diesem Punkt an führen wird.

Interessanterweise geschieht dies nicht für ein Datum im Jahr 2000, wie oben gezeigt. Ich habe verschiedene andere Verfahren ausprobiert (im Prinzip falsch, aber ich habe nur versucht zu sehen, ob Horizons das intern macht), um von TT in UTC-Zeit zu konvertieren:

• Unter Verwendung einer Differenz zwischen TAI und UTC von 8 Sekunden für 1969 ergibt sich eine Differenz zwischen TT und UTC von 8+32,184=40,184 Sekunden. Die Auswahl von 8 Sekunden basiert auf dem Wert, der in der aggregierten Datei CelesTrak Earth Orientation Parameters angegeben ist .
• Unter Verwendung einer Differenz zwischen TT und UTC von 32,184 Sekunden für 1969, dh unter der Annahme, dass TT und UTC gleich sind.

Keines davon führte zu denselben Ephemeriden wie bei dem entsprechenden TT-Wert.

Hat jemand eine Idee, woher dieser Unterschied in den Ephemeriden kommt, die mit äquivalenten TT und UTC für 1969 erhalten wurden? Ich denke, Horizons konvertiert intern die Zeiten wie folgt: UTC -> TT -> TDB, da TDB eigentlich zusammen mit Chebyshev-Koeffizienten eingegeben werden muss, um die Ephemeriden zu berechnen. Irgendwie ist die Konvertierung zwischen UTC und TT für 1969 anders als erwartet, aber ich kann nicht herausfinden, wie.