القصور الذاتي المتمركز حول الأرض
تُعتبر أنظمة الإحداثيات العطالية المركزية للأرض ( ECI ) أنظمةً ذات أصول تقع عند مركز كتلة الأرض ، وهي ثابتة بالنسبة للنجوم. [ 1 ] يشير الحرف "I" في "ECI" إلى العطالية (أي "غير متسارعة ")، وذلك على عكس أنظمة الإحداثيات "المركزية للأرض - الثابتة بالنسبة للأرض" ( ECEF )، التي تبقى ثابتة بالنسبة لسطح الأرض أثناء دورانها ، ثم تدور بالنسبة للنجوم.
بالنسبة للأجسام في الفضاء ، تكون معادلات الحركة التي تصف الحركة المدارية أبسط في إطار مرجعي غير دوار مثل إطار ECI. كما يُعد إطار ECI مفيدًا لتحديد الاتجاه نحو الأجرام السماوية .
لتمثيل مواقع وسرعات الأجسام الأرضية، من الملائم استخدام إحداثيات ECEF أو خط العرض وخط الطول والارتفاع .
باختصار:
- ECI: قصوري ، غير دوار ، بالنسبة للنجوم؛ مفيد لوصف حركة الأجرام السماوية والمركبات الفضائية.
- ECEF: غير قصوري ، متسارع ، يدور بالنسبة للنجوم؛ مفيد لوصف حركة الأجسام على سطح الأرض.
يتحدد مدى قصور إطار ECI الفعلي بعدم انتظام مجال الجاذبية المحيط . فعلى سبيل المثال، يختلف تأثير جاذبية القمر على قمر صناعي يدور في مدار أرضي مرتفع اختلافًا كبيرًا عن تأثيره على الأرض، لذا يتعين على المراقبين في إطار ECI مراعاة هذا الاختلاف في التسارع في قوانين حركتهم. وكلما اقترب الجسم المرصود من نقطة أصل ECI، قلّ تأثير التباين في الجاذبية. [ 2 ]
تعريفات أنظمة الإحداثيات
من الملائم تحديد اتجاه إطار ECI باستخدام مستوى مدار الأرض واتجاه محور دورانها في الفضاء. [ 3 ] يُسمى مستوى مدار الأرض بمستوى مسار الشمس الظاهري ، وهو لا يتطابق مع مستوى خط استواء الأرض. تُسمى الزاوية بين مستوى خط استواء الأرض ومستوى مسار الشمس الظاهري، ε ، بميل مستوى مسار الشمس الظاهري، و ε ≈ 23.4°.
يحدث الاعتدال عندما تكون الأرض في موضعٍ في مدارها بحيث يشير متجهٌ من الأرض نحو الشمس إلى نقطة تقاطع دائرة البروج مع خط الاستواء السماوي. يُسمى الاعتدال الذي يقع قرب أول أيام الربيع (بالنسبة لنصف الكرة الشمالي) بالاعتدال الربيعي . ويمكن استخدام الاعتدال الربيعي كاتجاهٍ رئيسي لإطارات ECI. [ 4 ] تقع الشمس في اتجاه الاعتدال الربيعي حوالي 21 مارس. عادةً ما يكون المستوى الأساسي لإطارات ECI إما المستوى الاستوائي أو دائرة البروج.
يمكن تحديد موقع جسم ما في الفضاء بدلالة المطلع المستقيم والميل، واللذان يُقاسان من نقطة الاعتدال الربيعي وخط الاستواء السماوي . المطلع المستقيم والميل هما إحداثيات كروية تُشابه خط الطول وخط العرض على التوالي. كما يمكن تمثيل مواقع الأجسام في الفضاء باستخدام الإحداثيات الديكارتية في إطار ECI.
تتسبب جاذبية الشمس والقمر على انتفاخ الأرض الاستوائي في ترنح محور دوران الأرض في الفضاء، على غرار حركة البلبل. يُسمى هذا الترنح بالترنح . أما التذبذب فهو اهتزاز ذو سعة أصغر وفترة أقصر (أقل من 18.6 سنة) يتراكب على حركة الترنح للقطب السماوي . وينتج عن تقلبات قصيرة المدى في قوة عزم الدوران المؤثر على انتفاخ الأرض الاستوائي بفعل الشمس والقمر والكواكب. عند حساب متوسط التذبذبات الدورية قصيرة المدى لهذه الحركة، تُعتبر هذه القيم "متوسطة" وليست "حقيقية". وبالتالي، يتغير كل من الاعتدال الربيعي ومستوى خط استواء الأرض ومستوى مسار الشمس الظاهري تبعًا للتاريخ، ويتم تحديدها لفترة زمنية معينة . تتوفر نماذج تمثل التوجه المتغير باستمرار للأرض في الفضاء من قِبل الخدمة الدولية لدوران الأرض وأنظمة الإسناد .
ومن الأمثلة على ذلك:
- J2000: أحد الإطارات المرجعية الشائعة الاستخدام في نظام ECI يُعرَّف باستخدام خط الاستواء المتوسط للأرض والاعتدال الربيعي المتوسط (MEME) عند الساعة 12:00 بالتوقيت الأرضي في 1 يناير 2000. ويُشار إليه اختصارًا بـ J2K أو J2000 أو EME2000. يُحاذي المحور السيني مع الاعتدال الربيعي المتوسط. ويُحاذي المحور العيني مع محور دوران الأرض (أو ما يُعادله، القطب الشمالي السماوي ) كما كان عليه في ذلك الوقت. أما المحور الصادي، فيدور بزاوية 90 درجة شرقًا حول خط الاستواء السماوي. [ 5 ]
- M50: هذا الإطار مشابه لـ J2000، ولكنه مُعرَّف بخط الاستواء المتوسط والاعتدال في بداية السنة البيسلية 1950، وهو B1950.0 = JDE 2433282.423357 = 1950 يناير 0.9235 TT = 1949 ديسمبر 31 22:09:50.4 TT. [ 6 ]
- GCRF: الإطار المرجعي السماوي الجيومركزي هو النظير الأرضي للإطار المرجعي السماوي الدولي .
- MOD: يتم تعريف إطار متوسط التاريخ (MOD) باستخدام خط الاستواء المتوسط والاعتدال في تاريخ معين.
- TEME: يُطلق على إطار ECI المستخدم لعناصر NORAD ذات الخطين أحيانًا اسم خط الاستواء الحقيقي، متوسط الاعتدال (TEME) على الرغم من أنه لا يستخدم متوسط الاعتدال التقليدي.
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ آشبي، نيل (2004). "تأثير ساغناك في نظام تحديد المواقع العالمي" . في غيدو ريتزي، ماتيو لوكا روجيرو (محرران). النسبية في الأطر الدوارة: الفيزياء النسبية في الأطر المرجعية الدوارة . سبرينغر. ص 11. ISBN 1-4020-1805-3.
- ↑ تابلي، بايرون د؛ شوتز، بوب إي؛ بورن، جورج هـ (2004). تحديد المدار الإحصائي . دار النشر الأكاديمية إلسيفير . ص 61-63 . ISBN 978-0-12-683630-1.
- ↑ ديفيد أ. فالادو وواين د. ماكلين، "أساسيات الديناميكا الفلكية وتطبيقاتها"، الطبعة الثالثة. مطبعة ميكروكوزم، 2007، ص 153-162.
- ↑ روجر ب. بيت، دونالد د. مولر، جيري إي. وايت، "أساسيات الديناميكا الفلكية"، دوفر، 1971، نيويورك، ص 53-57.
- ↑ تابلي، شوتز، وبورن، "تحديد المدار الإحصائي"، دار النشر الأكاديمية إلسيفير، 2004، ص 29-32.
- ↑ ديفيد ج. إدواردز، "دليل إجراءات الطيران المتعلقة بالوضع والتوجيه"، المراجعة أ، يناير 1985، وثيقة ناسا JSC-10511، الصفحة 1-10.
- أنظمة الإحداثيات الفلكية