行星的自然衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)

第1章衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)研究的目標(biāo)、問(wèn)題和方法1
1.1介紹1
1.2天體力學(xué)——研究行星衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)1
1.3研究行星衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)的目標(biāo)2
1.4天體力學(xué)和天體測(cè)量學(xué)的基本概念2
1.5根據(jù)觀(guān)測(cè)結(jié)果研究行星和衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)的一般方法5
1.6必要觀(guān)測(cè)的特殊屬性7
第2章行星的衛(wèi)星10
2.1行星的衛(wèi)星——太陽(yáng)系的天體10
2.2行星衛(wèi)星的分類(lèi)和命名法10
2.3海王星及其衛(wèi)星海衛(wèi)一的發(fā)現(xiàn)13
2.4冥王星衛(wèi)星卡戎的發(fā)現(xiàn)史14
2.5有衛(wèi)星的行星軌道參數(shù)和物理參數(shù)18
2.6行星衛(wèi)星的軌道參數(shù)20
參考文獻(xiàn)22
第3章運(yùn)動(dòng)方程和分析理論25
3.1運(yùn)動(dòng)方程和坐標(biāo)系25
3.2開(kāi)普勒運(yùn)動(dòng)模型26
3.2.1開(kāi)普勒運(yùn)動(dòng)的基本公式26
3.2.2橢圓軌道中的位置計(jì)算31
3.2.3橢圓軌道中的速度計(jì)算31
3.2.4橢圓軌道中坐標(biāo)和速度關(guān)于開(kāi)普勒根數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)計(jì)算31
3.2.5關(guān)于非奇異根數(shù)（拉格朗日根數(shù)）的開(kāi)普勒運(yùn)動(dòng)方程33
3.2.6拉格朗日根數(shù)應(yīng)用舉例35
3.3非球形行星的引力函數(shù)35
3.3.1力函數(shù)展開(kāi)35
3.3.2模型的引力和真實(shí)的引力36
3.4主衛(wèi)星對(duì)行星遠(yuǎn)距離衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)影響的近似38
3.5構(gòu)建行星衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)模型的方法39
3.6基于兩個(gè)固定中心的廣義問(wèn)題解的扁球形行星衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)模型40
3.7基于攝動(dòng)法的行星衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)分析理論42
3.7.1攝動(dòng)理論的一般原理42
3.7.2使用攝動(dòng)理論方法分析真實(shí)天體的運(yùn)動(dòng)43
3.7.3中間軌道根數(shù)的方程式46
3.7.4用小參數(shù)法求解中間軌道根數(shù)方程51
3.7.5泊松法求解中間軌道根數(shù)方程53
3.8關(guān)于行星衛(wèi)星中間軌道根數(shù)的攝動(dòng)函數(shù)展開(kāi)54
3.9行星衛(wèi)星中間軌道根數(shù)攝動(dòng)的確定57
3.10衛(wèi)星軌道半長(zhǎng)軸的常數(shù)攝動(dòng)60
3.11進(jìn)動(dòng)橢圓模型63
3.12小偏心率軌道的攝動(dòng)運(yùn)動(dòng)64
3.12.1問(wèn)題的提出64
3.12.2構(gòu)建一個(gè)圓形攝動(dòng)運(yùn)動(dòng)模型65
3.12.3過(guò)渡到開(kāi)普勒軌道根數(shù)66
3.12.4具有小偏心率的攝動(dòng)運(yùn)動(dòng)中衛(wèi)星吻切軌道的開(kāi)普勒根數(shù)67
3.13行星衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的建構(gòu)分析理論71
3.13.1海王星的衛(wèi)星海衛(wèi)一的運(yùn)動(dòng)分析理論71
3.13.2木星近距離衛(wèi)星的進(jìn)動(dòng)橢圓模型75
3.13.3考慮衛(wèi)星間相互引力作用的大行星主要衛(wèi)星的特殊解析理論77
3.14行星和衛(wèi)星的粘彈性體潮汐對(duì)衛(wèi)星軌道運(yùn)動(dòng)的影響78
3.14.1關(guān)于潮汐的影響78
3.14.2直角坐標(biāo)系中的方程79
3.14.3求解直角坐標(biāo)方程81
3.14.4轉(zhuǎn)換為開(kāi)普勒根數(shù)微分方程88
3.14.5關(guān)于潮汐變形對(duì)衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)影響的一些重要結(jié)論92
參考文獻(xiàn)94
第4章用數(shù)值積分方法構(gòu)建衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)模型98
4.1求解天體運(yùn)動(dòng)方程的目的98
4.2運(yùn)動(dòng)方程數(shù)值積分方法的一般性質(zhì)98
4.3常微分方程的龍格庫(kù)塔積分法101
4.4一種用數(shù)值積分法求解天體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的算法102
4.5用埃弗哈特方法對(duì)常微分方程進(jìn)行數(shù)值積分的計(jì)算程序說(shuō)明103
4.6常微分方程數(shù)值積分的別利科夫程序106
4.7數(shù)值積分程序的測(cè)試和比較106
4.8用截?cái)嗲斜妊┓蚣?jí)數(shù)逼近行星和衛(wèi)星的直角坐標(biāo)107
4.9數(shù)值積分問(wèn)題與方法綜述：阿夫杰耶夫的專(zhuān)著108
參考文獻(xiàn)110
第5章行星衛(wèi)星的觀(guān)測(cè)111
5.1觀(guān)測(cè)的一般原則111
5.2確定行星及其衛(wèi)星相對(duì)觀(guān)測(cè)中心的位置112
5.3行星觀(guān)測(cè)112
5.4行星衛(wèi)星的觀(guān)測(cè)114
5.5兩顆行星衛(wèi)星的觀(guān)測(cè)114
5.6行星衛(wèi)星觀(guān)測(cè)過(guò)程中角度值的測(cè)量116
5.7衛(wèi)星之間角距和位置角的計(jì)算117
5.8衛(wèi)星切向坐標(biāo)的測(cè)定118
5.9通過(guò)互掩衛(wèi)星的光度觀(guān)測(cè)確定行星兩個(gè)衛(wèi)星的坐標(biāo)差118
5.10關(guān)于行星衛(wèi)星觀(guān)測(cè)測(cè)量值的結(jié)論120
5.11以雙星相互逼近時(shí)刻作為測(cè)量量120
5.12行星衛(wèi)星地面觀(guān)測(cè)的方法與技術(shù)122
5.13行星衛(wèi)星的觀(guān)測(cè)來(lái)源123
5.14行星衛(wèi)星觀(guān)測(cè)的時(shí)間尺度和坐標(biāo)系統(tǒng)124
參考文獻(xiàn)128
第6章建立基于觀(guān)測(cè)的天體運(yùn)動(dòng)模型129
6.1基于觀(guān)測(cè)的天體運(yùn)動(dòng)參數(shù)微分改進(jìn)方法：最小二乘法的應(yīng)用129
6.2解的弱條件性和模糊性136
6.3濾波算法綜述137
6.4測(cè)量量的計(jì)算及測(cè)量量對(duì)待估量的偏導(dǎo)數(shù)138
6.4.1計(jì)算的一般順序138
6.4.2三體問(wèn)題中等時(shí)導(dǎo)數(shù)的微分方程,運(yùn)動(dòng)方程初始條件的改進(jìn)140
6.4.3三體問(wèn)題中等時(shí)導(dǎo)數(shù)的微分方程，擾動(dòng)天體質(zhì)量的改進(jìn)142
6.4.4橢球行星衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)問(wèn)題中等時(shí)導(dǎo)數(shù)的微分方程143
6.4.5站心角度測(cè)量的條件方程構(gòu)造145
6.5設(shè)置觀(guān)測(cè)量和條件方程權(quán)值147
6.6殘差的統(tǒng)計(jì)特征149
6.7剔除粗略觀(guān)測(cè)150
參考文獻(xiàn)152
第7章通過(guò)對(duì)行星衛(wèi)星相互掩星或日食的觀(guān)測(cè)獲得的天體測(cè)量數(shù)據(jù)153
7.1現(xiàn)象描述153
7.2獲取天文測(cè)量數(shù)據(jù)的方法155
7.3行星衛(wèi)星相互掩星和日食的簡(jiǎn)化模型157
7.4行星衛(wèi)星相互掩星和日食的光度模型159
7.4.1一般光度特性159
7.4.2衛(wèi)星互掩的光度模型160
7.4.3衛(wèi)星日食的光度模型161
7.5行星衛(wèi)星的光散射定律162
7.5.1洛梅爾塞利格光散射定律162
7.5.2用于光滑表面的Hapke光散射定律163
7.5.3粗糙表面的Hapke光散射定律163
7.5.4木星伽利略衛(wèi)星的Hapke定律參數(shù)165
7.6衛(wèi)星合成星盤(pán)光度特性166
7.7土星和天王星主要衛(wèi)星相互掩星和日食的光度模型169
7.7.1土星主要衛(wèi)星相互掩星和日食的光度模型169
7.7.2天王星主要衛(wèi)星相互掩星和日食的光度模型170
7.8不同觀(guān)測(cè)類(lèi)型的觀(guān)測(cè)精度171
7.9關(guān)于衛(wèi)星相互掩星和日食期間的全球性觀(guān)測(cè)活動(dòng)172
7.10提高天文測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的困難172
7.11未來(lái)互掩互食現(xiàn)象的發(fā)生時(shí)間176
參考文獻(xiàn)178
第8章行星衛(wèi)星星歷表的精度估計(jì)181
8.1決定星歷表精度的因素181
8.2基于蒙特卡羅方法獲取觀(guān)測(cè)誤差方差的星歷精度估計(jì)182
8.3通過(guò)使用“bootstrap”樣本改變觀(guān)測(cè)值的組成來(lái)估計(jì)星歷精度183
8.4通過(guò)運(yùn)動(dòng)參數(shù)變異法估計(jì)星歷的精度185
8.5主要行星遠(yuǎn)距離衛(wèi)星星歷的精度187
參考文獻(xiàn)190
第9章行星衛(wèi)星的自轉(zhuǎn)191
9.1行星衛(wèi)星自轉(zhuǎn)的一般特性191
9.2行星和衛(wèi)星自轉(zhuǎn)的基本概念192
9.3海王星的自轉(zhuǎn)和海衛(wèi)一的軌道193
9.4火衛(wèi)一的自轉(zhuǎn)理論196
9.5木星的伽利略衛(wèi)星、土星衛(wèi)星和冥王星衛(wèi)星的自轉(zhuǎn)198
9.6行星衛(wèi)星的混沌自轉(zhuǎn)——土衛(wèi)七的自轉(zhuǎn)199
參考文獻(xiàn)203
第10章行星衛(wèi)星軌道的演化206
10.1各種因素對(duì)行星衛(wèi)星軌道演化的影響206
10.2受行星扁率主要影響的衛(wèi)星軌道演化206
10.3太陽(yáng)引力作用下行星衛(wèi)星軌道的演化208
10.3.1攝動(dòng)函數(shù)的平均化208
10.3.2一個(gè)特例——希爾問(wèn)題211
10.3.3希爾類(lèi)型二次平均攝動(dòng)函數(shù)在偏心率e和近心點(diǎn)幅角ω變化下的軌道
族類(lèi)分析212
10.3.4希爾情形下雙平均攝動(dòng)函數(shù)的時(shí)間軌道演化218
10.3.5構(gòu)建的軌道演化理論在研究真實(shí)行星衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用223
10.4行星衛(wèi)星軌道演化的精細(xì)模型——數(shù)值分析法225
10.5在各種因素綜合影響下行星衛(wèi)星軌道的演化226
10.6根據(jù)軌道演化的類(lèi)型和性質(zhì)對(duì)木星、土星、天王星和海王星等遠(yuǎn)距離衛(wèi)星
的軌道進(jìn)行分類(lèi)228
10.7行星遠(yuǎn)距離衛(wèi)星的軌道演化和交會(huì)229
10.7.1關(guān)于行星遠(yuǎn)距離衛(wèi)星軌道演化的現(xiàn)代知識(shí)229
10.7.2計(jì)算和檢測(cè)行星遠(yuǎn)距離衛(wèi)星的交會(huì)事件的問(wèn)題231
10.7.3衛(wèi)星軌道演化的一種解析描述232
10.7.4確定行星遠(yuǎn)距離衛(wèi)星軌道之間的最小距離233
10.7.5研究行星遠(yuǎn)距離衛(wèi)星軌道演化和交會(huì)的推薦網(wǎng)絡(luò)資源233
10.7.6計(jì)算衛(wèi)星軌道之間最小距離的示例234
10.7.7結(jié)論236
10.8拉普拉斯拉格朗日長(zhǎng)期攝動(dòng)理論的改進(jìn)236
參考文獻(xiàn)237
第11章行星衛(wèi)星的物理參數(shù)242
11.1引言242
11.2行星衛(wèi)星物理參數(shù)手冊(cè)243
11.3使用地面光度法在木衛(wèi)一上探測(cè)火山243
11.4行星遠(yuǎn)距離衛(wèi)星物理參數(shù)的估計(jì)244
11.4.1行星遠(yuǎn)距離衛(wèi)星的特征244
11.4.2行星遠(yuǎn)距離衛(wèi)星可用光度數(shù)據(jù)綜述245
11.4.3行星遠(yuǎn)距離衛(wèi)星的光度模型247
11.4.4用光度法測(cè)定衛(wèi)星的光度參數(shù)248
11.4.5確定衛(wèi)星光度參數(shù)的原始數(shù)據(jù)和結(jié)果249
11.4.6不同作者所得結(jié)果的比較252
11.4.7關(guān)于行星遠(yuǎn)距離衛(wèi)星光度參數(shù)估計(jì)的結(jié)論254
11.5通過(guò)其他衛(wèi)星的天體測(cè)量觀(guān)測(cè)確定木衛(wèi)六的質(zhì)量254
參考文獻(xiàn)258
第12章行星衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的最新模型和信息資源261
12.1行星衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)理論和星歷的變體和版本變化261
12.2獲得行星衛(wèi)星數(shù)據(jù)庫(kù)、運(yùn)動(dòng)模型和星歷的方式262
12.3MULTISAT星歷服務(wù)器功能266
12.4MULTISAT星歷服務(wù)器中的理論和模型269
12.5JPL星歷服務(wù)器中的理論和模型273
12.6虛擬天文臺(tái)中的行星衛(wèi)星273
12.7基礎(chǔ)天文學(xué)標(biāo)準(zhǔn)274
參考文獻(xiàn)276
附錄279
附錄A行星的命名279
附錄B行星的軌道參數(shù)290
附錄C天體力學(xué)中的特殊函數(shù)300
附錄D時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)304
附錄EC語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的Cholesky分解308
附錄F行星和天然衛(wèi)星的自轉(zhuǎn)參數(shù)309
附錄G行星衛(wèi)星的物理參數(shù)326