行星的自然衛(wèi)星軌道動力學(xué)

第1章衛(wèi)星動力學(xué)研究的目標(biāo)、問題和方法1
1.1介紹1
1.2天體力學(xué)——研究行星衛(wèi)星動力學(xué)的基礎(chǔ)1
1.3研究行星衛(wèi)星動力學(xué)的目標(biāo)2
1.4天體力學(xué)和天體測量學(xué)的基本概念2
1.5根據(jù)觀測結(jié)果研究行星和衛(wèi)星動力學(xué)的一般方法5
1.6必要觀測的特殊屬性7
第2章行星的衛(wèi)星10
2.1行星的衛(wèi)星——太陽系的天體10
2.2行星衛(wèi)星的分類和命名法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22
第3章運動方程和分析理論25
3.1運動方程和坐標(biāo)系25
3.2開普勒運動模型26
3.2.1開普勒運動的基本公式26
3.2.2橢圓軌道中的位置計算31
3.2.3橢圓軌道中的速度計算31
3.2.4橢圓軌道中坐標(biāo)和速度關(guān)于開普勒根數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)計算31
3.2.5關(guān)于非奇異根數(shù)（拉格朗日根數(shù)）的開普勒運動方程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35
3.3.2模型的引力和真實的引力36
3.4主衛(wèi)星對行星遠(yuǎn)距離衛(wèi)星運動影響的近似38
3.5構(gòu)建行星衛(wèi)星運動模型的方法39
3.6基于兩個固定中心的廣義問題解的扁球形行星衛(wèi)星運動模型40
3.7基于攝動法的行星衛(wèi)星運動分析理論42
3.7.1攝動理論的一般原理42
3.7.2使用攝動理論方法分析真實天體的運動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)的攝動函數(shù)展開54
3.9行星衛(wèi)星中間軌道根數(shù)攝動的確定57
3.10衛(wèi)星軌道半長軸的常數(shù)攝動60
3.11進動橢圓模型63
3.12小偏心率軌道的攝動運動64
3.12.1問題的提出64
3.12.2構(gòu)建一個圓形攝動運動模型65
3.12.3過渡到開普勒軌道根數(shù)66
3.12.4具有小偏心率的攝動運動中衛(wèi)星吻切軌道的開普勒根數(shù)67
3.13行星衛(wèi)星運動的建構(gòu)分析理論71
3.13.1海王星的衛(wèi)星海衛(wèi)一的運動分析理論71
3.13.2木星近距離衛(wèi)星的進動橢圓模型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衛(wèi)星軌道運動的影響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)換為開普勒根數(shù)微分方程88
3.14.5關(guān)于潮汐變形對衛(wèi)星動力學(xué)影響的一些重要結(jié)論92
參考文獻94
第4章用數(shù)值積分方法構(gòu)建衛(wèi)星運動模型98
4.1求解天體運動方程的目的98
4.2運動方程數(shù)值積分方法的一般性質(zhì)98
4.3常微分方程的龍格庫塔積分法101
4.4一種用數(shù)值積分法求解天體運動問題的算法102
4.5用埃弗哈特方法對常微分方程進行數(shù)值積分的計算程序說明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)值積分程序的測試和比較106
4.8用截斷切比雪夫級數(shù)逼近行星和衛(wèi)星的直角坐標(biāo)107
4.9數(shù)值積分問題與方法綜述：阿夫杰耶夫的專著108
參考文獻110
第5章行星衛(wèi)星的觀測111
5.1觀測的一般原則111
5.2確定行星及其衛(wèi)星相對觀測中心的位置112
5.3行星觀測112
5.4行星衛(wèi)星的觀測114
5.5兩顆行星衛(wèi)星的觀測114
5.6行星衛(wèi)星觀測過程中角度值的測量116
5.7衛(wèi)星之間角距和位置角的計算117
5.8衛(wèi)星切向坐標(biāo)的測定118
5.9通過互掩衛(wèi)星的光度觀測確定行星兩個衛(wèi)星的坐標(biāo)差118
5.10關(guān)于行星衛(wèi)星觀測測量值的結(jié)論120
5.11以雙星相互逼近時刻作為測量量120
5.12行星衛(wèi)星地面觀測的方法與技術(shù)122
5.13行星衛(wèi)星的觀測來源123
5.14行星衛(wèi)星觀測的時間尺度和坐標(biāo)系統(tǒng)124
參考文獻128
第6章建立基于觀測的天體運動模型129
6.1基于觀測的天體運動參數(shù)微分改進方法：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測量量的計算及測量量對待估量的偏導(dǎo)數(shù)138
6.4.1計算的一般順序138
6.4.2三體問題中等時導(dǎo)數(shù)的微分方程,運動方程初始條件的改進140
6.4.3三體問題中等時導(dǎo)數(shù)的微分方程，擾動天體質(zhì)量的改進142
6.4.4橢球行星衛(wèi)星運動問題中等時導(dǎo)數(shù)的微分方程143
6.4.5站心角度測量的條件方程構(gòu)造145
6.5設(shè)置觀測量和條件方程權(quán)值147
6.6殘差的統(tǒng)計特征149
6.7剔除粗略觀測150
參考文獻152
第7章通過對行星衛(wèi)星相互掩星或日食的觀測獲得的天體測量數(shù)據(jù)153
7.1現(xiàn)象描述153
7.2獲取天文測量數(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不同觀測類型的觀測精度171
7.9關(guān)于衛(wèi)星相互掩星和日食期間的全球性觀測活動172
7.10提高天文測量結(jié)果準(zhǔn)確性的困難172
7.11未來互掩互食現(xiàn)象的發(fā)生時間176
參考文獻178
第8章行星衛(wèi)星星歷表的精度估計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測誤差方差的星歷精度估計182
8.3通過使用“bootstrap”樣本改變觀測值的組成來估計星歷精度183
8.4通過運動參數(shù)變異法估計星歷的精度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203
第10章行星衛(wèi)星軌道的演化206
10.1各種因素對行星衛(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太陽引力作用下行星衛(wèi)星軌道的演化208
10.3.1攝動函數(shù)的平均化208
10.3.2一個特例——希爾問題211
10.3.3希爾類型二次平均攝動函數(shù)在偏心率e和近心點幅角ω變化下的軌道
族類分析212
10.3.4希爾情形下雙平均攝動函數(shù)的時間軌道演化218
10.3.5構(gòu)建的軌道演化理論在研究真實行星衛(wèi)星動力學(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)軌道演化的類型和性質(zhì)對木星、土星、天王星和海王星等遠(yuǎn)距離衛(wèi)星
的軌道進行分類228
10.7行星遠(yuǎn)距離衛(wèi)星的軌道演化和交會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229
10.7.2計算和檢測行星遠(yuǎn)距離衛(wèi)星的交會事件的問題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)星軌道演化和交會的推薦網(wǎng)絡(luò)資源233
10.7.6計算衛(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期攝動理論的改進236
參考文獻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243
11.3使用地面光度法在木衛(wèi)一上探測火山243
11.4行星遠(yuǎn)距離衛(wèi)星物理參數(shù)的估計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)估計的結(jié)論254
11.5通過其他衛(wèi)星的天體測量觀測確定木衛(wèi)六的質(zhì)量254
參考文獻258
第12章行星衛(wèi)星運動的最新模型和信息資源261
12.1行星衛(wèi)星運動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、運動模型和星歷的方式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時間標(biāo)準(zhǔn)304
附錄EC語言實現(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