Època (astronomia)

En astronomia, una època és una data concreta a la qual fan referència les coordenades celestes o els elements orbitals d'un cos celeste. En el cas de coordenades celestes, la posició d'un objecte en un altre instant de temps es pot calcular tenint en compte la precessió i el moviment propi. En el cas dels elements orbitals, per a calcular-los en un altre instant de temps, és necessari tenir en compte la pertorbació produïda pels altres cossos celestes sobre l'objecte.

L'època estàndard actual és J2000.0, en què es pren com a referència el dia 1 de gener de 2000 a les 12:00 TT. El prefix "J" indica que és una època juliana. L'època estàndard anterior era B1950.0, en què el prefix "B" indica que era una època besseliana.

Abans del 1984, s'utilitzaven èpoques besselianes, actualment s'utilitzen èpoques julianes.

• El Henry Draper Catalogue utilitza B1900.0.
• Els límits de les constel·lacions van ser definits el 1930 al llarg de línies d'ascensió recta i declinació per a la B1875.0.

Les èpoques per als elements orbitals normalment es donen en temps terrestre (TT), en diferents formats, inclosos:

• Data gregoriana i hora: 2000 Jan. 1 12:00 TT,
• Data gregoriana amb fracció decimal del dia: 2000 Jan. 1.5 TT,
• Data juliana (dia julià amb fracció decimal del dia): JDT 2451545.0,
• Format d'elements a dues línies (utilitzat per la NASA i el NORAD): 00001.50000000.

Les dades astronòmiques sovint s'especifiquen no només en la seva relació amb una època o data de referència, sinó també en les seves relacions amb altres condicions de referència, com els sistemes de coordenades especificats per "equinocci", o "equinocci i equador", o "equinocci i eclíptica" quan siguin necessàries per especificar completament les dades astronòmiques del tipus considerat.

Quan les dades depenen dels vostres valors en un sistema de coordenades particular, la data d'aquest sistema de coordenades s'ha d'especificar directament o indirectament.

Els sistemes de coordenades celestes més utilitzats en astronomia són les coordenades equatorials i les coordenades eclíptiques. Aquests es defineixen en relació amb la posició de l'equinocci vernal (en moviment) , que està determinada per les orientacions de l'eix de rotació de la Terra i l'òrbita al voltant del Sol. Les seves orientacions varien (encara que lentament, per exemple, a causa de la precessió), i és possible una infinitat d'aquests sistemes de coordenades. Per tant, els sistemes de coordenades més utilitzats en astronomia necessiten la seva pròpia referència de data perquè els sistemes de coordenades d'aquest tipus estan en moviment, per exemple, per la precessió dels equinoccis. Avui dia sovint es resol en components precessionals, precessions separades de l'equador i de l'eclíptica.

L'època del sistema de coordenades no ha de ser la mateixa i, sovint, a la pràctica, no és la mateixa que l'època de les dades en si.

La diferència entre la referència a una època sola i una referència a un determinat equinocci amb equador o eclíptica és, per tant, que la referència a l'època contribueix a especificar la data dels valors de les mateixes variables astronòmiques; mentre que la referència a un equinocci juntament amb un equador/eclíptica, d'una data determinada, aborda la identificació o els canvis al sistema de coordenades en termes dels quals s'expressen aquestes variables astronòmiques. (De vegades, la paraula 'equinocci' es pot fer servir sola, per exemple, quan és obvi pel context per als usuaris de les dades en quina forma s'expressen les variables astronòmiques considerades, en forma equatorial o eclíptica).

L'equinocci amb equador/eclíptica d'una data determinada defineix quin sistema de coordenades es fa servir. La majoria de les coordenades estàndard que s'utilitzen avui dia es refereixen al 2000 TT (és a dir, a les 12 h a l'escala de temps terrestre l'1 de gener de 2000), que va ocórrer aproximadament 64 segons abans del migdia UT1 de la mateixa data (vegeu ΔT). Abans de 1984, els sistemes de coordenades que daten de 1950 o 1900 s'usaven comunament.

Hi ha un significat especial de l'expressió "equinocci (i eclíptica / equador) de data". Quan les coordenades s'expressen com a polinomis en el temps respecte a un marc de referència definit d'aquesta manera, això significa que els valors obtinguts per a les coordenades respecte a qualsevol interval t després de l'època establerta estan en termes del sistema de coordenades de la mateixa data que els valors obtinguts en si mateixos, és a dir, la data del sistema de coordenades és igual a (època +Δ).

Es pot veure que la data del sistema de coordenades no necessita ser la mateixa que l'època de les mateixes quantitats astronòmiques. Però en aquest cas (a part del cas de l'equinocci de data descrit anteriorment), s'associaran dues dates amb les dades: una data és l'època per a les expressions dependents del temps que donen els valors, i l'altra data és la del sistema de coordenades en què s'expressen els valors.

Per exemple, els elements orbitals, especialment els elements osculants per a planetes menors, es donen de forma rutinària amb referència a dues dates: primer, en relació amb una època recent per a tots els elements: però algunes de les que depenen d'un sistema de coordenades escollit, i després és habitual especificar el sistema de coordenades d'una època estàndard que sovint no és la mateixa que l'època de les dades. Un exemple és el següent: Per al planeta menor (5145) Pholus, s'han donat elements orbitals que inclouen les dades següents:^[1]

Època 2010 Gener 4.0 TT. . . = JDT 2455200,5
M 72.00071. . . . . . . . (2000,0)
n. 0.01076162 ... . . Peri. 354.75938
a 20.3181594. . . . . Node. 119,42656
e. 0.5715321. . . . . Incl .. 24.66109

on l'època s'expressa en termes de temps terrestre, amb una data juliana equivalent. Quatre dels elements són independents de qualsevol sistema de coordenades en particular: M és l'anomalia mitjana (graus), n: el moviment diari mitjà (graus / d), a: mida del sematge major (AU), e: excentricitat (adimensional). Però l'argument del argument del periheli, la longitud del node ascendent i la inclinació depenen de les coordenades i s'especifiquen en relació amb el marc de referència de l'equinocci i l'eclíptica d'una altra data "2000.0", també coneguda com J2000, és a dir, 1.5 d'1 de gener de 2000. (12h de l'1 de gener) o JD 2451545.0.^[2]

En el conjunt particular de coordenades exemplificades anteriorment, molts dels elements s'han omès com a desconeguts o indeterminats; per exemple, l'element n permet calcular una dependència temporal aproximada de l'element M, però els altres elements i el propi n es tracten com a constants, cosa que representa una aproximació temporal.

Per tant, un sistema de coordenades particular (equinocci i equador/eclíptica d'una data particular, com J2000.0) podria utilitzar-se per sempre, però un conjunt d'elements osculants per a una època particular només pot ser (aproximadament) vàlid per un temps força limitat, perquè els elements osculadors com els exemplificats anteriorment no mostren l'efecte d'elements.

Tot i això, el període de validesa és una qüestió diferent en principi i no el resultat de l'ús d'una època per expressar les dades. En altres casos, per exemple, el cas d'una teoria analítica completa del moviment d'algun cos astronòmic, tots els elements normalment es donaran en forma de polinomis en un interval de temps des de l'època, i també aniran acompanyats de termes trigonomètrics de pertorbacions periòdiques especificades adequadament. En aquest cas, el seu període de validesa es pot estendre al llarg de diversos segles o fins i tot mil·lennis a banda i banda de l'època declarada.

Algunes dades i algunes èpoques tenen un llarg període d'ús per altres raons. Per exemple, els límits de les constel·lacions de la UAI s'especifiquen en relació amb un equinocci des de prop del començament de l'any 1875. Això és una qüestió de convenció, però la convenció es defineix en termes de l'equador i l'eclíptica com estaven en particular en el sistema de coordenades de 1875 (equinocci/equador de 1875). Per tant, aquest sistema de coordenades encara es pot fer servir avui dia, encara que la majoria de les prediccions d'estels fets originalment per a 1875 (època = 1875) ja no serien útils en l'actualitat, a causa de la manca d'informació sobre la seva dependència del temps i les seves pertorbacions.

Per calcular la visibilitat d'un objecte celeste per a un observador en un moment i un lloc específics de la Terra, calen les coordenades de l'objecte en relació amb un sistema de coordenades de la data actual. Si s'utilitzen coordenades relatives a una altra data, es produiran errors als resultats. La magnitud d'aquests errors augmenta amb la diferència de temps entre la data i l'hora d'observació i la data del sistema de coordenades utilitzat, a causa de la precessió dels equinoccis. Si la diferència de temps és petita, aleshores poden ser suficients correccions relativament senzilles i petites per a la precessió. Si la diferència de temps augmenta, cal aplicar correccions més completes i precises. Per aquesta raó, la posició d'un estel llegit d'un atles o catàleg d'estrelles basat en un equinocci i un equador prou antics no es pot fer servir sense correccions si es requereix una precisió raonable.

A més, les estrelles es mouen entre ells a través de l'espai. El moviment aparent a través del cel en relació amb altres estrelles s'anomena moviment propi. La majoria de les estrelles tenen moviments propis molt petits, però algunes tenen moviments propis que s'acumulen a distàncies notables després d'unes poques desenes d'anys. Per tant, algunes posicions estel·lars llegides d'un atles o catàleg d'estrelles per a una època prou antiga també requereixen correccions de moviment adequades per a una precisió raonable.

A causa de la precessió i el moviment adequat, les dades de les estrelles esdevenen menys útils a mesura que envelleixen l'edat de les observacions i la seva època, i l'equinocci i l'equador a què es refereixen. Després d'un temps, és més fàcil o millor canviar a dades més noves, generalment referits a una època i equinocci / equador més nous, que seguir aplicant correccions a les dades més antigues.

Una època besseliana, anomenada així en honor del matemàtic i astrònom alemany Friedrich Bessel (1784-1846), és una època basada en l'any besselià de 365,242198781 dies, que és l'any tropical mesurat en el punt en què la longitud del Sol és exactament 280º.

Des de 1984, les èpoques besselianes han estat reemplaçades per les èpoques julianes. L'època típica actual és J2000.0, que és una època juliana.

L'època besseliana es calculava segons la fórmula amb:

B = 1900.0 + (data juliana − 2415020,31352) / 365,242198781

L'època típica usada abans de la que és la típica actualment: J2000.0, era B1950.0, una època besseliana.

Com que l'ascensió recta i la declinació de les estrelles canvia constantment a causa de la precessió, els astrònoms especifiquen sempre aquestes fent referència a una època particular.

Històricament, les èpoques besselianes usades inclouen B1875.0, B1900.0 i B1950.0.

Una època juliana és una època basada en l'any julià, exactament de 365,25 dies. Des de 1984, les èpoques julianes s'usen amb preferència a les anteriors èpoques besselianes.

Les èpoques julianes es calculen segons la fórmula:

J = 2000.0 + (data juliana − 2451545,0)/365,25

L'època típica actual en ús és J2000.0, que correspon a l'1 de gener de 2000, 12:00 temps terrestre.

L'època J2000.0 és precisament la data juliana 2451545.0 TT (temps terrestre), o 1 de gener del 2000, migdia TT. Això és equivalent a 1 de gener del 2000, 11:59:27,816 TAI o 1 de gener del 2000, 11:58:55,816 UTC.

Quan l'equador mitjà i l'equinocci de J2000 s'usen per a definir un sistema de referència celeste, aquest sistema pot també ser designat com a coordenades J2000 o simplement J2000. Tècnicament, això és diferent del sistema internacional de referència celeste (ICRS) (però similar a aquest): l'equador mitjà i l'equinocci en J2000.0 són distints de i de menor precisió que l'ICRS, però d'acord amb l'ICRS a causa de la limitada precisió del primer. L'ús de localitzacions "mitjanes" significa que la nutació és calculada com un terme mitjà o omès. Els principiants, a vegades, es confonen quan troben que el pol nord rotacional de la Terra no apunta exactament al pol celeste de l'època J2000.0; el motiu n'és que el pol vertader fa moviments de nutació, per la qual cosa és diferent del pol mitjà. Les mateixes diferències estan relacionades amb l'equinocci.

• S. Aoki, i cols., "Conversion matrix of epoch B 1950.0 FK 4-based positions of stars to epoch J 2000.0 positions in accordance with the new IAU resolutions", Astron. Astrophys. 128(2), 263–267, (1983).
• E. M. Standish, "Conversion of positions and proper motions from B1950.0 to the IAU system at J2000.0", Astron. Astrophys. 115(1), 20–22, (1982).

• Aoki, S.; Soma, M.; Kinoshita, H.; Inoue, K. «Conversion matrix of epoch B 1950.0 FK 4-based positions of stars to epoch J 2000.0 positions in accordance with the new IAU resolutions». Astronomy and Astrophysics, vol. 128, 3, 12-1983, pàg. 263–267. Bibcode: 1983A&A...128..263A. ISSN: 0004-6361.
• Lieske, J.H. «Precession Matrix Based on IAU (1976) System of Astronomical Constants». Astronomy & Astrophysics, vol. 73, 3, 1979, pàg. 282–284. Bibcode: 1979A&A....73..282L.
• Meeus, Jean. Astronomical Algorithms. Willmann-Bell, 1991. ISBN 978-0-943396-35-4. 

• Neugebauer, O. A History of Ancient Mathematical Astronomy. Springer, 2004. ISBN 978-3-540-06995-9. 
• Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac. Sausalito, CA: University Science Books, 2006. ISBN 978-1-891389-45-0. 
• Simon, J. L.; Bretagnon, P.; Chapront, J.; Chapront-Touze, M.; Francou, G.; Laskar, J «Numerical expressions for precession formulae and mean elements for the Moon and the planets.». Astronomy and Astrophysics, vol. 282, 1994, pàg. 663–683. Bibcode: 1994A&A...282..663S.
• Soop, E.M.. Handbook of Geostationary Orbits. Springer, 1994. ISBN 978-0-7923-3054-7. 
• Wilson, H. C. «Change of astronomical time». Popular Astronomy, vol. 33, 1925, pàg. 1–2. Bibcode: 1925PA.....33....1W.

• Plana sobre l'ICRS Arxivat 2011-07-09 a Wayback Machine. (anglès).