Прогноз неравномерности вращения Земли для спутниковых навигационных систем - Курсовая работа

Однако Земля вращается не совсем стабильно: меняется скорость ее вращения, движутся географические полюсы, колеблется ось вращения в пространстве. Эти нестабильности доставляют много хлопот астрономам, геодезистам и исследователям космоса, т.к. они искажают координаты небесных и земных объектов. Неравномерность вращения Земли и движение полюсов вызываются процессами, протекающими на нашей планете, и зависят от особенностей строения и физических свойств земных недр. Являясь отражением земных процессов, нестабильности вращения Земли содержат ценную информацию об этих процессах, выдаваемую самой природой. Оно позволяет исправлять искаженные координаты небесных и земных объектов, способствует расширению и углублению наших знаний в различных областях наук о Земле.Во второй половине прошлого столетия появились свидетельства нерегулярных флуктуаций скорости вращения Земли и движения географических полюсов. Скорость вращения Земли наиболее просто можно охарактеризовать отклонением длительности земных суток от эталонных (86 400 с). Земля, вращающаяся вокруг своей оси, является своего рода часами, а звезды и светила на небесной сфере - своего рода делениями циферблата. Наряду с часами "Земля" астрономы использовали сначала механические, потом кварцевые, а в последние десятилетия атомные часы. С 1903 по 1934 гг. происходило ускорение вращения Земли, с конца 30-х гг. до 1972 г. наблюдалось замедление, а с 1973 г. по настоящее время Земля ускоряет свое вращение.Это связано, прежде всего, с тем, что для определения скорости вращения Земли необходимо иметь высокоточную и стабильную, опорную шкалу времени. Реализована же такая шкала была только после создания в пятидесятых годах атомных стандартов частоты (шкала TAI). Определенную возможность давали кварцевые часы, но в силу быстрого их старения получать стабильные результаты на промежутках больше года не удавалось. Поэтому единственной путем получать данные о режиме осевого вращения Земли до середины XX столетия был анализ и обработка оптических наблюдений различных астрономических событий, таких как покрытия звезд Луной, соединения планет, восходы и заходы Солнца и Луны и др., в которых опорная шкала определяется временем, являющимся аргументом в теории движения небесных тел. Среднегодовые значения продолжительности суток DP за период 1623-1955 гг. получены в серии работ Л.Изучение лунных и солнечных затмений, соединений светил с Луной, моментов равноденствий и солнцестояний дает возможность получить данные об ускорении орбитального движения Луны и ускорении вращения Земли. Сравнение теоретического (в предположении равномерного вращения Земли) и наблюдаемого моментов событий возможно даже в случае, если неопределенность в датировке документа достигает десяти лет. Newton (1985) по наблюдениям затмений и восходов заходов и элонгации Луны за период с 660 г. до н.э. по 1790 г. н.э. при принятом ускорении движения Луны nc=-28 угл. с/век2 получил параболическое приближение для : где t - в столетиях от эпохи 1790 г. н.э., а - в 10-9 рад/век. Полученные данные дают изменение продолжительности суток в XYIII столетии около 0.9 мс/век и около 2 мс/век в начале нашей эры. Используя шестьдесят наблюдений солнечных и лунных затмений за период с 829 по 1010 гг., в (Stephenson and Said, 1989) получено, что средние солнечные сутки в эпоху 950 г. н.э. были на 11.6±0.6 мс короче современных, а средняя скорость увеличения их продолжительности за последние 1000 лет оценивается в l.37±0.007 мс/век.Палеонтологический метод основан на том факте, что скорость роста скелета простейших организмов (кораллов, моллюсков, строматолитов и др.) существенно зависит от количества падающего света. Это приводит к образованию суточных, месячных и годичных колец. Принимая продолжительность года (период вращения вокруг Солнца) постоянной, можно подсчитать количество суток в году в различные геологические эпохи. 2 представлены результаты палеонтологических оценок вращения Земли. Эпоха Шкала, млн. лет Колво суток в году , 10 - 8 век - 1Продолжит, сут., часОни перемещаются по земной поверхности вокруг среднего полюса в направлении вращения Земли, т.е. с запада на восток. Траектория движения полюса имеет вид спирали, которая периодически то закручивается, то раскручивается. 3 показана траектория движения мгновенного Северного полюса за 1996-2000 гг. Максимальное удаление мгновенного полюса от среднего отмечалось в мае-июле 1996 г. Затем полюс стал закручиваться, и это продолжалось до 2000 г., когда полюс подошел на минимальное расстояние к центру спирали. Закручивание и раскручивание траектории полюса объясняется тем, что полюс совершает два периодических движения: свободное, или чандлеровское (названо в честь открывшего его в 1891 г. Чандлеровское движение полюсов - это движение, которое возникает, если ось вращения Земли каким-либо образом отклонить от оси ее наибольшего момента инерции.Когда Луна и Солнце не лежат в плоскости земного экватора, силы их притяжения стремятся развернуть Землю так, чтобы э

Содержание

Аннотация

Введение

I. Литературный обзор

1.1 Неравномерность вращения Земли

1.1.1 Астрономические данные

1.1.2 Оптические наблюдения XYII-XX веков

1.1.3 Античные наблюдения

1.1.4 Палеонтологические данные

1.1.5 Движение полюсов Земли

1.1.6 Природа периодических колебаний Земли

1.2 Методы спектрального анализа

1.2.1 Фурье-анализ

1.2.2 Метод сингулярного спектрального анализа

II. Обработка данных неравномерности вращения Земли

III. Выводы

Список литературы

Аннотация

Вращение Земли вокруг своей оси испокон веков используется человеком для измерения времени. В астрономии оно служит незаменимой основой для введения различных систем координат. Однако Земля вращается не совсем стабильно: меняется скорость ее вращения, движутся географические полюсы, колеблется ось вращения в пространстве. Эти нестабильности доставляют много хлопот астрономам, геодезистам и исследователям космоса, т.к. они искажают координаты небесных и земных объектов. Неравномерность вращения Земли и движение полюсов вызываются процессами, протекающими на нашей планете, и зависят от особенностей строения и физических свойств земных недр. Являясь отражением земных процессов, нестабильности вращения Земли содержат ценную информацию об этих процессах, выдаваемую самой природой.

Таким образом, изучение неравномерности вращения планеты, движения полюсов и нутаций земной оси имеет большое практическое и научное значение. Оно позволяет исправлять искаженные координаты небесных и земных объектов, способствует расширению и углублению наших знаний в различных областях наук о Земле. Как же меняется суточное вращение Земли во времени? Чем вызывается неравномерность вращения Земли, движение полюсов?

Целью моей работы является разработка методики прогнозирования неравномерности вращения Земли.

Актуальность: Точное время необходимо знать астрономам, геодезистам, морякам, связистам, исследователям космоса и т.д. Эта информация важна также для пользователей глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС. Для пользователей навигационных спутниковых систем неучтенное изменение длительности суток грозит неточностью в определении координат, например, изменение длительности суток в течение 10 дней на 1 мс приведет к погрешности в определении долготы на экваторе в 4,6 м. Начиная со второй половины прошлого столетия, за неравномерностью вращения Земли ведутся постоянные наблюдения. В России такого рода исследования проводит Институт прикладной астрономии РАН. Текущие сведения, основанные на измерениях, проведенных в различных странах, обрабатываются в Международной службе вращения Земли IERS со штабквартирой в Париже. Необходимо не только контролировать положение полюсов и длительность суток, но и уметь их предсказывать. Однако точность прогноза, даваемого Обсерваторией ВМС США в рамках IERS и помещаемого в сети Интернет, невелика.