Discrepancia en las efemérides del planeta Horizons para tiempos equivalentes en TT y UTC en fechas durante 1969

Recientemente he estado experimentando con la aplicación web JPL Horizons planet ephemerides y encontré una discrepancia desconcertante.

Horizons permite especificar el tiempo en el que se deben calcular las efemérides del planeta de varias maneras. Si solo queremos uno o varios puntos de tiempo, en la pestaña Especificación de tiempo podemos elegir el modo "Especificar una lista de tiempos". Entonces podemos elegir como forma de tiempo "MJD (Modified Julian Day)". Luego, podemos elegir el tipo de tiempo, de los cuales tenemos 3 disponibles: Tiempo Universal (UT), Tiempo [Dinámico] Terrestre (TT) y Tiempo Dinámico Baricéntrico (TDB).

Como caso de prueba, trabajemos con Mars Barycenter como cuerpo objetivo, con Coordinate Center: Solar System Barycenter (SSB) [500@0] 3, y con la siguiente configuración de salida:

  • Cantidades de salida: 1. Componentes de posición {x,y,z} solamente
  • Marco de referencia: ICRF
  • Plano de referencia: ejes xy del marco de referencia (ecuatorial o ecuatorial alineado, inercial)
  • Corrección vectorial: estados geométricos
  • Unidades de salida: km y segundos

Como primer ejemplo, calculemos las efemérides para Mars Barycenter para MJD=51544.5 TT, que es lo mismo que JD(Julian Day)=51544.5 + 2400000.5=2451545 . Usando esta herramienta de JPL podemos verificar que esto corresponde a 2000-01-01 12:00:00 TT. Obtenemos la siguiente posición:

Componente Valor
X 206980433.8363662
Y -186417.0131760761
Z -5667227.498321475

También podemos averiguar el MJD equivalente en UTC, teniendo en cuenta lo siguiente:

  1. TT (TDT; para ser completamente precisos, parece que TT se usó antes de que TDT y TDB se definieran como 2 cosas diferentes) difiere de TAI en 32.184 segundos
  2. TAI se diferencia de UTC por los segundos intercalares, que comenzaron a introducirse en 1972, más una diferencia inicial acumulada de 10 s antes de la introducción del 1er segundo intercalar.

De esta fuente podemos ver que, para el año 2000, la diferencia entre TAI y UTC era de 32 segundos (es decir, 22 segundos bisiestos más los 10 segundos iniciales de diferencia). En general, la diferencia en ese punto entre TT y UTC fue de 32.184+32=64.184 segundos. Entonces, podemos calcular el MJD correspondiente en UTC de la siguiente manera: 51544.5 - 64.184/86400 = 51544.499257129631587 (tenga en cuenta que la división por 86400 es para convertir segundos a días).

Si luego ingresamos este tiempo objetivo en la aplicación web Horizons y especificamos que es un tiempo UT, deberíamos obtener las mismas efemérides. Y, de hecho, ese es el caso (bueno, hay pequeñas diferencias de menos de un par de metros, pero supongo que podemos ignorarlas por ahora; podría deberse a algunos errores de redondeo en alguna parte):

Componente Valor
X 206980433.8363839
Y -186417.0128144659
Z -5667227.498156091

Luego traté de realizar la misma prueba para una fecha anterior, en particular, para 1969-07-19 04:48:00 TT (durante la misión Apolo 11). Usando la misma herramienta de conversión de tiempo que vinculé antes, podemos ver que esto es JD=2440421.7 TT, que es MJD=40421.2 TT. Necesitamos hacer una nota aquí, y es que TT/TDT no se definió hasta 1984. Antes de eso, tenemos ET (Tiempo de efemérides), pero según esta fuente, pueden considerarse como una escala de tiempo continua. En el resto de esta pregunta, siempre uso TT, pero técnicamente significa ET para fechas anteriores a 1984. Ingresando este valor (y recordando especificar que está en TT), obtenemos las siguientes efemérides para el baricentro de Marte:

Componente Valor
X 29480552.64364658
Y -193577194.1755700
Z -89579659.90450171

Calculemos ahora el tiempo UTC equivalente. Para fechas anteriores a 1972, esta fuente proporciona la diferencia entre UT y TT (técnicamente ET), en la tabla denominada Delta-T 1620-1972 . Necesitamos ir a la fila 1965, columna +4 (porque estamos tratando con el año 1969) para obtener un valor de +39.20. Entonces podemos calcular el tiempo UTC equivalente como MJD= 40421.2 - 39.2/86400 = 40421.199546296295011 UTC. Si luego ingresamos este valor en Horizons (recordando decirle que es un tiempo UT), obtenemos esto para el baricentro de Marte:

Componente Valor
X 29480566.46219511
Y -193577191.3534565
Z -89579658.98486346

Como vemos, los desniveles ya son de bastantes kilómetros! Esto puede parecer pequeño, pero actualmente estoy tratando de simular la trayectoria de la misión Apolo 11. En un punto durante la simulación, realizo un cambio del centro de coordenadas de la Tierra a la Luna basado en las efemérides del JPL, por lo que un error de kilómetros aquí conducirá a trayectorias muy equivocadas a partir de ese punto.

Curiosamente, no sucede para una fecha en 2000, como se muestra arriba. Probé otros procedimientos diferentes (erróneos en principio, pero solo intenté ver si Horizons lo estaba haciendo internamente) para convertir de TT a hora UTC:

  • Utilizando una diferencia entre TAI y UTC de 8 segundos para 1969, se obtiene una diferencia entre TT y UTC de 8+32,184=40,184 segundos. La elección de 8 segundos se basa en el valor proporcionado en el archivo agregado de parámetros de orientación terrestre de CelesTrak .
  • Utilizando una diferencia entre TT y UTC de 32,184 segundos para 1969, es decir, suponiendo que TT y UTC fueran iguales.

Ninguno de estos condujo a las mismas efemérides que con el valor TT correspondiente.

¿Alguien tiene idea de dónde surge esta diferencia en las efemérides obtenidas con TT y UTC equivalentes para 1969? Supongo que internamente Horizons está convirtiendo los tiempos de la siguiente manera: UTC -> TT -> TDB, ya que TDB es lo que realmente debe ingresarse junto con los coeficientes de Chebyshev para calcular las efemérides. De alguna manera, la conversión entre UTC y TT para 1969 es diferente de lo esperado, pero no puedo entender cómo.

El astrónomo Steve Allen mantiene un extenso sitio web sobre segundos bisiestos y asuntos relacionados, por ejemplo, la historia de las escalas de tiempo . Hay mucha información en ese sitio, y es un poco como una madriguera de conejos, con la misma información repetida en varios lugares. Probablemente sea una buena idea comenzar con el breve artículo Se necesitan dos tipos de tiempo .
Para su pregunta específica, esta tabla puede ser útil: hpiers.obspm.fr/iers/bul/bulc/TimeSteps.history
Por cierto, el IETF mantiene una lista de segundos intercalares legibles por máquina. ietf.org/timezones/data/leap-seconds.list Puede buscarlo y analizarlo en Python de esta manera: gist.github.com/PM2Ring/9dc0fa6a39dafb88b9e30f514b0dfead
Para este problema, esta tabla de compensación entre TAI y 'UTC" es mejor ya que se extiende antes de 1972 cuando se estableció formalmente UTC
El manual de Horizons detalla cómo usan Delta-T. Asegúrese de estar usando lo que están usando: ssd.jpl.nasa.gov/horizons/manual.html
Siguiendo el enlace proporcionado por @GregMiller llegué al archivo EOP2 . ¡Usar el valor TAI-UT1 dado allí parece hacer que las 2 efemérides estén mucho más cerca!

Respuestas (1)

Esto no responde directamente a su pregunta, pero aborda la discrepancia.

La columna DAT que está utilizando es un número entero. Ese es un segundo intercalar proléptico y no es correcto antes de 1972. Entre 1966 y 1971, la Oficina Nacional de Estándares de EE. UU. (NBS, ahora llamada Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST)) utilizó un concepto llamado Tiempo atómico escalonado en el que Los subsegundos intercalares (pasos de 0,2 segundos) se añadieron o restaron ocasionalmente a lo que ahora se llama UTC en lugar de los segundos intercalares que se han sumado o restado ocasionalmente desde 1972.

Antes de 1966, creo que las correcciones a lo que ahora se llama UTC se hacían diariamente en la estación de radio NBS WWV.

¡Guau, las escalas de tiempo son realmente un laberinto sin fin! Aunque realmente interesante. Intenté buscar tablas de correcciones de tiempo atómico escalonado pero no pude encontrarlas (aún menos transcripciones de radio anteriores a 1966). Sin embargo, el archivo EOP2 de JPL proporciona TAI-UT1 a diario desde 1962, ¡supongo que esta es la mejor fuente que he encontrado hasta ahora para estos! De hecho, me está dando un acuerdo mucho mejor ahora entre las efemérides obtenidas ingresando el tiempo en UT y en TT, aún no perfecto, pero muy cercano.
@Rafa Endless Labyrinth no describe del todo la situación. Es más complicado que eso.
Puede obtener incluso mejores resultados si utiliza una interpolación (lineal, Lagrange, ...) de algún tipo para encontrar el valor en el momento de interés. También tenga en cuenta que hay una diferencia de hasta 2 milisegundos entre el tiempo marcado por JPL T ef y el tiempo marcado por un reloj atómico a nivel del mar (TAI).
De hecho, ya estaba usando la interpolación lineal, ¡necesito explorar otros esquemas! Necesito investigar esa diferencia adicional entre T mi pag h y TIA. Ya que mencionas la altura, ¿supongo que se debe a efectos relativistas?
@Rafa TAI se define como el tiempo marcado por un reloj atómico perfecto ubicado en la superficie del geoide, que está muy cerca del nivel medio del mar. JPL y otras organizaciones que generan efemérides utilizan diferentes escalas de tiempo. Algunos usan el tiempo de coordenadas baricéntricas (TCB), que es el tiempo marcado por un reloj atómico perfecto ubicado muy lejos del sistema solar. Otros, incluido el JPL, usan Barycentric Dynamic Time (TDB), que es TCB escalado por un factor destinado a hacer que TDB marque, en promedio, a la misma velocidad que TAI.
JPL usó su propia escala de tiempo ( T ef ) hasta hace poco. TDB se redefinió para que coincida con el DE405 T ef . JPL ahora usa TDB en lugar de su propio T ef .
La razón principal por la que TAI y TDB difieren hasta en un par de milisegundos es la órbita algo excéntrica de la Tierra alrededor del Sol. En promedio, tanto TAI como TDB funcionan a la misma velocidad, pero en cualquier momento, uno funcionará un poco más rápido que el otro.