astro/orbit/orbit.go

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package orbit
import (
"errors"
"time"
"b612.me/astro/basic"
)
var (
ERR_ORBIT_NEVER_RISE = errors.New("ERROR:轨道目标今日永远在地平线下!")
ERR_ORBIT_NEVER_SET = errors.New("ERROR:轨道目标今日永远在地平线上!")
)
// Elements 日心二体圆锥曲线根数,参考系为 J2000 平黄道/平春分点。
// EpochJD 与 TpJD 使用 TT/TDB 对应的儒略日。
//
// 经典椭圆根数A/E/I/Omega/W/M0
// 近日点形式Q/E/I/Omega/W/TpJD
//
// 线性 rates 仅作用于经典椭圆根数,单位均为每天变化量。
type Elements struct {
EpochJD float64 // 历元儒略日TT/TDB / epoch Julian day in TT/TDB.
A float64 // 半长径,单位 AU / semi-major axis in AU.
E float64 // 离心率 / eccentricity.
I float64 // 轨道倾角,单位度 / inclination in degrees.
Omega float64 // 升交点黄经,单位度 / longitude of ascending node in degrees.
W float64 // 近日点幅角,单位度 / argument of perihelion in degrees.
M0 float64 // 历元平近点角,单位度 / mean anomaly at epoch in degrees.
Q float64 // 近日点距离,单位 AU / perihelion distance in AU.
TpJD float64 // 近日点通过时刻TT/TDB JD / perihelion passage time in TT/TDB Julian day.
ADot float64 // 半长径日变化,单位 AU/day / daily rate of A.
EDot float64 // 离心率日变化,单位 1/day / daily rate of E.
IDot float64 // 倾角日变化,单位 deg/day / daily rate of I.
OmegaDot float64 // 升交点黄经日变化,单位 deg/day / daily rate of Omega.
WDot float64 // 近日点幅角日变化,单位 deg/day / daily rate of W.
MDot float64 // 平近点角日变化,单位 deg/day / daily rate of M.
}
// EclipticPosition 黄道球坐标结果Lon/Lat 单位度Distance 单位 AU。
type EclipticPosition struct {
Lon float64
Lat float64
Distance float64
}
// EquatorialPosition 赤道球坐标结果RA/Dec 单位度Distance 单位 AU。
type EquatorialPosition struct {
RA float64
Dec float64
Distance float64
}
// MeanMotion 平均角速度 / mean motion.
//
// 返回平均角速度,单位度/日;对抛物线和双曲线轨道返回 `NaN`。
func MeanMotion(elements Elements) float64 {
return basic.OrbitMeanMotion(toBasicElements(elements))
}
// MeanAnomaly 平近点角 / mean anomaly.
//
// 返回给定时刻的平近点角,单位度;对抛物线和双曲线轨道返回 `NaN`。
func MeanAnomaly(date time.Time, elements Elements) float64 {
return basic.OrbitMeanAnomaly(ttJulianDay(date), toBasicElements(elements))
}
// TrueAnomaly 真近点角 / true anomaly.
//
// 返回给定时刻的真近点角,单位度。
func TrueAnomaly(date time.Time, elements Elements) float64 {
return basic.OrbitTrueAnomaly(ttJulianDay(date), toBasicElements(elements))
}
// HeliocentricEclipticJ2000 日心 J2000 平黄道坐标 / heliocentric J2000 ecliptic coordinates.
//
// 返回黄经、黄纬和距离;角度单位度,距离单位 AU。
func HeliocentricEclipticJ2000(date time.Time, elements Elements) EclipticPosition {
lon, lat, distance := basic.OrbitHeliocentricEclipticJ2000(ttJulianDay(date), toBasicElements(elements))
return EclipticPosition{Lon: lon, Lat: lat, Distance: distance}
}
// HeliocentricEcliptic 日心历元黄道坐标 / heliocentric ecliptic coordinates of date.
//
// 返回历元黄经、黄纬和距离;角度单位度,距离单位 AU。
func HeliocentricEcliptic(date time.Time, elements Elements) EclipticPosition {
lon, lat, distance := basic.OrbitHeliocentricEcliptic(ttJulianDay(date), toBasicElements(elements))
return EclipticPosition{Lon: lon, Lat: lat, Distance: distance}
}
// GeocentricEclipticJ2000 地心 J2000 平黄道坐标 / geocentric J2000 ecliptic coordinates.
//
// 返回黄经、黄纬和距离;角度单位度,距离单位 AU。
func GeocentricEclipticJ2000(date time.Time, elements Elements) EclipticPosition {
lon, lat, distance := basic.OrbitGeocentricEclipticJ2000(ttJulianDay(date), toBasicElements(elements))
return EclipticPosition{Lon: lon, Lat: lat, Distance: distance}
}
// GeocentricEcliptic 地心历元黄道坐标 / geocentric ecliptic coordinates of date.
//
// 返回历元黄经、黄纬和距离;角度单位度,距离单位 AU。
func GeocentricEcliptic(date time.Time, elements Elements) EclipticPosition {
lon, lat, distance := basic.OrbitGeocentricEcliptic(ttJulianDay(date), toBasicElements(elements))
return EclipticPosition{Lon: lon, Lat: lat, Distance: distance}
}
// GeocentricEquatorialJ2000 地心 J2000 平赤道坐标 / geocentric J2000 equatorial coordinates.
//
// 返回赤经、赤纬和距离;角度单位度,距离单位 AU。
func GeocentricEquatorialJ2000(date time.Time, elements Elements) EquatorialPosition {
ra, dec, distance := basic.OrbitGeocentricEquatorialJ2000(ttJulianDay(date), toBasicElements(elements))
return EquatorialPosition{RA: ra, Dec: dec, Distance: distance}
}
// GeocentricEquatorial 地心历元平赤道坐标 / geocentric equatorial coordinates of date.
//
// 返回历元赤经、赤纬和距离;角度单位度,距离单位 AU。
func GeocentricEquatorial(date time.Time, elements Elements) EquatorialPosition {
ra, dec, distance := basic.OrbitGeocentricEquatorial(ttJulianDay(date), toBasicElements(elements))
return EquatorialPosition{RA: ra, Dec: dec, Distance: distance}
}
// AstrometricGeocentricEquatorialJ2000 地心测算 J2000 赤道坐标 / astrometric geocentric J2000 equatorial coordinates.
//
// 返回加入光行时修正后的地心 J2000 赤经、赤纬和距离;角度单位度,距离单位 AU。
func AstrometricGeocentricEquatorialJ2000(date time.Time, elements Elements) EquatorialPosition {
ra, dec, distance := basic.OrbitAstrometricGeocentricEquatorialJ2000(ttJulianDay(date), toBasicElements(elements))
return EquatorialPosition{RA: ra, Dec: dec, Distance: distance}
}
// ApparentGeocentricEcliptic 地心视黄道坐标 / apparent geocentric ecliptic coordinates.
//
// 返回加入光行时与章动修正后的地心视黄经、黄纬和距离;角度单位度,距离单位 AU。
func ApparentGeocentricEcliptic(date time.Time, elements Elements) EclipticPosition {
lon, lat, distance := basic.OrbitApparentGeocentricEcliptic(ttJulianDay(date), toBasicElements(elements))
return EclipticPosition{Lon: lon, Lat: lat, Distance: distance}
}
// ApparentGeocentricEquatorial 地心视赤道坐标 / apparent geocentric equatorial coordinates.
//
// 返回加入光行时与章动修正后的地心视赤经、赤纬和距离;角度单位度,距离单位 AU。
func ApparentGeocentricEquatorial(date time.Time, elements Elements) EquatorialPosition {
ra, dec, distance := basic.OrbitApparentGeocentricEquatorial(ttJulianDay(date), toBasicElements(elements))
return EquatorialPosition{RA: ra, Dec: dec, Distance: distance}
}
// ApparentTopocentricEquatorial 站心视赤道坐标 / apparent topocentric equatorial coordinates.
//
// 返回加入光行时、章动和站心修正后的视赤经、赤纬和距离;
// `observerLon` 东经为正,`observerLat` 北纬为正,`observerHeight` 单位米。
func ApparentTopocentricEquatorial(date time.Time, elements Elements, observerLon, observerLat, observerHeight float64) EquatorialPosition {
ra, dec, distance := basic.OrbitApparentTopocentricEquatorial(ttJulianDay(date), observerLon, observerLat, observerHeight, toBasicElements(elements))
return EquatorialPosition{RA: ra, Dec: dec, Distance: distance}
}
// Altitude 视高度角 / apparent altitude.
//
// 返回目标在观测者所在地的视高度角,单位度;经度东正西负,纬度北正南负,海拔单位米。
func Altitude(date time.Time, elements Elements, observerLon, observerLat, observerHeight float64) float64 {
jde := basic.Date2JDE(date)
return basic.OrbitHeight(jde, observerLon, observerLat, observationTimezone(date), observerHeight, toBasicElements(elements))
}
// Zenith 天顶距 / zenith distance.
//
// 返回目标在观测者所在地的天顶距,单位度。
func Zenith(date time.Time, elements Elements, observerLon, observerLat, observerHeight float64) float64 {
return 90 - Altitude(date, elements, observerLon, observerLat, observerHeight)
}
// Azimuth 视方位角 / apparent azimuth.
//
// 返回目标在观测者所在地的视方位角,按正北为 0°、向东增加。
func Azimuth(date time.Time, elements Elements, observerLon, observerLat, observerHeight float64) float64 {
jde := basic.Date2JDE(date)
return basic.OrbitAzimuth(jde, observerLon, observerLat, observationTimezone(date), observerHeight, toBasicElements(elements))
}
// HourAngle 站心视时角 / topocentric hour angle.
//
// 返回目标在观测者所在地的站心视时角,单位度。
func HourAngle(date time.Time, elements Elements, observerLon, observerLat, observerHeight float64) float64 {
jde := basic.Date2JDE(date)
return basic.OrbitHourAngle(jde, observerLon, observerLat, observationTimezone(date), observerHeight, toBasicElements(elements))
}
// CulminationTime 中天时刻 / culmination time.
//
// 返回目标在给定当地日期内的中天时刻,结果保持输入 `date` 的时区。
func CulminationTime(date time.Time, elements Elements, observerLon, observerLat, observerHeight float64) time.Time {
if date.Hour() > 12 {
date = date.Add(-12 * time.Hour)
}
timezone := observationTimezone(date)
jde := basic.Date2JDE(date)
calcJde := basic.OrbitCulminationTime(jde, observerLon, observerLat, timezone, observerHeight, toBasicElements(elements)) - timezone/24.0
return basic.JDE2DateByZone(calcJde, date.Location(), false)
}
// RiseTime 升起时刻 / rise time.
//
// 返回目标在给定当地日期内的升起时刻;`aero=true` 时加入标准大气折射修正。
func RiseTime(date time.Time, elements Elements, observerLon, observerLat, observerHeight float64, aero bool) (time.Time, error) {
var aeroFloat float64
if aero {
aeroFloat = 1
}
if date.Hour() > 12 {
date = date.Add(-12 * time.Hour)
}
timezone := observationTimezone(date)
jde := basic.Date2JDE(date)
calcJde, err := basic.OrbitRiseTime(jde, observerLon, observerLat, timezone, aeroFloat, observerHeight, toBasicElements(elements))
return orbitRiseSetResult(date, calcJde, err)
}
// SetTime 落下时刻 / set time.
//
// 返回目标在给定当地日期内的落下时刻;`aero=true` 时加入标准大气折射修正。
func SetTime(date time.Time, elements Elements, observerLon, observerLat, observerHeight float64, aero bool) (time.Time, error) {
var aeroFloat float64
if aero {
aeroFloat = 1
}
if date.Hour() > 12 {
date = date.Add(-12 * time.Hour)
}
timezone := observationTimezone(date)
jde := basic.Date2JDE(date)
calcJde, err := basic.OrbitSetTime(jde, observerLon, observerLat, timezone, aeroFloat, observerHeight, toBasicElements(elements))
return orbitRiseSetResult(date, calcJde, err)
}
func orbitRiseSetResult(date time.Time, jde float64, err error) (time.Time, error) {
if err != nil {
switch {
case errors.Is(err, basic.ErrNeverRise):
return time.Time{}, ERR_ORBIT_NEVER_RISE
case errors.Is(err, basic.ErrNeverSet):
return time.Time{}, ERR_ORBIT_NEVER_SET
default:
return time.Time{}, err
}
}
return basic.JDE2DateByZone(jde, date.Location(), true), nil
}
func observationTimezone(date time.Time) float64 {
_, loc := date.Zone()
return float64(loc) / 3600.0
}
func ttJulianDay(date time.Time) float64 {
jdeUTC := basic.Date2JDE(date.UTC())
return basic.TD2UT(jdeUTC, true)
}
func toBasicElements(elements Elements) basic.OrbitElements {
return basic.OrbitElements{
EpochJD: elements.EpochJD,
A: elements.A,
E: elements.E,
I: elements.I,
Omega: elements.Omega,
W: elements.W,
M0: elements.M0,
Q: elements.Q,
TpJD: elements.TpJD,
ADot: elements.ADot,
EDot: elements.EDot,
IDot: elements.IDot,
OmegaDot: elements.OmegaDot,
WDot: elements.WDot,
MDot: elements.MDot,
}
}