Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ай теориясы Айдың қозғалысын түсіндіруге тырысады. Ай қозғалысында көптеген кішігірім өзгерістер (немесе бұзылулар) бар және оларды түсіндіруге көптеген әрекеттер жасалды. Ғасырлар бойы қиындықтар туындағаннан кейін, Ай қозғалысы қазір өте жоғары дәрежеде дәлдікпен үлгіленуі мүмкін (бағдарламаның қазіргі заманғы дамуы бөлімін қараңыз). Ай теориясы: жалпы теорияның негізін қамтиды; оның ішінде Ай қозғалысын талдау және оның қозғалысын болжау үшін формулалар мен алгоритмдер жасау үшін қолданылатын математикалық әдістер; сонымен қатар сандық формулалар, алгоритмдер және Айдың белгілі бір уақытқа орналасуын есептеу үшін пайдаланылатын геометриялық диаграммалар; көбінесе алгоритмдерге негізделген кестелердің көмегімен. Ай теориясының 2000 жылдан астам зерттеу тарихы бар. Оның қазіргі заманғы жетістіктері соңғы үш ғасыр бойы негізгі ғылыми және технологиялық мақсаттарда қолданылды және әлі де қолданылуда.
Lunar theory attempts to account for the motions of the Moon. There are many small variations (or perturbations) in the Moon's motion, and many attempts have been made to account for them. After centuries of being problematic, lunar motion can now be modeled to a very high degree of accuracy (see section Modern developments). Lunar theory includes:
the background of general theory; including mathematical techniques used to analyze the Moon's motion and to generate formulae and algorithms for predicting its movements; and also
quantitative formulae, algorithms, and geometrical diagrams that may be used to compute the Moon's position for a given time; often by the help of tables based on the algorithms. Lunar theory has a history of over 2000 years of investigation. Its more modern developments have been used over the last three centuries for fundamental scientific and technological purposes, and are still being used in that way.
Гиппарх
Гиппархтың еңбектері көбінесе жоғалып кеткен және негізінен басқа авторлардың цитаталарынан белгілі, Ай эклиптикаға 5°-ға еңкейген шеңберде қозғалады деп болжады, ол ретроградтық бағытта айналады (яғни Күн мен Айдың жыл сайынғы және ай сайынғы жыл сайынғы қозғалыстарының бағытына қарама-қарсы) тұрақты жұлдыздарға қатысты) 18 жылда бір рет. Айналма айналма бағытпен қозғалады деп болжанатын эпициклді алып жүретін дефферент ретінде әрекет етті. Эпициклдің орталығы Айдың бойлық ұзындығының орташа өзгеруіне сәйкес келетін жылдамдықпен қозғалды, ал Айдың эпициклдің айналасындағы кезеңі аномалиялы ай болды. Бұл эпицикл кейіннен эллиптік теңсіздік, орталық теңдеуі ретінде танылған және оның көлемі шамамен 5° 1' орталығының теңдеуіне жуықталған. Бұл көрсеткіш қазіргі заманғы мәннен әлдеқайда аз, бірақ ол орталықтың теңдеуінің қазіргі заманғы коэффициенттері мен ескірудің айырмасына жақын: айырмашылық ежелгі өлшемдер тұтылу кезінде алынғандығымен түсіндіріледі, ал ескірудің әсері (осы жағдайларда орталықтың теңдеуінен шегеріледі) сол кезде белгісіз және назардан тыс қалды. Қосымша ақпарат алу үшін ЕВЕКЦИЯ деген жеке мақаланы қараңыз.
Hipparchus, whose works are mostly lost and known mainly from quotations by other authors, assumed that the Moon moved in a circle inclined at 5° to the ecliptic, rotating in a retrograde direction (i. e. opposite to the direction of annual and monthly apparent movements of the Sun and Moon relative to the fixed stars) once in 18 years. The circle acted as a deferent, carrying an epicycle along which the Moon was assumed to move in a retrograde direction. The center of the epicycle moved at a rate corresponding to the mean change in Moon's longitude, while the period of the Moon around the epicycle was an anomalistic month. This epicycle approximately provided for what was later recognized as the elliptical inequality, the equation of the center, and its size approximated to an equation of the center of about 5° 1'. This figure is much smaller than the modern value: but it is close to the difference between the modern coefficients of the equation of the center (1st term) and that of the evection: the difference is accounted for by the fact that the ancient measurements were taken at times of eclipses, and the effect of the evection (which subtracts under those conditions from the equation of the center) was at that time unknown and overlooked. For further information see also separate article Evection.
Птолемей
Птолемейдің "Алмагест" еңбегі мың жылдан астам уақыт бойы кеңінен танылып, ықпал етті. Ол Геометриялық Ай теориясын ұсынды, ол Гиппархтың теориясын жақсартуға мүмкіндік берді, ол Ай қозғалысының екінші теңсіздікін қамтамасыз етті, бұл құрылғыны пайдаланып, айқын апогей эпициклдің аздап пронеузисін тербетеді. Бұл екінші теңсіздік немесе екінші аномалия орталық теңдеуіне ғана емес, сонымен қатар (көп уақыттан кейін) евекция ретінде белгілі болған нәрсеге де қатысты. Бірақ бұл теория, оның логикалық қорытындысына сәйкес, Айдың қашықтығын (және айдың диаметрі) шамамен 2 есеге өзгертетінін көрсетеді, бұл шын мәнінде көрінбейді. (Айдың көрінетін бұрыштық диаметрі ай сайын өзгеріп отырады, бірақ 0,49° 0,55°-ға жуық өте тар диапазонда ғана.) Птолемей теориясының бұл ақауы XIV ғасырда Ибн әл-Шатирдің және XVI ғасырда Коперниктің ұсыныстарына әкелді.
Ptolemy's work the Almagest had wide and long lasting acceptance and influence for over a millennium. He gave a geometrical lunar theory that improved on that of Hipparchus by providing for a second inequality of the Moon's motion, using a device that made the apparent apogee oscillate a little – prosneusis of the epicycle. This second inequality or second anomaly accounted rather approximately, not only for the equation of the center, but also for what became known (much later) as the evection. But this theory, applied to its logical conclusion, would make the distance (and apparent diameter) of the Moon appear to vary by a factor of about 2, which is clearly not seen in reality. (The apparent angular diameter of the Moon does vary monthly, but only over a much narrower range of about 0.49°–0.55°.) This defect of the Ptolemaic theory led to proposed replacements by Ibn al Shatir in the 14th century and by Copernicus in the 16th century.
Ибн әл-Шатир мен Коперник
Ай теориясының маңызды жетістіктерін араб астрономы Ибн әл-Шатир (13041375) жасады. Айға дейінгі қашықтық Птолемейдің Ай моделі талап еткендей қатты өзгермегенін байқағаннан кейін, ол Птолемейдің кранк механизмін екі эпициклдік модельмен алмастырған жаңа Ай моделін шығарды, бұл Айдың Жерден алыстауының есептелген ауқымын азайтты. Сол сияқты, 150 жылдан кейін қайта өркендеу дәуірінің астрономы Николай Коперниктің ойластырған Ай теориясының Айдың қашықтығына қатысты да осындай артықшылығы болды.
Significant advances in lunar theory were made by the Arab astronomer, Ibn al Shatir (1304–1375). Drawing on the observation that the distance to the Moon did not change as drastically as required by Ptolemy's lunar model, he produced a new lunar model that replaced Ptolemy's crank mechanism with a double epicycle model that reduced the computed range of distances of the Moon from the Earth. A similar lunar theory, developed some 150 years later by the Renaissance astronomer Nicolaus Copernicus, had the same advantage concerning the lunar distances.
Тихо Браге, Йоханнес Кеплер және Еремия Хоррокс
Тихо Браге мен Йоханнес Кеплер Птолемейдің Ай теориясын жетілдірді, бірақ Айдың қашықтығы, айлық диаметрі мен параллакстың (негізінен айлық) өзгеруін нашар сипаттаудың негізгі кемшілігін жеңе алмады. Олардың еңбегі ай теориясына тағы үш маңызды жаңалық қосты. Бұрандалар мен Ай орбитасының жазықтығының еңісі ай сайын (Тайхоның айтуынша) немесе жартылай жылдық кезеңмен (Кеплердің айтуынша) либрацияланатын көрінеді. Айдың геологиялық ұзындығы екі рет ай сайын өзгеріп отырады, бұл арқылы Ай жаңа және толық ай кезінде күтілгеннен жылдам, ал тоқсанда күтілгеннен баяу қозғалады. Сондай-ақ, жыл сайынғы әсер бар, яғни Ай қозғалысы қаңтарда сәл баяулайды, ал шілдеде сәл жылдамдатылады: жыл сайынғы теңдеу. Брахе мен Кеплердің жетілдірілуін олардың тікелей ізбасарлары жақсарту ретінде таныды, бірақ олардың он жетінші ғасырдағы ізбасарлары мәселені одан әрі жақсарту үшін Ай қозғалысы үшін көптеген баламалы геометриялық конфигурацияларды сынады. Айдың апогейі мен эллипстік эксцентрицитетінің көлемі бойынша шамамен 6 айлық либрацияны қамтитын схеманы ұсынған Еремия Хоррокс елеулі табысқа жетті. Бұл схема Айдың қашықтығы, диаметрі мен параллакс өзгерістерін нақты сипаттауға мүмкіндік берді.
Tycho Brahe and Johannes Kepler refined the Ptolemaic lunar theory, but did not overcome its central defect of giving a poor account of the (mainly monthly) variations in the Moon's distance, apparent diameter and parallax. Their work added to the lunar theory three substantial further discoveries. The nodes and the inclination of the lunar orbital plane both appear to librate, with a monthly (according to Tycho) or semi annual period (according to Kepler). The lunar longitude has a twice monthly Variation, by which the Moon moves faster than expected at new and full moon, and slower than expected at the quarters. There is also an annual effect, by which the lunar motion slows down a little in January and speeds up a little in July: the annual equation. The refinements of Brahe and Kepler were recognized by their immediate successors as improvements, but their seventeenth century successors tried numerous alternative geometrical configurations for the lunar motions to improve matters further. A notable success was achieved by Jeremiah Horrocks, who proposed a scheme involving an approximate 6 monthly libration in the position of the lunar apogee and also in the size of the elliptical eccentricity. This scheme had the great merit of giving a more realistic description of the changes in distance, diameter and parallax of the Moon.
Ньютон
Ай теориясының алғашқы гравитациялық кезеңі Ньютонның еңбегімен басталды. Ол Айдың бұзылған қозғалысы мәселесін қазіргі заманғы терминдермен бірінші болып анықтады. Оның іргелі еңбегі, мысалы, Принципиада барлық нұсқаларда, соның ішінде 1687 жылы жарияланған алғашқы басылымда көрсетілген. Ньютонның өмірбаянын жазған Дэвид Брюстер Ай теориясының күрделілігі Ньютонның денсаулығына әсер еткенін мәлімдеді: "1692 жылы бұл мәселені зерттеу кезінде ол тамақ жеуден және ұйқыдан айырылды" және астроном Джон Мачинге "оның басы ешқашан ауырмады, бірақ ол бұл тақырыпты зерттеген кезде" деді. Брюстердің айтуынша, Эдмунд Галли Джон Кондуиттке өзінің талдауын аяқтауды сұрағанда Ньютон "әрқашан оны бас ауыртқаны, оны жиі оятып, енді ойламағанын" [орыгиналдағы баса назар] айтты.
A first gravitational period for lunar theory started with the work of Newton. He was the first to define the problem of the perturbed motion of the Moon in recognisably modern terms. His groundbreaking work is shown for example in the Principia in all versions including the first edition published in 1687. Newton's biographer, David Brewster, reported that the complexity of Lunar Theory impacted Newton's health: "[H]e was deprived of his appetite and sleep" during his work on the problem in 1692 3, and told the astronomer John Machin that "his head never ached but when he was studying the subject". According to Brewster, Edmund Halley also told John Conduitt that when pressed to complete his analysis Newton "always replied that it made his head ache, and kept him awake so often, that he would think of it no more" [Emphasis in original].
Ай қозғалысының Күннен болатын бұзылуы
Ньютон Жер мен Айдың Күнге қарай тартылуынан туындайтын салыстырмалы қозғалысына әсер ету әсерін бағалауды 1-кітапта 66-шы ұсыныста және 3-кітапта 25-ші ұсыныста анықтады. Бұл әдістің бастау нүктесі қозғалыс заңдарының VI корулериясы болып табылады. Бұл егер кейбір ірі денелердің сыртқы жылдамдату күштерінің басқа да денелерге бірдей және қатар әрекет етуі болса, онда бұл денелер бірдей әсер етеді, және бұл жағдайда олардың қозғалыстары (бір-біріне қатысты) мұндай сыртқы жылдамдату күштерінің болмағаны сияқты жалғасады. Тек сыртқы күштер (мысалы, 1-кітапта, Ұсыныста). 66 және 3-кітап, ереже. 25, Күнге қарай тартылатын гравитациялық күш) өлшемі немесе бағыты бойынша әртүрлі денелерге (мысалы, Жер мен Айға) әсер ететін әсерлері бойынша әртүрлі, сондықтан соңғы денелердің салыстырмалы қозғалысына әсері байқалады. (Ньютон Күн сияқты сыртқы күшті тартымды күштің әсерінен пайда болған жылдамдату күштері немесе жылдамдату гравитациясы туралы айтқан. Ол қолданған өлшем - күштің өзі деп атағаннан гөрі, күштің өзі шығаратын жылдамдық (қазіргі заманғы терминдер бойынша, масса бірлігіне күш) болды. Осылайша Ньютон Жерге қатысты Айдың қозғалысын бұзатын Күннің Айға деген тездететін тартылуы мен Жерге деген Күннің тартылуы арасындағы айырмашылық ғана деген қорытындыға келді. Нютон бұл талдауды жүргізу үшін күштердің векторлық ыдырауын қолданды. 1-кітапта 66-жоба мен 3-кітапта 25-жобада ол геометриялық конструкция арқылы Жердегі Күннің және Айдағы Күннің жалпы гравитациялық тартуынан басталып, Айдың Жерге қатысты қозғалысына әсер ететін әсерді білдіретін айырмашылықты көрсетті. Қорыта айтқанда, Нютон диаграммасындағы LS сызығы Айдың қазіргі P позициясында Айға әсер ететін тездетудің көлемі мен бағытын білдіреді (LS сызығы P нүктесінен өтпейді, бірақ мәтін бұл маңызды емес екенін көрсетеді, бұл масштаб факторларының нәтижесі және диаграмманың құрылуы). Мұнда Ньютонның "Principia" (1687 ж.) кітабының алғашқы латын тіліндегі басылымындағы (3-кітап, 25-ұсыным, 434-бет) диаграммасы көрсетілген. Мұнда ол Күн Жер Ай жүйесіндегі Айдың үдеуін бұзатын талдауды ұсынды. Q - Күнді, S - Жерді, P - Айды білдіреді. Бұл диаграмманың кейбір бөліктері қашықтықты, басқа бөліктері гравитациялық жылдамдықтарды (масса бірлігіне тартымды күштер) көрсетеді. Екі мағыналы, SQ Жерден Күнге дейінгі қашықтықты білдіреді, сонымен қатар Жерден Күнге дейінгі гравитациялық жылдамдықтың көлемі мен бағытын білдіреді. Диаграммадағы басқа қашықтықтар SQ қашықтығына пропорционалды. Басқа аттракциондар аттракционның SQ-мен пропорционалды. Күннің тартымды жерлері SQ (Жерде) және LQ (Айда). LQ өлшемі тартылады, сондықтан LQ: SQ тартымдылықтары арақашықтықтардың PQ: SQ қатынасының кері квадраты. (Ньютон KQ=SQ құрастырып, пропорцияларды оңай көреді.) Жердің Айға тартылуы PS бағыты бойынша әрекет етеді. (Бірақ PS сызығы тек қашықтық пен бағытты білдіреді, әлі күнге дейін күн мен жердің тартымдылығы арасындағы масштабтық фактор туралы ештеңе анықталмаған). Күннің тартылу LQ және Жердегі SQ шамаларын бір масштабта көрсеткеннен кейін, Ньютон LQ-ның LM және MQ компоненттеріне векторлық ыдырауын жасайды. Содан кейін ол Айдағы бұзылу жылдамдығын осыдан SQ айырмашылығы ретінде анықтайды. SQ және MQ бір-біріне параллель, сондықтан SQ-ны тікелей MQ-дан алып тастауға болады, бұл MS қалдырады. Нәтижесінде пайда болған айырмашылық, SQ-ті LQ-тен алып тастағаннан кейін, LM және MS векторларының қосындысы болып табылады: олар LS-тің тездетуін тездетеді. Кейін Ньютон LM+MS = LS бұзғыш жылдамдығының ортогональды компоненттерге бөлінген басқа шешімін анықтады: LE-ге параллель көлденең компонент және радиалдық компонент, тиімді ES. Ньютонның диаграммалық схемасы, оның уақытынан бастап, басқа және мүмкін визуалды түрде айқын жолдармен қайта ұсынылды. Мұнда Жерді айналып жатқан Айдың екі түрлі позициясы, P1 және P2 үшін Күннің әсерінен болатын кедергілі жылдамдық үшін LS1 және LS2 векторларын көрсететін векторлық презентация көрсетілген. Айдың P1 нүктесіндегі орны Ньютон диаграммасындағы P нүктесіндегіге өте жақын; сәйкес келетін LS1 тосқауыл көлемі мен бағыты бойынша Ньютонның LS-іне ұқсас. Басқа P2 позициясында Ай Күннен Жерге қарағанда алыстарақ, Айдағы Күннің LQ2 тартылуы Жердегі Күннің SQ=SQ2 тартылуына қарағанда әлсіз, содан кейін LS2 тотығулары Күннен көлбеу алыстайды. Ньютонның диаграммасындағы сияқты конструкциялар Айдың орбитасындағы көптеген түрлі орындары үшін қайталануы мүмкін. Әрбір позиция үшін нәтиже екінші д...
Newton identified how to evaluate the perturbing effect on the relative motion of the Earth and Moon, arising from their gravity towards the Sun, in Book 1, Proposition 66, and in Book 3, Proposition 25. The starting point for this approach is Corollary VI to the laws of motion. This shows that if the external accelerative forces from some massive body happens to act equally and in parallel on some different other bodies considered, then those bodies would be affected equally, and in that case their motions (relative to each other) would continue as if there were no such external accelerative forces at all. It is only in the case that the external forces (e. g. in Book 1, Prop. 66, and Book 3, Prop. 25, the gravitational attractions towards the Sun) are different in size or in direction in their accelerative effects on the different bodies considered (e. g. on the Earth and Moon), that consequent effects are appreciable on the relative motions of the latter bodies. (Newton referred to accelerative forces or accelerative gravity due to some external massive attractor such as the Sun. The measure he used was the acceleration that the force tends to produce (in modern terms, force per unit mass), rather than what we would now call the force itself.) Thus Newton concluded that it is only the difference between the Sun's accelerative attraction on the Moon and the Sun's attraction on the Earth that perturbs the motion of the Moon relative to the Earth. Newton then in effect used vector decomposition of forces, to carry out this analysis. In Book 1, Proposition 66 and in Book 3, Proposition 25, he showed by a geometrical construction, starting from the total gravitational attraction of the Sun on the Earth, and of the Sun on the Moon, the difference that represents the perturbing effect on the motion of the Moon relative to the Earth. In summary, line LS in Newton's diagram as shown below represents the size and direction of the perturbing acceleration acting on the Moon in the Moon's current position P (line LS does not pass through point P, but the text shows that this is not intended to be significant, it is a result of the scale factors and the way the diagram has been built up). Shown here is Newton's diagram from the first (1687) Latin edition of the Principia (Book 3, Proposition 25, p. 434). Here he introduced his analysis of perturbing accelerations on the Moon in the Sun Earth Moon system. Q represents the Sun, S the Earth, and P the Moon. Parts of this diagram represent distances, other parts gravitational accelerations (attractive forces per unit mass). In a dual significance, SQ represents the Earth Sun distance, and then it also represents the size and direction of the Earth Sun gravitational acceleration. Other distances in the diagram are then in proportion to distance SQ. Other attractions are in proportion to attraction SQ. The Sun's attractions are SQ (on the Earth) and LQ (on the Moon). The size of LQ is drawn so that the ratio of attractions LQ:SQ is the inverse square of the ratio of distances PQ:SQ. (Newton constructs KQ=SQ, giving an easier view of the proportions.) The Earth's attraction on the Moon acts along direction PS. (But line PS signifies only distance and direction so far, nothing has been defined about the scale factor between solar and terrestrial attractions). After showing solar attractions LQ on the Moon and SQ on the Earth, on the same scale, Newton then makes a vector decomposition of LQ into components LM and MQ. Then he identifies the perturbing acceleration on the Moon as the difference of this from SQ. SQ and MQ are parallel to each other, so SQ can be directly subtracted from MQ, leaving MS. The resulting difference, after subtracting SQ from LQ, is therefore the vector sum of LM and MS: these add up to a perturbing acceleration LS. Later Newton identified another resolution of the perturbing acceleration LM+MS = LS, into orthogonal components: a transverse component parallel to LE, and a radial component, effectively ES. Newton's diagrammatic scheme, since his time, has been re presented in other and perhaps visually clearer ways. Shown here is a vector presentation indicating, for two different positions, P1 and P2, of the Moon in its orbit around the Earth, the respective vectors LS1 and LS2 for the perturbing acceleration due to the Sun. The Moon's position at P1 is fairly close to what it was at P in Newton's diagram; corresponding perturbation LS1 is like Newton's LS in size and direction. At another position P2, the Moon is farther away from the Sun than the Earth is, the Sun's attraction LQ2 on the Moon is weaker than the Sun's attraction SQ=SQ2 on the Earth, and then the resulting perturbation LS2 points obliquely away from the Sun. Constructions like those in Newton's diagram can be repeated for many different positions of the Moon in its orbit. For each position, the result is a perturbation vector like LS1 or LS2 in the second diagram. Shown here is an often presented form of the diagram that summarises sizes and directions of the perturbation vectors for many different positions of the Moon in its orbit. Each small arrow is a perturbation vector like LS, applicable to the Moon in the particular position around the orbit from which the arrow begins. The perturbations on the Moon when it is nearly in line along the Earth Sun axis, i. e. near new or full moon, point outwards, away from the Earth. When the Moon Earth line is 90° from the Earth Sun axis they point inwards, towards the Earth, with a size that is only half the maximum size of the axial (outwards) perturbations. (Newton gave a rather good quantitative estimate for the size of the solar perturbing force: at quadrature where it adds to the Earth's attraction he put it at 1/178.725 of the mean terrestrial attraction, and twice as much as that at the new and full moons where it opposes and diminishes the Earth's attraction.) The study of the common pattern of these perturbing accelerations grew out of Newton's initial study of the perturbations of the Moon, which he also applied to the forces moving tidal waters. Nowadays this common pattern itself has become often known as a tidal force whether it is being applied to the disturbances of the motions of the Moon, or of the Earth's tidal waters – or of the motions of any other object that suffers perturbations of analogous pattern. After introducing his diagram 'to find the force of the Sun to perturb the Moon' in Book 3, Proposition 25, Newton developed a first approximation to the solar perturbing force, showing in further detail how its components vary as the Moon follows its monthly path around the Earth. He also took the first steps in investigating how the perturbing force shows its effects by producing irregularities in the lunar motions. For a selected few of the lunar inequalities, Newton showed in some quantitative detail how they arise from the solar perturbing force. Much of this lunar work of Newton's was done in the 1680s, and the extent and accuracy of his first steps in the gravitational analysis was limited by several factors, including his own choice to develop and present the work in what was, on the whole, a difficult geometrical way, and by the limited accuracy and uncertainty of many astronomical measurements in his time.
Ньютоннан кейінгі классикалық гравитациялық кезең
Ньютонның мұрагерлерінің негізгі мақсаты, XVIII ғасырдың ортасында Леонард Эйлер, Алексис Клерот және Жан д'Алемберттен бастап, XIX ғасырдың аяғы мен XX ғасырдың басында Эрнест Уильям Браунға дейін, Ньютон заңдары негізінде Айдың қозғалысын толығымен және әлдеқайда дәл түсіну болды, яғни қозғалыс заңдары және ғаламдық гравитация тартылу арқылы тартылатын денелер арасындағы қашықтықтардың квадраттарына кері пропорционалды. Олар, сондай-ақ, тартылыс күшінің кері квадраттық заңдылығын сынақтан өткізуді қалаған, ал 1740 жылдары бір уақыт бойы бұл Ньютонның теориялық және Ай апогейінің қозғалысындағы байқалатын жылдамдықтар арасындағы үлкен сәйкессіздік деп саналғандықтан, қатты күмән туды. Алайда Клэрут көп ұзамай (174950) кем дегенде сәйкессіздіктің негізгі себебі Ньютон заңдарына негізделген Ай теориясында емес, оны бағалау үшін өзі және басқалар арқа сүйеген шамадан тыс шамалауларда екенін көрсетті. Ньютоннан кейінгі теориядағы жетістіктердің көпшілігі алгебралық формада жасалды: олар шексіз сандар мен тригонометрияның көлемді және өте ауыр мөлшерлерін қамтыды. Сонымен қатар, осы кезеңнің теорияларын аяқтау үшін бақылау өлшемдеріне сілтеме жасау қажет болды.
The main aim of Newton's successors, from Leonhard Euler, Alexis Clairaut and Jean d'Alembert in the mid eighteenth century, down to Ernest William Brown in the late nineteenth and early twentieth century, was to account completely and much more precisely for the moon's motions on the basis of Newton's laws, i. e. the laws of motion and of universal gravitation by attractions inversely proportional to the squares of the distances between the attracting bodies. They also wished to put the inverse square law of gravitation to the test, and for a time in the 1740s it was seriously doubted, on account of what was then thought to be a large discrepancy between the Newton theoretical and the observed rates in the motion of the lunar apogee. However Clairaut showed shortly afterwards (1749–50) that at least the major cause of the discrepancy lay not in the lunar theory based on Newton's laws, but in excessive approximations that he and others had relied on to evaluate it. Most of the improvements in theory after Newton were made in algebraic form: they involved voluminous and highly laborious amounts of infinitesimal calculus and trigonometry. It also remained necessary, for completing the theories of this period, to refer to observational measurements.
Теориялардың нәтижелері
Ай теоретиктері гравитациялық проблеманы талдау үшін көптеген түрлі математикалық тәсілдерді қолданды (және ойлап тапты). Олардың нәтижелерінің бір-біріне жақын болғаны таңқаларлық емес. Ньютонның мұрагерлері Эйлер, Клэрро және д'Алемберттің арасындағы ең ерте гравитациялық талдаушылар кезінен бастап Айдың барлық негізгі бұзылыстарын бірнеше бұрыштық аргументтер мен коэффициенттер арқылы білдіруге болатыны танылды. Бұл: және Ай қозғалысының кестелері (1919).
The lunar theorists used (and invented) many different mathematical approaches to analyse the gravitational problem. Not surprisingly, their results tended to converge. From the time of the earliest gravitational analysts among Newton's successors, Euler, Clairaut and d'Alembert, it was recognized that nearly all of the main lunar perturbations could be expressed in terms of just a few angular arguments and coefficients. These can be represented by: and Tables of the Motion of the Moon (1919).
Ортадағы теңдеу
Айдың ортадағы теңдеуі немесе эллиптік теңсіздік, кем дегенде, бабылдықтар мен Гиппархтан бастап ежелгі адамдарға шамамен белгілі болды. Жақындағы мәліметтер бойынша, бұл Кеплер заңының эллипстік орбитадағы тең аудандардың шамамен қолданылуына сәйкес келеді және Айдың Жерден қашықтығы азайып, перигейге қарай қозғалған кезде оның жылдамдығын арттырып, одан кейін Жерден қашықтығы ұлғайып, апогейге қарай қозғалған кезде оның баяулауын білдіреді. Айдың бойлық биіктігіне әсерін бірнеше терминдер арқылы шамалауға болады, олардың алғашқы үшеуі .
The Moon's equation of the center, or elliptic inequality, was known at least in approximation, to the ancients from the Babylonians and Hipparchus onwards. Knowledge of more recent date is that it corresponds to the approximate application of Kepler's law of equal areas in an elliptical orbit, and represents the speeding up of the Moon as its distance from the Earth decreases while it moves towards its perigee, and then its slowing down as its distance from the Earth increases while it moves towards its apogee. The effect on the Moon's longitude can be approximated by a series of terms, of which the first three are .
Ерекшелік
Евэкция (немесе оның шамамен) Птолемейге белгілі болды, бірақ оның аты мен оның себебін білу 17 ғасырдан басталады. Айдың географиялық ұзындығына әсер етуінің ерекше көрініс кезеңі шамамен 31,8 күнді құрайды. Бұл бірнеше жолмен бейнеленуі мүмкін, мысалы, перигей жағдайында шамамен 6 айлық либрацияның нәтижесі ретінде, Айдың орбиталық эксцентрициті мөлшерінде 6 айлық пульсациямен бірге. Оның негізгі термині -
The evection (or its approximation) was known to Ptolemy, but its name and knowledge of its cause dates from the 17th century. Its effect on the Moon's longitude has an odd appearing period of about 31.8 days. This can be represented in a number of ways, for example as the result of an approximate 6 monthly libration in the position of perigee, with an accompanying 6 monthly pulsation in the size of the Moon's orbital eccentricity. Its principal term is .
Түрлілігі
Тихо Браге ашқан Вариация - бұл Айдың жаңа ай мен толған айға жақындаған кезде жылдамдығы, ал бірінші және соңғы тоқсанға жақындаған кезде баяулауы. Оның гравитациялық түсіндірмесін сандық бағалаумен алғаш рет Ньютон берді. Оның негізгі термині -
The Variation, discovered by Tycho Brahe, is a speeding up of the Moon as it approaches new moon and full moon, and a slowing down as it approaches first and last quarter. Its gravitational explanation with a quantitative estimate was first given by Newton. Its principal term is .
Жылдық теңдеу
Жылдық теңдеуді, сондай-ақ, Брахе ашқан, Ньютон сапалы түрде түсіндірді. Ай орбитасы шамалы кеңейіп, ұзақ мерзімді болады, Жер қаңтардың басында Күнге ең жақын перигелийде болған кезде, және Күннің қозу әсері күшті болады, содан кейін шамамен қысқарды және қысқа мерзімді кезеңде Күн шілде айының басында ең алыста болған кезде, оның қозу әсері әлсіз болады: осы әсерге байланысты негізгі терминнің қазіргі заманғы мәні .
The annual equation, also discovered by Brahe, was qualitatively explained by Newton in terms that the Moon's orbit becomes slightly expanded in size, and longer in period, when the Earth is at perihelion closest to the Sun at the beginning of January, and the Sun's perturbing effect is strongest, and then slightly contracted in size and shorter in period when the Sun is most distant in early July, so that its perturbing effect is weaker: the modern value for the principal term due to this effect is .
Параллактикалық теңсіздік
Ньютон алғаш рет тапқан параллактикалық теңсіздік, Күннің шекті қашықтығы мен нөлдік емес параллакс нәтижесінде Брахе вариациясын аздап асимметриялық етеді. Оның әсері - Ай бірінші тоқсанда сәл артта қалып, соңғы тоқсанда сәл алға шығады. Оның негізгі термині -
The parallactic inequality, first found by Newton, makes Brahe's Variation a little asymmetric as a result of the finite distance and non zero parallax of the Sun. Its effect is that the Moon is a little behind at first quarter, and a little ahead at last quarter. Its principal term is .
Эклиптикаға дейін қысқарту
Эклиптикаға қысқарту Ай қозғалысын эклиптика жазықтығындағы бойлық бойынша көрсетудің геометриялық әсерін білдіреді, дегенмен оның қозғалысы шын мәнінде шамамен 5 градусқа еңкейген жазықтықта орын алады. Оның негізгі термині - 18-ші ғасырдың ортасындағы сарапшылар Айдың географиялық ұзындығындағы бұзылуларын 25-30 тригонометриялық терминдер арқылы білдірді. Алайда, он тоғызыншы және жиырмасыншы ғасырлардағы жұмыстар теорияның өте әртүрлі тұжырымдамаларына әкелді, сондықтан бұл терминдер енді қолданылмайды. Айдың орнын ХХ ғасырдың басында іздеген дәлдікпен көрсетуге қажетті терминдер саны 1400-ден астам болды; және лазерлік арақашықтық бақылауларына негізделген қазіргі заманғы сандық интеграциялардың дәлдігін эмуляциялау үшін қажетті терминдер саны он мыңдаған: дәлдік талаптары өскен сайын қажетті терминдер санының өсуіне шектеу жоқ.
The reduction to the ecliptic represents the geometric effect of expressing the Moon's motion in terms of a longitude in the plane of the ecliptic, although its motion is really taking place in a plane that is inclined by about 5 degrees. Its principal term is
The analysts of the mid 18th century expressed the perturbations of the Moon's position in longitude using about 25 30 trigonometrical terms. However, work in the nineteenth and twentieth century led to very different formulations of the theory so these terms are no longer current. The number of terms needed to express the Moon's position with the accuracy sought at the beginning of the twentieth century was over 1400; and the number of terms needed to emulate the accuracy of modern numerical integrations based on laser ranging observations is in the tens of thousands: there is no limit to the increase in number of terms needed as requirements of accuracy increase.
Цифрлық компьютерлер және ай лазерлік қашықтығы
Екінші дүниежүзілік соғыстан бастап, әсіресе 1960 жылдан бастап Ай теориясы біршама басқаша дамыды. Бұл екі жолмен ынталандырылды: бір жағынан, автоматты цифрлық есептеуді қолдану арқылы, екінші жағынан, заманауи бақылау деректері типтері арқылы, айтарлықтай жоғары дәлдігі мен дәлдігімен. Уоллес Джон Эккерт, Эрнест Уильям Браунның студенті және IBM-де жұмыс істейтін адам, астрономиялық эфемерді есептеу үшін Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін дамыған тәжірибелік цифрлық компьютерлерді қолданды. Жобалардың бірі Браунның ай теориясын машинаға салып, өрнектерді тікелей бағалау болды. Тағы бір жоба мүлдем жаңа нәрсе болды: Күн мен төрт негізгі планетаның қозғалыс теңдеулерін сандық интеграциялау. Бұл тек электронды цифрлық компьютерлер пайда болғаннан кейін ғана мүмкін болды. Ақырында бұл реактивті қозғалтқыш зертханасының Ephemeris сериясын жасауға әкелді. Осы аралықта Браунның теориясы жақсы тұрақтылар мен Эфемерис уақытының енгізілуімен және осыған байланысты кейбір эмпирикалық түзетулерді алып тастау арқылы жақсартылды. Айдың орнын бақылаудың ең маңызды жетістігі - Айдың бетінде орналасқан Жерге байланысты лазерлер мен арнайы ретрорефлекторларды пайдалану арқылы алынған Айдың лазерлік қашықтығын өлшеу. Лазерлік сәуле импульсінің бір ретрорефлекторға және кері қарай ұшу уақыты осы уақытта Айдың қашықтығын өлшеуге мүмкіндік береді. Бүгінгі таңда жұмыс істеп тұрған бес ретрорефлектордың біріншісі 1969 жылдың шілдесінде Аполлон 11 ғарыш кемесімен Айға жеткізілді және оны Айдың бетінде Базз Олдрин орынға қойды. Қашықтықтың дәлдігі 2005 жылы құрылған Apache Point обсерваториясының Айлық лазерлік қашықтыққа жету операциясы арқылы одан әрі кеңейтілді.
Since the Second World War and especially since the 1960s, lunar theory has been further developed in a somewhat different way. This has been stimulated in two ways: on the one hand, by the use of automatic digital computation, and on the other hand, by modern observational data types, with greatly increased accuracy and precision. Wallace John Eckert, a student of Ernest William Brown and employee at IBM, used the experimental digital computers developed there after the Second World War for computation of astronomical ephemerides. One of the projects was to put Brown's lunar theory into the machine and evaluate the expressions directly. Another project was something entirely new: a numerical integration of the equations of motion for the Sun and the four major planets. This became feasible only after electronic digital computers became available. Eventually this led to the Jet Propulsion Laboratory Development Ephemeris series. In the meantime, Brown's theory was improved with better constants and the introduction of Ephemeris Time and the removal of some empirical corrections associated with this. This led to the Improved Lunar Ephemeris (ILE), and enabled lunar landing missions. The most significant improvement of position observations of the Moon have been the Lunar Laser Ranging measurements, obtained using Earth bound lasers and special retroreflectors placed on the surface of the Moon. The time of flight of a pulse of laser light to one of the retroreflectors and back gives a measure of the Moon's distance at that time. The first of five retroreflectors that are operational today was taken to the Moon in the Apollo 11 spacecraft in July 1969 and placed in a suitable position on the Moon's surface by Buzz Aldrin. Range precision has been extended further by the Apache Point Observatory Lunar Laser ranging Operation, established in 2005.
Сандық интеграциялар, салыстырмалылық теориясы, су тасқыны, либрациялар
Ай теориясы осы заманауи өлшемдерді қолдану арқылы сандық жағынан жақсы дәлдікке дейін дамыған, классикалық теорияларға қарағанда көбірек қарастыруларға негізделген: Ол гравитациялық күштерді ғана емес (релятивистік түзетулермен), сонымен қатар көптеген тасқын және геофизикалық әсерлерді және айлық либрацияның кеңінен кеңейтілген теориясын ескереді. Көптеген басқа ғылыми салалар сияқты, бұл сала да үлкен командалар мен институттардың жұмысына негізделген. Бұл дамудың жетекші рөлдерінің бірі болып табылатын институт Калифорния технология институтының реактивті қозғалтқыш зертханасы (JPL) болды. Әсіресе, 1970 жылдардың басында классикалық ай теориясы мен эфемеридтерден ғылымның қазіргі жағдайына көшумен байланысты есімдер: Дж. Деррал Мулхоланд және Дж. Г. Уильямс, Күн жүйесінің (планеталық) эфемеридтерінің дамуы үшін Е. Майлз Стандиш. 1970 жылдан бастап JPL сандық интеграцияланған Даму Эфемеридтер сериясын (DExxx нөмірленген) шығарды, оған Ай Эфемеридтері (LExxx) қосылды. Планеталық және айлық эфемеридтер DE200/LE200 ресми Астрономиялық альманах эфемеридтерінде 1984-2002 жылдары қолданылған, ал DE405/LE405 эфемеридтері 2003 жылғы шығарылымнан бастап қолданылуда. Қазіргі эфемерис - DE440.
The lunar theory, as developed numerically to fine precision using these modern measures, is based on a larger range of considerations than the classical theories: It takes account not only of gravitational forces (with relativistic corrections) but also of many tidal and geophysical effects and a greatly extended theory of lunar libration. Like many other scientific fields this one has now developed so as to be based on the work of large teams and institutions. An institution notably taking one of the leading parts in these developments has been the Jet Propulsion Laboratory (JPL) at California Institute of Technology; and names particularly associated with the transition, from the early 1970s onwards, from classical lunar theories and ephemerides towards the modern state of the science include those of J. Derral Mulholland and J. G. Williams, and for the linked development of solar system (planetary) ephemerides E. Myles Standish. Since the 1970s, JPL has produced a series of numerically integrated Development Ephemerides (numbered DExxx), incorporating Lunar Ephemerides (LExxx). Planetary and lunar ephemerides DE200/LE200 were used in the official Astronomical Almanac ephemerides for 1984–2002, and ephemerides DE405/LE405, of further improved accuracy and precision, have been in use as from the issue for 2003. The current ephemeris is DE440.
Талдаудың дамуы
Осы дамумен қатар, соңғы жылдары аналитикалық Ай теориясының жаңа класы да жасалды, атап айтқанда Жан Шапрон және Мишель Шапрон Тозедің "Эфемерида Лунаре Паризиан" (Бюро дес Лонгитуд). Компьютерлік алгебраны қолдану арқылы талдаудың дамуы бұдан бұрын қолмен жұмыс істейтін классикалық талдаушылар жасай алатыннан да әрі қарай жүргізілді. Сондай-ақ, осы жаңа аналитикалық теориялардың кейбіреулері (ELP сияқты) жоғарыда айтылғандай, JPL-де бұрын жасалған сандық эфемерлерге сәйкес келді. Соңғы кездері пайда болған осы талдау теорияларының негізгі мақсаты, өткен ғасырлардағы классикалық теориялардың мақсаттарына қарағанда, қазіргі күндерге арналған жақсартылған позициялық деректерді жасау емес, олардың мақсаттары қозғалыс, мысалы, ұзақ мерзімді қасиеттер сияқты қозғалыстың басқа да аспектілерін зерттеуді қамтиды, олар қазіргі заманғы сандық теориялардың өзінен оңай көрінбеуі мүмкін.
In parallel with these developments, a new class of analytical lunar theory has also been developed in recent years, notably the Ephemeride Lunaire Parisienne by Jean Chapront and Michelle Chapront Touzé from the Bureau des Longitudes. Using computer assisted algebra, the analytical developments have been taken further than previously could be done by the classical analysts working manually. Also, some of these new analytical theories (like ELP) have been fitted to the numerical ephemerides previously developed at JPL as mentioned above. The main aims of these recent analytical theories, in contrast to the aims of the classical theories of past centuries, have not been to generate improved positional data for current dates; rather, their aims have included the study of further aspects of the motion, such as long term properties, which may not so easily be apparent from the modern numerical theories themselves.