mk-mode BLOG

このブログは自作の自宅サーバに構築した Debian GNU/Linux で運用しています。
PC・サーバ構築等の話題を中心に公開しております。(クローンサイト: GitHub Pages

ブログ開設日2009-01-05
サーバ連続稼働時間
Reading...
Page View 合計
Reading...
今日
Reading...
昨日
Reading...

Fortran - JPL 天文暦データから ICRS 座標を計算!

[ プログラミング, 暦・カレンダー ] [ Fortran, カレンダー ]

こんばんは。

前回、NASA の機関である JPL(Jet Propulsion Laboratory) が惑星探査用に編纂・発行している月・惑星の暦の最新版 DE430 のバイナリ形式のデータを Fortran 95 で読み込みました。

今回は、読み込んだデータから ICRS 座標を計算してみました。 Fortran 95 で。(読み込んだデータは ICRS 座標の計算に必要なチェビシェフ多項式の係数データ)

過去には Ruby や Python でも行いましたが。

0. 前提条件

  • LMDE 3 (Linux Mint Debian Edition 3; 64bit) での作業を想定。
  • GCC 6.3.0 (GFortran 6.3.0) でのコンパイルを想定。

1. 天文暦バイナリデータについて

当ブログ過去記事を参照のこと。

また、天文暦データには各種バージョンが存在するが、日本の国立天文台が現在使用している DE430 を当方も使用する。

2. ソースコードの作成

  • 以下は実行部分。(距離の単位は AU(天文単位)固定としている)
jpl_calc_430.f95
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
!*******************************************************************************
! JPLEPH(JPL の DE430 バイナリデータ)読み込み、座標(位置・速度)を計算
! * 対象天体
!    1: 水星            (Mercury)
!    2: 金星            (Venus)
!    3: 地球            (Earth)
!    4: 火星            (Mars)
!    5: 木星            (Jupiter)
!    6: 土星            (Saturn)
!    7: 天王星          (Uranus)
!    8: 海王星          (Neptune)
!    9: 冥王星          (Pluto)
!   10: 月              (Moon)
!   11: 太陽            (Sun)
!   12: 太陽系重心      (Solar system Barycenter)
!   13: 地球 - 月の重心 (Earth-Moon Barycenter)
!   14: 地球の章動      (Earth Nutations)
!   15: 月の秤動        (Lunar mantle Librations)
!
!   Date          Author          Version
!   2018.10.21    mk-mode.com     1.00 新規作成
!   2018.11.09    mk-mode.com     1.01 時刻の取扱変更(マイクロ秒 => ミリ秒)
!
! Copyright(C) 2018 mk-mode.com All Rights Reserved.
! ---
! 引数
!   [第1] 対象天体番号(必須)
!          * 1 〜 15
!   [第2] 基準天体番号(必須)
!          * 0, 1 〜 13
!            (0 は、対象天体番号が 14, 15 のときのみ)
!   [第3] ユリウス日(省略可)
!          * 省略時は現在日時を UTC とみなしたユリウス日
! ---
! * 構造型 type(t_time) は time    モジュール内で定義
! * 構造型 type(t_bin)  は eph_jpl モジュール内で定義
!*******************************************************************************
!
program jpl_calc_430
  use const
  use time
  use eph_jpl
  implicit none
  integer(SP)   :: t, c  ! 指定の天体番号(対象、基準)
  real(DP)      :: jd    ! 指定のJulian Day
  type(t_bin)   :: bin   ! バイナリデータ用構造型
  integer(SP)   :: i
  real(DP)      :: jds(2)
  ! 計算対象フラグ
  integer(SP)   :: list(12) = (/(0, i=1,12)/)
  ! 算出データ(対象 - 基準)配列(位置(x, y, z)・速度(x, y, z))
  real(DP)      :: rrd(6) = (/(0.0_DP, i=1,6)/)

  ! コマンドライン引数(天体番号(対象、基準)、JD)取得
  call get_arg(t, c, jd)
  if (t == 0) then
    do i = 1, size(USAGE)
      print *, USAGE(i)
    end do
    stop
  end if

  ! バイナリデータ取得
  ! * 1レコード目:     ttl - numde
  ! * 2レコード目:     cval
  ! * 3レコード目以降: 係数
  call get_bin(jd, bin)

  ! インデックスの開始/終了 JD
  jds = bin%coeff(1:2)

  ! 計算対象フラグ一覧取得
  call get_list(t, c, bin%ipt, list)

  ! 位置・速度計算
  call calc_rrd(t, c, jd, jds, bin, list, rrd)

  ! 結果出力
  print '("  TARGET: ", I2, " (", A, ")")', t, trim(ASTRS(t))
  print '("  CENTER: ", I2, " (", A, ")")', c, trim(ASTRS(c))
  print '("      JD: ", F16.8, " days")', jd
  print '("      AU: ", F11.1, " km" /)', bin%au
  if (t == 14) then
    print '("  Position(Δψ) = ", F32.20, " rad")',     rrd(1)
    print '("  Position(Δε) = ", F32.20, " rad")',     rrd(2)
    print '("  Velocity(Δψ) = ", F32.20, " rad/day")', rrd(4)
    print '("  Velocity(Δε) = ", F32.20, " rad/day")', rrd(5)
  else if (t == 15) then
    print '("  Position(φ) = ",   F32.20, " AU")',      rrd(1)
    print '("  Position(θ) = ",   F32.20, " AU")',      rrd(2)
    print '("  Position(ψ) = ",   F32.20, " AU")',      rrd(3)
    print '("  Velocity(φ) = ",   F32.20, " AU/day")',  rrd(4)
    print '("  Velocity(θ) = ",   F32.20, " AU/day")',  rrd(5)
    print '("  Velocity(ψ) = ",   F32.20, " AU/day")',  rrd(6)
  else
    print '("  Position(x) = ",    F32.20, " AU")',      rrd(1)
    print '("  Position(y) = ",    F32.20, " AU")',      rrd(2)
    print '("  Position(z) = ",    F32.20, " AU")',      rrd(3)
    print '("  Velocity(x) = ",    F32.20, " AU/day")',  rrd(4)
    print '("  Velocity(y) = ",    F32.20, " AU/day")',  rrd(5)
    print '("  Velocity(z) = ",    F32.20, " AU/day")',  rrd(6)
  end if

  stop
contains
  ! コマンドライン引数(天体番号(対象、基準)、JD)取得
  ! * 天体番号: 1 〜 15
  ! * JD: 実数形式(整合性チェックは行わない)
  !
  ! :param(inout) integer  t
  ! :param(inout) integer  c
  ! :param(inout) real(8) jd
  subroutine get_arg(t, c, jd)
    implicit none
    integer(SP), intent(inout) :: t, c
    real(DP),    intent(inout) :: jd
    character(20) :: arg_j
    type(t_time)  :: utc
    character(2)  :: arg_t, arg_c
    integer(SP)   :: dt(8)

    if (iargc() < 2) then
      t = 0
      c = 0
      jd = 0.0_DP
      return
    end if
    call getarg(1, arg_t)
    read (arg_t, *) t
    call getarg(2, arg_c)
    read (arg_c, *) c
    if (iargc() < 3) then
      call date_and_time(values=dt)
      utc = t_time(dt(1), dt(2), dt(3), dt(5), dt(6), dt(7), dt(8))
      call gc2jd(utc, jd)
    else
      call getarg(3, arg_j)
      read (arg_j, *) jd
    end if
    if ((t < 1 .or. c < 0 .or. t > 15 .or. c > 13) .or. &
        (t > 13 .and. c /= 0) .or. (t < 14 .and. c == 0)) then
      t = 0
      c = 0
      jd = 0.0_DP
      return
    end if
  end subroutine get_arg
end program jpl_calc_430

モジュールを含めた全てのファイルは GitHub にアップしている。(当然ながら、モジュール部分の方が計算の本質となっている)

3. ソースコードのビルド

1
$ make
  • やり直す場合は、 make clean してから。

4. 準備

5. 実行方法

1
$ ./jpl_calc_430 T C [JD]
  • T は対象天体番号。(115; 必須)
    1. 水星 (Mercury)
    2. 金星 (Venus)
    3. 地球 (Earth)
    4. 火星 (Mars)
    5. 木星 (Jupiter)
    6. 土星 (Saturn)
    7. 天王星 (Uranus)
    8. 海王星 (Neptune)
    9. 冥王星 (Pluto)
    10. 月 (Moon)
    11. 太陽 (Sun)
    12. 太陽系重心 (Solar system Barycenter)
    13. 地球 - 月の重心 (Earth-Moon Barycenter)
    14. 地球の章動 (Earth Nutations)
    15. 月の秤動 (Lunar mantle Librations)
  • C は基準天体番号。(0, 113; 必須)
    (0 は、対象天体番号が 14, 15 のときのみ)
  • JD はユリウス日(Julian Day)。(省略可)
    (省略時はシステム時刻を UTC とみなしたユリウス日)

以下、実行例。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
$ ./jpl_calc_430 3 11 2458496
  TARGET:  3 (Earth)
  CENTER: 11 (Sun)
      JD: 2458496.00000000 days
      AU: 149597870.7 km

  Position(x) =          -0.36402347301846232908 AU
  Position(y) =           0.83824577267230659938 AU
  Position(z) =           0.36338292908824731953 AU
  Velocity(x) =          -0.01626279812137284078 AU/day
  Velocity(y) =          -0.00590802765559216014 AU/day
  Velocity(z) =          -0.00256080882136208417 AU/day

以上、

Comments