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Mondposition nach Montenbruck & Pfleger

Diese Reihenentwicklungen stammen von den Improved Lunar Ephemeris (ILE) die in den 1960ern Jahren für das Apollo Mondprogramm entwickelt wurden. O. Montenbruck & T. Pfleger geben diese Summenterme in ihrem Buch »Astronomie auf dem PC« wieder.

$$T = \frac{JDE - 2451545}{36525}\tag{1}$$

Störungen der mittleren Längen

\(\begin{align} m &= 134\overset{\circ}{.}96292 + 477198\overset{\circ}{.}86753\cdot T + 33\overset{''}{.}25\cdot T^2/3600''\\ l &= 218\overset{\circ}{.}31617\ + 481267\overset{\circ}{.}88088\cdot T - 4\overset{''}{.}06\cdot T^2/3600''\\ M &= 357\overset{\circ}{.}52543\ + 35999\overset{\circ}{.}04944\cdot T - 0\overset{''}{.}58\cdot T^2/3600'' \\ L &= 280\overset{\circ}{.}4659\ + 36000\overset{\circ}{.}76953\cdot T + 1\overset{''}{.}09\cdot T^2/3600'' \\ \Omega &= 125\overset{\circ}{.}04334\ - 1934\overset{\circ}{.}13785\cdot T + 7\overset{''}{.}5\cdot T^2/3600'' \\ D = l - L &= 297\overset{\circ}{.}85027\ + 445267\overset{\circ}{.}11135\cdot T - 5\overset{''}{.}15\cdot T^2/3600'' \\ F = l - \Omega &= 93\overset{\circ}{.}27283\ + 483202\overset{\circ}{.}01873\cdot T - 11\overset{''}{.}56\cdot T^2/3600'' \end{align}\tag{2}\)

Die Bedeutung der mittleren Bahnelemente sind in diesem Abschnitt beschrieben. Die oben angegebenen mittleren Längen unterliegen eigenen Störungen, die korrigiert werden müssen. Dazu werden noch weitere Hilfswerte benötigt:

\[\begin{align} Q_1 &= 71\overset{\circ}{.}399992662 + 20\overset{\circ}{.}199993462\cdot T \\ Q_2 &= 153\overset{\circ}{.}651286737 - 150\overset{\circ}{.}679479663\cdot T \\ Q_3 &= 53\overset{\circ}{.}7933283741 - 1800\overset{\circ}{.}0\cdot T - 135\overset{\circ}{.}0399484259\cdot T + 7\overset{''}{.}434536643\cdot T^2/3600'' \\ Q_4 &= 100\overset{\circ}{.}327834231 + 16\overset{\circ}{.}218247831\cdot T + 33\overset{''}{.}023174391\cdot T^2/3600'' \\ Q_5 &= 60\overset{\circ}{.}579116386 - 132\overset{\circ}{.}861235214\cdot T + 33\overset{''}{.}023174391\cdot T^2/3600'' \\ Q_6 &= 330\overset{\circ}{.}500001582 + 119\overset{\circ}{.}000001582\cdot T \\ Q_7 &= 236\overset{\circ}{.}321484183 - 720\overset{\circ}{.}0\cdot T - 170\overset{\circ}{.}433620217\cdot T \\ Q_8 &= 222\overset{\circ}{.}721236567 - 282\overset{\circ}{.}549880233\cdot T \\ Q_9 &= 281\overset{\circ}{.}854104885 - 720\overset{\circ}{.}0\cdot T -314\overset{\circ}{.}107509915\cdot T \\ N &= 272\overset{\circ}{.}75 - 2\overset{\circ}{.}3\cdot T \end{align}\tag{3}\]

Die korrigierten Mittelwerte werden dann durch Addition bestimmt: \[\begin{align} l' &= l + \sum_{n = 1}^{11} \frac{\Delta l_n}{3600''} \ G_n \\ m' &= m + \sum_{n = 1}^{11} \frac{\Delta m_n}{3600''} \ G_n \\ M' &= M + \sum_{n = 1}^{11} \frac{\Delta M_n}{3600''} \ G_n \\ D' &= D + \sum_{n = 1}^{11} \frac{\Delta D_n}{3600''} \ G_n \\ F' &= F + \sum_{n = 1}^{11} \frac{\Delta F_n}{3600''} \ G_n \end{align}\tag{4}\]

und die korrespondierenden Koeffizienten aus der Tabelle für die Störungsterme entnommen:

Tabelle 1
n $\Delta l_n['']$ $\Delta m_n['']$ $\Delta M_n['']$ $\Delta F_n['']$ $\Delta D_n['']$ $G_n$
$01$ $+7.261$ $+9.337$ $+0.00$ $-88.699$ $+7.261$ $\sin(\Omega)$
$02$ $+0.282$ $+1.122$ $+0.00$ $-15.298$ $+0.280$ $\sin(N + \Omega)$
$03$ $+0.840$ $+2.940$ $-6.40$ $+0.210$ $+7.240$ $\sin(Q_1)$
$04$ $+0.370$ $+0.830$ $-1.89$ $+0.237$ $+2.127$ $\sin(Q_2)$
$05$ $+0.000$ $+0.000$ $+0.00$ $-1.860$ $+0.000$ $\sin(Q_3)$
$06$ $+0.310$ $+0.310$ $+0.00$ $+0.310$ $+0.310$ $\sin(Q_4)$
$07$ $+14.270$ $+14.388$ $+0.00$ $+14.100$ $+14.270$ $\sin(Q_5)$
$08$ $+0.040$ $+0.140$ $-0.27$ $+0.040$ $+0.310$ $\sin(Q_6)$
$09$ $+0.026$ $+0.091$ $+0.20$ $+0.026$ $-0.174$ $\sin(Q_7)$
$10$ $+0.108$ $+0.108$ $+0.108$ $+0.108$ $+0.108$ $\sin(Q_8)$
$11$ $+0.126$ $+0.126$ $+0.126$ $+0.126$ $+0.126$ $\sin(Q_9)$

Planetare Störungen

\(\begin{align} \text{Störungsterm: } V &= 134\overset{\circ}{.}25 + 38\overset{\circ}{.}5\cdot T \\\\ \text{Venus: } M_2 &= 179\overset{\circ}{.}8849972242 + 58320\overset{\circ}{.}0\cdot T + 197\overset{\circ}{.}8158694482\cdot T\\\\ \text{Erde: } M_3 &= 98\overset{\circ}{.}3716361111 + 35640\overset{\circ}{.}0\cdot T + 359\overset{\circ}{.}3728833347\cdot T\\\\ \text{Mars: } M_4 &= 353\overset{\circ}{.}3610202404 + 19080\overset{\circ}{.}0\cdot T + 60\overset{\circ}{.}3113452404\cdot T\\\\ \text{Jupiter: } M_5 &= 32\overset{\circ}{.}2594777798 + 2880\overset{\circ}{.}0\cdot T + 154\overset{\circ}{.}9071583378\cdot T + 0\overset{\circ}{.}33 \cdot\sin(V) \\\\ \text{Saturn: } M_6 &= 47\overset{\circ}{.}9866138904 + 1080\overset{\circ}{.}0\cdot T + 142\overset{\circ}{.}1171055596\cdot T - 0\overset{\circ}{.}83\cdot \sin(V) \end{align}\tag{5}\)

Die Summenterme sind: (Man achte auf die Indizes!) \[\begin{align} \Delta\gamma &= -3.33179\cdot 10^{-6}\cdot\cos(\Omega) - 5.3858\cdot 10^{-7}\cdot\cos(\Omega + N) - 6.4043\cdot 10^{-8}\cdot\sin(Q_3) \\ \Phi_2 &= \sum_{n=\color{#ff0000}{1}}^{\color{#ff0000}{12}} h_n\cdot\sin(p_n\cdot m + q_n\cdot M + r_n\cdot F + s_n D + a_n\cdot M_3 + b_n\cdot M_2 + \varphi) \\ \Phi_4 &= \sum_{n=\color{#ff0000}{13}}^{\color{#ff0000}{14}} h_n\cdot\sin(p_n\cdot m + q_n\cdot M + r_n\cdot F + s_n D + a_n\cdot M_3 + b_n\cdot M_4 + \varphi) \\ \Phi_5 &= \sum_{n=\color{#ff0000}{15}}^{\color{#ff0000}{26}} h_n\cdot\sin(p_n\cdot m + q_n\cdot M + r_n\cdot F + s_n D + a_n\cdot M_3 + b_n\cdot M_5 + \varphi) \end{align}\tag{6}\]

Tabelle 2 (zum Aufklappen)

Hauptstörungen für den Mond

Hier werden die obigen, korrigierten Mittelwerte verwendet \[\begin{align} \Delta\lambda &= \sum_n a_n\cdot \sin(p_n\cdot m' + q_n\cdot M' + r_n\cdot F' + s_n\cdot D') \\ \Delta S &= \sum_n b_n\cdot \sin(p_n\cdot m' + q_n\cdot M' + r_n\cdot F' + s_n\cdot D') \\ \Delta\beta &= \sum_n c_n\cdot \sin(p_n\cdot m' + q_n\cdot M' + r_n\cdot F' + s_n\cdot D') \\ \gamma C &= \sum_n d_n\cdot \sin(p_n\cdot m' + q_n\cdot M' + r_n\cdot F' + s_n\cdot D') \\ \Delta\sin(\Pi) &= \sum_n e_n\cdot \cos(p_n\cdot m' + q_n\cdot M' + r_n\cdot F' + s_n\cdot D') \end{align}\tag{7}\]

und die korrespondierenden Koeffizienten aus der nachfolgenden Tabelle für die Länge $\lambda$ und den Radius $R$ entnommen:

Tabelle 3 (zum Aufklappen)

Die folgende Tabelle gilt für die Breite $\beta$:

Tabelle 4
n $c_n['']$ $p_n$ $q_n$ $r_n$ $s_n$
$01$ $-526.069$ $+0$ $+0$ $+1$ $-2$
$02$ $+44.297 $ $+1$ $+0$ $+1$ $-2$
$03$ $+20.599 $ $-1$ $+0$ $+1$ $+0$
$04$ $-24.649 $ $-2$ $+0$ $+1$ $+0$
$05$ $-22.571 $ $+0$ $+1$ $+1$ $-2$
$06$ $-3.352 $ $+0$ $+0$ $+1$ $-4$
$07$ $-6.000 $ $+1$ $+0$ $+1$ $-4$
$08$ $-30.598 $ $-1$ $+0$ $+1$ $-2$
$09$ $-2.000 $ $-2$ $+0$ $+1$ $-2$
$10$ $+10.985 $ $+0$ $-1$ $+1$ $-2$

Die geozentrischen Koordinaten des Mondes

$$P = 1.000002208^{|p_n|}\cdot (1.0 - 0.002495388\cdot (T+1))^{|q_n|}\cdot (1.000002708 + 139.978\cdot \Delta\gamma)^{|r_n|}\tag{8}$$

Der Faktor $P$ ist aufgrund der Exponenten in $P$ mit jedem einzelnen Term in der obigen Reihenentwicklung von $\Delta\lambda$, $\Delta S$, $\gamma C$ und $\Delta \sin(\Pi)$ zu multiplizieren.

\[\begin{align} \lambda &= l' + \frac{\Delta\lambda + \Phi_2 + \Phi_4 + \Phi_5 + \Delta\lambda_N}{3600''} \\\\ \beta &= \frac{(1.000002708 + 139.978\Delta\gamma)\cdot (18519\overset{''}{.}7 + \gamma C)}{3600''}\cdot \sin(U) \\ & - \frac{6\overset{''}{.}24}{3600''}\cdot \sin\big(3 \cdot U \big) + \frac{4\overset{''}{.}0}{3600''}\cdot 10^{-3}\cdot \sin\big(5 \cdot U\big) + \frac{\Delta\beta}{3600''} \quad \text{mit} \quad U = \frac{\Delta S}{3600} + F \\\\ \Delta &= \frac{6378.14\text{ km}}{\sin(\Pi)} \quad \textsf{mit} \quad \sin(\Pi) = \left(0.999953253\cdot0\overset{\circ}{.}95075 + \frac{\Delta\sin(\Pi)}{3600''}\right) \cdot \frac{\pi}{180^\circ} \end{align}\tag{9}\]

$\Delta \sin(\Pi)$ in der obigen Gleichung ist als ein einziger Wert oder einzige Variable zu verstehen. Deshalb wird hier $\sin(\Pi)$ separat berechnet und daraus dann der Abstand $\Delta$ bestimmt. Der Korrekturfaktor $0.999953253$ für die Parallaxe $\Pi$ und den Mondabstand $\Delta$ entstand durch die Überarbeitung der Brownschen Mondtheorie in der ILE und muss lt.Montenbruck/Pfleger zum konstanten Wert $3422\overset{''}{.}77 = 0\overset{\circ}{.}95075$ multipliziert werden, obwohl der Wert nahe Eins liegt. Nimmt man - wie in der ILE vorgeschlagen - den Wert $3422\overset{''}{.}54$, so entfällt der Multiplikator.

Beispiel

 Man berechne die geozentrischen ekliptikalen Koordinaten des Mondes für den 15.4.2023 um 22:15 mitteleuropäische Sommerzeit (MESZ) mit der Methode von Montenbruck/Pfleger


Für den gegebenen Zeitpunkt wurde der Julianische Tag hier bereits ermittelt zu $JD=2460050.34375$. Im Jahr 2023 war der Wert von $\Delta T = 69^{s}$, diese müssen hinzugefügt werden, um die Position der Mondes in der gleichmäßigen Skala der dynamischen Zeit $TD$ zu erhalten. Ein Tag hat 86400 Sekunden, daher folgt

\(\begin{align} JDE &= 2460050.34375 + \frac{69^{s}}{86400\frac{s}{d}}\\&= 2460050.34455 \end{align}\)

Daraus erhält man die julianischen Jahrhunderte bezüglich der Epoche $J2000$ zu

\(\begin{align} T &= \frac{(2460050.34455 - 2451545.0)}{36525}\\ &= 0.232863642672 \end{align}\)

Für alle großen bzw. negativen Winkelwerte wird im Weiteren die Reduktions-Funktion verwendet, um die Werte auf das Intervall [0°-360°] zu bringen.

Mittels $T$ erhält die mittleren Längen $m, l, M, L, \Omega, D$ und $F$ sukzessive

\(\begin{align} m &= 111257\overset{\circ}{.}22999303279\\ &= 17\overset{\circ}{.}229993\\ l &= 112288\overset{\circ}{.}10795180977\\ &= 328\overset{\circ}{.}107952\\ M &= 8740\overset{\circ}{.}395206607433\\ &= 100\overset{\circ}{.}395207\\ L &= 8663\overset{\circ}{.}736248185152\\ &= 23\overset{\circ}{.}736248\\ \Omega &= -325\overset{\circ}{.}3469322119048\\ &= 34\overset{\circ}{.}653068\\ D &= 103984\overset{\circ}{.}37170362461\\ &= 304\overset{\circ}{.}371704\\ F &= 112613\overset{\circ}{.}45488402166\\ &= 293\overset{\circ}{.}454884 \end{align}\)

Für die Hilfswerte $Q_1$ bis $Q_9$ bzw. $N$ erhält man

\(\begin{align} Q_1 &= 76\overset{\circ}{.}103837\\ Q_2 &= 118\overset{\circ}{.}563514\\ Q_3 &= -396\overset{\circ}{.}80701074935945\\ &= 323\overset{\circ}{.}192989\\ Q_4 &= 104\overset{\circ}{.}104972\\ Q_5 &= 29\overset{\circ}{.}641063\\ Q_6 &= 358\overset{\circ}{.}210775\\ Q_7 &= 28\overset{\circ}{.}971868\\ Q_8 &= 156\overset{\circ}{.}925642\\ Q_9 &= 41\overset{\circ}{.}048063\\ N &= 272\overset{\circ}{.}214414 \end{align}\)

Die Korrekturen der mittleren Längen sind die Summe der 11 Terme der ersten Tabelle.

\(\begin{align} \sum_{1}^{11} \frac{\Delta l_{n}}{3600''}\cdot G_{n} = 0\overset{\circ}{.}00348276\\ \sum_{1}^{11} \frac{\Delta m_{n}}{3600''}\cdot G_{n} = 0\overset{\circ}{.}00432656\\ \sum_{1}^{11} \frac{\Delta M_{n}}{3600''}\cdot G_{n} = -0\overset{\circ}{.}00212285\\ \sum_{1}^{11} \frac{\Delta D_{n}}{3600''}\cdot G_{n} = 0\overset{\circ}{.}00560835\\ \sum_{1}^{11} \frac{\Delta F_{n}}{3600''}\cdot G_{n} = -0\overset{\circ}{.}00812755 \end{align}\)

Daraus ergeben sich die korrigierten Winkel zu

\(\begin{align} m' &= 17\overset{\circ}{.}234320\\ l' &= 328\overset{\circ}{.}111435\\ M' &= 100\overset{\circ}{.}393084\\ D' &= 304\overset{\circ}{.}377312\\ F' &= 293\overset{\circ}{.}446756 \end{align}\)

Die planetaren Störungen $V, M_2, M_3, M_4, M_5$ und der Faktor $\Delta \gamma$ sind

\(\begin{align} V &= 143\overset{\circ}{.}215250\\ M_2 &= 13806\overset{\circ}{.}556761819184\\ &= 126\overset{\circ}{.}556762\\ M_3 &= 8481\overset{\circ}{.}316739647977\\ &= 201\overset{\circ}{.}316740\\ M_4 &= 4810\overset{\circ}{.}443641977762\\ &= 130\overset{\circ}{.}443642\\ M_5 &= 739\overset{\circ}{.}1766212912058\\ &= 19\overset{\circ}{.}176621\\ Δγ &= -3.0255243\cdot 10^{-6} \end{align}\)

Bei den Termen für die planetaren Störungen ist darauf zu achten, dass die Summierung über verschiedene Indizes läuft: $\Phi_2$ geht von 1-12, $\Phi_4$ von 13-14 sowie $\Phi_5$ von 15-26.

\(\begin{align} \Phi_2 &= -0\overset{\circ}{.}17383184773270005\\ &= 359\overset{\circ}{.}826168\\ \Phi_4 &= -0\overset{\circ}{.}19606005774737872\\ &= 359\overset{\circ}{.}803940\\ \Phi_5 &= 0\overset{\circ}{.}108794 \end{align}\)

Nun bildet man die Summen der Werte aus der großen Tabelle mit 116 Termen. Dabei wird der Faktor $P$ mit jedem Term multipliziert, man erhält

\(\begin{align} \Delta\lambda &= 991\overset{''}{.}324785\\ \Delta S &= 1225\overset{''}{.}090898\\ \gamma C &= -0\overset{''}{.}727399\\ \Delta\sin \Pi &= 152\overset{''}{.}594321 \end{align}\)

Das $\Delta\beta$ wird separat mithilfe der zugehörigen Tabelle (10 Terme) ermittelt.

$\Delta\beta = -365\overset{''}{.}718418$

Schließlich erhält man die geozentrischen ekliptikalen Koordinaten mit den oben angegebenen Gleichungen. Der Fator $U$ wird für die Breite $\beta$ benötigt mit

\(\begin{align} U &= \frac{\Delta S}{3600} + F\\ &= 293\overset{\circ}{.}795187 \end{align}\)

Es ergeben sich damit

\(\begin{align} \lambda &= 328\overset{\circ}{.}386730\\ \beta &= -4\overset{\circ}{.}807033\\ \Delta &= 368001.4\;\textsf{km} \end{align}\)

Zum Vergleich die Daten, die von der Astronomie-Software SOLEX 12.1 angegeben werden. Die Einstellungen in SOLEX wurden ebenfalls auf $\Delta T = 69^s$ gesetzt.

Dieses Beispiel SOLEX 12.1 Differenz
$\lambda=$ $328\overset{\circ}{.}386730$ $328\overset{\circ}{.}3869343 $ $0\overset{''}{.}74$
$\beta=$ $-4\overset{\circ}{.}807033$ $-4\overset{\circ}{.}8055938 $ $5\overset{''}{.}18$
$\Delta=$ $368001.4 \textsf{ km}$ $367995.46 \textsf{ km}$ $-5.94 \textsf{ km}$

Man vergleiche diese Werte mit jenen aus Mondposition nach Meeus.