PyEphem：我可以从方位角计算太阳的高度吗

Posted 2023-04-14

【中文标题】PyEphem：我可以从方位角计算太阳的高度吗

【英文标题】：PyEphem: can I calculate Sun's altitude from azimuth

【发布时间】：2013-02-09 23:09:40

【问题描述】：

我正在使用 PyEphem 计算不同时间太阳在天空中的位置。

我有一个观察点（恰好在巨石阵），可以使用 PyEphem 计算一天中任何时间的太阳的日出、日落以及高度角和方位角（从 N 开始的度数）。很棒，没问题。

但是，我真正需要的是能够根据已知方位角计算太阳的高度角。所以我会设置相同的观察点（long/lat/elev/date（只是 yy/mm/dd，不是时间））和太阳的方位角。从这个输入中，计算太阳的高度和它在那个方位角的时间。

我曾希望我能够设置 Sun.date 和 Sun.az 并从这些值向后工作，但可惜。关于如何使用 PyEphem 解决这个问题（如果它甚至是平易近人的话）有什么想法吗？

我看到的唯一可用的其他选择是通过迭代一系列时间来“潜入”方位角，直到我达到我想要的方位角的误差范围内，但这只是粗略的。

提前致谢，戴夫

【参考方案1】：

天文学软件通过 JPL 预测地球和太阳的位置来预测太阳的位置，JPL 将其表示为涵盖特定日期范围的一系列多项式。问“太阳什么时候会在方位角z？”正在询问三个不同的多项式，每个多项式都以不同的速率变化（太阳多项式，地球-月球质心围绕太阳旋转，地球围绕质心旋转），将碰巧带来两者之间的差异两个位置精确到某个角度。

而且，事实证明，这个问题属于“严重”数学问题——或者，正如专业人士所说，“非封闭形式的解决方案问题”。但我喜欢你的“恶心”这个词，因为它很好地表达了我们大多数人的感受，当我们发现世界上很多地方都必须通过反复试验来解决，而不是仅仅给我们一个答案。

幸运的是，从这个意义上说，足够广泛的科学样本是“粗略的”，以至于有标准的方法可以问“这个大而复杂的函数何时会达到精确值 z？”如果您能够安装并试用 SciPy，它是越来越流行的 Python 科学库，您会发现它有一整套可以偷偷摸摸解决方案的例程，每个例程都使用不同的策略。另一位回答者已经确定了一种这样的策略——每次试验将搜索空间减半——但这通常是最慢的（尽管在某些极端情况下是最安全的）方法；还有一些其他的：

http://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/optimize.html

创建一个小函数，返回太阳方位角距离您想要的方位角的时间t“有多远”，当方位角完全正确时，函数最终将返回零，例如：

def f(t):
    ...        
    return desired_az - sun.az

然后从该 SciPy 页面尝试“求根标量函数”之一。就像其他回答者建议的那样，bisect() 函数将继续将搜索空间减半以缩小范围。但我的猜测是，你会发现牛顿法更不“粗暴”而且速度更快——试试newton() 或brentq()，看看会发生什么！

【讨论】：

谢谢！我会检查这些并报告我采取的方向。感谢您花时间做出回应。 D

【参考方案2】：

在不知道 PyEphem 正在执行的内部计算的详细信息的情况下，我不知道反转这些计算以给出您想要的结果是多么容易或困难。

然而，关于“偷偷摸摸”选项，您可以选择两个开始时间（例如日出和中午），其中方位角已知为所需值的任一侧（一个大于和一个小于）所需值。然后只需使用简单的“将区间减半”方法即可快速找到近似解。

【讨论】：

如果我真的偷偷摸摸，我肯定会考虑“将间隔减半”。谢谢！