home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Libris Britannia 4 / science library(b).zip / science library(b) / ASTRNOMY / JUPSAT40.ZIP / JUPSAT.TXT < prev    next >
Text File  |  1994-01-31  |  18KB  |  419 lines

  1. Jovian Satellites' Simulator V4.0                   (c) Gary Nugent, 1989-1994
  2.  
  3.  
  4. Introduction
  5.  
  6. In 1610, an Italian astronomer by the name of Galileo Galilei turned 
  7. his new fangled optical instrument, called a telescope, on the planet 
  8. Jupiter. It was one of those events in history after which nothing would 
  9. ever again be the same.
  10.  
  11. Up until that time, the church had proclaimed that the Sun, Moon and 
  12. planets all orbited the Earth, which was considered to be the centre of 
  13. the Universe. Scholars who put forward what were deemed to be 
  14. heretical theories, were quickly forced to recant or face a punishment 
  15. deemed suitable by the church authorities (usually being burned at the 
  16. stake).
  17.  
  18. In January 1610, Galileo shocked the world when he announced his 
  19. discovery of four satellites orbiting Jupiter. It provided proof of Nicolas 
  20. Copernicus' heliocentric theory - that the Earth and all the planets 
  21. orbited the Sun, and the Earth was not at the centre of the Universe. 
  22. Galileo told the story of his discovery:
  23.  
  24. "On the seventh day of January in the present year, 1610, at the first 
  25. hour of the night, when I was viewing the heavenly bodies with a 
  26. telescope, Jupiter presented itself to me; and because I had prepared a 
  27. very excellent instrument for myself, I perceived (as I had not before, 
  28. on account of the weakness of my previous instrument), that beside the 
  29. planet there were three starlets, small indeed, but very bright."
  30.  
  31. He thought that these "starlets" were just more of the fixed stars he was 
  32. discovering with astounding regularity. However, the next night he saw 
  33. that they had changed position. The following night was cloudy, and 
  34. then, on January 10, he saw only two "starlets", the third having 
  35. disappeared behind Jupiter.
  36.  
  37. He wrote on the 11th:
  38.  
  39. "I had now decided beyond all question that there existed in the 
  40. heavens, three stars wandering about Jupiter, as do Mercury and Venus 
  41. about the Sun, and this became plainer than daylight from observations 
  42. on similar occasions that followed."
  43.  
  44. There are, in fact, four bright satellites in orbit around Jupiter, 
  45. collectively known as the Galilean satellites, in memory of Galileo. 
  46. Their names, taken from ancient Greek mythology and listed in order 
  47. of increasing distance from Jupiter are: Io, Europa, Ganymede and 
  48. Callisto.
  49.  
  50.  
  51. Jupiter
  52.  
  53. Aptly named in honour of the ruler of Olympus, Jupiter is the largest 
  54. planet in the Solar System, and is big enough to contain more than 
  55. 1,300 globes the size of Earth. It is the fifth planet in order of distance 
  56. from the Sun, and is also the most massive, accounting for more than 
  57. two thirds of the combined mass of all the planets. It has a total of 16 
  58. satellites, four of which are visible in binoculars and telescopes. The 
  59. planet is currently a brilliant object in the night sky, and is rivalled in 
  60. brightness only by Venus.
  61.  
  62. Jupiter is believed to have a small rocky core, made up of iron and 
  63. silicates surrounded by a sea of liquid metallic hydrogen. About 
  64. 46,000km from the centre of the planet, there is a transition to liquid 
  65. molecular hydrogen. Outside of this is a gaseous atmosphere consisting 
  66. mostly of hydrogen and helium in the ratio 4:1. The atmosphere 
  67. contains a number of minor constituents - hydrogen compounds such as 
  68. ammonia and methane are responsible for the coloration of the clouds.
  69.  
  70. Jupiter has a fast rate of rotation, of just under ten hours, resulting in 
  71. the poles of the planet being appreciably flattened. This flattening is 
  72. easily visible through a moderately sized telescope.
  73.  
  74. The planet has had a dominant effect upon a large area of the Solar 
  75. System. It is likely that its gravitational force prevented a large planet 
  76. from forming in the region now occupied by the Asteroid Belt. The 
  77. Belt, itself, has gaps in it, as asteroids occupying positions with orbital 
  78. periods that are exact fractions of Jupiter's period, are perturbed by the 
  79. giant planet, and are gradually moved from those positions.
  80.  
  81. Jupiter has been a favourite object for amateur astronomers, and much 
  82. of what we know about the behaviour of the planet is due to 
  83. observations made by amateurs over the last century.
  84.  
  85. On July 10, 1979, Voyager 2 returned a series of images which showed 
  86. that Jupiter had a single thin ring, with the ring particles extending 
  87. nearly all the way down to the planet itself. The ring lies well within 
  88. the classical Roche Limit (where bodies break up due to gravitational 
  89. forces), and the particles are therefore likely to be relatively high 
  90. density rocks and dust, rather than the icy material of Saturn's ring 
  91. system. Theories for the origin of the ring particles include the 
  92. gravitational break-up of a small inner satellite, material from Io and 
  93. some of the satellites, or debris from comets and meteors.
  94.  
  95.  
  96. The Galilean Satellites
  97.  
  98. These satellites move in nearly circular orbits in Jupiter's equatorial 
  99. plane. All four are in synchronous rotation; in other words, they keep 
  100. the same face towards Jupiter throughout their orbits. With the 
  101. exception of Europa, all the satellites are larger than our own Moon.
  102.  
  103. Before the first practical marine chronometer was pressed into service 
  104. in the 18th century, occultations, transits and eclipses of the satellites, 
  105. which could be accurately predicted, were regarded as potentially 
  106. important for the determination of longitude by sailors far from land. 
  107. In actuality, he method was never used with any great success.
  108.  
  109. The Danish astronomer Ole Romer established that the speed of light 
  110. was finite by comparing the times of eclipses of the Galilean satellites. 
  111. Later he obtained a figure for the speed of light which was accurate to 
  112. within 2 percent.
  113.  
  114. The Galilean satellites were first studied in close-up by the Pioneer 10 
  115. spaceprobe in December 1973. In December of the following year, 
  116. images were sent to Earth by its sister probe, Pioneer 11. However, the 
  117. honours go to the Voyager probes for returning the most spectacular 
  118. images and detailed information in 1979. The trajectories of the two 
  119. probes were designed to provide the fullest pictorial coverage of both 
  120. Jupiter and its satellites, and both were extremely successful.
  121.  
  122.  
  123.  
  124. Io
  125.  
  126. Io has proved to be one of the most remarkable objects in the Solar 
  127. System. It resembles a pizza, its surface being coated in red yellow and 
  128. black isotopes of sulphur. The satellite is the only other body in the 
  129. Solar System known to be volcanically active. Images taken by Voyager 
  130. show some of the eruptions, with material being ejected some 200km 
  131. above the surface, such is their violence. Some eight active volcanoes 
  132. were discovered by Voyager 1.
  133.  
  134. Why is it so active? The reason seems to be tidal stresses caused by the 
  135. gravitational pull of Jupiter and probably Europa. These stresses tend 
  136. to pull Io out of shape, causing the surface to crack, and the molten 
  137. interior to well up and fill the cracks.
  138.  
  139.  
  140.  
  141. Europa
  142.  
  143. Most of the information on Europa, the second and smallest of the 
  144. Galilean satellites, was returned by Voyager 2. To everyone's surprise, 
  145. the satellite turned out to be as smooth as a billiard ball. There are no 
  146. volcanoes, and practically no craters. The surface, which is 
  147. undoubtedly ice, is white, and has an almost complete lack of vertical 
  148. relief. The globe is criss-crossed by dark elongated markings, and 
  149. shows some darkish patches.
  150.  
  151. A revolutionary theory was proposed recently which suggests that the 
  152. outer ice sheet is only a few kilometres thick, and below this is an 
  153. ocean of water some 50km deep. There has been speculation that this 
  154. ocean may support a very primitive form of life. The Galileo mission is 
  155. expected to return more information on this satellite.
  156.  
  157.  
  158.  
  159. Ganymede
  160.  
  161. Ganymede is the largest known satellite in the Solar System, being 
  162. larger than the planet Mercury, and marginally smaller than Mars. It is 
  163. not a very dense body, being only 1.9 times the density of water. It was 
  164. thought that such a large body may have retained an atmosphere, but 
  165. Voyager found no trace of one. Ganymede does have a cratered surface. 
  166. It is thought that the surface, composed of icy material, was originally 
  167. darkish in colour, but that geologically recent cratering has caused 
  168. fresh, light coloured ice to be deposited on the surface.
  169.  
  170.  
  171.  
  172. Callisto
  173.  
  174. The outermost of the Galilean satellites is slightly smaller, less dense 
  175. and less massive than Ganymede. It is the least reflective of the four, 
  176. and the least bright as seen from Earth. Callisto is the most heavily 
  177. cratered body yet discovered, with the distribution of craters being 
  178. almost uniform. The satellite is believed to have a silicate core, 
  179. surrounded by a mantle of water or soft ice, and a crust of ice and rock. 
  180. The surface is truly ancient, dating from the early Solar System. It is 
  181. probably the only Galilean satellite likely to be visited by future 
  182. astronauts, as it lies outside Jupiter's lethal radiation belt.
  183.  
  184.  
  185. Galileo - The Mission to Jupiter
  186.  
  187. The Galileo spaceprobe was launched on October 18, 1989, and will 
  188. reach the Jovian system in 1996. The mission will allow scientists to 
  189. study Jupiter, its satellites and magnetospheric domain, at close range 
  190. for a period of almost two years.
  191.  
  192. The spacecraft consists of two distinct parts - an orbiter and a probe. 
  193. When the spacecraft is about 150 days away from Jupiter, the probe 
  194. will separate from the orbiter, and each will follow a separate path to 
  195. the planet. A few hours before the probe is due to enter Jupiter's 
  196. atmosphere, the orbiter will fly within 1,000km of Io to make close 
  197. observations. Io's gravity will slow the orbiter down so that it can be 
  198. capture by Jupiter. Near the time of the orbiter's closest approach, the 
  199. probe will penetrate Jupiter's atmosphere, and send data back to Earth, 
  200. with the orbiter acting as a relay station 200,000km above the Jovian 
  201. clouds. The probe is expected to penetrate to a depth of ten Earth 
  202. atmospheres, all the time sampling the planet's atmosphere.
  203.  
  204. The orbiter will complete 11 orbits of Jupiter during the 20 month life 
  205. of the mission, and make a close flyby of at least one Galilean satellite 
  206. on each orbit. The camera aboard the orbiter includes a 1500mm f/8.5 
  207. optical system which projects images onto an 800x800 CCD. The 
  208. system is expected to reveal surface markings of the satellites, as well 
  209. as Jupiter itself, with a resolution of 20 by 50 metres. In contrast, the 
  210. best Voyager images revealed surface details with a resolution of 1km.
  211.  
  212.  
  213. PROGRAM DESCRIPTION
  214.  
  215. The program calculates the positions of the four Galilean satellites (Io, 
  216. Europa, Ganymede and Callisto) which orbit Jupiter, and displays their 
  217. positions graphically on the screen. It runs on EGA and VGA 
  218. machines. The .DTA data file is required for access to the pop-down 
  219. menus.
  220.  
  221.  
  222.  
  223.  
  224. Startup
  225.  
  226. When the program is run, the current date and time are read from the 
  227. computer's internal clock. Following the Startup screen, the positions 
  228. of the satellites, for the time read, are displayed.
  229.  
  230. The view of the satellites defaults to that through binoculars on startup.
  231.  
  232.  
  233.  
  234. Exiting the Program
  235.  
  236. Pressing ALT-X while on the main screen returns you to the DOS 
  237. prompt. (ALT-X won't work while on the Tracks screen).
  238.  
  239.  
  240.  
  241.  
  242. Display
  243.  
  244. The display consists of five distinct sections. Section one displays the 
  245. top-line menu.
  246.  
  247. Section two displays the current date, time and instrument view.
  248.  
  249. Section three is the graphics window which shows a side-on view of the 
  250. satellites in relation to Jupiter. Compass directions, related to the 
  251. current view, are printed at the top left of the window. The satellite and 
  252. Jovian disks are drawn to scale, as are the satellites' distances from 
  253. Jupiter (within screen resolution limits).
  254.  
  255. Section four displays a plan view of the satellites. Each satellite is 
  256. represented by a different colour in both graphics windows: (Io - 
  257. White; Europa - Yellow; Ganymede - Red; Callisto - Blue).
  258.  
  259. Section five displays numerical information for each satellite, namely 
  260. its distance from Jupiter, as measured in Jupiter radii, and its angle 
  261. from Inferior Conjunction. Inferior Conjunction occurs at zero (0) 
  262. degrees, i.e. when a satellite is directly behind Jupiter. The angles are 
  263. measured westward from this point, going to 90 degrees West, 180 
  264. degrees West (when the satellite is immediately in front of Jupiter, to 
  265. 270 degrees West and finally back to zero.
  266.  
  267.  
  268.  
  269. Top Line Menu
  270.  
  271. This menu offers five options as described below. A bar highlights the 
  272. current option.
  273.  
  274.  
  275.  
  276. Newcalc
  277.  
  278. This option allows the user to key in/edit a new date and/or time. If 
  279. neither the date nor time is to be changed, simply press the ENTER 
  280. key. The ESC key can be used to return to the top-line menu without 
  281. retaining any date or time that has been keyed in and the original date 
  282. and time will be restored.
  283.  
  284. The time is in UT/GMT. There is no provision for different time zones 
  285. or Daylight Savings time. If there are requests for this, I will include 
  286. such options.
  287.  
  288.  
  289.  
  290. View
  291.  
  292. This allows the user to choose the type of instrument through which 
  293. he/she would normally observe the satellites. Altering the view causes 
  294. the side-on graphics display, compass directions and the numerical 
  295. information to be automatically updated. A pop-down menu offers the 
  296. four possible views with the most popular types of instrument 
  297. (Binoculars, Astronomical Telescope, Star Diagonal and Other - the 
  298. remaining optical configuration).
  299.  
  300.  
  301.  
  302. Tracks
  303.  
  304. This option produces a satellite track diagram for a user specified 
  305. number of days (1 - 32), starting at the date and time most recently 
  306. specified in the Newcalc option. If no such date or time was entered, 
  307. the system time and date are used. Each satellite track is drawn in a 
  308. different colour. (Io - white; Europa - Yellow; Ganymede - Red; 
  309. Callisto - Blue).
  310.  
  311. The month in which the tracks are being drawn labels the diagram at 
  312. the top of the screen. The month name displayed depends on the first 
  313. date printed. So, for example, if a 14 day track was being plotted from 
  314. October 31 to November 13, the month name displayed would be 
  315. October, not November.
  316.  
  317. Horizontal lines range from the left to the right of the diagram and are 
  318. labelled on the top with the date.
  319.  
  320.  
  321.  
  322. Animation
  323.  
  324. The user can enter an increment value (in hours, minutes and seconds) 
  325. which determines the time between each successive calculation. The 
  326. satellites are plotted in the two graphics windows continuously, thus 
  327. providing an animation effect. The bigger the increment the faster the 
  328. satellites will appear to orbit Jupiter. Pressing any key will stop the 
  329. animation and return the user to the top-line menu. The animation 
  330. entry box also shows the current setting for satellite Tracking. If ON 
  331. then the satellites will leave trails behind them on both the side and 
  332. plan views. Turning tracking off clears the trails from both windows. 
  333. Tracking is toggled on and off by pressing the 'T' key.
  334.  
  335. The animation begins from the time and date last specified in the 
  336. Newcalc option.
  337.  
  338.  
  339.  
  340. Realtime
  341.  
  342. Choosing this option sets the program into Real Time operation. The 
  343. graphics display and numerical data are updated every two seconds. In 
  344. this mode, the program can be left to itself as a demonstration package, 
  345. showing the position of the satellites to the nearest two seconds. 
  346. Pressing any key will terminate this option.
  347.  
  348.  
  349.  
  350. Movement Within Menus
  351.  
  352. Use the left and right cursor keys to move between options in the top-
  353. line menu. Use the up and down keys to move within the pop-down 
  354. menus. In all cases the ENTER key is pressed to select the required 
  355. option.
  356.  
  357.  
  358.  
  359. Display Zooming
  360.  
  361. With NumLock on, the '8' and '2' keys on the numeric keypad zoom in 
  362. and out of the side-on graphics window.
  363.  
  364.  
  365.  
  366. Display Tracking
  367.  
  368. With NumLock on, the '4' and '6' keys on the numeric keypad move the 
  369. side-on graphics window to the left an right. This is to allow close 
  370. passes of two or more satellites, which occur from time to time away 
  371. from Jupiter, to be seen.
  372.  
  373.  
  374.  
  375. The Use Of Colour Coding
  376.  
  377. Colour applies particularly to the satellites as drawn in the graphics 
  378. windows and their numerical information.
  379.  
  380. Jupiter is always drawn in Cyan. Io is white; Europa, yellow; 
  381. Ganymede, red and Callisto, blue. Numerical information is normally 
  382. printed in black on a light grey background.
  383.  
  384. If, when using the zooming option, some satellites move out of the 
  385. display window, they will not be drawn. The corresponding numerical 
  386. information of any such satellite will then be printed on a Red 
  387. background.
  388.  
  389. If a satellite is transiting, (passing in front of Jupiter's disk), then it's 
  390. numerical information will be printed on a Yellow background.
  391.  
  392. Finally, if a satellite is being occulted by Jupiter, (behind Jupiter's 
  393. disk), it's corresponding numerical information is printed on a Blue 
  394. background.
  395.  
  396.  
  397. Registration
  398.  
  399. If you like this program please pass it on to others who may find it of 
  400. interest. The registration fee is ú5 (Europe), $10 (USA).
  401.  
  402. Please send any suggestions for improvement or descriptions of any 
  403. bugs you find to
  404.  
  405.  
  406. Gary Nugent
  407. 54a Landscape Park,
  408. Churchtown,
  409. Dublin 14,
  410. Ireland.
  411.  
  412.  
  413. Comments or suggestions can be emailed to: gnugent@cara.ie.
  414.  
  415.  
  416.  
  417.  
  418.  
  419.