home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ ftp.pasteur.org/FAQ/ / ftp-pasteur-org-FAQ.zip / FAQ / space / math < prev    next >
Internet Message Format  |  1996-09-18  |  22KB

  1. Path: senator-bedfellow.mit.edu!bloom-beacon.mit.edu!news.sprintlink.net!news-peer.sprintlink.net!howland.erols.net!newsfeed.internetmci.com!news.mathworks.com!newsgate.duke.edu!news-server.ncren.net!sun-net.ncren.net!newz.oit.unc.edu!news_server.cs.unc.edu!not-for-mail
  2. From: leech@cs.unc.edu (Jon Leech)
  3. Newsgroups: sci.space.tech,sci.space.science,sci.astro,sci.answers,news.answers
  4. Subject: Space FAQ 04/13 - Calculations
  5. Supersedes: <math_823659535@cs.unc.edu>
  6. Followup-To: poster
  7. Date: 17 Sep 1996 15:51:28 -0400
  8. Organization: University of North Carolina, Chapel Hill
  9. Lines: 555
  10. Approved: sci-space-tech@isu.isunet.edu, news-answers-request@MIT.Edu
  11. Distribution: world
  12. Expires: 22 Oct 1996 19:51:24 GMT
  13. Message-ID: <math_842989884@cs.unc.edu>
  14. References: <diffs_842989660@cs.unc.edu>
  15. NNTP-Posting-Host: watt.cs.unc.edu
  16. Keywords: Frequently Asked Questions
  17. Xref: senator-bedfellow.mit.edu sci.space.tech:21673 sci.space.science:10298 sci.astro:142183 sci.answers:5086 news.answers:82215
  18.  
  19. Archive-name: space/math
  20. Last-modified: $Date: 96/09/17 15:40:28 $
  21.  
  22.     Compilation copyright (c) 1994, 1995, 1996 by Jonathan P. Leech. This
  23.     document may be redistributed in its complete and unmodified form. Other
  24.     use requires written permission of the author.
  25.  
  26. CONSTANTS AND EQUATIONS FOR CALCULATIONS
  27.  
  28.     This list was originally compiled by Dale Greer. Additions would be
  29.     appreciated.
  30.  
  31.     Numbers in parentheses are approximations that will serve for most
  32.     blue-skying purposes.
  33.  
  34.     Unix systems provide the 'units' program, useful in converting between
  35.     different systems (metric/English, CGS/MKS etc.)
  36.  
  37.  
  38.     NUMBERS
  39.  
  40.     7726 m/s     (8000)  -- Earth orbital velocity at 300 km altitude
  41.     3075 m/s     (3000)  -- Earth orbital velocity at 35786 km (geosync)
  42.     6371 km         (6400)  -- Mean radius of Earth
  43.     6378 km         (6400)  -- Equatorial radius of Earth
  44.     1738 km         (1700)  -- Mean radius of Moon
  45.     5.974e24 kg     (6e24)  -- Mass of Earth
  46.     7.348e22 kg     (7e22)  -- Mass of Moon
  47.     1.989e30 kg     (2e30)  -- Mass of Sun
  48.     3.986e14 m^3/s^2 (4e14)  -- Gravitational constant times mass of Earth
  49.     4.903e12 m^3/s^2 (5e12)  -- Gravitational constant times mass of Moon
  50.     1.327e20 m^3/s^2 (13e19) -- Gravitational constant times mass of Sun
  51.     384401 km     ( 4e5)  -- Mean Earth-Moon distance
  52.     1.496e11 m     (15e10) -- Mean Earth-Sun distance (Astronomical Unit)
  53.  
  54.     1 megaton (MT) TNT = about 4.2e15 J or the energy equivalent of
  55.     about .05 kg (50 g) of matter. Ref: J.R Williams, "The Energy Level
  56.     of Things", Air Force Special Weapons Center (ARDC), Kirtland Air
  57.     Force Base, New Mexico, 1963. Also see "The Effects of Nuclear
  58.     Weapons", compiled by S. Glasstone and P.J. Dolan, published by the
  59.     US Department of Defense (obtain from the GPO).
  60.  
  61.     EQUATIONS
  62.  
  63.     Where d is distance, v is velocity, a is acceleration, t is time.
  64.     Additional more specialized equations are available from:
  65.  
  66.         ftp://ftp.cs.unc.edu/pub/users/leech/FAQ/MoreEquations.gz
  67.  
  68.     For constant acceleration
  69.         d = d0 + vt + .5at^2
  70.         v = v0 + at
  71.       v^2 = 2ad
  72.  
  73.     Acceleration on a cylinder (space colony, etc.) of radius r and
  74.         rotation period t:
  75.  
  76.         a = 4 pi**2 r / t^2
  77.  
  78.     For circular Keplerian orbits where:
  79.         Vc     = velocity of a circular orbit
  80.         Vesc = escape velocity
  81.         M     = Total mass of orbiting and orbited bodies
  82.         G     = Gravitational constant (defined below)
  83.         u     = G * M (can be measured much more accurately than G or M)
  84.         K     = -G * M / 2 / a
  85.         r     = radius of orbit (measured from center of mass of system)
  86.         V     = orbital velocity
  87.         P     = orbital period
  88.         a     = semimajor axis of orbit
  89.  
  90.         Vc     = sqrt(M * G / r)
  91.         Vesc = sqrt(2 * M * G / r) = sqrt(2) * Vc
  92.         V^2  = u/a
  93.         P     = 2 pi/(Sqrt(u/a^3))
  94.         K     = 1/2 V**2 - G * M / r (conservation of energy)
  95.  
  96.         The period of an eccentric orbit is the same as the period
  97.            of a circular orbit with the same semi-major axis.
  98.  
  99.     Change in velocity required for a plane change of angle phi in a
  100.     circular orbit:
  101.  
  102.         delta V = 2 sqrt(GM/r) sin (phi/2)
  103.  
  104.     Energy to put mass m into a circular orbit (ignores rotational
  105.     velocity, which reduces the energy a bit).
  106.  
  107.         GMm (1/Re - 1/2Rcirc)
  108.         Re = radius of the earth
  109.         Rcirc = radius of the circular orbit.
  110.  
  111.     Classical rocket equation, where
  112.         dv    = change in velocity
  113.         Isp = specific impulse of engine
  114.         Ve    = exhaust velocity
  115.         x    = reaction mass
  116.         m1    = rocket mass excluding reaction mass
  117.         g    = 9.8 m / s^2
  118.  
  119.         Ve    = Isp * g
  120.         dv    = Ve * log((m1 + x) / m1)
  121.         = Ve * log((final mass) / (initial mass))
  122.  
  123.     Relativistic rocket equation (constant acceleration)
  124.  
  125.         t (unaccelerated) = c/a * sinh(a*t/c)
  126.         d = c**2/a * (cosh(a*t/c) - 1)
  127.         v = c * tanh(a*t/c)
  128.  
  129.     Relativistic rocket with exhaust velocity Ve and mass ratio MR:
  130.  
  131.         at/c = Ve/c * ln(MR), or
  132.  
  133.         t (unaccelerated) = c/a * sinh(Ve/c * ln(MR))
  134.         d = c**2/a * (cosh(Ve/C * ln(MR)) - 1)
  135.         v = c * tanh(Ve/C * ln(MR))
  136.  
  137.     Converting from parallax to distance:
  138.  
  139.         d (in parsecs) = 1 / p (in arc seconds)
  140.         d (in astronomical units) = 206265 / p
  141.  
  142.     Miscellaneous
  143.         f=ma    -- Force is mass times acceleration
  144.         w=fd    -- Work (energy) is force times distance
  145.  
  146.     Atmospheric density varies as exp(-mgz/kT) where z is altitude, m is
  147.     molecular weight in kg of air, g is local acceleration of gravity, T
  148.     is temperature, k is Bolztmann's constant. On Earth up to 100 km,
  149.  
  150.         d = d0*exp(-z*1.42e-4)
  151.  
  152.     where d is density, d0 is density at 0km, is approximately true, so
  153.  
  154.         d@12km (40000 ft) = d0*.18
  155.         d@9 km (30000 ft) = d0*.27
  156.         d@6 km (20000 ft) = d0*.43
  157.         d@3 km (10000 ft) = d0*.65
  158.  
  159.             Atmospheric scale height    Dry lapse rate
  160.             (in km at emission level)     (K/km)
  161.             -------------------------    --------------
  162.         Earth        7.5                9.8
  163.         Mars        11                4.4
  164.         Venus        4.9                10.5
  165.         Titan        18                1.3
  166.         Jupiter        19                2.0
  167.         Saturn        37                0.7
  168.         Uranus        24                0.7
  169.         Neptune        21                0.8
  170.         Triton        8                1
  171.  
  172.     Titius-Bode Law for approximating planetary distances:
  173.  
  174.         R(n) = 0.4 + 0.3 * 2^N Astronomical Units
  175.  
  176.         This fits fairly well for Mercury (N = -infinity), Venus
  177.         (N = 0), Earth (N = 1), Mars (N = 2), Jupiter (N = 4),
  178.         Saturn (N = 5), Uranus (N = 6), and Pluto (N = 7).
  179.  
  180.     CONSTANTS
  181.  
  182.     6.62618e-34 J-s  (7e-34) -- Planck's Constant "h"
  183.     1.054589e-34 J-s (1e-34) -- Planck's Constant / (2 * PI), "h bar"
  184.     1.3807e-23 J/K    (1.4e-23) - Boltzmann's Constant "k"
  185.     5.6697e-8 W/m^2/K (6e-8) -- Stephan-Boltzmann Constant "sigma"
  186.     6.673e-11 N m^2/kg^2 (7e-11) -- Newton's Gravitational Constant "G"
  187.     0.0029 m K     (3e-3)  -- Wien's Constant "sigma(W)"
  188.     3.827e26 W     (4e26)  -- Luminosity of Sun
  189.     1370 W / m^2     (1400)  -- Solar Constant (intensity at 1 AU)
  190.     6.96e8 m     (7e8)     -- radius of Sun
  191.     1738 km         (2e3)     -- radius of Moon
  192.     299792458 m/s      (3e8)  -- speed of light in vacuum "c"
  193.     9.46053e15 m      (1e16) -- light year
  194.     206264.806 AU      (2e5)  -- one parsec
  195.     3.2616 light years (3)     -- one parsec
  196.     3.0856e16 m     (3e16)  -- one parsec
  197.  
  198.  
  199.     Black Hole radius (also called Schwarzschild Radius):
  200.  
  201.     2GM/c^2, where G is Newton's Gravitational Constant, M is mass of
  202.         black hole, c is speed of light
  203.  
  204.     Things to add (somebody look them up!)
  205.     Basic rocketry numbers & equations
  206.     Aerodynamical stuff
  207.     Energy to put a pound into orbit or accelerate to interstellar
  208.         velocities.
  209.     Non-circular cases?
  210.  
  211.  
  212. PERFORMING CALCULATIONS AND INTERPRETING DATA FORMATS
  213.  
  214.     COMPUTING SPACECRAFT ORBITS AND TRAJECTORIES
  215.  
  216.     References that have been frequently recommended on the net are:
  217.  
  218.     "Fundamentals of Astrodynamics" Roger Bate, Donald Mueller, Jerry White
  219.     1971, Dover Press, 455pp $8.95 (US) (paperback). ISBN 0-486-60061-0
  220.  
  221.     NASA Spaceflight handbooks (dating from the 1960s)
  222.     SP-33 Orbital Flight Handbook (3 parts)
  223.     SP-34 Lunar Flight Handbook   (3 parts)
  224.     SP-35 Planetary Flight Handbook (9 parts)
  225.  
  226.     These might be found in university aeronautics libraries or ordered
  227.     through the US Govt. Printing Office (GPO), although more
  228.     information would probably be needed to order them.
  229.  
  230.     M. A. Minovitch, _The Determination and Characteristics of Ballistic
  231.     Interplanetary Trajectories Under the Influence of Multiple Planetary
  232.     Attractions_, Technical Report 32-464, Jet Propulsion Laboratory,
  233.     Pasadena, Calif., Oct, 1963.
  234.  
  235.     The title says all. Starts of with the basics and works its way up.
  236.     Very good. It has a companion article:
  237.  
  238.     M. Minovitch, _Utilizing Large Planetary Perturbations for the Design of
  239.     Deep-Space Solar-Probe and Out of Ecliptic Trajectories_, Technical
  240.     Report 32-849, JPL, Pasadena, Calif., 1965.
  241.  
  242.     You need to read the first one first to really understand this one.
  243.     It does include a _short_ summary if you can only find the second.
  244.  
  245.     Contact JPL for availability of these reports.
  246.  
  247.     "Spacecraft Attitude Dynamics", Peter C. Hughes 1986, John Wiley and
  248.     Sons.
  249.  
  250.     "Celestial Mechanics: a computational guide for the practitioner",
  251.     Lawrence G. Taff, (Wiley-Interscience, New York, 1985).
  252.  
  253.     Starts with the basics (2-body problem, coordinates) and works up to
  254.     orbit determinations, perturbations, and differential corrections.
  255.     Taff also briefly discusses stellar dynamics including a short
  256.     discussion of n-body problems.
  257.  
  258.  
  259.     COMPUTING PLANETARY POSITIONS
  260.  
  261.     More net references:
  262.  
  263.     "Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac" (revised edition),
  264.     Kenneth Seidelmann, University Science Books, 1992. ISBN 0-935702-68-7.
  265.     $65 in hardcover.
  266.  
  267.     Deep math for all the algorthms and tables in the AA.
  268.  
  269.     Van Flandern & Pullinen, _Low-Precision Formulae for Planetary
  270.     Positions_, Astrophysical J. Supp Series, 41:391-411, 1979. Look in an
  271.     astronomy or physics library for this; also said to be available from
  272.     Willmann-Bell.
  273.  
  274.     Gives series to compute positions accurate to 1 arc minute for a
  275.     period + or - 300 years from now. Pluto is included but stated to
  276.     have an accuracy of only about 15 arc minutes.
  277.  
  278.     _Multiyear Interactive Computer Almanac_ (MICA), produced by the US
  279.     Naval Observatory. Valid for years 1990-1999. $55 ($80 outside US).
  280.     Available for IBM (order #PB93-500163HDV) or Macintosh (order
  281.     #PB93-500155HDV). From the NTIS sales desk, (703)-487-4650. I believe
  282.     this is intended to replace the USNO's Interactive Computer Ephemeris.
  283.  
  284.     _Interactive Computer Ephemeris_ (from the US Naval Observatory)
  285.     distributed on IBM-PC floppy disks, $35 (Willmann-Bell). Covers dates
  286.     1800-2049.
  287.  
  288.     "Planetary Programs and Tables from -4000 to +2800", Bretagnon & Simon
  289.     1986, Willmann-Bell.
  290.  
  291.     Floppy disks available separately.
  292.  
  293.     "Fundamentals of Celestial Mechanics" (2nd ed), J.M.A. Danby 1988,
  294.     Willmann-Bell.
  295.  
  296.     A good fundamental text. Includes BASIC programs; a companion set of
  297.     floppy disks is available separately.
  298.  
  299.     "Astronomical Formulae for Calculators" (4th ed.), J. Meeus 1988,
  300.     Willmann-Bell.
  301.  
  302.     "Astronomical Algorithms", J. Meeus 1991, Willmann-Bell.
  303.  
  304.     If you actively use one of the editions of "Astronomical Formulae
  305.     for Calculators", you will want to replace it with "Astronomical
  306.     Algorithms". This new book is more oriented towards computers than
  307.     calculators and contains formulae for planetary motion based on
  308.     modern work by the Jet Propulsion Laboratory, the U.S. Naval
  309.     Observatory, and the Bureau des Longitudes. The previous books were
  310.     all based on formulae mostly developed in the last century.
  311.  
  312.     Algorithms available separately on diskette.
  313.  
  314.     "Practical Astronomy with your Calculator" (3rd ed.), P. Duffett-Smith
  315.     1988, Cambridge University Press.
  316.  
  317.     "Orbits for Amateurs with a Microcomputer", D. Tattersfield 1984,
  318.     Stanley Thornes, Ltd.
  319.  
  320.     Includes example programs in BASIC.
  321.  
  322.     "Orbits for Amateurs II", D. Tattersfield 1987, John Wiley & Sons.
  323.  
  324.     "Astronomy / Scientific Software" - catalog of shareware, public domain,
  325.     and commercial software for IBM and other PCs. Astronomy software
  326.     includes planetarium simulations, ephemeris generators, astronomical
  327.     databases, solar system simulations, satellite tracking programs,
  328.     celestial mechanics simulators, and more.
  329.  
  330.     Andromeda Software, Inc.
  331.     P.O. Box 605
  332.     Amherst, NY 14226-0605
  333.  
  334.  
  335.     COMPUTING CRATER DIAMETERS FROM EARTH-IMPACTING ASTEROIDS
  336.  
  337.     Astrogeologist Gene Shoemaker proposes the following formula, based on
  338.     studies of cratering caused by nuclear tests. Units are MKS unless
  339.     otherwise noted; impact energy is sometimes expressed in nuclear bomb
  340.     terms (kilotons TNT equivalent) due to the origin of the model.
  341.  
  342.     D = Sg Sp Kn W^(1/3.4)
  343.     Crater diameter, meters. On Earth, if D > 3 km, the crater is
  344.     assumed to collapse by a factor of 1.3 due to gravity.
  345.  
  346.     Sg = (ge/gt)^(1/6)
  347.     Gravity correction factor cited for craters on the Moon. May hold
  348.     true for other bodies. ge = 9.8 m/s^2 is Earth gravity, gt is
  349.     gravity of the target body.
  350.  
  351.     Sp = (pa/pt)^(1/3.4)
  352.     Density correction factor for target material relative to the Jangle
  353.     U nuclear crater site. pa = 1.8e3 kg/m^3 (1.8 gm/cm^3) for alluvium,
  354.     pt = density at the impact site. For reference, average rock on the
  355.     continental shields has a density of 2.6e3 kg/m^3 (2.6 gm/cm^3).
  356.  
  357.     Kn = 74 m / (kiloton TNT equivalent)^(1/3.4)
  358.     Empirically determined scaling factor from bomb yield to crater
  359.     diameter at Jangle U.
  360.  
  361.     W = Ke / (4.185e12 joules/KT)
  362.     Kinetic energy of asteroid, kilotons TNT equivalent.
  363.  
  364.     Ke = 1/2 m v^2
  365.     Kinetic energy of asteroid, joules.
  366.  
  367.     v = impact velocity of asteroid, m/s.
  368.     2e4 m/s (20 km/s) is common for an asteroid in an Earth-crossing
  369.     orbit.
  370.  
  371.     m = 4/3 pi r^3 rho
  372.     Mass of asteroid, kg.
  373.  
  374.     r = radius of asteroid, m
  375.  
  376.     rho = density of asteroid, kg/m^3
  377.     3.3e3 kg/m^3 (3 gm/cm^3) is reasonable for a common S-type asteroid.
  378.  
  379.     For an example, let's work the body which created the 1.1 km diameter
  380.     Barringer Meteor Crater in Arizona (in reality the model was run
  381.     backwards from the known crater size to estimate the meteor size, but
  382.     this is just to show how the math works):
  383.  
  384.     r = 40 m        Meteor radius
  385.     rho = 7.8e3 kg/m^3  Density of nickel-iron meteor
  386.     v = 2e4 m/s        Impact velocity characteristic of asteroids
  387.                 in Earth-crossing orbits
  388.     pt = 2.3e3 kg/m^3   Density of Arizona at impact site
  389.  
  390.     Sg = 1            No correction for impact on Earth
  391.     Sp = (1.8/2.3)^(1/3.4) = .93
  392.     m = 4/3 pi 40^3 7.8e3 = 2.61e8 kg
  393.     Ke = 1/2 * 2.61e8 kg * (2e4 m/s)^2
  394.        = 5.22e16 joules
  395.     W = 5.22e16 / 4.185e12 = 12,470 KT
  396.     D = 1 * .93 * 74 * 12470^(1/3.4) = 1100 meters
  397.  
  398.     More generally, one can use (after Gehrels, 1985):
  399.  
  400.     Asteroid        Number of Impact probability  Impact energy as multiple
  401.     diameter (km)   Objects    (impacts/year)        of Hiroshima bomb
  402.     -------------   --------- ------------------  -------------------------
  403.      10            10     10e-8            1e9 (1 billion)
  404.       1               1e3     10e-6            1e6 (1 million)
  405.       0.1           1e5     10e-4            1e3 (1 thousand)
  406.  
  407.     The Hiroshima explosion is assumed to be 13 kilotons.
  408.  
  409.     Finally, a back of the envelope rule is that an object moving at a speed
  410.     of 3 km/s has kinetic energy equal to the explosive energy of an equal
  411.     mass of TNT; thus a 10 ton asteroid moving at 30 km/sec would have an
  412.     impact energy of (10 ton) (30 km/sec / 3 km/sec)^2 = 1 KT.
  413.  
  414.     References:
  415.  
  416.     Clark Chapman and David Morrison, "Cosmic Catastrophes", Plenum Press
  417.     1989, ISBN 0-306-43163-7.
  418.  
  419.     Gehrels, T. 1985 Asteroids and comets. _Physics Today_ 38, 32-41. [an
  420.     excellent general overview of the subject for the layman]
  421.  
  422.     Shoemaker, E.M. 1983 Asteroid and comet bombardment of the earth. _Ann.
  423.     Rev. Earth Planet. Sci._ 11, 461-494. [very long and fairly
  424.     technical but a comprehensive examination of the
  425.      subject]
  426.  
  427.     Shoemaker, E.M., J.G. Williams, E.F. Helin & R.F. Wolfe 1979
  428.     Earth-crossing asteroids: Orbital classes, collision rates with
  429.     Earth, and origin. In _Asteroids_, T. Gehrels, ed., pp. 253-282,
  430.     University of Arizona Press, Tucson.
  431.  
  432.     Cunningham, C.J. 1988 _Introduction to Asteroids: The Next Frontier_
  433.     (Richmond: Willman-Bell, Inc.) [covers all aspects of asteroid
  434.     studies and is an excellent introduction to the subject for people
  435.     of all experience levels. It also has a very extensive reference
  436.     list covering essentially all of the reference material in the
  437.     field.]
  438.  
  439.  
  440.     MAP PROJECTIONS AND SPHERICAL TRIGNOMETRY
  441.  
  442.     Source code for cartographic projections may be found in
  443.  
  444.     ftp://charon.er.usgs.gov/pub/PROJ.4/
  445.  
  446.     Two easy-to-find sources of map projections are the "Encyclopaedia
  447.     Britannica", (particularly the older editions) and a tutorial appearing
  448.     in _Graphics Gems_ (Academic Press, 1990). The latter was written with
  449.     simplicity of exposition and suitability for digital computation in mind
  450.     (spherical trig formulae also appear, as do digitally-plotted examples).
  451.  
  452.     More than you ever cared to know about map projections is in John
  453.     Snyder's USGS publication "Map Projections--A Working Manual", USGS
  454.     Professional Paper 1395. This contains detailed descriptions of 32
  455.     projections, with history, features, projection formulas (for both
  456.     spherical earth and ellipsoidal earth), and numerical test cases. It's a
  457.     neat book, all 382 pages worth. This one's $20.
  458.  
  459.     You might also want the companion volume, by Snyder and Philip Voxland,
  460.     "An Album of Map Projections", USGS Professional Paper 1453. This
  461.     contains less detail on about 130 projections and variants. Formulas are
  462.     in the back, example plots in the front. $14, 250 pages.
  463.  
  464.     You can order these 2 ways. The cheap, slow way is direct from USGS:
  465.     Earth Science Information Center, US Geological Survey, 507 National
  466.     Center, Reston, VA 22092. (800)-USA-MAPS. They can quote you a price and
  467.     tell you where to send your money. Expect a 6-8 week turnaround time.
  468.  
  469.     A much faster way (about 1 week) is through Timely Discount Topos,
  470.     (303)-469-5022, 9769 W. 119th Drive, Suite 9, Broomfield, CO 80021. Call
  471.     them and tell them what you want. They'll quote a price, you send a
  472.     check, and then they go to USGS Customer Service Counter and pick it up
  473.     for you. Add about a $3-4 service charge, plus shipping.
  474.  
  475.     A (perhaps more accessible) mapping article is:
  476.  
  477.     R. Miller and F. Reddy, "Mapping the World in Pascal",
  478.     Byte V12 #14, December 1987
  479.  
  480.     Contains Turbo Pascal procedures for five common map projections. A
  481.     demo program, CARTOG.PAS, and a small (6,000 point) coastline data
  482.     is available on CompuServe, GEnie, and many BBSs.
  483.  
  484.     Some references for spherical trignometry are:
  485.  
  486.     _Spherical Astronomy_, W.M. Smart, Cambridge U. Press, 1931.
  487.  
  488.     _A Compendium of Spherical Astronomy_, S. Newcomb, Dover, 1960.
  489.  
  490.     _Spherical Astronomy_, R.M. Green, Cambridge U. Press., 1985 (update
  491.     of Smart).
  492.  
  493.     _Spherical Astronomy_, E Woolard and G.Clemence, Academic
  494.     Press, 1966.
  495.  
  496.  
  497.     PERFORMING N-BODY SIMULATIONS EFFICIENTLY
  498.  
  499.     "Computer Simulation Using Particles"
  500.     R. W. Hockney and J. W. Eastwood
  501.     (Adam Hilger; Bristol and Philadelphia; 1988)
  502.  
  503.     "The rapid evaluation of potential fields in particle systems",
  504.     L. Greengard
  505.     MIT Press, 1988.
  506.  
  507.         A breakthrough O(N) simulation method. Has been parallelized.
  508.  
  509.     L. Greengard and V. Rokhlin, "A fast algorithm for particle
  510.     simulations," Journal of Computational Physics, 73:325-348, 1987.
  511.  
  512.     "An O(N) Algorithm for Three-dimensional N-body Simulations", MSEE
  513.     thesis, Feng Zhao, MIT AILab Technical Report 995, 1987
  514.  
  515.     "Galactic Dynamics"
  516.     J. Binney & S. Tremaine
  517.     (Princeton U. Press; Princeton; 1987)
  518.  
  519.         Includes an O(N^2) FORTRAN code written by Aarseth, a pioneer in
  520.         the field.
  521.  
  522.     Hierarchical (N log N) tree methods are described in these papers:
  523.  
  524.     A. W. Appel, "An Efficient Program for Many-body Simulation", SIAM
  525.     Journal of Scientific and Statistical Computing, Vol. 6, p. 85,
  526.     1985.
  527.  
  528.     Barnes & Hut, "A Hierarchical O(N log N) Force-Calculation
  529.     Algorithm", Nature, V324 # 6096, 4-10 Dec 1986.
  530.  
  531.     L. Hernquist, "Hierarchical N-body Methods", Computer Physics
  532.     Communications, Vol. 48, p. 107, 1988.
  533.  
  534.  
  535.     INTERPRETING THE FITS IMAGE FORMAT
  536.  
  537.     If you just need to examine FITS images, use the ppm package (see the
  538.     comp.graphics FAQ) to convert them to your preferred format. For more
  539.     information on the format and other software to read and write it, see
  540.     the sci.astro.fits FAQ.
  541.  
  542.  
  543.     NEARBY STAR/GALAXY COORDINATES
  544.  
  545.     To generate 3D coordinates of astronomical objects, first obtain an
  546.     astronomical database which specifies right ascension, declination, and
  547.     parallax for the objects. Convert parallax into distance using the
  548.     formula in part 6 of the FAQ, convert RA and declination to coordinates
  549.     on a unit sphere (see some of the references on planetary positions and
  550.     spherical trignometry earlier in this section for details on this), and
  551.     scale this by the distance.
  552.  
  553.     Two databases useful for this purpose are the Yale Bright Star catalog
  554.     (sources listed in FAQ section 3) or "The Catalogue of Stars within 25
  555.     parsecs of the Sun", in
  556.  
  557.     ftp://ftp.cs.unc.edu/pub/users/leech/FAQ/
  558.     (files stars.data and stars.doc)
  559.  
  560.     A potentially useful book along these lines is:
  561.  
  562.     "Proximity Zero, A Writer's Guide to the Nearest 200 Stars (A
  563.         40-Lightyear Radius)"
  564.     Terry Kepner
  565.     ISBN # 0-926895-02-8
  566.  
  567.     Available from the author for $14.95 + $2.90 shipping ($5 outside US):
  568.  
  569.     Terry Kepner
  570.     PO Box 481
  571.     Petersborough, NH 03458
  572.  
  573. NEXT: FAQ #5/13 - References on specific areas
  574.