home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ MACD 5 / MACD 5.bin / workbench / tools / czesc_3 / phoonsrc / phase.c < prev    next >
C/C++ Source or Header  |  1994-02-23  |  7KB  |  250 lines
  1. #ifndef lint
  2. static char rcsid[] =
  3.     "@(#) $Header: phase.c,v 1.2 88/08/26 22:29:42 jef Exp $ (LBL)";
  4. #endif
  5.  
  6. /* phase.c - routines to calculate the phase of the moon
  7. **
  8. ** Adapted from "moontool.c" by John Walker, Release 2.0.
  9. */
  10.  
  11. /*
  12.  * Extra stuff for `phoon' purpose removed Thu Feb 24 10:34:34 1994 too
  13.  */
  14.  
  15. #include <math.h>
  16. #include "tws.h"
  17.  
  18. /* Astronomical constants. */
  19.  
  20. #define epoch        2444238.5       /* 1980 January 0.0 */
  21.  
  22. /* Constants defining the Sun's apparent orbit. */
  23.  
  24. #define elonge        278.833540       /* ecliptic longitude of the Sun
  25.                         at epoch 1980.0 */
  26. #define elongp        282.596403       /* ecliptic longitude of the Sun at
  27.                         perigee */
  28. #define eccent      0.016718       /* eccentricity of Earth's orbit */
  29. #define sunsmax     1.495985e8     /* semi-major axis of Earth's orbit, km */
  30. #define sunangsiz   0.533128       /* sun's angular size, degrees, at
  31.                         semi-major axis distance */
  32.  
  33. /* Elements of the Moon's orbit, epoch 1980.0. */
  34.  
  35. #define mmlong      64.975464      /* moon's mean lonigitude at the epoch */
  36. #define mmlongp     349.383063       /* mean longitude of the perigee at the
  37.                         epoch */
  38. #define mlnode        151.950429       /* mean longitude of the node at the
  39.                         epoch */
  40. #define minc        5.145396       /* inclination of the Moon's orbit */
  41. #define mecc        0.054900       /* eccentricity of the Moon's orbit */
  42. #define mangsiz     0.5181         /* moon's angular size at distance a
  43.                         from Earth */
  44. #define msmax       384401.0       /* semi-major axis of Moon's orbit in km */
  45. #define mparallax   0.9507       /* parallax at distance a from Earth */
  46. #define synmonth    29.53058868    /* synodic month (new Moon to new Moon) */
  47. #define lunatbase   2423436.0      /* base date for E. W. Brown's numbered
  48.                        series of lunations (1923 January 16) */
  49.  
  50. /* Properties of the Earth. */
  51.  
  52. #define earthrad    6378.16       /* radius of Earth in kilometres */
  53.  
  54.  
  55. #define PI 3.14159265358979323846  /* assume not near black hole nor in
  56.                         Tennessee */
  57.  
  58. /* Handy mathematical functions. */
  59.  
  60. #define sgn(x) (((x) < 0) ? -1 : ((x) > 0 ? 1 : 0))      /* extract sign */
  61. #define abs(x) ((x) < 0 ? (-(x)) : (x))           /* absolute val */
  62. #define fixangle(a) ((a) - 360.0 * (floor((a) / 360.0)))  /* fix angle      */
  63. #define torad(d) ((d) * (PI / 180.0))              /* deg->rad      */
  64. #define todeg(d) ((d) * (180.0 / PI))              /* rad->deg      */
  65. #define dsin(x) (sin(torad((x))))              /* sin from deg */
  66. #define dcos(x) (cos(torad((x))))              /* cos from deg */
  67.  
  68.  
  69. /* jdate - convert internal GMT date and time to Julian day and fraction */
  70.  
  71. static long jdate(t)
  72. struct tws *t;
  73. {
  74.     long c, m, y;
  75.  
  76.     y = t->tw_year + 1900;
  77.     m = t->tw_mon + 1;
  78.     if (m > 2)
  79.        m = m - 3;
  80.     else {
  81.        m = m + 9;
  82.        y--;
  83.     }
  84.     c = y / 100L;        /* compute century */
  85.     y -= 100L * c;
  86.     return t->tw_mday + (c * 146097L) / 4 + (y * 1461L) / 4 +
  87.         (m * 153L + 2) / 5 + 1721119L;
  88. }
  89.  
  90. /* jtime - convert internal date and time to astronomical Julian
  91. **         time (i.e. Julian date plus day fraction, expressed as
  92. **         a double)
  93. */
  94.  
  95. double jtime(struct tws * t)
  96. {
  97.     int c;
  98.  
  99.     c = - t->tw_zone;
  100.     if ( t->tw_flags & TW_DST )
  101.       /* c += 60; */
  102.       c -= 60; /* at least in Finland daylight time is one hour more */
  103.  
  104.     return (jdate(t) - 0.5) + 
  105.        (t->tw_sec + 60 * (t->tw_min + c + 60 * t->tw_hour)) / 86400.0;
  106. }
  107.  
  108. /* kepler - solve the equation of Kepler */
  109.  
  110. static double kepler(double m, double ecc)
  111. {
  112.     double e, delta;
  113. #define EPSILON 1E-6
  114.  
  115.     e = m = torad(m);
  116.     do {
  117.        delta = e - ecc * sin(e) - m;
  118.        e -= delta / (1 - ecc * cos(e));
  119.     } while (abs(delta) > EPSILON);
  120.     return e;
  121. }
  122.  
  123. /* phase - calculate phase of moon as a fraction:
  124. **
  125. **    The argument is the time for which the phase is requested,
  126. **    expressed as a Julian date and fraction.  Returns the terminator
  127. **    phase angle as a percentage of a full circle (i.e., 0 to 1),
  128. **    and stores into pointer arguments the illuminated fraction of
  129. **      the Moon's disc, the Moon's age in days and fraction, the
  130. **    distance of the Moon from the centre of the Earth, and the
  131. **    angular diameter subtended by the Moon as seen by an observer
  132. **    at the centre of the Earth.
  133. */
  134.  
  135. double phase(pdate, pphase, mage, dist, angdia, sudist, suangdia)
  136. double pdate;
  137. double *pphase;            /* illuminated fraction */
  138. double *mage;               /* age of moon in days */
  139. double *dist;               /* distance in kilometres */
  140. double *angdia;            /* angular diameter in degrees */
  141. double *sudist;            /* distance to Sun */
  142. double *suangdia;                  /* sun's angular diameter */
  143. {
  144.     double Day, N, M, Ec, Lambdasun, ml, MM, MN, Ev, Ae, A3, MmP,
  145.            mEc, A4, lP, V, lPP, NP, y, x, Lambdamoon, BetaM,
  146.            MoonAge, MoonPhase,
  147.            MoonDist, MoonDFrac, MoonAng, MoonPar,
  148.            F, SunDist, SunAng;
  149.  
  150.         /* Calculation of the Sun's position. */
  151.  
  152.     Day = pdate - epoch;            /* date within epoch */
  153.     N = fixangle((360 / 365.2422) * Day);    /* mean anomaly of the Sun */
  154.     M = fixangle(N + elonge - elongp);  /* convert from perigee
  155.                              co-ordinates to epoch 1980.0 */
  156.     Ec = kepler(M, eccent);            /* solve equation of Kepler */
  157.     Ec = sqrt((1 + eccent) / (1 - eccent)) * tan(Ec / 2);
  158.     Ec = 2 * todeg(atan(Ec));        /* true anomaly */
  159.         Lambdasun = fixangle(Ec + elongp);    /* Sun's geocentric ecliptic
  160.                                  longitude */
  161.     /* Orbital distance factor. */
  162.     F = ((1 + eccent * cos(torad(Ec))) / (1 - eccent * eccent));
  163.     SunDist = sunsmax / F;            /* distance to Sun in km */
  164.         SunAng = F * sunangsiz;        /* Sun's angular size in degrees */
  165.  
  166.         /* Calculation of the Moon's position. */
  167.  
  168.         /* Moon's mean longitude. */
  169.     ml = fixangle(13.1763966 * Day + mmlong);
  170.  
  171.         /* Moon's mean anomaly. */
  172.     MM = fixangle(ml - 0.1114041 * Day - mmlongp);
  173.  
  174.         /* Moon's ascending node mean longitude. */
  175.     MN = fixangle(mlnode - 0.0529539 * Day);
  176.  
  177.     /* Evection. */
  178.     Ev = 1.2739 * sin(torad(2 * (ml - Lambdasun) - MM));
  179.  
  180.     /* Annual equation. */
  181.     Ae = 0.1858 * sin(torad(M));
  182.  
  183.     /* Correction term. */
  184.     A3 = 0.37 * sin(torad(M));
  185.  
  186.     /* Corrected anomaly. */
  187.     MmP = MM + Ev - Ae - A3;
  188.  
  189.     /* Correction for the equation of the centre. */
  190.     mEc = 6.2886 * sin(torad(MmP));
  191.  
  192.     /* Another correction term. */
  193.     A4 = 0.214 * sin(torad(2 * MmP));
  194.  
  195.     /* Corrected longitude. */
  196.     lP = ml + Ev + mEc - Ae + A4;
  197.  
  198.     /* Variation. */
  199.     V = 0.6583 * sin(torad(2 * (lP - Lambdasun)));
  200.  
  201.     /* True longitude. */
  202.     lPP = lP + V;
  203.  
  204.     /* Corrected longitude of the node. */
  205.     NP = MN - 0.16 * sin(torad(M));
  206.  
  207.     /* Y inclination coordinate. */
  208.     y = sin(torad(lPP - NP)) * cos(torad(minc));
  209.  
  210.     /* X inclination coordinate. */
  211.     x = cos(torad(lPP - NP));
  212.  
  213.     /* Ecliptic longitude. */
  214.     Lambdamoon = todeg(atan2(y, x));
  215.     Lambdamoon += NP;
  216.  
  217.     /* Ecliptic latitude. */
  218.     BetaM = todeg(asin(sin(torad(lPP - NP)) * sin(torad(minc))));
  219.  
  220.     /* Calculation of the phase of the Moon. */
  221.  
  222.     /* Age of the Moon in degrees. */
  223.     MoonAge = lPP - Lambdasun;
  224.  
  225.     /* Phase of the Moon. */
  226.     MoonPhase = (1 - cos(torad(MoonAge))) / 2;
  227.  
  228.     /* Calculate distance of moon from the centre of the Earth. */
  229.  
  230.     MoonDist = (msmax * (1 - mecc * mecc)) /
  231.        (1 + mecc * cos(torad(MmP + mEc)));
  232.  
  233.         /* Calculate Moon's angular diameter. */
  234.  
  235.     MoonDFrac = MoonDist / msmax;
  236.     MoonAng = mangsiz / MoonDFrac;
  237.  
  238.         /* Calculate Moon's parallax. */
  239.  
  240.     MoonPar = mparallax / MoonDFrac;
  241.  
  242.     *pphase = MoonPhase;
  243.     *mage = synmonth * (fixangle(MoonAge) / 360.0);
  244.     *dist = MoonDist;
  245.     *angdia = MoonAng;
  246.     *sudist = SunDist;
  247.     *suangdia = SunAng;
  248.     return torad(fixangle(MoonAge));
  249. }
  250.