Durante minha pesquisa me deparei com a ilustração de dois referenciais. Na minha opinião falta esta ilustração porque os sistemas de coordenadas não são desenhados. Isto torna difícil compreender, por exemplo, como a ascensão reta e a declinação são medidas, veja abaixo.
(Seidelmann et al.)
Para esclarecer isso, estou tentando fazer umacomplementardesenho que mostra os sistemas de coordenadas e mede alfa0 e delta0. Isto é o que eu descobri:
Observe que a orientação dos dois quadros é um pouco diferente para facilitar o desenho.
Meu principal problema é que não consigo desenhar a declinação delta0.(Que mede desde o arco de alfa0 até o pólo norte do corpo, no quadro ICRF.) Estou tentando fazer isso usando o ótimo pacote tikz3dplot, veja o código abaixo!
\documentclass{article}
\usepackage{wasysym}
\usepackage{tikz}
\usepackage{tikz-3dplot}
\usepackage{pgfplots}
% Workaround for making use of externalization possible
% -> remove hardcoded pdflatex and replace by lualatex
\usepgfplotslibrary{external}
\tikzset{external/system call={lualatex \tikzexternalcheckshellescape%
-halt-on-error -interaction=batchmode -jobname "\image" "\texsource"}}
% Redefine rotation sequence for tikz3d-plot to z-y-x
\newcommand{\tdseteulerxyz}{
\renewcommand{\tdplotcalctransformrotmain}{%
%perform some trig for the Euler transformation
\tdplotsinandcos{\sinalpha}{\cosalpha}{\tdplotalpha}
\tdplotsinandcos{\sinbeta}{\cosbeta}{\tdplotbeta}
\tdplotsinandcos{\singamma}{\cosgamma}{\tdplotgamma}
%
\tdplotmult{\sasb}{\sinalpha}{\sinbeta}
\tdplotmult{\sasg}{\sinalpha}{\singamma}
\tdplotmult{\sasbsg}{\sasb}{\singamma}
%
\tdplotmult{\sacb}{\sinalpha}{\cosbeta}
\tdplotmult{\sacg}{\sinalpha}{\cosgamma}
\tdplotmult{\sasbcg}{\sasb}{\cosgamma}
%
\tdplotmult{\casb}{\cosalpha}{\sinbeta}
\tdplotmult{\cacb}{\cosalpha}{\cosbeta}
\tdplotmult{\cacg}{\cosalpha}{\cosgamma}
\tdplotmult{\casg}{\cosalpha}{\singamma}
%
\tdplotmult{\cbsg}{\cosbeta}{\singamma}
\tdplotmult{\cbcg}{\cosbeta}{\cosgamma}
%
\tdplotmult{\casbsg}{\casb}{\singamma}
\tdplotmult{\casbcg}{\casb}{\cosgamma}
%
%determine rotation matrix elements for Euler transformation
\pgfmathsetmacro{\raaeul}{\cacb}
\pgfmathsetmacro{\rabeul}{\casbsg - \sacg}
\pgfmathsetmacro{\raceul}{\sasg + \casbcg}
\pgfmathsetmacro{\rbaeul}{\sacb}
\pgfmathsetmacro{\rbbeul}{\sasbsg + \cacg}
\pgfmathsetmacro{\rbceul}{\sasbcg - \casg}
\pgfmathsetmacro{\rcaeul}{-\sinbeta}
\pgfmathsetmacro{\rcbeul}{\cbsg}
\pgfmathsetmacro{\rcceul}{\cbcg}
}
}
\tdseteulerxyz
\usepackage{siunitx}
\begin{document}
% Set the plot display orientation
% Syntax: \tdplotsetdisplay{\theta_d}{\phi_d}
\tdplotsetmaincoords{60}{110}
% Start tikz picture, and use the tdplot_main_coords style to implement the display
% coordinate transformation provided by 3dplot.
\begin{tikzpicture}[scale=5,tdplot_main_coords]
% Set origin of main (body) coordinate system
\coordinate (O) at (0,0,0);
% Draw main coordinate system
\draw[red, thick,->] (0,0,0) -- (1,0,0) node[anchor=north east]{};
\draw[red, thick,->] (0,0,0) -- (0,1,0) node[anchor=north west]{};
\draw[red, thick,->] (0,0,0) -- (0,0,1) node[anchor=south]{Body's north pole ($\alpha_0$, $\delta_0$)};
% Draw body's equator
\tdplotdrawarc[red,]{(O)}{1}{0}{360}{anchor=east}{}
% Manually fine-tune position of label
\node[tdplot_main_coords,anchor=south] at (-0.1,1.3,0){\color{red} Body's equator};
% Draw the prime meridian
\tdplotsetthetaplanecoords{60}
\tdplotdrawarc[densely dashed, tdplot_rotated_coords]{(O)}{1}{0}{90}{anchor=north west}{}
% Fine-tune position of label
\node[tdplot_main_coords, rotate=-65] at (0,0.5,0.3){Prime meridian};
% Rotate coordinate system to create ICRF
% Use and angles in z-y-x rotation sequence
% Syntax: \tdplotsetrotatedcoords{\alpha}{\beta}{\gamma}
\tdplotsetrotatedcoords{-60}{-25}{-15}
% Translate the rotated coordinate system (NOT NEEDED HERE)
% Syntax: \tdplotsetrotatedcoordsorigin{point}
\tdplotsetrotatedcoordsorigin{(O)}
% Use the tdplot_rotated_coords style to work in the rotated, translated coordinate frame
% Draw the coordinate axes
\draw[thick,tdplot_rotated_coords,->, blue] (0,0,0) -- (1,0,0) node[anchor=south west]{\vernal};
\draw[thick,tdplot_rotated_coords,->, blue] (0,0,0) -- (0,1,0) node[anchor=west]{};
\draw[thick,tdplot_rotated_coords,->, blue] (0,0,0) -- (0,0,1) node[anchor=west]{ICRF north pole};
% Draw the ICRF Equator
\tdplotdrawarc[tdplot_rotated_coords,color=blue]{(O)}{1}{0}{360}{anchor=south
west,color=black}{}
% Manually fine-tune label
\node[tdplot_main_coords,anchor=south] at (0.3,1.33,0){\color{blue} ICRF equator};
% Draw alpha (right ascension), delta (declination) in ICRF
% Get coordinates of body's north-pole in ICRF frame
\tdplottransformmainrot{0}{0}{1}
% This returns
% \tdplotresx
% \tdplotresy
% \tdplotresz
% Get polar coordinates of this vector
\tdplotgetpolarcoords{\tdplotresx}{\tdplotresy}{\tdplotresz}
% This returns
% \tdplotrestheta
% \tdplotresphi
% Draw the right ascension
\tdplotdrawarc[tdplot_rotated_coords, color=magenta, line
width=2pt]{(O)}{1}{0}{\tdplotresphi}{anchor=west}{$\alpha_0$}
% Draw the declination
% THIS GOES WRONG AND DOES NOT WORK
% Should go from end of alpha0 arc to the body's north pole in the ICRF frame
% \tdplotsetrotatedthetaplanecoords{\tdplotresphi}
% \tdplotdrawarc[tdplot_rotated_coords, color=red]{(O)}{1}{0}{90-\tdplotrestheta}{anchor=south
% west,color=black}{\textcolor{blue}{x}}
% Coordinate output for debugging
\node[tdplot_main_coords,anchor=south] at (1,1,2){Main coords: \tdplotrestheta,
\tdplotresphi, \tdplotresx, \tdplotresy, \tdplotresz};
\end{tikzpicture}
\end{document}
(Bônus)
Também tenho dificuldade em fazer arcos como o 90+alpha0 mostrado na figura, ou deixar o texto "meridiano principal seguir a curvatura. Qualquer ajuda estilística também seria muito apreciada.
Seidelmann, P. Kenneth et. al.Relatório do Grupo de Trabalho IAU/IAG sobre coordenadas cartográficas e elementos rotacionais: 2006. Celestial Mech Dyn Astr (2007) 98:155–180
Responder1
Você poderia querer dizer algo como a imagem a seguir?
É muito fácil quando você entende a limitação básica do arco: ele só funciona em planos 2D. Isso significa que se você simplesmente definir um terceiro sistema de coordenadas que fique perpendicular ao segundo e esteja alinhado de forma que os pontos de x'+alpha0 e z' sejam coincidentes com o plano, você será capaz de conectar os dois pontos com um arco.
Perdoe minha abordagem rápida e suja a isso, apenas me deparei com sua pergunta por acaso e não pensei muito nisso, estou trabalhando em uma publicação no caixa eletrônico. :p Se você fizer trigonometria, descobrirá facilmente as coordenadas corretas a serem usadas em vez das aproximadas que usei.
Espero também ter respondido sua pergunta sobre 90+alpha0.
Enfim, sem mais delongas, aqui está o código:
\documentclass{article}
\usepackage{tikz}
\usepackage{tikz-3dplot}
\usepackage[active,tightpage]{preview}
\PreviewEnvironment{tikzpicture}
\setlength\PreviewBorder{2mm}
\begin{document}
\tdplotsetmaincoords{60}{110}
\pgfmathsetmacro{\rvec}{0}
\pgfmathsetmacro{\thetavec}{30}
\pgfmathsetmacro{\phivec}{110}
\begin{tikzpicture}[scale=5,tdplot_main_coords]
\coordinate (O) at (0,0,0);
\tdplotsetcoord{P}{\rvec}{\thetavec}{\phivec}
\draw[red,thick,->] (0,0,0) -- (1,0,0) node[anchor=north east]{$x$};
\draw[red,thick,->] (0,0,0) -- (0,1,0) node[anchor=north west]{$y$};
\draw[red,thick,->] (0,0,0) -- (0,0,1) node[anchor=south]{$z$};
\tdplotsetthetaplanecoords{\phivec}
\tdplotdrawarc[tdplot_rotated_coords]{(0,0,0)}{1}{0}{\thetavec}{anchor=south west}{$\gamma_{0}$}
\draw[dashed,red] (1,0,0) arc (0:360:1);
\tdplotsetrotatedcoords{\phivec}{\thetavec}{30}
\tdplotsetrotatedcoordsorigin{(P)}
\draw[blue,thick,tdplot_rotated_coords,->] (0,0,0) -- (-1,0,0) node[anchor=south west]{$x'$};
\draw[blue,thick,tdplot_rotated_coords,->] (0,0,0) -- (0,-1,0) node[anchor=south west]{$y'$};
\draw[blue,thick,tdplot_rotated_coords,->] (0,0,0) -- (0,0,1) node[anchor=south]{$z'$};
\draw[dashed,blue,tdplot_rotated_coords] (1,0,0) arc (0:360:1);
\tdplotdrawarc[black,line width=1pt,tdplot_rotated_coords]{(0,0,0)}{1}{270}{180}{anchor=west}{$90+\alpha_{0}$}
\tdplotdrawarc[green,line width=2pt,dashed,tdplot_rotated_coords]{(0,0,0)}{1}{210}{180}{anchor=east}{$\alpha_{0}$}
\pgfmathsetmacro{\rveca}{0}
\pgfmathsetmacro{\thetaveca}{131}
\pgfmathsetmacro{\phiveca}{101}
\tdplotsetcoord{Q}{\rveca}{\thetaveca}{\phiveca}
\tdplotsetrotatedcoords{\phiveca}{\thetaveca}{35}
\tdplotsetrotatedcoordsorigin{(Q)}
\tdplotdrawarc[black,dashed,tdplot_rotated_coords]{(0,0,0)}{1}{0}{90}{anchor=east}{$\delta_{0}$}
\pgfmathsetmacro{\rvecb}{0}
\pgfmathsetmacro{\thetavecb}{-90}
\pgfmathsetmacro{\phivecb}{-30}
\tdplotsetcoord{R}{\rvecb}{\thetavecb}{\phivecb}
\tdplotsetrotatedcoords{\phivecb}{\thetavecb}{0}
\tdplotsetrotatedcoordsorigin{(R)}
\tdplotdrawarc[black,tdplot_rotated_coords]{(0,0,0)}{1}{0}{90}{anchor=west}{Prime Meridian}
\end{tikzpicture}
\end{document}
Oh sim! Uma última coisa: você pode aplicar matrizes de transformação arbitrárias a sistemas de coordenadas, consulte o capítulo 2.18 do manual tikz. Observe isso se quiser curvar seu texto. Dependendo de quão boa é sua trigonometria, esse é um caminho a percorrer! Pessoalmente, acho que é preciso muito esforço só para deixar o gráfico bonito. Mas se você quiser exercitar seu cérebro, vá em frente! ;)