Rewrote completely for better accuracy.
[bpt/emacs.git] / lisp / calendar / solar.el
index ef1829a..1ce45f1 100644 (file)
@@ -3,6 +3,7 @@
 ;; Copyright (C) 1992, 1993, 1995 Free Software Foundation, Inc.
 
 ;; Author: Edward M. Reingold <reingold@cs.uiuc.edu>
+;;     Denis B. Roegel <Denis.Roegel@loria.fr>
 ;; Keywords: calendar
 ;; Human-Keywords: sunrise, sunset, equinox, solstice, calendar, diary,
 ;;     holidays
 ;; Based on the ``Almanac for Computers 1984,'' prepared by the Nautical
 ;; Almanac Office, United States Naval Observatory, Washington, 1984, on
 ;; ``Astronomical Formulae for Calculators,'' 3rd ed., by Jean Meeus,
-;; Willmann-Bell, Inc., 1985, and on ``Astronomical Algorithms'' by Jean
-;; Meeus, Willmann-Bell, Inc., 1991.
+;; Willmann-Bell, Inc., 1985, on ``Astronomical Algorithms'' by Jean Meeus,
+;; Willmann-Bell, Inc., 1991, and on ``Planetary Programs and Tables from
+;; -4000 to +2800'' by Pierre Bretagnon and Jean-Louis Simon, Willmann-Bell,
+;; Inc., 1986.
 
 ;;
-;; WARNINGS:
-;;    1. SUNRISE/SUNSET calculations will be accurate only to +/- 2 minutes.
-;;       Locations should be between +/- 65 degrees of latitude.
-;;       Dates should be in the latter half of the 20th century.
+;; Accuracy:
+;;    1. Sunrise/sunset times will be accurate to the minute for years
+;;       1951--2050.  For other years the times will be within +/- 2 minutes.
 ;;
-;;    2. Equinox/solstice times will be accurate only to +/- 15 minutes.
-
-;; The author would be delighted to have an astronomically more sophisticated
-;; person rewrite the code for the solar calculations in this file!
+;;    2. Equinox/solstice times will be accurate to the minute for years
+;;       1951--2050.  For other years the times will be within +/- 1 minute.
 
 ;; Comments, corrections, and improvements should be sent to
 ;;  Edward M. Reingold               Department of Computer Science
@@ -59,6 +59,7 @@
   (error "Solar/lunar calculations impossible since floating point is unavailable."))
 
 (require 'cal-dst)
+(require 'cal-julian)
 
 ;;;###autoload
 (defvar calendar-time-display-form
@@ -97,7 +98,7 @@ sufficient), + east, - west, such as -73.9 for New York City, or the value
 can be a vector [degrees minutes east/west] such as [73 55 west] for New
 York City.
 
-This variable should be set in site-local.el.")
+This variable should be set in site-start.el.")
 
 (defsubst calendar-latitude ()
   "Convert calendar-latitude to a signed decimal fraction, if needed."
@@ -141,7 +142,20 @@ This variable should be set in site-local.el.")
 For example, \"New York City\".  Default value is just the latitude, longitude
 pair.
 
-This variable should be set in site-local.el.")
+This variable should be set in site-start.el.")
+
+(defvar solar-error 0.5
+"*Tolerance (in minutes) for sunrise/sunset calculations.
+
+A larger value makes the calculations for sunrise/sunset faster, but less
+accurate.  The default is half a minute (30 seconds), so that sunrise/sunset
+times will be correct to the minute.
+
+It is useless to set the value smaller than 4*delta, where delta is the
+accuracy in the longitude of the sun (given by the function
+`solar-ecliptic-coordinates') in degrees since (delta/360) x (86400/60) = 4 x
+delta.  At present, delta = 0.01 degrees, so the value of the variable
+`solar-error' should be at least 0.04 minutes (about 2.5 seconds).")
 
 (defvar solar-n-hemi-seasons
   '("Vernal Equinox" "Summer Solstice" "Autumnal Equinox" "Winter Solstice")
@@ -151,6 +165,14 @@ This variable should be set in site-local.el.")
   '("Autumnal Equinox" "Winter Solstice" "Vernal Equinox" "Summer Solstice")
   "List of season changes for the southern hemisphere.")
 
+(defvar solar-sidereal-time-greenwich-midnight 
+   nil 
+   "Sidereal time at Greenwich at midnight (universal time).")
+
+(defvar solar-spring-or-summer-season nil  
+  "T if spring or summer and nil otherwise.
+Needed for polar areas, in order to know whether the day lasts 0 or 24 hours.")
+
 (defun solar-setup ()
   "Prompt user for latitude, longitude, and time zone."
   (beep)
@@ -174,15 +196,21 @@ Returns nil if nothing was entered."
     (if (not (string-equal x ""))
         (string-to-int x))))
 
-(defsubst solar-sin-degrees (x)
-  (sin (degrees-to-radians (mod x 360.0))))
-
-(defsubst solar-cosine-degrees (x)
-  (cos (degrees-to-radians (mod x 360.0))))
-
-(defsubst solar-tangent-degrees (x)
-  (tan (degrees-to-radians (mod x 360.0))))
-
+;; The condition-case stuff is needed to catch bogus arithmetic
+;; exceptions that occur on some machines (like Sparcs)
+(defun solar-sin-degrees (x)
+  (condition-case nil
+      (sin (degrees-to-radians (mod x 360.0)))
+    (solar-sin-degrees x)))
+(defun solar-cosine-degrees (x)
+   (condition-case nil
+       (cos (degrees-to-radians (mod x 360.0)))
+     (solar-cosine-degrees x)))
+(defun solar-tangent-degrees (x)
+  (condition-case nil
+      (tan (degrees-to-radians (mod x 360.0)))
+    (solar-tangent-degrees x)))
+      
 (defun solar-xy-to-quadrant (x y)
   "Determines the quadrant of the point X, Y."
   (if (> x 0)
@@ -201,122 +229,115 @@ Returns nil if nothing was entered."
          ((equal quad 4)   (+ deg 360))
          (t                deg))))
 
+(defun solar-atn2 (x y)
+   "Arctan of point X, Y."
+   (if (= y 0)
+       (if (> x 0) 90 270)
+     (solar-arctan (/ x y) y)))
+
 (defun solar-arccos (x)
+  "Arcos of X."
   (let ((y (sqrt (- 1 (* x x)))))
     (solar-arctan (/ y x) (solar-xy-to-quadrant x y))))
 
 (defun solar-arcsin (y)
+  "Arcsin of Y."
   (let ((x (sqrt (- 1 (* y y)))))
     (solar-arctan (/ y x) (solar-xy-to-quadrant x y))))
 
-(defconst solar-earth-inclination 23.441884 
-  "Inclination of earth's equator to its solar orbit in degrees.")
-
-(defconst solar-cos-inclination (solar-cosine-degrees solar-earth-inclination) 
-  "Cosine of earth's inclination.")
-
-(defconst solar-sin-inclination (solar-sin-degrees solar-earth-inclination)
-  "Sine of earth's inclination.")
-
-(defconst solar-earth-orbit-eccentricity 0.016718
-  "Eccentricity of orbit of the earth around the sun.")
-
-(defsubst solar-degrees-to-hours (deg)
-  (/ deg 15.0))
+(defsubst solar-degrees-to-hours (degrees)
+  "Convert DEGREES to hours."
+  (/ degrees 15.0))
 
 (defsubst solar-hours-to-days (hour)
+  "Convert HOUR to decimal fraction of a day."
   (/ hour 24.0))
 
-(defun solar-longitude-of-sun (day)
-  "Longitude of the sun at DAY in the year."
-  (let ((mean-anomaly (- (* 0.9856 day) 3.289)))
-    (mod (+ mean-anomaly 
-           (* 1.916 (solar-sin-degrees mean-anomaly))
-           (* 0.020 (solar-sin-degrees (* 2 mean-anomaly)))
-           282.634)
-        360)))
-
-(defun solar-right-ascension (longitude)
-  "Right ascension of the sun, given its LONGITUDE."
+(defun solar-right-ascension (longitude obliquity)
+  "Right ascension of the sun, in hours, given LONGITUDE and OBLIQUITY.
+Both arguments are in degrees."
   (solar-degrees-to-hours
    (solar-arctan
-    (* solar-cos-inclination (solar-tangent-degrees longitude))
+    (* (solar-cosine-degrees obliquity) (solar-tangent-degrees longitude))
     (solar-degrees-to-quadrant longitude))))
 
-(defun solar-declination (longitude)
-  "Declination of the sun, given its LONGITUDE."
+(defun solar-declination (longitude obliquity)
+  "Declination of the sun, in degrees, given LONGITUDE and OBLIQUITY.
+Both arguments are in degrees."
   (solar-arcsin
-   (* solar-sin-inclination
+   (* (solar-sin-degrees obliquity)
       (solar-sin-degrees longitude))))
 
-(defun solar-sunrise (date)
-  "Calculates the *standard* time of sunrise for Gregorian DATE.
-Calculation is for location given by `calendar-latitude' and
-`calendar-longitude'.
-
-Returns a decimal fraction of hours.  Returns nil if the sun does not rise at
-that location on that day."
-  (let* ((day-of-year (calendar-day-number date))
-        (approx-sunrise
-          (+ day-of-year
-             (solar-hours-to-days
-              (-  6 (solar-degrees-to-hours (calendar-longitude))))))
-        (solar-longitude-of-sun-at-sunrise
-          (solar-longitude-of-sun approx-sunrise))
-        (solar-right-ascension-at-sunrise
-          (solar-right-ascension solar-longitude-of-sun-at-sunrise))
-        (solar-declination-at-sunrise
-          (solar-declination solar-longitude-of-sun-at-sunrise))
-        (cos-local-sunrise
-          (/ (- (solar-cosine-degrees (+ 90 (/ 50.0 60.0)))
-                (* (solar-sin-degrees solar-declination-at-sunrise)
-                   (solar-sin-degrees (calendar-latitude))))
-             (* (solar-cosine-degrees solar-declination-at-sunrise)
-                (solar-cosine-degrees (calendar-latitude))))))
-    (if (<= (abs cos-local-sunrise) 1);; otherwise, no sunrise that day
-      (let* ((local-sunrise (solar-degrees-to-hours
-                             (- 360 (solar-arccos cos-local-sunrise))))
-             (local-mean-sunrise
-             (mod (- (+ local-sunrise solar-right-ascension-at-sunrise)
-                     (+ (* 0.065710 approx-sunrise)
-                        6.622))
-                  24)))
-       (+ (- local-mean-sunrise (solar-degrees-to-hours (calendar-longitude)))
-          (/ calendar-time-zone 60.0))))))
-
-(defun solar-sunset (date)
-  "Calculates the *standard* time of sunset for Gregorian DATE.
-Calculation is for location given by `calendar-latitude' and
-`calendar-longitude'.
-
-Returns a decimal fractions of hours.  Returns nil if the sun does not set at
-that location on that day."
-  (let* ((day-of-year (calendar-day-number date))
-        (approx-sunset
-          (+ day-of-year
-             (solar-hours-to-days
-              (- 18 (solar-degrees-to-hours (calendar-longitude))))))
-        (solar-longitude-of-sun-at-sunset
-          (solar-longitude-of-sun approx-sunset))
-        (solar-right-ascension-at-sunset
-          (solar-right-ascension solar-longitude-of-sun-at-sunset))
-        (solar-declination-at-sunset
-          (solar-declination solar-longitude-of-sun-at-sunset))
-        (cos-local-sunset
-          (/ (- (solar-cosine-degrees (+ 90 (/ 50.0 60.0)))
-                (* (solar-sin-degrees solar-declination-at-sunset)
-                   (solar-sin-degrees (calendar-latitude))))
-             (* (solar-cosine-degrees solar-declination-at-sunset)
-                (solar-cosine-degrees (calendar-latitude))))))
-    (if (<= (abs cos-local-sunset) 1);; otherwise, no sunset that day
-      (let* ((local-sunset (solar-degrees-to-hours
-                            (solar-arccos cos-local-sunset)))
-             (local-mean-sunset
-             (mod (- (+ local-sunset solar-right-ascension-at-sunset)
-                     (+ (* 0.065710 approx-sunset) 6.622))
-                  24)))
-       (+ (- local-mean-sunset (solar-degrees-to-hours (calendar-longitude)))
-          (/ calendar-time-zone 60.0))))))
+(defun solar-sunrise-and-sunset (time latitude longitude)
+  "Sunrise, sunset and length of day. 
+Parameters are the midday TIME and the LATITUDE, LONGITUDE of the location.
+
+TIME is a pair with the first component being the number of Julian centuries
+elapsed at 0 Universal Time, and the second component being the universal
+time.  For instance, the pair corresponding to November 28, 1995 at 16 UT is
+(-0.040945 16), -0.040945 being the number of julian centuries elapsed between
+Jan 1, 2000 at 12 UT and November 28, 1995 at 0 UT.
+
+Coordinates are included because this function is called with latitude=10
+degrees to find out if polar regions have 24 hours of sun or only night."
+  (let* ((rise-time (solar-moment -1 latitude longitude time))
+         (set-time (solar-moment 1 latitude longitude time))
+         (day-length))
+    (if (not (and rise-time set-time))
+        (if (or (and (> latitude 0) solar-spring-or-summer-season)
+                (and (< latitude 0) (not solar-spring-or-summer-season)))
+          (setq day-length 24)
+          (setq day-length 0))
+        (setq day-length (- set-time rise-time)))
+    (list (+ rise-time (/ calendar-time-zone 60.0)) 
+          (+ set-time (/ calendar-time-zone 60.0)) day-length)))
+
+(defun solar-moment (direction latitude longitude time)
+  "Sunrise/sunset at location.
+Sunrise if DIRECTION =-1 or sunset if =1 at LATITUDE, LONGITUDE, with midday
+being TIME.
+
+TIME is a pair with the first component being the number of Julian centuries
+elapsed at 0 Universal Time, and the second component being the universal
+time.  For instance, the pair corresponding to November 28, 1995 at 16 UT is
+(-0.040945 16), -0.040945 being the number of julian centuries elapsed between
+Jan 1, 2000 at 12 UT and November 28, 1995 at 0 UT.
+
+Uses binary search."
+  (let* ((ut (car (cdr time)))
+         (possible 1) ; we assume that rise or set are possible
+         (utmin (+ ut (* direction 12.0))) 
+         (utmax ut)    ; the time searched is between utmin and utmax
+            ; utmin and utmax are in hours
+         (utmoment-old 0.0)    ; rise or set approximation
+         (utmoment 1.0) ; rise or set approximation
+         (hut 0)         ; sun height at utmoment
+         (t0 (car time))
+         (hmin (car (cdr 
+               (solar-horizontal-coordinates (list t0 utmin) 
+                                                latitude longitude t))))
+         (hmax (car (cdr 
+               (solar-horizontal-coordinates (list t0 utmax) 
+                                                latitude longitude t)))))
+       ; -0.61 degrees is the height of the middle of the sun, when it rises
+       ;   or sets.
+     (if (< hmin -0.61) 
+              (if (> hmax -0.61)
+                  (while ;(< i 20) ; we perform a simple dichotomy
+                         ; (> (abs (+ hut 0.61)) epsilon)
+                         (>= (abs (- utmoment utmoment-old))
+                             (/ solar-error 60))
+                    (setq utmoment-old utmoment)
+                    (setq utmoment (/ (+ utmin utmax) 2))
+                    (setq hut (car (cdr 
+                                    (solar-horizontal-coordinates 
+                                   (list t0 utmoment) latitude longitude t))))
+                    (if (< hut -0.61) (setq utmin utmoment))
+                    (if (> hut -0.61) (setq utmax utmoment))
+                   )
+                (setq possible 0)) the sun never rises
+                (setq possible 0)) ; the sun never sets
+     (if (equal possible 0) nil utmoment)))
 
 (defun solar-time-string (time time-zone)
   "Printable form for decimal fraction TIME in TIME-ZONE.
@@ -329,20 +350,112 @@ Format used is given by `calendar-time-display-form'."
         (24-hours (format "%02d" 24-hours)))
     (mapconcat 'eval calendar-time-display-form "")))
 
+
+(defun solar-daylight (time)
+  "Printable form for time expressed in hours."
+  (format "%d:%02d"
+          (floor time)
+          (floor (* 60 (- time (floor time))))))
+
+(defun solar-exact-local-noon (date)
+  "Date and Universal Time of local noon at *local date* date. 
+
+The date may be different from the one asked for, but it will be the right
+local date.  The second component of date should be an integer."
+  (let* ((nd date)
+         (ut (- 12.0 (/ calendar-longitude 15)))
+         (te (solar-time-equation date ut)))
+    (setq ut (- ut te))
+    (if (>= ut 24)
+        (progn 
+          (setq nd (list (car date) (+ 1 (car (cdr date)))
+                         (car (cdr (cdr date)))))
+          (setq ut (- ut 24))))
+    (if (< ut 0)
+        (progn 
+          (setq nd (list (car date) (- (car (cdr date)) 1)
+                         (car (cdr (cdr date)))))
+          (setq ut (+ ut 24))))
+    (setq nd (calendar-gregorian-from-absolute
+                       (calendar-absolute-from-gregorian nd)))
+        ; date standardization
+    (list nd ut)))
+
 (defun solar-sunrise-sunset (date)
-  "String giving local times of sunrise and sunset on Gregorian DATE."
-  (let* ((rise (solar-sunrise date))
-         (adj-rise (if rise (dst-adjust-time date rise)))
-         (set (solar-sunset date))
-         (adj-set (if set (dst-adjust-time date set))))
-    (format "%s, %s at %s"
-           (if (and rise (calendar-date-equal date (car adj-rise)))
-               (concat "Sunrise " (apply 'solar-time-string (cdr adj-rise)))
-             "No sunrise")
-           (if (and set (calendar-date-equal date (car adj-set)))
-               (concat "sunset " (apply 'solar-time-string (cdr adj-set)))
-             "no sunset")
-           (eval calendar-location-name))))
+  "List of *local* times of sunrise, sunset, and daylight on Gregorian DATE.
+
+Corresponding value is nil if there is no sunrise/sunset."
+  (let* (; first, get the exact moment of local noon.
+         (exact-local-noon (solar-exact-local-noon date))
+         ; get the the time from the 2000 epoch.
+         (t0 (solar-julian-ut-centuries (car exact-local-noon)))
+         ; store the sidereal time at Greenwich at midnight of UT time.
+         ; find if summer or winter slightly above the equator
+         (equator-rise-set
+          (progn (setq solar-sidereal-time-greenwich-midnight 
+                       (solar-sidereal-time t0))
+                 (solar-sunrise-and-sunset 
+                  (list t0 (car (cdr exact-local-noon)))
+                  10.0
+                  calendar-longitude)))
+         ; store the spring/summer information,
+         ; compute sunrise and sunset (two first components of rise-set).
+         ; length of day is the third component (it is only the difference
+         ; between sunset and sunrise when there is a sunset and a sunrise)
+         (rise-set
+          (progn
+            (setq solar-spring-or-summer-season 
+                  (if (> (car (cdr (cdr equator-rise-set))) 12) 1 0))
+            (solar-sunrise-and-sunset 
+             (list t0 (car (cdr exact-local-noon)))
+             calendar-latitude
+             calendar-longitude)))
+         (rise (car rise-set))
+         (adj-rise (if rise (dst-adjust-time date rise) nil))
+         (set (car (cdr rise-set)))
+         (adj-set (if set (dst-adjust-time date set) nil))
+         (length  (car (cdr (cdr rise-set)))) )
+    (list
+     (and rise (calendar-date-equal date (car adj-rise)) (cdr adj-rise))
+     (and set (calendar-date-equal date (car adj-set)) (cdr adj-set))
+     (solar-daylight length))))
+
+(defun solar-sunrise-sunset-string (date)
+  "String of *local* times of sunrise, sunset, and daylight on Gregorian DATE."
+  (let ((l (solar-sunrise-sunset date)))
+    (format
+     "%s, %s at %s (%s hours daylight)"
+     (if (car l)
+         (concat "Sunrise " (apply 'solar-time-string (car l)))
+       "No sunrise")
+     (if (car (cdr l))
+         (concat "sunset " (apply 'solar-time-string (car (cdr l))))
+       "no sunset")
+     (eval calendar-location-name)
+     (car (cdr (cdr l))))))
+
+(defun solar-julian-ut-centuries (date)
+  "Number of Julian centuries elapsed since 1 Jan, 2000 at noon  U.T. for Gregorian DATE."
+  (/ (- (calendar-absolute-from-gregorian date) 
+        (calendar-absolute-from-gregorian '(1 1.5 2000)))
+     36525.0))
+  
+(defun solar-ephemeris-time(time)
+  "Ephemeris Time at moment TIME.
+
+TIME is a pair with the first component being the number of Julian centuries
+elapsed at 0 Universal Time, and the second component being the universal
+time.  For instance, the pair corresponding to November 28, 1995 at 16 UT is
+(-0.040945 16), -0.040945 being the number of julian centuries elapsed between
+Jan 1, 2000 at 12 UT and November 28, 1995 at 0 UT.
+
+Result is in julian centuries of ephemeris time."
+  (let* ((t0 (car time))
+         (ut (car (cdr time)))
+         (t1 (+ t0 (/ (/ ut 24.0) 36525)))
+         (y (+ 2000 (* 100 t1)))
+         (dt (* 86400 (solar-ephemeris-correction (floor y)))))
+      (+ t1 (/ (/ dt 86400) 36525))))
 
 (defun solar-date-next-longitude (d l)
   "First moment on or after Julian day number D when sun's longitude is a
@@ -380,26 +493,126 @@ calendar-time-zone are used to interpret local time."
         (setq end-long long)))
     (/ (+ start end) 2.0)))
 
+(defun solar-horizontal-coordinates 
+          (time latitude longitude for-sunrise-sunset)
+  "Azimuth and height of the sun at TIME, LATITUDE, and LONGITUDE.
+
+TIME is a pair with the first component being the number of Julian centuries
+elapsed at 0 Universal Time, and the second component being the universal
+time.  For instance, the pair corresponding to November 28, 1995 at 16 UT is
+(-0.040945 16), -0.040945 being the number of julian centuries elapsed between
+Jan 1, 2000 at 12 UT and November 28, 1995 at 0 UT.
+
+The azimuth is given in degrees as well as the height (between -180 and 180)."
+  (let* ((ut (car (cdr time)))
+         (ec (solar-equatorial-coordinates time for-sunrise-sunset))
+         (st (+ solar-sidereal-time-greenwich-midnight
+                (* ut 1.00273790935)))
+         (ah (- (* st 15) (* 15 (car ec)) (* -1 calendar-longitude)))
+                       ; hour angle (in degrees)
+         (de (car (cdr ec)))
+         (azimuth (solar-atn2 (solar-sin-degrees ah)
+                             (- (* (solar-cosine-degrees ah)
+                                   (solar-sin-degrees latitude))
+                                (* (solar-tangent-degrees de)
+                                   (solar-cosine-degrees latitude)))))
+         (height (solar-arcsin 
+                  (+ (* (solar-sin-degrees latitude) (solar-sin-degrees de))
+                     (* (solar-cosine-degrees latitude)
+                        (solar-cosine-degrees de)
+                        (solar-cosine-degrees ah))))))
+    (if (> height 180) (setq height (- height 360)))
+    (list azimuth height)))
+
+(defun solar-equatorial-coordinates (time for-sunrise-sunset)
+  "Right ascension (in hours) and declination (in degrees) of the sun at TIME.
+
+TIME is a pair with the first component being the number of Julian centuries
+elapsed at 0 Universal Time, and the second component being the universal
+time.  For instance, the pair corresponding to November 28, 1995 at 16 UT is
+(-0.040945 16), -0.040945 being the number of julian centuries elapsed between
+Jan 1, 2000 at 12 UT and November 28, 1995 at 0 UT."
+   (let* ((tm (solar-ephemeris-time time)) 
+          (ec (solar-ecliptic-coordinates tm for-sunrise-sunset)))
+     (list (solar-right-ascension (car ec) (car (cdr ec)))
+           (solar-declination (car ec) (car (cdr ec))))))
+
+(defun solar-ecliptic-coordinates (time for-sunrise-sunset)
+  "Apparent longitude of the sun, ecliptic inclination, (both in degrees)
+equation of time (in hours) and nutation in longitude (in seconds)
+at moment `time', expressed in julian centuries of Ephemeris Time
+since January 1st, 2000, at 12 ET."
+  (let* ((l (+ 280.46645
+               (* 36000.76983 time)
+               (* 0.0003032 time time))) ; sun mean longitude 
+         (ml (+ 218.3165
+                (* 481267.8813 time))) ; moon mean longitude 
+         (m (+ 357.52910
+               (* 35999.05030 time)
+               (* -0.0001559 time time)
+               (* -0.00000048 time time time))) ; sun mean anomaly 
+         (i (+ 23.43929111 (* -0.013004167 time)
+               (* -0.00000016389 time time)
+               (* 0.0000005036 time time time))); mean inclination 
+         (c (+ (* (+ 1.914600
+                     (* -0.004817 time)
+                     (* -0.000014 time time))
+                  (solar-sin-degrees m))
+               (* (+ 0.019993 (* -0.000101 time))
+                  (solar-sin-degrees (* 2 m)))
+               (* 0.000290
+                  (solar-sin-degrees (* 3 m))))) ; center equation 
+         (L (+ l c)) ; total longitude 
+         (omega (+ 125.04
+                   (* -1934.136 time))) ; longitude of moon's ascending node
+                                        ; on the ecliptic
+         (nut (if (not for-sunrise-sunset)
+                 (+ (* -17.20 (solar-sin-degrees omega))
+                 (* -1.32 (solar-sin-degrees (* 2 l)))
+                 (* -0.23 (solar-sin-degrees (* 2 ml)))
+                 (* 0.21 (solar-sin-degrees (* 2 omega))))
+               nil))
+                  ; nut = nutation in longitude, measured in seconds of angle.
+         (ecc (if (not for-sunrise-sunset)
+                 (+ 0.016708617
+                 (* -0.000042037 time)
+                 (* -0.0000001236 time time)) ; eccentricity of earth's orbit
+               nil))
+         (app (+ L
+                 -0.00569
+                 (* -0.00478
+                    (solar-sin-degrees omega)))) ; apparent longitude of sun
+         (y (if (not for-sunrise-sunset)
+                 (* (solar-tangent-degrees (/ i 2)) 
+                  (solar-tangent-degrees (/ i 2)))
+                nil))
+         (time-eq (if (not for-sunrise-sunset)
+                    (/ (* 12 (+ (* y (solar-sin-degrees (* 2 l)))
+                     (* -2 ecc (solar-sin-degrees m))
+                     (* 4 ecc y (solar-sin-degrees m) 
+                                (solar-cosine-degrees (* 2 l)))
+                     (* -0.5 y y  (solar-sin-degrees (* 4 l)))
+                     (* -1.25 ecc ecc (solar-sin-degrees (* 2 m)))))
+                      3.1415926535)
+                    nil)))
+                  ; equation of time, in hours
+    (list app i time-eq nut)))
+
 (defun solar-longitude (d)
   "Longitude of sun on astronomical (Julian) day number D.
-Accuracy is about 0.01 degree (about 365.25*24*60*0.01/360 = 15 minutes).
+Accurary is about 0.0006 degree (about 365.25*24*60*0.0006/360 = 1 minutes).
 
 The values of calendar-daylight-savings-starts,
 calendar-daylight-savings-starts-time, calendar-daylight-savings-ends,
 calendar-daylight-savings-ends-time, calendar-daylight-time-offset, and
 calendar-time-zone are used to interpret local time."
   (let* ((a-d (calendar-absolute-from-astro d))
-         (date (calendar-gregorian-from-absolute (floor a-d)))
-         (time (* 24 (- a-d (truncate a-d))))
-        (rounded-abs-date (+ (calendar-absolute-from-gregorian date)
-                             (/ (round (* 60 time)) 60.0 24.0)))
-         ;; get local standard time
-        (a-d (- rounded-abs-date
-               (if (dst-in-effect rounded-abs-date)
-                   (/ calendar-daylight-time-offset 24.0 60.0) 0)))
          ;; get Universal Time
-         (a-d (- a-d (/ calendar-time-zone 60.0 24.0)))
-         (date (calendar-astro-from-absolute a-d))
+         (date (calendar-astro-from-absolute
+                (- a-d
+                   (if (dst-in-effect a-d)
+                       (/ calendar-daylight-time-offset 24.0 60.0) 0)
+                   (/ calendar-time-zone 60.0 24.0))))
          ;; get Ephemeris Time
          (date (+ date (solar-ephemeris-correction
                         (extract-calendar-year
@@ -407,30 +620,83 @@ calendar-time-zone are used to interpret local time."
                           (floor
                            (calendar-absolute-from-astro
                             date)))))))
-         (T (/ (- date 2451545.0) 36525.0))
-        (Lo (mod (+ 280.46645 (* 36000.76983 T) (* 0.0003032 T T)) 360.0))
-        (M (mod (+ 357.52910
-                    (* 35999.05030 T)
-                    (* -0.0001559 T T)
-                    (* -0.00000048 T T T))
-                 360.0))
-        (e (+ 0.016708617 (* -0.000042037 T) (* -0.0000001236 T T)))
-        (C (+ (* (+ 1.914600 (* -0.004817 T) (* -0.000014 T T))
-                 (solar-sin-degrees M))
-              (* (+ 0.019993 (* -0.000101 T)) (solar-sin-degrees (* 2 M)))
-              (* 0.000290 (solar-sin-degrees (* 3 M)))))
-        (true-longitude (+ Lo C))
-        (omega (+ 125.04 (* -1934.136 T)))
-        (apparent-longitude (mod
-                             (+ true-longitude
-                                -0.00569
-                                (* -0.00478 (solar-sin-degrees omega)))
-                              360.0)))
-    apparent-longitude))
+         (U (/ (- date 2451545) 3652500))
+         (longitude
+          (+ 4.9353929
+             (* 62833.1961680 U)
+             (* 0.0000001
+                (apply '+
+                       (mapcar '(lambda (x)
+                                  (* (car x)
+                                     (sin (mod
+                                           (+ (car (cdr x))
+                                              (* (car (cdr (cdr x))) U))
+                                           (* 2 pi)))))
+                               solar-data-list)))))
+         (aberration
+          (* 0.0000001 (- (* 17 (cos (+ 3.10 (* 62830.14 U)))) 973)))
+         (A1 (mod (+ 2.18 (* U (+ -3375.70 (* 0.36 U)))) (* 2 pi)))
+         (A2 (mod (+ 3.51 (* U (+ 125666.39 (* 0.10 U)))) (* 2 pi)))
+         (nutation (* -0.0000001 (+ (* 834 (sin A1)) (* 64 (sin A2))))))
+    (mod (radians-to-degrees (+ longitude aberration nutation)) 360.0)))
+
+(defconst solar-data-list
+  '((403406 4.721964 1.621043)
+    (195207 5.937458 62830.348067)
+    (119433 1.115589 62830.821524)
+    (112392 5.781616 62829.634302)
+    (3891 5.5474 125660.5691)
+    (2819 1.5120 125660.984)
+    (1721 4.1897 62832.4766)
+    (0 1.163 0.813)
+    (660 5.415 125659.31)
+    (350 4.315 57533.85)
+    (334 4.553 -33.931)
+    (314 5.198 777137.715)
+    (268 5.989 78604.191)
+    (242 2.911 5.412)
+    (234 1.423 39302.098)
+    (158 0.061 -34.861)
+    (132 2.317 115067.698)
+    (129 3.193 15774.337)
+    (114 2.828 5296.670)
+    (99 0.52 58849.27)
+    (93 4.65 5296.11)
+    (86 4.35 -3980.70)
+    (78 2.75 52237.69)
+    (72 4.50 55076.47)
+    (68 3.23 261.08)
+    (64 1.22 15773.85)
+    (46 0.14 188491.03)
+    (38 3.44 -7756.55)
+    (37 4.37 264.89)
+    (32 1.14 117906.27)
+    (29 2.84 55075.75)
+    (28 5.96 -7961.39)
+    (27 5.09 188489.81)
+    (27 1.72 2132.19)
+    (25 2.56 109771.03)
+    (24 1.92 54868.56)
+    (21 0.09 25443.93)
+    (21 5.98 -55731.43)
+    (20 4.03 60697.74)
+    (18 4.47 2132.79)
+    (17 0.79 109771.63)
+    (14 4.24 -7752.82)
+    (13 2.01 188491.91)
+    (13 2.65 207.81)
+    (13 4.98 29424.63)
+    (12 0.93 -7.99)
+    (10 2.21 46941.14)
+    (10 3.59 -68.29)
+    (10 1.50 21463.25)
+    (10 2.55 157208.40)))
 
 (defun solar-ephemeris-correction (year)
-  "Ephemeris time minus Universal Time at astronomical (Julian) day D.
-Result is in days For the years 1800-1987, the maximum error is 1.9 seconds.
+  "Ephemeris time minus Universal Time during Gregorian year.
+Result is in days.
+
+For the years 1800-1987, the maximum error is 1.9 seconds.
 For the other years, the maximum error is about 30 seconds."
   (cond ((and (<= 1988 year) (< year 2020))
          (/ (+ year -2000 67.0) 60.0 60.0 24.0))
@@ -487,9 +753,39 @@ For the other years, the maximum error is about 30 seconds."
                   (second (- (/ (* tmp tmp) 41048480.0) 15)))
              (/ second 60.0 60.0 24.0)))))
 
+(defun solar-sidereal-time (t0)
+  "Sidereal time (in hours) in Greenwich.
+
+At T0=Julian centuries of universal time.
+T0 must correspond to 0 hours UT."
+   (let* ((mean-sid-time (+ 6.6973746
+                           (* 2400.051337 t0)
+                           (* 0.0000258622 t0 t0)
+                           (* -0.0000000017222 t0 t0 t0)))
+          (et (solar-ephemeris-time (list t0 0.0)))
+          (nut-i (solar-ecliptic-coordinates et nil))
+          (nut (car (cdr (cdr (cdr nut-i))))) ; nutation
+          (i (car (cdr nut-i)))) ; inclination
+       (mod (+ (mod (+ mean-sid-time 
+                    (/ (/ (* nut (solar-cosine-degrees i)) 15) 3600)) 24.0)
+               24.0)
+            24.0)))
+
+(defun solar-time-equation (date ut)
+  "Equation of time expressed in hours at Gregorian DATE at Universal time UT."
+  (let* ((et (solar-date-to-et date ut))
+         (ec (solar-ecliptic-coordinates et nil)))
+     (car (cdr (cdr ec)))))
+
+(defun solar-date-to-et (date ut)
+  "Ephemeris Time at Gregorian DATE at Universal Time UT (in hours).
+Expressed in julian centuries of Ephemeris Time."
+    (let ((t0 (solar-julian-ut-centuries date)))
+      (solar-ephemeris-time (list t0 ut))))
+
 ;;;###autoload
 (defun sunrise-sunset (&optional arg)
-  "Local time of sunrise and sunset for today.  Accurate to +/- 2 minutes.
+  "Local time of sunrise and sunset for today.  Accurate to a few seconds.
 If called with an optional prefix argument, prompt for date.
 
 If called with an optional double prefix argument, prompt for longitude,
@@ -544,7 +840,7 @@ This function is suitable for execution in a .emacs file."
          (if (< arg 16) calendar-daylight-savings-ends))
         (date (if (< arg 4) (calendar-current-date) (calendar-read-date)))
         (date-string (calendar-date-string date t))
-        (time-string (solar-sunrise-sunset date))
+        (time-string (solar-sunrise-sunset-string date))
         (msg (format "%s: %s" date-string time-string))
         (one-window (one-window-p t)))
    (if (<= (length msg) (frame-width))
@@ -560,21 +856,21 @@ This function is suitable for execution in a .emacs file."
  
 (defun calendar-sunrise-sunset ()
   "Local time of sunrise and sunset for date under cursor.
-Accurate to +/- 2 minutes."
+Accurate to a few seconds."
   (interactive)
   (if (not (and calendar-latitude calendar-longitude calendar-time-zone))
       (solar-setup))
   (let ((date (calendar-cursor-to-date t)))
     (message "%s: %s"
              (calendar-date-string date t t)
-             (solar-sunrise-sunset date))))
+             (solar-sunrise-sunset-string date))))
 
 (defun diary-sunrise-sunset ()
   "Local time of sunrise and sunset as a diary entry.
-Accurate to +/- 2 minutes."
+Accurate to a few seconds."
   (if (not (and calendar-latitude calendar-longitude calendar-time-zone))
       (solar-setup))
-  (solar-sunrise-sunset date))
+  (solar-sunrise-sunset-string date))
 
 (defun diary-sabbath-candles ()
   "Local time of candle lighting diary entry--applies if date is a Friday.
@@ -582,18 +878,123 @@ No diary entry if there is no sunset on that date."
   (if (not (and calendar-latitude calendar-longitude calendar-time-zone))
       (solar-setup))
   (if (= (% (calendar-absolute-from-gregorian date) 7) 5);;  Friday
-      (let* ((sunset (solar-sunset date))
+      (let* ((sunset (car (cdr (solar-sunrise-sunset date))))
             (light (if sunset
                         (dst-adjust-time
                          date
-                         (- sunset (/ 18.0 60.0))))))
+                         (- (car sunset) (/ 18.0 60.0))))))
         (if (and light (calendar-date-equal date (car light)))
             (format "%s Sabbath candle lighting"
                     (apply 'solar-time-string (cdr light)))))))
 
+(defun solar-equinoxes/solstices (k year)
+  "Date of equinox/solstice K for YEAR.
+K=0, spring equinox; K=1, summer solstice; K=2, fall equinox;
+K=3, winter solstice. 
+RESULT is a gregorian local date.
+
+Accurate to less than a minute between 1951 and 2050."
+  (let* ((JDE0 (solar-mean-equinoxes/solstices k year))
+         (T (/ (- JDE0 2451545.0) 36525))
+         (W (- (* 35999.373 T) 2.47))
+         (Delta-lambda (+ 1 (* 0.0334 (solar-cosine-degrees W))
+                            (* 0.0007 (solar-cosine-degrees (* 2 W)))))
+         (S (apply '+ (mapcar '(lambda(x) 
+                                 (* (car x) (solar-cosine-degrees 
+                                             (+ (* (car (cdr (cdr x))) T)
+                                                  (car (cdr x)))))) 
+                              solar-seasons-data)))
+         (JDE (+ JDE0 (/ (* 0.00001 S) Delta-lambda)))
+         (correction (+ 102.3 (* 123.5 T) (* 32.5 T T))) 
+             ; ephemeris time correction
+         (JD (- JDE (/ correction 86400)))
+         (date (calendar-gregorian-from-absolute (floor (- JD 1721424.5))))
+         (time (- (- JD 0.5) (floor (- JD 0.5))))
+         )
+      (list (car date) (+ (car (cdr date)) time
+                          (/ (/ calendar-time-zone 60.0) 24.0))
+            (car (cdr (cdr date))))))
+
+; from Meeus, 1991, page 166
+(defun solar-mean-equinoxes/solstices (k year)
+  "Julian day of mean equinox/solstice K for YEAR.  
+K=0, spring equinox; K=1, summer solstice; K=2, fall equinox; K=3, winter
+solstice.  These formulas are only to be used between 1000 BC and 3000 AD."
+  (let ((y (/ year 1000.0))
+        (z (/ (- year 2000) 1000.0)))
+    (if (< year 1000) ; actually between -1000 and 1000
+             (cond ((equal k 0) (+ 1721139.29189
+                                   (*  365242.13740 y)
+                                   (* 0.06134 y y)
+                                   (* 0.00111 y y y)
+                                   (* -0.00071 y y y y)))
+                   ((equal k 1) (+ 1721233.25401
+                                   (* 365241.72562 y)
+                                   (* -0.05323 y y)
+                                   (* 0.00907 y y y)
+                                   (* 0.00025 y y y y)))
+                   ((equal k 2) (+ 1721325.70455
+                                   (* 365242.49558 y)
+                                   (* -0.11677 y y)
+                                   (* -0.00297 y y y)
+                                   (* 0.00074 y y y y)))
+                   ((equal k 3) (+ 1721414.39987
+                                   (* 365242.88257 y)
+                                   (* -0.00769 y y)
+                                   (* -0.00933 y y y)
+                                   (* -0.00006 y y y y))))
+                      ; actually between 1000 and 3000
+             (cond ((equal k 0) (+ 2451623.80984
+                                   (* 365242.37404  z)
+                                   (* 0.05169 z z)
+                                   (* -0.00411 z z z)
+                                   (* -0.00057 z z z z)))
+                   ((equal k 1) (+ 2451716.56767
+                                   (* 365241.62603 z)
+                                   (* 0.00325 z z)
+                                   (* 0.00888 z z z)
+                                   (* -0.00030 z z z z)))
+                   ((equal k 2) (+ 2451810.21715
+                                   (* 365242.01767 z)
+                                   (* -0.11575 z z)
+                                   (* 0.00337 z z z)
+                                   (* 0.00078 z z z z)))
+                   ((equal k 3) (+ 2451900.05952
+                                   (* 365242.74049 z)
+                                   (* -0.06223 z z)
+                                   (* -0.00823 z z z)
+                                   (* 0.00032 z z z z)))))))
+
+; from Meeus, 1991, page 167
+(defconst solar-seasons-data
+  '((485 324.96 1934.136)
+    (203 337.23 32964.467)
+    (199 342.08 20.186)
+    (182 27.85 445267.112)
+    (156 73.14 45036.886)
+    (136 171.52 22518.443)
+    (77 222.54 65928.934)
+    (74 296.72 3034.906)
+    (70 243.58 9037.513)
+    (58 119.81 33718.147)
+    (52 297.17 150.678)
+    (50 21.02 2281.226)
+    (45 247.54 29929.562)
+    (44 325.15 31555.956)
+    (29 60.93 4443.417)
+    (18 155.12 67555.328)
+    (17 288.79 4562.452)
+    (16 198.04 62894.029)
+    (14 199.76 31436.921)
+    (12 95.39 14577.848)
+    (12 287.11 31931.756)
+    (12 320.81 34777.259)
+    (9 227.73 1222.114)
+    (8 15.45 16859.074)))
+
 ;;;###autoload
 (defun solar-equinoxes-solstices ()
-  "Date and time of equinoxes and solstices, if visible in the calendar window.
+  "*local* date and time of equinoxes and solstices, if visible in the calendar window.
 Requires floating point."
   (let ((m displayed-month)
         (y displayed-year))
@@ -608,12 +1009,21 @@ Requires floating point."
             (if calendar-time-zone calendar-daylight-savings-ends))
            (calendar-time-zone (if calendar-time-zone calendar-time-zone 0))
            (k (1- (/ m 3)))
-          (d (solar-date-next-longitude
-               (calendar-astro-from-absolute
-                (calendar-absolute-from-gregorian
-                 (list (+ 3 (* k 3)) 15 y)))
-               90))
-           (abs-day (calendar-absolute-from-astro d)))
+           (d0 (solar-equinoxes/solstices k y)) 
+           (d1 (list (car d0) (floor (car (cdr d0))) (car (cdr (cdr d0)))))
+           (h0 (* 24 (- (car (cdr d0)) (floor (car (cdr d0))))))
+           (adj (dst-adjust-time d1 h0))
+           (d (list (car d1) (+ (car (cdr d1))  
+                  (/ (car (cdr adj)) 24.0))
+                    (car (cdr (cdr d1)))))
+           ; The following is nearly as accurate, but not quite:
+          ;(d0 (solar-date-next-longitude
+           ;    (calendar-astro-from-absolute
+           ;     (calendar-absolute-from-gregorian
+           ;      (list (+ 3 (* k 3)) 15 y)))
+           ;    90))
+           ;(abs-day (calendar-absolute-from-astro d)))
+           (abs-day (calendar-absolute-from-gregorian d)))
       (list
        (list (calendar-gregorian-from-absolute (floor abs-day))
              (format "%s %s"