Астрометрия, наука, fandom powered by wikia

Попередня ◈ Наступна

Астрометрия (від грец. Ἄστρον - «зірка» і μετρέω - «вимірюю») - розділ астрономії. головним завданням якого є вивчення геометричних і кінематичних властивостей небесних тіл.

Основне завдання астрометрії більш розгорнуто формулюється як високоточне визначення місцезнаходження небесних тіл і векторів їх швидкостей в даний момент часу. Повний опис цих двох величин дають шість астрометричних параметрів.

небесні екваторіальні координати. або положення. - пряме сходження () і схиляння ();
власні руху. тобто екваторіальні швидкості по прямому сходженню і відміні ();
паралакси;
променеві швидкості [1].

Точне вимірювання цих астрометричних параметрів дозволяє отримати про астрономічному об'єкті додаткову інформацію, наприклад [2].

абсолютна світність об'єкта;
маса і вік об'єкта;
класифікація місцезнаходження об'єкта: в Сонячній системі. в Галактиці. за її межами, і т. п .;
класифікація сімейства небесних тіл, до якого належить об'єкт;
відсутність / наявність у об'єкта невидимих супутників.

Багато з цих відомостей необхідні для того, щоб робити висновки про фізичні властивості і внутрішню будову об'єкта, що спостерігається, а також давати відповіді і на більш фундаментальні питання - про обсяг, масі і віці всього Всесвіту. Таким чином, астрометрія є одним з необхідних розділів астрономії, що дає експериментальну інформацію, необхідну для розвитку інших розділів (астрофізики. Космології. Космогонії. Небесної механіки. І т. П.).

Класифікація астрометрії Правити

Фундаментальна астрометрія Правити

Для точних вимірювань положень і рухів небесних тіл необхідно мати систему відліку з заданими координатами. Фундаментальною астрометрією називається той підрозділ астрометрії, який займається проблемами вибору такої системи координат, і пов'язаних з ними питань - які саме об'єкти вибрати для початку відліку (т. Н. Реалізації системи координат); яким способом прив'язати систему координат до об'єктів, що є початком відліку.

Сучасні системи кооордінат поділяються на кінематичні і динамічні.

динамічна система координат - система, яка визначається на основі елементів орбіти обертання Землі навколо Сонця.
кінематична система координат - система координат, що базується на прив'язці до об'єктів, власні рухи яких можуть вважатися досить добре відомими.

З початку розвитку астрономії і аж до кінця XX століття астрономи завжди користувалися саме динамічною системою екваторіальних координат. За початок відліку цієї системи була прийнята точка весняного рівнодення. традиційно позначається символом, - точки перетину екліптики з небесним екватором. визначається з спостережень річного руху Сонця.

Така динамічна система має ряд недоліків. Внаслідок прецесії і нутації земної осі. руху осі обертання всередині Землі, а також вікових та періодичних збурень орбіти Землі від тіл Сонячної системи (т. зв. «прецесія від планет» [3]), точка весняного рівнодення рухається серед зірок. Поки в астрономії користувалися динамічною системою координат, це рух змушені були компенсувати підрахунком впливу всіх перерахованих вище процесів, відповідно перераховуючи координати на кожну епоху.

Крім того, динамічна система відліку не задовольняє висунутій до опорної системі вимогу инерциальности.

Ці труднощі привели до доцільності заміни динамічної системи координат на кінематичну. У сучасній астрометрії користуються кінематичної системою координат. На даний момент це система координат ICRF в радіодіапазоні, з внегалактическими об'єктами в якості опорних, і HCRF в оптичному діапазоні, що використовує прив'язку до системи ICRF спостережень космічного астрометричного проекту Hipparcos.

Кінематична система відліку, що базується на позагалактичних об'єктах в якості опорних, вважається квазіінерціальной (оскільки прискоренням в русі позагалактичних об'єктів, і навіть самою наявністю цього руху, можна знехтувати).

Будь-яка кінематична система координат визначається за допомогою фундаментального каталогу. як сукупність всіх астрометричних параметрів об'єктів, зарахованих до цей каталог.

Практична астрометрія Правити

Практичної астрометрією називається підрозділ, що займається проблемами: [2]

використання встановленої системи координат;
визначення з отриманих відомостей, де знаходяться досліджувані об'єкти і як вони рухаються;
організації та обробки спостережень для вирішення цих завдань;
оцінки точності отриманих результатів, і її поліпшення до потрібної точності.

До практичної астрометрії слід віднести і огляди неба - складання докладних фотографічних карт з метою каталогізації якомога більшого числа астрометричних об'єктів.

Вивчення обертання Землі Правити

Так як астрометричні спостереження у великому обсязі ведуться з поверхні Землі, вивчення будь-яких варіацій її руху і руху її кори також пов'язано з рішенням астрометричних завдань, і є підрозділом астрометрії. На рух кожної окремо обраної точки на поверхні Землі впливають такі процеси як прецесія. нутація. рух полюсів. уповільнення обертання Землі, рух літосферних плит. нерівномірність ходу годинника в гравітаційному полі. При цьому параметри обертання Землі не постійні; вони змінюються з часом. Одним з методів, що застосовуються для вивчення обертання Землі, є гравіметрія

Слід зазначити, що Земля обертається приблизно до середини XX століття використовувалося в астрометрії для вимірювання часу, а також географічних координат. Після винаходу більш точних способів для того і іншого астрометрія тепер вирішує зворотну задачу - вивчає варіації обертання Землі, (зокрема, уповільнення), використовуючи стандарти точного часу; і вивчає коливання земної кори, використовуючи системи глобальної супутникової навігації.

Історія астрометрії Правити

До поява астрофізики в початку XX століття практично вся астрономія зводилася до астрометрії. Астрометрия нерозривно пов'язана із зірковими каталогами. Перший каталог був складений ще в Стародавньому Китаї астрономом Ши Шенем. Точніше, це був не каталог, а схематична карта неба. Перший же астрометричної каталог, що містить координати зірок, був створений давньогрецьким астрономом Гиппархом і датується 129 роком до нашої ери, але він не зберігся. Порівнявши свої спостереження з більш ранніми, Гіппарх відкрив явище попереджання рівнодення. або прецесії. Стимулом для розвитку астрометрії були практичні потреби людини: без компаса і механічних годинників навігація могла здійснюватися тільки за спостереженнями небесних світил (див. Астрономічна навігація).

В середні віки астрометрія була широко поширена в Арабському світі. Найбільший вкалад в неї внесли ал-Баттани (X ст.), Ал-Біруні (XI ст.) І Улугбек (XV ст.). У XVI столітті Тихо Браге протягом 16 років проводив спостереження Марса. обробивши які, його наступник Йоганн Кеплер відкрив закони руху планет. На основі цих емпіричних законів Ісаак Ньютон описав закон всесвітнього тяжіння і заклав основи класичної механіки. що призвело до появи наукового підходу.

В кінці XX століття, після значного кризи, в астрометрії відбулася революція, завдяки розвитку обчислювальної техніки і вдосконалення приймачів випромінювання.

Основні завдання сучасної астрометрії Правити

Спочатку завданням астрометрії було вимір положення зірок з метою визначення по ним географічних координат для навігації. Якщо географічні координати відомі, то відзначаючи момент проходження світила через небесний меридіан, можна дізнатися місцевий сонячний час.

Основні цілі сучасної астрометрії Правити

Файл: US Naval Observatory (Washington, District of Columbia) .jpg

Створення нового фундаментального каталогу, щодо задовольняє необхідним для сучасних спостережень критеріям універсальності;
Удосконалення опорної системи відліку на Землі (ITRS).
Перевірка теорії відносності, уточнення її фундаментальних параметрів;
Створення універсальної карти неба, що має переваги перед вже наявними фотографічними оглядами;
Отримання астрометричних параметрів для якомога більшої кількості різних об'єктів в нашій галактиці;
Вивчення ефекту мікролінзування. в тому числі його впливу на побудову фундаментальної опорної системи;
Накопичення моніторингових спостережень для поліпшення теорій руху Землі і тіл Сонячної системи;

Методи астрометрії Правити

Астрометричні спостереження Правити

Вимірюваними величинами при астрономічних спостереженнях точкового джерела світла (в тому числі і будь-який, за винятком Сонця. Зірки) є: [2]

зоряна величина - характеризує кількість квантів світла, що прийшло від точкового джерела за одиницю часу на одиницю площі;
спектральний склад - характеризує розподіл по довжинах хвиль всіх квантів, які прийшли від джерела;
координати. або положення зірок - величини, що показують, з якого напряму прийшли ці кванти.

Спостереження, що показують ці величини, є фотометрическими. спектроскопическими. і астрометричної відповідно. З появою нових, більш універсальних приймачів світла, такий поділ за класифікацією спостережень стає все менш помітним. Для визначення астрометричних параметрів небесних тіл необхідні всі три перераховані типу вимірювань.

Точність вимірювань положень залежить від радіуса дифракційного диска зображення точкового джерела і кількості квантів світла, що прийшли від джерела, в такий спосіб:

Астрометричні інструменти Правити

Передбачається, що космічний апарат Gaia досягне точності вимірювання кутів до 20 μas (мікросекунд дуги).

Класичні астрометричні інструменти Правити

Класичний астрограф - телескоп-рефрактор. використовуваний для фотографування небесних об'єктів. Набули поширення в кінці XIX століття після винаходу фотографії. Використовувався для створення оглядів неба.

Телескоп Шмідта - дзеркально-лінзовий телескоп. має, в порівнянні з класичним астрографом, велику светосилу і поле зору. Також використовується для оглядів неба.

Довгофокусний астрограф - рефрактор з фокусною відстанню до 19 метрів. На відміну від класичного астрографа дає більше збільшення, що дозволяє його використовувати для вимірювання паралаксів.

Пасажний інструмент - рефрактор. який може обертатися тільки навколо горизонтальної осі, жорстко закріпленої на двох тумбах і розташованої в напрямку захід-схід. Для спостережень доступні небесні тіла в момент проходження ними небесного меридіана. тобто під час верхніх і нижніх кульмінацій. На осі закріплений спеціальний диск, по якому можна наводити трубу інструменту по висоті. Під час спостереження фіксується і момент часу проходження небесного тіла через меридіан.

Меридіанний коло - астрометричної інструмент для точного визначення екваторіальних координат небесних тіл за спостереженнями їх проходження через меридіан. На відміну від пасажного інструменту на осі закріплені розділені кола, що дозволяють з високою точністю визначати відміни спостерігаються небесних тіл.