Astrometrija

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Pojdi na navigacijo Pojdi na iskanje
Nasin laboratorij za reaktivni pogon v Kaliforniji je ena najbolj vidnih svetovnih organizacij, ki se ukvarja s temeljnimi problemi astrometrije.

Astrometrija (iz starogrške. Ἄστρον - "Zvezda" in μετρέω - " merim ") - oddelek astronomije , katerega glavna naloga je preučevanje geometrijskih in kinematičnih lastnosti nebesnih teles .

Glavna naloga astrometrije je podrobneje oblikovana kot visoko natančno določanje lokacije nebesnih teles in njihovih vektorjev hitrosti v določenem trenutku. Šest astrometričnih parametrov daje popoln opis teh dveh količin:

Natančno merjenje teh astrometričnih parametrov omogoča pridobivanje dodatnih informacij o astronomskem objektu, kot so [2] :

  • absolutna svetilnost predmeta;
  • masa in starost predmeta;
  • klasifikacija lokacije predmeta: v sončnem sistemu , v galaksiji , onkraj itd.;
  • klasifikacija družine nebesnih teles, ki ji predmet pripada;
  • odsotnost / prisotnost nevidnih satelitov v objektu.

Veliko teh informacij je potrebnih za sklepanje o fizikalnih lastnostih in notranji strukturi opazovanega predmeta, pa tudi za odgovore na bolj temeljna vprašanja - o prostornini, masi in starosti celotnega Vesolja . Tako je astrometrija ena najpomembnejših vej astronomije, ki zagotavlja eksperimentalne informacije, potrebne za razvoj drugih vej ( astrofizika , kozmologija , kozmogonija , nebesna mehanika itd.).

Astrometrijska klasifikacija

Temeljna astrometrija

Za natančne meritve položajev in premikov nebesnih teles je treba imeti referenčni okvir z danimi koordinatami. Temeljna astrometrija je podrazdelek astrometrije, ki se ukvarja s problemi izbire takšnega koordinatnega sistema in s tem povezanimi vprašanji - katere objekte izbrati za izvor (t. i. implementacija koordinatnega sistema ); kako povezati koordinatni sistem s predmeti, ki so izvor.

Sodobni koordinatni sistemi so razdeljeni na kinematične in dinamične :

Od začetka razvoja astronomije pa vse do konca 20. stoletja so astronomi vedno uporabljali natančno dinamični sistem ekvatorialnih koordinat. Točka spomladanskega enakonočja , tradicionalno označena s simbolom , - presečišča ekliptike z nebesnim ekvatorjem , določene iz opazovanj letnega gibanja Sonca.

Ta dinamični sistem ima več pomanjkljivosti. Zaradi precesije in nutacije zemeljske osi , gibanja rotacijske osi znotraj Zemlje, pa tudi sekularnih in periodičnih motenj zemeljske orbite iz teles Osončja (tako imenovana "precesija s planetov"). ” [3] ), se pomladno enakonočje premika med zvezdami. Medtem ko je astronomija uporabljala dinamični koordinatni sistem, so morali to gibanje kompenzirati z izračunom vpliva vseh zgoraj navedenih procesov oziroma preračunavanjem koordinat za vsako epoho .

Poleg tega dinamični referenčni okvir ne izpolnjuje zahteve po vztrajnosti za referenčni okvir .

Te težave so privedle do smotrnosti zamenjave dinamičnega koordinatnega sistema s kinematičnim. V sodobni astrometriji se uporablja kinematični koordinatni sistem. Trenutno je to koordinatni sistem ICRF v radijskem območju, z izvengalaktičnimi objekti kot referenco, in HCRF v optičnem območju, ki uporablja referenco na opazovalni sistem ICRF vesoljske astrometrične projekta Hipparcos .

Kinematični referenčni sistem, ki temelji na izvengalaktičnih objektih kot referenci, velja za kvaziinercialnega (ker je mogoče zanemariti pospešek pri gibanju zunajgalaktičnih objektov in celo prisotnost tega gibanja).

Vsak kinematični koordinatni sistem je določen s pomočjo osnovnega kataloga , kot niza vseh astrometričnih parametrov objektov, vključenih v ta katalog.

Praktična astrometrija

Praktična astrometrija je pododdelek, ki obravnava probleme: [2]

  • z uporabo vzpostavljenega koordinatnega sistema;
  • ugotavljanje na podlagi prejetih informacij, kje se nahajajo preučevani predmeti in kako se premikajo;
  • organiziranje in obdelava opazovanj za reševanje teh problemov;
  • oceniti točnost dobljenih rezultatov in jih izboljšati na zahtevano natančnost.

Praktična astrometrija bi morala vključevati tudi raziskave neba – sestavljanje podrobnih fotografskih zemljevidov, da bi katalogizirali čim več astrometričnih objektov.

Preučevanje vrtenja zemlje

Ker se astrometrična opazovanja v velikem obsegu izvajajo s površine Zemlje, je preučevanje kakršnih koli sprememb njenega gibanja in gibanja njene skorje povezano tudi z reševanjem astrometričnih problemov in je pododdelek astrometrije. Na gibanje vsake posebej izbrane točke na zemeljskem površju vplivajo procesi, kot so precesija , nutacija , gibanje polov , upočasnitev vrtenja Zemlje, premikanje litosfernih plošč in neenakomernost ure v gravitaciji. polje. V tem primeru parametri Zemljine rotacije niso konstantni; sčasoma se spreminjajo. Ena od metod, ki se uporablja za preučevanje vrtenja Zemlje, je gravimetrija

Treba je opozoriti, da se je vrtenje Zemlje do približno sredine 20. stoletja uporabljalo v astrometriji za merjenje časa in tudi geografskih koordinat. Po izumu natančnejših metod za obe, astrometrija zdaj rešuje inverzni problem – preučuje variacije v rotaciji Zemlje (zlasti pojemke) z uporabo natančnih časovnih standardov; in preučuje nihanja zemeljske skorje z uporabo globalnih satelitskih navigacijskih sistemov .

Zgodovina astrometrije

Pred pojavom astrofizike v začetku 20. stoletja je bila skoraj vsa astronomija zreducirana na astrometrijo. Astrometrija je neločljivo povezana z zvezdnimi katalogi . Prvi katalog je v starodavni Kitajski sestavil astronom Shi Shen. Natančneje, ni bil katalog, ampak shematski zemljevid neba. Prvi astrometrični katalog, ki vsebuje koordinate zvezd, je ustvaril starogrški astronom Hiparh in sega v leto 129 pred našim štetjem, vendar se ni ohranil. Ko je svoja opažanja primerjal s prejšnjimi, je Hiparh odkril pojav pričakovanja enakonočja ali precesije . Spodbuda za razvoj astrometrije so bile praktične potrebe človeka: brez kompasa in mehanske ure bi lahko navigacijo izvajali le z opazovanjem nebesnih teles (glej Astronomska navigacija ).

V srednjem veku je bila astrometrija razširjena v arabskem svetu. K temu so največ prispevali al-Battani (10. stoletje), al-Biruni (11. stoletje) in Ulugbek (15. stoletje). V 16. stoletju je Tycho Brahe 16 let opazoval Mars in ga obdelal, njegov naslednik Johannes Kepler je odkril zakone gibanja planetov . Na podlagi teh empiričnih zakonov je Isaac Newton opisal zakon univerzalne gravitacije in postavil temelje klasične mehanike , kar je privedlo do nastanka znanstvenega pristopa .

Konec 20. stoletja se je po pomembni krizi zgodila revolucija v astrometriji, zahvaljujoč razvoju računalniške tehnologije in izboljšanju detektorjev sevanja.

Glavne naloge sodobne astrometrije

Prvotna naloga astrometrije je bila merjenje položaja zvezd, da bi določili geografske koordinate za navigacijo . Če so geografske koordinate znane, potem lahko z označevanjem trenutka prehoda zvezde skozi nebesni poldnevnik ugotovite lokalni sončni čas .

Glavni cilji sodobne astrometrije

Stavba ameriškega mornariškega observatorija v Washingtonu, DC ( Eng. US Naval Observatory, ali USNO)
  • Izdelava novega temeljnega kataloga, ki bo sorazmerno izpolnjeval kriterije univerzalnosti, ki se zahtevajo za sodobna opazovanja;
  • Izboljšanje referenčnega sistema Zemlje ( ITRS ).
  • Preizkušanje teorije relativnosti, razjasnitev njenih temeljnih parametrov;
  • Izdelava univerzalnega zemljevida neba, ki ima prednosti pred obstoječimi fotografskimi raziskavami;
  • Pridobivanje astrometričnih parametrov za čim več različnih objektov v naši galaksiji;
  • Študija učinka mikrolečenja , vključno z njegovim vplivom na konstrukcijo temeljnega podpornega sistema;
  • Akumulacija opazovanj spremljanja za izboljšanje teorij gibanja Zemlje in teles Osončja;

Metode astrometrije

Astrometrična opazovanja

Količine, izmerjene v astronomskih opazovanjih točkovnega svetlobnega vira (vključno s katero koli zvezdo, razen s Soncem ), so: [2]

  • zvezdna magnituda - označuje število svetlobnih kvantov, ki so prišli iz točkovnega vira na enoto časa na enoto površine;
  • spektralna sestava - označuje porazdelitev valovnih dolžin vseh kvantov, ki so prišli iz vira;
  • koordinate ali položaji zvezd - vrednosti, ki kažejo, iz katere smeri so prišli ti kvanti.

Opazovanja, ki prikazujejo te količine, so fotometrična , spektroskopska in astrometrična. S pojavom novih, bolj univerzalnih detektorjev svetlobe je takšna delitev pri klasifikaciji opazovanj vse manj opazna. Za določitev astrometričnih parametrov nebesnih teles so potrebne vse tri navedene vrste meritev.

Natančnost merjenja položaja odvisno od radija slika difrakcijskega diska točkovnega vira in število svetlobnih kvantov prihaja iz vira, kot sledi:

Astrometrični instrumenti

Vesoljsko plovilo Gaia naj bi doseglo kotno natančnost do 20 µas (mikrosekund loka).

Klasični astrometrični instrumenti

Klasični astrograf je refraktorski teleskop, ki se uporablja za fotografiranje nebesnih objektov. Razširjene so postale konec 19. stoletja po izumu fotografije. Uporablja se za ustvarjanje pregledov neba.

Teleskop Schmidt je teleskop z zrcalno lečo , ki ima v primerjavi s klasičnim astrografom večjo odprtino in vidno polje. Uporablja se tudi za raziskave neba.

Astrograf z dolgim ​​ostrenjem je refraktor z goriščno razdaljo do 19 metrov. V nasprotju s klasičnim astrografom daje večjo povečavo, kar omogoča uporabo za merjenje paralaks .

Prehodni instrument je refraktor, ki se lahko vrti le okoli vodoravne osi, ki je togo pritrjena na dveh podstavkih in se nahaja v smeri zahod-vzhod. Nebesna telesa so na voljo za opazovanje v trenutku, ko prečkajo nebesni poldnevnik , torej v zgornjem in spodnjem vrhuncu . Na os je pritrjen poseben disk, po katerem lahko vodite cev orodja po višini . Med opazovanjem se zabeleži tudi trenutek prehoda nebesnega telesa skozi poldnevnik.

Meridianski krog je astrometrični instrument za natančno določanje ekvatorialnih koordinat nebesnih teles z opazovanjem njihovega prehoda skozi poldnevnik. V nasprotju s pasažnim instrumentom so na osi pritrjeni ločeni krogi, ki omogočajo natančno določitev deklinacije opazovanih nebesnih teles.

Zenith teleskop in zenitna cev se uporabljata za določanje zemljepisne širine.

Opombe (uredi)

  1. Radialna hitrost je včasih določena s spektri, zato se ne nanaša vedno na astrometrične parametre
  2. 1 2 3 Kuimov K.V. Sodobna astrometrija // Zemlja in vesolje : revija. - M. , 2003. - Št. 5 . - S. 23-34 .
  3. "Precesija s planetov" je zgodovinsko uveljavljen izraz za motnje s planetov. Nima nobene zveze s precesijo – gibanjem osi vrtečega se predmeta.

Povezave