3.АСТРОМЕТРИЯ

3.1.Задачи астрометрии и методы их решения

3.1.1.Предмет и задачи астрометрии

Астрометрия – фундаментальная часть практической астрономии. Это наука, создающая опорную инерциальную систему небесных координат в пространстве, согласованный комплекс фундаментальных астрономических постоянных, на основе получения координат небесных объектов, изучения вращения Земли.

Задачи, решаемые астрометрией, можно разделить на три группы

(рис.3.1):

1)установление на небесной сфере инерциальной системы небесных координат, которая не должна обладать никаким другим движением, кроме прямолинейного и равномерного;

2)задание систем измерения времени и определение параметров поступа- тельно-вращательного движения Земли;

3)создание согласованной системы фундаментальных астрономических постоянных.

Параметры поступательно-вращательного движения Земли

Рис.3.1. Задачи, решаемые астрометрией

Для решения указанных задач используются следующие массивы астро-

метрических наблюдений:

-координаты и собственные движения звезд;

-положения тел Солнечной системы;

-координаты полюса и неполярные колебания широт;

-астрономические поправки эталонного времени;

-положения ИСЗ, скорости их движения, расстояния до них;

-задержки сигналов в РСДБ.

Астрометрические наблюдения лежат в основе исследований в области небесной механики, они важны для решения фундаментальных проблем звездной динамики и галактической астрономии, а также многих задач астрофизики.

Астрометрические данные составляют фундамент всех практических приложе-

ний астрономии к геодезии, навигации, космическим исследованиям, к решению проблем, связанных с измерением времени и изучением вращения Земли.

Задачи астрометрии решаются рядом научных, военных, специализированных учреждений различных государств, как в отдельных странах, так и в рамках согласованных научных проектов международного сотрудничества. Полученные результаты используются, в частности, для координатно-временного обеспечения страны (КВО), где востребованы дипломированные специалисты специальности “Космическая геодезия”.

В рамках решения задач КВО в России создается фундаментальная ас- трономо-геодезическая сеть (ФАГС), которая практически реализует геоцентрическую систему координат [7]. Эта система координат согласовывается с

фундаментальными астрономическими (небесными) системами координат и

связывается с аналогичными пунктами различных государств. Параметры связи между земной системой координат, задаваемой пунктами Государственной геодезической сети (ГГС), и небесной системой, задаваемой квазарами и звездами, устанавливаются оперативными наблюдениями Государственной службы времени и частоты (ГСВЧ) и публикуются в специальных бюллетенях этой служ-

бы. Здесь же публикуются параметры вращения Земли и поправки для перехода к международным шкалам времени, необходимые для использования шкал атомного и координированного времени в работах по развитию ГГС. Таким образом, при создании ФАГС необходимы результаты решения практически всех задач астрометрии.

3. 1.2. Обзор методов астрометрии

Методы астрометрии разделяются на классические (наземные астроопти-

ческие) и современные (космические).

Астрооптические методы основаны на наблюдениях светил с помощью оптических инструментов, расположенных на поверхности Земли. Здесь решение астрометрических задач выполняется позиционным методом (по измерению направлений на звезды) или фотографическим методом.

Для фундаментальных астрооптических наблюдений традиционно исполь-

зуются стационарные астрономические инструменты: пассажный инстру-

мент, меридианный круг, вертикальный круг, зенит-телескоп, призменная астролябия, фотографическая зенитная труба, астрограф.

Внастоящее время налажена астрометрическая служба на обсерваториях всего мира, фундаментальные наблюдения практически автоматизированы. Основное ограничение на точность астрооптических методов накладывает атмосферная турбулентность. Из-за этого недостатка классические методы в настоящее время не могут конкурировать с современными методами решения астрометрических задач. Так, например, точность координат звезд, измеренных астрооптическими методами – сотые доли угловой секунды, а современными методами можно улучшить точность на несколько порядков – до тысячной или одной десятитысячной секунды.

Впоследние годы в наземной оптической астрометрии активно внедряется новая техника, например, оптические интерферометры. Можно отметить применение полупроводниковых панорамных приборов-приемников с зарядовой связью (ПЗС), введение режима полной автоматизации наблюдений (роботизации телескопов), применение адаптивной оптики, использование глобальных информационных сетей, лазерных дисков для хранения огромных массивов наблюденных данных и др.

Современное состояние астрометрии характеризуется в первую очередь постоянным совершенствованием техники и увеличением количества и качества наблюдений. На смену астрооптическим методам приходят методы космической геодезии.

В современных методах астрометрии используются космические аппараты, наблюдение искусственных спутников Земли (ИСЗ) и Луны, а также удаленных радиоисточников (радиогалактик и квазаров). К современным методам относятся:

1)использование астрометрических космических телескопов;

2)радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой – РСДБ;

3)лазерная локация ИСЗ и Луны;

4)радиотехнические методы космической геодезии – доплеровские и радиодальномерные.

Использование астрометрических космических телескопов

Астрометрические космические телескопы предназначены для решения следующих задач:

-определение относительных координат, относительных собственных движений и параллаксов звезд с высокой точностью (несколько десятитысячных долей секунды дуги);

-определение и уточнение шкалы расстояний и абсолютных светимостей

звезд;

-исследование структуры и эволюции Галактики;

-наблюдение квазаров для абсолютизации координат и собственных движений звезд;

-наблюдение двойных звезд, в том числе и тесных, с расстояниями между компонентами до 0,1″.

Наблюдения с искусственных спутников выгодно отличаются от наземных наблюдений отсутствием атмосферных помех, а также тем, что в одной точке и

водной и той же системе отсчета может наблюдаться полное небо.

При использовании космических аппаратов для составления каталогов звезд основными измеряемыми величинами являются дуги, соединяющие пары звезд, в том числе дуги, соединяющие опорные объекты (квазары, звезды с известными координатами) и определяемые звезды.

С 1989 по 1993 гг. на околоземной орбите работал космический телескоп HIPPARCOS Европейского космического агентства; в результате были получены звездные каталоги HIPPARCOS (118 218 звезд, с точностью 0,7″·10-3) и TYCHO (1 058 332 звезд, с точностью 25″·10-3). С 1990 г. на орбите работает Большой космический телескоп Хаббла, примерно 15% наблюдательного времени которого отводится на решение астрометрических задач.

Преемник проекта HIPPARCOS – космический телескоп-интерферометр Европейского космического агентства GAIA (Global Astrometric Interferometer for Astrophysics), который должен быть выведен на орбиту в 2011 г. Параллакс и собственное движение будут измеряться с помощью двух разнонаправленных телескопов, плоскость обзора которых перпендикулярна оси вращения. Радиальная скорость звезд будет измеряться с помощью спектрометра, также установленного на GAIA. Точность измерения параллакса и местоположения для ярких звёзд (до 15m) будет выше 2,5″·10-5, а для слабых звёзд (около 20m) до 0,3″·10-3. Предполагается получить точные данные для приблизительно одного миллиарда звезд.

Применение методов космической геодезии для решения задач астрометрии

Радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой (РСДБ, VLBI) состоит в наблюдении удаленных радиоисточников (радиогалактик и квазаров) на двух далеко разнесенных антеннах-приемниках. Здесь измеряется временная задержка прихода радиосигнала на антенны приемников. Квазары и радиогалактики практически не обладают собственным движением, в отличие от звезд, наблюдаемых астрооптическими методами. Это свойство квазаров позволяет использовать их при реализации небесной инерциальной системы координат, а также уточнять по их наблюдениям параметры нутации.

На основе РСДБ-наблюдений квазаров создана небесная инерциальная система координат ICRF (International Celestial Refernce Frame), положения ис-

точников в которой определены с точностью 1″·10-4. Метод РСДБ используется при определении параметров ориентации Земли (координат полюса до единиц сантиметра, продолжительности суток до десятитысячной секунды), для синхронизации с высокой точностью часов, находящихся в разных пунктах, для