Астрометрия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Астроме́трия (греч. αστρον — звезда и μετρηω — мерю) — раздел астрономии, главной задачей которого является проведение высокоточных измерений координат, расстояний и собственных движений светил с целью их дальнейшей каталогизации, а также определение географических координат и точного времени.

Содержание

1 Задачи и цели современной астрометрии
2 История астрометрии
3 Инструменты, используемые в астрометрии
- 3.1 Классические инстументы
- 3.2 Современные методы

[править] Задачи и цели современной астрометрии

Первоначально задачей астрометрии было измерение положения звезд с целью определения по ним географических координат для навигации. Если географические координаты известны, то отмечая момент прохождения светила через небесный меридиан, можно узнать местное время.

В конце XX века, благодаря бурному развитию вычислительной техники и появлению новых приемников электромагнитного излучения, в астрометрии произошла революция. За прошедшее столетие точность измерений возросла на два - три порядка. Поэтому изменились и задачи. Но астрометрические исследования по-прежнему в основном носят прикладной характер. Главная цель современной астрометрии – построение системы отсчета на земле (ITRS) и на небе (ICRS).

Положение одних тел может быть измерено только относительно других. То есть, как говорят физики, необходимо, чтобы была выбрана система отсчета. Кроме того, крайне желательно чтобы эта система была инерциальной – двигалась бы без ускорения и не вращалась. Небесная кинематическая система отсчета (в частности ICRS) связана с внегалактическими объектами — квазарами. Они расположены на расстоянии нескольких миллиардов световых лет и их можно считать неподвижными (с учетом нашей точности измерений). Их "неподвижность" обеспечивает квазиинерциальность системы. Результаты наблюдений, проводимых на наземных телескопах, связаны с земной геоцентрической системой отсчета (ITRS). Эта система вращается вместе с Землей и не является инерциальной, поэтому для дальнейшей обработки и каталогизации наблюдений их необходимо преобразовать в небесную систему отсчета. Для этого нужно учесть все особенности вращения Земли: прецессию, нутацию, движение полюсов, замедление вращения Земли - и даже такие незначительные, но заметные при современной точности эффекты, как движение литосферных плит, неравномерность хода часов в гравитационном поле. Параметры вращения Земли не постоянны — они меняются со временем. Периодические их измерения представляют не только научный интерес, но и обеспечивают национальную безопасность: без них ракеты не могли бы попадать в цели и шпионить спутники-шпионы. Конечно, астрометрия развивалась на деньги военных и для военных, но кое-что перепало и простым смертым — такое чудо цивилизации, как спутниковая навигация. Приёмники GPS и ГЛОНАСС получют все большее распространение.

Среди чисто научных направлений стоит отметить прямые измерения расстояний методом параллаксов. Прямые измерения гораздо более предпочтительнее косвенных — астофизических, ведь астрофизические методы основаны на эмпирических закономерностях, которые могут быть не точны. Эти закономерности, да и вообще вся теория строения звезд и происходящих в них процессов была создана на основе данных о расстоянии: светимости звезд (то есть мощность термоядерного источника энергии) определялась путем сравнения со всетимостью Солнца. Но параллактическое смещение — очень маленькая величина. Возможности астрометрии в этой области пока еще очень скромны. Угол в 0.001 секунды дуги соответствует "всего" 1000 пк (чуть более 3 тыс св. лет), в то время как расстояние до центра Галактики — 8,5 тысяч парсек.

Фанатическая погоня за точность превратила астрометрию в нечто вроде метрологии. Поиски новых и совершенстование старых методов учета и минимизации ошибок принесли огромную пользу науке. Выражение «Измерить с астрономической точностью» появилось именно благодаря астрометрии. Точность измерения углов сейчас достигает 1 mas (миллисекунды дуги) и точность измерения времени — 2 · 10⁻¹² с. (см. Международное атомное время). Предполагается, что космический аппарат Gaia увеличит точность измерения углов до 20 µas (микросекунд).

[править] История астрометрии

Основная статья: История астрономии

До появление астрофизики в начала XX века практичиески вся астрономия сводилась к астрометрии. Астрометрия неразрывно связана со звездными катологами. Первый каталог был составлен еще в Древнем Китае астрономом Ши Шенем. Точнее это был не каталог, а схематичная карта неба. Первый же астрометрический каталог, содержащий координаты звезд, был создан древнегреческим астрономом Гиппархом и датируется 129 годом до нашей эры, но, к сожалению, он не сохранился. Сравнив свои наблюдения с более ранними, Гиппарх открыл явление предварения равноденствий, или прецессию. Стимулом для развития астрометрии являлись практические нужды человека: без компаса и механических часов навигация могла осуществляться только по наблюдениям небесных светил (см. Астрономическая навигация).

В Средние века астрометрия была широко распространена в Арабском мире. Наибольший вкалад внесли Аль-Батани (X в.), Аль-Бируни (XI в.) и Улугбек (XV в.). В XVI веке Тихо Браге в течение 16 лет проводил наблюдения Марса, обработав которые его преемник Иоганн Кеплер открыл законы движения планет. На основе этих эмпирических законов Исаак Ньютон описал закон всемирного тяготения и заложил основы классической механики, что привело к появлению научного подхода.

Этот раздел не завершён. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив его.

[править] Инструменты, используемые в астрометрии

[править] Классические инстументы

Классический астрограф (см. Астрограф) — телескоп-рефрактор, использующийся для фотографирования небесных объектов. Получили распростарнение в конце XIX века после изобретения фотографии. Использовался для создания обзоров неба.

Телескоп Шмидта (см. Зеркально-линзовый телескоп) — Зеркально-линзовый телескоп, имеющий по сравнению с классическим астрографом бо́льшую светосилу и поле зрения. Также используется для обзоров неба.

Длиннофокусный астрограф - телескоп-рефрактор с фокусным расстоянием до 19 метров. В отличие от классического астрографа дает большее увеличение, что позволяет его использовать для измерения параллаксов.

Пассажный инструмент (см. пассажный инструмент) — телескоп-рефрактор, который может вращаться только вокруг горизонтальной оси, жестко закрепленной на двух тумбах и расположенной в направлении запад-восток. То есть для наблюдений доступны звезды, находящиеся в окрестности небесного меридиана. Инструмент предназначен для наблюдения звезд во время верхних и нижних кульминаций. На оси закреплен специальный диск, по которому можно определить высоту светила. Также фиксируется и момент времени прохождения светила через меридиан.

Зенит-телескоп (см. Зенит-телескоп) — используется для определения широты

Зенит-труба (см. Зенит-труба) — используется для определения широты