![Na pervuyu stranicu](http://images.astronet.ru/img/bookicon.gif)
<< 2.1 Osnovnye etapy ... | Oglavlenie | 2.3 Standartnye pakety programm >>
2.2 Problemy i tochnost'
Na tochnost' poverhnostnoi fotometrii vliyaet mnozhestvo faktorov. Odni iz nih privodyat k smesheniyu nul'-punkta shkaly zvezdnyh velichin, drugie pereraspredelyayut energiyu v fokal'noi ploskosti teleskopa i, sledovatel'no, izmenyayut raspredelenie poverhnostnoi yarkosti, tret'i prosto vnosyat sluchainye oshibki. Dalee my rassmotrim tol'ko tri naibolee sushestvennyh iz nih. Podrobnoe obsuzhdenie razlichnyh istochnikov oshibok v fotometrii galaktik mozhno naiti, naprimer, v stat'yah [19,20,23,31,32].
2.2.1 Fon neba
Naibolee ser'eznoi problemoi v fotometrii protyazhennyh ob'ektov yavlyaetsya to, chto galaktiki nablyudayutsya na fone nochnogo neba, izluchenie kotorogo daet zametnyi vklad v raspredelenie yarkosti izuchaemyh ob'ektov (osobenno v ih slabyh periferiinyh oblastyah) [20]. Fon neba vliyaet takzhe na obnaruzhenie galaktik, na tochnost' izmereniya ih zvezdnyh velichin i pokazatelei cveta.
Osnovnoi vklad v yarkost' bezlunnogo nochnogo neba dayut sleduyushie sostavlyayushie:
- --- svechenie atmosfery, obuslovlennoe fotohimicheskimi processami v ee verhnih sloyah;
- --- zodiakal'nyi svet -- rasseyannoe na mezhplanetnoi pyli izluchenie Solnca;
- --- izluchenie slabyh i nerazreshennyh zvezd nashei Galaktiki;
- --- diffuznoe izluchenie ot dalekih, slabyh galaktik.
Drugie faktory, vliyanie kotoryh na yarkost' fona neba zametno men'she, --
eto variacii mezhzvezdnogo poglosheniya v Galaktike; slabye otrazhatel'nye i
emissionnye tumannosti Galaktiki; protyazhennye oreoly ot yarkih zvezd,
raspolozhennyh vblizi nablyudaemyh ob'ektov (impul'snye otkliki
(PSF -- sm. p. 2.2.2)
takih zvezd mogut proslezhivat'sya do
).
Otnositel'nyi vklad etih sostavlyayushih v obshuyu yarkost' neba
var'iruetsya v zavisimosti ot polozheniya nablyudatelya na Zemle. On
zavisit takzhe ot galakticheskih i eklipticheskih koordinat
nablyudaemogo ob'ekta. Soglasno [33] osnovnoi vklad
v nablyudaemyi fon neba (pri nablyudeniyah v zenite, bez Luny,
vdali ot ploskostei ekliptiki i Mlechnogo Puti, a takzhe
v minimume solnechnoi aktivnosti)
vnosyat svechenie atmosfery (2/3) i zodiakal'nyi svet
(
1/3).
Svechenie atmosfery izmenyaetsya na masshtabah vremeni 2-3 minuty i ono
privodit k variaciyam srednego urovnya fona neba v predelah
2% [20].
Krome togo, svechenie atmosfery zavisit ot fazy cikla solnechnoi
aktivnosti (eti variacii mogut dostigat' faktora 4-5 [34]).
V bezlunnye yasnye nochi poverhnostnaya yarkost' fona neba v zenite
v mestah s horoshim astroklimatom v cvetovoi polose sostavlyaet
=22.5-23.0 [33,34,35].
S udaleniem ot zenita yarkost' fona uvelichivaetsya. Etot rost mozhet byt'
opisan sleduyushei priblizhennoi formuloi [36]:
, gde
i
-- eto poverhnostnye
yarkosti fona neba v zenite i v tochke nablyudenii, a
-- sootvetstvuyushee
zenitnoe rasstoyanie v radianah (sm. ris. 2). Pri bol'shih zenitnyh rasstoyaniyah
(
) luchshe ispol'zovat' bolee tochnuyu approksimaciyu
(naprimer, privedennuyu v [37]). Fon neba yavlyaetsya
otnositel'no ``krasnym'' -- ego pokazateli cveta blizki k cvetam
ellipticheskih galaktik (
[33,34,35]).
![]() |
Poverhnostnaya yarkost' fona neba pri nablyudeniyah na panoramnom
priemnike (PZS-matrice, fotoplastinke) yavlyaetsya funkciei koordinat
elementa izobrazheniya (piksela) -- . Togda
dlya nahozhdeniya poverhnostnoi yarkosti galaktiki v kakoi-libo tochke
neobhodimo iz nablyudaemogo (galaktika + fon) znacheniya yarkosti
vychest' znachenie fona:
.
Klyuchevym etapom pri etom yavlyaetsya opredelenie poverhnostnoi
yarkosti fona v oblasti, zanimaemoi galaktikoi. Kak pravilo, dlya etogo
osushestvlyaetsya dvumernaya interpolyaciya fona, naidennogo v oblasti
kadra vne issleduemoi galaktiki, v oblast', zanimaemuyu ob'ektom.
Pri etom tochnost' interpolyacii zavisit ot sootnosheniya
mezhdu ploshad'yu, po kotoroi nahodilos' priblizhenie fona, i ploshad'yu,
zanimaemoi galaktikoi: chem bol'she otnoshenie etih ploshadei, tem
tochnee mozhno ocenit' fon pod galaktikoi. Na praktike, odnako,
vybor svobodnoi ot galaktiki chasti kadra chasto zatrudnen iz-za
nebol'shogo razmera samogo kadra, perekrytiya izobrazhenii galaktik vo
vzaimodeistvuyushih sistemah, gruppah i skopleniyah, i iz-za vozmozhnogo
nalichiya u galaktik slabyh vneshnih obolochek.
Interpolyaciya fona v oblast' ob'ekta predpolagaet, chto fon raspredelen
regulyarnym, predskazuemym obrazom i, sledovatel'no, ego sluchainye
fluktuacii ne mogut byt' uchteny. V central'nyh oblastyah galaktik,
gde
, vklad etih sluchainyh otklonenii
poverhnostnoi yarkosti prenebrezhimo mal. Naprimer, dlya
i
otnositel'noi oshibke fona v oblasti ob'ekta
sootvetstvuet
oshibka v zvezdnyh velichinah 0.
001. Odnako na periferii galaktik,
gde
, vklad oshibok ocenki fona
mozhet stat' dominiruyushim. Naprimer, pri
i
otnositel'naya pogreshnost' fona
privodit k oshibke
0.
1. Esli zhe
, to oshibka
prevyshaet 1
. (Privedennye vyshe chislovye primery vzyaty iz
stat'i [20].)
Na ris. 3
po analogii s tem, kak eto bylo sdelano v [20,26],
my illyustriruem vliyanie netochnogo ucheta fona neba na raspredelenie
poverhnostnoi yarkosti u dvuh model'nyh galaktik -- ellipticheskoi, zadavaemoi
zakonom Vokulera (p. 4.1), i spiral'noi, raspredelenie poverhnostnoi
yarkosti u kotoroi opisyvaetsya eksponencial'nym zakonom (p. 5.1).
Model' ellipticheskoi galaktiki vzyata s effektivnoi poverhnostnoi
yarkost'yu1 (kak u standartnoi ellipticheskoi galaktiki NGC 3379
soglasno [38]), dlya spiral'noi galaktiki znachenie central'noi
poverhnostnoi yarkosti diska prinyato ravnym
[39].
Znachenie yarkosti fona neba dlya pokazannyh na ris. 2 primerov
sostavlyaet
. Osi absciss na ris. 2 razmecheny
v bezrazmernyh edinicah: v dolyah effektivnogo radiusa
dlya
ellipticheskoi galaktiki i v dolyah eksponencial'nogo masshtaba diska
dlya spiral'noi galaktiki.
![]() |
Kak vidno na ris. 3, netochnyi uchet fona neba pri fotometrii mozhet privesti k sil'nomu iskazheniyu periferiinyh oblastei galaktik: mozhno legko poluchit' usechennye raspredeleniya yarkosti (shtrihovye linii), a mozhno, naoborot, ``otkryt''' protyazhennye obolochki (linii iz tochek).
Kapachchioli i Vokuler [20] zaklyuchili, chto statisticheskie
fluktuacii fona neba ogranichivayut oblast' otnositel'no tochnoi
nazemnoi poverhnostnoi fotometrii galaktik urovnem yarkosti
(ili
0.4
/pk
). Etot predel ne mozhet byt'
sil'no ponizhen i pri nablyudeniyah iz kosmosa, tak kak pri etom
isklyuchaetsya tol'ko pervaya iz perechislennyh ranee sostavlyayushih
fona (svechenie verhnih sloev atmosfery).
V naibolee tshatel'nyh nazemnyh fotometricheskih issledovaniyah
galaktiki, deistvitel'no, proslezhivayutsya do
(naprimer, [38]).
V rabote [32] dlya fotometrii spiral'noi galaktiki NGC 5907
byli ispol'zovany srednepolosnye fil'try, vybrannye tak, chtoby
v nih ne popali naibolee intensivnye i peremennye linii izlucheniya
nochnogo neba (central'nye dliny voln fil'trov ravny 6660Å i
8020Å, shiriny -- 480Å i 260Å sootvetstvenno).
Eto pozvolilo avtoram uchest' vklad fona s tochnost'yu
0.05% i prosledit' raspredelenie yarkosti u galaktiki vplot'
do
(ili do
) s oshibkoi
1
.
Nablyudeniya na Kosmicheskom Teleskope (KT) imeni Habbla s pomosh'yu
WFPC2 za neskol'ko chasov ekspozicii takzhe pozvolyayut izuchit'
galaktiki do primerno takogo zhe predela [40].
2.2.2 PSF
Nablyudaemoe v fokal'noi ploskosti teleskopa izobrazhenie ob'ekta iskazheno sovmestnym vliyaniem atmosfery i opticheskoi sistemy. Nestabil'nost' opticheskih svoistv atmosfery privodit k tomu, chto izobrazhenie tochechnogo istochnika (naprimer, zvezdy) yavlyaetsya neustoichivym turbulentnym diskom. Krome togo, podobnoe zhe ``razmytie'' izobrazheniya proizvoditsya i teleskopicheskoi sistemoi, poskol'ku ona vsegda obladaet ostatochnymi sfericheskimi aberraciyami, vyzvannymi oshibkami v izgotovlenii optiki i temperaturnymi deformaciyami zerkal. Netochnosti gidirovki i defokusirovka takzhe uhudshayut izobrazheniya.
Predpolozhiv, chto vse eti iskazheniya yavlyayutsya lineinymi i prostranstvenno
invariantnymi, svyaz' nablyudaemogo () i istinnogo (
)
izobrazhenii ob'ekta mozhno predstavit' sleduyushim obrazom:
,
gde funkciya
nazyvaetsya impul'snoi harakteristikoi iskazhayushei
sistemy (v nashem sluchae takoi sistemoi yavlyaetsya atmosfera+teleskop)
ili peredatochnoi funkciei. V angloyazychnoi literature dlya nazvaniya
chasto ispol'zuetsya abbreviatura PSF (point spread function -
funkciya rasseyaniya tochki). V kachestve eksperimental'noi realizacii
PSF v astronomii obychno ispol'zuyut profili zvezdnyh izobrazhenii.
Kak pravilo, v kachestve analiticheskoi approksimacii PSF
rassmatrivayut gaussianu i ee razlichnye modifikacii
(naprimer, gaussiana s eksponencial'nymi kryl'yami, superpoziciya
neskol'kih gaussian). V pakete programm
IRAF (sm. dalee p. 2.3) v kachestve ``standartnoi'' PSF primenyaetsya
funkciya Moffata (Moffat function) [41]:
, gde parametr
harakterizuet shirinu PSF, a
-- konstanta (obychno ispol'zuyutsya znacheniya
).
``Razmytie'' izobrazheniya mozhet sushestvenno povliyat' na raspredelenie poverhnostnoi yarkosti v central'nyh oblastyah galaktik. Osobenno sil'no ono skazyvaetsya na dalekih ob'ektah, razmery kotoryh sravnimy s shirinoi PSF. K primeru, nazemnye i kosmicheskie issledovaniya podstilayushih galaktik kvazarov, izuchenie Fundamental'noi Ploskosti dlya galaktik rannih tipov (sm. p. 8.2) -- eti raboty nevozmozhny bez tshatel'nogo ucheta vliyaniya PSF na fotometricheskie harakteristiki ob'ektov (naprimer, [42,43]).
Vliyanie PSF (ili ``kachestva izobrazheniya'') iskazhaet izmereniya vidimyh
zvezdnyh velichin () i poverhnostnyh yarkostei
vblizi ot yadra galaktiki, privodit k uvelicheniyu
effektivnogo radiusa
, a takzhe k umen'sheniyu vidimoi elliptichnosti izofot
(
, gde
i
-- eto bol'shaya i malaya poluosi
approksimiruyushego dannuyu izofotu ellipsa).
Dlya opisaniya etogo effekta bylo predlozheno neskol'ko analiticheskih
vyrazhenii. Naprimer, Pare [42] byli predlozheny
sleduyushie formuly dlya korrekcii nablyudenii ellipticheskih galaktik
(a takzhe opisyvaemyh zakonom Vokulera baldzhei spiral'nyh galaktik):
gde
![$r$](https://images.astronet.ru/pubd/2006/08/23/0001215351/img5.gif)
![$F$](https://images.astronet.ru/pubd/2006/08/23/0001215351/img81.gif)
![$2F\leq a \leq5r_e$](https://images.astronet.ru/pubd/2006/08/23/0001215351/img82.gif)
![$0\leq \epsilon \leq0.7$](https://images.astronet.ru/pubd/2006/08/23/0001215351/img83.gif)
![$F\leq a \leq5r_e$](https://images.astronet.ru/pubd/2006/08/23/0001215351/img84.gif)
![$F\leq a \leq3F$](https://images.astronet.ru/pubd/2006/08/23/0001215351/img85.gif)
![$F\leq r \leq3r_e$](https://images.astronet.ru/pubd/2006/08/23/0001215351/img86.gif)
![$0\leq \epsilon \leq0.7$](https://images.astronet.ru/pubd/2006/08/23/0001215351/img83.gif)
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
(![]() |
(![]() |
(![]() |
|
2 | -0.445 | -0.199 | -0.081 |
3 | -0.211 | -0.094 | -0.039 |
4 | -0.123 | -0.055 | -0.022 |
5 | -0.080 | -0.036 | -0.015 |
10 | -0.021 | -0.009 | -0.004 |
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
(![]() |
(![]() |
(![]() |
|
1.1 | -0.177 | -0.353 | -0.618 |
2 | -0.053 | -0.107 | -0.187 |
3 | -0.024 | -0.048 | -0.083 |
4 | -0.013 | -0.027 | -0.047 |
5 | -0.009 | -0.017 | -0.030 |
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
(![]() |
(![]() |
(![]() |
|
1 | 0.334 | 0.302 | 0.270 |
2 | 0.083 | 0.075 | 0.067 |
3 | 0.037 | 0.034 | 0.030 |
4 | 0.021 | 0.019 | 0.017 |
5 | 0.013 | 0.012 | 0.011 |
V tablicah 1-3
privedeny rezul'taty raschetov po formulam (3-5).
Ochevidno, chto, kogda rassmatrivaetsya central'naya oblast' galaktiki,
sravnimaya s shirinoi PSF, ``kachestvo izobrazheniya'' ochen' sil'no
vliyaet na ee nablyudaemye harakteristiki. Naprimer, esli standartnaya
ellipticheskaya galaktika NGC 3379 budet nahoditsya na umerennom
krasnom smeshenii , to pri znacheniyah parametra zamedleniya
i postoyannoi Habbla H
=65 km/s/Mpk ee effektivnomu
radiusu
kpk [38] budet sootvetstvovat' uglovoi
razmer 0.
5. Predpolozhim, chto my nablyudaem etu galaktiku v meste
s ochen' horoshim ``kachestvom izobrazheniya'' -- F=FWHM
=0.
5.
Togda, pri izmerenii s krugloi diafragmoi diametrom 1.
0, my
nedoocenim ee vidimuyu zvezdnuyu velichinu na 0.
33. Znachenie
poverhnostnoi yarkosti na rasstoyanii 1.
0 (ili 5.5 kpk) ot yadra galaktiki
budet zanizheno na 0.
45. V predelah 0.
5 ot yadra izofoty
galaktiki budut kruglymi.
V [47] privedeno obshee analiticheskoe issledovanie zadachi ob
ispravlenii harakteristik raspredeleniya yarkosti, opisyvaemogo formuloi
Sersika (sm. dalee p. 4.2), za vliyanie PSF, predstavlennoi gaussianoi.
Reshenie zadachi predstavleno v vide razlozhenii po gipergeometricheskim
funkciyam. Okazalos', chto atmosfernoe razmytie v naibol'shei stepeni vliyaet
na parametr (formula (25)), harakterizuyushii formu
raspredeleniya yarkosti.
2.2.3 Nul'-punkt shkaly zvezdnyh velichin
Nul'-punkt shkaly zvezdnyh velichin obychno ustanavlivaetsya po
nablyudeniyam fotometricheskih standartov -- zvezd s horosho izvestnymi
vidimymi zvezdnymi velichinami (s oshibkoi ),
naprimer, iz spiska Landol'ta [48].
Zvezdy nablyudayutsya neskol'ko raz v techenii dannoi
nochi i po ih nablyudeniyam stroyatsya sootnosheniya mezhdu instrumental'nymi
zvezdnymi velichinami i velichinami v standartnoi sisteme [49].
Esli instrumental'naya i standartnaya (naprimer,
-sistema Dzhonsona
i Morgana) sistemy blizki, to svyaz' mezhdu nimi mozhet byt' predstavlena
v vide lineinyh uravnenii:
,
,
,
gde ,
i
-- vneatmosfernye velichiny zvezd v instrumental'noi
sisteme, a
,
,
-- sootvetstvuyushie im velichiny v
standartnoi. V ideal'nom sluchae, to est' togda, kogda sistemy sovpadayut,
i
. Vneatmosfernaya instrumental'naya zvezdnaya
velichina (naprimer,
) obychno zapisyvaetsya tak:
,
gde -- summarnaya otnositel'naya yarkost' zvezdy,
--
prodolzhitel'nost' ekspozicii,
-- koefficient atmosfernoi
ekstinkcii (poglosheniya) v dannoi cvetovoi polose i
-- vozdushnaya
massa. Dlya ne ochen' bol'shih znachenii zenitnogo rasstoyaniya
(
) mozhno schitat', chto
.
Na praktike pri obrabotke nablyudenii chasto ispol'zuyut
srednie znacheniya koefficientov poglosheniya
, kotorye, kak pravilo,
uzhe izvestny dlya mnogih observatorii po rezul'tatam vypolnennyh
ranee nablyudenii. Procedura tochnogo opredeleniya koefficientov
ekstincii podrobno opisana v stat'e Hardi [49].
Pri vybore zvezd-standartov zhelatel'no,
chtoby diapazon izmeneniya ih pokazatelei cveta sootvetstvoval ili
perekryval diapazon izmeneniya pokazatelei cveta nablyudayushihsya
v techenie dannoi nochi galaktik. Pri tshatel'nyh nablyudeniyah i izmereniyah
tochnost' nul'-punkta shkaly zvezdnyh velichin po nablyudeniyam standartov
mozhet byt' ne huzhe .
Drugoi rasprostranennyi sposob standartizacii fotometricheskih dannyh - eto privyazka k fotoelektricheskim izmereniyam issleduemoi galaktiki, vypolnennym s ispol'zovaniem diafragm raznogo razmera (kak pravilo, diafragmy centriruyutsya na yadro). V etom sluchae na tochnost' nul'-punkta vliyaet pogreshnost' fotoelektricheskih izmerenii, a takzhe tochnost' vystavleniya izmeritel'noi diafragmy na yadro. V sluchae neakkuratnogo centrirovaniya oshibka nul'-punkta shkaly zvezdnyh velichin zavisit ot otnositel'noi velichiny smesheniya diafragmy, a takzhe ot zakona raspredeleniya poverhnostnoi yarkosti v galaktike i ot velichiny harakternogo masshtaba etogo raspredeleniya. Velichiny oshibok centrirovaniya dlya modeli ellipticheskoi galaktiki privedeny na ris. 2 v stat'e [20]. V sluchae akkuratnogo vystavleniya diafragm oshibki centrirovaniya ne prevyshayut neskol'kih sotyh zvezdnoi velichiny.
Dlya privyazki PZS i fotograficheskih dannyh udobno ispol'zovat' katalog Longo i Vokulera [50], summiruyushii rezul'taty fotoelektricheskih nablyudenii dlya neskol'kih tysyach galaktik. Krome togo, rezul'taty original'nyh fotoelektricheskih nablyudenii i sootvetstvuyushie ssylki mozhno naiti v bazah vnegalakticheskih dannyh - naprimer, v NED (NASA/IPAC Extragalactic Database -- sm. http://nedwww.ipac.caltech.edu) [51] ili Hypercat (http://www-obs.univ-lyon1.fr/hypercat) [52].
Sredi drugih sposobov standartizacii poverhnostnoi fotometrii mozhno otmetit' privyazku k fotoelektricheskim izmereniyam fona neba vblizi ot issleduemogo ob'ekta [53], a takzhe k fotoelektricheskim skanam galaktiki.
<< 2.1 Osnovnye etapy poverhnostnoi | Oglavlenie | 2.3 Standartnye pakety ... >>
Publikacii s klyuchevymi slovami:
Fotometricheskaya sistema - slabye galaktiki - Skoplenie galaktik - fotometriya
Publikacii so slovami: Fotometricheskaya sistema - slabye galaktiki - Skoplenie galaktik - fotometriya | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> |