Sobstvennye dvizheniya "nepodvizhnyh" zvezd i ih znachenie v astronomii

A.A.KISELEV

Sankt-Peterburgskii gosudarstvennyi universitet

Kratko izlagaetsya istoriya otkrytiya sobstvennyh dvizhenii zvezd i nablyudatel'nyh programm, svyazannyh s issledovaniyami kinematiki zvezdnyh dvizhenii. Glavnye rezul'taty issledovanii: opredeleno dvizhenie Solnca otnositel'no blizhaishih zvezd, ustanovleno differencial'noe vrashenie Galaktiki, naideny rasstoyaniya do udalennyh grupp zvezd na osnove vekovyh i statisticheskih parallaksov.

Vvedenie

Obosnovanie inercial'noi sistemy koordinat v astronomii

Otkrytie dvizhenii "nepodvizhnyh" zvezd prinadlezhit znamenitomu angliiskomu astronomu Edmundu Galleyu, obnaruzhivshemu v 1718 godu, chto nekotorye yarkie zvezdy iz kataloga Gipparha-Ptolomeya zametno izmenili svoi polozheniya sredi drugih zvezd. Eto byli Sirius, smestivshiisya k yugu pochti na poltora diametra Luny, Arktur - na dva diametra k yugu i Al'debaran, smestivshiisya na 1/4 diametra Luny k vostoku. Zamechennye izmeneniya nel'zya bylo pripisat' oshibkam kataloga Ptolomeya, ne prevoshodivshim, kak pravilo, 6' (1/5 diametra Luny). Otkrytie Galleya vskore (1728 god) bylo podtverzhdeno drugim angliiskim astronomom, Dzheimsom Bradleem, kotoryi izvesten bolee kak pervootkryvatel' godichnoi aberracii zvezd. V dal'neishem opredeleniyami dvizhenii zvezd zanimalis' Tobias Maier (1723-1762), Nikola Lakail' (1713-1762) i mnogie drugie astronomy vplot' do Fridriha Besselya (1784-1846), polozhivshie nachalo sovremennoi fundamental'noi sisteme polozhenii zvezd.

Lyubopytno, chto potrebovalos' pochti 2000 let, chtoby razrushit' slozhivsheesya predstavlenie o nepodvizhnyh zvezdah, chtoby nachat' iskat' i naiti dvizheniya zvezd. Eta revolyuciya v astronomii konechno zhe proizoshla blagodarya torzhestvu N'yutonovoi mehaniki, ustanovivshei zakony dvizheniya nebesnyh tel, vklyuchaya zvezdy, o kotoryh uzhe i v XVIII veke astronomy znali, chto eto tela, pohozhie na Solnce. No glavnyi interes dlya astronomov togo vremeni predstavlyali Luna (dlya navigacii), planety i Zemlya kak planeta. N'yutonova mehanika sozdala usloviya dlya matematicheski strogogo izucheniya dvizhenii etih tel, ostavalos' tol'ko naiti sistemu koordinat, kotoruyu mozhno bylo by priznat' pokoyasheisya ili nahodyasheisya v sostoyanii ravnomernogo pryamolineinogo dvizheniya, to est' inercial'nuyu sistemu koordinat, udovletvoryayushuyu pervomu zakonu N'yutona, takuyu sistemu koordinat, k kotoroi legko i prosto mozhno bylo by otnesti vse nablyudaemye dvizheniya Luny, planet, i Zemli v tom chisle. Takuyu sistemu koordinat, kazalos' by, voploshali "nepodvizhnye" zvezdy. I vot astronomy nachali opredelyat' sfericheskie koordinaty zvezd, otnosya ih k ekvatorial'noi sisteme, gde v kachestve osnovnoi ploskosti prinimaetsya ploskost', parallel'naya zemnomu ekvatoru, a nachalom otscheta dolgot (pryamyh voshozhdenii) sluzhit tochka vesennego ravnodenstviya. Razvitie instrumental'noi tehniki i masterstva nablyudatelei (Dzh. Bradlei, T. Maier) sposobstvovalo rezkomu uluchsheniyu tochnosti opredeleniya koordinat zvezd v ekvatorial'noi sisteme. Na osnove takih nablyudenii byli sostavleny pervye katalogi polozhenii nekotorogo chisla izbrannyh zvezd. Tochnost' polozhenii zvezd v etih katalogah uzhe v XVIII veke priblizhalas' k 1", a v XIX veke eshe zametno povysilas'. Razlichie koordinat zvezd v katalogah, sostavlennyh i otnesennyh k razlichnym epoham, obnaruzhilo, chto prinyataya sistema ekvatorial'nyh koordinat neinercial'na. N'yutonova mehanika pozvolila strogo obosnovat' prichiny i harakter izmenenii koordinat zvezd, otnesennyh k sisteme ekvatorial'nyh koordinat - k sisteme otscheta, zadannoi svobodnym vrasheniem Zemli, obrashayusheisya okolo Solnca i ispytyvayushei vozmusheniya so storony Luny i planet. Eti izmeneniya koordinat: 1) yavlenie precessii, kotoroe bylo izvestno eshe drevnim kak "predvarenie ravnodenstvii"; 2) yavlenie nutacii, kotoroe bylo otkryto Bradleem. Oba eti yavleniya vmeste s aberraciei byli proslezheny i podrobno izucheny neskol'kimi pokoleniyami astronomov v XVIII i XIX vekah, nachinaya Bradleem i konchaya Besselem. V itoge byli nadezhno opredeleny chislennye znacheniya postoyannyh precessii, nutacii i aberracii, to est' teh velichin, kotorye i v nastoyashee vremya sostavlyayut chast' v perechne tak nazyvaemyh fundamental'nyh postoyannyh astronomii. Takim obrazom, byli sozdany vse usloviya dlya perehoda ot vidimyh (mgnovennyh) koordinat zvezd k koordinatam, otnesennym k nekotoroi postoyannoi (ostanovlennoi) sisteme osei, kotoruyu s horoshim priblizheniem mozhno schitat' inercial'noi. Na yazyke astronomov - nebesnyh mehanikov - etot perehod nazyvaetsya preobrazovaniem ot vidimyh polozhenii zvezd k ih srednim polozheniyam v sisteme ekvatora i ravnodenstviya zadannoi epohi. Eto preobrazovanie bylo podrobno obosnovano i izlozheno v fundamental'noi rabote Besselya "Fundamenta astronomiae" v 1818 godu, kotoraya do sih por sohranyaet svoe znachenie. Obosnovanie inercial'noi sistemy koordinat v astronomii sozdalo neobhodimye usloviya dlya opredeleniya i issledovanii real'nyh dvizhenii nebesnyh tel, v tom chisle i zvezd, v okruzhayushem Zemlyu zvezdnom mire.

Sobstvennye dvizheniya zvezd

Meridiannye sobstvennye dvizheniya

Sobstvennym dvizheniem zvezdy v astronomii nazyvayut velichiny, harakterizuyushie ee uglovoe peremeshenie na nebesnoi sfere v zadannoi sisteme koordinat za edinicu vremeni. Esli kakaya-libo zvezda nablyudalas' dvazhdy v epohu t₁ i epohu t₂ i ee vidimye koordinaty - pryamoe voshozhdenie (AR) i sklonenie (Decl) - privedeny v sistemu fundamental'nogo kataloga FK5 (epoha T₀), to ee sobstvennoe dvizhenie opredelyaetsya kak

(1)

razmernost' - sekunda vremeni v god,

razmernost' - uglovaya sekunda v god.

Opredelennye takim sposobom sobstvennye dvizheniya zvezd inogda nazyvayut meridiannymi, tak kak oni opredelyayutsya v rezul'tate sravneniya dvuh polozhenii, poluchennyh posredstvom nablyudenii na meridiannyh krugah. Massovye opredeleniya meridiannyh sobstvennyh dvizhenii zvezd stali vozmozhnymi uzhe v XIX veke v rezul'tate sozdaniya neskol'kih desyatkov meridiannyh katalogov, privedennyh k nekotoroi odnoi fundamental'noi sisteme. Naibol'shee chislo (33 342) polozhenii i sobstvennyh dvizhenii zvezd (v tom chisle slabyh - do 9-i zvezdnoi velichiny) v odnoi sisteme privedeno v izvestnom obshem kataloge "General Catalogue" L'yuisa Bossa (1910 god). Oshibki sobstvennyh dvizhenii v etom kataloge sostavlyayut ± (0,005-0,15)"/god. K sozhaleniyu, polozheniya i dvizheniya zvezd nesvobodny ot sistematicheskih oshibok. Novye fundamental'nye katalogi zvezd FK4 i FK5 sohranyayut oshibki sobstvennyh dvizhenii na urovne ± (0,002-0,005)"/god, odnako eti katalogi ohvatyvayut lish' nebol'shoe chislo izbrannyh, v osnovnom yarkih zvezd. K 1995 godu bylo izvestno ne menee 50 000 meridiannyh sobstvennyh dvizhenii zvezd ot samyh yarkih do 9-i zvezdnoi velichiny. Oshibki etih sobstvennyh dvizhenii mogut byt' ot ± 0,002" do ± 0,010" v zavisimosti ot prodolzhitel'nosti istorii nablyudenii. Po velichine bol'shinstvo izvestnyh sobstvennyh dvizhenii men'she 0,050"/god, odnako vstrechayutsya i bol'shie sobstvennye dvizheniya do 10"/god (zvezda Barnarda), kotorymi obladayut, kak pravilo, blizhaishie k Solncu zvezdy v sootvetstvii s geometricheskim usloviem

(2)

Zdes' V_t - proekciya na nebesnuyu sferu prostranstvennoi skorosti zvezdy v sisteme koordinat, dvizhusheisya vmeste s Solncem, D - rasstoyanie do zvezdy v parsekah (1 pk = 206 265 astronomicheskih edinic = 3,26 svetovyh let). Razmernost' V_t - km/s, razmernost' " - uglovaya sekunda v god. V sootvetstvii s (2) u yarkih blizkih k Solncu zvezd Sirius (D = 2,7 pk, V_t = 17 km/s) i Arktur (D = 11,1 pk, V_t = 120 km/s) obnaruzheny takie sobstvennye dvizheniya: = 1,315" (Sirius) i = 2,287" (Arktur), dostatochno bol'shie, chtoby nevooruzhennym glazom zametit' smeshenie etih zvezd otnositel'no drugih za 2000 let, proshedshih so vremen Gipparha.

Fotograficheskie sobstvennye dvizheniya zvezd

B konce proshlogo veka v praktiku nablyudatel'noi astronomii prochno vnedrilas' fotografiya. Sushestvenno vozrosli pronicayushaya sila teleskopov i informativnost' nablyudenii. Poyavilas' real'naya vozmozhnost' opredelyat' milliony sobstvennyh dvizhenii zvezd, vklyuchaya samye slabye (do 21-i zvezdnoi velichiny). Mezhdunarodnaya astronomicheskaya obshestvennost' soglasovala neskol'ko kooperativnyh proektov fotograficheskih nablyudenii vsego neba.

Pervyi proekt - katalog "Karta neba" ("Carte du Ciel") byl prinyat po iniciative astronomov Parizhskoi observatorii v 1887 godu (admiral Mushe). Etot proekt predusmatrival fotografirovanie s dvukratnym perekrytiem vsego neba s pomosh'yu astrografov brat'ev Anri (D = 230 mm, F = 3460 mm, pole 2° x 2°). On byl vypolnen tol'ko k 1938 godu. Fotoplastinki (okolo 20 000) byli izmereny i hranyatsya na 23 observatoriyah v raznyh stranah. Opublikovany izmerennye koordinaty okolo treh millionov zvezd do 12-i zvezdnoi velichiny. Katalog "Karta neba" v nastoyashee vremya priobrel osobuyu cennost' kak dokument, svidetel'stvuyushii ob otnositel'nyh polozheniyah zvezd do 12-i zvezdnoi velichiny po vsemu nebu v epohu, blizkuyu k 1900 godu. Etot katalog shiroko ispol'zuetsya dlya opredeleniya fotograficheskih sobstvennyh dvizhenii zvezd s bol'shoi tochnost'yu - do ± (0,003-0,006)"/god pri raznosti epoh poryadka 100 let.

Vtoroi proekt prinadlezhit izvestnomu gollandskomu astronomu Ya. Kapteinu (1906 god), predlozhivshemu fotografirovat' na dlinnofokusnyh instrumentah s maksimal'noi ekspoziciei nebol'shie ploshadki ot 1° x 1° do 2° x 2°, ravnomerno raspredelennye po vsemu nebu (vsego 206 ploshadok). Predpolagalos', chto predel'naya velichina zvezd v ploshadyah Kapteina sostavit 15-18 zvezdnyh velichin. Po kazhdoi iz ploshadok Kapteina bylo neobhodimo poluchit' maksimum informacii o velichinah zvezd, ih cvetah, spektrah i, konechno, o sobstvennyh dvizheniyah. Nauchnaya zadacha plana Kapteina - issledovanie struktur, kinematiki i dinamiki zvezdnogo naseleniya nashei Galaktiki. Plan Kapteina byl v osnovnom vypolnen. Vo vsyakom sluchae kinematicheskaya chast' plana byla obespechena dvumya prevoshodnymi katalogami sobstvennyh dvizhenii zvezd v ploshadyah Kapteina, sozdannyh blagodarya usiliyam astronomov Radkliffskoi (H. Noks-Shou i H. Skot-Barret, 1934 god) i Pulkovskoi (A.N. Deich, 1940 god) observatorii.

Po povodu fotograficheskih sobstvennyh dvizhenii zvezd neobhodimo sdelat' neskol'ko vazhnyh zamechanii.

1. Fotograficheskie sobstvennye dvizheniya zvezd opredelyayutsya sravneniem izmerennyh polozhenii zvezd na razlichnyh plastinkah, poluchennyh v raznye epohi. V silu etogo fotograficheskie sobstvennye dvizheniya neizbezhno ostayutsya otnositel'nymi, to est' opredelyayut dvizhenie odnih zvezd otnositel'no nekotoroi gruppy drugih zvezd (tak nazyvaemyh opornyh zvezd), o dvizhenii kotoryh delayutsya bolee ili menee pravdopodobnye predpolozheniya. Takim obrazom, chtoby pereiti ot fotograficheskih sobstvennyh dvizhenii zvezd k meridiannym (imeyushim smysl inercial'nyh ili "absolyutnyh"), neobhodimo vypolnit' dopolnitel'noe issledovanie, kotoroe astronomy inogda nazyvayut absolyutizaciei i kotoroe redko byvaet bezuprechnym.

2. Glavnoe dostoinstvo fotograficheskih sobstvennyh dvizhenii v ih otnositel'no vysokoi tochnosti i massovosti v otnoshenii samyh slabyh zvezd. Eto obstoyatel'stvo delaet ih nezamenimym nablyudatel'nym materialom pri statisticheskih issledovaniyah, svyazannyh s opredeleniem dispersii pekulyarnyh (individual'nyh) dvizhenii zvezd i raspredeleniem dvizhenii zvezd, otnesennyh k raznym tipam zvezdnogo naseleniya.

3. Sushestvennym nedostatkom fotograficheskih sobstvennyh dvizhenii zvezd yavlyaetsya ih nesvoboda ot raznogo roda sistematicheskih oshibok, svyazannyh s fotograficheskim metodom nablyudenii. Eto tak nazyvaemye oshibki "uravneniya bleska", "uravneniya cveta" i nekotorye drugie, svyazannye s nesovershenstvom optiki shirokougol'nyh teleskopov, primenyaemyh v astrofotografii. Perechislennye oshibki vyrazhayutsya v sistematicheskom smeshenii izobrazhenii zvezd na plastinke v zavisimosti ot yarkosti, cveta zvezd i ih polozheniya na plastinke. Eti oshibki trudno kalibruyutsya, tak kak oni zavisyat eshe ot postoyanno izmenyayushihsya uslovii nablyudenii (prozrachnosti atmosfery, vetra, kachestva izobrazhenii).

Tretii proekt, predlozhennyi mezhdunarodnomu astronomicheskomu soobshestvu, v znachitel'noi mere svyazan s popytkoi preodolet' trudnosti ustanovleniya sistemy fotograficheskih sobstvennyh dvizhenii (sm. zamechanie 1) i, naprotiv, ispol'zovat' vse preimushestva, vytekayushie iz ih massovosti (sm. zamechanie 2).

Ideya etogo proekta byla odnovremenno vyskazana v 30-h godah amerikanskim astronomom Raitom i B.V. Numerovym v SSSR. Soglasno etoi idee, predlagalos' opredelyat' fotograficheskie sobstvennye dvizheniya zvezd neposredstvenno otnositel'no vnegalakticheskih tumannostei (galaktik). Amerikancy predpolagali ispol'zovat' izobrazheniya galaktik v kachestve opornyh zvezd, sovetskie astronomy - lish' v kachestve kontrol'nyh zvezd v processe absolyutizacii. Vvidu krainei udalennosti galaktik (bol'shinstvo nablyudaemyh galaktik udaleny ot nashei Galaktiki bolee chem na 10⁶ pk) mozhno prenebrech' ih sobstvennymi dvizheniyami, znachitel'no men'shimi, chem 0,001"/god. Poetomu fotograficheskie sobstvennye dvizheniya zvezd, opredelennye otnositel'no galaktik, mozhno schitat' absolyutnymi i iz sravneniya s meridiannymi sobstvennymi dvizheniyami teh zhe zvezd proverit', udovletvoryayut li meridiannye sobstvennye dvizheniya zvezd usloviyu inercial'nosti, to est' pravil'no li oni vyvedeny.

Takim obrazom, ideya opredeleniya sobstvennyh dvizhenii zvezd otnositel'no galaktik otrazhala stremlenie astronomov naiti sistemu inercial'nyh koordinat na nebe, nezavisimuyu ot dannyh teorii vrasheniya Zemli. K sozhaleniyu, vypolnenie etogo grandioznogo proekta zaderzhalos' v svyazi s nachalom vtoroi mirovoi voiny. Nablyudeniya soglasno planu nachalis' tol'ko v 50-h godah. Sovetskuyu programmu nablyudenii vozglavil pulkovskii astronom A.N. Deich, amerikanskuyu programmu - astronom S. Vasilevskis iz Likskoi observatorii. K nastoyashemu vremeni nablyudeniya obeih programm prakticheski zakonchilis'. Predvaritel'nye rezul'taty pokazyvayut, chto net sushestvennyh razlichii mezhdu inercial'nymi sistemami, ustanovlennymi posredstvom privyazki k galaktikam i na osnove teorii vrasheniya Zemli.

Glavnye rezul'taty, poluchennye na osnove izucheniya sobstvennyh dvizhenii zvezd

V itoge vypolneniya treh mezhdunarodnyh programm fotograficheskih nablyudenii vsego neba, a takzhe drugih rabot izvestno bolee milliona sobstvennyh dvizhenii zvezd, prichem dlya zvezd do 9-i velichiny spisok ih sobstvennyh dvizhenii prakticheski ischerpan. Na osnove etih nablyudatel'nyh dannyh vypolneny mnogochislennye issledovaniya dvizhenii zvezd v okrestnostyah Solnca, a takzhe kinematiki i dinamiki nashei Galaktiki. Otmetim sleduyushie vazhneishie rezul'taty.

1. Ustanovleno, chto Solnce dvizhetsya po otnosheniyu k blizhaishim zvezdam so skorost'yu 20 km/s v napravlenii apeksa - tochki na nebesnoi sfere s koordinatami AR = 18^h00^m, Decl = + 30° (okolo zvezdy 4-i velichiny Herculis). Po otnosheniyu k drugim, bolee dalekim zvezdam Solnce dvizhetsya nemnogo bystree i izmenyaet napravlenie v storonu bol'shih AR.

2. Vse zvezdy v okrestnostyah Solnca obladayut parallakticheskim dvizheniem, otrazhayushim fakt dvizheniya Solnca. Eto parallakticheskoe dvizhenie, tak nazyvaemyi vekovoi parallaks, zvezdy mozhet sluzhit' meroi rasstoyaniya zvezdy ot Solnca. Rasstoyaniya do mnogih zvezd v Galaktike opredeleny s pomosh'yu vekovyh parallaksov.

3. Ustanovlen fakt differencial'nogo vrasheniya Galaktiki. Solnce nahoditsya na rasstoyanii 10 kpk ot centra Galaktiki i vmeste s drugimi blizhaishimi zvezdami prinimaet uchastie vo vrashenii Galaktiki. Skorost' etogo vrasheniya okolo 250 km/s, uglovaya skorost' obrasheniya 0,0053"/god, period obrasheniya poryadka 230 mln let. Chasti Galaktiki, nahodyashiesya blizhe k ee yadru v centre, obrashayutsya bystree, a chasti na periferii - medlennee.

4. Vse zvezdy v Galaktike krome obshego perenosnogo dvizheniya obladayut eshe individual'nym, tak nazyvaemym pekulyarnym dvizheniem. Dvizhenie Solnca v napravlenii sozvezdiya Herculis est' pekulyarnoe dvizhenie, a dvizhenie v napravlenii Cygni - perenosnoe, obshee s drugimi blizhaishimi zvezdami, obrashayushimisya okolo yadra Galaktiki. Velichina dispersii pekulyarnyh skorostei zvezd predstavlyaet soboi harakternyi dinamicheskii parametr odnorodnoi gruppy zvezd. Chem massivnee zvezdy (zvezdy-giganty klassov O, B, F, M), tem men'she dispersii skorostei, naprotiv, u zvezd malyh mass (karliki G, K, M) dispersii bol'she. Iz sravneniya nablyudaemyh dispersii sobstvennyh dvizhenii (razmernost' - "/god) kakoi-nibud' odnorodnoi gruppy zvezd i dispersii ih luchevyh skorostei (razmernost' - km/s) mozhno poluchit' nadezhnye ocenki rasstoyaniya, tak nazyvaemyi srednii (statisticheskii) parallaks do issleduemoi gruppy zvezd. Na osnove vekovyh i srednih parallaksov zvezd sostavleny osnovnye geometricheskie i kinematicheskie predstavleniya o Galaktike.

Zaklyuchenie

Issledovaniya sobstvennyh dvizhenii zvezd lezhat v osnove nashih znanii o zvezdnom mire, k kotoromu prinadlezhit nashe Solnce. Uspehi zvezdnoi astronomii, nachatye trudami znamenityh astronomov XVIII i XIX vekov Bradleya, Gershelya, Besselya, Struve, ne byli by stol' znachitel'ny, esli by "nepodvizhnye" zvezdy ne obladali sobstvennymi dvizheniyami.

Publikacii s klyuchevymi slovami: statisticheskii parallaks - gruppovoi parallaks - rasstoyanie do galakticheskih zvezdnyh skoplenii - differencial'noe vrashenie Galaktiki - dvizhenie Solnca - kinematika zvezd - Sobstvennoe dvizhenie - astrometriya Publikacii so slovami: statisticheskii parallaks - gruppovoi parallaks - rasstoyanie do galakticheskih zvezdnyh skoplenii - differencial'noe vrashenie Galaktiki - dvizhenie Solnca - kinematika zvezd - Sobstvennoe dvizhenie - astrometriya

Sm. takzhe: Dostizheniya kosmicheskoi astrometrii Skonchalsya Konstantin Vladislavovich Kuimov Konstantinu Vladislavovichu Kuimovu – 75 let ζ Oph: ubegayushaya zvezda Saimon N'yukom (1835 -1909) k 175-letiyu so dnya rozhdeniya. Vrashenie Zemli i prodolzhitel'nost' sutok 80 let so dnya rozhdeniya Al'berta Petrovicha Gulyaeva Vse publikacii na tu zhe temu >>