Uspehi astrometrii
V.V. Vityazev
1999
Gipparh, Tiho Brage i HIPPARCOS
V avguste 1989 goda s kosmodroma Kuru raketoi-nositelem Ariana 4 byl zapushen na orbitu vokrug Zemli iskusstvennyi sputnik HIPPARCOS. Nazvanie etogo apparata napominaet imya izvestnogo drevnegrecheskogo astronoma Gipparha (2 v. do n.e.), otkryvshego yavlenie precessionnogo dvizheniya osi vrasheniya Zemli i predlozhivshego pervuyu fotometricheskuyu shkalu izmereniya bleska zvezd. Otdavaya dan' uvazheniya Gipparhu, specialisty iz Evropeiskogo Kosmicheskogo Agenstva dali svoemu sputniku imya, kotoroe oni sostavili iz pervyh bukv polnogo nazvaniya nauchnogo proekta: HIgh Precision PARarallax COllecting Satellite - "Sputnik dlya polucheniya vysokotochnyh parallaksov". Kosmicheskii apparat prosushestvoval na orbite 37 mesyacev, i za eto vremya on provel milliony izmerenii zvezd. V rezul'tate ih obrabotki poyavilis' na svet dva zvezdnyh kataloga. Pervyi iz nih - HIPPARCOS. On soderzhit izmerennye s oshibkoi poryadka odnoi tysyachnoi uglovoi sekundy koordinaty, sobstvennye dvizheniya i parallaksy dlya 118 218 zvezd. Takaya tochnost' dlya zvezd dostignuta v astrometrii vpervye. Vtoroi katalog poluchil nazvanie TYCHO v chest' datskogo astronoma Tiho Brage (1546-1601). V etom kataloge privodyatsya neskol'ko menee tochnye svedeniya dlya 1 058 332 zvezd. Sozdanie etih dvuh katalogov oznamenovalo rozhdenie novogo napravleniya - kosmicheskoi astrometrii.
Zachem eto nuzhno?
Chtoby otvetit' na etot vopros, neobhodimo pogovorit' o tom, dlya chego nuzhny zvezdnye katalogi voobshe. V astronomii katalogi razdelyayut na astrofizicheskie i astrometricheskie. V astrofizicheskih katalogah mozhno naiti svedeniya o razlichnyh ob'ektah: planetarnyh tumannostyah, peremennyh zvezdah, galaktikah i t.d. Osnovnaya informaciya, soderzhashayasya v astrometricheskih katalogah, - eto tochnye koordinaty zvezd i skorosti ih izmeneniya (tak nazyvaemye sobstvennye dvizheniya zvezd). Eti dannye nuzhny dlya postroeniya sistemy otscheta na nebesnoi sfere. V teh sluchayah, kogda izvestny i rasstoyaniya do zvezd, mozhno poluchit' sistemu otscheta ne tol'ko na sfere, no i v prostranstve. Postroenie sistemy otscheta, soglasovannoi s prinyatoi fizicheskoi teoriei prostranstva i vremeni, i yavlyaetsya osnovnoi zadachei astrometrii.
Epoha klassicheskoi astrometrii
Dlya resheniya etoi zadachi v svoe vremya byli sozdany krupneishie
observatorii mira: Grinvichskaya, Parizhskaya, Pulkovskaya, Voenno-Morskaya
observatoriya SShA i dr. Regulyarnye nablyudeniya, provodimye na instrumentah
etih observatorii, pozvolili postroit' celye pokoleniya fundamental'nyh
katalogov zvezd, realizuyushih soboi inercial'nuyu sistemu otscheta. Pri
etom byla prinyata sleduyushaya shema: naibolee tochnaya sistema stroilas' na
sravnitel'no nebol'shom kolichestve zvezd (v poslednem fundamental'nom
kataloge FK5 Basic soderzhalos' vsego 1535 zvezd), a zatem eta pervichnaya
sistema vosproizvodilas' hotya i s men'shei tochnost'yu, na sushestvenno
bol'shee
kolichestvo zvezd (tak, katalog PPM rasprostranyaet sistemu FK5
priblizitel'no na 370 tysyach zvezd). Tak ili inache, no koordinaty zvezd v
etih katalogah realizovyvali nuzhnuyu sistemu otscheta, v kotoroi mozhno
bylo izuchat' tonkie osobennosti vrasheniya Zemli, poluchat' koordinaty
tel solnechnoi sistemy i stroit' teorii ih dvizheniya, vyvodit' znacheniya
astronomicheskih postoyannyh i t.d. V svoyu ochered', analiz sobstvennyh
dvizhenii zvezd pozvolil obnaruzhit' dvizhenie Solnca v prostranstve,
podtverdit' fakt vrasheniya Galaktiki i postavit' vopros o sushestvovanii
Mestnoi sistemy zvezd. Odnako, reshenie etih zadach trebovalo vse bolee i
bolee tochnyh dannyh o vozmozhno bol'shem kolichestvah zvezd. Tem ne menee,
v seredine nashego stoletiya stalo yasno, chto nazemnye astrometricheskie
nablyudeniya dostigli svoego poroga tochnosti. Deistvitel'no, oshibka odnogo
izmereniya dazhe na luchshih instrumentah sostavlyala velichinu poryadka 0.2
sekundy dugi. Na puti uvelicheniya tochnosti stali dva glavnyh prepyatstviya:
drozhanie atmosfery, razmyvayushie izobrazheniya zvezd, i deistvie sily
tyazhesti, privodyashie k deformaciyam teleskopov. Preodolet' eti prepyatstviya
udalos' tol'ko s pomosh'yu netradicionnyh metodov izmerenii.
Radioastrometriya
Vpervye sushestvennoe uvelichenie tochnosti pozicionnyh
izmerenii nebesnyh tel udalos' poluchit' metodom
radiointerferometrii so sverhdlinnymi bazami (metod RSDB),
predlozhennym v nashei strane. V prosteishem sluchae
radiointerferometr - eto sistema iz dvuh radioteleskopov,
vedushih sinhronnye nablyudeniya odnogo i togo zhe tochechnogo
radioistochnika. Etot pribor izmeryaet vremennuyu zaderzhku prihoda
fronta volny radioizlucheniya na odin teleskop po sravneniyu s
drugim. Analiz izmereniya zaderzhek pozvolyaet poluchit'
geograficheskie koordinaty radioteleskopov, nebesnye koordinaty
nablyudaemyh radioistochnikov, a takzhe tonkie effekty vo
vrashenii Zemli - dvizhenie polyusov v ee tele i neravnomernost'
vrasheniya. Tochnost' etih izmerenii opredelyaetsya dlinoi
bazy interferometra, to est' rasstoyaniem mezhdu teleskopami, i
dlinoi volny prinimaemogo radioizlucheniya. V 70-90 godah vo vsem
mire razvernulis'
raboty po sozdaniyu radiointerferometricheskih setei, s
pomosh'yu kotoryh udalos' dostich' tochnosti pozicionnyh nablyudenii kvazarov
poryadka 0.001-0.0005 sekundy dugi. (V nashei strane takie raboty vedutsya v
ramkah proekta KVAZAR, dlya osushestvleniya kotorogo v Sankt-Peterburge byl
sozdan Institut Prikladnoi Astronomii Rossiiskoi Akademii Nauk). Vse eto
pozvolilo sozdat' sistemu otscheta principial'no novogo tipa - teper'
vmesto zvezd stali ispol'zovat'sya, v osnovnom, kvazary, koordinaty
kotoryh byli polucheny na millisekundnom urovne tochnosti. Novaya,
radioastrometricheskaya sistema otscheta pozvolila na novom
urovne izuchat' yavleniya, proishodyashie na Zemle: osobennosti ee vrasheniya,
dvizhenie materikov, tektoniku plit. Kak izvestno,
kvazary - eto kosmologicheskie ob'ekty, udalennye ot nas na predel'nye
rasstoyaniya. Voznikla paradoksal'naya situaciya: kvazary,
nahodyashiesya "na krayu" Vselennoi, pozvolili izuchat' to, chto nahoditsya
neposredstvenno u nas pod nogami, to est' nashu Zemlyu, no zakryli
vozmozhnost' issledovaniya
zvezd, poskol'ku za isklyucheniem ochen' malogo kolichestva tak nazyvaemyh
radiozvezd,
podavlyayushee chislo zvezd ne yavlyayutsya istochnikami radioizlucheniya i,
sledovatel'no, ne mogut byt' privyazannymi k sisteme otscheta,
postroennoi na radioistochnikah.
Nedostatki, prisushie dvum tipam sistem otscheta - nizkaya tochnost' klassicheskih nazemnyh astrometricheskih nablyudenii i nedostupnost' radioastrometricheskoi sistemy otscheta v opticheskom diapazone - udalos' preodolet' tol'ko metodami kosmicheskoi astrometrii, to est' provedeniyami astrometricheskih izmerenii v opticheskom diapazone v kosmose.
Novaya sistema otscheta
... I vot v kosmos ushel HIPPARCOS. Nuzhno skazat', chto pervye
nedeli ego poleta okazalis' voistinu dramatichnymi. Delo v
tom, chto iz-za tehnicheskih nepoladok sputnik vyshel ne na
raschetnuyu geostacionarnuyu orbitu, a na tak nazyvaemuyu
promezhutochnuyu orbitu. Nesmotrya na vse predprinyatye usiliya, ego
prishlos' ostavit' na etoi, kstati govorya, ochen' neudobnoi dlya
nablyudenii orbite. Chtoby kak-to kompensirovat' neudobstva orbity,
prishlos' operativno peredelat' sistemu nazemnogo obespecheniya
proekta. Specialisty Evropeiskogo Kosmicheskogo Agenstva dovol'no
bystro spravilis' s etimi problemami, i pervye nablyudeniya
nachalis' uzhe v noyabre 1989 goda. Oni prodolzhalis' do avgusta 1993
goda. Za eto vremya vsya zaplanirovannaya programma nablyudenii byla
uspeshno vypolnena.
No postroit' po etim nablyudeniyam novuyu "kosmicheskuyu" sistemu otscheta
eshe
bylo nel'zya. Delo v tom, chto HIPPARCOS izmeryal s bol'shoi tochnost'yu
tol'ko uglovye rasstoyaniya mezhdu zvezdami. Kak izvestno, dliny dug na
sfere ne zavisyat ot togo, v kakoi sisteme koordinat dany polozheniya
zvezd. Voznikla novaya zadacha - nado bylo poluchit' koordinaty zvezd v
kakoi-nibud' standartnoi sisteme astronomicheskih koordinat. V kachestve
takoi standartnoi sistemy bylo resheno ispol'zovat' sistemu otscheta,
postroennuyu na kvazarah. I vnov' voznikli trudnosti: teleskop na
sputnike HIPPARCOS mog nablyudat' tol'ko odin, samyi yarkii, kvazar 3C273,
a ostal'nye kvazary HIPPARCOS prosto ne videl. I tut
na pomosh' prishli drugie instrumenty. Pervym otkliknulsya Kosmicheskii
Teleskop Habbla - edva opravivshis' ot svoih aberracionnyh problem, on
provel izmereniya dug mezhdu zvezdami i nekotorymi kvazarami. V etu
rabotu vklyuchilis' i nazemnye teleskopy, s pomosh'yu
kotoryh byli izmereny polozheniya i sobstvennye dvizheniya radiozvezd. Krome
togo, dlya resheniya postavlennoi zadachi byli ispol'zovany dlitel'nye ryady
nablyudenii parametrov orientacii Zemli, a takzhe programmy
opredeleniya sobstvennyh dvizhenii zvezd, "absolyutizirovannyh" otnositel'no
galaktik. Slovom, vse sily nazemnoi i kosmicheskoi astrometrii byli
brosheny dlya sozdaniya novoi sistemy otscheta, kotoraya po resheniyu
General'noi Assamblei Mezhdunarodnogo Astronomicheskogo Soyuza byla vvedena
vo vseobshee pol'zovanie v kachestve standarta s 1 yanvarya 1998 goda.
Staraya sistema, osnovannaya na fundamental'nom kataloge FK5, ushla v
proshloe.
Ne tol'ko uspeh astrometrii
Ne sleduet dumat', chto realizaciya proekta HIPPARCOS - eto tol'ko
vnutrennii uspeh astrometrii. Posle
togo, kak katalogi HIPPARCOS i TYCHO byli opublikovany - a eto 16 tomov
polnogo opisaniya proekta + 6 kompakt-diskov + specializirovannyi disk
CELESTIA 2000, soderzhashii katalogi i programmnoe obespechenie dlya ih
chteniya, - na stranicy nauchnyh zhurnalov hlynul potok rabot,
vypolnennyh v razlichnyh oblastyah astronomii. Vot zagolovki nekotoryh
statei: "Ocenki mass planet, vrashayushihsya okolo blizhaishih zvezd",
"Krasivoe podtverzhdenie obshei teorii otnositel'nosti", "Diagramma
Gercshprunga-Ressela i teorii zvezdnoi evolyucii", "Navigaciya apparata
Galileo", "Giady: rasstoyanie, struktura, dinamika, vozrast".
Ogromnoe chislo statei posvyasheno utochneniyu shkaly rasstoyanii vo Vselennoi. Ob'yasnyaetsya eto tem, chto, pozhalui, naibol'shei cennost'yu dlya astronomii yavlyaetsya to, chto na sputnike HIPPARCOS byli izmereny parallaksy okolo 100 000 zvezd! Vspomnim, chto parallaks zvezdy - eto ugol, pod kotorym s etoi zvezdy vidna bol'shaya poluos' orbity Zemli. Mezhzvezdnye rasstoyaniya v astronomii prinyato izmeryat' parsekami. Rasstoyanie v odin parsek sootvetstvuet parallaksu, ravnomu 1 uglovoi sekunde. Poetomu na samom dele HIPPARCOS izmeryal ne tol'ko uglovye rasstoyaniya mezhdu zvezdami na nebesnoi sfere, no i real'nye rasstoyaniya mezhdu zvezdami v trehmernom prostranstve. V astronomii ne sushestvuet universal'nogo metoda izmereniya rasstoyanii do nebesnyh ob'ektov. Po mere perehoda ko vse bolee udalennym telam odin metod smenyaet drugoi. Tak, rasstoyaniya mezhdu planetami izmeryayutsya s pomosh'yu radiolokacii. Mezhzvezdnye rasstoyaniya vplot' do 100 parsekov ran'she izmeryali s pomosh'yu trigonometricheskih parallaksov (HIPPARCOS otodvinul etu granicu do 1000 parsekov). Vplot' do rasstoyanii v million parsekov (1 Mpk) ispol'zuetsya metod cefeid. Eshe bolee dalekie ob'ekty - galaktiki i kvazary udaleny ot nas na sotni i tysyachi megaparsekov. Takie rasstoyaniya izmeryayutsya po krasnomu smesheniyu i trebuyut znaniya postoyannoi Habbla. Estestvenno dumat', chto pri peredache estafety ot odnogo metoda drugomu, kazhdyi iz "starshih" metodov dolzhen byt' proveren s pomosh'yu "mladshego" metoda. Dlya etogo dolzhny sushestvovat' oblasti perekrytiya, v kotoryh mozhno primenyat' po krainei mere dva metoda.
Odnako v sfere radiusom 100 parsekov net ni odnoi cefeidy (odna iz blizhaishih k nam cefeid - eto Polyarnaya zvezda, ona udalena ot nas na 122 parseka). Poetomu do realizacii proekta HIPPARCOS shkala izmerenii, osnovannaya na cefeidah, ne byla soglasovana s rezul'tatami pryamyh izmerenii do zvezd metodami trigonometricheskih parallaksov. Teper' situaciya izmenilas'! Shkala cefeid byla utochnena, na osnovanii chego bylo sdelano zaklyuchenie o tom, chto prinyatoe v nastoyashee vremya znachenie postoyannoi Habbla dolzhno byt' umen'sheno na 5-10 procentov.
A chto zhe dal'she?
Imeet li kosmicheskaya astrometriya budushee? Konechno, da. Seichas vo mnogih stranah vedutsya raboty po sozdaniyu novyh proektov astrometricheskih izmerenii iz kosmosa. V Rosii imeyutsya dva takih proekta - LOMONOSOV i STRUVE, podgotovlennye sootvetstvenno astronomami Gosudarstvennogo Astronomicheskogo Instituta imeni Shternberga v Moskve i astronomami Pulkovskoi observatorii v Sankt-Peterburge. Seichas trudno skazat', budut li eti proekty realizovany. Bolee veroyatnym predstavlyaetsya osushestvlenie priblizitel'no v 2009-14 gg. silami Evropeiskogo Kosmicheskogo Agentstva proekta GAIA (GLOBAL ASTROMETRIC INTERFEROMETER for ASTROPHYSICS). Cel'yu etogo proekta yavlyaetsya izmerenie koordinat, sobstvennyh dvizhenii i parallaksov dlya 50 millionov zvezd s tochnost'yu luchshe, chem 10 mikrosekund dugi. Eto pozvolit reshat' zadachi principial'no novogo haraktera - my promerim na 10-procentnom urovne tochnosti rasstoyanie do centra nashei Galaktiki, poyavyatsya novye vozmozhnosti testirovaniya al'ternativnyh teorii gravitacii. Po-vidimomu, samym zahvatyvayushim yavlyaetsya perspektiva global'nogo obzora oblasti radiusom 100-200 parsekov s cel'yu poiska planetnyh sistem vokrug zvezd.
HIPPARCOS v Internete
Zhizn' proekta HIPPARCOS prodolzhaetsya i posle zaversheniya raboty sputnika na orbite. Vse, chto svyazano s ispol'zovaniem novyh kosmicheskih katalogov otrazheno v Internete. Posetite domashnyuyu stranicu proekta (http://astro.estec.esa.nl/hipparcos) - i Vy uvidite i uznaete mnogo interesnogo. Zdes' mozhno poluchit' svedeniya o "rekordsmenah" katalogov HIPPARCOS i TYCHO, to est' o samyh blizkih, samyh yarkih, samyh bystryh zvezdah. Zdes' mozhno uvidet' "stereoskopicheskie" izobrazheniya zvezd Bol'shoi Medvedicy, otnositel'nye peremesheniya zvezd - ih sobstvennye dvizheniya, animacionnye izobrazheniya dvizheniya zvezd v skoplenii Giady i mnogo-mnogo drugih svedenii, odinakovo interesnyh kak lyubitelyam astronomii, tak i tem, kto zanimaetsya astronomiei professional'no.
Podrobnuyu informaciyu o kosmicheskih katalogah, a takzhe sami katalogi mozhno poluchit' na stranice "Kosmicheskie zvezdnye katalogi", raspolozhennoi na servere Astronomiya v Sankt-Peterburgskom gosudarstvennom universitete.
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
astrometriya - radioastrometriya - Hipparcos - fundamental'nye zvezdnye katalogi
Publikacii so slovami: astrometriya - radioastrometriya - Hipparcos - fundamental'nye zvezdnye katalogi | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
