МАО
Николаевская
Астрономическая
Обсерватория
 
Русский English Українська
   
 
 
2010-11-02 16:45:01

Опорные системы отсчета в астрономии

Астрометрия является разделом астрономии, который с древнейших времен занимается определением положений небесных светил. Если дать более строгое определение, то «астрометрия – наука, которая на основе получения координат небесных тел и изучения вращения Земли... создает опорную инерциальную пространственную систему координат и согласованный комплекс фундаментальных астрономических постоянных, реализующий связь этой системы с Землей» [1].

Опорная система координат на небе реализуется, как правило, в виде каталога точных положений избранных объектов. До 1997 года в качестве таких опорных объектов выступали звезды. Однако использование звезд в качестве опорной системы связано с решением сложного вопроса определения собственных движений самих звезд.

Во Вселенной существуют такие классы удаленных объектов, как радиогалактики и квазары, которые обладают мощным радиоизлучением, в то же время являясь практически неподвижными для наблюдателя в Солнечной системе. Их положения были определены с помощью радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ) с непревзойденной для других методов точностью. Это позволило астрономам в 1997 году перейти к новой высокоточной опорной системе небесных координат, оси которой «закреплены» на небесной сфере с помощью каталога положений внегалактических радиоисточников. Эта система получила название ICRS - International Celestial Reference System (Международная небесная система координат). Начало системы ICRS находится в барицентре Солнечной системы (ее центре масс). В качестве первичной реализации новой опорной системы координат был принят каталог положений 608 внегалактических радиоисточников IСRF - International Celestial Reference Frame (Международная небесная система отсчета). Каталог IСRF2, который с 1 января 2010 года поддерживает координатную сетку IСRS на небесной сфере, включает высокоточные положения уже 3414 внегалактических объектов. Связь с первоначальным каталогом IСRF осуществляется с помощью 138 общих внегалактических источников. Для поддержания высокой точности и стабильности опорной системы этот каталог постоянно контролируется и изменяется. Фактически, система ICRS является независимой от оптических систем координат (единственной общей точкой является нуль-пункт прямого восхождения, который согласуется по прямому восхождению квазара 3С 273В). Поэтому использование ее для наблюдений объектов в других областях спектра (прежде всего, в оптической) требует решения проблемы распространения этой опорной системы на другие диапазоны волн. Это делает задачу согласования и поддержания связи оптической и радио систем координат крайне важной для обеспечения единой системы координат в астрономии.

Успешное завершение космической миссии Hipparcos (1989-1993 гг.) привело к созданию высокоточных каталогов положений звезд - Hipparcos и Tycho. Каталог Hipparcos содержит 118218 звезд до 12.5 звездной величины; точность положений, собственных движений и параллаксов составляет 1 mas (миллисекунда дуги); плотность звезд на небесной сфере в среднем составляет 3 звезды на квадратный градус. Каталог Tycho составляют положения 1058332 звезд; точность от 7 до 25 mas; плотность звезд в среднем 26 на квадратный градус. Согласно рекомендациям Международного Астрономического Союза (МАС), модифицированная система каталога Hipparcos называется небесной опорной системой координат Hipparcos - Hipparcos Celestial Reference Frame (HCRF). Она является первичной реализацией системы ICRS в оптической области спектра.

На сегодняшний день согласование двух систем (оптической и радио) сводится к определению углов взаимной ориентации осей. Для этого необходимо иметь общие объекты, для которых известны положения и собственные движения по наблюдениям в оптическом и радио диапазонах длин волн.

Одним из способов решения этой задачи является определение координат внегалактических радиоисточников в системе HCRF. Как известно, каталог Hipparcos содержит лишь яркие объекты, а большинство внегалактических радиоисточников имеют очень слабые звездные величины, что требует для их наблюдений использования больших астрофизических телескопов. На протяжении 2000-2006 годов Николаевская обсерватория принимала участие в международном проекте по определению параметров взаимной ориентации оптической и радио систем координат. В проекте участвовали астрономические учреждения Китая (Шанхайская обсерватория), России (Казанский университет), Турции (Национальная обсерватория Турции) и Украины (Николаевская астрономическая обсерватория). С помощью телескопа RTT150 (диаметр зеркала 1.5 м, Турция, гора Бакырлытэпе) и телескопа Юнаньской обсерватории (диаметр зеркала 1 м, Китай) были получены оптические наблюдения около 300 внегалактических радиоисточников списка ICRF и вычислены их положения. Полученные разности оптических и радиоположений были использованы для контроля и уточнения параметров взаимной ориентации оптической и радио систем координат. Результаты показали отсутствие значимых расхождений между системами на уровне точности 4 - 5 угловых миллисекунд [3, 4].

Следует отметить, что прямое использование высокоточных космических каталогов Hipparcos и Tycho для определения положений радиоисточников невозможно из-за малой плотности звезд в этих каталогах. Поэтому важной задачей в данном направлении является распространение системы HCRF на область более слабых звезд. Кроме того, собственные движения звезд, определенные космическим аппаратом на коротком периоде наблюдений, показали значительные расхождения с наземными собственными движениями, определенными по большой разности эпох. Выдающимся событием современной астрометрии стало создание каталога Tycho2 (2539913 звезд) - результата объединения позиционных данных эксперимента Tycho и более 140 наземных каталогов 20-го столетия для определения собственных движений. Использование каталога Tycho2 в качестве опорного позволило расширить HCRF до 17-й звездной величины в оптическом и инфракрасном диапазонах длин волн. Из наиболее известных высокоточных каталогов следует также отметить такие каталоги, как UCAC3 [10], CMC14 [6] и 2MASS [7]. Несмотря на то, что потенциальные точности и предельные звездные величины, достигнутые космической астрометрией, таковы, что наземные инструменты конкурировать с ними не могут, роль наземной астрометрии заключается в дополнении этих наблюдений в тех областях, где «космический» вклад незначителен или его нет вообще. Сравнение «мгновенных» (полученных с помощью космической астрометрии) и «наземных» значений собственных движений звезд дает дополнительную информацию о физической природе изучаемых объектов, позволяет сделать предположение о наличии или отсутствии невидимых компонент, в то время как высокая стоимость и ограниченный срок действия космических аппаратов делают невозможным решение задач, связанных с пониманием кинематики и динамики нашей Галактики, для которых требуются массовые точные определения собственных движений звезд и их параллаксов.

Особый интерес для астрономов представляют звезды с большими собственными движениями. Это связано прежде всего с тем, что, как правило, эти звезды находятся относительно близко от Солнца. Это позволяет использовать их для решения таких задач, как уточнение модели нашей Галактики, расположение Солнца в ней, определение особенностей строения и эволюции различных галактических подсистем.

Большой процент звезд, имеющих большие собственные движения, составляют звезды низкой светимости (белые, красные и коричневые карлики), что дает возможность использовать их для поиска и изучения звезд с невидимыми спутниками. Поскольку эти звезды относительно быстро изменяют свое положение на фоне более далеких звезд, они также могут выступать в качестве линзирующих объектов при проведении высокоточных космических экспериментов. Наземные наблюдения могут помочь в задаче предвычисления этих явлений, вероятности их наступления и продолжительности.

В настоящее время на Николаевском аксиальном меридианном круге ведутся регулярные наблюдения звезд с высокими собственными движениями в рамках фундаментальной научно-исследовательской работы «Уточнение кинематических параметров звезд и звездных подсистем Галактики на основе ПЗС-наблюдений избранных зон». Работа над темой будет проходить на протяжении 2010-2012 гг. Руководителем темы является директор НИИ НАО, доктор физ.-мат. наук, профессор Пинигин Г.И.

Литература:

1. Подобед В.В., Нестеров В.В. Общая астрометрия . – М.: Наука. Главная редакция физико–математической литературы, 1982. – 576с.

2. Хруцкая, Е., Ховричев, М., Измайлов, И., Бережной, А. Пулковская программа исследования звезд с большими собственными движениями.// Изв. ГАО №219, 2009, в.4, с.355-360.

3. Aslan Z. , Gumerov R., Jin W., Khamitov I., Maigurova N., Pinigin G., Protsyuk Y., Shulga A., Тang Z., Wang S. Results of Joint project on linking optical–radio reference frames // Kinematics and Physics of Celestial Bodies Suppl. Ser.– 2005. – № 5. – P. 333–337.

4. Aslan Z., Gumerov R., Jin W., Khamitov I., Maigurova N., Pinigin G., Тang Z., Wang S. Optical counterpart positions of extragalactic radio sources and connecting optical and radio reference frames // Astron. and Astroph., - 2010. - V. 510. - id.A10

5. Archinal B.A., Arias E.F., Gontier A.- M., Mercuri – Moreau C. Phisical characteristics of radio sources // IERS Techical Note 23. – 1997. - P.II–11 – II–24.

6. http://www.ast.cam.ac.uk/~dwe/SRF/camc.html

7. http://www.ipac.caltech.edu/2mass/

8. Hog E., Fabricius C., Makarov V.V., Urban S. The Tycho–2 Catalogue of the 2.5 million brighters stars // Astron. Astrophys. – 2000. – V. 355 .– L 27– L30.

9. The Hipparcos and Tycho catalogues. Astrometric and photometric star catalogues derived from the ESA Hipparcos Space Astrometry Mission, Publisher: Noordwijk, Netherlands: ESA Publications Division, 1997.

10. Zacharias N., et al. The Third US Naval Observatory CCD Astrograph Catalog (UCAC3) // Astron. J. – 2010. – V. 139. – P. 2184–2199.

11. Salim, S., Gould, A., Nearby Microlensing Events: Identification of the Candidates for theSpace Interferometry Mission.// Astrophysical Journal, 2000, Volume 539, Issue 1, pp. 241-257.

PICTURE OF THE DAY

The Magnificent Horsehead Nebula The Magnificent Horsehead Nebula


Sometimes part of the Sun can just explode into space. Sometimes part of the Sun can just explode into space.


ASTRONOMY NEWS