Астрометрия — раздел астрономии , занимающийся точными измерениями положений и движений звезд и других небесных тел . Она дает кинематику и физическое происхождение Солнечной системы и этой галактики , Млечного Пути .
История астрометрии связана с историей звездных каталогов , которые давали астрономам опорные точки для объектов на небе, чтобы они могли отслеживать их движения. Это можно отнести к древнегреческому астроному Гиппарху , который около 190 г. до н. э. использовал каталог своих предшественников Тимохариса и Аристиллуса, чтобы открыть прецессию Земли . При этом он также разработал шкалу яркости, которая используется и по сей день. [1] Гиппарх составил каталог, содержащий не менее 850 звезд и их положения. [2] Преемник Гиппарха, Птолемей , включил каталог из 1022 звезд в свой труд Альмагест , указав их местоположение, координаты и яркость. [3]
В X веке иранский астроном Абд ар-Рахман ас-Суфи проводил наблюдения за звездами и описывал их положения, величины и цвет звезд ; кроме того, он предоставил рисунки для каждого созвездия, которые изображены в его Книге неподвижных звезд . Египетский математик Ибн Юнус наблюдал более 10 000 записей о положении Солнца в течение многих лет, используя большую астролябию диаметром около 1,4 метра. Его наблюдения за затмениями все еще использовались столетия спустя в исследованиях канадско-американского астронома Саймона Ньюкомба по движению Луны, в то время как его другие наблюдения за движениями планет Юпитер и Сатурн вдохновили французского ученого Лапласа на его работы «Наклон эклиптики и неравенства Юпитера и Сатурна» . [4] В 15 веке астроном Тимуридов Улугбек составил « Зидж-и-Султани» , в котором каталогизировал 1019 звезд. Как и более ранние каталоги Гиппарха и Птолемея, каталог Улугбека, как полагают, был точен примерно до 20 угловых минут . [5]
В XVI веке датский астроном Тихо Браге использовал усовершенствованные инструменты, в том числе большие настенные инструменты , для более точного, чем раньше, измерения положения звезд с точностью 15–35 угловых секунд . [6] Османский ученый Таки ад-Дин измерил прямое восхождение звезд в Константинопольской обсерватории Таки ад-Дина, используя изобретенные им «часы наблюдения». [7] Когда телескопы стали обычным явлением, установочные круги ускорили измерения
Английский астроном Джеймс Брэдли впервые попытался измерить звездные параллаксы в 1729 году. Движение звезд оказалось слишком незначительным для его телескопа , но вместо этого он открыл аберрацию света и нутацию земной оси. Его каталогизация 3222 звезд была уточнена в 1807 году немецким астрономом Фридрихом Бесселем , отцом современной астрометрии. Он сделал первое измерение звездного параллакса: 0,3 угловой секунды для двойной звезды 61 Лебедя . В 1872 году британский астроном Уильям Хаггинс использовал спектроскопию для измерения лучевой скорости нескольких известных звезд, включая Сириус . [8]
Поскольку их было очень трудно измерить, к концу XIX века было получено всего около 60 звездных параллаксов, в основном с помощью нитяного микрометра . Астрографы, использующие астрономические фотографические пластины , ускорили процесс в начале XX века. Автоматизированные машины для измерения пластин [9] и более сложные компьютерные технологии 1960-х годов позволили более эффективно составлять звездные каталоги . Начатый в конце XIX века проект Carte du Ciel по улучшению звездного картирования не мог быть завершен, но сделал фотографию общепринятым методом астрометрии. [10] В 1980-х годах приборы с зарядовой связью (ПЗС) заменили фотографические пластины и снизили оптическую неопределенность до одной угловой миллисекунды. Эта технология сделала астрометрию менее дорогой, открыв эту область для любительской аудитории. [ необходима цитата ]
В 1989 году спутник Hipparcos Европейского космического агентства вывел астрометрию на орбиту, где она могла быть меньше подвержена влиянию механических сил Земли и оптических искажений от ее атмосферы. Работавший с 1989 по 1993 год, Hipparcos измерял большие и малые углы на небе с гораздо большей точностью, чем любые предыдущие оптические телескопы. За 4 года работы были определены положения, параллаксы и собственные движения 118 218 звезд с беспрецедентной степенью точности. Новый « каталог Тихо » объединил базу данных из 1 058 332 звезд с точностью 20-30 мсд (миллисекунд дуги). Были составлены дополнительные каталоги для 23 882 двойных и кратных звезд и 11 597 переменных звезд , также проанализированных во время миссии Hipparcos. [11] В 2013 году был запущен спутник Gaia , который повысил точность Hipparcos . [12] Точность была улучшена в 100 раз и позволила нанести на карту миллиард звезд. [13] Сегодня наиболее часто используемый каталог — USNO-B1.0 , каталог всего неба, который отслеживает собственные движения, положения, величины и другие характеристики для более чем миллиарда звездных объектов. За последние 50 лет было использовано 7435 пластин камеры Шмидта для завершения нескольких обзоров неба, которые делают данные в USNO-B1.0 точными в пределах 0,2 угловых секунд. [14]
Помимо фундаментальной функции предоставления астрономам системы отсчета для представления своих наблюдений, астрометрия также является фундаментальной для таких областей, как небесная механика , звездная динамика и галактическая астрономия . В наблюдательной астрономии астрометрические методы помогают идентифицировать звездные объекты по их уникальным движениям. Она играет важную роль в отсчете времени , поскольку UTC по сути является атомным временем, синхронизированным с вращением Земли посредством точных астрономических наблюдений. Астрометрия является важным шагом на космической лестнице расстояний , поскольку она устанавливает оценки параллаксных расстояний для звезд в Млечном Пути .
Астрометрия также использовалась для подтверждения заявлений об обнаружении экзопланет путем измерения смещения, которое предполагаемые планеты вызывают в видимом положении своей родительской звезды на небе из-за их взаимной орбиты вокруг центра масс системы. Астрометрия более точна в космических миссиях, которые не подвержены искажающему воздействию земной атмосферы. [15] Запланированная миссия NASA по космической интерферометрии ( SIM PlanetQuest ) (теперь отмененная) должна была использовать астрометрические методы для обнаружения планет земной группы , вращающихся вокруг около 200 ближайших звезд солнечного типа . Миссия Gaia Европейского космического агентства , запущенная в 2013 году, применяет астрометрические методы в своей звездной переписи. В дополнение к обнаружению экзопланет, [16] ее также можно использовать для определения их массы. [17]
Астрометрические измерения используются астрофизиками для ограничения определенных моделей в небесной механике . Измеряя скорости пульсаров , можно наложить ограничение на асимметрию взрывов сверхновых . Кроме того, астрометрические результаты используются для определения распределения темной материи в галактике.
Астрономы используют астрометрические методы для отслеживания околоземных объектов . Астрометрия отвечает за обнаружение многих рекордных объектов Солнечной системы. Чтобы найти такие объекты астрометрически, астрономы используют телескопы для обзора неба и камеры большой площади для съемки с различными определенными интервалами. Изучая эти изображения, они могут обнаруживать объекты Солнечной системы по их движениям относительно фоновых звезд, которые остаются неподвижными. Как только наблюдается движение в единицу времени, астрономы компенсируют параллакс, вызванный движением Земли в течение этого времени, и вычисляют гелиоцентрическое расстояние до этого объекта. Используя это расстояние и другие фотографии, можно получить больше информации об объекте, включая его орбитальные элементы . [18] Избежание столкновения с астероидом является одной из целей.
Квавар и Седна — две транснептуновые карликовые планеты , открытые таким образом Майклом Э. Брауном и другими в Калтехе с помощью телескопа Сэмюэля Ошина Паломарской обсерватории диаметром 48 дюймов (1,2 м) и ПЗС-камеры большой площади Palomar-Quest. Способность астрономов отслеживать положения и движения таких небесных тел имеет решающее значение для понимания Солнечной системы и ее взаимосвязанного прошлого, настоящего и будущего с другими во Вселенной. [19] [20]
Фундаментальным аспектом астрометрии является исправление ошибок. Различные факторы вносят ошибки в измерение звездных положений, включая атмосферные условия, несовершенство инструментов и ошибки наблюдателя или измерительных инструментов. Многие из этих ошибок можно уменьшить с помощью различных методов, таких как улучшение инструментов и компенсация данных. Затем результаты анализируются с использованием статистических методов для вычисления оценок данных и диапазонов ошибок. [21]
астрометрия с коррекцией ошибок.
