Правильное движение

Мера наблюдаемых изменений видимого местоположения звезд

Связь между собственным движением и компонентами скорости объекта.
Год назад объект находился на расстоянии d единиц от Солнца, а его свет сместился за год на угол μ радиан/с. Если не было никаких искажений, вызванных гравитационным линзированием или каким-либо иным образом, тогда μ = где расстояние (обычно выражаемое как годовая скорость) поперек (тангенциальное или перпендикулярное) к лучу зрения от Солнца. Угол закрашен светло-голубым от Солнца до начальной точки объекта и его положения год спустя, как если бы у него не было лучевой скорости. На этой диаграмме лучевая скорость соответствует скорости разделения Солнца и объекта, поэтому она положительна. ${\displaystyle {\frac {v_{t}}{d}}}$ ${\displaystyle v_{t}}$

Собственное движение — это астрометрическая мера наблюдаемых изменений видимых мест звезд или других небесных объектов на небе, если смотреть из центра масс Солнечной системы , по сравнению с абстрактным фоном более далеких звезд . ^[1]

Компоненты собственного движения в экваториальной системе координат (данной эпохи , часто J2000.0 ) заданы в направлении прямого восхождения ( μ _α ) и склонения ( μ _δ ). Их совокупное значение вычисляется как полное собственное движение ( μ ). ^{[2] [3]} Он имеет размеры угла на время , обычно угловые секунды в год или миллиугловые секунды в год.

Знание собственного движения, расстояния и лучевой скорости позволяет рассчитать движение объекта из системы отсчета Солнечной системы и его движение из галактической системы отсчета - то есть движение относительно Солнца и путем преобразования координат , что в уважение к Млечному Пути . ^[4]

Введение

Небесные северный и южный полюса находятся выше/ниже CNP , CSP ; источником всех 24 часов прямого восхождения (мера абсолютного небесного положения с востока на запад), мартовского равноденствия (тогдашнего центра положения Солнца) в эпоху J2000 является вектор V .
Красным цветом на диаграмме сложены компоненты собственного движения по небесной сфере .
Идеальное время для точного измерения такого небольшого годового сдвига — кульминация. Кульминация звезды достигается ежедневно, когда наблюдатель (и Земля) проходит, как показано синими стрелками, «под» звездой.
Положительные оси двух компонентов его обычно ежегодно измеряемого или публикуемого смещения в собственном движении представляют собой преувеличенные красные стрелки, обратите внимание: правые стрелки указывают на восточный горизонт. Одна красная аннотация немного короче, поскольку косинус звезды, находящейся при склонении 0 °, равен 1, поэтому сдвиг такой звезды на восток или запад не нужно будет умножать на косинус ее склонения.
Собственный вектор движения равен µ , α = прямое восхождение , δ = склонение , θ = позиционный угол .

На протяжении веков звезды, по-видимому, сохраняли почти фиксированное положение относительно друг друга, так что на протяжении исторического времени они образовывали одни и те же созвездия . Например, Большая Медведица на северном небе и Крест на южном небе сейчас выглядят почти так же, как и сотни лет назад. Однако точные долговременные наблюдения показывают, что такие созвездия меняют форму, хотя и очень медленно, и что каждая звезда имеет независимое движение .

Это движение вызвано движением звезд относительно Солнца и Солнечной системы . Солнце движется по почти круговой орбите ( солнечному кругу ) вокруг центра галактики со скоростью около 220 км/с в радиусе 8000 парсеков (26 000 световых лет) от Стрельца А* ^{[5] [6],} что может принять за скорость вращения самого Млечного Пути на этом радиусе. ^{[7] [8]}

Любое собственное движение представляет собой двумерный вектор (поскольку он исключает компонент, связанный с направлением луча зрения) и имеет две величины или характеристики: угол положения и величину . Первый — это направление собственного движения на небесной сфере (0 градусов означает, что движение направлено на север, 90 градусов означает, что движение направлено на восток (слева на большинстве карт неба и изображений космического телескопа) и так далее), а второй — - это его величина, обычно выражаемая в угловых секундах в год (символы: угловые секунды/год, ас/год, ″/год, ″ год- ¹ ) или миллиугловых секундах в год (символы: мсек/год, мсек/ ^год ).

Собственное движение альтернативно может быть определено угловыми изменениями за год прямого восхождения ( μ _α ) и склонения ( μ _δ ) звезды по отношению к постоянной эпохе .

Компоненты собственного движения условно получаются следующим образом. Предположим, что объект перемещается из координат (α ₁ , δ ₁ ) в координаты (α ₂ , δ ₂ ) за время Δ t . Собственные движения задаются формулой: ^[9]

${\displaystyle \mu _{\alpha }={\frac {\alpha _{2}-\alpha _{1}}{\Delta t}},}$

${\displaystyle \mu _{\delta }={\frac {\delta _{2}-\delta _{1}}{\Delta t}}\ .}$

Величина собственного движения µ определяется теоремой Пифагора : ^[10]

${\displaystyle \mu ^{2}={\mu _{\delta }}^{2}+{\mu _{\alpha }}^{2}\cdot \cos ^{2}\delta \ ,}$

технически сокращенно:

${\displaystyle \mu ^{2}={\mu _{\delta }}^{2}+{\mu _{\alpha \ast }}^{2}\ .}$

где δ — склонение. Коэффициент в cos ² δ объясняет расширение линий (часов) прямого восхождения от полюсов, cos δ равняется нулю для гипотетического объекта, зафиксированного на небесном полюсе в склонении. Таким образом, дается коэффициент, который сводит на нет ошибочно большую скорость на восток или запад (угловое изменение α ) в часах прямого восхождения, чем дальше она находится к воображаемым бесконечным полюсам, выше и ниже оси вращения Земли, в небе. . Изменение µ _α , которое необходимо умножить на cos δ , чтобы стать компонентом собственного движения, иногда называют «собственным движением по прямому восхождению», а µ _{δ –} «собственным движением по склонению». ^[11]

Если собственное движение по прямому восхождению было преобразовано с помощью cos δ , результат обозначается µ _α* . Например, результаты собственного движения по прямому восхождению в Каталоге Hipparcos (HIP) уже конвертированы. ^[12] Следовательно, отдельные собственные движения по прямому восхождению и склонению становятся эквивалентными для простых расчетов различных других звездных движений.

Позиционный угол θ связан с этими компонентами соотношением: ^{[2] [13]}

${\displaystyle \mu \sin \theta =\mu _{\alpha }\cos \delta =\mu _{\alpha \ast }\ ,}$

${\displaystyle \mu \cos \theta =\mu _{\delta }\ .}$

Движения в экваториальных координатах можно преобразовать в движения в галактических координатах . ^[14]

Примеры

Для большинства звезд, наблюдаемых на небе, наблюдаемые собственные движения малы и ничем не примечательны. Такие звезды часто либо слабы, либо находятся на значительном расстоянии, имеют изменения менее 0,01 дюйма в год и, по-видимому, не перемещаются заметно на протяжении многих тысячелетий. Некоторые из них действительно имеют значительные движения, и их обычно называют звездами с высоким собственным движением. Движения также могут происходить в почти случайных направлениях. Две или более звезды, двойные звезды или рассеянные звездные скопления , которые движутся в одинаковых направлениях, демонстрируют так называемое общее или общее собственное движение (или cpm), что позволяет предположить, что они могут быть гравитационно связаны или разделять одинаковое движение в пространстве.

Звезда Барнарда , показывает позиции каждые 5 лет, 1985–2005 гг.

Звезда Барнарда имеет самое большое собственное движение среди всех звезд: скорость 10,3″ год ^-1 . Большое собственное движение обычно указывает на то, что объект находится близко к Солнцу. То же самое относится и к Звезде Барнарда, находящейся на расстоянии около 6 световых лет . После Солнца и системы Альфа Центавра это ближайшая известная звезда. Будучи красным карликом с видимой величиной 9,54, он слишком тусклый, чтобы его можно было увидеть без телескопа или мощного бинокля. Из звезд, видимых невооруженным глазом (консервативно ограничивая визуальную звездную величину невооруженным глазом до 6,0), 61 Лебедя А (звездная величина V = 5,20) имеет наибольшее собственное движение со скоростью 5,281″ год ^-1 , не считая Грумбриджа 1830 (звездная величина V = 6,42), собственная движение: 7,058″ год- ¹ . ^[15]

Собственное движение в 1 угловую секунду в год на расстоянии 1 светового года соответствует относительной поперечной скорости 1,45 км/с. Поперечная скорость звезды Барнарда составляет 90 км/с, а ее лучевая скорость — 111 км/с (перпендикулярно (под прямым углом 90°), что дает истинное или «космическое» движение 142 км/с. Истинное или абсолютное движение измерить труднее, чем собственное движение, потому что истинная поперечная скорость включает в себя произведение собственного движения на расстояние.Как показывает эта формула, истинные измерения скорости зависят от измерений расстояния, которые в целом сложны.

В 1992 году Ро Орла стало первой звездой, чье обозначение Байера было признано недействительным из-за перемещения в соседнее созвездие – сейчас оно находится в Дельфине . ^[16]

Полезность в астрономии

Звезды с большими собственными движениями обычно находятся поблизости; большинство звезд находятся достаточно далеко, поэтому их собственные движения очень малы, порядка нескольких тысячных угловых секунд в год. Можно построить почти полную выборку звезд с высоким собственным движением, сравнивая изображения фотографического обзора неба, сделанные с разницей в много лет. Паломарский обзор неба является одним из источников таких изображений. В прошлом поиск объектов с высоким собственным движением проводился с использованием мигающих компараторов для визуального изучения изображений. Более современные методы, такие как дифференцирование изображений , позволяют сканировать оцифрованные изображения или сравнивать их со звездными каталогами, полученными со спутников. ^[17] Поскольку любые ошибки отбора в этих обзорах хорошо понятны и поддаются количественной оценке, исследования подтвердили больше и сделали выводы о приблизительном количестве невидимых звезд - обнаруживая и подтверждая больше, изучая их дальше, например, независимо от яркости. Исследования такого рода показывают, что большинство ближайших звезд, например, красные карлики , по своей природе слабы и имеют малые угловые размеры .

Измерение собственных движений большой выборки звезд в далекой звездной системе, такой как шаровое скопление, можно использовать для расчета полной массы скопления с помощью оценки массы Леонарда-Мерритта . В сочетании с измерениями лучевых скоростей звезд собственные движения можно использовать для расчета расстояния до скопления.

Собственные движения звезд были использованы для вывода о наличии сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. ^[18] Предполагается, что этой черной дырой является Sgr A* с массой 4,2 × 10 ⁶  M ☉ (солнечной массы).

Собственные движения галактик Местной группы подробно обсуждаются у Рёзера. ^[19] В 2005 году было выполнено первое измерение собственного движения Треугольной галактики М33, третьей по величине и единственной обычной спиральной галактики в Местной группе, расположенной на расстоянии 0,860 ± 0,028 Мпк за пределами Млечного Пути. ^[20] Движение Галактики Андромеды было измерено в 2012 году, и столкновение Андромеды и Млечного Пути прогнозируется примерно через 4,5 миллиарда лет. ^[21] Собственное движение галактики NGC 4258 (M106) в группе галактик M106 было использовано в 1999 году для определения точного расстояния до этого объекта. ^[22] Были проведены измерения радиального движения объектов в этой галактике, движущихся прямо к Земле и от нее, и если предположить, что это же движение применимо к объектам только с собственным движением, то наблюдаемое собственное движение предсказывает расстояние до галактики7,2 ± 0,5 Мпк . ^[23]

История

Правильное движение подозревалось ранними астрономами (согласно Макробию , ок. 400 г. н. э.), но доказательство не было предоставлено до 1718 года Эдмундом Галлеем , который заметил, что Сириус , Арктур ​​и Альдебаран находились более чем на полградуса от положений, намеченных древними астрономами. Греческий астроном Гиппарх примерно 1850 лет назад. ^{[24] [25]}

Меньшее значение слова «собственный», возможно, датировано английским языком (но не является ни историческим, ни устаревшим при использовании в качестве постпозитива , как в «собственно городе»), что означает «принадлежащий» или «собственный». «Неправильное движение» будет относиться к воспринимаемому движению, которое не имеет ничего общего с собственным курсом объекта, например, из-за прецессии оси Земли и незначительных отклонений, нутации в пределах 26 000-летнего цикла.

Звезды с высоким собственным движением

Ниже приведены звезды с наибольшим собственным движением из каталога Hipparcos . ^[26] В него не включены такие звезды, как Звезда Тигардена , которые слишком слабы для этого каталога. Более полный список звездных объектов можно составить, выполнив критерийный запрос в астрономической базе данных SIMBAD .

Собственное движение 61 Лебедя с интервалом в один год.

Цифра для HIP 67593 почти наверняка является ошибкой, вероятно, потому, что у звезды есть сравнительно близкий, более яркий визуальный двойной компаньон; движение между изображениями DSS2 и SDSS9 меньше этого. Gaia измерила гораздо меньшее собственное движение для своей версии данных 2, но 15-кратный параллакс между ней и ее вероятным спутником с общим собственным движением HIP 67594. Согласование ее расстояния и движения придется подождать, пока версия данных 3, как ожидается, проанализирует хорошо. объекты с очень высоким собственным движением.

Смотрите также

• Астрономические системы координат
• Кривая вращения галактики
• Оценщик массы Леонарда – Мерритта
• Млечный Путь
• Своеобразная скорость
• Радиальная скорость
• Относительная скорость
• Солнечная вершина
• Космическая скорость (астрономия)
• Звездная кинематика
• Интерферометрия со очень длинной базой

Рекомендации

1. Тео Купелис; Карл Ф. Кун (2007). В поисках Вселенной . Издательство Джонс и Бартлетт. п. 369. ИСБН 978-0-7637-4387-1.
2. Д. Скотт Бирни; Гильермо Гонсалес; Дэвид Оспер (2007). Наблюдательная астрономия. п. 75. ИСБН 978-0-521-85370-5.
3. Саймон Ф. Грин; Марк Х. Джонс (2004). Знакомство с Солнцем и звездами. Издательство Кембриджского университета. п. 87. ИСБН 978-0-521-54622-5.
4. Д. Скотт Бирни; Гильермо Гонсалес; Дэвид Оспер (2007). Наблюдательная астрономия. Издательство Кембриджского университета. п. 73. ИСБН 978-0-521-85370-5.
5. Гораций А. Смит (2004). RR Лиры Звезды. Издательство Кембриджского университета. п. 79. ИСБН 978-0-521-54817-5.
6. М. Рид; Брунталер; Сюй Е; и другие. (2008). «Картирование Млечного Пути и местной группы». В Ф. Комбе; Кейичи Вада (ред.). Картирование галактики и близлежащих галактик . Спрингер. ISBN 978-0-387-72767-7.
7. Ю Софу и В. Рубин (2001). «Кривые вращения спиральных галактик». Ежегодный обзор астрономии и астрофизики . 39 : 137–174. arXiv : astro-ph/0010594 . Бибкод : 2001ARA&A..39..137S. doi :10.1146/annurev.astro.39.1.137. S2CID  11338838.
8. Авраам Леб; Марк Дж. Рид; Андреас Брунталер; Хейно Фальке (2005). «Ограничения на собственное движение галактики Андромеды основаны на выживании ее спутника M33» (PDF) . Астрофизический журнал . 633 (2): 894–898. arXiv : astro-ph/0506609 . Бибкод : 2005ApJ...633..894L. дои : 10.1086/491644. S2CID  17099715.
9. Уильям Маршалл Смарт ; Робин Майкл Грин (1977). Учебник по сферической астрономии. Издательство Кембриджского университета. п. 252. ИСБН 978-0-521-29180-4.
10. Чарльз Леандер Дулиттл (1890). Трактат о практической астрономии применительно к геодезии и навигации. Уайли. п. 583.
11. Саймон Ньюкомб (1904). Звезды: исследование Вселенной. Патнэм. стр. 287–288.
12. Matra Marconi Space, Alenia Spazio (15 сентября 2003 г.). «Каталоги Hipparcos и Tycho: астрометрические и фотометрические каталоги звезд, полученные на основе миссии космической астрометрии ESA Hipparcos» (PDF) . ЕКА. п. 25. Архивировано из оригинала (PDF) 3 марта 2016 года . Проверено 8 апреля 2015 г.
13. См. Маевски, Стивен Р. (2006). «Движение звезд: параллакс, собственное движение, лучевая скорость и космическая скорость». Университет Вирджинии. Архивировано из оригинала 7 июля 2013 г. Проверено 31 декабря 2008 г.
14. См. конспекты лекций Стивена Маевски.
15. Hipparcos: Каталоги: Атлас звезд тысячелетия: 20 лучших собственных движений, Европейское космическое агентство , получено 27 июня 2019 г.
16. Лемей, Дэмиен (1992). «Рецензия на книгу – Каталог неба 2000.0 – Т.1 – Звезды до величины 8.0 ED.2». Журнал Королевского астрономического общества Канады . 86 : 221. Бибкод : 1992JRASC..86..221L.
17. Ахметов, В.С.; Федоров, П.Н.; Величко, А.Б.; Шульга, В.М. (21 июля 2017 г.). «Каталог PMA: 420 миллионов позиций и абсолютных собственных движений». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 469 (1): 763–773. doi : 10.1093/mnras/stx812. ISSN  0035-8711.
18. Гез, Андреа М.; и другие. (2003). «Первое измерение спектральных линий короткопериодической звезды, связанной с центральной черной дырой Галактики: парадокс молодости». Астрофизический журнал . 586 (2): Л127–Л131. arXiv : astro-ph/0302299 . Бибкод : 2003ApJ...586L.127G. дои : 10.1086/374804. S2CID  11388341.
19. Андреас Брунталер (2005). «М33 – Расстояние и движение». У Зигфрида Рёзера (ред.). Обзоры по современной астрономии: от космологических структур до Млечного Пути . Уайли. стр. 179–194. ISBN 978-3-527-40608-1.
20. А. Брунталер; М. Дж. Рид; Х. Фальке; Эл Джей Гринхилл; К. Хенкель (2005). «Геометрическое расстояние и собственное движение галактики Треугольник (M33)». Наука . 307 (5714): 1440–1443. arXiv : astro-ph/0503058 . Бибкод : 2005Sci...307.1440B. дои : 10.1126/science.1108342. PMID  15746420. S2CID  28172780.
21. Гоф, Эван. «Вселенная сегодня». Астрофизический журнал . Проверено 12 февраля 2019 г.
22. Стивен Вайнберг (2008). Космология. Издательство Оксфордского университета. п. 17. ISBN 978-0-19-852682-7.
23. Дж. Р. Хернштейн; и другие. (1999). «Геометрическое расстояние до галактики NGC4258 по орбитальным движениям в диске ядерного газа». Природа . 400 (6744): 539–541. arXiv : astro-ph/9907013 . Бибкод : 1999Natur.400..539H. дои : 10.1038/22972. S2CID  204995005.
24. Отто Нойгебауэр (1975). История древней математической астрономии. Биркхойзер. п. 1084. ИСБН 978-3-540-06995-9.
25. «I. Соображения по поводу изменения широт некоторых основных неподвижных звезд». Философские труды Лондонского королевского общества (на латыни). 30 (355): 736–738. 1719-12-31. дои : 10.1098/rstl.1717.0025. ISSN  0261-0523.
26. Персонал (15 сентября 2003 г.). «150 звезд в каталоге Hipparcos с наибольшим собственным движением». ЕКА . Проверено 21 июля 2007 г.
27. "СИМБАД". Центр астрономических исследований Страсбурга . Проверено 13 апреля 2016 г.
28. Фабрициус, К.; Макаров В.В. (май 2000 г.). «Астрометрия Hipparcos для 257 звезд с использованием данных Тихо-2». Приложение по астрономии и астрофизике . 144 : 45–51. Бибкод : 2000A&AS..144...45F. дои : 10.1051/aas:2000198 .

Внешние ссылки

• Гиппархос: звезды с высоким собственным движением
• Эдмон Галлей: Открытие собственных движений