Астрометрия — это раздел астрономии , который включает в себя точные измерения положений и движений звезд и других небесных тел . Он обеспечивает кинематику и физическое происхождение Солнечной системы и галактики Млечный Путь .
История астрометрии связана с историей звездных каталогов , которые давали астрономам ориентиры для объектов на небе, чтобы они могли отслеживать их движения. Это можно отнести к Гиппарху , который около 190 г. до н.э. использовал каталог своих предшественников Тимохариса и Аристилла , чтобы обнаружить прецессию Земли . При этом он также разработал шкалу яркости, которая используется до сих пор. [1] Гиппарх составил каталог, содержащий не менее 850 звезд и их положения. [2] Преемник Гиппарха, Птолемей , включил в свой труд « Альмагест» каталог 1022 звезд , указав их местоположение, координаты и яркость. [3]
В X веке Абд ар-Рахман ас-Суфи проводил наблюдения за звездами и описал их положение, величину и цвет звезд ; кроме того, он предоставил рисунки для каждого созвездия, которые изображены в его «Книге неподвижных звезд» . Ибн Юнус в течение многих лет наблюдал более 10 000 записей положения Солнца, используя большую астролябию диаметром почти 1,4 метра. Его наблюдения за затмениями все еще использовались столетия спустя в исследованиях Саймона Ньюкомба о движении Луны, в то время как другие его наблюдения за движениями планет Юпитер и Сатурн вдохновили Лапласа на создание «Наклона эклиптики» и «Неравенств Юпитера и Сатурна» . [4] В 15 веке астроном Тимуридов Улугбек составил « Зидж-и-Султани» , в котором он каталогизировал 1019 звезд. Как и более ранние каталоги Гиппарха и Птолемея, каталог Улугбека, по оценкам, был точен с точностью до примерно 20 угловых минут . [5]
В 16 веке Тихо Браге использовал улучшенные инструменты, в том числе большие настенные инструменты , для более точного, чем раньше, измерения положения звезд, с точностью 15–35 угловых секунд . [6] Таки ад-Дин измерил прямое восхождение звезд в Константинопольской обсерватории Таки ад-Дина с помощью изобретенных им «наблюдательных часов». [7] Когда телескопы стали обычным явлением, установочные круги ускорили измерения.
Джеймс Брэдли впервые попытался измерить параллаксы звезд в 1729 году. Движение звезд оказалось слишком незначительным для его телескопа , но вместо этого он обнаружил аберрацию света и нутацию земной оси. Его каталогизация 3222 звезд была уточнена в 1807 году Фридрихом Бесселем , отцом современной астрометрии. Он сделал первое измерение звездного параллакса: 0,3 угловых секунды для двойной звезды 61 Лебедя . В 1872 году Уильям Хаггинс использовал спектроскопию для измерения лучевой скорости нескольких выдающихся звезд, включая Сириус . [8]
Поскольку их очень трудно измерить, к концу XIX века было получено всего около 60 звездных параллаксов, в основном с помощью ниточного микрометра . Астрографы , использующие астрономические фотографические пластинки, ускорили этот процесс в начале 20 века. Автоматизированные машины для измерения пластин [9] и более совершенные компьютерные технологии 1960-х годов позволили более эффективно составлять звездные каталоги . Начатый в конце 19 века проект Carte du Ciel по улучшению звездного картирования не смог быть завершен, но сделал фотографию обычным методом астрометрии. [10] В 1980-х годах устройства с зарядовой связью (ПЗС) заменили фотографические пластинки и снизили оптическую погрешность до одной миллисекунды дуги. Эта технология сделала астрометрию менее дорогой, открыв область для любительской аудитории. [ нужна цитата ]
В 1989 году спутник Hipparcos Европейского космического агентства вывел астрометрию на орбиту, где на нее могли меньше влиять механические силы Земли и оптические искажения ее атмосферы. Работавший с 1989 по 1993 год Hipparcos измерял большие и малые углы неба с гораздо большей точностью, чем любые предыдущие оптические телескопы. За четыре года работы с беспрецедентной степенью точности были определены положения, параллаксы и собственные движения 118 218 звезд. Новый « каталог Тихо » собрал базу данных из 1 058 332 звезд с точностью до 20-30 мс (миллисекунд дуги). Дополнительные каталоги были составлены для 23 882 двойных и кратных звезд и 11 597 переменных звезд, также проанализированных в ходе миссии Hipparcos. [11] В 2013 году был запущен спутник Gaia , который улучшил точность Hipparcos . [12] Точность была повышена в 100 раз и позволила нанести на карту миллиард звезд. [13] Сегодня наиболее часто используемым каталогом является USNO-B1.0 , каталог всего неба, который отслеживает собственные движения, положения, величины и другие характеристики более чем одного миллиарда звездных объектов. За последние 50 лет 7435 фотопластинок Шмидта были использованы для выполнения нескольких обзоров неба, которые обеспечивают точность данных в USNO-B1.0 с точностью до 0,2 угловой секунды. [14]
Помимо фундаментальной функции предоставления астрономам системы отсчета для отчетов о своих наблюдениях, астрометрия также имеет фундаментальное значение для таких областей, как небесная механика , звездная динамика и галактическая астрономия . В наблюдательной астрономии астрометрические методы помогают идентифицировать звездные объекты по их уникальным движениям. Оно способствует сохранению времени , поскольку UTC — это, по сути, атомное время, синхронизированное с вращением Земли посредством точных астрономических наблюдений. Астрометрия является важным шагом в лестнице космических расстояний , поскольку она позволяет оценить расстояние параллакса для звезд Млечного Пути .
Астрометрия также использовалась для подтверждения утверждений об обнаружении внесолнечных планет путем измерения смещения, которое предполагаемые планеты вызывают в видимом положении их родительской звезды на небе из-за их взаимной орбиты вокруг центра масс системы. Астрометрия более точна в космических миссиях, на которые не влияет искажающее воздействие земной атмосферы. [15] Запланированная миссия НАСА 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 Гайя Европейского космического агентства , запущенная в 2013 году, применяет астрометрические методы в своей звездной переписи. Помимо обнаружения экзопланет, [16] его можно использовать и для определения их массы. [17]
Астрометрические измерения используются астрофизиками для ограничения определенных моделей небесной механики . Измеряя скорости пульсаров , можно ограничить асимметрию взрывов сверхновых . Также астрометрические результаты используются для определения распределения темной материи в галактике.
Астрономы используют астрометрические методы для слежения за околоземными объектами . Астрометрия отвечает за обнаружение многих рекордных объектов Солнечной системы. Чтобы найти такие объекты астрометрически, астрономы используют телескопы для наблюдения за небом и камеры большой площади для съемки через различные определенные промежутки времени. Изучая эти изображения, они смогут обнаружить объекты Солнечной системы по их движению относительно фоновых звезд, которые остаются неподвижными. Как только наблюдается движение в единицу времени, астрономы компенсируют параллакс, вызванный движением Земли за это время, и рассчитывают гелиоцентрическое расстояние до этого объекта. Используя это расстояние и другие фотографии, можно получить дополнительную информацию об объекте, включая элементы его орбиты . [18]
50000 Квавар и 90377 Седна - два объекта Солнечной системы, открытые таким образом Майклом Э. Брауном и другими в Калифорнийском технологическом институте с помощью телескопа Сэмюэля Осчина 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 объектами во Вселенной. [19] [20]
Фундаментальным аспектом астрометрии является исправление ошибок. Различные факторы вносят ошибки в измерение положения звезд, включая атмосферные условия, несовершенство инструментов и ошибки наблюдателя или измерительных приборов. Многие из этих ошибок можно уменьшить с помощью различных методов, например, путем усовершенствования приборов и компенсации данных. Затем результаты анализируются с использованием статистических методов для расчета оценок данных и диапазонов ошибок. [21]
коррекция ошибок астрометрии.
