Эволюция точности определения координат небесных обьектов

(полученных наземными средствами, включая большие телескопы)

Развитие астрометрии существенно зависит от возможности техники - изменение точности определения координат небесных объектов особенно за последние несколько столетий это наглядно иллюстрирует (см. рис.1.15) Развитие современной техники, в частности, космической, позволило реализовать в 1989-93 гг проект HIPPARCOS. Результаты наблюдений этого КА повысили точность определения координат и других астрометрических параметров (собственных движений, параллакса) примерно в 100 раз по сравнению с традиционными наземными наблюдениями. Это стало причиной коренных изменений и прогресса, как в традиционной позиционной астрономии, так и вообще в астрономии по множеству направлений исследований. В частности, можно говорить о смене эпох развития позиционной астрономии: эпоха наземной меридианной астрометрии заменяется эпохой космической астрометрии.

Первым каталогом, имеющим научную ценность (точность, около 30' в положениях звезд) считается каталог Гиппарха (100 лет до н.э.). С его помощью была открыта прецессия. Позже Птолемей (90--160г. н.э.), используя вавилонские наблюдения с 8 века до н.э. по 141 г. н.э., а также наблюдения Гиппарха и свои с армиллярной сферой вывел первый сводный каталог Альмагест, содержащий 1028 звезд и имеющий точность около 15'. В средние века с квадрантами и диоптрами была получена точность порядка 1-2 угловых минут. Был достигнут уровень разрешения невооруженного глаза (каталоги положений звезд Улугбека (15 в.), Тихо Браге (16 в.), Гевелия(17в.).

 

Рис.1.15 Улучшение точности позиционных измерений за 2000 лет

(точность: до ±30'; -±1-2' Галилей; ±1-2" ±0."01; ±0."001; ±0."000001)

 

Увеличение точности примерно в 100 раз (до 1"-2") произошло после создания Галилеем в 1612 году телескопа, а датским астрономом Ремером в 1689 году прототипа пассажного инструмента, позже (Дж. Брадлей, Т.Майер) и меридианного телескопа (MT) - меридианного круга. Было изобретено также П.Вернье устройство для точного отсчета круга (верньер), а Гюйгенсом - маятниковые часы. В результате перехода от наблюдений с диоптрами к наблюдениям с MT лучшие каталоги Флемстида и Брадлея имели точность 1".

В 18-19 вв. в астрометрии использовались результаты технической революции - электричество, радио, спектральный анализ; был создан контактный регистрирующий микрометр, пишущий хронограф, высокоточные часы; Т.Майером и Ф.Бесселем разработана теория ошибок меридианного телескопа. Лучшие визуальные MT того времени показывали точность 0."2-0."4.

В результате последующих усовершенствований в XX веке (фотоэлектрический и ПЗС методы регистрации звезд, кварцевый и атомный стандарты времени и частоты, новые материалы - ситалл, титан, металлокерамика и др.; ЭВМ и полная автоматизация наблюдений, телескопы новых конструкций и др.) точность наземных наблюдений подошла вплотную к рефракционному пределу. Точность лучших современных, автоматических MT достигла уровня 0."05 и выше, при этом возможное количество объектов наблюдений достигает сотен тысяч в год, а предельная яркость до 17-18 звездной величины .

Дальнейшие перспективы повышения точности наземными инструментами связаны с применением новых методов и приборов оптической и радиоинтерферометрии, а также космических средств с орбитального космического аппарата или Луны. Ожидаемый уровень точности в этом случае: от угловой миллисекунды до нескольких микросекунд (Табл.1.4).

 

Табл.1.4. Точность наземных телескопов и интерферометров

Телескопы и интерферометры Точность наблюден Количество небесных объектов Предел. яркость (mag) Эпоха наблюдений
Лучшие виз.каталоги 2' (RA и D) 1 534 звезд 1661-1701 гг.
Первые каталоги с MT 2."2; 1."3 6-7 серед. XVIIIв.
Лучшие визуальные MT 0."21;0."38 Тысячи/год середина XX в.
ПЗС автоматич. МТ 0."01-0."05 Сотни тыс.и млн./год 17-18 1990гг.  
Большие телескопы и оптические интерферометры:        
наземные до 1- 20 mas 60-500 млн. 2000-2008гг.
космические до 0.1-0.01mas до 1.5 млрд 20-21 2012-2016гг.

Табл.1.5 Современные каталоги (+перспектива)

 

Название Каталога Количест во обьектов Средняя эпоха наблюдений Предел. звездная величина Точность(mas) положений a,d, Плотность обьектов N/[10] Разное
Каталог Гиппарх(HC) 118тыс. звезд 1991.25 0.77; 0.64 2-3 Hipparcos, 5 парам.
Tycho-2   2,5mln 1991.75 10 до10m 20 до12m 70 cвыше12m ИСЗ+на- земные наблюд.
GAIA 26–1300 mln 2013-18 15-20 0.010-0.200 600-30 тыс. GAIA(проект),5парам.
UCAC4 113 mln 2012.0 20 до 10-14m 70 до 16m 1500 2012,5 пар. фотометр.
2MASS   471mln,   »1999.0 до 19 65-100 12000 J,H,K, 1.2-2.2mkm2п.
USNО B1.0 1042 mln обзор неба »1975.0 до 21 100-200 mas/ астрометрия, 0.m3/фотомет 24000 4 парамет ра

 

В табл.1.5 представлены полученные в последние годы астрометрические каталоги с уникальной точностью и обширным наполнением небесных обьектов. Ведущие астрометристы ( Э. Хег, N. Zacharias, R. Gaume и др. рекомендуют три лучших из них для высокоточных астрометрических исследований: Hipparcos, TYCHO-2, UCAC4; 2 каталога считаются обзорными: 2MASS и USNO B1.0,причем общее количество информации в обзорах оценивается величиной порядка десяти терабайт (1012 байт).