1.5 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.).
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 .
Рис.1.15 Улучшение точности позиционных измерений за 2000 лет
(точность: до ±30'; -±1-2' Галилей; ±1-2" ±0."01; ±0."001; ±0."000001)
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 |
6 |
1661-1701 гг. |
|
Первые каталоги с MT |
2."2; 1."3 |
3268 |
6-7 |
серед. XVIIIв. |
|
Лучшие визуальные MT |
0."21;0."38 |
Тысячи/год |
9 |
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. |
18 |
2000-2008гг. |
|
космические |
до 0.1-0.01mas |
до 1.5 млрд |
20-21 |
2012-2016гг. |
Табл.1.5 Современные каталоги (+перспектива)
|
Название Каталога |
Количес- тво обьектов |
Средняя эпоха наблю-дений |
Предел. звездная величина |
Точность(mas) положений ,, |
Плотность обьектов N/[10] |
Разное
|
|
Каталог Гиппарх(HC) |
118тыс. звезд |
1991.25 |
10 |
0.77; 0.64 |
2-3 |
Hipparcos, 5 парам. |
|
Tycho-2
|
2,5mln |
1991.75
|
12 |
10 до10m 20 до12m 70 cвыше12m |
60
|
ИСЗ + наземные наблюд. |
|
GAIA |
26–1300 mln |
2012-15 |
15-20 |
0.010-0.200 |
600-30 тыс. |
GAIA (проект), 5парам. |
|
UCAC3 |
90 mln |
2003.0 |
16 |
20 до 10-14m 70 до 16m |
1500 |
2008,4 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 пара- метра |
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, UCAC3; 2 каталога считаются обзорными: 2MASS и USNO B1.0, причем общее количество информации в обзорах оценивается величиной порядка десяти терабайт (1012 байт).
С наступлением «эпохи GAIA» ожидается резкое повышение точности астрометрических (позиционных) параметров (координаты (,), собственные движения µ и параллакс ) на 1-2 порядка. Миллиардный размер каталога небесных обьектов (1% от количества звезд в Нашей галактике) позволит построить ее трехмерную модель.
Отметим, что выполненная оценка количества обьектов Вселенной, доступными наблюдательными средствами имеет величину ~ 70 секстиллионов (70х1021); - это не более 2% регистрируемой массы Вселенной.
Карта Млечного пути (Нашей Галактики),
цифровой атлас – 4 млн изображений звезд;
(2MASS - Two Micron All Sky Survey –