Каталоги звездных положений и собственных движений. Фундаментальные каталоги

8_3.Каталоги звездных положений и собственных движений. Фундаментальные каталоги.

Обзор исходных каталогов. Составление описаний звездного неба и получение из наблюдений положений звезд производилось еще на заре развития науки и культуры во всех странах древнего мира, поскольку без этого невозможно было решать практические задачи, связанные с астрономией, и изучать интригующее видимое движение небесных светил. Среди этих работ следует отметить не дошедший до нас каталог зодиакальной зоны Аристилла и Тимохариса, двух известных астрономов Древней Греции, наблюдения которых помогли открыть явление предварения равноденствий или прецессию.

Первым каталогом, сыгравшим значительную роль в развитии астрономии, явился каталог эклиптических долгот и широт видимых звезд для эпохи 123 г. до н. э., составленный на основе собственных наблюдений величайшим астрономом древности Гиппархом. Поводом к составлению этого каталога послужило появление новой звезды. Каталог Гиппарха является первым дошедшим до нас каталогом звездных положений, поскольку он был воспроизведен знаменитым Птолемеем, жившим два с половиной столетия позднее Гиппарха, в его труде, известном под арабским названием Альмагест. Седьмая и восьмая книги Альмагеста содержат каталог Гиппарха, долготы которого были исправлены Птолемеем за прецессию, открытую и вычисленную Гиппархом из наблюдений ряда астрономических явлений. Каталог Гиппарха — Птолемея содержит данные для 1025 звезд и считается отнесенным к эпохе 138 г. н. э. Однако при редукции долгот Птолемей использовал не самое удачное значение прецессии по долготе из известных в то время, вследствие чего его долготы ошибочны в среднем на один градус и относятся к более ранней на 75 лет эпохе. Это свидетельствует о том, что Птолемей не производил перенаблюдений каталога Гиппарха, ибо при существовавшей точности астрономических измерений ±15', эта ошибка была бы им обнаружена.

Альмагест Птолемея был в течение четырнадцати столетий единственной книгой по астрономии, к авторитету которой обращались во всех необходимых случаях. Однако каталог звезд ных положений не мог сохранить необходимую точность и удовлетворять возрастающим требованиям науки и практики. Поэтому он подвергался неоднократным ревизиям и перена-блюденням. Переводы труда Птолемея на арабский и иные языки, начиная с 827 года, явились основой для создания астрономических таблиц и каталогов, содержащих положения звезд списка Гиппарха — Птолемея. Чаще положения звезд просто переводились на новую эпоху с более точным значением прецессии, реже частично исправлялись по собственным наблюдениям. Отметим известных арабских астрономов — создателей астрономических таблиц — Альбатения (X в.) и Аль-Сухи (X в.). В Испании издаются так называемые Альфонсовы таблицы, составленные по указанию короля Кастилии Альфонса X для эпохи 1252,4 и пришедшие на смену Толедским таблицам 1080 г.

Первое перенаблюдение каталога Гиппарха — Птолемея через шестнадцать столетий после его создания было произведено великим узбекским астрономом Улугбеком (1394—1449), который убедился на основе выполненных наблюдений в неточности координат многих звезд в каталоге Птолемея. Звездный каталог Улугбека, занимавший четвертую книгу его таблиц и содержавший положения 1017 звезд для эпохи 1437,5, превысил по точности существовавшие до него каталоги. Координаты в каталоге Улугбека имели точность порядка ±5'. Прогресс развития астрономии на востоке закончился работами Улугбека.

Началом развития фундаментальной астрометрии как науки о получении точных положений светил и создании небесной системы координат астрономия обязана Тихо Браге (1546—1601). Тихо Браге со своими ассистентами отличился во всех разделах наблюдательной астрономии, произведя многочисленные наблюдения Солнца, Луны, планет, комет и в первую очередь неподвижных, как их тогда называли, звезд. Им впервые была реализована идея создания опирающейся на девять ярких звезд квазифундаментальной системы, относительно которой определялись положения других звезд и светил. Наблюдения Тихо Браге производились главным образом на квадрантах и армиллярных сферах и имели предельную точность глазомерных измерений ±1—2'. Первое издание его каталога, содержащее наблюдения 777 звезд, начатое в Ураниборге, было закончено в 1602 г., в Праге, уже после смерти Тихо Браге. Кеплер в своих Рудольфинских таблицах переиздал в 1627 г. этот каталог, расширив его содержание до 1005 звезд на основании личной переписки с Тихо Браге. Заметим, что наблюдения Рог-мана на Кассельской обсерватории позволили образовать каталог положений 1004 звезд для эпохи 1594 г. Все эти каталоги содержали звезды Птолемея.

XVII век был переломным в деле составления звездных каталогов: начинается переход к более точной реализации небесной системы координат — экваториальной системе, разрабатываются инструментальные принципы для ее определения. Первым каталогом, содержащим прямые восхождения и склонения звезд наряду с эклиптическими координатами, был каталог Гевелия 1564 звезд для эпох 1661 и 1701 гг., полученный по наблюдениям взаимных расстояний звезд с шестифутовым секстантом. Новые инструменты, созданные О. Рёмером — пассаж-11.ый инструмент и меридианный круг, снабженные астрономической трубой, послужили дальнейшему повышению точности эвездных каталогов.

В 1675 г. в Англии была основана знаменитая Гринвичская обсерватория. Систематические наблюдения звезд и тел Солнечной системы, ведущиеся в течение всего существования обсерватории до настоящего времени, являлись и являются остовой для проведения астрономических исследований и для создания исходных звездных каталогов в первую очередь. Первым директором Гринвичской обсерватории был Джон Флем-стид (1646—1720), который составил по своим наблюдениям каталог 2935 звезд, более обширный и точный, чем каталоги его предшественников. Точность каталога Флемстида достигала =6:10".

     Развитие мореплавания и открытие новых земель в южном полушарии Земли поставили задачу определения координат звезд южного полушария неба, необходимых для целей навигации и картографии. Первый список положений 136 звезд южного неба, составленный моряком Петером Теодором по наблюдениям многих мореплавателей XVI столетия, включая Аме-раго Веспуччи, приведен Кеплером в Рудольфинских таблицах. Первый каталог южного неба, содержащий 341 звезду, был опубликован в 1679 г. по наблюдениям Эдмунда Галлея, второго директора Гринвичской обсерватории, выехавшего для этой цели на остров Святой Елены. Каталог Галлея был перенаблюден Абрагамом Шарпом в 1726 г., причем им выведены и экваториальные координаты для этих звезд.

Последующая работа по широкому изучению южного неба была предпринята Парижской обсерваторией (основанной в 1667 г.), которая не проводила до этого больших каталожных работ, а главным образом была занята проблемой изучения фигуры Земли и геодезическими работами. Ученая экспедиция на мыс Доброй Надежды (1750—1754) под руководством Никола Луи де Лакайля провела систематическое обозрение южного неба, охватывавшее свыше 10 000 звезд. Эта работа завершилась выходом в 1763 г. каталога «Южное звездное небо», содержавшего 2000 звезд. Наблюдения остальных звезд были обработаны и изданы Британским Обществом лишь в 1845 г. Из числа работ Парижской обсерватории следует также упомянуть большие зонные наблюдения 47 390 звезд северного неба до 9—10 звездной величины от —35° до 80° по склонению, проведенные с 1778 г. Лаландом и увидевшие свет в 1847 г.

Следует упомянуть работы еще двух известных астрономов — Тобиаса Майера (1723—1762) и Невиля Маскелайна (1732— 1811). Тобиас Майер на Геттингенской обсерватории разработал теорию пассажного инструмента и получил каталог 998 зодиакальных звезд, изданный в 1775 году. Сопоставление положений из этого каталога с наблюдениями Рёмера и Лакайля позволили обнаружить наличие у значительного числа звезд собственных движений. Пятый директор Гринвичской обсерватории Невиль Маскелайн известен созданием каталога 36 ярких зодиакальных звезд, предназначенного для дневных наблюдений Солнца с целью привязки каталогов к точке весеннего равноденствия.

Все каталоги до эпохи Брадлея имеют лишь историческое значение вследствие их низкой точности. Они создавались на различных инструментах, разными методами, обработаны и опубликованы различным образом. Это обстоятельство затрудняет их сравнительную оценку. Высокое качество наблюдений Брадлея для эпохи 1755 г. позволило использовать их при построении фундаментальных каталогов. Для этой цели они были переобработаны с современными редукционными величинами дважды: Бесселем, опубликовавшим каталог 3268 звезд в 1818 г., и Ауверсом в 1882 г. Последний переобработал также каталог Майера 990 звезд для эпохи 1755 г., каталог Пиацци 7646 звезд для эпохи 1800,0 и каталог 4243 околополярных звезд для эпохи 1810,0 Грумбриджа.

Первая половина XIX в. ознаменована созданием многих обсерваторий, новых совершенных инструментов и развертыванием работ по созданию исходных каталогов на основе разработанного меридианного принципа наблюдений.

В первую очередь следует выделить ряды исходных каталогов, которые регулярно с середины XIX в. начали получать на Гринвичской и Пулковской обсерваториях.

Наблюдения экваториальных координат звезд на Гринвичской обсерватории производились раздельно на пассажном инструменте и стенном круге до 1850 г., когда седьмой директор Гринвичской обсерватории Джордж Эри ввел в действие меридианный круг для совместных определений прямых восхождений и склонений звезд. Гринвичская школа получения звездных каталогов, созданная Эри, основана на производственном подходе к данной задаче. Эри была разработана детальная инструкция по проведению наблюдений и их обработке, которой следовали на протяжении многих десятилетий. Он исходил из того положения, что инструментальные ошибки не изменяются со временем и что их достаточно исследовать только один раз. Это привело к созданию ряда регулярно получаемых однотипных исходных каталогов, но не могло не сказаться на их точности, которая всегда уступала точности Пулковских каталогов, созданных на более совершенных принципах.

Пулковская обсерватория была основана в 1839 году, и с этого времени стали регулярно с интервалом около двадцати лет выходить ее каталоги фундаментальных звезд. Основатель Пулковской обсерватории В. Я. Струве (1793—1864) организовал наблюдения ярких звезд, руководствуясь разработанными Бесселем принципами. Пулковские каталоги того времени далеко превзошли по точности как в случайном, так и систематическом отношении каталоги других обсерваторий, благодаря тщательному исследованию инструментальных ошибок и изучению их изменений со временем, ослаблению и исключению их влияния путем специальной организации наблюдательного процесса наряду с сохраненным раздельным методом абсолютных определений координат на пассажном инструменте и изобретенном Струве вертикальном круге.

Помимо наблюдения ярких, фундаментальных звезд проводятся наблюдения и более слабых звезд дифференциальными методами. Здесь можно отметить серию дифференциальных каталогов Пулковской обсерватории, содержащих звезды списка Брадлея. Большие зонные наблюдения звезд 9—10-й величины северного полушария и экваториальной области были проведены в середине XIX в. В результате были получены каталоги 62 530 звезд от —15° до +45° по склонению для 1825,0 (Бессель), 26 425 звезд от +45° до +80° для 1842,0 (Аргеландер) и 3735 звезд от +80° до +90° для 1855,0 (Кэррингтон). Эти каталоги, не основанные на какой-либо фундаментальной системе, представляют в настоящее время лишь историческую ценность. Создание каталогов большего числа звезд на основе распространения первоклассной фундаментальной системы стало возможным лишь с конца XIX и начала XX в. С образованием в 1820 г. Капской обсерватории на мысе Доброй Надежды начались регулярные наблюдения южных звезд. Капская обсерватория создала серию звездных каталогов, являющихся основой для изучения южного неба.

Накопление большого наблюдательного материала к последней четверти XIX в., когда были получены сотни каталогов положений звезд для отдельных эпох, поставили задачу вывода на базе их совокупности высокоточной фундаментальной системы. Начало формирования первоклассных фундаментальных каталогов показало большую важность получения исходных каталогов, особенно абсолютным методом. Отсутствие унификации в организации наблюдений и в их обработке продолжалось до конца XIX в., когда создание первоклассных фундаментальных систем позволило объективно оценивать достоинства отдельных каталогов.

Первый фундаментальный каталог был создан Бесселем в начале XIX в. осреднением своих наблюдений (каталоги 1815 и 1825 гг.) и переработанных им наблюдений Брадлея, привлеченных для вывода собственных движений. На основании фундаментального каталога Бессель составил так называемые «Кенигсбергские таблицы» (TR), содержащие средние и видимые места 36 экваториальных звезд Маскелайна и двух близполюсных звезд для периода времени с 1750,0 по 1850,0. Улучшение фундаментальной системы Бесселя произвел по новым каталогам Вольферс, который учел средние систематические разности этих каталогов. На основании новой системы были опубликованы таблицы 47 звезд для периода 1860—1880 гг.

Современные фундаментальные системы обязаны своим появлением и развитием работам трех астрономических школ: Ньюкомба, Ауверса и Босса. И хотя цели, поставленные этими школами, были различны: определение астрономических постоянных и уточнение теории движения больших планет (Ньюкомб), создание основы для каталога положений звезд 9—10-й звездной величины (Ауверс), изучение нашей звездной системы (Босс), работы этих школ, начавшиеся в семидесятых годах прошлого столетия, привели к развитию методов построения фундаментальных каталогов путем изучения случайных и систематических ошибок отдельных каталогов и явились предпосылками для дальнейшего совершенствования и распространения созданных фундаментальных систем на большое число звезд.

Первый каталог Ньюкомба, обозначаемый Nb был издан в 1872 г. и содержал прямые восхождения 32 экваториальных звезд (30 звезд Маскелайна, Сириус и Процион).

В 1898 г. вышел второй фундаментальный каталог Ньюкомба, содержащий прямые восхождения и склонения 1257 звезд преимущественно зодиакальной зоны, полученные на основании 43 абсолютных каталогов. Фундаментальная система Ньюкомба N2 имела большое значение для создания фундаментальных астрономических постоянных

Первым международным кооперативным астрометрическим предприятием было организованное Германским Астрономическим обществом создание каталогов AGK. (Astronomischer Gesellschaft Katalog).

Для однородности получаемых зонных каталогов необходимо было создать фундаментальный каталог опорных звезд. Этот каталог, опубликованный в 1879 г. и обозначаемый FC, явился первым фундаментальным каталогом Ауверса. В него вошли 539 звезд до —10° по склонению, положения и собственные движения которых, выведенные по восьми, преимущественно Пулковским и Гринвичским каталогам, в дальнейшем были исправлены за случайные ошибки.

Каталог FK4 был завершен Фрике и опубликован в 1963 г. Вывод системы положений каталога FK4 основан на абсолютных каталогах XX столетия, а для вывода системы собственных движений привлечены ряды каталогов, полученные на обсерваториях, регулярно наблюдавших с середины прошлого столетия. Это обеспечило первоклассную точность каталога FK4, который содержит 1535 звезд. Погрешность системы FK4 имеет тот же предел, как и случайная погрешность внутри системы (Каталог FK4 принят в качестве международной основы для Астрономических ежегодников с 1964 г.

Ранее предполагалось, что список звезд FK4 будет расширен за счет звезд, входящих в список FK3sup, однако к моменту формирования FK4 число наблюдений этих дополнительных звезд было все еще недостаточно для использования их при выводе новой фундаментальной системы. Поэтому ограничились простым переводом координат 1987 ярких звезд до 7м,0 на систему FK4, и был образован каталог FK4sup. Звезды FK4 и особенно списка FK4SuP успешно наблюдаются на многих обсерваториях мира, с тем, чтобы впоследствии на их основе образовать новую фундаментальную систему FK5, опирающуюся уже на 3500 звезд, что важно для практических целей использования фундаментального каталога. Имеются планы привлечения и слабых звезд в состав каталога FK5, который был составлен.

Упомянем еще две фундаментальные системы, не получившие дальнейшего развития, но имевшие значение в свое время. Система Эйхельбергера использовалась с 1928 до 1940 г. во всех ежегодниках, кроме Берлинского, когда точность системы NFK уже упала, а система FK3 еще не была создана. Система Eich была основана на четырех каталогах. Система N3o была выведена Морганом в 50-х годах для целей изучения планетных движений на основе более семидесяти каталогов, не использованных при составлении FK3 и GC. Каталог N30 содержал 5268 звезд, был по точности в систематическом отношении лучше GC, а в случайном несколько хуже. Однако он сыграл свою роль при решении задач небесной механики и изучении вращения Земли.

Исходные звездные каталоги положений.Результаты определений координат звезд представляются в виде исходных звездных каталогов, содержащих индивидуальные и осредненные данные наблюдений на данном инструменте за данный, относительно короткий период времени. Исходные каталоги получаются после исправления наблюденных координат за явления, связанные с вращением Земли. Они задают наблюденную систему средних экваториальных координат для отдельных эпох. Для того чтобы вывести практически пригодную для любой эпохи систему координат, исходные каталоги объединяются в производные каталоги. Этим достигается, с одной стороны, повышение точности координат отдельных звезд в систематическом и случайном отношении, а с другой — выводятся изменения координат со временем. Производный каталог, при образовании которого система координат выводится заново, называется фундаментальным каталогом. Система координат фундаментального каталога используется при образовании сводных каталогов, положения звезд в которых улучшаются в случайном отношении и которые представляют распространение фундаментальной системы координат на большее число звезд. Производные каталоги задают широко используемую практически и научно фундаментальную систему координат, учет вращения которой позволяет перейти к инерциальной системе координат.

Переход от наблюденной системы координат к инерциальной через фундаментальную систему представляет собой сложный комплекс астрометрических проблем, решение которых опирается, помимо наблюдений звезд, на дополнительные ряды наблюдений тел Солнечной системы и галактик, и его не во всех частях можно считать оптимально разработанным.

Из ряда наблюдений, проведенных на данном инструменте в данном месте на земном шаре, получают экваториальные координаты звезд целесообразно составленного списка. Каждая звезда наблюдается в течение ряда наблюдений несколько раз с целью ослабления влияния случайных ошибок. Наблюдения звезд стараются производить в разных условиях: при разных положениях инструмента, в разных кульминациях, с участием разных наблюдателей. Возникающие вследствие этого различия наблюденных данных для разных групп звезд изучаются и по возможности исключаются из каждого наблюдения, что позволяет ослабить влияние систематических ошибок на вычисляемые координаты звезд.

Каждое наблюдение звезды дает ее видимые координаты на момент наблюдения. Необходимо так осреднить эги координаты для каждой звезды и представить данные в такой форме, чтобы в дальнейшем использование исходных каталогов было возможно более удобным. Поэтому координаты, полученные для отдельных моментов, приводят к началу какого-либо Бесселева года, т. е. к единой системе координат. Приведение к началу Бесселева года достигается сначала переводом наблюденных координат с момента наблюдения к началу года наблюдений учетом влияния аберрации, нутации и прецессии, а затем учетом одной прецессии — на принятое равноденствие каталога; когда требуется, учитываются и параллаксы звезд.

Равноденствие исходного каталога, таким образом, показывает, каким положением среднего экватора и эклиптики задается сетка средних экваториальных координат, относительно которой приводятся координаты звезд в исходном каталоге. Равноденствие каталога не следует путать с эпохой наблюдения каталога, под которой понимается средняя эпоха наблюдения отдельных звезд каталога.

В настоящее время согласно постановлению Международного Астрономического союза принята единая система средних экваториальных координат- для равноденствия 2000,0 (до этого 1950,0).

Полученные в результате приведения к единой координатной системе отдельные положения звезд осредняются, иногда с весами. На основании этих окончательных значений координат звезд и составляется исходный каталог звездных положений, который содержит для некоторого списка звезд полученные из наблюдений координаты для некоторой средней фиксированной эпохи наблюдений. Эпохи наблюдений для отдельных звезд каталога, как правило, незначительно различаются, однако это не имеет принципиального значения.

Исходный каталог имеет обычно следующую структуру. Звезды каталога располагаются в порядке возрастания прямых восхождений и нумеруются по порядку. Для каждой звезды приводится звездная величина согласно какому-либо фотометрическому каталогу. Затем даются прямые восхождения и склонения, полученные осреднением отдельных наблюденных значений, а также средние эпохи наблюдения этих координат по каждой звезде. Иногда приводятся выведенные на основании внутреннего согласия отдельных наблюдений средние квадратические ошибки координат каждой звезды. Кроме того, для облегчения сравнения полученных данных с данными других каталогов для каждой звезды приводится вычисленная по данным Ньюкомба годичная прецессия по прямому восхождению и по склонению, ее вековые изменения, а также номера звезд по другим источникам. В примечаниях даются особые признаки звезды: переменность, кратность, название в созвездии или обстоятельства наблюдения. Иногда приводится спектральный класс, например, по гарвардской классификации.Исходные звездные каталоги положений в зависимости от примененного метода наблюдений делятся на абсолютные и относительные. Первые содержат меньшее число звезд, — обычно порядка тысячи, что объясняется трудоемкостью абсолютных наблюдений. Относительные каталоги положений могут быть получены как визуальным, так и фотографическим методом. Относительные визуальные каталоги, как правило, содержат порядка 10—25 тысяч звезд, фотографические же в несколько раз большее число звезд, достигающее иногда по всем зонам склонения порядка 150—200 тысяч. Для решения частных задач создаются каталоги и с меньшим числом звезд.

Исходные каталоги звездных положений используются как материал для:

  1.  создания наиточнейшей фундаментальной системы координат— построения фундаментальных каталогов;
  2.  распространения фундаментальной системы на большое число звезд и получения опорных каталогов для фотографических наблюдений;
  3.  создания обзорных каталогов большого числа звезд дляизучения строения Галактики и отдельных ее областей.

 

 

6

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Обзор исходных каталогов. Составление описаний звездного неба и получение из наблюдений положений звезд производилось еще на заре развития науки и культуры

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok