Astrometri

Astrometri (från andra grekiska ἄστρον  - "stjärna" och μετρέω  - "Jag mäter") är en gren av astronomi , vars huvuduppgift är att studera himlakropparnas geometriska och kinematiska egenskaper .

Astrometrins huvuduppgift formuleras mer i detalj som en högprecisionsbestämning av himlakropparnas läge och deras hastighetsvektorer vid en given tidpunkt. En fullständig beskrivning av dessa två kvantiteter ges av sex astrometriska parametrar :

• himmelska ekvatorialkoordinater , eller positioner , -höger uppstigning() ochdeklination();
• egenrörelser , det vill säga ekvatorialhastigheter i höger uppstigning och deklination ();
• parallaxer ;
• radiella hastigheter [1] .

Noggrann mätning av dessa astrometriska parametrar gör det möjligt att få ytterligare information om ett astronomiskt objekt, såsom [2] :

• objektets absoluta ljusstyrka ;
• föremålets massa och ålder;
• klassificering av objektets plats: i solsystemet , i galaxen , bortom dess gränser, etc.;
• klassificering av familjen av himlakroppar som föremålet tillhör;
• frånvaro/närvaro av osynliga satelliter vid objektet .

Mycket av denna information är nödvändig för att dra slutsatser om de fysiska egenskaperna och inre strukturen hos det observerade objektet, samt ge svar på mer grundläggande frågor - om volymen, massan och åldern av hela universum . Således är astrometri en av de viktigaste grenarna av astronomi, och tillhandahåller experimentell information som är nödvändig för utvecklingen av andra sektioner ( astrofysik , kosmologi , kosmogoni , himlamekanik , etc.).

Klassificering av astrometri

Grundläggande astrometri

För noggranna mätningar av himlakropparnas positioner och rörelser är det nödvändigt att ha ett referenssystem med givna koordinater. Grundläggande astrometri är den underavdelning av astrometri som behandlar problemen med att välja ett sådant koordinatsystem, och relaterade frågor - vilka objekt som ska väljas för referenspunkten (den så kallade implementeringen av koordinatsystemet ); hur man binder koordinatsystemet till de objekt som är ursprunget.

Moderna koordinatsystem är indelade i kinematiska och dynamiska :

• dynamiskt koordinatsystem  - ett system som bestäms på grundvalav elementen i jordens omloppsbana runt solen.
• kinematiskt koordinatsystem  - ett koordinatsystem baserat på bindning till objekt, vars egenrörelser kan anses vara ganska välkända.

Från början av astronomins utveckling fram till slutet av 1900-talet har astronomer alltid använt det dynamiska systemet med ekvatorialkoordinater. Referenspunkten för detta system togs som vårdagjämningen , traditionellt betecknad med symbolen , - skärningspunkten mellan ekliptikan och den himmelska ekvatorn , bestämd från observationer av solens årliga rörelse.

Ett sådant dynamiskt system har ett antal nackdelar. På grund av jordaxelns precession och nutation , rotationsaxelns rörelse inuti jorden, såväl som sekulära och periodiska störningar av jordens omloppsbana från solsystemets kroppar (den så kallade "precessionen från planeterna" [3] ), vårdagjämningen rör sig bland stjärnorna. Medan ett dynamiskt koordinatsystem användes inom astronomi, måste denna rörelse kompenseras genom att beräkna påverkan av alla ovanstående processer, respektive omräkning av koordinaterna för varje epok .

Dessutom uppfyller det dynamiska referenssystemet inte tröghetskravet för referensramen .

Dessa svårigheter ledde till att det var lämpligt att ersätta det dynamiska koordinatsystemet med ett kinematiskt. I modern astrometri används ett kinematiskt koordinatsystem. För närvarande är detta ICRF -koordinatsystemet i radioområdet, med extragalaktiska objekt som referens, och HCRF i det optiska området, med referens till ICRF- observationssystemet i Hipparcos rymdastrometriska projekt .

En kinematisk referensram baserad på extragalaktiska objekt som referens anses vara kvasi-tröghet (eftersom accelerationen i rörelsen av extragalaktiska objekt, och till och med själva närvaron av denna rörelse, kan försummas).

Varje kinematiskt koordinatsystem definieras med hjälp av den grundläggande katalogen som en uppsättning av alla astrometriska parametrar för objekt som ingår i denna katalog.

Praktisk astrometri

Praktisk astrometri är ett underavsnitt som behandlar problem: [2]

• användning av det etablerade koordinatsystemet;
• att utifrån den mottagna informationen bestämma var de studerade objekten finns och hur de rör sig;
• organisation och bearbetning av observationer för att lösa dessa problem;
• bedömning av noggrannheten hos de erhållna resultaten och dess förbättring till erforderlig noggrannhet.

Praktisk astrometri bör också inkludera undersökningar av himlen - sammanställning av detaljerade fotografiska kartor i syfte att katalogisera så många astrometriska objekt som möjligt.

Studera jordens rotation

Eftersom astrometriska observationer utförs i en stor volym från jordens yta, är studiet av eventuella variationer av dess rörelse och rörelsen av dess skorpa också förknippat med lösningen av astrometriska problem, och är en underavdelning av astrometri. Rörelsen för varje separat vald punkt på jordens yta påverkas av sådana processer som precession , nutation , polernas rörelse , retardation av jordens rotation, rörelse av litosfäriska plattor , ojämna klockor i gravitationsfältet. I det här fallet är parametrarna för jordens rotation inte konstanta; de förändras över tiden. En av metoderna som används för att studera jordens rotation är gravimetri .

Det bör noteras att fram till ungefär mitten av 1900-talet användes jordens rotation i astrometri för att mäta tid, såväl som geografiska koordinater. Efter att ha uppfunnit mer exakta metoder för båda, löser astrometri nu det omvända problemet - den studerar variationerna i jordens rotation, (i synnerhet retardation), med hjälp av normerna för exakt tid; och studerar vibrationerna i jordskorpan med hjälp av globala satellitnavigeringssystem .

Astrometrins historia

Före astrofysikens tillkomst i början av 1900-talet reducerades nästan all astronomi till astrometri. Astrometri är oupplösligt kopplad till stjärnkataloger . Den första katalogen sammanställdes i det antika Kina av astronomen Shi Shen. Mer exakt var det inte en katalog, utan en schematisk karta över himlen. Den första astrometriska katalogen som innehåller stjärnornas koordinater skapades av den antika grekiske astronomen Hipparchus och går tillbaka till 129 f.Kr., men den har inte överlevt. Genom att jämföra sina observationer med tidigare upptäckte Hipparchus fenomenet precession av dagjämningarna , eller precession . Drivkraften för utvecklingen av astrometri var människans praktiska behov: utan en kompass och en mekanisk klocka kunde navigering endast utföras enligt observationer av himlakroppar (se Astronomisk navigering ).

Under medeltiden var astrometri utbredd i arabvärlden. Det största bidraget till det gjordes av al-Battani (X-talet), al-Biruni (XI-talet) och Ulugbek (XV-talet). På 1500-talet genomförde Tycho Brahe observationer av Mars i 16 år , efter att ha bearbetat vilka, hans efterträdare Johannes Kepler upptäckte lagarna för planetrörelser . Baserat på dessa empiriska lagar beskrev Isaac Newton lagen om universell gravitation och lade grunden till klassisk mekanik , vilket ledde till framväxten av ett vetenskapligt tillvägagångssätt .

I slutet av 1900-talet, efter en betydande kris, skedde en revolution inom astrometri, tack vare utvecklingen av datorteknik och förbättringen av strålningsdetektorer.

Huvuduppgifterna för modern astrometri

Till en början var astrometrins uppgift att mäta stjärnornas position för att bestämma geografiska koordinater för navigering från dem . Om de geografiska koordinaterna är kända kan du ta reda på den lokala soltiden genom att markera det ögonblick då ljuset passerar genom den himmelska meridianen .

Huvudmålen för modern astrometri

• Skapande av en ny grundläggande katalog som relativt uppfyller de universalitetskriterier som krävs för moderna observationer;
• Förbättring av referensreferenssystem på jorden ( ITRS ).
• Verifiering av relativitetsteorin, förfining av dess grundläggande parametrar;
• Skapande av en universell himmelkarta som har fördelar jämfört med befintliga fotografiska undersökningar;
• Att erhålla astrometriska parametrar för så många olika objekt i vår galax som möjligt;
• Studie av effekten av mikrolinsning , inklusive dess inverkan på konstruktionen av ett grundläggande stödsystem;
• Ackumulering av övervakningsobservationer för att förbättra teorierna om jordens och solsystemets kroppar;

Metoder för astrometri