Астрометрия

Лаборатория реактивного движения НАСА в Калифорнии — одна из наиболее заметных мировых организаций, занимающихся фундаментальными проблемами астрометрии

Астроме́трия — раздел астрономии, который фокусируется на изучении геометрических параметров, кинематических характеристик и динамических особенностей небесных тел с целью создания трёхмерной модели Вселенной. Изначально астрометрия ориентировалась на установление точных координат звёзд, что позволяло исследовать видимое суточное вращение небесной сферы, траектории движения астрономических объектов, осуществлять навигацию и определять точное время.

История астрометрии

На протяжении всей истории своего существования человечество формировало и формирует свои представления об устройстве мира. Задачи астрометрии можно условно определить как задачи поиска своего места во Вселенной, поиска общей и индивидуальной «модели мира». По мере накопления научных знаний меняются задачи, которые приходится решать человеку в той или иной области знания, хотя при этом остаётся некоторая основополагающая проблема, которая рассматривается уже на новом уровне. Для того чтобы пользоваться полученной в результате наблюдений информацией и передавать её другим, необходимо как-то её сохранять. Поэтому в процессе накопления астрометрической информации её стали фиксировать сначала в виде карт или схем звёздного неба, а затем в виде астрономических каталогов. Кроме того, когда речь идёт о необходимости получения координат, сразу же возникает вопрос о методах, служащих для определения положений небесных светил. Становление и развитие астрометрии тесно связано с пятью основными направлениями:

• накопление наблюдательных данных;
• создание и совершенствование необходимого инструментария;
• сохранение знаний в виде карт звёздного неба и каталогов;
• разработка методов наблюдений, их анализа и обработки;
• построение сложных теорий, которые дают возможность решать задачи астрометрии данного исторического периода на уровне требуемых точностей.

Классификации астрометрии

Астрометрия состоит из:

• фундаментальной астрометрии, занимающейся определением координат небесных объектов на основе наблюдений, формированием каталогов звёздных положений и установлением численных значений астрономических параметров. Эти параметры представляют собой величины, которые учитывают закономерные изменения координат небесных объектов;
• радиоастрономии;
• сферической астрономии, занимающейся разработкой математических методов для определения видимых положений и движений небесных тел с использованием различных систем координат, а также изучением теории закономерных изменений координат светил со временем.

Основные задачи современной астрометрии

Миссия ЕКА Gaia

Задачи, решаемые астрометрией:

1. Установление на небесной сфере инерциальной системы небесных координат, которая не должна обладать никаким другим движением, кроме прямолинейного и равномерного.
2. Задание систем измерения времени и определение параметров поступательно-вращательного движения Земли.
3. Создание согласованной системы фундаментальных астрономических постоянных.

Для решения указанных задач используются следующие массивы астрометрических наблюдений:

• координаты и собственные движения звёзд;
• положения тел Солнечной системы;
• координаты полюса и неполярные колебания широт;
• астрономические поправки эталонного времени;
• положения искусственных спутников Земли, скорости их движения, расстояния до них;
• задержки сигналов в РСДБ (радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами).

Методы астрометрии

Астрометрические подходы можно разделить на две категории: традиционные (базирующиеся на наземной астрооптике) и передовые (космические). Астрооптические техники подразумевают изучение небесных объектов с использованием оптических приборов, размещённых на земной поверхности. В данном случае, астрометрические задачи решаются либо позиционным способом (путём определения угловых координат звёзд), либо посредством фотографических методов. Для проведения основополагающих астрооптических измерений обычно применяются стационарные астрономические устройства: инструмент для определения времени прохождения, меридианный телескоп, вертикальный круг, телескоп, нацеленный в зенит, призменная астролябия, фотокамера, направленная в зенит, астрограф.

Астрометрические измерения ведутся в обсерваториях по всему миру, а базовые наблюдения в значительной степени автоматизированы. Главным фактором, ограничивающим предельную точность астрооптики, является атмосферная нестабильность. Этот недостаток приводит к тому, что традиционные подходы уступают современным методикам при решении астрометрических задач. К примеру, точность определения положения звёзд с помощью астрооптических методов составляет порядка сотых долей угловой секунды, в то время как современные технологии позволяют повысить точность на несколько порядков — до тысячных или даже десятитысячных долей угловой секунды.

Искусство из стекла-Выставка «Астрометрия» Максимилиан Берн, Швейцария

В современной наземной оптической астрометрии всё шире применяются передовые технологии, такие как оптическая интерферометрия. Использование полупроводниковых матричных приёмников на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС), переход к полностью автоматизированным наблюдениям, посредством роботизированных телескопов, применение адаптивной оптики, активное задействование глобальных информационных сетей, а также использование лазерных дисков для хранения больших объёмов наблюдательных данных и другие инновации.

В XXI веке астрометрия отличается непрерывным улучшением используемых технологий и ростом объёмов и точности получаемых данных. Традиционные астрооптические подходы постепенно уступают место космической геодезии. Современные астрометрические исследования активно применяют космические аппараты, наблюдения за искусственными спутниками Земли и Луной, а также за удалёнными радиоисточниками, такими как радиогалактики и квазары. К современным методам астрометрии относятся:

• использование астрометрических космических телескопов;
• радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой (РСДБ);
• лазерная локация искусственных путников Земли и Луны;
• радиотехнические методы космической геодезии — допплеровские и радиодальномерные.

Современные астрометрические инструменты

В настоящее время для решения задач астрометрии используются следующие астрономические инструменты:

• автоматические меридианные телескопы;
• широкоугольные астрографы;
• большие телескопы;
• оптические интерферометры. Все перечисленные инструменты снабжены полупроводниковыми панорамными приборами-приёмниками с зарядовой связью.