Astrometria - Astrometry

Ilustracja wykorzystania interferometrii w zakresie długości fal optycznych do precyzyjnego określania pozycji gwiazd. Dzięki uprzejmości NASA/JPL-Caltech

Astrometria to gałąź astronomii, która obejmuje precyzyjne pomiary pozycji i ruchów gwiazd oraz innych ciał niebieskich . Zapewnia kinematykę i fizyczne pochodzenie Układu Słonecznego i naszej galaktyki , Drogi Mlecznej .

Historia

Grafika koncepcyjna statku kosmicznego TAU , badania z lat 80. XX wieku , które wykorzystywałoby międzygwiazdową sondę prekursorową do rozszerzenia linii bazowej do obliczania gwiezdnej paralaksy na poparcie astrometrii

Historia astrometrii jest powiązana z historią katalogów gwiazd , które dostarczały astronomom punktów odniesienia dla obiektów na niebie, aby mogli śledzić ich ruchy. Można to datować od Hipparcha , który około 190 rpne wykorzystał katalog swoich poprzedników Timocharisa i Aristillusa do odkrycia precesji Ziemi . W ten sposób opracował również używaną do dziś skalę jasności. Hipparch sporządził katalog zawierający co najmniej 850 gwiazd i ich pozycje. Następca Hipparchusa, Ptolemeusz , dołączył do swojej pracy Almagest katalog 1022 gwiazd , podając ich położenie, współrzędne i jasność.

W X wieku Abd al-Rahman al-Sufi prowadził obserwacje gwiazd i opisał ich pozycje, jasności i kolor gwiazd ; ponadto dostarczył rysunki dla każdej konstelacji, które są przedstawione w jego Księdze Gwiazd Stałych . Ibn Yunus przez wiele lat obserwował ponad 10 000 wejść dotyczących położenia Słońca, korzystając z dużego astrolabium o średnicy prawie 1,4 metra. Jego obserwacje dotyczące zaćmień były nadal wykorzystywane wieki później w badaniach Simona Newcomba nad ruchem Księżyca, podczas gdy inne jego obserwacje ruchów planet Jowisza i Saturna zainspirowały Laplace'a na temat nachylenia ekliptyki i nierówności Jowisza i Saturna . W XV wieku astronom Timurydów Ulugh Beg skompilował Zij-i-Sultani , w którym skatalogował 1019 gwiazd. Podobnie jak wcześniejsze katalogi Hipparcha i Ptolemeusza, katalog Uluga Bega jest szacowany na dokładność do około 20 minut łuku .

W XVI wieku Tycho Brahe używał ulepszonych instrumentów, w tym dużych instrumentów ściennych , aby mierzyć pozycje gwiazd dokładniej niż wcześniej, z dokładnością 15-35 sekund kątowych . Taqi al-Din zmierzył rektascensję gwiazd w Konstantynopolu Obserwatorium Taqi ad-Din, używając wynalezionego przez siebie „zegara obserwacyjnego”. Kiedy teleskopy stały się powszechne, ustawianie okręgów przyspieszyło pomiary

James Bradley po raz pierwszy próbował zmierzyć paralaksy gwiazd w 1729 roku. Ruch gwiazdy okazał się zbyt nieistotny dla jego teleskopu , ale zamiast tego odkrył aberrację światła i nutację osi Ziemi. Jego skatalogowanie 3222 gwiazd zostało udoskonalone w 1807 roku przez Friedricha Bessela , ojca współczesnej astrometrii. Dokonał pierwszego pomiaru paralaksy gwiezdnej: 0,3 sekundy łuku dla podwójnej gwiazdy 61 Cygni .

Ze względu na to, że pomiar jest bardzo trudny, do końca XIX wieku uzyskano jedynie około 60 paralaks gwiazdowych, głównie za pomocą mikrometru filarowego . Astrografy wykorzystujące astronomiczne klisze fotograficzne przyspieszyły ten proces na początku XX wieku. Zautomatyzowane maszyny do pomiaru płyt i bardziej zaawansowana technologia komputerowa lat 60-tych umożliwiły wydajniejszą kompilację katalogów gwiazd . Rozpoczęty pod koniec XIX wieku projekt Carte du Ciel mający na celu ulepszenie mapowania gwiazd nie mógł zostać ukończony, ale uczynił fotografię powszechną techniką w astrometrii. W latach 80. urządzenia ze sprzężeniem ładunkowym (CCD) zastąpiły płyty fotograficzne i zmniejszyły niepewności optyczne do jednej milisekundy. Ta technologia sprawiła, że ​​astrometria stała się tańsza, otwierając pole dla amatorskiej publiczności.

W 1989 roku Europejska Agencja Kosmiczna „s Hipparcos satelita wziął astrometrii na orbitę, gdzie może to być mniej narażone na działanie sił mechanicznych Ziemi i zniekształceń optycznych z jego atmosferą. Działający od 1989 do 1993 roku Hipparcos mierzył duże i małe kąty na niebie z dużo większą precyzją niż jakiekolwiek wcześniejsze teleskopy optyczne. W ciągu 4 lat z niespotykaną dotąd dokładnością wyznaczono pozycje, paralaksy i ruchy własne 118 218 gwiazd. Nowy „ Katalog Tycho ” zgromadził bazę danych zawierającą 1 058 332 z dokładnością do 20-30 mas (miliardsekund). Skompilowano dodatkowe katalogi dla 23 882 gwiazd podwójnych/wielokrotnych oraz 11 597 gwiazd zmiennych, również analizowanych podczas misji Hipparcos. W 2013 roku satelita Gaia został wystrzelony i poprawił dokładność Hipparcos . Precyzja została zwiększona o współczynnik 100 i umożliwiła odwzorowanie miliarda gwiazd. Obecnie najczęściej używanym katalogiem jest USNO-B1.0 , katalog całego nieba, który śledzi ruchy własne, pozycje, jasności i inne cechy ponad miliarda obiektów gwiezdnych. W ciągu ostatnich 50 lat 7435 płyt kamer Schmidta zostało użytych do wykonania kilku przeglądów nieba, dzięki którym dane w USNO-B1.0 były dokładne z dokładnością do 0,2 sekundy kątowej.

Aplikacje

Schemat pokazujący, w jaki sposób mniejszy obiekt (taki jak planeta pozasłoneczna ) krążący wokół większego obiektu (takiego jak gwiazda ) może powodować zmiany w pozycji i prędkości tego ostatniego, gdy krążą wokół wspólnego środka masy (czerwony krzyż).
Ruch barycentrum Układu Słonecznego względem Słońca.

Oprócz podstawowej funkcji dostarczania astronomom układu odniesienia do zgłaszania swoich obserwacji, astrometria ma również fundamentalne znaczenie dla dziedzin takich jak mechanika nieba , dynamika gwiazd i astronomia galaktyczna . W astronomii obserwacyjnej techniki astrometryczne pomagają identyfikować obiekty gwiezdne na podstawie ich unikalnych ruchów. Jest to instrumentalne dla utrzymywania czasu , ponieważ UTC jest zasadniczo czasem atomowym zsynchronizowanym z obrotem Ziemi za pomocą dokładnych obserwacji astronomicznych. Astrometria jest ważnym krokiem w kosmicznej drabinie odległości, ponieważ umożliwia oszacowanie odległości paralaksy dla gwiazd w Drodze Mlecznej .

Astrometria została również wykorzystana do poparcia twierdzeń o wykrywaniu planet pozasłonecznych poprzez pomiar przesunięcia, jakie proponowane planety powodują w widocznej pozycji ich gwiazdy macierzystej na niebie, ze względu na ich wzajemną orbitę wokół środka masy układu. Astrometria jest dokładniejsza w misjach kosmicznych, na które nie mają wpływu zniekształcające efekty ziemskiej atmosfery. Planowana przez NASA misja interferometrii kosmicznej ( SIM PlanetQuest ) (obecnie odwołana) miała na celu wykorzystanie technik astrometrycznych do wykrywania planet ziemskich krążących wokół około 200 najbliższych gwiazd typu słonecznego . Misja Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej , wystrzelona w 2013 roku, wykorzystuje techniki astrometryczne w swoim spisie gwiazd. Oprócz wykrywania egzoplanet można go również wykorzystać do określenia ich masy.

Pomiary astrometryczne są używane przez astrofizyków do ograniczania pewnych modeli w mechanice nieba . Przez pomiar prędkości z pulsarów , jest możliwe do wprowadzenia limitu na asymetrii w supernowych wybuchów. Ponadto wyniki astrometryczne są wykorzystywane do określenia rozkładu ciemnej materii w galaktyce.

Astronomowie używają technik astrometrycznych do śledzenia obiektów bliskich Ziemi . Astrometria odpowiada za detekcję wielu rekordowych obiektów Układu Słonecznego. Aby znaleźć takie obiekty astrometrycznie, astronomowie używają teleskopów do badania nieba i kamer wielkopowierzchniowych do robienia zdjęć w różnych określonych odstępach czasu. Badając te obrazy, mogą wykrywać obiekty Układu Słonecznego na podstawie ich ruchów względem gwiazd tła, które pozostają nieruchome. Po zaobserwowaniu ruchu na jednostkę czasu astronomowie kompensują paralaksę wywołaną ruchem Ziemi w tym czasie i obliczana jest odległość heliocentryczna do tego obiektu. Korzystając z tej odległości i innych fotografii, można uzyskać więcej informacji o obiekcie, w tym o jego elementach orbitalnych .

50000 Quaoar i 90377 Sedna to dwa obiekty systemowe Solar odkryte w ten sposób przez Michaela E. Browna i innych w Caltech używając Palomar Observatory „s Samuel Oschin teleskop 48 cali (1,2 m) i Palomar-Quest dużej powierzchni kamery CCD. Zdolność astronomów do śledzenia pozycji i ruchów takich ciał niebieskich ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia Układu Słonecznego i jego współzależnej przeszłości, teraźniejszości i przyszłości z innymi we Wszechświecie.

Statystyka

Podstawowym aspektem astrometrii jest korekcja błędów. Różne czynniki wprowadzają błędy do pomiaru pozycji gwiazd, w tym warunki atmosferyczne, niedoskonałości przyrządów i błędy obserwatora lub przyrządów pomiarowych. Wiele z tych błędów można zredukować różnymi technikami, takimi jak ulepszenia przyrządu i kompensacja danych. Wyniki są następnie analizowane przy użyciu metod statystycznych w celu obliczenia szacunków danych i zakresów błędów.

Programy komputerowe

W fikcji

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

  • Kowalewski, Jean; Seidelman, P. Kenneth (2004). Podstawy astrometrii . Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge. Numer ISBN 0-521-64216-7.

Linki zewnętrzne