Астрометрия

Астрометрия ( бор. грек. ἄστρον — "йолдыз" һәм μετρέω — "үлчәү") — астрономиянең бер тармагы, аның төп бурычы - күк җисемнәренең геометрик һәм кинематик үзлекләрен өйрәнү.

Астрометриянең төп максаты - күк җисемнәренең билгеле бер вакыт ноктасындагы урнашуын һәм аларның тизлек векторларын югары төгәллек белән билгеләү. Бу ике зурлык тулысынча алты астрометрик параметр белән тасвирлана:

күк экваториаль координаталар, яки позицияләр, туры биеклек ( ${\boldsymbol {\alpha }}$ ) һәм авышлык ( ${\boldsymbol {\delta }}$ );
аларның хәрәкәтләре, ягъни туры күтәрелеш һәм авышлыктагы экваториаль тизлекләр ( ${\dot {\alpha }},{\dot {\delta }}$ );
параллакслар ;
радиаль тилекләр

Бу астрометрик параметрларны төгәл үлчәү безгә астрономик объект турында өстәмә мәгълүмат алырга мөмкинлек бирә, мәсәлән,^[1] :

объектның абсолют яктылыгы;
объектның массасы һәм яше;
объектның урнашу классификациясе: Кояш системасында, Галактикада, аннан читтә һ.б.;
объект караган күк җисемнәре гаиләсенең классификациясе;
объектның күренмәгән иярченнәренең булмавы/булыуы.

Бу мәгълүматның күп өлеше күзәтелгән объектның физик үзлекләре һәм эчке төзелеше турында нәтиҗәләр ясау өчен, шулай ук бөтен Галәмнең зурлыгы, массасы һәм яше турындагы төп сорауларга җавап бирү өчен кирәк. Шулай итеп, астрометрия астрономиянең иң мөһим тармакларының берсе булып тора, ул башка тармакларның (астрофизика, космология, космогония, күк механикасы һ.б.) үсеше өчен кирәкле эксперименталь мәгълүматлар бирә.

Астрометрия классификациясе

Фундаменталь астрометрия

Күк җисемнәренең урнашуын һәм хәрәкәтен төгәл үлчәү өчен координаталар белән исәпләү системасы кирәк. Төп астрометрия - астрометриянең мондый координаталар системасын сайлау мәсьәләләре һәм бәйле сораулар - исәпләүнең башлангычы итеп кайсы объектларны сайларга (координаталар системасын гамәлгә ашыру дип атала); һәм координаталар системасын исәпләү өчен нигез булып хезмәт итүче объектлар белән ничек бәйләргә кирәклеге белән бәйле өстәмә өлкә.

Хәзерге координата системалары кинематик һәм динамик системаларга бүленә:

динамик координатлар системасы - Җирнең Кояш тирәсендәге орбита элементлары нигезендә билгеләнә торган система.
Кинематик координаталар системасы - хәрәкәтләре шактый яхшы билгеле дип саналырга мөмкин булган объектларга бәйле нигезләнгән координаталар системасы.

Астрономия башланганнан алып XX гасыр ахырына кадәр астрономнар һәрвакыт динамик экваториаль координата системасын кулланганнар. Бу системаның исәпләү башы буларак, гадәттә, ${\boldsymbol {\Upsilon }}$ символы менән тамгаланган Язгы көн белән көн тигезлеге ноктәсе кабул ителә. Бу нокта кояшның еллык хәрәкәтен күзәтү нәтиҗәсендә билгеләнгән эклиптика күк экваторы менән кисешкән урын иде.

Мондый динамик системаның берничә кимчелеге бар. Җир күчәренең прецессиясе (җисемнең әйләнү күчәре үзенең юнәлешен киңлектә үзгәртү күренеше) һәм нутация (латин теленнән nutatio тибрәнүе; чайкалу, селкенү), Җир эчендә әйләнү күчәренең хәрәкәте, шулай ук Кояш системасы җисемнәреннән Җир орбитасының дөньяви һәм периодик бозылулары ("планеталардан прецессия" дип атала^[2]) аркасында язгы көн-төн тигезлеге ноктәсе йолдызлар арасында хәрәкәт итә. Астрономия динамик координаталар системасын кулланган чорда бу хәрәкәтне югарыда күрсәтелгән барлык процессларның йогынтысын исәпләү юлы белән компенсацияләргә туры килә, һәм координаталар һәр чор өчен шуңа туры китереп яңадан исәпләнә.

Моннан тыш, динамик исәпләү системасы терәк системага куелган инерциаллек таләбен канәгатьләндерми.

Бу кыенлыклар динамик координата системасын кинематик координата системасына алыштыру зарурлыгына китерә. Хәзерге астрометрия кинематик координата системасын куллана. Хәзерге вакытта радиодиапазонда ICRF координата системасын куллана, ул галактикадан тыш объектларны терәк итеп ала. Оптик диапазон өчен HCRF системасы кулланыла, ул Hipparcos космик астрометрия проектыннан күзәтүләрне ICRF системасына тоташтыра.

Терәк буларак галактикадан тыш объектларга нигезләнгән кинематик исәпләү системасы квази-инерциаль дип санала (чөнки галактикадан тыш объектлар хәрәкәтендәге тизләнешне, хәтта бу хәрәкәтнең үзен дә исәпкә алмый калырга мөмкин).

Теләсә нинди кинематик координата системасы фундаменталь каталог ярдәмендә билгеләнә. Фундаменталь каталог - бу каталогка кертелгән объектларның барлык астрометрик параметрлары җыелмасы.

Гамәли астрометрия

Гамәли астрометрия астрометриянең түбәндәге мәсьәләләрне карый торган бүлеге:

билгеләнгән координатлар системасын куллану;
алынган мәгълүматлар нигезендә өйрәнелгән объектларның урнашуын һәм аларның ничек хәрәкәт итүен билгеләү;
бу мәсьәләләрне хәл итү өчен күзәтүләрне оештыру һәм эшкәртү;
алынган нәтиҗәләрнең дөреслеген бәяләү һәм аны кирәкле төгәллеккә кадәр яхшырту.

Гамәли астрометрия шулай ук күкне күзәтүне дә үз эченә ала - мөмкин кадәр күбрәк астрометрик объектларны каталоглаштыру өчен җентекле фотокарталар булдыру.

Җирнең әйләнүен өйрәнү

Астрометрик күзәтүләрнең күбесе Җир өслегеннән үткәрелгәнлектән, аның хәрәкәтендәге һәм җир кабыгы хәрәкәтендәге теләсә нинди үзгәрешләрне өйрәнү дә астрометрик мәсьәләләрне чишү белән бәйле һәм астрометриянең бер тармагы булып тора. Җир өслегендәге һәр аерым ноктаның хәрәкәтенә прецессия, нутация, полюс хәрәкәте, Җир әйләнешенең әкренәйүе, литосфера плиталарының хәрәкәте һәм гравитация кырында тигез булмаган сәгать курсы кебек процесслар тәэсир итә. Моннан тыш, Җир әйләнеше параметрлары даими түгел; алар вакыт узу белән үзгәрә. Җир әйләнешен өйрәнү өчен кулланыла торган бер ысул - гравиметрия.

XX гасыр урталарына кадәр Җирнең әйләнеше астрометриядә вакытны һәм географик координаталарны үлчәү өчен кулланылган. Икесе өчен дә төгәлрәк ысуллар эшләү белән, астрометрия хәзер капма-каршы мәсьәләне хәл итә: төгәл вакыт эталоннарын кулланып Җирнең әйләнешендәге үзгәрешләрне (атап әйткәндә, аның әкренәюен) һәм глобаль юлдаш навигация системаларын кулланып, җир кабыгы тирбәнешләрен өйрәнә.

Астрометрия тарихы

XX гасыр башында астрофизика барлыкка килгәнче, бар астрономия диярлек астрометриягә кайтып кала. Астрометрия йолдыз каталоглары белән аерылгысыз бәйләнгән. Беренче каталогны борынгы Кытайда астроном Ши Шен төзегән. Дөресерәге, ул каталог түгел, ә күкнең схематик картасы булган. Йолдыз координаталарын үз эченә алган беренче астрометрик каталогны борынгы грек астрономы Гиппарх төзегән һәм ул б.э.т. 129 елга карый, ләкин ул сакланып калмаган. Ул үзенең күзәтүләрен элеккеге күзәтүләр белән чагыштырган һәм Гиппарх көн-төн тигезлеге прецессиясе күренешен ачкан. Астрометриянең үсешен кеше ихтыяҗлары этәргән: компас яки механик сәгатьсез навигацияне күк җисемнәрен күзәтү аша гына башкарып була иде (карагыз: Астрономик навигация).

Урта гасырларда астрометрия гарәп дөньясында киң таралган була. Иң зур өлешне әл-Баттани (X гасыр), әл-Бируни (XI гасыр) һәм Олугбәк (XV гасыр) керткән. XVI гасырда Тихо Браге Марсны 16 ел күзәткән, һәм бу күзәтүләрне анализлаганнан соң, аның варисы Иоганн Кеплер планеталар хәрәкәте законнарын ачкан. Бу эмпирик законнар нигезендә Исаак Ньютон бөтендөнья тартылу законын сурәтләгән һәм классик механикага нигез салган, бу фәнни карашның барлыкка килүенә китергән.

XX гасыр ахырында, зур кризистан соң, исәпләү технологияләре үсеше һәм нурланыш кабул итүчеләренең яхшыруы аркасында астрометриядә революция була.

Хәзерге астрометриянең төп бурычлары

Башта астрометрияның бурычы навигация өчен географик координаталарны билгеләү максатыннан йолдызларның урнашуын үлчәү иде. Әгәр географик координаталар билгеле булса, йолдызның күк меридианын кисеп үткән моментын билгеләү юлы белән җирле кояш вакытын билгеләргә мөмкин.

Хәзерге астрометриянең төп максатлары

Заманча күзәтүләр өчен таләп ителгән универсаль критерийларга чагыштырмача туры килә торган яңа фундаменталь каталог булдыру;
Җир өслегендәге терәк үлчәү системасын (ITRS) камилләштерү.
Чагыштырмалык теориясен тикшерү, аның төп параметрларын билгеләү;
Гамәлдәге фотокүзәтүләрдән өстенлекләре булган универсаль күк картасын булдырыу;
Галактикабыздагы мөмкин кадәр күбрәк төрле объектлар өчен астрометрик параметрлар алыу;
Микролинза эффектын, шул исәптән аның төп терәк системасын төзүгә йогынтысын өйрәнү;
Җир һәм Кояш системасы объектларының хәрәкәт теорияләрен камилләштерү өчен күзәтүләрне җыю;

Астрометрия ысуллары

Астрометрик күзәтүләр

Яктылыкның ноктәле чыганагын ( Кояштан башка теләсә нинди йолдызны да кертеп) астрономик күзәтүләрендә үлчәнергә тиеш зурлыклар:

Йолдыз зурлыгы - нокта чыганагыннан вакыт берәмлегендә берәмек мәйданга туры килгән яктылык квантлары саны;
спектраль состав - чыганактан алынган барлык квантларның дулкын озынлыгы таралышын характерлый;
координаталар, яки йолдызларның урнашуы, бу квантларның кайсы юнәлештә килүен күрсәтүче кыйммәтләр.

Бу зурлыкларны үлчәүче күзәтүләр фотометрик, спектроскопик һәм астрометрик булалар. Яңа, универсаль яктылык кабул итүчеләре барлыкка килү белән, күзәтүләрне классификацияләүдә мондый аерма сизелерлек кими бара. Күк җисемнәренең астрометрик параметрларын билгеләү өчен өч төр үлчәү дә кирәк.

Позиция үлчәүләренең төгәллеге ${\boldsymbol {\mu }}$ , нокта чыганагыннан алынган сурәтнең дифракция дискы 𝑅 радиусына һәм керүче яктылык квантлары саны 𝑛 белән түбәндәгечә бәйләнгән: $\mu \sim R/{\sqrt {n}}$

Астрометрик кораллар

Gaia космик аппараты почмакларны 20 µas-ка (дуга микросекунды) кадәр үлчәү төгәллегенә ирешә дип фаразлана.

Классик астрометрик кораллар

Классик астрограф - күк җисемнәрен фотога төшерү өчен кулланыла торган сындыручы телескоп. Ул XIX гасыр ахырында фотога төшерү уйлап табылганнан соң популярлашты. Күкне күзәтү өчен кулланыла.

Шмидт телескопы - классик астрографка караганда зуррак яктылык көче һәм күрү кыры булган көзге линзалы телескоп (катадиоптрик телескоп). Ул шулай ук күк йөзен тикшерүдә дә кулланыла.

Озын фокуслы астрограф - фокус аралыгы 19 метрга кадәр булган рефрактор . Классик астрографтан аермалы буларак, ул зуррак зурайту бирә, бу аны параллаксларны үлчәү өчен кулланырга мөмкинлек бирә.

Пассажлы инструмент - рефрактер, ул ике тумбага нык беркетелгән һәм көнбатыш-көнчыгыш юнәлешендә горизонталь күчәр тирәсендә генә әйләнә ала. Күк җисемнәрен күк меридианын кискәндә, ягъни аларның өске һәм аскы кульминацияләрендә күзәтергә мөмкин. Күк җисемнәренә махсус диск беркетелгән, аның аша инструмент трубкасын биеклек буенча юнәлтергә мөмкин. Күзәтү вакытында күк җисеменең меридиан аша үтү вакыты да теркәлә.

Меридиан түгәрәге - күк җисемнәренең меридиан аша үтүен күзәтү һәм аларның экваториаль координаталарын билгеләү өчен кулланыла торган астрометрик җайланма. Пассажлы инструменттан аермалы буларак, күчәргә бүленгән түгәрәкләр беркетелгән, бу күзәтелгән күк җисемнәренең авышлыгын зур төгәллек белән билгеләргә мөмкинлек бирә.

Зенит телескобы һәм зенит трубкасы. Алар киңлекне билгеләү өчен кулланыла.

Искәрмәләр

↑ Куимов К.В. {{{башлык}}} // Земля и Вселенная : Журнал. — № 5. — С. 23—34.
↑ «Прецессия от планет» — сложившийся исторически термин, обозначающий возмущения от планет. Он не имеет ничего общего с прецессией — движением оси вращающегося объекта

Сылтамалар

Астрофотометрия // Брокгауз һәм Ефрон энциклопедик сүзлеге: 86 томда (82 том һәм 4 өстәмә). Санкт-Петербург: 1890—1907.

Годичный параллакс и расстояния до звёзд Архивная копия от 24 сентября 2020 на Wayback Machine
Расстояния до космических объектов (методы определения) Архивная копия от 4 июня 2008 на Wayback Machine
Геометрия Космоса(үле сылтама)(недоступная ссылка) Проверено 1 май 2018.
Методы определения расстояний до галактик
Шкала расстояний во вселенной Архивная копия от 19 февраля 2007 на Wayback Machine

[kvk-1] Куимов К.В. {{{башлык}}} // Земля и Вселенная : Журнал. — № 5. — С. 23—34.

[2] «Прецессия от планет» — сложившийся исторически термин, обозначающий возмущения от планет. Он не имеет ничего общего с прецессией — движением оси вращающегося объекта

[1]

[2]