Astrometria

Astrometria ( muista kreikkalaisista sanoista ἄστρον  - "tähti" ja μετρέω  - "mittaa") on tähtitieteen haara , jonka päätehtävänä on tutkia taivaankappaleiden geometrisia ja kinemaattisia ominaisuuksia .

Astrometrian päätehtävä on muotoiltu yksityiskohtaisemmin taivaankappaleiden sijainnin ja niiden nopeusvektorien korkean tarkkuuden määrittämiseksi tietyllä hetkellä. Täydellinen kuvaus näistä kahdesta suuresta saadaan kuudella astrometrisellä parametrilla :

• taivaan ekvatoriaaliset koordinaatit tai sijainnit -oikea nousu() jadeklinaatio();
• oikeat liikkeet eli ekvatoriaaliset nopeudet oikeassa nousussa ja deklinaatiossa ();
• parallaksit ;
• säteittäiset nopeudet [1] .

Näiden astrometristen parametrien tarkka mittaus mahdollistaa lisätietojen saamisen tähtitieteellisestä kohteesta, kuten [2] :

• kohteen absoluuttinen kirkkaus ;
• kohteen massa ja ikä;
• kohteen sijainnin luokitus: aurinkokunnassa , galaksissa , sen rajojen ulkopuolella jne.;
• sen taivaankappaleiden perheen luokittelu, johon kohde kuuluu;
• näkymättömien satelliittien puuttuminen/läsnäolo kohteessa .

Suuri osa tästä tiedosta on tarpeen, jotta voidaan tehdä johtopäätöksiä havaitun kohteen fysikaalisista ominaisuuksista ja sisäisestä rakenteesta sekä antaa vastauksia perustavanlaatuisempiin kysymyksiin - koko maailmankaikkeuden tilavuudesta, massasta ja iästä . Siten astrometria on yksi tähtitieteen tärkeimmistä haaroista, ja se tarjoaa kokeellista tietoa, joka on tarpeen muiden osien ( astrofysiikka , kosmologia , kosmogonia , taivaan mekaniikka jne.) kehittämiseen.

Astrometrian luokitus

Fundamentaalinen astrometria

Taivaankappaleiden sijainnin ja liikkeiden tarkkoja mittauksia varten tarvitaan referenssijärjestelmä annetuin koordinaattein. Fundamentaalinen astrometria on astrometrian alaosasto, joka käsittelee tällaisen koordinaattijärjestelmän valintaongelmia ja siihen liittyviä kysymyksiä - mitkä objektit valitaan vertailupisteeksi (ns. koordinaattijärjestelmän toteutus ); kuinka koordinaattijärjestelmä sidotaan objekteihin, jotka ovat origo.

Nykyaikaiset koordinaattijärjestelmät jaetaan kinemaattisiin ja dynaamisiin :

• dynaaminen koordinaattijärjestelmä  - järjestelmä, joka määräytyy Maan Auringon ympärikiertävän kiertoradan elementtien perusteella .
• kinemaattinen koordinaattijärjestelmä  - objekteihin sitoutumiseen perustuva koordinaattijärjestelmä, jonka oikeat liikkeet voidaan pitää melko hyvin tunnetuina.

Tähtitieteen kehityksen alusta 1900-luvun loppuun asti tähtitieteilijät ovat aina käyttäneet dynaamista päiväntasaajan koordinaattijärjestelmää. Tämän järjestelmän vertailupisteeksi otettiin kevätpäiväntasaus , jota perinteisesti on merkitty symbolilla - ekliptiikan ja taivaan päiväntasaajan leikkauspiste , joka määritettiin Auringon vuosittaisen liikkeen havaintojen perusteella.

Tällaisella dynaamisella järjestelmällä on useita haittoja. Johtuen Maan akselin precessiosta ja nutaatiosta , kiertoakselin liikkeestä Maan sisällä sekä maapallon kiertoradan maallisista ja säännöllisistä häiriöistä aurinkokunnan kappaleista (ns. "planeetoilta tuleva pressio") [3] ), kevätpäiväntasaus liikkuu tähtien joukossa. Vaikka tähtitiedessä käytettiin dynaamista koordinaattijärjestelmää, tämä liike oli kompensoitava laskemalla kaikkien edellä mainittujen prosessien vaikutus ja vastaavasti laskemalla kunkin aikakauden koordinaatit uudelleen .

Lisäksi dynaaminen referenssijärjestelmä ei täytä viitekehyksen inertiavaatimusta .

Nämä vaikeudet johtivat tarkoituksenmukaisuuteen korvata dynaaminen koordinaattijärjestelmä kinemaattisella. Nykyaikaisessa astrometriassa käytetään kinemaattista koordinaattijärjestelmää. Tällä hetkellä tämä on radioalueen ICRF- koordinaattijärjestelmä , jossa referenssinä ovat galaksien ulkopuoliset kohteet, ja HCRF optisella alueella, viitaten Hipparcos -avaruusastrometrisen projektin ICRF- havaintojärjestelmään .

Kinemaattista viitekehystä, joka perustuu ekstragalaktisiin objekteihin referenssinä, pidetään kvasi-inertiana (koska ekstragalaktisten kohteiden liikkeen kiihtyvyys ja jopa tämän liikkeen läsnäolo voidaan jättää huomiotta).

Mikä tahansa kinemaattinen koordinaattijärjestelmä määritellään käyttämällä perusluetteloa kaikkien tähän luetteloon sisältyvien kohteiden astrometristen parametrien joukkona.

Käytännön astrometria

Käytännön astrometria on alajakso, joka käsittelee ongelmia: [2]

• vakiintuneen koordinaattijärjestelmän käyttö;
• määritetään vastaanotetusta tiedosta, missä tutkittavat kohteet sijaitsevat ja kuinka ne liikkuvat;
• havaintojen järjestäminen ja käsittely näiden ongelmien ratkaisemiseksi;
• saatujen tulosten tarkkuuden arviointi ja sen parantaminen vaadittuun tarkkuuteen.

Käytännön astrometrian tulisi sisältää myös taivaan tutkimuksia - yksityiskohtaisten valokuvakarttojen kokoamista, jonka tavoitteena on luetteloida mahdollisimman monta astrometrista kohdetta.

Maan pyörimisen tutkiminen

Koska astrometrisiä havaintoja tehdään suuressa määrässä maan pinnalta, sen liikkeen ja sen kuoren liikkeen mahdollisten vaihteluiden tutkiminen liittyy myös astrometristen ongelmien ratkaisuun ja on astrometrian alaosasto. Jokaisen erikseen valitun pisteen liikkeeseen maan pinnalla vaikuttavat sellaiset prosessit kuin precessio , nutaatio , napojen liike, Maan pyörimisen hidastuminen, litosfäärilevyjen liike , epätasaiset kellot gravitaatiokentässä. Tässä tapauksessa Maan pyörimisparametrit eivät ole vakioita; ne muuttuvat ajan myötä. Yksi Maan pyörimisen tutkimiseen käytetyistä menetelmistä on gravimetria .

On huomattava, että noin 1900-luvun puoliväliin asti Maan pyörimistä käytettiin astrometriassa ajan mittaamiseen sekä maantieteellisiin koordinaatteihin. Keksittyään tarkempia menetelmiä molemmille, astrometria ratkaisee nyt käänteisen ongelman - se tutkii Maan pyörimisen vaihteluita (erityisesti hidastuvuutta) tarkan ajan standardeja käyttäen; ja tutkii maankuoren värähtelyjä maailmanlaajuisten satelliittinavigointijärjestelmien avulla .

Astrometrian historia

Ennen astrofysiikan tuloa 1900-luvun alussa lähes kaikki tähtitiede rajoittui astrometriaan. Astrometria liittyy erottamattomasti tähtiluetteloihin . Ensimmäisen luettelon laati tähtitieteilijä Shi Shen muinaisessa Kiinassa . Tarkemmin sanottuna se ei ollut luettelo, vaan kaavamainen taivaan kartta. Ensimmäisen tähtien koordinaatit sisältävän astrometrisen luettelon loi antiikin kreikkalainen tähtitieteilijä Hipparkhos , ja se on peräisin vuodelta 129 eKr., mutta se ei ole säilynyt. Vertaamalla havaintojaan aikaisempiin, Hipparkhos löysi päiväntasausten precession eli precession ilmiön . Sysäyksenä astrometrian kehitykselle olivat ihmisen käytännön tarpeet: ilman kompassia ja mekaanista kelloa navigointi voitiin suorittaa vain taivaankappaleiden havaintojen perusteella (katso Tähtitieteellinen navigointi ).

Keskiajalla astrometria oli laajalle levinnyt arabimaailmassa. Suurimman panoksen siihen antoivat al-Battani (X vuosisata), al-Biruni (XI vuosisata) ja Ulugbek (XV vuosisata). 1500-luvulla Tycho Brahe suoritti Marsin havaintoja 16 vuoden ajan ja käsitellessään niitä hänen seuraajansa Johannes Kepler löysi planeettojen liikkeen lait . Näiden empiiristen lakien pohjalta Isaac Newton kuvasi universaalin gravitaatiolain ja loi klassisen mekaniikan perustan , mikä johti tieteellisen lähestymistavan syntymiseen .

1900-luvun lopulla, merkittävän kriisin jälkeen, astrometriassa tapahtui vallankumous tietotekniikan kehityksen ja säteilyilmaisimien parantamisen ansiosta.

Nykyaikaisen astrometrian päätehtävät

Aluksi astrometrian tehtävänä oli mitata tähtien sijainti maantieteellisten koordinaattien määrittämiseksi niistä navigointia varten . Jos maantieteelliset koordinaatit ovat tiedossa, voit selvittää paikallisen aurinkoajan merkitsemällä hetken, jolloin valaisin kulkee taivaanmeridiaanin läpi .

Modernin astrometrian päätavoitteet

• Uuden perusluettelon luominen, joka suhteellisen täyttää nykyaikaisten havaintojen edellyttämät universaalisuuskriteerit;
• Maapallon vertailujärjestelmän ( ITRS ) parantaminen.
• Suhteellisuusteorian verifiointi, sen perusparametrien tarkentaminen;
• Universaalin taivaskartan luominen, jolla on etuja olemassa oleviin valokuvatutkimuksiin verrattuna;
• Astometristen parametrien saaminen mahdollisimman monelle eri kohteelle galaksissamme;
• Tutkimus mikrolinssien vaikutuksesta , mukaan lukien sen vaikutus perustavanlaatuisen tukijärjestelmän rakentamiseen;
• Seurantahavaintojen kerääminen Maan ja aurinkokunnan kappaleiden liiketeorioiden parantamiseksi;

Astrometrian menetelmät