Проект HIPPARCOS

Вс, 07/20/2014 - 20:05

Радиоастрометрия

Впервые существенное увеличение точности позиционных измерений небесных тел удалось получить методом радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (метод РСДБ), предложенным в нашей стране.


Точность звездных расстояний. Результат получен по проекту HIPPARCOS.
(иллюстрация из каталогов HIPPARCOS и Tycho)

По проекту HIPPARCOS было произведено более 100000 наблюдений за звездами
(иллюстрация из каталогов HIPPARCOS и Tycho)

По проекту HIPPARCOS было произведено более 100000 наблюдений за звездами
(иллюстрация из каталогов HIPPARCOS и Tycho)

В простейшем случае радиоинтерферометр — это система из двух радиотелескопов, ведущих синхронные наблюдения одного и того же точечного радиоисточника. Этот прибор измеряет временную задержку прихода фронта волны радиоизлучения на один телескоп по сравнению с другим. Анализ измерения задержек позволяет получить географические координаты радиотелескопов, небесные координаты наблюдаемых радиоисточников, а также тонкие эффекты во вращении Земли — движение полюсов в ее теле и неравномерность вращения. Точность этих измерений определяется длиной базы интерферометра, то есть расстоянием между телескопами, и длиной волны принимаемого радиоизлучения. В 70-90-х годах во всем мире развернулись работы по созданию радиоинтерферометрических сетей, с помощью которых удалось достичь точности позиционных наблюдений квазаров порядка 0.001-0.0005 секунды дуги. (В нашей стране такие работы ведутся в рамках проекта КВАЗАР, для осуществления которого в Санкт-Петербурге был создан Институт Прикладной Астрономии Российской Академии Наук). Все это позволило создать систему отсчета принципиально нового типа — теперь вместо звезд стали использоваться, в основном, квазары, координаты которых были получены на миллисекундном уровне точности. Новая, радиоастрометрическая система отсчета позволила на новом уровне изучать явления, происходящие на Земле: особенности ее вращения, движение материков, тектонику плит. Как известно, квазары — это космологические объекты, удаленные от нас на предельные расстояния. Возникла парадоксальная ситуация: квазары, находящиеся «на краю» Вселенной, позволили изучать то, что находится непосредственно у нас под ногами, то есть нашу Землю, но закрыли возможность исследования звезд, поскольку, за исключением очень малого количества так называемых радиозвезд, подавляющее их число не являются источниками радиоизлучения и, следовательно, не могут быть привязанными к системе отсчета, построенной на радиоисточниках.

Недостатки, присущие двум типам систем отсчета — низкая точность классических наземных астрометрических наблюдений и недоступность радиоастрометрической системы отсчета в оптическом диапазоне, — удалось преодолеть только методами космической астрометрии, то есть проведениями астрометрических измерений в оптическом диапазоне в космосе.

Новая система отсчета

...И вот в космос ушел HIPPARCOS. Нужно сказать, что первые недели его полета оказались воистину драматичными. Дело в том, что из-за технических неполадок спутник вышел не на расчетную геостационарную орбиту, а на так называемую промежуточную орбиту. Несмотря на все предпринятые усилия, его пришлось оставить на этой, кстати говоря, очень неудобной для наблюдений орбите. Чтобы как-то компенсировать неудобства орбиты, пришлось оперативно переделать систему наземного обеспечения проекта. Специалисты Европейского Космического Агентства довольно быстро справились с этими проблемами, и первые наблюдения начались уже в ноябре 1989 года. Они продолжались до августа 1993 года. За это время вся запланированная программа наблюдений была успешно выполнена.

Но построить по этим наблюдениям новую «космическую» систему отсчета еще было нельзя. Дело в том, что HIPPARCOS измерял с большой точностью только угловые расстояния между звездами. Как известно, длины дуг на сфере не зависят от того, в какой системе координат даны положения звезд. Возникла новая задача — надо было получить координаты звезд в какой-нибудь стандартной системе астрономических координат. В качестве такой стандартной системы было решено использовать систему отсчета, построенную на квазарах. И вновь возникли трудности: телескоп на спутнике HIPPARCOS мог наблюдать только один, самый яркий, квазар 3C273, а остальные квазары HIPPARCOS просто не видел. И тут на помощь пришли другие инструменты. Первым откликнулся Космический Телескоп Хаббла — едва оправившись от своих аберрационных проблем, он провел измерения дуг между звездами и некоторыми квазарами. В эту работу включились и наземные телескопы, с помощью которых были измерены положения и собственные движения радиозвезд. Кроме того, для решения поставленной задачи были использованы длительные ряды наблюдений параметров ориентации Земли, а также программы определения собственных движений звезд, «абсолютизированных» относительно галактик. Словом, все силы наземной и космической астрометрии были брошены на создание новой системы отсчета, которая, по решению Генеральной Ассамблеи Международного Астрономического Союза, была введена во всеобщее пользование в качестве стандарта с 1 января 1998 года. Старая система, основанная на фундаментальном каталоге FK5, ушла в прошлое.

Не только успех астрометрии

Не следует думать, что реализация проекта HIPPARCOS — это только внутренний успех астрометрии. После того, как каталоги HIPPARCOS и TYCHO были опубликованы — а это 16 томов полного описания проекта + 6 компакт-дисков + специализированный диск CELESTIA 2000, содержащий каталоги и программное обеспечение для их чтения, — на страницы научных журналов хлынул поток работ, выполненных в различных областях астрономии. Вот заголовки некоторых статей: «Оценки масс планет, вращающихся около ближайших звезд», «Красивое подтверждение общей теории относительности», «Диаграмма Герцшпрунга-Рессела и теории звездной эволюции», «Навигация аппарата Галилео», «Гиады: расстояние, структура, динамика, возраст».

Огромное число статей посвящено уточнению шкалы расстояний во Вселенной. Объясняется это тем, что, пожалуй, наибольшей ценностью для астрономии является то, что на спутнике HIPPARCOS были измерены параллаксы около 100000 звезд! Вспомним, что параллакс звезды — это угол, под которым с этой звезды видна большая полуось орбиты Земли. Межзвездные расстояния в астрономии принято измерять парсеками. Расстояние в один парсек соответствует параллаксу, равному 1 угловой секунде. Поэтому на самом деле HIPPARCOS измерял не только угловые расстояния между звездами на небесной сфере, но и реальные расстояния между звездами в трехмерном пространстве. В астрономии не существует универсального метода измерения расстояний до небесных объектов. По мере перехода ко все более удаленным телам один метод сменяет другой. Так, расстояния между планетами измеряются с помощью радиолокации. Межзвездные расстояния вплоть до 100 парсеков раньше измеряли с помощью тригонометрических параллаксов (HIPPARCOS отодвинул эту границу до 1000 парсеков). Вплоть до расстояний в миллион парсеков (1 мпк) используется метод цефеид. Еще более далекие объекты — галактики и квазары — удалены от нас на сотни и тысячи мегапарсеков. Такие расстояния измеряются по красному смещению и требуют знания постоянной Хаббла. Естественно думать, что при передаче эстафеты от одного метода другому каждый из «старших» методов должен быть проверен с помощью «младшего» метода. Для этого должны существовать области перекрытия, в которых можно применять по крайней мере два метода.

Однако в сфере радиусом 100 парсеков нет ни одной цефеиды (одна из ближайших к нам цефеид — это Полярная звезда, она удалена от нас на 122 парсека). Поэтому до реализации проекта HIPPARCOS шкала измерений, основанная на цефеидах, не была согласована с результатами прямых измерений до звезд методами тригонометрических параллаксов. Теперь ситуация изменилась! Шкала цефеид была уточнена, на основании чего было сделано заключение о том, что принятое в настоящее время значение постоянной Хаббла должно быть уменьшено на 5-10 процентов.

А что же дальше?

Имеет ли космическая астрометрия будущее? Конечно, да. Сейчас во многих странах ведутся работы по созданию новых проектов астрометрических измерений из космоса. В России имеются два таких проекта — ЛОМОНОСОВ и СТРУВЕ, подготовленные соответственно астрономами Государственного Астрономического Института имени Штернберга в Москве и астрономами Пулковской обсерватории в Санкт-Петербурге. Сейчас трудно сказать, будут ли эти проекты реализованы. Более вероятным представляется осуществление приблизительно в 2009-2014 гг. силами Европейского Космического Агентства проекта GAIA (GLOBAL ASTROMETRIC INTERFEROMETER for ASTROPHYSICS). Целью этого проекта является измерение координат, собственных движений и параллаксов для 50 миллионов звезд с точностью лучше, чем 10 микросекунд дуги. Это позволит решать задачи принципиально нового характера — мы промерим на 10-процентном уровне точности расстояние до центра нашей Галактики, появятся новые возможности тестирования альтернативных теорий гравитации. По-видимому, самым захватывающим является перспектива глобального обзора области радиусом 100-200 парсеков с целью поиска планетных систем вокруг звезд.

HIPPARCOS в Интернете

Жизнь проекта HIPPARCOS продолжается и после завершения работы спутника на орбите. Все, что связано с использованием новых космических каталогов, отражено в Интернете. Посетите домашнюю страницу проекта (www . rssd . esa . int ) — и Вы увидите и узнаете много интересного. Здесь можно получить сведения о «рекордсменах» каталогов HIPPARCOS и TYCHO, то есть о самых близких, самых ярких, самых быстрых звездах. Здесь можно увидеть «стереоскопические» изображения звезд Большой Медведицы, относительные перемещения звезд — их собственные движения, анимационные изображения движения звезд в скоплении Гиады и много-много других сведений, одинаково интересных как любителям астрономии, так и тем, кто занимается астрономией профессионально.

Другие материалы рубрики


  • ...Пока ваш звездолет выбирается из гравитационной ловушки Гаргантюа, вы строите планы возвращения домой. К тому моменту, когда вы достигнете Млечного Пути, Земля станет на 2,4 млрд. лет старше, чем во время вашего старта. Изменения в человеческом обществе будут настолько велики, что вы не испытываете особого желания возвращаться на Землю. Вместо этого вы и команда звездолета решаете освоить пространство вокруг какой-нибудь подходящей вращающейся черной дыры. Ведь именно энергия вращения дыры в квазаре 8C 2975 позволяет квазару «проявить себя» во Вселенной, поэтому энергия вращения дыры меньших размеров может стать источником энергии для человеческой цивилизации.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Юпитер называют планетой загадок. В статье высказывается гипотеза о причинах феномена «горячих теней» — наиболее таинственного и малоисследованного процесса, наблюдаемого в атмосфере гигантской планеты.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • ...Новая теория позволила сформулировать идеи, допускавшие экспериментальную проверку. В результате этих работ была предсказана новая разновидность света, состоящая не из обычных фотонов, а из загадочных Z–частиц. В окрестностях Женевы в 1983 году в серии экспериментов, исследующих столкновения частиц высоких энергий на ускорителе, были обнаружены Z–частицы, то есть единая теория поля получила подтверждение. Теоретики к этому времени сформулировали амбициозную теорию, объединяющую с электромагнитным и слабыми взаимодействиями еще один тип ядерных сил — сильное взаимодействие. Кроме того, были получены первые результаты исследований в области гравитации, показывавшие, каким образом гравитационное взаимодействие можно было бы объединить с другими типами взаимодействий...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • ...Несмотря на то, что идея коллапса кажется простой (при сжатии ядра выделяется энергия гравитационной связи, за счет которой выбрасываются внешние слои вещества), трудно понять процесс в деталях. В конце жизни у звезды с массой более 10 масс Солнца образуется слоеная структура, с глубиной появляются слои все более тяжелых элементов.
    Ядро состоит в основном из железа, а равновесие звезды поддерживается квантовым отталкиванием электронов.
    Но в конце концов масса звезды подавляет электроны, которые вжимаются в атомные ядра, где начинают реагировать с протонами и образовывать нейтроны и электронные нейтрино. В свою очередь, нейтроны и оставшиеся протоны прижимаются друг к другу все сильнее, пока их собственная сила отталкивания не начнет действовать и не остановит коллапс.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...В начале 70-х годов появилось предложение объединить бозоны и фермионы в единую теорию, что, мягко говоря, среди ученых вызвало недоумение, ведь столь различны по своим свойствам эти две группы частиц. Тем не менее, оно возможно, если обратиться к симметрии, более широкой, нежели симметрия Лоренца — Пуанкаре, лежащая в основе теории относительности. Математическая суперсимметрия соответствует извлечению квадратного корня из симметрии Лоренца — Пуанкаре, физически же она соответствует превращению фермиона в бозон и наоборот. Разумеется, в реальном мире невозможно проделать такую операцию, тем не менее, операцию суперсимметрии можно сформулировать математически и можно построить теории, включающие суперсимметрии...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Космологи в замешательстве. Обычно предметы, брошенные вверх, замедляются. Планеты притягивают объекты, звезды притягивают планеты. Это нормально. Но почему тогда Вселенная расширяется? Отдельные галактики, разбросанные после Большого взрыва в разные стороны, должны притягиваться друг ко другу — и расширение должно замедляться. Но того не происходит: они разлетаются друг от друга с ускорением. Принято считать, что виновата во всем темная энергия, хотя она темная именно оттого, что о ней никто ничего не знает. Но уже ясно точно, что на предельно больших расстояниях гравитация превратилась в отталкивающую силу, а не в притягивающую.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Был ли Большой взрыв началом времени или Вселенная существовала и до него? Лет десять назад такой вопрос казался нелепым. В размышлениях о том, что было до Большого взрыва, космологи видели не больше смысла, чем в поисках пути, идущего от Северного полюса на север. Но развитие теоретической физики и, в частности, появление теории струн заставило ученых снова задуматься о предначальной эпохе.
    Вопрос о начале начал занимать философов и богословов с давних времен. Он переплетается с множеством фундаментальных проблем, нашедших свое отражение в знаменитой картине Поля Гогена «D’ou venons-nous? Que sommes-nous? Ou allons-nous?» («Откуда мы пришли? Кто мы такие? Куда мы идем?»). Полотно изображает извечный цикл: рождение, жизнь и смерть — происхождение, идентификация и предназначение каждого индивидуума. Пытаясь разобраться в своем происхождении, мы возводим свою родословную к минувшим поколениям, ранним формам жизни и прото-жизни, химическим элементам, возникшим в молодой Вселенной, и, наконец, к аморфной энергии, некогда заполнявшей пространство. Уходит ли наше фамильное древо корнями в бесконечность или космос так же не вечен, как и мы?

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • Этот взрыв потряс не только часть Вселенной, но и земную астрономию! Громадная звезда вдруг стала сверхновой, и ее разорвало на куски с таким шиком, что даже бывалые астрономы заявили, что никогда такого не видали. А ведь должна была вести себя тихо-тихо. Ученые подозревают, что такое разрушительное событие может в любой момент повториться у нас прямо под боком. Возможно, даже завтра. Или прямо сейчас.



  • Судя по многочисленным публикациям, посвященным современной астрофизике, она находится на подъеме. Положение дел даже сравнивают с революционной ситуацией, сложившейся в физике в начале прошлого века. Но если тогда истина рождалась в спорах, сейчас новые понятия проникают в астрофизику практически без сопротивления. При этом ключевые положения старой теории, вместо того, чтобы обрести окончательную ясность, заменяются наборами гипотез. Современный астрофизик подробно объяснит, что такое космологический вакуум или антигравитация, но на вопрос о происхождении галактик даст расплывчатый ответ, включающий несколько возможных сценариев.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Уже очень скоро сверхмассивную черную дыру в центре нашей Галактики украсит красочный венец из молодых и ярких звезд. Следы метилового спирта в огромном газовом кольце вокруг нее означают, что в нем уже формируются массивные звезды. Раньше астрономы думали, что черная дыра образованию звезд может помешать.
    В центрах большинства галактик, особенно крупных, находятся сверхмассивные черные дыры, весящие миллионы и даже миллиарды солнечных масс — куда больше тех, что возникают в конце эволюции звезд. Судя по всему, эти объекты зародились еще в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва, породившего нашу Вселенную, и с тех пор лишь росли, постепенно нагуливая массу и освещая свои вселенские окрестности ярким светом активности галактического ядра

    • Страницы
    • 1
    • 2