і \ КОЛЛЕГИЯ слк СССР /г-Лу/1
І £/і9^Гп ;; о то оя H'-ràSw
і Р Е IU ! Î Л Л
j ВЫДАТЬ ДИПЛОМ ^анді :дл7 ь._Ф:.*К ... наук;
Х/Кза* стл+лш ВАК dcCP--------
РЕФЕРАТ
Общий объем диссертации 168 страниц, количество иллюстраций 29 (графики и рисунки), количество таблиц 19, количество приложений 2.
Ключевые слова: Прямые восхождения, каталог близполюсных звезд, фотоэлектрический способ наблюдений, сканирующий микрометр, ошибки наблюдений.
На фотоэлектрическом меридианном круге МК-200 получен каталог прямых восхождений 212 ярких ( РК^ ) и слабых (ФКСЗ) близполюсных звезд (зона склонений от +75° до +90°). В программу наблюдений были включены также некоторые звезды • и КЗО . Наблюдения выполнены в 1981-1982 годах без перекладки инструмента. Прямые восхождения определяемых звезд привязывались к системе РК4 в более южной зоне (+60°+75°).
Для более точного определения параметров инструмента к обработке привлекались звезды РК^ из экваториальной зоны склонений (-5°+10°). Особенностью меридианного крута, с помощью которого выполнены наблюдения, является применение на нем автоматического сканирующего микрометра, позволяющего наблюдать медленные звезды и неподвижные объекты. Фотоумножитель ФЭУ-79, установленный на микрометре, работает в аналоговом режиме.
В процессе наблюдений меридианный круг был исследован: получены поправки за неправильности цапф, за нелинейность винта микрометра, за запаздывание сигнала в электронной схеме.
3
Среднее количество наблюдений одной звезды 12, включая наблюдения в верхней и нижней кульминациях. Привязка к системе FK** осуществлялась для каждого вечера с использованием шести параметров редукционной формулы Извековых.
Случайная ошибка одного наблюдения как для определяемых, так и для опорных звезд составила 0^016 sec S' (оценка получена по сходимости наблюдений, выполненных в разные вечера). Учитывая среднее количество наблюдений одной звезды, средняя ошибка каталожного прямого восхождения составляет 0^005 sec S'.
Каталог был сравнен с системами ^ и ^зо , а также с II другими каталогами (в основном, с каталогами близполюс-ных звезд, наблюдавшимися в 50-е годы в СССР, а также с фотографическим каталогом А&КЗ ). Усредненные систематические разности с этими каталогами использованы для оценки систематических ошибок каталога близполюсных звезд. Ошибки всех видов оказались невелики (меньше 0*007 S' ). Обнаружена почти линейная систематическая зависимость ошибок от спектральных классов звезд: для звезд класса В ошибка достигает
s s
+0,006 see S' , а для класса М -0,004 see6 .
Результаты проведенных исследований можно использовать для получения более точных наблюдений на меридианных инструментах, а также для обработки этих наблюдений. Полученный высокоточный каталог возможно использовать для уточнения собственных движений близполюсных звезд, а также для астрономических и геодезических работ, связанных с определениями азимута.
4
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава I. Введение........................................ 7
Глава 2. Проблема безличной регистрации
положений звезд в меридианной
астрономии....................................'13
§ 2.1. Развитие фотоэлектрических
способов регистрации положений
звезд..........................................13
§ 2.2. Применение фотоумножителя в
звездном микрометре........................... 15
§ 2.3. Активные микрометры..................... 19
Глава 3. Меридианный крут. МК-200....................... 23
§ 3.1. Описание инструмента.................... 23
§ 3.2. Исследование устойчивости горизонтальной оси телескопа.............................. 26
§ 3.3. Определение поправок за неправильности цапф......................................... 36
Глава 4. Фотоэлектрический сканирующий
микрометр......................................44
§ 4.1. Принцип работы и конструкция
микрометра.....................................44
§ 4.2. Оценка точности микрометра в
случайном отношении............................49
4.2.1. Дробовой шум фотоумножителя.............. 55
4.2.2. Дрожание и мерцание изображений
звезд......................................... 55
4.2.3. Нестабильность напряжения
питания..................................... 57
4.2.4. Фон неба............................... 58
4.2.5. Вибрация каретки.......... ............ 59
§ 4.3. Запаздывание сигнала при
наблюдениях с фотоэлектрическим
активным микрометром. ........................64
§ 4.4. Исследование нелинейности
шкалы микрометра. ...........................73
4.4.1. Лабораторные исследования винта 73
4.4.2. Исследование нелинейности винта
по наблюдениям звезд........................ 79
§ 4.5. Масштаб микрометра........................83
§ 4.6. Нуль-пункт шкалы микрометра...............87
§ 4.7. Влияние кривизны суточной параллели
на отсчет микрометра по прямому
восхождению...................................90
Глава 5. Определение прямых восхождений
близполюсных звезд............................94
§ 5.1. Программа наблюдений.................... 94
§ 5.2. Методика наблюдений.......................98
§ 5.3. Первичная обработка данных...............101
§ 5.4. Определение параметров инструмента
и редукций определяемых звезд................103
Глава 6. Составление каталога и дискуссия
материала .................................III
§ 6.1. Вычисление поправок к прямым
восхождениям определяемых звезд............III
6
§ 6.2. Оценка точности каталога
в случайном отношении и исследование
разностей ВК-НК............................ 115
§ 6.3. Оценка точности каталога в
систематическом отношении....................124
Глава 7. Заключение..................................140
Литература.............................................142
Приложение I. Прямые восхождения 212 звезд в зоне склонений (+75°+90°) на эпоху наблюдений и равноденствие 1950.0..153 Приложение 2. Поправки к прямым восхождениям 174 звезд ТО , использовавшихся в качестве опорных................................... 165
7
Глава I. ВВЕДЕНИЕ
Основная задача фундаментальной астрометрии - построение инерциальной системы координат - осуществляется путем создания фундаментальных каталогов звезд. Фундаментальные каталоги содержат наиточнейшие оптические положения и собственные движения относительно небольшого количества звезд. В настоящее время на практике используются три фундаментальные системы FK.^ , 1^30 и GC- ^1,2,3^ » из которых FKA считается наилучшей.
С течением времени точность фундаментальных каталогов падает. Это явление объясняется влиянием ошибок собственных движений звезд. Из-за ошибок собственных движений положения звезд в фундаментальном каталоге существенно теряют свою первоначальную точность уже через несколько десятилетий после его составления. Поэтому астрономам приходится затрачивать много сил на создание новых, более точных (для новой эпохи) фундаментальных каталогов. В настоящее время заканчивается составление каталога FK? t.43 , призванного
8
заменить РКЦ , у которого средняя эпоха наблюдений около 1930 г.
Если рассматривать прямые восхождения звезд, то обращает на себя внимание особенно сильное возрастание их ошибок в полярных зонах. Так, сравнение различных фундаментальных каталогов между собой показывает, что в близполюсной зоне склонений расхождение систем их прямых восхождений между собой достигает 0^1 и более [_5] . Такие расхождения объясняются большими ошибками в этих зонах данных исходных каталогов, на основе которых составляются каталоги фундаментальные.
В то же время, требования к точности прямых восхождений близполюсных звезд довольно высоки, поскольку эти звезды используются в ряде астрономических и геодезических работ, связанных, главным образом, с определениями азимута [6,73 . Особое значение полярная зона имеет при абсолютных определениях координат звезд. Так, если прямые восхождения полярных звезд имеют минимальные случайные и систематические ошибки, то можно использовать эти звезды в качестве так называемой "коллективной поляриссимы" для определения абсолютных прямых восхождений [_8 3 • Абсолютные наблюдения в астрометрии имеют особую ценность, так как именно они лежат в основе фундаментальных каталогов.
Как видим, задача уточнения координат близполюсных звезд и, особенно, их прямых восхождений весьма актуальна. Поэтому необходимы неоднократные новые наблюдения прямых восхождений этих звезд. Цикл таких наблюдений для северной околополюсной зоны был организован в СССР в середине 50-х годов. Наблюдения выполнялись в различных обсерваториях на меридианных кругах и пассажных инструментах [9-153 .
В основном, это были дифференциальные наблюдения в системах И НЪо , Причем, поскольку точность прямых восхождений этих систем в близполюсной зоне относительно невысока, то при наблюдениях фундаментальные близполюсные звезды считались определяемыми. При этом привязка определяемых близполюсных звезд производилась к системе более южных фундаментальных звезд. Такой прием оправдан, поскольку известно, что точность прямых восхождений в более южных зонах фундаментальных каталогов заведомо выше, чем в северной близполюсной области. Впоследствии на основе этих наблюдений А.П.Гуляевым был составлен сводный каталог прямых восхождений близполюсных звезд 116} .
Со средней эпохи этих наблюдений прошло более 20 лет, поэтому на передний план вьщвигается задача наблюдений прямых восхождений близполюсной зоны для новой эпохи с целью уточнения положений близполюсных звезд, а, после получения некоторого количества новых каталогов, - и собственных движений.
При этом следует учесть, что за 20 лет техника наблюдений на меридианных кругах сделала шаг вперед - вместо визуальных окулярных микрометров стали применяться фотоэлектрические микрометры. Этот факт особенно важен для наблюдений по прямому восхождению в близполюсной области, так как устраняется источник одной из основных систематических ошибок - личная погрешность наблюдателя, которая обычно возрастает при увеличении склонения. Конечно, при этом фотоэлектрический способ регистрации вносит свои характерные ошибки, однако они являются объективными и, по-видимоцу, легче поддаются учету, чем личные ошибки на-
ю
блюдателя.
В Пулковской обсерватории велась реконструкция меридианного круга Тепфера [17Д . Основная цель реконструкции -ввести фотоэлектрический способ регистрации. К 1980 году инструмент был подготовлен для фотоэлектрических наблюдений по прямым восхождениям. Полученный практически новый инструмент (названный МК-200) мы и применили для определения прямых восхождений близполюсных звезд.
Перед нами стояла задача, аналогичная той, которая решалась в середине 50-х годов, однако существенно новым был способ регистрации - фотоэлектрические наблюдения на меридианном круге проводились впервые в Советском Союзе. Поэтому в список определяемых звезд (зона +75°+90° по склонению) кроме ярких ( РК^ ) и слабых (ФКСЗ) звезд мы включили некоторое количество звезд из 6£ , имеющих звездные величины до 10 т.
Меридианный круг МК-200 пока не приспособлен для абсолютных наблюдений, поэтому список звезд наблюдался дифференциальным способом. Аналогично наблюдениям 50-х годов, в качестве опорных использовались звезды РКР| из более южной зоны склонений.
Обработка наблюдений производилась по методу В.А. и А.А.Извековых £183 • Этод метод уже был опробован при составлении ряда каталогов и хорошо себя зарекомендовал £19,20].
При выполнении данной работы большое внимание было уделено исследованию инструмента и, особенно, фотоэлектрического микрометра. Его погрешности изучались как лабораторным путем, так и по наблюдениям звезд £21,22} . Кроме того, были изучены неправильности цапф и поведение горизонтальной
II
оси инструмента в зависимости от величины нагрузки на лагеры. Были исследованы также масштаб, коллимационная ошибка инструмента и ошибки, вызванные запаздыванием сигнала в электронной схеме [23,24] . Важным фактором явилось применение сконструированного и изготовленного в ГАО электронного перфорирующего хронографа, позволившего ускорить обработку наблюдений на ЭВМ.
Настоящая работа состоит из семи глав (включая введение и заключение). Во второй главе рассматривается проблема безличной регистрации положений звезд в меридианной астрометрии. Показано историческое развитие фотоэлектрических способов регистрации и современное состояние исследований в данной области. В связи с тем, что для наблюдений мы применили сканирующий микрометр, в этой главе рассмотрены его аналоги-активные микрометры, применяющиеся за рубежом.
В третьей главе приведено общее описание инструмента и подробно описаны исследования, относящиеся к нему: исследование фигуры цапф, поведения горизонтальной оси телескопа в зависимости от величины нагрузки на цапфы, исследование коллимационной ошибки и пр.
В четвертой главе описана конструкция микрометра и исследование ошибок инструмента, связанных с фотоэлектрическим микрометром, произведена оценка потенциальной точности микрометра.
В пятой главе дана методика определения прямых восхождений близполгосных звезд, описана программа наблюдений и алгоритмы первичной их обработки.
В шестой главе описана методика составления каталога и произведена оценка точности его в случайном и системати-
12
ческом отношении.
Делается вывод о высокой точности полученного каталога (средняя случайная ошибка одного наблюдения составляет 0^016 secc} , систематические ошибки каталога не превосходят
0*007 sec S' ).
Каталог прямых восхождений близполюсных звезд на эпоху наблюдений 1981,65 и поправки к прямым восхождениям опорных звезд из РКЦ (на ту же эпоху) приводятся в приложениях I и 2.
В упомянутых работах автору принадлежит разработка методик исследований фотоэлектрического микрометра и обработка результатов этих исследований. Автор разработал новые методы определения нелинейности шкалы микрометра по наблюдениям звезд и способ учета ошибки, обусловленной запаздывав нием сигнала в электронной схеме. Кроме того, автор принимал участие в проектировании, изготовлении и наладке электронного перфорирующего хронографа и некоторых узлов фотоэлектрического микрометра. Из общего количества наблюдений, выполненных для настоящей работы, автором получено 65% этих наблюдений. Автором также составлены все программы обработки наблюдений и выполнена обработка всех полученных рядов наблюдений, за исключением первых восьми пробных рядов, обработка которых выполнена сотрудниками Пулковской обсерватории Г.Д.Батуриной, В.А.Вариной и A.A.Извековой.
13
Глава 2. ПРОБЛЕМА БЕЗЛИЧНОЙ РЕГИСТРАЦИИ ПОЯСНЕНИЙ ЗВЕЗД В МЕРИДИАННОЙ АСТРОНОМИИ.
§2.1. Развитие фотоэлектрических способов регистрации положений звезд
Впервые ошибку наблюдений, зависящую от наблюдателя, обнаружил Ф.В.Бессель. Эта ошибка обусловлена психофизиологическими особенностями наблюдателя и непостоянна даже для одного человека. Она может достигать одной секунды времени при методе регистрации "глаз-ухо" [25,26} . Для исключения этой ошибки с конца 19-го века стали применяться так называемые "безличные" микрометры, снабженные контактным барабаном [6"] . Однако, поскольку в качестве светоприемника по-прежнему использовался глаз наблюдателя, личные ошибки регистрации при наблюдениях с контактными микрометрами, хотя и уменьшились, но не были полностью устранены. Личная раз-ность в этом случае может достигать 0,04 , а иногда и более [27} . Полностью исключить личную ошибку позволяет только замена глаза наблюдателя автоматическим фотоприемником.
Первые попытки зарегистрировать звездные прохождения при помощи фотоэлементов были сделаны в 1924 году в Германии
- Киев+380960830922