СОДЕРЖАНИЕ
1. ВВЕДЕНИЕ ................................................ б
2. ПАВИЛЬОНЫ, ИНСТРУМЕНТЫ И ИХ ИССЛЕДОВАНИЕ ............... 16
2.1. Павильоны и их расположение ...................... 16
2.2. Описание зенит-телескопа Бамберга ................ 17
2.3. Исследование зенит-телескопа Бамберга ............ 19
2.3.1. Определение постоянных установки зенит-телескопа Бамберга ......................................
2.3.2. Исследования талькоттовских уровней .. 21
2.3.3. Вывод поправок Л Б к цене оборота
зинта микрометра из широтных наблюдений ........................ 24
2.3.4. Исследование положения оптического центра объектива относительно сетки нитей окулярного шкрометра...................................................... 25
2.4. Зенит-телескоп ЗТЛ-180 ........................... 26
3. ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ НАБЛЮДЕНИЙ ШИРОТЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРУППОВЫХ ПОПРАВОК СКЛОНЕНИЙ МЕЖДУНАРОДНОЙ ШИРОТНОЙ ПРОГРАММЫ......................................... 29
3.1. Оценка точности наблюдений широты в
;лучайном и систематическом отношениях ......................... 29
3.2. Групповые поправки склонений международной шротной программы .............................................. 36
3.3. Ошибка замыкания .................................. 42
4. ПОЛЯРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ШИРОТЫ............................... 48
4.1. Краткий исторический обзор исследований юлярных изменений широты...................................... 48
4.2. Чандлеров и годовой периоды движения полюса . 49
4.3. Исследование средней широты ....................... 34
- 3 - Стр.
5. НЕПОЛЯРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ШИРОТЫ ........................... 60
5.1. Полные неполярные изменения широты
станции..................................................................................................................... 60
5.2. Суточные изменения неполярных колебаний широты......................................................... 65
5.3. Местный ^ -член .................. 68
6. ВЛИЯНИЕ СУТОЧНОГО ЧЛЕНА ИЗМЕНЕНИЯ ШИРОТЫ НА ПОПРАВКИ СКЛОНЕНИЙ И НЕПОЛЯРНЫЕ КОЛЕБАНИЯ ШИРОТЫ
6.1. Изменения температуры в течение наблюдения 73
6.2. Суточный член в изменении широты............... 78
6.3. Влияние суточного члена изменения широты на поправки склонений и местные неполярные изменения
широты...........................................................80
6.4. Поправки склонений групп, полученные модифицированным цепным методом, учитывающим суточные колебания широты.................................................................85
7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ..............................................98
Литература ........................................... 102
Приложения ........................................... 107
Приложение I. Значения У* для варианта (б) и (г) .. 108 Приложение 2. Значения средних широт и разности
('//а5л. — '/>Со,Уо).................................. 112
Приложение 3. Значения ^ -членов Кимуры, средней
широты и разности средних широт .............. 115
Приложение 4. Значения широты и средних широт для
варианта (в).................................................................. 119
Приложение 5. Значения широты и средних широт для
Стр.
варианта (а) ................................ 123
1риложение 6. Значения для всех вариантов и
........................... 127
1риложение 7. Значения -членов и разности для
варианта (а) ................................ 132
1риложение 8. Параметры спектров по вечерним,
ночным и утренним наблюдениям
(в I0**5) ....................................137
1риложение 9. Значения У7 по вечерним, ночным и
утренним наблюдениям для варианта (б)...139 1риложение 10. Значения у^ по вечерним, ночным и
утренним наблюдениям для варианта (б)..143 1риложение II. Значения у7 и у-" по вечерним,
ночным и утренним наблюдениям для ЗТБ
(вариант а) ............................... 147
[риложение 12. Значения у7 и У7 по вечерним, ночным
и утренним наблюдениям для 3TJI-I80
(вариант а) ............................... 151
[риложение 13. Значения А У по вечерним, ночным и
утренним наблюдениям для варианта (а)..155 [риложение 14. Значения а У по вечерним, ночным и
утренним наблюдениям для варианта (б)..159 1риложение 15. Значения по вечерним, ночным и
утренним наблюдениям для варианта (а)..163 1риложение 16. Значения по вечерним, ночным и
утренним наблюдениям для варианта (б)..166
[риложение 17. Значения 169
1риложение 18. Значения по вечерним, ночным и
- 5 - Стр.
утренним наблюдениям для ЗТБ ............ 171
Приложение 19. Значения по вечерним, ночным и
утренним наблюдениям для ЗТЛ-180 .......... 173
Приложение 20. Температуры и разности ........................ 175
Приложение 21. Значения и ........... 185
Приложение 22. Значения и для
полных Ж -членов ............................ 189
Приложение 23. Значения для местных
-членов ................................ 192
Приложение 24. Значения для местных
^ -членов ................................... 194
I. ВВЕДЕНИЕ
В конце прошлого столетия было окончательно доказано, что юлюсы Земли движутся, что необходимо учитывать это движение при сочных астрономических наблюдениях [I] . Определения положения
г
голюса из наблюдений, сделанных на разных обсерваториях, по раз-шм звездам, не давали нужной точности. Для увеличения точности :ледует наблюдать в разных пунктах земного шара одни и те же звезде, что возможно, когда станции расположены на одной и той же географической параллели [2] .
Так возникла мысль об организации длительных систематических габлюдений изменяемости широт по следующему плану:
1. Организовать несколько наблюдательных станций, расположив к на одной параллели, примерно через равные интервалы по долготе.
2. Наблюдать на этих станциях одну и ту же программу пар ’алькотта, равномерно распределенных по всем часам прямого вос-юждения и объединенных в группы.
3. Наблюдения проводить так, чтобы продолжительность наблюдения каждой группы на всех станциях была одинаковой.
4. Оснастить все наблюдательные станции одинаковым образом,
■о есть однотипными зенит-телескопами, столбами, павильонами и
••д.
5. Организовать особое бюро для совместной обработки наблю-(ений на всех станциях.
Итоги подготовительных работ были подведены на конференции в [тутгарте в 1898 г., который и следует считать годом организации (еждународной службы широты (МСШ) [ 3 ] .
В качестве Международной была избрана параллель +39°08/, на
:оторой и были построены шесть широтных станций: три в США
\
Юкайя, Гейтерсбург и Цинциннати), по одной в Японии (Мицузава),
эоссии (Чарджуй) и Италии (Карлофорте). В конце 1899 г. на всех пести обсерваториях начались систематические наблюдения [31 . ^блюдения в Цинциннати вскоре были прекращены. В 1919 г. в разгар гражданской войны в Средней Азии Чарджуйская широтная станция трекратила свою работу, из-за чего равномерность распределения по долготе широтных станций на международной параллели нарушилась. 1оэтому было решено построить в Советском Союзе новую широтную станцию на параллели 39°08'.
Инициативу в этом вопросе проявила Ташкентская астрономическая обсерватория (ТАО). В декабре 1925 г. на торжественном заседании, посвященном пятисотлетию начала научной деятельности знаменитого Узбекского астронома Улугбека, директор обсерватории М.Ф.Субботин предложил построить международную широтную станцию в Узбекистане и присвоить ей имя Улугбека.
По поручению наркомпроса Узбекской ССР организация будущей широтной станции была начата в 1927 г. профессором А.Н.Нефедьевым, назначенным ее директором [4~] . Для будущей станции был выбран участок земли в 7 га, лежащий в двух километрах севернее Китаба, на левом берегу реки Кашкадарьи. Строительство станции на участке началось в июле 1928 г.
В 1928 г. из Германии был получен зенит-телескоп фирмы Аска-ния-верке, аналогичный по размерам и конструкции работающим на международных станциях зенит-телескопам. В июле 1929 г. были установлены зенит-телескоп и миры. В этом же году были исследованы ходовые и периодические ошибки винта окулярного микрометра, определены цены делений талькоттовских'- и накладного уровней, а также постоянные инструмента.
Выяснилось, что боковое гнутие достигает большой величины.
В октябре 1930 г. инструмент был разобран астрономом Пулковской
- 8 -
обсерватории В.Р.Бергом, приехавшим в Китаб для организации широтных наблюдений. Оказалось, что труба была плохо связана с осью. Исправить этот дефект на месте не представлялось возможным. Он бьш устранен под руководством В.Р.Берга в механической мастерской Пулковской обсерватории. Затем телескоп бьш установлен В.Р.Бергом при участии директора Китабской широтной станции М.Н.Стоилова. Вновь определенные постоянные инструмента оказались вполне допустимыми, и с 14 ноября 1930 г. начались систематические наблюдения изменяемости широты по международной программе, не прерывающиеся до настоящего времени.
С 1955.0 по 1967.0 наблюдения на международных широтных станциях проводились по шестой с начала деятельности МС111 программе. Список 144 звезд взят из общего каталога Босса. Из 144 звезд в новой программе только 59 введены вновь, а из 72 пар только 26 полностью новых. Список звездных пар, предложенный 2. Сесскйпс и одобренный МАС в 1954 г. для использования с 1955.0 станциями МСШ, состоял из 12 двухчасовых групп, каждая из которых включала шесть пар [ 51 .
Особенностью новой программы являлось то обстоятельство, что вместо двух смежных групп стали каждую ночь наблюдать три группы. По прошествии месяца вечерняя группа "перемещается" на светлое время суток, ночная - на вечер, утренняя - на ночь, а на утро приходит следующая по порядку группа. Следовательно, за каждую ночь наблюдений определяются "Вечерняя" - в, "Ночная" - н, и "Утренняя" - у широты (таблица 1.1.)
Одной из основных задач, которая решается с помощью широтных наблюдений, является получение координат полюса для равноотстоящих друг от друга моментов. Вычисления X, У ведутся по формуле Костинского
- 9 -
С - Чо,і) = У~і Сов Лі + Уі 5іпЛ і (І.І.)
Таблица І.І.
Сроки наблюдения связей груш
Связи групп Время наблюдения
Начало Конец
ІУ - У - УІ 6 января 5 февраля
У - УІ - УП 6 февраля б марта
УІ - УП - УШ 7 марта 6 апреля
УП - УШ - IX 7 апреля б мая
УШ - IX - X 7 мая б июня
IX - X - XI 7 июня 6 июля
X - XI - хп 7 июля 5 августа
XI - ХП - I б августа 5 сентября
ХП - I - п 6 сентября 5 октября
I - п - ш б октября 5 ноября
П - Ш - ІУ б ноября 5 декабря
Ш - ІУ - У 6 декабря 5 января
Боркула Костинского справедлива для случая, когда изменения широ-сы зависят только от движения полюса. Вскоре были обнаружены изме-ієния широты, не зависящие от движения полюса. Исходя из этого тпонский астроном Х.Кимура предложил в правую часть формулы (І.І.) звести еще один член, не зависящий от координат полюса, одинаковый здя всех станций. С 1902 г. вычисление координат полюса стало производиться по формуле
- 10 -
с ~ Я, <■' - У~± Со 5ЛI +У I + СС-£
(1.2.)
Здесь неизвестное о£. рассматривается как общее для всех станций неполярное изменение широты [ б 1 . Эта формула является основной формулой при совместной обработке результатов наблюдений широт для вычисления координат полюса.
Следует заметить, что еще в 1893 г. С.К.Костинский, отмечая важность одновременных наблюдений широты в различных пунктах земной поверхности, указал на целый ряд причин местного и космического характера, которые могли бы иметь следствием колебание отвесной 1инии с годовым или суточным периодом, предугадывая тем самым не только открытие неполярных колебаний широты, но и их характер [77. Зтносительно реальности % - члена и его физической природы единого мнения не было и нет по настоящее время. Так, в 1912 г., Ф.Роес утверждал, что Ж - член является вычислительным результатом, обусловленным незнанием правильного метода распределения ошибки замыкания. Центральное бюро МСШ также объясняет Й - член систематическими ошибками склонений, возникающими при цепном способе обра-5отки.
В 1956 г. А.Е.Филиппов в своей монографии [ 87 сделал очень эбстоятельный обзор работ, посвященных анализу X - члена. Он, в частности, писал: "Нельзя отрицать и того, что средний ^ - член за весь период наблюдений какой-либо программы звездных пар, о котором именно и идет речь, и отысканию истинных причин которого посвящалась и посвящается в настоящее время много исследований, в некоторой степени может быть обязан своим появлением несовер-пенству применяемых методов обработки наблюдений".
На вычисленные из наблюдений широты влияют очень много фак-
- II -
?оров самого различного характера. Как известно, в способе Таль-сотта для обработки применяется формула
Р- -g~ (&s- ~Z/v') + jr (PS~P^) (1*3.)
и которой видно, что ошибки склонений звезд пары целиком входят s получаемые значения широты. Поэтому для наблюденного значения троты можно написать следующую формулу
Р— Р0 = X CoS Л * V Sir>y\ + ВЦ + Л& (1.4.)
i которой \Р0 - среднее значение широты станции и л S' - ошибка :клонений звезд пары.
Ошибки склонений и Ж - член суммируются и разделить их воз-гожно только в случае, когда одни и те же звезды наблюдаются в те-гение года. Тогда ошибки склонений звезд целиком войдут в среднее !начение широты станции и не будут влиять на периодическую часть ,3? - члена. Однако таких пар, состоящих из ярких звезд, которые габлюдались бы в течение всего года в любое время суток на между-[ародной параллели, не существует. Поэтому, как правило, в широт-!ых программах осуществляется последовательная смена наблюдаемых тездных пар в течение всего года. Следствием этого является то •бстоятельство, что невозможно строго отделить ошибки склонений 1везд пары от £ — члена [81 .
Исследования широтных наблюдений показали, что даже в случае юждународных станций, расположенных на одной и той же широте, гри полной идентичности их программ, однородности инструментов [ способа обработки наблюдений нельзя быть уверенным в том, что геполярные колебания широты одни и те же на всех широтных станци-к. Наоборот, более вероятно, что наряду с общей составляющей не-юлярные колебания имеют свои специфические особенности на каждой
- 12 -
;танции, зависящие от чисто местных условий [87 . Существование лестных неполярных колебаний широты значительно усложнило постановку задачи о вычислении координат полюса/”9-15] . Австрийский лпеный Шуман даже ставил под сомнение реальность значений координат полюса, полученных по наблюдениям широт на разных станциях [81 .
С 1962 года для вычисления координат полюса используются так-ке и наблюдения по определению времени. Для этой цели употребляет-1я следующая формула
[ итОс-итСр = - (1.5.)
3 настоящий момент в этой службе участвуют около 80-ти инструментов, расположенных в 60-ти обсерваториях, причем на многих из них наблюдения ведутся по определению широты и времени, то есть по збеим координатам.
Основными колебаниями полюса являются Чандлерово колебание с периодами около 1.18 года и годовое. Обнаружено также вековое движение полюса, однако ошибки, с которыми оно определяется, не поз-эоляют считать его вполне достоверным.
Несмотря на большой опыт и хорошую организацию работы международной службы широты, до сих пор остаются неизвестными многие причины систематических ошибок наблюдений широты, таких как ошибки замыкания, изменения средней широты, неполярные изменения широ-гы, суточный член и др. Эти ошибки, в свою очередь, затрудняют по-пучение координат полюса. Особенно это важно при вычислении координат полюса по наблюдениям только на советских станциях.
В последние годы получили развитие новые методы определения координат полюса и изучения неравномерности вращения Земли, такие как интерферометрический, радиолокационный и допплеровский. Сравне-
- 13 -
нию различных методов и выработке рекомендаций по организации новой международной службы вращения Земли посвящен международный проект МЕРИТ, вторая наблюдательная кампания, которая закончилась в октябре 1984 г.
Однако остается бесспорным, что классические методы еще долгие годы будут использоваться наряду с более современными, поэтому исследования результатов классических наблюдений остается актуальным и сегодня.
Для исследования указанных систематических ошибок определения широты наиболее ценными являются параллельные наблюдения по единой программе на нескольких зенит-телескопах, расположенных на одной и той же станции /1бД .
В связи с тем, что Китабская международная широтная станция (КМШС) участвовала в работах по программе международного геофизического года (МГГ), ею был получен новый зенит-телескоп ЗТЛ-180 отечественного производства, зарекомендовавший себя инструментом очень высшего качества. С августа 1957 г. на КМШС ведутся наблюдения на двух зенит-телескопах - зенит-телескопе "Бамберг" (ЗТБ) и зенит-телескопе ЗТЛ-180 по единой международной программе.
Настоящая работа посвяшена исследованию результатов параллельных наблюдений широты в Китабе на двух зенит-телескопах по единой международной программе за период 1957.9-1967.2. При исследовании был использован материал наблюдений за девять полных лет, причем брались только ночи, когда наблюдались полностью три группы. За этот период времени на ЗТБ было 994 полных ночи наблюдений, то есть получено 17892 мгновенных широты, а на ЗТЛ-180 - 991 ночь, то есть 17838 мгновенных широт. Всего получено 35730 наблюдений пар Таль-котта. Общее число одновременных наблюдений пар Талькотта на двух инструментах составляет 24948, то есть 693 полных ночи.
- 14 -
В наблюдениях участвовали 12 человек, но основной материал юлучен следующими наблюдателями:
В.С.Образцов 6786
Д.И.Кравцов 4464
А.М.Калмыков 4446
Г.В.Гриневич 4122
В.С.Шухоров 4050
А.Г.Логашов 3744
)стальные (8118) значений мгновенных широт приходятся на долю >стальных шести наблюдателей.
Цель работы.
Определение полярных и неполярных параметров колебаний широты Китаба по наблюдениям на двух зенит-телескопах за период [957.9 - 1967.2.
Изучение влияния суточного члена изменения широты и учет его три выводе поправок склонений груш и местного неполярного колебания широты ( ) .
Получение поправок склонений групп международной программы лодифицированным цепным методом.
Научная новизна работы заключается в следующем.
Апробирован новый подход к исследованию результатов широтных таблюдений: суточный ход колебаний широты разделен на две состав-тяющие части - постоянную и переменную и показан метод их опреде-іения. Показано, что постоянная часть суточного члена соответству-зт разности средних широт, вычисленных по вечерним, ночным и утренним наблюдениям и что она практически соответствует ошибкам за-лыкания. Неполярные колебания широты представлены в виде двух сос-гавляющих - Ж -члена Кимуры ( Ж* ) и местного неполярного коле-5ания широты ( Ж, ).
- 15 -
Апробировала новая методика исследования инструмента - исследование положения оптического центра относительно середины рабоче-ю поля, определение неперпендикулярности горизонтальной оси и >сей талькоттовских уровней.
Обнаружена корреляция между изменением суточного хода темпе-затурных градиентов "инструмент - воздух" в течение года и годовым 1зменением суточного члена колебаний широты и Й -членом.
Получен новый каталог склонений групп звезд международной грограммы модифицированным цепным методом, учитывающим суточные солебания широты.
Научное и практическое значение результатов.
Новая методика лабораторных исследований инструмента и метода исследования результатов наблюдений с разделением суточного гаена на постоянную и переменную часть и их учет могут быть реко-юндованы для практического применения в широтных наблюдениях и к анализа.
Поправки склонений групп звезд, полученные автором, могут )'ыть использованы при исследовании вращения Земли по результатам 1еждународной службы широты.
Апробация работы.
Результаты работы неоднократно докладывались на семинарах ’АО АН СССР, конференциях молодых ученых и специалистов АИ АН гзССР, посвященных 60-ой годовщине Великой Октябрьской Революции } 1978 г. и 110-ой годовщине В.И.Ленина в 1980 г., и на Всесоюз-юм совещании "Вращение Земли и геодинамика" в Китабе в 1981 г.
I отражены в шести статьях, опубликованных в 5-ти циркулярах АИ 1Н УзССР и в книге "Вращение Земли и геодинамика".
2. ПАВИЛЬОНЫ, ИНСТРУМЕНТЫ И ИХ ИССЛЕДОВАНИЕ
2.1. Павильоны и их расположение
Павильон зенит-телескопа ЗТЛ-180 находится в 56 метрах к юго-юстоку от павильона зенит-телескопа Бамберга (ЗТБ). С восточной I западной сторон павильон ЗТЛ-180 окружают массивные деревья: то-юля и акации. Северная сторона местности открытая. С восточной :тороны павильона ЗТБ на расстоянии 5-6 метров расположена группа зысоких деревьев, с северной стороны павильона растут низкие фруктовые деревья. По измерениям расстояния между ЗТБ и ЗТЛ-180, выложенным В.С.Шухаровым в 1959 г., разность широт оказалась 1,488". 1о измерениям автора, выполненным в феврале и апреле 1977 г., раз-юсть широт этих инструментов оказалась равной 1,492" с ошибкой р,002". Ошибка получена по уклонениям от среднего из четырех из-герений. В дальнейшем нами принято
ДУ (ЗТБ-ЗТЛ)= +1’490"
)ба павильона деревянной конструкции с раздвигающимися на запад I восток половинками крыши. Характеристики павильонов приведены } таблице 2.1.
Таблица 2.1.
Параметры павильонов
ЗТБ ЗТЛ-180
Ширина люка (см) 250 280
Высота стен (см) 250 440
Основание павильона (см х см) 425 х 500 500 х 500
Стены (северные и южные) обоих павильонов имеют специальные жна, служащие для быстрого выравнивания температуры внутри па-
- 17 -
іильонов, отсчета мир и наблюдения звезд специальных программ.
Высота крыши от объектива при вертикальном положении трубы г ЗТБ равно 18 см, у 3TJI-I80 - 35 см.
2.2. Описание зенит-телескопа Бамберга
Зенит-телескоп Бамберга фирмы Аскания-Верке имеет диаметр )бъектива 110 м, фокусное расстояние 1290 мм. Монтировка инстру-іента азимутальная с боковой трубой, закрепленной на конце гори-юнтальной оси. Оптическая ось трубы находится на расстоянии 28 ;м. от вертикальной оси вращения инструмента. Вертикальный круг ;иаметром 27 см закреплен на трубе вместе с рамой талькоттовских фовней (на продолжении горизонтальной оси). Окулярная часть труїм ломаная и поэтому, в отличие от современных зенит-телескопов (ЗТЛ-180), призма, отклоняющая луч света на 90°, находится перед рокальной плоскостью. Требования к ее стабильности жесткие. Гори-юнтальный круг имеет диаметр 33 см и допускает установку инструмента по азимуту с точностью до 10". Установка трубы по зенитному оасстоянию производится с точностью до Ґ .
Поле зрения трубы составляет 27' (10 мм) или 40 оборотов вин-га окулярного микрометра с шагом 0,25 мм. Микрометр имеет три горизонтальных подвижных нити и одиннадцать вертикальных неподвижных -штей, четыре из которых используются при наблюдениях. Окуляр снаб-кен реверсионной призмой, которую наблюдатель поворачивает один раз га каждой звезде между вторым и третьим наведениями. Инструмент ус-гановлен на кирпичном столбе 85x85 см, изолированном от пола павильона. Вес инструмента около 150 кг (рис. 2.I.). Нижняя часть столба опирается на мощную бутобетонную плиту, находящуюся на глубине 170 ом. Столб возвышается над полом павильона на 90 см. На втором каленном столбе, также изолированном от пола, к югу от инструмента
- Киев+380960830922