ПЗС-наблюдения визуально-двойных звезд, спутников больших планет и астероидов с помощью длиннофокусного рефрактора тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.01 ВАК РФ

Введение

Глава

ПЗС-наблюдения с помощью длиннофокусного рефрактора

1.1 Характеристики ПЗС-камеры

1.2 Выделение изображений объектов

1.3 Определение уровня фона

1.4 Определение центра ПЗС-изображений объектов

1.4.1 Метод центра тяжести

1.4.2 Методы на основе модельной аппроксимации изображений объектов

1.4.3 Параметры модели

1.4.4 Метод определения параметров модели

1.4.5 Определение вида функции, используемой для модельной аппроксимации

1.5 Разделение взаимодействующих изображений

1.6 Калибровка ПЗС-матрицы

1.7 ПЗС-наблюдения сближений малых планет со звездами

1.8 Результаты ПЗС-наблюдений спутников Сатурна и

Юпитера

1.9 Результаты ПЗС-наблюдений двойных звезд

2.2 Определение фотоцентра изображения объекта в системе сканера 73

2.3 Калибровка сканера 83

2.4 Ортогонализация измерений 89

2.5 Результаты измерений 94

2.6 Заключение 101 Глава 3

Орбитычетырех визуально-двойных звезд, полученные методом параметров видимого движения с дифференциальной коррекцией 102

3.1 Введение 102

3.2 Алгоритм метода параметров видимого движения 104

3.3 Результаты определения орбит визуально-двойных звезд 111

3.4 Заключение 119

Литература 120

Введение

В последние несколько десятилетий на 26-дюймовом рефракторе Главной астрономической обсерватории в Пулкове (Р=10413мм, 0=650 мм) ведутся систематические наблюдения визуально-двойных звезд и спутников больших планет. В связи с появлением приборов с зарядовой связью (ПЗС) возникла необходимость в разработке и внедрении новых методов наблюдений и их обработки. При этом мы исходили из того, что не существует общепринятой процедуры обработки ПЗС-наблюдений визуально-двойных звезд и спутников больших планет и что наблюдения на рефракторе с помощью ПЗС-техники, безусловно, имеют ряд особенностей, отличающих их от наблюдений с рефлекторами, опыт которых отражен в литературе [1,2,3]. Например, остаточная хроматическая аберрация, имеющаяся у рефракторов, радикально меняет форму изображений. Также необходимо было обеспечить преемственность между разрабатываемыми методами и уже используемыми оригинальными методиками [4].

В настоящее время в лаборатории фотографической астрометрии Пулковской обсерватории широко используются два устройства на основе ПЗС-техники - ПЗС-матрица, применяемая для наблюдений, и сканер с проекционной приставкой, используемый для измерений астрофотографий. Объединяет данные устройства то, что в итоге мы имеем дело с оцифрованными изображениями, соответственно и методы обработки таких изображений достаточно схожи.

Ключевой частью для любого метода анализа оцифрованных изображений является алгоритм определения центра объекта. Существующие алгоритмы, с точки зрения применимости для обработки наблюдений на длиннофокусном телескопе, обладают тем недостатком, что имеют недостаточный контроль корректности такого алгоритма в применении к изображениям, создаваемым конкретным инструментом. В случае длиннофокусного телескопа это особенно важно.

Существует достаточно большое число универсальных программных продуктов, в которых реализуется обработка изображений; кроме указанного принципиального недостатка, им присущи следующие практические недоработки.

1) Как правило, реализуется лишь первый этап обработки - получение координат в системе, связанной с изображением.

2) Недостаточная автоматизация измерений. Так при обработке серии схожих ПЗС-кадров, необходимо открыть очередной кадр, измерить все объекты, записать результаты и закрыть кадр. Такой алгоритм в случае, когда серия насчитывает 100 и более изображений, как это принято при наблюдениях визуально-двойных звезд, требует больших затрат времени.

Указанные обстоятельства диктуют необходимость разработки собственных методов анализа численных изображений и реализации разработанных методов в виде оригинального пакета программ.

Отметим, что существует негативный опыт использования стандартных методов и пакетов программ для наблюдений двойных звезд. Так, в работах выполненных в Белградской обсерватории [5] и в обсерватории de Llano del Hato (Венесуэла) [6], ошибка одного наблюдения составляет порядка 0.1 секунды дуги. Для сравнения, ошибка одного наблюдения на 26-дюймовом рефракторе ГАО фотографическим методом, в зависимости от условий наблюдений, колеблется от 0".015 до 0".04; ПЗС-наблюдения, выполненные и обработанные по представляемой в данной работе методике, на том же инструменте, имеют точность от 0".01 до 0".02.

В данной работе приведены результаты методических исследований в связи с применением ПЗС-техники на 26-дюймовом рефракторе в Пулкове, а также при измерениях астрофотографий, полученных на этом же инструменте. Приводятся результаты наблюдений двойных и кратных звезд, спутников больших планет и астероидов. Кроме того, даны результаты определения орбит четырех визуально-двойных звезд методом параметров видимого движения (ПВД) с дифференциальной коррекцией.

Основными результатами диссертации являются:

1) Предлагаемый метод обработки позиционных ПЗС-наблюдений визуально-двойных звезд, спутников больших планет и астероидов для 26-дюймового рефрактора ГАО РАН обеспечивает ошибку серии ПЗС-кадров, полученных в результате одного наблюдения, 0".01-0".02. Данным методом было получено и обработано более 15000 отдельных ПЗС-кадров.

2) Показана возможность применения сканирующих устройств общего назначения для высокоточных позиционных измерений астрофотографий. Конкретный экземпляр планшетного сканера Umax PowerLook II, имеющийся в распоряжении автора, обеспечивает точность измерений в 1.5 раза лучше, чем система "Аскорекорд". Измерено 8 рядов наблюдений двойных звезд, всего более 250 пластинок.

3) Разработан алгоритм, позволяющий расширить область применения метода ПВД для визуально-двойных звезд, наблюдения которых охватывают значительный участок орбиты.

4) Методом ПВД с дифференциальной коррекцией исходных данных определены орбиты четырех визуально-двойных звезд.

Апробация работы.

Результаты диссертации докладывались на научных семинарах астрометрических отделов ГАО РАН, на семинарах астрономической кафедры Санкт-Петербургского государственного университета, а также на Всероссийской конференции с международным участием

Наблюдения естественных и искусственных тел Солнечной системы"

ИТА РАН, СПб, 1996).

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, трех глав и списка цитируемой литературы. (125 страниц, 25 иллюстраций, библиография 85 наименований).

Основные результаты ПЗС-наблюдений спутников Сатурна представлены в таблице 1.13, где приведены также (О-С) относительно эфемерид спутников, вычисленных по программе Н. В. Емельянова (ГАИШ, Москва), реализующей теорию движения больших спутников Сатурна Харпера-Тейлора [54,55]. Результаты наблюдения спутников Юпитера приводятся в таблице 1.14.

3.4 Заключение

Результаты данной главы свидетельствуют о применимости метода параметров видимого движения для определения орбит визуально-двойных звезд, существенная часть орбиты которых охвачена наблюдениями. Определены орбиты четырех двойных звезд ADS 8242, ADS 5400, ADS 7724 и ADS 10345. Для ADS 7724 и ADS 10345 однозначно определен восходящий узел.

В заключение автор считает своим приятным долгом выразить признательность за помощь в работе над диссертацией научному руководителю д.ф.-м.н. А. А. Киселеву, к.ф.-м.н. Т.П. Киселевой, к.ф.-м.н. О.П. Быкову, Е.А. Грошевой и А. Н. Грицуку.

1. J. F. Le Campion et al // Astron. Astrophys., 1992, V. 26, p. 568.

2. Sinachopoulos D., CCD measurements of visual binaries, Astron. Astrophys. Suppl. Ser., V. 76, p. 189, 1988.

3. Cuypers J. // Visual Double Stars: Formation, Dynamics and Evolutionary Tracks, Dordrecht, Kluwer Acad. Publ., 1997, p. 35.

4. Киселев А. А. Теоретические основания фотографической астрометрии. Москва, 1989, Наука.

5. Popovic G. М., Pavlovic R., // Astron. Astrophys. Suppl. Ser., V. 123, p. 487, 1997.

6. Abad С., Prunga F. D., // Astron. Astrophys. Suppl. Ser., V. 111, p. 229, 1995.

7. Santa Barbara Instrument Group, www.sbia.com.

8. Киселев А. А., Определение масштаба 26-дюймового рефрактора Пулковской обсерватории, Изв. ГАО АН СССР, N174, с. 120, 1964.

9. Косых В. П., Чейдо Г. П. , //Автометрия, 3 ИАиЭ СОАН СССР, 1973.

10. Фридман Б. // Обработка изображений и цифровая фильтрация, под ред. Т. Хуанга, М., Мир, 1979.

11. Gonzales R. С., Wintz Р. Digital Image Processing, Addison-Wesley, 1977.

12. Косых В. П., Пустовских А. И., // Методы и средства обработки изображений, под ред. Иванченко Г. А., Новосибирск, 1982.

13. Никольский А. А., Садыков С. С., // Методы и средства обработки изображений, под ред. Иванченко Г. А., Новосибирск, 1982.

14. Плюгин Г. А., Об определении коэффициента атмосферной дисперсии для 26" рефрактора ГАО АН СССР, Изв. ГАО АН СССР, 1968,N 183, с. 133-140.

15. Канаев И. И., Коэффициент атмосферной дисперсии для 26" рефрактора ГАО АН СССР, Изв. ГАО АН СССР, 1968,N 183, с. 141-142.

16. Гудмен Дж., Статистическая оптика, М., Мир, 1988.

17. Stetson Р. // Publ. Astron. Soc. Pacific., 1987, V. 99, p. 191.

18. Colas F., Software "Astrol" ver. 3.3, Bureau de Longtitudes, 1994.

19. Замарашкин К. H., Анализ и разработка методов автоматических координатных измерений изображений объектов, полученных на носителях с высоким разрешением, дисс. к. ф.-м. н., Санкт-Петербург, 1995.

20. Buonanno R., lannicola G. // Astr. Soc. of the Pacific, Publ., V. 101, 1989, p. 294.

21. Franz O. G.//J. R. Astr. Soc. Can., 67, 81, 1973.

22. Penny A. J. Electronographic UBV photometry of close visual double stars, Mon. Not. R. astr. soc., V. 187, p. 829-837, 1979.

23. Moffat A. F. J., //Astron. Astrophys., V. 3, p. 455-461, 1982.

24. Канаев И. И., Исследование объектива 26" рефрактора ГАО АН СССР, Изв. ГАО АН СССР, N166, с. 176, 1960.

25. Rakos К. D. et al, //Astron. Astrophys. Suppl. Ser., V. 47, p. 221, 1982.

26. Bacchus P., //Thesis University of Strasburg, 1959.

27. Rakos K. D. //Apl. Opt., V. 4, p. 1453, 1965.

28. Franz O. G. // Lowell Obs. Bull., 1970.

29. Penny A. J. // IAU Col. 40, Astronomical Applications of Image Detectors with Linear Response, ed. M, Duchesne and G. Lelievre, p.49, 1976.

30. Buonanno R., et al,// Mem. Soc. Astr. Italy, V. 50, p. 451, 1973.

31. Scardia M., Pannunzio R., New Photographic Method for the Measurements of Visual Binaries, Astron. Astorphys., V. 107, p. 362, 1982.

32. Guseva I. S. // IAU Sym. 167, New Developments in Array Technology and Applications, eds. Philip A. G. D. et al, Kluwer Ac. Pub., Dordrecht, p.275, 1994.

33. Geffert M., Sinachopoulos D., Guibert J., Very Wide Visual Double stars for astrometric calibrations of CCD's, IAU Col. 135, Complementary Approaches to Double and Multiple Stars Research, eds. Mc Allister H. A., Hartkopf W. I., 1992.

34. Киричук В. С., // Методы и средства обработки изображений, Новосибирск, ИАиЭ, 1983.

35. Sinachopoulos D., Seggewip W., // Astron. Astrophys. Suppl. Ser., V. 83, p. 242, 1990.36. van Dessel E., Sinachopoulos D., // Astron. Astrophys. Suppl. Ser., V. 100, p. 517, 1995.

36. Sinachopoulos D., Prado D., // Astron. Astrophys. Suppl. Ser., V. 96, p. 137, 1992.

37. Nakos Th., Sinachopoulos D., van Dessel E., //Astron. Astrophys. Suppl. Ser., V. 112, p. 453, 1995.

38. Zamarashkin K. N., The Method for Star Image Separation from Background in Automatic Coordinate Measurements with Microdensitometer, Astronomical & Astrophysical Transactions, V. 8, p. 394, 1996.

39. Sinachopoulos D., van Dessel E., //Astron. Astrophys. Suppl. Ser., V. 130, p. 299, 1997.

40. Фу К. С. и др., Робототехника, М., Мир, 1989.

41. Beurle К. et al, // Astron. Astrophys. Suppl. Ser., V. 269, p. 564, 1993.

42. Sinachopoulos D. et al, //Astron. Astrophys. Suppl. Ser., V. 136, p. 564, 1999.

43. Nakos Th., Sinachopoulos D., van Dessel E., //Astron. Astrophys. Suppl. Ser., V. 124, p. 353, 1997.

44. Harper D. et al, // Astron. Astrophys. Suppl. Ser., V. 121, p. 65, 1997.

45. Harper D. et al, // Astron. Astrophys. Suppl. Ser., V. 136, p. 257, 1999.

46. Colas D., Arlot J. E., // Astron. Astrophys., V. 252, p. 402, 1991.

47. Киселев А. А., Плюгин Г. А., Определение оптического центра 26" рефрактора, Изв. ГАО АН СССР, N174, с. 127, 1964.

48. Киселев А. А. , Киселева Т. П. // Изв. ГАО АН СССР, N179,с. 127, 1960.

49. Быков О. П., Современные позиционные наблюдения малых тел Солнечной системы: состояние и перспективы // Труды IV съезда Астрономического общества, М.,1998,стр. 73-81.

50. Kisselev A. A., Satellite astrometry with a long focus astrograph, Galactic and Solar System Astrometry, Cambridge Univ. Press., 1999.

51. Pertyman A.C. et al. The Hipparcos and Tycho Catalogs. / Noordwijk, ESA, 1997.

52. Urban S. E. et al., The ACT reference catalog, U.S. Naval Observatory, Washington, D. C., 1997.

53. Harper D., Taylor D. В., // Astron. Astrophys. Suppl. Ser., V. 252, p. 402,1993.

54. Harper D., Taylor D. В., // Astron. Astrophys. Suppl. Ser., V. 284, p. 618,1994.

55. Киселева Т.П., Измайлов И.С., Результаты ПЗС-наблюдений спутников Юпитера и Сатурна на 26-дюймовом рефракторе в Пулкове.//Известия ГАО в Пулкове, N214, СПб., 2000.

56. Aitken, R. G., New General Catalogue of Double Stars, Washington DC, 1932.58. van den Bos, W. H.; Jeffers, H. M., An Index Catalogue of Visual Double and Multiple Stars, Publ. Astron. Soc. Pacific, V. 69,p. 322, 1957.

57. Киселев А. А. и др. Каталог 200 визуально-двойных звезд по наблюдениям на 26-дюймовом рефракторе ГАО РАН в 1960-1985 г. г., Л., Наука, 1986.

58. Douglass G. G. et al // A. J., V. 118, p. 1395, 1999.

59. Измайлов И. С., Киселев А. А. и др. Применение ПЗС-камеры в Пулковских программах наблюдений двойных и кратных звезд и спутников больших планет на 26" рефракторе. ПАЖ, 1998, N10 с. 772779.

60. Argue A. N. et al. // Mon. Not. R. Astron. Soc.,V. 259, p.563, 1992.

61. Shakht N. A. et al., The Automatic Machine "Fantasy" employment for the measurements of the stars with dark companion. "Visual Double stars: Formation, Dynamic and Evolutionary Tracks." Kluwer Acad. Publ., 1997, p 99-106.

62. Киселев А. А. и др. Тригонометрические параллаксы двенадцати визуально-двойных звезд по наблюдениям в Пулкове на 26" рефракторе. Известия ГАО в Пулкове, N 208, СПб., 1994.

63. Киселева Т. П. Астрометрические наблюдения галилеевых спутников Юпитера в Пулкове на 26" рефракторе. Известия ГАО в Пулкове, N 210, СПб., 1996.

64. Киселев А. А., частное сообщение (не опубликовано).

65. Киселев А. А., Быков О. П., //Астрон.журн.,1976,т.53^ 4,с.879.

66. Киселев А. А., Кияева О. В., // Астр. >k.,1980,t.57,N 6,с.1227

67. Киселев А. А., Романенко J1. Г., //Астр. >k.,1996,t.73,N 6,с.875

68. Киселев А. А., Романенко Л.Г., Измайлов И. С., Трошева Е. А., // Известия ГАО в Пулкове, N 214, СПб., 2000.

69. Трошева Е. А., Измайлов И. С., // Известия ГАО в Пулкове, N 214, СПб., 2000.

70. Кияева О. В., //Астр. ж.,1983,т.60,с.1208.

71. Binendik L., Properties of double stars.// Univ. of Pensilvania Press. Philadelphia,1960

72. Habets G. M. H. J., Heintze J. R. W., // Astron. Astrophys. Suppl. Ser., V.46, p. 193, 1981.

73. Abt H. A. at al. //Astorphysical Journal Suppl. Ser., V.43, p. 549, 1980.

74. Zulevic D.J., // Circ. Inf. No. 98, 1986.

75. Bopp B. W„ Fekel F. // PASP, V.86, p. 978, 1974.

76. Brosche P., //Astron. Nachr. 283, 280; 1957.

77. Popovic G. M., R. Pavlovic R., // Bull. Astron. Belgrade N153 (1996), p. 57.

78. Rabe W„ //Astron. Nachr. 284, 102; 1958.

79. Jenkins L. The General Catalogue of Trigonometric Stellar Parallaxes. Yale, New Haven, (1952)

80. Wilson О. C. In modern Astrophysics A Memorial to Otto Struve, edited by M. Hack, Gordon and Breach, New York, p. 241, 1967.

81. Heintz W.D., // Pub. Astron. Soc. Pacific 93, 90; 1981.

82. Ishida G. // Pub. Astron. Soc. Pacific 78, 263; 1966.

83. Страуструп Б., Язык программирования С++, Невский Диалект, СПб, 1997. (www.lib.ru/CPPHB/cpptut.txt).