Уточнение фундаментальной системы склонений по наблюдениям и исследованиям на пулковском фотографическом вертикальном круге тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.01 ВАК РФ

На правах рукописи ГОНЧАРОВ Георгий Александрович

ч-...................С

УТОЧНЕНИЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ СКЛОНЕНИЙ ПО НАБЛЮДЕНИЯМ И ИССЛЕДОВАНИЯМ НА ПУЛКОВСКОМ ФОТОГРАФИЧЕСКОМ ВЕРТИКАЛЬНОМ КРУГЕ

/Л

Специальность 01.03.01 - астрометрия и небесная механика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 1995 г.

Работа выполнена в Главной астрономической обсерватории Российской академии наук (г.Санкт-Петербург).

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Д.Д.Положенцев

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук В.С.Губанов доктор физико-математических наук Е.В.Хруцкая

Ведущая организация: Астрономический институт Санкт-Петербургского государственного университета

Защита состоится "'/¿/С" 159 г. в ^3 час. /¿Ртш.

на заседании диссертационного совета К 002.92.01 по присуждению ученой степени кандидата физико-математических наук при Главной астрономической обсерватории РАН по адресу: 19614 0, Санкт-Петербург, Пулковское шоссе, д. 65/1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГАО РАН.

" 9 - ^¿^¡¿р

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета К 002.92.01 кандидат физ.-мат. наук ^ Ю.А.Наговицын

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы следует из необходимости и возмо-сности

1) постоянного уточнения координат и собственных движе-шй звезд, составляющих фундаментальную систему коорди-тт;

2) определения характеристик пулковского фотографического вертикального круга (ФВК) как одного из современных шструментов, способных уточнять и расширять фундаментальную систему координат при наблюдении слабых объектов знутри и вне Солнечной системы.

Цель работы заключается в определении систематических эшибок каталога ЕК5 вида Л65 по наблюдениям звезд каталога

ла. ФВК в 1987-1994 годах с учетом результатов исследований ошибок этого инструмента.

Научная новизна заключается в следующем:

1. Впервые выполнены исследования всех основных инструментальных ошибок фотографического вертикального круга (ФВК), что позволило уменьшить исходную систему ФВК примерно в 40 раз и получить остаточную систему, которая на зенитных расстояниях до +50° совпадает с результатами наблюдений в пределах ±0.05 угловой секунды

2. Впервые для модернизированного ФВК из комбинации метода Бесселя с использованием горизонтальных коллиматоров и автоколлимационного метода с зеркалом на торце трубы определено гнутие трубы ФВК в зависимости от зенитного расстояния и температуры с точностью около ±0.05 угловой секунды для зенитных расстояний до +60°.

3. Усовершенствован и впервые реализован метод исследования кругов, комбинирующий исследования с постоянным углом между кругами и исследования по непосредственным отсчётам интервалов между штрихами кругов, что позволило определить влияние ошибок круга №1 на определяемое зенитное расстояние с точностью около ±0.05 угловой секунды.

4. Предложена новая методика решения систем уравнений метода исследования кругов с постоянным углом между кругами, применимая при наблюдениях с перекладкой для получения непосредственно поправок в наблюдаемое зенитное расстояние, минуя поправки, отнесенные к делениям круга.

5. Впервые на основании исследования кругов и обработки наблюдений подтверждено предположение В.А.Наумова, что ошибки определяемых зенитных расстояний из-за ошибок кругов в общем случае имеют период 180°, а не 90°, как предполагалось в исследованиях других авторов.

6. В результате обработки наблюдений на ФВК в 1987-1994 гг. определены склонения 1224 звезд каталога FK5.

7. Независимо от других исследований определена истематическая составляющая вида Д5д разностей наблюден-

ых на ФВК и взятых из каталога ЕК5 склонений. Показано, то эта величина в основном вызвана систематическими шибками каталога.

Научная и практическая ценность заключается в :ле дующем:

1. Проведена обработка 6216 наблюдений склонений 1224 ¡везд каталога ЕК5. Полученные склонения в комбинации с >езультатами других инструментов могут быть использованы 1ля уточнения индивидуальных склонений звезд при оставлении фундаментальных каталогов.

2. Получена систематическая составляющая вида Д83

разностей наблюденных на ФВК и взятых из каталога ГК5 уклонений. Состоящая в основном из ошибок каталога, эта разность вместе с результатами других инструментов может быть использована для исправления в систематическом отношении фундаментальной системы каталога ЕК5 и создания новой фундаментальной системы.

3. Наблюдениями и исследованиями на ФВК показано, что систематические инструментальные ошибки современного меридианного инструмента могут исследоваться с точностью, по крайней мере, ±0.05 угловой секунды.

4. Реализованы, уточнены и обоснованы методики исследования систематических инструментальных ошибок ФВК.

Г

Апробация работы.

Основные результаты представляемой работы докладывались на семинарах лаборатории фотометрии, астрометрических семинарах и заседаниях Ученого Совета ГАО РАН, на Зверевских чтениях в ГАО РАН (апрель 1993), на международном рабочем совещании "Оптическая астрометрия галактической и солнечной систем", в Кембридже, Великобритания (июнь 1993) , на 19-й конференции Бразильского астрономического общества (август 1993), на международной конференции "Динамика и астрометрия естественных и искусственных небесных тел" в Познани, Польша (сентябрь 1993), на Российской астрометрической конференции в Пулково (октябрь 1993), на 22-й генеральной ассамблее MAC в Гааге, Нидерланды (август 1994).

Объем и структура диссертации:

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложения. Список литературы содержит 88 наименований. Объем диссертации - 133 страницы.

На Защиту выносятся:

1. Результаты исследования гнутия трубы ФВК.

2. Методика обработки и результаты исследования ошибок кругов ФВК.

3. Значения систематической составляющей вида Д5Й разностей наблюденных на ФВК и взятых из каталога ГК5 склонений как основной результат обработки 6216 наблюдений склонений 1224 звезд ГК5 на ФВК в 1987-1994 годах.

Во введении рассмотрены современные системы отсчета, в том числе, фундаментальная оптическая система отсчета на основе наземных наблюдений, реализованная в каталоге ЕК5 [1], [2] и эфемеридах ЭЕ200 [3]. Рассмотрены систематические и случайные ошибки измерения наземными инструментами длинных дуг на небе. Определены основные направления исследований и дана общая характеристика полученных в работе результатов.

В первой главе изложена общая теория наблюдений на Пулковском фотографическом вертикальном круге (ФВК), результаты предшествующих исследований инструмента [4], характеристики, выполненных в 1987-1994 годах наблюдений и общая схема их обработки. В этой части автором выполнено 37% наблюдений и часть предварительной обработки наблюдений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во второй главе рассмотрены случайные и систематические ошибки при измерении пузырьковыми уровнями угла между отвесной линией и вертикальной осью ФВК. Цена деления клинового экзаменатора уровней Л.А.Сухарева определена с помощью вертикальных оптиметров с точностью ±0.002 угловой секунды. При исследовании экзаменатора обнаружено и учтено влияние ошибок шкал оптиметров. Три пузырьковых уровня ФВК исследованы на экзаменаторе при различных температурах, а также длине и положении пузырька в ампуле. Зависимость цен делений уровней от этих параметров получена с точностью ±0.01 угловой секунды для значений параметров, встречающихся в наблюдениях. В этой части автором выполнена примерно половина исследований и вся их обработка.

В третьей главе рассмотрены случайные и систематические ошибки при измерении вертикальным кругом инструмента угла между вертикальной осью и визирной линией ФВК. Сформулировано понятие ошибки круга как совокупности всех эффектов при его отсчете, влияющих на наблюдаемое зенитное расстояние. Описан предварительный анализ . эксцентриситетов, отсчетной системы и короткопериодических ошибок делений кругов. Подтверждено наличие ошибок делений обоих кругов с периодом 0.5°.

Реализован предложенный В.А.Наумовым [5] метод исследования ошибок кругов, комбинирующий методы с постоянным углом между кругами и по отсчетам баз делений. Показан новый подход к обработке отсчетов: на дуге 180°, а не 90°, со специальным анализом разностей отсчетов кругов и

IX сравнением с результатами наблюдений. Изложен новый детод решения полученных при исследовании систем уравнений и его преимущества. На основании анализа отсчетов баз делений сделан вывод о том, что случайная ошибка нанесения делений одной системы составляет ±0.04 угловой секунды и как случайная ошибка может не учитываться в обработке наблюдений. Случайная ошибка отсчета круга четырьмя микроскопами также равна ±0.04 угловой секунды. Поправки в зенитное расстояние за ошибки кругов получены с точностью ±0.05 угловой секунды.

В этой части автором выполнена основная часть исследований и обработки, и предложены все усовершенствования метода.

В четвертой главе рассмотрены случайные и систематические ошибки при измерении в фокальной плоскости на фотопластинке угла между визирной линией ФВК и направлением на видимое небесное тело. Описано исследование фокального масштаба ФВК по измерениям масштабных звезд. Обнаружено и учтено влияние зависимости масштаба от любого параметра на зависимость масштаба от координаты вдоль параллели, что сыграло решающую роль для выявления зависимостей масштаба от параметров. Рассмотрены зависимости масштаба от температуры, времени ночи, яркости объекта и номера кадра на фотопластинке, а также собственно зависимость масштаба от координаты вдоль параллели из-за ошибок измерительной машины, оптических аберраций, наклонов горизонтальной оси и фотопластинки. Влияние масштаба на наблюдаемое зенитное расстояние

учтено с точностью ±0.015 угловой секунды. В этой части автором выполнена часть наблюдений и вся обработка результатов измерений фотопластинок.

В ПЯТОЙ главе рассмотрен учет гнутия трубы и других искажений распространения света в трубе ФВК, неотделимых от гнутия. Описаны: а) автоколлимационный метод исследования гнутия с плоским зеркалом на торце трубы, пригодный для любых зенитных расстояний, б) его модификация с разгрузкой веса зеркала, устанавливаемого при исследовании, и в) применение метода горизонтальных коллиматоров. Получено хорошее согласие результатов этих трех методов между собой и с предшествующими исследованиями при условии, что гнутие увеличивается под весом зеркала на 20%, и из-за изменения наклона торца трубы - на 0.15 угловой секунды. Гнутие представлено в виде k(Z,t)sin(Z), где Z -зенитное расстояние, k(Z,t) - коэффициент, зависящий от зенитного расстояния и температуры. Влияние гнутия на наблюдаемое зенитное расстояние при Z<60° учтено с точностью ±0.05 угловой секунды. В этой части автором выполнена значительная часть исследований, вся обработка результатов измерений фотопластинок и предложена методика разгрузки веса зеркала.

В шестой главе анализируется остаточная система ФВК по зенитному расстоянию после учета всех исследованных инструментальных ошибок. Показано, что эта система на зенитных расстояниях до +50° не превосходит ±0.05 угловой секунды и стабильна во времени в пределах ±0.1 угловой секунды.

Выравнивание методом Бесселя склонений звезд, наблюденных в двух кульминациях, рассмотрено с допущением, что ззятое из каталога изменение склонения между средними эпохами кульминаций звезды безошибочно. Это допущение зызвано небольшим числом наблюдений в обеих кульминациях л несущественно влияет на результат. Показано, что поправки склонений, полученные методом Бесселя, не только не исправляют остаточную систему, но сильно деформируют эе, т.к. определяются преимущественно по наблюдениям на больших зенитных расстояниях, где велика аномальная рефракция.

Как альтернатива методу Бесселя рассматривается применяемое на многих инструментах (см. [6], [7]) глобальное зыравнивание остаточной системы по всем наблюдениям до получения квазиабсолютного каталога, который в последу-ощем будет абсолютизирован по наблюдениям тел Солнечной системы. Показано, что при небольшой остаточной системе и использовании одного диапазона склонений глобальное зыравнивание аналогично методу Бесселя. В то же время, глобальное выравнивание позволяет использовать диапазон зенитных расстояний до +60° с наиболее точными наблюдениями. Полученная в этом диапазоне поправка к постоянной эефракции, 0.04 угловой секунды, использована для исправ-тения наблюденных склонений.

С точностью около ±0.04 угловой секунды получена систематическая составляющая вида Д§5 разностей наблюденных и взятых из каталога склонений. Эта разность сравнивается с результатами других инструментов, демонстрируя

систематические зональные ошибки FK5. Рассмотрена случайная ошибка наблюдения ФВК, равная в зените 0.16 угловой секунды. Эта часть исследования полностью выполнена автором.

В Заключении приведены основные результаты и выводы исследования.

В Приложении приведен каталог склонений звезд FK5 по наблюдениям на ФВК в 1987-1994 годах.

Основные результаты по теме диссертации опубликованы в работах:

1. Гончаров Г.А., 1994. Исследование масштаба фотографического вертикального круга - Изв. ГАО РАН, СПб, №208, с. 68-71.

2. Гончаров Г.А., Багильдинский Б.К., Калиниченко А.Н., Шкутов В.Д., 1994. Исследование пузырьковых и электронных уровней на клиновом экзаменаторе уровней Л.А.Сухарева -Изв. ГАО РАН, СПб, №209, с. 139-150 - в этой статье автору принадлежит основная часть исследований и вся их обработка.

3. Goncharov G., 1994. The Pulkovo photographic vertical circle and the improvement of the FK5 - Proc. of the conf. "Dynamics and astrometry of natural and artificial celestial bodies", Poznan, p. 73-78.

4. Goncharov G.A., 1995. Current fundamental system errors and post-Hipparcos utilization of ground-based optical instruments - Proc. of the IAU symp. 166 "Astronomical and astrophysical objectives of sub-milli

arcsecond optical astrometry", Den Haag, 1994, Eds. E.Hoeg et al., Kluwer acad. publ., p. 404.

5, Гончаров Г.A., 1995. О системе фотографического вертикального круга - Препринт №2 семинара лаборатории фотометрии ГАО РАН, СПб, 16 с.

1. Fricke W., Schwan Н., Lederle Т. et al., 1988. Fifth fundamental catalogue (FK5) (part I) - Veroff. Astron. Rechen-Inst., Heidelberg, v. 32, 106 p.

2. Fricke W., Schwan H., Corbin T. et al., 1991. Fifth fundamental catalogue (FK5) (part II) - Veroff. Astron. Rechen-Inst., Heidelberg, v. 33, 143 p.

3. Standish E.M., 1990. The observational basis for JPL's DE200, the planetary ephemerides of the astronomical almanac - Astronomy and astrophysics, v. 233, N 1, p. 252-271.

4. Bagildinsky B.K., Goncharov G.A., Kornilov E.V. , ^Jaurnov V.A., Polojentsev D.D., Puliaev S.P., Shkutov V.D., Zhilinsky E.G., Torres C., 1993. A hard way to precision. 30-year long story of the experience with the Zverev photographic vertical circle - Revista mexicana de astronomia y astrofísica, v. 26, p. 132.

5. Наумов В.A., 1994. Исследование кругов комбинированным методом - 5-й Российский симпозиум "Метрология времени и пространства", тезисы докл., ВНИИФТРИ, Менделеево, с. 108.

ЛИТЕРАТУРА

6. Carlsberg meridian catalogue La Palma, 1985, 1986, 1987, 1989, 1991, 1992, 1993. N 1-7, Copenhagen univ. obs., Royal Greenwich obs. , Real inst. у obs. de la Armada en San Fernando.

7. Наумов K.H., Кирьян Т.P., Смирнов Б.Н., Никифорова О.Ю., Горшанов Д.Л., Пинигин Г.И., Процюк Ю.И., Капков В.Б., Гумеров Р.И., Аюпов Ф.И., 1994. Результаты дифференциальных определений прямых восхождений и склонений звезд на пулковском горизонтальном меридианном круге Л.А.Сухарева в 1988-1990 гг. - Изв. ГАО РАН, СПб, N 209, с. 107-123.