Собственные движения звезд

Из сравнения экваториальных координат одних и тех же звезд, определенных через значительные промежутки времени, было обнаружено, что их прямые восхождения и склонения меняются с течением времени. Значительная часть этих изменений вызывается прецессией, нутацией, аберрацией и, в меньшей степени, годичным параллаксом. Если исключить влияние этих причин, то изменения уменьшаются, но не исчезают полностью. Оставшееся смещение звезды на небесной сфере за год называется собственным движением звезды m. Оно выражается в секундах дуги в год.

Собственные движения у разных звезд различны по величине и направлению. Только несколько десятков звезд имеют собственные движения больше 1" в год. Самое большое известное собственное движение m = 10”,27 (у “летящей” звезды Барнарда). Громадное же большинство измеренных собственных движений у звезд составляют сотые и тысячные доли секунды дуги в год.

Из-за малости собственных движений изменение видимых положений звезд не заметно для невооруженного глаза. В свое время это дало повод к возникновению термина “неподвижные звезды”. Однако за очень большие промежутки времени фигуры созвездий меняются весьма заметно. Например, на рис. 68 изображено взаимное расположение семи ярких звезд Большой Медведицы в настоящее время (б), 50 000 лет тому назад (a) и через 50 000 лет (в).

Собственное движение каждой звезды происходит по дуге большого круга и с постоянной скоростью. Небольшие периодические отклонения от дуги большого круга в собственном движении замечены лишь у нескольких звезд.

Вследствие собственного движения звезды m по дуге большого круга SS ₁ (рис. 69) прямое восхождение звезды изменяется на величину m_a , называемую собственным движением по прямому восхождению, а склонение — на величину m_d , называемую собственным движением по склонению. Непосредственно из сравнения координат звезды определяются m_a и m_d, выраженные в секундах дуги. Если же m_a выражено в секундах

часовой меры (обозначается m_a^s ), то m_a = 15 m _a^s cos d. Собственное же движение звезды m вычисляется по формуле

Эта формула легко получается, если на рис. 69, вследствие малости собственного движения m, дугу суточной параллели звезды m_a cos d, дугу круга склонения звезды m_d и дугу собственного движения звезды m считать прямыми линиями.
Вопрос 3

Меридианный круг, астрономический инструмент для точного определения прямых восхождений и склонений небесных светил (см. Небесные координаты) путём регистрации моментов прохождения светил через небесный меридиан и измерения их зенитных расстояний в меридиане. М. к. изобретён в конце 17 в. О. Ремером. Теория М. к. разработана Т. Майером (18 в.) и Ф. Бесселем (19 в.). Преимущества М. к. по сравнению с др. астрономическими инструментами обусловили в 19 в. его широкое распространение; М. к. в 20 в. является основным инструментом для точного определения экваториальных координат небесных светил. Современный М. к. имеет астрономическую зрительную трубу с объективом диаметром 15—20 см и фокусным расстоянием 150—250 см. Горизонтальная ось инструмента устанавливается на массивных столбах таким образом, чтобы укрепленная перпендикулярно оси зрительная труба вращалась по возможности точно в плоскости небесного меридиана. Небольшие отклонения визирной линии М. к. от меридиана, зависящие от правильности установки М. к. и от его ошибок, учитываются при обработке наблюдений по результатам специальных исследований. Для регистрации моментов прохождения через меридиан, необходимых для определения прямых восхождений, окулярная часть трубы М. к. снабжается регистрирующим микрометром. Наблюдатель перемещает вертикальную нить окулярного микрометра, наводя её на движущуюся в поле зрения звезду, при этом периодически замыкаются контакты, моменты замыканий записываются на хронографе. Для измерения углов в плоскости меридиана на горизонтальную ось насаживаются точно разделённые круги. При наблюдении склонений производится наведение на звезду горизонтальной нити окулярного микрометра и отсчитываются деления кругов. Для отсчёта делений кругов визуально или фотографически на столбах М. к. располагаются барабаны с отсчётными микроскопами. Созданы конструкции М. к., в которых большинство процессов при наблюдениях автоматизировано. М. к. помещается в специальном павильоне, обе половины которого, раздвигаясь, образуют широкую щель вдоль меридиана для наблюдений. К установке М. к. предъявляются требования максимальной устойчивости и минимального воздействия температурных изменений. Точность определения экваториальных координат на М. к. характеризуется средней квадратической ошибкой для прямого восхождения (a) ± 0,020 secd и для склонения (d) ± 0,35’’.

Меридианный[M1] круг (рис. 74) состоит из астрономической трубы АВ, которая может вращаться только вокруг горизонтальной оси EW. Последняя лежит на прямоугольных вырезах (лагерах), прикрепленных к кирпичным или каменным столбам, установленным на солидном фундаменте. Горизонтальная ось меридианного круга должна быть направлена точно с востока на запад. Тогда труба будет располагаться и вращаться точно в плоскости небесного меридиана.

На горизонтальную ось EW наглухо насажен круг CD (или два круга), вращающийся вместе с трубой АВ. На круге с очень большой точностью нанесены штрихи через каждые 2' или 4'. Отсчеты на круге производятся по неподвижному указателю М, укрепленному на столбе. Увеличение точности отсчета достигается с помощью микроскопа с измерительным приспособлением — микрометром, установленным рядом с неподвижным указателем. Микроскоп-микрометр позволяет измерять расстояние указателя от ближайшего деления круга, т.е. отсчитывать показания круга с точностью до 0",1. При точных измерениях таких микроскопов-микрометров устанавливают 2 или 4, располагая их на концах одного или двух диаметров круга. Когда труба меридианного круга направлена в зенит, то один из указателей должен находиться точно против нулевого деления круга. Тогда отсчет по этому указателю при наведении трубы на любое светило сразу даст зенитное расстояние этого светила или дополнение к зенитному расстоянию до 360°, в зависимости от того, в каком направлении оцифрован круг.

Если против указателя стоит нулевое деление круга, а труба при этом направлена в верхнюю точку небесного экватора, то отсчет по этому указателю при наведении трубы на светило сразу даст склонение светила или дополнение к нему до 360°.

Первое или второе положение круга и указателя достигается поворотом круга на горизонтальной оси. Если же этого сделать почему-либо нельзя, то из специальных наблюдений определяют либо место зенита на круге Z0, либо место экватора Q0, а затем зенитное расстояние светила (или его склонение) получают по формулам, аналогичным формулам для универсального инструмента.

Размеры меридианных кругов различны. Диаметры разделенных кругов могут быть от 0,5 до 1 м, длина трубы — от 1,5 до 3 м, а диаметр объектива трубы — от 10 до 20 см. Меридианный круг используется главным образом для определения экваториальных координат светил (a и d).

Поскольку труба меридианного круга может вращаться только в плоскости небесного меридиана, наблюдения каждого светила возможны только вблизи его кульминации. При этом крест нитей в фокальной плоскости трубы устанавливается так, чтобы изображение звезды двигалось по горизонтальной нити! Тогда отсчеты круга дадут либо склонение светила d, либо его зенитное расстояние z в момент кульминации, по которому можно вычислить склонение.

Для определения прямого восхождения светила наблюдатель отмечает по часам момент пересечения светилом вертикальной нити креста, т.е. момент кульминации светила, поскольку вертикальная нить должна находиться точно в плоскости небесного меридиана. По этому моменту затем вычисляется прямое восхождение светила.

Пассажный инструмент (от франц. passage — проход), астрометрический инструмент, служащий для определения моментов прохождения небесных светил (при их видимом суточном движении) через некоторый вертикал. Обычно П. и. (точнее, его визирная линия) устанавливается в плоскости меридиана — для получения из наблюдений прямых восхождений звёзд и поправок часов, иногда в первом вертикале — для определения склонений звёзд и широты места. П. и. изобретён датским астрономом О. Рёмером в 1689. Стационарный П. и. состоит из астрономической трубы (поперечник объектива около 18 см, фокусное расстояние около 2 м), имеющей горизонтальную ось вращения (длина около 1 м), которая опирается на массивные столбы-фундаменты. В службах времени применяются меньшие П. и. переносного типа. В фокальной плоскости объектива П. и. располагается окулярный микрометр с сеткой вертикальных и горизонтальных нитей. Моменты пересечения изображением звезды вертикальных нитей регистрируются на хронографе. С середины 19 в. регистрация производилась с помощью клавиши, на которую наблюдатель нажимал в соответствующий момент. В современных инструментах при визуальных наблюдениях используется регистрирующий микрометр, изобретённый в конце 19 в. Разработанный советскими астрономами Н. Н. Павловым и В. Э. Брандтом способ фотоэлектрической регистрации прохождений звёзд повысил точность определения поправок часов службами времени и освободил наблюдения на П. и. от влияния личной ошибки. Точность одного определения прямого восхождения звезды на стационарном П. и. составляет около ± 0,015 сек, а точность одной поправки часов фотоэлектрическим методом, определённой на малом П. и., составляет около ± 0,005 сек.

Стационарный пассажный инструмент устроен совершенно так же, как и меридианный круг, только вместо точного разделенного круга на горизонтальную ось насажен небольшой круг — искатель, который служит для приближенной установки трубы на нужную высоту над горизонтом. Этот инструмент используется только для наблюдения моментов прохождения светил через меридиан, по которым затем вычисляются их прямые восхождения.

Для определения точного времени, которое также получается из моментов прохождения светил через меридиан, употребляются небольшие переносные пассажные инструменты (рис. 75), которые, кроме размеров, отличаются от стационарных пассажных инструментов некоторыми конструктивными особенностями. Главная из них та, что с помощью особого приспособления горизонтальную ось вместе с трубой во время наблюдений одного и того же светила можно быстро переложить так, что восточный конец оси ляжет на западный лагер (подставку), а западный — на восточный. Такая перекладка необходима для исключения ошибок инструмента.

Переносный пассажный инструмент, установленный в меридиане, используется главным образом для определения точного времени по звездам. Во время наблюдений отмечаются моменты прохождения звезд не только через одну центральную (среднюю) вертикальную нить, расположенную точно в меридиане, но и через ряд нитей до и после нее. Затем по известным расстояниям боковых нитей от центральной приводят все моменты времени к моменту прохождения звезды через центральную нить и берут среднее арифметическое из всех чисел, получая, таким образом, более точное значение момента кульминации звезды.

В фотоэлектрическом пассажном инструменте в фокальной плоскости объектива вместо сетки нитей устанавливается визирная решетка, представляющая собой непрозрачную пластину с рядом параллельных прозрачных щелей. Визирная решетка располагается так, чтобы изображение звезды двигалось в поле зрения перпендикулярно к ее щелям, позади которых располагается фотоумножитель (фотоумножители (ФЭУ). В этих приборах используется явление вторичной электронной эмиссии: электрон, обладающий достаточной энергией и разогнанный электрическим полем, попав на поверхность с малой работой выхода, может выбить несколько электронов. Таким образом, с помощью вторичной электронной эмиссии можно получить усиление фототока. Между фотокатодом () и анодом (A) в ФЭУ (рис. 114) имеется некоторое количество вторичноэлектронных эмиттеров — динодов (Д1, Д2 и т.д.). Форма и расположение всех

электронов ФЭУ, а также приложенные к ним напряжения таковы, что фотоэлектрон, вырвавшийся из фотокатода, попадает на первый динод и выбивает из него несколько электронов, которые затем попадают на второй динод и выбивают соответственно еще большее количество электронов и т.д. В результате каждый фотоэлектрон приводит к образованию лавины вторичных электронов (до 108-109) на аноде. После фотоумножителя ставится либо прибор, измеряющий средний анодный ток, либо прибор, считающий отдельные импульсы, из которых состоит анодный ток. Поскольку каждый импульс соответствует отдельному фотоэлектрону, последний способ называется методом счета электронов. Так же как и в фотоэлементах, в фотоумножителях имеется фон темнового тока, мешающий измерениям слабых световых потоков.

[M2]). При движении звезды свет от нее, проходя поочередно щели решетки, попадает на фотоумножитель. Под действием света в анодной цепи фотоумножителя возникает фототок, моменты появления которого и регистрируются специальными приборами.

Для наведения трубы на звезду фотоэлектрический пассажный инструмент снабжается дополнительной трубой — искателем.

Фотоэлектрические наблюдения имеют существенное преимущество перед визуальными, так как они почти полностью свободны от ошибок, вносимых наблюдателем.

Вопрос 4

Дата добавления: 2015-06-04