Astrometrie

Astrometrie (z jiného řeckého ἄστρον  - „hvězda“ a μετρέω  - „měřím“) je odvětví astronomie , jehož hlavním úkolem je studovat geometrické a kinematické vlastnosti nebeských těles .

Hlavní úkol astrometrie je podrobněji formulován jako vysoce přesné určení polohy nebeských těles a jejich vektorů rychlosti v daném čase. Kompletní popis těchto dvou veličin je dán šesti astrometrickými parametry :

• nebeské rovníkové souřadnice nebo polohy -rektascenze() adeklinace();
• vlastní pohyby , tj. rovníkové rychlosti při rektascenci a deklinaci ();
• paralaxy ;
• radiální rychlosti [1] .

Přesné měření těchto astrometrických parametrů umožňuje získat další informace o astronomickém objektu, např. [2] :

• absolutní svítivost objektu;
• hmotnost a stáří objektu;
• klasifikace umístění objektu: ve sluneční soustavě , v galaxii , za jejími hranicemi atd.;
• klasifikace rodiny nebeských těles, do které objekt patří;
• nepřítomnost/přítomnost neviditelných satelitů u objektu .

Mnohé z těchto informací jsou nezbytné pro vyvození závěrů o fyzikálních vlastnostech a vnitřní struktuře pozorovaného objektu a také pro poskytnutí odpovědí na zásadnější otázky - o objemu, hmotnosti a stáří celého Vesmíru . Astrometrie je tedy jedním z nejdůležitějších odvětví astronomie, poskytující experimentální informace nutné pro rozvoj dalších sekcí ( astrofyzika , kosmologie , kosmogonie , nebeská mechanika atd.).

Klasifikace astrometrie

Fundamentální astrometrie

Pro přesné měření poloh a pohybů nebeských těles je nutné mít referenční systém s danými souřadnicemi. Fundamentální astrometrie je podsekcí astrometrie, která se zabývá problematikou výběru takového souřadnicového systému a souvisejícími otázkami - které objekty zvolit pro referenční bod (tzv. implementace souřadnicového systému ); jak svázat souřadnicový systém s objekty, které jsou počátkem.

Moderní souřadnicové systémy se dělí na kinematické a dynamické :

• dynamický souřadnicový systém  - systém určený na základě prvků oběžné dráhy Země kolem Slunce .
• kinematický souřadnicový  systém - souřadnicový systém založený na vazbě na objekty, jejichž vlastní pohyby lze považovat za poměrně známé.

Od počátku rozvoje astronomie až do konce 20. století astronomové vždy používali dynamický systém rovníkových souřadnic. Vztažný bod tohoto systému byl vzat jako jarní rovnodennost , tradičně označovaná symbolem , - průsečík ekliptiky s nebeským rovníkem , určený z pozorování ročního pohybu Slunce.

Takový dynamický systém má řadu nevýhod. V důsledku precese a nutace zemské osy , pohybu rotační osy uvnitř Země, jakož i sekulárních a periodických poruch oběžné dráhy Země od těles Sluneční soustavy (tzv. "precese z planet" [3] ), jarní rovnodennost se pohybuje mezi hvězdami. Zatímco v astronomii se používal dynamický souřadnicový systém, tento pohyb musel být kompenzován výpočtem vlivu všech výše uvedených procesů, respektive přepočtením souřadnic pro každou epochu .

Kromě toho dynamický referenční systém nesplňuje požadavek na setrvačnost pro vztažnou soustavu .

Tyto obtíže vedly k účelnosti nahradit dynamický souřadnicový systém kinematickým. V moderní astrometrii se používá kinematický souřadnicový systém. V tuto chvíli se jedná o souřadnicový systém ICRF v rádiovém dosahu s extragalaktickými objekty jako reference a HCRF v optickém dosahu, využívající odkaz na pozorovací systém ICRF vesmírného astrometrického projektu Hipparcos .

Kinematická vztažná soustava založená na extragalaktických objektech jako referenci je považována za kvazi-inerciální (protože zrychlení v pohybu extragalaktických objektů a dokonce i samotnou přítomnost tohoto pohybu lze zanedbat).

Jakýkoli kinematický souřadnicový systém je definován pomocí základního katalogu jako souboru všech astrometrických parametrů objektů obsažených v tomto katalogu.

Praktická astrometrie

Praktická astrometrie je podsekcí zabývající se problémy: [2]

• použití zavedeného souřadnicového systému;
• určení z přijatých informací, kde se studované objekty nacházejí a jak se pohybují;
• organizace a zpracování pozorování k řešení těchto problémů;
• posouzení správnosti získaných výsledků a její zlepšení na požadovanou přesnost.

Součástí praktické astrometrie by měly být i průzkumy oblohy – sestavování podrobných fotografických map s cílem katalogizovat co nejvíce astrometrických objektů.

Studium rotace Země

Vzhledem k tomu, že astrometrická pozorování jsou prováděna ve velkém objemu z povrchu Země, je studium jakýchkoliv variací jejího pohybu a pohybu její kůry také spojeno s řešením astrometrických problémů a je podsekcí astrometrie. Pohyb každého zvlášť vybraného bodu na povrchu Země je ovlivňován takovými procesy, jako je precese , nutace , pohyb pólů , zpomalení rotace Země, pohyb litosférických desek , nerovnoměrné hodiny v gravitačním poli. V tomto případě nejsou parametry rotace Země konstantní; mění se v čase. Jednou z metod používaných ke studiu rotace Země je gravimetrie .

Nutno podotknout, že zhruba do poloviny 20. století se rotace Země používala v astrometrii k měření času a také zeměpisných souřadnic. Poté, co vynalezla přesnější metody pro oba, astrometrie nyní řeší inverzní problém - studuje změny v rotaci Země (zejména zpomalení) pomocí standardů přesného času; a studuje vibrace zemské kůry pomocí globálních satelitních navigačních systémů .

Historie astrometrie

Před příchodem astrofyziky na počátku 20. století byla téměř veškerá astronomie zredukována na astrometrii. Astrometrie je nerozlučně spjata s katalogy hvězd . První katalog sestavil ve starověké Číně astronom Shi Shen. Přesněji nešlo o katalog, ale o schematickou mapu oblohy. První astrometrický katalog obsahující souřadnice hvězd vytvořil starořecký astronom Hipparchos a pochází z roku 129 př. n. l., ale nedochoval se. Porovnáním svých pozorování s dřívějšími objevil Hipparchos fenomén precese rovnodenností neboli precese . Impulsem pro rozvoj astrometrie byly praktické potřeby člověka: bez kompasu a mechanických hodinek bylo možné navigovat pouze podle pozorování nebeských těles (viz Astronomická navigace ).

Ve středověku byla v arabském světě rozšířena astrometrie. Největší zásluhu na tom měli al-Battani (X. století), al-Biruni (XI. století) a Ulugbek (XV století). V 16. století prováděl Tycho Brahe 16 let pozorování Marsu , po jehož zpracování jeho nástupce Johannes Kepler objevil zákony pohybu planet . Na základě těchto empirických zákonů popsal Isaac Newton zákon univerzální gravitace a položil základy klasické mechaniky , což vedlo ke vzniku vědeckého přístupu .

Na konci 20. století, po výrazné krizi, došlo v astrometrii k revoluci, a to díky rozvoji výpočetní techniky a zdokonalování detektorů záření.

Hlavní úkoly moderní astrometrie

Zpočátku bylo úkolem astrometrie měřit polohu hvězd, aby se z nich určily zeměpisné souřadnice pro navigaci . Pokud jsou známy zeměpisné souřadnice, můžete označením okamžiku, kdy svítidlo prochází nebeským poledníkem, zjistit místní sluneční čas .

Hlavní cíle moderní astrometrie

• Vytvoření nového základního katalogu, který relativně splňuje kritéria univerzálnosti vyžadovaná pro moderní pozorování;
• Zlepšení referenčního referenčního systému na Zemi ( ITRS ).
• Ověření teorie relativity, zpřesnění jejích základních parametrů;
• Vytvoření univerzální mapy oblohy, která má výhody oproti stávajícím fotografickým průzkumům;
• Získání astrometrických parametrů pro co nejvíce různých objektů v naší galaxii;
• Studium vlivu mikročočky , včetně jejího vlivu na konstrukci základního nosného systému;
• Hromadění monitorovacích pozorování pro zlepšení teorií pohybu Země a těles Sluneční soustavy;

Metody astrometrie