1. Введение

 

Векторы положения и скорости любого небесного тела - его основные характеристики. Они не измеряются непосредственно, а вычисляются по данным наблюдений: двум сферическим координатам, скоростям изменения этих координат (собственным движениям), параллаксу и лучевой скорости. Первые пять параметров называются астрометрическими параметрами. Методы их определения схожи. Шестой параметр, лучевая скорость, определяется по спектрам и, по традиции, к астрометрическим параметрам пока не относится.

 

В этой задаче рассматривается метод определения сферических координат по наблюдениям с помощью телескопа-рефлектора и прибора зарядовой связи (ПЗС-матрицы) - панорамного светоприемника. Общий принцип такой: получить изображение участка неба (кадр) с интересующим нас объектом (определяемым объектом) и звездами. Несколько из этих звезд должны иметь известные сферические координаты - прямое восхождение и склонение. В эту же ночь необходимо получить несколько других кадров, необходимых для учета ошибок ПЗС-матрицы. Дальнейшая обработка этих наблюдений позволяет вычислить координаты определяемого объекта и его интенсивность.

 

 

 

2. Инструменты.

 

Измерительный комплекс состоит из следующих компонентов: телескоп, фотометр, светоприемник, компьютер.

 

Телескоп - рефлектор Кассегрена (D = 60 см, F = 7.5 м, поле зрения - 7′, 'Цейсс-600'), находится в Специальной Астрофизической обсерватории на горе, недалеко от шестиметрового телескопа. Масштаб s изображения можно вычислить по формуле s = 206265/F . Если F выражено в миллиметрах, то масштаб получится в секундах дуги на миллиметр.

 

Телескоп наводится на заданный участок неба и строит в фокальной плоскости изображение этого участка. Он должен сопровождать точку наведения в ее суточном движении с необходимой точностью. В случае длинной выдержки или при плохой работе часового механизма следует осуществлять гидирование.

 

Фотометр - это простое электромеханическое устройство, которое имеет приспособления для смены фильтров и управления затвором. Основные требования к фотометру - это достаточная жесткость конструкции и высокая повторяемость работы всех частей. Фотометр может быть оснащен сменными анализаторами поляризации и гидирующими устройствами.

 

В качестве светоприемника используют приборы с зарядовой связью (ПЗС). Прибор имеет от сотен тысяч до нескольких миллионов светочувствительных элементов (пикселов), образующих прямоугольную сетку. Поэтому прибор часто называют ПЗС-матрицей. В данном случае используется ПЗС-матрица размером 1050 1200 пикселей.

Часто четыре соседних пикселя, образующих квадрат, рассматриваются как один пиксель. Такое объединение называется бинированием. При использовании бинирования кадр будет состоять только из 525 ´ 600 элементов, зато значительно уменьшится время считывания кадра и объем файла результатов. Отсчет для каждого пикселя представляет собой двухбайтовое целое число без знака, т.е. заключено в интервале от 0 до 65535. В случае использованияия размеры пикселей - 0.033 мм, что соответствует в угловой мере 0.90².

 

При попадании квантов света на пиксел в нем образуется заряд, величина которого пропорциональна числу упавших квантов. Распределение электрического поля в ПЗС - матрице таково, что заряд находится в потенциальной яме и не может растечься, пока 'не разрешит' схема управления или заряд не превысит потенциальный барьер. Для уменьшения собственных шумов матрицу устанавливают в криостат и охлаждают до -40 - -120 градусов Цельсия.

 

Поместив ПЗС-матрицу в фокальную плоскость телескопа и открыв на некоторое время затвор, получим скрытое изображение наблюдаемого участка неба. Время, в течение которого затвор открыт, называют временем выдержки, или временем экспозиции (только в астрономии). После окончания выдержки управляющая система 'считывает' ПЗС-матрицу. При этом заряды передвигаются по строкам и столбцам матрицы и, в конце концов, величина заряда каждого пиксела записывается в компьютер.

 

Телескоп, фотометр и ПЗС-матрица объединены в единый измерительный комплекс, управляемый компьютером. Такая схема позволяет полностью автоматизировать процесс наблюдений и сбора информации. Автоматизация необходима не для того, чтобы облегчить работу изможденному наблюдателю, который совершает ошибки. Основная цель - максимальная формализация наблюдательного процесса, что в свою очередь, позволяет формализовать и процесс обработки. И это особенно важно при массовых наблюдениях.

 

Телескоп имеет гид - вспомогательный телескоп, установленный параллельно основной системе. С его помощью осуществляется наведение и гидирование. Гид оборудован собственным светоприемником - ПЗС-матрицей. Поле зрения кадра этой матрицы в несколько раз больше, чем у основного телескопа. Кадр гида можно видеть на экране управляющего компьютера.

 

 

 

3. Подготовка к наблюдениям

3.1. Данные о наблюдаемой области неба

 

В башне телескопа есть два помещения - подкупольное, где находится сам телескоп и закрепленная на нем матрица; и нижнее, где находятся устройства управления: компьютер, тумблеры запуска часового механизма, включения электропитания гидирующего механизма, два пульта для медленного движения телескопа и тумблер включения матрицы.

 

Управляющая система телескопа позволяет автоматизировать процесс наблюдений. Для работы программного обеспечения, обеспечивающего процесс наблюдений, необходимо создать исходные данные: список координат и величин звезд в поле вокруг определяемого объекта. Такой список в виде текстового файла создает специальная программа. При запуске программы в командной строке надо указать координаты определяемого объекта (центра поля зрения) и вставить в CD-дисковод диск, содержащий Каталог гидировочных звезд для космического телескопа (Guide Star Catalogue, GSC). Нужно выбрать один из дисков - тот, на котором находится информация о нужной области неба.

 

Также желательно подготовить карту наблюдаемого участка неба на бумаге. В крайнем случае, без нее можно обойтись, поскольку в текстовых файлах для наблюдений содержится информация о звездах. Но нужно иметь в виду, что непосредственно при наблюдениях работа производится под системой DOS, многооконный режим исключен и отождествление без карты будет крайне неудобно. Кроме того, в каталоге могут встречаться пробелы.

 

 

 

3.2. Подготовка матрицы

 

Примерно за 1.5 - 2 часа до начала наблюдений в матрицу необходимо залить жидкий азот. Заливка азота производится без съема матрицы, через нижнее отверстие -непроливайку с помощью специальной кружки. Кружка наполняется из канистры, находящейся на телескопе Цейсс-1000, переносится под купол Цейсса-600, затем из носика кружки вынимается зажим, вставляется в отверстие матрицы, а верх плотно затыкается крышкой, вследствие чего азот поступает в матрицу под собственным давлением. Во избежание последующего перепада температур одновременно с заливкой азота также следует открыть створки купола. После полного наполнения содержащей азот полости матрицы необходимо дождаться установления относительного температурного равновесия в матрице (40 - 60 минут). После этого нужно включить матрицу (спе