1.2 Наблюдательные данные

Лекция 1. Координаты в звёздной астрономии

1.2 Наблюдательные данные

Наблюдательные данные, используемые в звёздной астрономии, весьма разнообразны. Это собственные движения и лучевые скорости, характеризующие движение звёзд и других объектов в пространстве, звёздные величины и показатели цвета в различных фотометрических системах, служащие для определения расстояний до объектов и их металличностей, спектральные характеристики, служащие для определения химического состава объектов. Кроме того, наряду с наблюдательными данными, получаемыми в оптическом диапазоне, широко используются результаты наблюдений в иных диапазонах спектра. По мере обсуждения различных разделов звёздной астрономии, будут обсуждаться и источники наблюдательных данных, а также способы использования имеющейся информации.

Наблюдательные данные обычно собираются в каталоги, которые и используются в дальнейшем для решения конкретных задач. В последние десятилетия такие каталоги собираются в организованные по всему миру информационные центры, главным из которых является Centre de donnes stellaries (Центр звёздных данных), который находится во Франции, в Страсбурге. В нескольких странах, таких как США, Япония, Россия и др., имеются национальные (региональные) центры данных, которые осуществляют взаимный обмен данными со Страсбургским центром, и на своих серверах имеют копии всего собрания каталогов (зеркала). Все создаваемые наблюдателями каталоги могут быть получены по компьютерной сети Интернет из любого центра данных. В России локальный Центр звёздных данных входит в Институт астрономии РАН (ИНАСАН) в г. Москве. В последние годы в сети Internet можно найти базы данных по объектам определенного класса. Так, имеется база данных, где собраны параметры шаровых скоплений, переменных звёзд типа δ Cep. Имеется также созданная швейцарскими астрономами база данных WEBDA, где собраны самые разнообразные результаты наблюдений звёзд рассеянных звёздных скоплений.

В данном параграфе будут кратко рассмотрены лишь основные классы данных, широко используемых в звёздной астрономии. Начнем с положений и собственных движений звёзд. Угловые координаты звёзд и их изменение со временем - собственные движения - астрономы измеряют очень давно. Многочисленные меридианные и фотографические измерения привели к созданию обширных сводных каталогов, содержащих точные положения и собственные движения сотен тысяч звёзд. Можно упомянуть такие известные каталоги, как SAO, PPM, AGK3 и др. Эти данные широко использовались в звёздной астрономии для исследования движений звёзд в окрестностях Солнца и выводов о кинематических свойствах звёздных систем, таких как звёздные скопления и наша Галактика, в целом. Сводные каталоги создавались на основе так называемых фундаментальных каталогов, в которых содержатся высокоточные положения и собственные движения относительно небольшого числа ярких звёзд. Из фундаментальных каталогов можно назвать такие, как FK3, FK4, FK5. Из-за небольшого числа звёзд сами фундаментальные каталоги в звёздной астрономии практически не используются. В результате работы астрометрического ИСЗ Hipparcos, запущенного в 1989 г., было создано несколько каталогов, в том числе каталог Tycho-2, который в настоящее время является главным источником данных о положениях и собственных движениях звёзд. Он содержит данные о 2.5•10⁶ звёзд до ?13-ой видимой звёздной величины V. Очень важной характеристикой астрономических каталогов является их полнота - доля звёзд, присутствующих в каталоге по отношению ко всем звездам данной звёздной величины. Считается, что каталог Tycho-2 полон до ?11^m. При этом для подавляющего числа звёзд ярче 10-ой звёздной величины ошибки собственных движений не превосходят 0″.001 в год. Эта величина, согласно известной формуле вычисления линейной скорости из собственного движения, , где r - расстояние до звезды в парсеках, соответствует ошибке в скорости 4.74 км/с на расстоянии в 1000 парсек. Такая ошибка сравнима со средней точностью измерения лучевых скоростей далеких звёзд. Отметим, что средняя ошибка собственных движений каталога AGK3 составляет0″.007 в год, так что появление каталога Tycho-2 влечет поистине революционные изменения в качестве собственных движений, доступных для использования в звёздноастрономических исследованиях. Весьма перспективным представляется новый каталог UCAC-3.

Перечисленные выше каталоги считаются абсолютными. Под этим понятием подразумевается, что собственные движения из этих каталогов содержат минимально возможную в настоящее время систематическую ошибку, входящую во все собственные движения и определяющую точность системы отсчёта движений звёзд. Наряду с абсолютными каталогами в настоящее время существует большое количество каталогов, содержащих так называемые относительные собственные движения, где система отсчёта не фиксирована и содержит большую систематическую ошибку. Данные в этих каталогах обычно получались из фотографических наблюдений слабых звёзд, а в настоящее время - из наблюдений на ПЗС-приемниках. Обычно это каталоги движений звёзд в небольших областях неба. Таковы многочисленные каталоги собственных движений в областях, содержащих звёздные скопления, которые создавались с целью выделения членов скоплений. Здесь предельная звёздная величина может достигать V ≈ 20m.

В качестве источника положений огромного числа звёзд можно указать каталоги USNO-1A и USNO-2, созданные на Морской обсерватории США (United States Naval Observatory). В них содержатся полученные путем сканирования фотопластинок Паломарского атласа и его южного продолжения положения сотен миллионов звёзд до V ≈ 21^m. С 2003 года стал доступен каталог USNO-B1.0, содержащий 1 042 618 261 объект: звёзды и галактики.

Очень важными величинами, с помощью которых определяются расстояния до объектов, являются тригонометрические параллаксы, основным источником которых служит в настоящее время каталог Hipparcos.

Теперь перейдем к обсуждению лучевых скоростей. Лучевая скорость есть изменение расстояния до звезды от наблюдателя со временем. Так как при увеличении расстояния от наблюдателя приращение расстояния положительно, то лучевая скорость положительна, если объект удаляется от наблюдателя. Лучевая скорость определяется на основе эффекта Доплера, который заключается в смещении спектральных линий в спектре движущегося относительно наблюдателя источника. Длина волны смещенной линии связана с длиной волны той же линии неподвижного относительно наблюдателя источника соотношением , где есть лучевая скорость, а c - скорость света. Отсюда имеем: Формула (1-6) верна для малых по сравнению со скоростью света скоростей объектов. Для лучевых скоростей сравнимых со скоростью света необходимо использовать более точную формулу: При очень больших лучевых скоростях, встречающихся только у внегалактических объектов, z может быть больше 1 - например у квазара OH471 при z = 3.4 лучевая скорость равна приблизительно 270 000 км/c. Самое большое из измеренных в настоящее время красных смещений равно примерно пяти, что соответствует времени менее одного миллиарда лет от начала Большого взрыва - момента образования Вселенной.

Ранее, до начала 70-х годов ХХ века, лучевые скорости определялись путем измерения фотоизображений спектров звёзд, поэтому получение лучевых скоростей было очень трудоемкой процедурой, а высокая точность получалась только для самых ярких звёзд. В настоящее время лучевые скорости измеряются с помощью так называемых кросскорреляционных спектрографов, иногда до сих пор называемых машинами Гриффина по фамилии изобретателя метода. Здесь свет от звезды, разложенный в спектр, проходит через маску, являющуюся изображением спектра звезды близкого спектрального класса, и собирается фотометром. Маска может перемещаться вдоль спектра, и при определенном положении маски ее линии совпадают с линиями в спектре измеряемой звезды, что приводит к появлению минимума на зависимости сигнала фотометра от положения маски. Такой метод измерения в состоянии дать точность одного определения лучевой скорости одиночной звезды выше 100 м/с, что близко к физическому пределу точности измерения лучевых скоростей звёзд, определяемому движениями в атмосферах звёзд (например - грануляцией в атмосферах звёзд типа Солнца). Из современных наиболее объемными каталогами лучевых скоростей звёзд являются каталоги Нидевера и др. (2002), Барбье-Бросса и Файгона (2000), Барбери и Граттона (2002) и Нордстрём и др. (2004). Не утратил популярности и вышедший в начале 50-х годов ХХ века Общий каталог лучевых скоростей - GCRV.

В центрах звёздных данных имеются большие собрания фотометрических и спектральных каталогов, которые позволяют определять многие важные характеристики звёзд и звёздных систем. В последнее время особенно важными стали фотометрические определения в инфракрасной области спектра. В частности, на двух 1.5-метровых телескопах, установленных в Северном и Южном полушариях, был выполнен обзор всего неба в трех спектральных интервалах инфракрасной области. Наблюдения привели к выходу так называемого обзора 2MASS, который содержит как ИК-изображения неба, так и каталог точечных источников, в основном звёзд. Как мы рассмотрим позднее, наблюдениям в ИК-области значительно меньше мешает межзвёздное поглощение света, так что обширные данные в ИК-диапазоне расширили видимую часть нашей Галактики. Еще далее в ИК-область продвинуты наблюдения со спутника Spitzer, которые привели к созданию обзора GLIMPSE. Этот обзор включает каталог точечных источников, содержащий данные о 30 млн. звёзд в области 220 квадратных градусов вокруг центра Галактики. Новые ИК-данные привели к открытию множества областей звёздообразования, к открытию около трехсот новых звёздных скоплений.

Публикации с ключевыми словами: звездная астрономия Публикации со словами: звездная астрономия
См. также: Елене Вячеславовне Глушковой - 50 ! Конференция «Современная звездная астрономия - 2014» Конференция "Современная звездная астрономия" К 100-летию со дня рождения Петра Григорьевича Куликовского Лекции по Галактической Астрономии. 5–8 Лекции по Галактической Астрономии. 3–4 Лекции по Галактической Астрономии. 1–2 Все публикации на ту же тему >>