АСТРОМЕТРИЯ

АСТРОМЕТРИЯ (от астро...
и ...метрия), раздел астрономии, задачей которого является построение основной
инерциальной системы координат для астрономических измерений (решается
совместно с другими разделами астрономии - небесной механикой и звёздной
астрономией) и определение точных положений и движений различных небесных
объектов из наблюдений. Одна из задач А.- изучение вращения Земли, в т.
ч. исследования движения полюсов (служба широты) и неравномерности вращения
(включающее и проблему исчисления времени - службу времени). Методами А.
измеряют параллаксы и угловые диаметры небесных светил, размеры и расположение
деталей на их поверхностях. Большое значение в А. имеют инструментально-методич.
вопросы: разработка всё более совершенных методов наблюдений и новых конструкций
инструментов, детальные исследования инструментов и различных факторов,
влияющих на точность измерений (термич. градиенты, атмосферная рефракция
и др.). К А. относят также сферическую астрономию, в которой рассматриваются
математич. методы изучения видимого расположения и движения небесных объектов,
и практическую астрономию - учение о методах и инструментах для определения
времени, геогр. координат и азимутов направлений на Земле. В 50-60-х гг.
20 в. в связи с прогрессом космич. исследований в А. возникли новые задачи:
определение координат быстро движущихся по небу объектов (искусственных
спутников), астро-метрические измерения с борта космических аппаратов,
с поверхности Луны, ориентация искусственных спутников и космических зондов,
ориентирование на Луне, на др. планетах и т. п. Результатами астрометрич.
работ широко пользуются в др. разделах астрономии - небесной механике,
астрофизике, звёздной астрономии, а также в геодезии и геофизике.

В задачу фундаментальной
А. входит составление каталогов положений и собственных движений звёзд
и определение значений астрономич. постоянных. Классич. метод определения
координат светил состоит в наблюдении прохождений их через меридиан с помощью
пассажного инструмента, вертикального круга или меридианного круга. Из
моментов прохождения светил определяют их прямые восхождения, а из измерений
зенитных расстояний - склонения. Начало координат (весеннего равноденствия
точку) определяют из наблюдений Солнца и планет. При обработке результаты
наблюдений освобождают от влияния преломления световых лучей при их прохождении
через атмосферу (рефракция), движения земной оси в пространстве, вызванного
притяжением Солнца и Луны (прецессия, нутация), эффекта, обусловленного
относит. движением светила и наблюдателя (аберрация света), изменений широты
вследствие движения полюсов Земли, различных инструментальных ошибок, личных
ошибок наблюдателя и пр. Различают а б с о л ю т н ы е, или независимые,
определения координат, при к-рых все необходимые данные (азимут инструмента,
нульпункт круга, широта, постоянная рефракции и др.) получают из наблюдений,
и относительные, или дифференциальные, состоящие в измерениях координат
светил относительно опорных звёзд, точные положения к-рых берут из к.-л.
каталога. Измерения координат на рефракторах с позиционным микрометром,
а также фотографич. определения относятся к дифференциальным.

Результаты определения координат
звёзд публикуются в виде звёздных каталогов. Ввиду невозможности полного
учёта всех факторов, влияющих на результаты наблюдений, звёздные каталоги
отягощены систематич. ошибками, к-рые обнаруживаются при сравнении каталогов
между собой. Каждый абс. каталог (полученный из абс. наблюдений) задаёт
независимую координатную систему. Точность определения координат звёзд
характеризуется вероятной ошибкой одного наблюдения, к-рая в сер. 20 в.
близка к ±0,3" дуги большого круга. Гл. задача фундаментальной А. состоит
в построении основной системы небесных координат, осуществляемой в виде
фундаментального звёздного каталог а с точнейшими положениями и собственными
движениями избранных, т. н. фундаментальных звёзд. Эта задача решается
путём совместной переработки многих, преим. абсолютных, каталогов, составленных
на различных обсерваториях. Совр. фундаментальные каталоги содержат координаты
звёзд, определённые с вероятной ошибкой не более ±0,1". Видимые и средние
места звёзд из фундаментального каталога, рассчитанные для дат каждого
года, публикуются в ежегодниках астрономических.

Определение собственных движений
звёзд - одна из сложных проблем А. из-за медленности перемещений звёзд
по небу (для большинства звёзд меньше чем 0,01" за год). Обычно их определяют
сравнением координат звёзд в новых и старых каталогах, приведённых к одной
системе; однако на результат большое влияние оказывают ошибки каталогов.
Более точные значения собственных движений получаются при определении их
фотографич. методом: сравнением фотографий к.-л. участка неба, сделанных
одним и тем же инструментом, с интервалом в неск. десятилетий. Для вычисления
абс. собственных движений учитывают также движения опорных звёзд. В 40-х
гг. 20 в. в СССР начались работы по определению абс. движений звёзд путём
их астрометрич. привязки к удалённым галактикам, к-рые отстоят от нас на
миллионы парсек и практически неподвижны на небе.

И з у ч е н и е
в р а щ е н и я и
д в и ж е н и я п о л ю с о в
З е м л и в А. основано на материалах точных определений геогр. широт и
времени. Ещё в кон. 18 в. Л. Эйлер пришёл к заключению, что, если ось вращения
Земли не совпадает с одной из осей её эллипсоида инерции, то она должна
двигаться в теле Земли по конусу, вызывая периодич. изменения геогр. координат
пунктов на земной поверхности. Позже это явление было подтверждено астрономич.
наблюдениями, причём была обнаружена также небольшая годовая волна в движении
оси вращения Земли, обусловленная изменением моментов инерции Земли вследствие
сезонного перемещения масс (в основном воздушных) на её поверхности. Для
детального изучения этого явления, зависящего от внутр. строения Земли,
в кон. 19 в. была организована Междунар. служба широты (позже реорганизованная
в Международную службу движения полюсов Земли), в которую вошёл ряд станций,
в т. ч. одна - в России (ныне в Китабе). Исследования изменений широты
и движения полюса регулярно ведут также и на обсерваториях в Пулкове, Полтаве
(СССР), на Гринвичской обсерватории (Англия), в Париже (Франция), Вашингтоне
(США) и др.

Около сер. 20 в. было окончательно
установлено, что период вращения Земли вокруг оси не остаётся строго постоянным.
Выявлены 3 рода неравномерности: 1) медленное, вековое замедление вращения,
гл. обр. из-за приливного трения в морях (за столетие длина суток увеличивается
приблизительно на 0,001 сек); 2) неправильные, иногда скачкообразные флюктуации,
изменяющие длину суток до 0,005 сек; причина их еще не установлена; 3)
периодич. сезонные вариации длины суток до 0,001 сек, вызываемые в основном
атм. циркуляцией. Первые два явления были обнаружены при изучении движения
Луны на протяжении длит. периода, в частности при анализе отклонений от
тео-ретич. моментов солнечных и лунных затмений, наблюдавшихся в древности.
Сезонная неравномерность вращения Земли была установлена при сравнении
астрономич. определений времени с ходом кварцевых, а затем и атомных часов.
Так выяснилось, что всемирное время, в основе к-рого лежит период вращения
Земли, не является равномерным. Поскольку для различных науч. задач, в
т. ч. для изучения движения небесных светил и для предвычисления их положений
(эфемериды), необходима равномерная система счёта времени, в 1950 были
введены понятия эфемеридного времени, задаваемого движением Земли вокруг

Солнца и определяемого из
наблюдений Луны, и атомного времени, задаваемого молекулярными и атомными
стандартами частоты. В связи с этим в А. стали особенно актуальными регулярные
наблюдения Луны и точнейшие определения астрономич. времени по звёздам.
Для определения положений Луны, наряду с классич. меридианными наблюдениями,
вошёл в практику фотографич. метод. Наиболее точные определения времени
по звёздам (с ошибкой, меньшей ±0,01 сек) производят с помощью фото-электрич.
пассажных инструментов, а также фотографич. зенитными трубами и призменными
астролябиями. Работы по определению точного времени, ведущиеся в разных
странах, объединяются Междунар. бюро времени (МБВ), функционирующим в Париже.
В СССР существует Советская служба времени, возглавляемая Комитетом стандартов,
мер и измерит. приборов при Совете Министров СССР.

Результаты астрометрич. наблюдений
являются материалом для определения систем
астрономических постоянных. Уточнение постоянной
прецессии, определение направления и скорости движения Солнца среди звёзд
и параметров вращения Галактики производят статистич. обработкой собственных
движений звёзд (а также их лучевых скоростей). Постоянную нутации определяют
гл. обр. из анализа многолетних широтных наблюдений. Параллакс Солнца и
связанные с ним астрономическую единицу и постоянную аберрации до сер.
20 в. также определяли методами А. Однако с 1960 их стали вычислять с гораздо
большей точностью из радиолокац. наблюдений планет (см. Радиолокационная
астрономия).

А.- древнейший раздел астрономии.
Звёздные каталоги составлялись в Китае ещё в 4 в. до н. э. (Ши Шэнь). Астроном
Др. Греции Гиппарх открыл явление прецессии и составил каталог 1022 звёзд,
к-рый вошёл в астрономич. трактат <<Альмагест>> К. Птолемея. В 15
в. эти звёзды заново наблюдал Улугбек в обсерватории ок. Самарканда. Наибольшей
точности наблюдений невооружённым глазом достигли в 16 в. Тихо Браге в
обсерватории Ураниборг (Дания) и в 17 в. Я. Гевелий в Гданьске (Польша).
Наблюдения Тихо Браге послужили материалом, на основе к-рого нем. астроном
И. Кеплер вывел законы движения планет. Началом совр. А. считают работы
Гринвичской астрономической обсерватории, где в 1-й пол. 18 в. Дж. Брадлей
(Англия) открыл аберрацию света и нутацию земной оси и провёл наблюдения
3268 звёзд пассажным инструментом и степным квадрантом. Каталог, составленный
позже из наблюдений Брадлея, сыграл большую роль при определении постоянной
прецессии и изучении собственных движений звёзд. Важное значение для развития
А. имели работы нем. астронома Ф. Бесселя, предложившего рациональные методы
для обработки наблюдений и исследования инструментов. Новый период в А.
начался работами Пулковской обсерватории (ныне Главная астрономическая
обсерватория АН СССР), открытой в 1839. Благодаря заботам её основателя
В. Я. Струве обсерватория с самого начала была оснащена первоклассными
инструментами и в дальнейшем получила широкую известность вследствие высокой
точности каталогов звёзд. Большой вклад в А. в 19 и 20 вв. внесли также
обсерватории Германии, Франции, США (Вашингтон), Юж. Африки (Кейптаун)
и др. С 70-х гг. 19 в. в Германии и США ведутся работы по составлению фундаментальных
каталогов. Фундаментальные каталоги Германского астрономич. об-ва (Astronomische
Gesellschaft, или AG) считаются наиболее точными. По рекомендации Международного
астрономического союза с 1940 для всех астрономич. ежегодников был принят
третий фундаментальный каталог AG (FK3), а с 1962 - четвёртый (FK4). Большое
применение, особенно в звёздной астрономии, имеет каталог амер. школы Босса,
содержащий 33 342 звезды (GC).

Крупным междунар. предприятием
явилось организованное ок. 1870 обществом AG составление меридианных зонных
каталогов, включающих положения всех звёзд до 9-й звёздной величины. Издано
ок. 40 каталогов, содержащих св. 400 тыс. звёзд. Ок. 1930 и вновь ок. 1960
звёзды северного неба из этих каталогов наблюдали в Германии фотографич.
методом с помощью широкоугольных астрографов; выведены собств. движения
270000 звёзд. Массовые фотографич. каталоги звёзд составлены также в Пулкове
(зоны от +70° до Сев. полюса), в Йельской обсерватории США (зоны от +30°
до -30° и др.), в Кейптауне (от -30° до Юж. полюса). Крупнейшим является
организованное в 1887 франц. астрономами междунар. предприятие "Карта неба"
(Carte du Ciel) по фотографированию всего неба на т. н. нормальных астрографах
с целью составления каталога координат ок. 3,5 млн. звёзд до 11-й звёздной
величины и карты звёзд до 14-й звёздной величины. Издано большое число
каталогов и карт для сев. и юж. неба. В 1906 голл. астроном Я. Кап-теин
предложил план "избранных площадей", предусматривающий детальное изучение
различных характеристик многих тысяч звёзд в 206 небольших площадках, равномерно
распределённых по всему небу. По этому плану советский астроном А. Н. Дейч
в 1941 закончил исследование движения 18 тыс. звёзд в площадках Северного
полушария неба, начатое одним из основоположников фотографич. астрометрии
С. К. Костинским. Аналогичные работы были выполнены в США и Великобритании.

В 30-х гг. 20 в. по наблюдениям
пяти советских и нек-рых зарубежных обсерваторий составлен Каталог геодезич.
звёзд, содержащий ок. 3000 звёзд сев. неба до 6-й звёздной величины. Каталог
широко применяют в службах времени и в геодезич. работах. В 1939 советская
А. начала большую работу по созданию фундаментального Каталога слабых звёзд
посредством меридианных наблюдений неск. десятков тыс. звёзд и фотографич.
наблюдений малых планет и удалённых галактик. В 50-е гг. эта проблема была
объединена с междунар. предприятием по составлению каталога ок. 40 000
опорных слабых звёзд, расположенных на всём небе. В наблюдениях на Юж.
полушарии по этой проблеме большое участие приняла чилийская экспедиция
Пулковской обсерватории.

Методы фотографической астрометрии
применяются также для определения собственных движений звёзд и параллаксов
звёзд, для измерения двойных звёзд, для наблюдений больших и малых планет
и искусств, спутников Земли. Параллаксы определяют с помощью наиболее длиннофокусных
астрографов (фокусные расстояния от 7 до 19 м); эти работы систематически
ведут обсерватории США, Юж. Африки и др. Для наблюдений искусственных спутников
применяют специальные широкоугольные спутниковые фо-токамеры с автоматич.
затворами, обеспечивающими регистрацию времени экспозиции с точностью 0,001
сек. С 1961 ведутся синхронные (одновременно из разных мест) астрометрич.
наблюдения высоких искусств. спутников Земли,< позволяющие по-новому
решать нек-рые задачи геодезии (спутниковой геодезии).

Визуальные наблюдения на
рефракторе с позиционным микрометром те-перь ограничиваются измерениями
тесных двойных звёзд с целью изучения их орбитального движения. В этой
области в 19 в. большой вклад сделали пулковские астрономы В. Я. и О. В.
Струве. Микрометрич. привязки к опорным звёздам малых планет и комет, широко
распространённые в 19 в., а также измерения на диске Луны с помощью гелиометра
почти всюду заменены фотографич. измерениями. Точные измерения двойных
звёзд и звёздных диаметров осуществляют с помощью интерферометров; этот
метод успешно применяется и в радиоастрономии для определения угловых размеров
источников радиоизлучения. Большая работа по изучению фигуры Луны, либрации
Луны, а также по измерениям фотографий её поверхности ведётся на Главной
астрономической обсерватории АН УССР в Киеве и на Астрономич. обсерватории
им. В. П. Энгельгардта близ Казани.

Лит.: Идельсон Н. И.<,
Фундаментальные
постоянные астрономии и геодезии, н< кн.: Астрономический ежегодник
СССР на 1942 г., М.<- Л.<, 1941; Зверев М.< С., Фундаментальная
астрометрия, в кн.: Успехи астрономических наук, т. 5< - 6, М.- Л.<,
1950 <- 54; Д< е й< ч< А. Н., Основы фотографической
астрометрии, в кн.: Курс астрофизики и звездной астрономии, т. 1, М.<-
Л., 1951; К у л и к о в К. А., Фундаментальные по-стоянные астрономии,
М., 1956; его же<. Изменяемость шпрот и долгот, М., 1962; Астрономия
в СССР за< сорок лет. 1917 <- 1957. Сб. ст., М<., 1960;
Подобед В.В. (ред.). Фундаментальные постоянные астрономии, М., 1967; 3
а г р е б и н Д<. В., Введение в< астрометрию, М.<-Л.,
1966; Развитие астро-номии в СССР (Советская наука и техника за< 50
лет. 1917<-1967), М., 1967; Б а к у л и н П. И., Блинов Н. С., Служба
точного времени, М., 1968; Woolard< E. W.. Clemence G. М., Spherical
astronomy, <.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я