close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

СОВРЕМЕННАЯ АСТРОМЕТРИЯ

код для вставкиСкачать
РЕВОЛЮЦИИ В
АСТРОМЕТРИИ
В.В.Витязев, СПбГУ
«Астрономия-2006:
Традиции, настоящее и будущее»
28 июня 2006 года
Cодержание
Классическая астрометрия
Миллисекундная революция
На пути к микросекундной
революции
Точность измерений
Классическая астрометрия –
спокойная наука
Точность одного измерения 0.2 - 0.5"
В быту: «Астрономическая
точность»
Астрометрия – это то, чем
занимаются астрометристы
Задачи классической
астрометрии
Система отсчета на небе
Система отсчета на Земле
Измерение времени
Астрономические постоянные
Движение планет и их спутников
Кинематика звезд
Вращение Земли
Пространство и время в
классической астрометрии
FK5 (1535 звезд)
звезд)
PPM (370 тыс.
UT 0 , UT 1, UT 2 , ET
АБСОЛЮТНАЯ МОНОПОЛИЯ
вплоть до 60-годов ХХ века
СОЗДАНИЕ СИСТЕМ ОТСЧЕТА
ПРОСТРАНСТВА ВРЕМЕНИ
Прорывы в астрометрии
Шкала атомного времени неравномерность вращения Земли
Радиолокация планет Солнечной
системы независимое определение
меры АЕ
Лазерная локация ИСЗ и Луны движение полюсов в теле Земли
Мера Астрономической
единицы
НАЗЕМНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ
АСТРОМЕТРИЯ
(149 504 312 000
170 400 000) м
РАДИОЛОКАЦИЯ ПЛАНЕТ
1960 г. (149 540 000 000 13 600 000) м
1961 г. (149 599 500 000
800 000) м
30) м
1991 г. (149 597 870 660
1998 г. (149 597 870 691 2) м
1999 г. (149 597 870 691.0
1.0)
м
1999 г. (149 597 870 691.1
0.2)
МИЛЛИСЕКУНДНАЯ
РЕВОЛЮЦИЯ
mas
РАДИОАСТРОМЕТРИЯ
ПЕРЕСТРОЙКА В
АСТРОМЕТРИИ
Переход от НТТ к ОТО
Релятивистские шкалы времени
Новая система отсчета ICRS (ICRF)
CONVENTIONS 2003
CHAPTER 1 General Definitions and Numerical Standards
CHAPTER 2 Conventional Celestial Reference Frame
CHAPTER 3 Conventional Dynamical Reference Frame
CHAPTER 4 Conventional Terrestrial Reference System
CHAPTER 5 Transformation Between the Celestial and Terrestrial
Systems
CHAPTER 6 Geopotential
CHAPTER 7 Displacement of Reference Points
CHAPTER 8 Tidal Variations in UT1
CHAPTER 9 Tropospheric Model
CHAPTER 10 General Relativistic Models for Time, Coordinates
and Equations of Motion
CHAPTER 11 General Relativistic Models for Propagation
ШКАЛЫ ВРЕМЕНИ
TDB
TCB
UT 0 , UT 1, UT 2 , ET , TAI
TCG
1950
1971
TDT
TT
1984
1992
СИСТЕМЫ ОТСЧЕТА
Classical ICRS
Present Day ICRS
Z
Z
Y
X
Y
X
FK5
ICRF
Каталог квазаров ICRF
Международная небесная
система отсчета
3С273
Международная Земная
Система Отсчета ITRF
Возможности РСДБ
Параметры Ориентации
Земли
x,y – координаты полюса
LOD – длина суток
прецессия и нутация
sin Характерные масштабы:
r
x y 0 .4
2
2
''
LOD 0 .004
s
( sin ) 0 .01
2
"
Прецессия и нутация
Движение полюса в теле
Земли
Неравномерность вращения
Земли
Длина базы
Тектоника плит
GPS
GPS: Движение плит
Движение литосферных
плит
Структура квазаров
РСДБ:
ИЗУЧЕНИЕ ЗЕМЛИ и КВАЗАРОВ
Космическая астрометрия
Спутник HIPPARCOS
HIgh Precision Parallax
COllecting Satellite
1989-1993, 1997
Орбита спутника HIPPARCOS
Телескоп HIPPARCOS
Сканирование небесной
сферы
Этапы проекта HIPPARCOS
HIPPARCOS
TYCHO
ICRS
ICRS
Средняя эпоха
наблюдений
1991.25
1991.25
Количество звезд
118 218
1 058 332
12.4m
11.5 m
7.3 m - 9 m
10.5 m
< 1 mas
7 - 25 mas
Система каталога
Предельная зв. величина
Полнота
Средние точности:
положений
Собств. движений
параллаксов
Ср. точность фотометрии
< 1 mas/yr
1 mas
0.002 mag
0.06-0.10 mag
Каталог HIPPARCOS
Диаграмма H-R
Влияние точности
параллаксов на вид
диаграммы Г-Р
Что дал HIPPARCOS
Для астрометрии
Для Галактической астрономии
Для астрофизики
Научные задачи, решаемые по данным
спутника HIPPARCOS
Произведен анализ 1485 статей, авторы
которых использовали каталоги
HIPPARCOS и TYCHO.
Статьи вышли в 1996-2000 гг.
Классическая астрономия
Астрометрия
Кинематика звезд
Двойные и кратные звезды
Звездные скопления
Шкала расстояний
Итого
744
327
127
113
124
53
22%
50%
Астрофизика
Переменные звезды
Характеристики звезд
Звездная эволюция
Химический состав звезд
Прочие темы
Итого
143
139
43
45
371
741
50%
Астрометрия:
ICRF HCRF
Точность привязки к ICRF
0 . 6 mas
0 . 25 mas / y
3D Astrometry
«Мгновенные» собственные
движения звезд
МСЗ на диаграмме HR
Галактическая астрономия
The Milky Way: it's floppy and it changes shape
From Hipparcos results on many distant stars, astronomers from Turin
Observatory, Italy, and Oxford University, UK, deduce that the disk is
slightly warped, like the brim of a hat. What's more, the distant stars are
travelling in unexpected directions which, if continued, will change the
shape of the Milky Way.
Ближайшая цефеида -- Полярная звезда (122 пк)
Кривая блеска Полярной звезды (HIPPARCOS)
ЗАВИСИМОСТЬ
"СВЕТИМОСТЬ - ПЕРИОД"
M = -1.25 - 3.00 lgP
Lg r = 0.2(m - M) + 1
HIPPARCOS:
-- M = (-1.43+-0.1) - 2.81 lgP
(Feast et al. MNRAS v.286, Issue1, pp.L1-L5, 1997)
-- distance moduli: Large Magellanic Cloud 18.70+-0.1,
M31 -- 24.77+-0.11
--- Hubble constant now need to be decreased by ~10 per cent
--- The age of the oldest Galactic globular cluster is ~11 Gyr
Звезды стали моложе, а Вселенная - старше
"Hipparcos cured a headache for cosmologists," said Michael Feast
of Cape Town University, South Africa. "We now judge the Universe
to be bigger and therefore older, by about a billion years. The oldest
stars are much younger than supposed, by about 4 billion years. If
the Universe is about 12 billion years old, everything fits nicely."
Примеры
Interstellar extinction
Stellar seismology
Variable Star Distance Scales
Post-Hipparcos cosmic candles
Confirming a Nobel Prize winning theory with
the HIPPARCOS space-craft: Accurately
determining distances and diameters of white dwarf
stars
Примеры
Consequences of HIPPARCOS parallaxes for
stellar evolutionary models.
White Dwarf Magnetic Fields and the MassRadius Relation
A new constraint on the theory of stellar шnteriors and
model atmospheres
Interstellar reddening from the HIPPARCOS and
TYCHO catalogues.
Примеры интересных тем
Fate of the Universe
Age of the Universe
Dark Matter
Союз Земли и Неба
Каталог FK6 (1999)
FK6 = FK5 + HIPPARCOS
Ошибки собственных
движений 878 звезд:
FK6
0.35 mas/y
HIPPARCOS
0.67 mas/y
Достигнуто ДВУКРАТНОЕ увеличение
точности
.
Каталог TYCHO-2 (2000)
Наблюдательный материал: TYCHO-1
CUO, USNO, ARI, ESO
2.5 млн. звезд
Всего 2 539 913 звезд
Полнота:
99% для V = 11.0
90% для V = 11.5
Ошибки координат звезд: 10 mas (V < 9) и 100 mas (V < 12)
Ошибки с. дв. звезд :
1.3 mas/y (V < 9) и 3.0 mas/y (V < 12)
Массовые каталоги
Astrographic Catalog AC2000.2 4.6 mln
stars, 11-13 mag, mean epoch 1907
USNO –B1. 1 mln stars, complete up V=
21
ACR (around equator) 1.3 mln stars, mean
epoch 1996.0, complete to V=17
GSC2.2, 19 mln stars, up to V=19.5
Инфракрасная Астрометрия
2MASS
(пока на уровне 500 мсд)
Распределение галактик по
небу
Центр Галактики
Движение звезд в
окрестности центра
Галактики
О рб и та звезды S 2:
R 0 7 . 94 0 . 42 кп к
0.05 arcsec
(2 light da ys)
P = 15.2 y
a = 5.5 light da ys
P ericenter = 17 light hours (124 A U )
V = 5 000 km /s
M ( 3 . 7 1 . 5 ) 10 M 6
S IM : О б щ и й в и д
Будущие космические
астрометрические проекты
Проекты космической астрометрии
• Проекты, не получившие поддержки:
Roemer, FAME,
ЕКА
США
DIVA, Ломоносов, Струве, AMEX
Гер
Россия
Россия США
• Проекты на ранней стадии разработки:
JASMINE (Япония), OBSS (США)
• Проекты,
получившие поддержку:
Gaia (ЕКА), SIM (США)
D IV A
D e u ts c h e s In te rfe ro m e te r f? r
V ie lk a n a lp h o to m e trie u n d A s tro m e trie
D o u b le In te rfe ro m e te r fo r V is u a l A s tro m e try
К оличество объектов:
35·106
П о л н о т а о б зо р а :
15m
П р е д е л ь н а я зв е зд н а я в е л и ч и н а :
1 7 .2 m
П р о д о л ж и те л ь н о с т ь н а б л ю д е н и й :
2 го д а
Точность для V = 10 m:
0 .2 м с д
П роек т зак ры т 23 ф евраля 2003 год а
FAM E
F u ll-s k y A s tro m e tric M a p p in g E x p lo re r
К оличество объектов:
40·106
Д и а п а зо н зв е зд н ы х в е л и ч и н : 5 m ? 1 5 m
Точность
Я р к и е зв е зд ы (V ? 9 m ):
0 .0 5 м сд
С л а б ы е зв е зд ы (V ? 1 5 m ):
0 .5 м с д
И с х о д н ы й п р о ек т
П ер ес м о тр ен н ы й
F A M E C la s s ic
F A M E R esc o p ed
Т о ч н о с ть ед и н и ч н о го
н а б л ю д ен и я (м с д )
0 .5 8
0 .8 4
П р о д о л ж и тел ьн о с ть
н а б л ю д ен и й (го д ы )
2 .5
5
З апуск
2004
?
FAME: Объекты
наблюдения
Gaia
Global Astrometric Interferometer for Astrophysics
A Stereoscopic Census of our Galaxy
http://www.rssd.esa.int/Gaia
May 2005
Gaia: One Billion Stars
Astrometry (V < 20):
– completeness to 20 mag (on-board detection) 109 stars
– accuracy: 10-20 arcsec at 15 mag (Hipparcos: 1 milliarcsec at 9
mag)
– scanning satellite, two viewing directions
global accuracy, with optimal use of observing time
– principles: global astrometric reduction (as for Hipparcos)
Radial velocity (V < 16-17):
– application:
third component of space motion, perspective acceleration
dynamics, population studies, binaries
spectra: chemistry, rotation
– principles: slitless spectroscopy using Ca triplet (848-874 nm)
Photometry (V < 20):
– astrophysical diagnostics (5 broad + 11 medium-band) + chromaticity
Teff ~ 200 K, log g, [Fe/H] to 0.2 dex, extinction
HIPPARCOS and GAIA
H ip p a rc o s
G a ia
M a g n itu d e lim it
C o m p le te n e ss
B rig h t lim it
N u m b e r o f o b je cts
12
7 .3 – 9 .0
~0
120 000
E ffe ctive d ista n ce
limu ita sa rs
Q
G a la xie s
A ccu ra cy
1 kp c
N one
N one
~ 1 m illia rcse c
B ro a d b a n d
p heodto
M
ium
me btry
and
p haodto
e try
R
iam
l ve
lo city
2 -co lo u r (B a n d V )
N one
N one
P re -se le cte d
20 m ag
~20 m ag
~ 3 -7 m a g
2 6 m illio n to V = 1 5
2 5 0 m illio n to V = 1 8
1 0 0 0 m illio n to V = 2 0
1 M pc
5
~5 x 10
6
7
10 - 10
4 µ a rcse c a t V = 1 0
1 0 -1 5 µ a rcse c a t V = 1 5
2 0 0 -3 0 0 µ a rcse c a t V = 2 0
5 -co lo u r to V = 2 0
1 1 -co lo u r to V = 2 0
1 -1 0 km /s to V = 1 6 -1 7
C o m p le te a n d u n b ia se d
O b se rvin g
p ro g ra m m e
One Billion Stars in 3-d will Provide…
in our Galaxy…
–
–
–
–
–
–
the distance and velocity distributions of all stellar populations
the spatial and dynamic structure of the disk and halo
its formation history
a rigorous framework for stellar structure and evolution theories
a large-scale survey of extra-solar planets (~10–20,000)
a large-scale survey of Solar System bodies (~100,000)
…and beyond
–
–
–
–
definitive distance standards out to the LMC/SMC
rapid reaction alerts for supernovae and burst sources (~20,000)
QSO detection, redshifts, microlensing structure (~500,000)
fundamental quantities to unprecedented accuracy: to 10-7 (103 present)
Planets: Expected Discoveries
Astrometric survey:
–
–
–
–
–
Results expected:
–
–
–
–
monitoring of hundreds of thousands of FGK stars to ~200 pc
detection limits: ~1MJ and P < 10 years
complete census of all stellar types, P = 2–9 years
masses, rather than lower limits (m sin i)
multiple systems measurable, giving relative inclinations
10–20,000 planets (~10 per day)
displacement for 47 UMa = 360 as
orbits for ~5000 systems
masses down to 10 MEarth to 10 pc
Photometric transits: ~5000?
Gaia: Studies of the Solar System
Asteroids etc:
–
–
–
–
–
–
–
deep and uniform (20 mag) detection of all moving objects
105–106 new objects expected (65,000 presently)
taxonomy/mineralogical composition versus heliocentric distance
diameters for ~1000, masses for ~100
orbits: 30 times better than present, even after 100 years
Trojan companions of Mars, Earth and Venus
Kuiper Belt objects: ~300 to 20 mag (binarity, Plutinos)
Near-Earth Objects:
– Amors, Apollos and Atens (442, 455, 75 known today)
– ~1600 Earth-crossers >1 km predicted (100 currently known)
– detection limit: 260–590 m at 1 AU, depending on albedo
Satellite and System
• ESA only mission
• Launch date: 2011
• Lifetime: 5 years
• Launcher: Soyuz
• Orbit: L2
• Ground station: Perth or Madrid
• Data rate: 1 Mbps
• Mass: 1700 kg (payload 800 kg)
• Power: 2000 W (payload 1200 W)
Schedule
2004
2000
2008
2016
2012
2020
Concept & Technology Study ESA SCI 2000(4)
Acceptance
Re-Assessment:
Ariane Soyuz
Technology Development
Design, Build, Test
Launch
To L2
Observations
Assumed start of
Phase B2
Analysis
Early Data
Catalogue
S IM
S p a c e In te rfe ro m e try M is s io n
2009
К о л и ч е с т в о о б ъ е к т о в : (1 0 ? 2 0 )· 1 0 3
П р е д е л ь н а я зв е зд н а я в е л и ч и н а :
20m
П р о д о л ж и те л ь н о с т ь н а б л ю д е н и й :
5 ле т
Точность
Е д и н и ч н о е и зм е р е н и е :
7 .5 м к сд
И т о го в а я :
3 м к сд
В р е м я н а к о п л е н и я си гн а л а
Я р к и е зв е зд ы (V = 8 m ):
<1 с
С л а б ы е зв е зд ы (V = 2 0 m ):
8 час
S IM : О б щ и й в и д
SIM PlanetQuest will:
• search for terrestrial planets around nearby stars,
and measure planetary masses
• characterize the orbital ellipticity and inclination of
multiple-planet systems, to determine the stability and
the evolution of planetary systems
• search for “Solar System analog” systems with giant
planets at 5-10AU
• investigate formation and migration scenarios that
might explain the puzzling presence of ‘hot Jupiters’
in very short-period orbits
ORIGIN
AND DESTINY OF STARS
SIM will:
• Associate stars with their sites of formation to advance
studies of their evolution
• Assist in measuring the masses and luminosities of
compact stellar remnants
• Probe the formation of binary stars
Comparison of SIM with GAIA
GAIA's strength is in numbers. The mission will survey ~1
billion stars, with both astrometric and radial velocity
measurements. GAIA is a global astrometric mission, with a
goal of ~16 µas at 15 mag.
At 18 mag the accuracy falls to ~200 µas whereas SIM will
still be capable of 6 µas accuracy
For astrometry of extragalactic targets, at 18 mag SIM's
advantage is very large, similar to its advantage for planet
search.
http://www.rssd.esa.int/index.php?project=GAIA&page=Info_sheets_accu
racy
What is JASMINE
JASMINE is Japan Astrometry Satellite Mission
for INfrared Exploration
JASMINE
We plan the infrared space astrometry(JASMINE) project in Japan.
JASMINE is a scanning astrometric satellite and will measure parallaxes,
positions, and proper motions with the precision of 10 μarcsec at z=15.5 mag(zband: 0.9μm).
JASMINE can observe a few hundred million stars belonging to the Galactic disk
and bulge components which are hidden by the interstellar dust extinction in
optical bands.
It will be launched in around 2014 and the orbit will be the Lissajous orbit around
the Sun-Earth L2 point with 5 years mission life. As for the payload, we adopt the
3-mirrors optical system(modified Korsch system) with the primary mirror of 2m
diameter and 66.7m focal length. The beam combiner should be used for
achievement of the global astrometry as used in the HIPPARCOS satellite. On the
astro-focal plane, we put about 160 CCDs in which TDI mode(drift scan mode)
can be operated. The effective filed of view is 0.23 square-degree.
The main scientific objective of JASMINE is to study the fundamental structure
and evolution of the Galactic disk and bulge. Furthermore its important objective
is to investigate dark matters in small scales, stellar physics, exploration of other
planet systems, gravitational lens objects, verification of the general relativity, etc.
ОЗИРИС
"OSIRIS"
The Institute of Astronomy of the Russian Academy
of Sciences proposed the project of a space mission intended for
measurements of coordinates of stars. The expected accuracy will
be about 10 micro arcseconds, that a hundred times exceeds
accuracy of ground observations and while achieved in space.
Such measurements will allow us to determine distances
up to any stars in the Galaxy and its vicinities. Besides, the
reference in the Universe will be specified - the metrological basis
of all researches of the environmental world. The offered
instrument is based on the principle of optical interferometry.The
Optical Stellar Interferometer "OSIRIS" is the only astrometric
device under development that will provide the microsecond
precision of a single measurement.
РЕЗУЛЬТАТ
Астрометрия – это то, чем раньше
занимались астрометристы
Астрометрия – это то, чем теперь
занимаются и астрометристы, и
астрофизики
Great Accuracy In Astrometry - GAIA
Great Advances In Astrophysics - GAIA
Документ
Категория
Презентации
Просмотров
39
Размер файла
8 208 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа