АСТРОНОМИЯ: КООРАИНАТНО-
ВРЕМЕННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Один из важнейших разделов астрономии — фундаментальное координатно-временное обеспечение (ФКВО) — возник на стыке астрометрии, эфемеридной астрономии, небесной механики, геодинамики благодаря новым измерительным наземным, а также космическим технологиям, широкополосной записи и высокоскоростной передачи информации. Сегодня он является основным направлением деятельности И ПА РАН.
Доктор физико-математических наук A.M. ФИНКЕЛЬШТЕЙН,
директор Института прикладной астрономии (ИПА) РАН
В последние 10—15 лет в астрономической науке произошли революционные изменения. Прежде всего они связаны с решением рада задач в широком диапазоне — от традиционной астрометрии и эфемеридной астрономии до геофизики, глобальной тектоники, физики океана и атмосферы, астрофизики и космологии, а также тестирования фундаментальных физических теорий. Одновременно резко возросли требования к точности ко-ординатно-временных измерений, верхняя граница которых сейчас находится в районе миллиметров (при измерении земных координат) и субмиллисекунд дуги (при измерении координат галактических и внегалактических источников и тел Солнечной системы). Кроме того, на вооружение ученых поступили новые (в том числе и космические) измерительные технологии: радиолокация больших и малых планет, лазерная локация, глобальные навигационные системы GPS, ГЛОНАСС, DORIS, радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами (РСДБ), астрометрические спутники, наземные и космические оптические интерферометры, которые увеличили точность наблюдений на 3—5 порядков.
Вместе с тем широко внедряются информационные и телекоммуникационные разработки, позволяющие объединять десятки и сотни инструментов, находящихся на различных континентах, в единые глобальные сети реального времени, обрабатывать и передавать потоки данных со скоростями в десятки Гбит/с с каждого пункта. И наконец, ныне завершается подготовка долговременных (до 10 лет) меж-
дународных наблюдательных программ (в частности, программы CORE), объединяющих десятки стран и ведомств и предполагающих существование постоянно действующих сетей. Остается только добавить, что во всех этих радикальных преобразованиях активно участвуют и ученые И ПА РАН.
Одна кз главных тем наших исследований — эфемеридная астрономия, включающая высокоточное предвычисление и анализ всех типов наблюдений за различными объектами Вселенной, определение фундаментальных астрономических постоянных, проверку общей теории относительности, обеспечение успешного решения задач навигации, планирования космических полетов и т. д.
Наши сотрудники разработали систему программирования для решения задач в области эфемеридной астрономии, по своей универсальности не имеющей аналогов в мире. Овладев ею, каждый специалист может в терминах обычной астрономической нотации просто и ясно сформулировать практически любую задачу. Эта программа позволяет вычислить эфемериды Солнца, Луны, больших и малых планет, комет, любых точек на их поверхности, космических зондов, искусственных спутников Земли. Точность моделирования благодаря ей значительно выше точности существующих измерений. Она обеспечивает не только классические, но и радарные, радиолокационные, радиоинтерферометрические наблюдения, осуществляемые с помощью систем GPS, ГЛОНАСС и DORIS, лазерную локацию ИСЗ и Луны.
В ИПА РАН создана система планетных эфемерид ЕРМ 2002, которая наряду с аналогичной DE 405, выполненной в Лаборатории реактивного движения HACA, является неисчерпаемым кладезем знаний о больших планетах и Луне. Кстати, в ходе этой работы использованы данные около 300 тыс. радиотехнических наблюдений за внутренними планетами, Марсом и Юпитером, а также результаты оптических наблюдений за внешними планетами*. Таким образом, мы получили представление о динамике соотношения точностей наиболее совершенных в мире эфемерид ЕРМ и DE в 1991, 1996, 1999 и 2002 гг И по ряду параметров наши результаты превосходят лучшую зарубежную систему DE 405. Не случайно при тестировании разработанного HACA эфемеридного обеспечения запуска марсианского спутника Mars Global Survey (MGS) пользовались расчетами специалистов нашего института.
Другое важное направление исследований — геодинамика и астрометрия. Начиная с 1990-х годов, мы приступили к планомерной работе по оперативному определению и регулярным вычислениям координат радиоисточников, параметров вращения Земли на основе данных, полученных с помощью новейших технических средств. Точность таких определений и вычислений является одной из самых высоких в мире. Добавлю: ИПА РАН - единственная организация на нашей планете, где ведут оперативную обработку результатов наблюдений
* Внутренние и внешние планеты определяются их положениями относительно Земли (прим. ред.).
Институт прикладной астрономии РАН.
всех основных методов определения параметров вращения Земли.
Одновременно ученые института продолжают уточнять координаты и скорости 152станций и 337 радиоисточников, которые используются для исследования вариаций длинных баз, деформаций земной коры и построения каталогов этих радиоисточников, входящих в международную систему ICRS. Эта задача значительно сложнее, чем определение параметров вращения Земли, ибо она включает в себя выяснение координат, которые сильно коррелируют с другими числовыми значениями, прежде всего с параметрами атмосферы и времени. Для разрешения такой проблемы мы разрабо-
тали многофункциональный пакет КВАЗАР, предназначенный для многосерийной обработки РСДБ-наблюдений на глобальных сетях станций*. Основная идея его состоит в том, чтобы различными методами оценивать и регулярные параметры (постоянные коэффициенты разложений на суточном интервале времени), и те параметры, которые имеют стохастическую (вероятностную) природу. В частности, так можно наиболее эффективно оценивать случайные элементы координат полюса, всемирного времени и шкал атомного времени.
* См.: A.M. Финке.пьштсйн. Радиомтср-ферометричсская сеть «Квазар». — Наука в России, 2001, № 5 (прим. ред.).
Как уже говорилось, в настоящее время наиболее распространенными наземными техническими средствами ФКВОявляются РСДБ, GPS и ИСЗ (SLR). Однако у каждого из них — свое будущее. Например, за последние тридцать лет РСДБ улучшала точность на два порядка за каждые пятнадцать лет. Это происходило в результате расширения полосы регистрации и увеличения количества радиотелескопов. Весьма короткий путь прошла GPS-техно-логия за счет создания и использования многочастотных приемников нового поколения и организации сотен GPS-пунктов, расположенных на всех континентах. Несколько иное положение сложилось с при-
ИСЗ, космические и посадочные аппараты
Большие планеты и их спутники
ГЛОНАСС, GPS, DORIS
Пульсарный тайминг
РСДБ
Малые планеты, кометы
Центр X. mas Y, mas UT, 0.1 ms
Результаты РСДБ
GSFC, США O.II 0.07 0.06
ИПА РАН 0.14 0.12 0.05
USNO, США 0.14 0.12 0.06
Результаты SLR
ЦУП, Россия 0.18 \- 0.19
И ПА РАЯ 0.22 0.2 -
DUT. Нидерланды 0.35 0.35 -
CSR. США 0.41 0.40
Ре зультаты GPS
X. mas Y, mas LOD, 0.1 ms
CODE, Швейцария 0.04 0.15 0.24
J PL. США 0.06 0.11 0.34
OFZ, Германия 0.08 0.10 0.33
Г MR, Канада 0.09 0.18 0.37
SIO, США 0.10 0.14 0.22
ИПА РАН 0.17 0.13 0.32
ESOC, Еаропа 0.12 0.14 0.34
NOAA, США 0.17 0.37 0.60
Структура системы эфемер идной астрономии.
Оценки точности определения параметров вращения Земли по РСДБ, SLR и GPS-данным.
менением техники лазерных наблюдений с помощью ИСЗ. Начиная с конца 80-х годов XX в., точность определения параметров вращения Земли и глобальных баз с помощью этой техники не улучшается. По-видимому, ее потенциал исчерпан. Принимая во внимание тот факт, что России к настоящему времени не удалось создать лазерные дальномеры субсантиметрового уровня, можно с уверенностью сказать: ос-
новными нашими техническими средствами впредь будут РСДБ и С.Р5/ГЛОНАС С.
Таким образом, все изложенное выше убедительно подтверждает: с развитием новых наземных и космических измерительных устройств, методов их применения релятивистская астрометрия, касающаяся явлений, рассматриваемых общей теорией относительности, стала практической задачей. Сего-
дня ей, а также эфемеридной астрономии и геодинамике предстоит разрешить очень сложное противоречие. Дело в том, что употребляемые впрямую такие устоявшиеся понятия, как экватор, эклиптика, движение полюса и др., основаны на ньютоновской механике с абсолютным пространством и временем. Преодолеть это противоречие можно, лишь учитывая четырехмерные пространственно-времен-
-
- -Ц-т^
ю
5 О -5 -10
О_2_4_
Поправки ДаоС05б
-—»-{—^ Н ^— ---г'1—V А-1 -"■
J_!_I_I_I_I_I_I_I_!_!_
10 12
14
/ш
_!_!_!_I_I_I_I
16 18 20 22 24
: 0.1 пк
4
1
¿и*-----
'гт*-—
I ' I I |_|_
онс
......
-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Поправки Децсовб
10
5
о
-5 -10
-у !;]•-
1Ш
J_1_
Л_|_I_I_I_1_
10
12 14 16 18 20 22 24
Поправки А5Р
10
5
о
-5 -10
1Т1
I I I I I I I I I I I I I
I I I I I I I I I I I
БЕС
-50 -40 -30 -20 -10 О1 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Поправки А66
Поправки прямых восхождений (¿а) и склонений (А5) радиоисточников, полученных с помощью пакета КВАЗАР.
Relative Deel, (mas)
0
§
Relative Deel, (mas) -K N> o
* "O "a ÛJ O Cu Cli Cü
il
I <s
WO
la la 73 s s H O O o
s s
73 H 01
o -e-
" .s
? ■Q-1 "S i-g 5 °
^ I
O !"
<ï s 3 13
3 S
> 3
o 3
to
O -H
* 73 eu (0 a
!
0 eu
0J a-
1 s
ai <o
os tu fl> 2 73 73
1 5 S S
5=1 °
2 ro s 73 Su o S ? -9- S -S-* -S
O S O
0 S ï n
1 5 g g
»■DOS to 0J to
Relative Deel, (mas)
Relative Deel, (mas) -fc* n> o
ные зависимости между релятивистскими системами отсчета, а также соответствующие связи между математическими величинами и физически измеряемыми параметрами. Такой подход нашел развитие в ряде резолюций Международного астрономического союза, разработанных входящими в него исследовательскими организациями США, Германии, Японии в кооперации с И ПА РАН. Этими документами определены методы преобразования простр
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.