ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2013, том 39, № 12, с. 959-968
УДК 52-14,52.32
ОБ ОШИБКАХ И УСТОЙЧИВОСТИ ОПОРНЫХ КООРДИНАТНЫХ СИСТЕМ
© 2013 г. В. С. Губанов*, С. Л. Курдубов
Институт прикладной астрономии РАН, Санкт-Петербург
Поступила в редакцию 19.06.2013 г.
Из обработки РСДБ-наблюдений по международным астрометрическим и геодезическим программам за период 1980—2012 гг. впервые построены карты распределения систематических ошибок координат 1217 внегалактических радиоисточников (ВР), входящих в последнюю версию опорного каталога ICRF2 (International Celestial Reference Frame). Показано, что эти ошибки достигают ±1.0 мсд (миллисекунд дуги). Однако для выборки из 752 источников, наблюдавшихся более 100 раз, эти ошибки не превышают ±0.2 мсд, что указывает на неоднородность системы ICRF2. Кроме того, выполнено исследование индивидуальной стабильности нескольких десятков ВР и наземных станций, входящих в последнюю версию земной опорной системы координат ITRF2005 (International Terrestrial Reference Frame). Для многих источников обнаружены значительные линейные тренды и аномальные смещения, достигающие ±20 мксд (микросекунд дуги). Значительные систематические смещения найдены и у некоторых опорных станций. Полученные результаты стимулируют поиск новых методов анализа данных РСДБ-наблюдений и способов их глобального уравнивания, которые обеспечивали бы большую однородность и стабильность опорных систем координат ICRF и ITRF. Это необходимо как для повышения точности определения астрометрических, геодезических и геодинамических параметров, определяемых из этих наблюдений, так и для облегчения их физической интерпретации. Работа выполнена с помощью многофункционального программного пакета ИПА РАН QUASAR.
Ключевые слова: РСДБ-наблюдения, oпорные координатные системы.
DOI: 10.7868/80320010813120048
ВВЕДЕНИЕ
Еще не так давно казалось, что благодаря методу РСДБ астрометрия получила, наконец, возможность построить устойчивую опорную небесную систему координат, опирающуюся на внегалактические радиоисточники (ВР), которые из-за своей чрезвычайной удаленности можно считать практически неподвижными в проекции на небесную сферу в течение неопределенно длительного времени. Первые сомнения в этом отношении посеяли астрофизики, обнаружившие сложность распределения радиояркости (структуры) многих ВР, координаты которых определяют Международную небесную опорную систему координат ICRF
В настоящее время система ICRF реализуется каталогом ICRF2, принятым рабочей группой международного астрономического союза и
международной службы РСДБ (IVS). В ходе работы по подготовке ICRF2 рассматривались каталоги различных центров (в том числе представленный
Электронный адрес: gvs38@mail.ru
нашей группой Курдубова, Губанова, 2011), строились временные ряды координат радиоисточников и комбинированные каталоги. Однако окончательно в качестве каталога ICRF2 был принят каталог, полученный в Goddard Space Flight Center (IERS TN 351 ). К 2013 году добавился существенный объем РСДБ наблюдений и каталог ICRF2 нуждается в пересмотре, в январе международным астрономическим союзом была создана рабочая группа по третьей реализации ICRF. Наша работа посвящена поиску возможных путей усовершенствования методики построения небесной системы координат.
Если бы индивидуальная структура источников была устойчивой, то она вызывала бы и устойчивое смещение интегрального центра радиояркости источника относительно его главной (наиболее яркой) компоненты. Но поскольку РСДБ-измерения относятся именно к интегральному центру радио-
1 IERS Technical Note No. 35 (http://www.iers.org/ nn_11216/IERS/EN/Publications/TechnicalNotes/tn35. html).
яркости, то координаты этого центра содержатся в каталоге ICRF, и поэтому никакой структурной задержки учитывать при обработке наблюдений не требуется. Неоднократные попытки учесть эту задержку в пакете QUASAR, предпринятые в начале 2000-х годов с помощью рекомендаций Соверса и др. (1998) и Шарлот (1990), закончились неудачей. Во всех вариантах невязки уравнений после учета структурной задержки увеличивались. Более того, нам неизвестно, в каком Центре анализа РСДБ-наблюдений эта задержка учитывается. Другое дело, когда структура источника меняется со временем. Тогда смещение центра радиояркости тоже становится переменным, что приводит к изменениям координат источников по отношению к их каталожным положениям.
В последнее время изучению стабильность ВР стало уделяться повышенное внимание. На сайте IERS (International Earth Rotation and Reference Systems)2 в открытом доступе размещена информация о среднегодовых значениях координат ВР как функциях времени за период 1985—2002 гг. в двух вариантах, различающихся между собой лишь опорными системами. Наиболее полные данные принадлежат Фэю (USNO)3 . Они представляют собой поправки координат вида Да cos 5 и Д5 для 397 ВР по отношению к опорной системе ICRF. Аналогичный ряд поправок координат ВР, но гораздо меньшего их числа, получен Ма (GSFC) в системе каталога MFV (Фейсель-Вернье, 2003). Все вычисления в обоих центрах анализа выполнялись методом глобального уравнивания с помощью одного и того же программного пакета CALC/SOLVE/GLOBAL. Важно отметить, что оригинальные результаты измерения временных задержек по всем наблюдательным программам, включая программу VLBA, находятся в открытом доступе на сайте IVS (International VLBI Service for Geodesy and Astrometry, GSFC, USA)4 . Это дает возможность для независимого изучения смещений ВР с помощью других программных пакетов и других методов анализа этих данных.
Одно из первых детальных исследований собственного движения ВР 0923+392 (4С 39.25, m = 17.9, z = 0.698) было выполнено Фэем и др. (1997) на основе данных РСДБ наблюдений по геодезическим программам за период 1986— 1997 гг. Кроме того, по наблюдениям на сети
2IERS, ICRS Product Center. Information on radio sources, time series of yearly astrometric position (http://hpiers.obspm.fr/icrs-pc/).
3USNO, Astrometry Department. The Radio Reference Frame Image Database (RRFID) (http://rorf.usno.navy.mil/rrfid.html).
4 IVS, VLBI Data Center(ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/vlbi/ivs-data/ngs/).
VLBA были построены три контурные карты изображений этого источника. Все эти данные позволили авторам предложить двухкомпонент-ную модель этого источника, в которой самая яркая компонента движется с востока на запад в сторону гораздо более слабой компоненты (с), отстоящей к западу на 2 сек. дуги, со скоростью ца cos s = 59.8 ± 2.2 мксд/год и с плавным замедлением около 13.6 мксд/год. Однако Титов (2007), обработав более поздние наблюдения, обнаружил, что в 2003—2006 гг. тренд этого источника резко измнил знак на обратный, что противоречит модели Фэя и др. (1997). Оказалось, что меняются знаки трендов и у других источников. В настоящей работе нами исследовано еще 30 ВР: 0059+581, 0316+413, 0336-019, 0355+508, 0420-014 (d), 0458-020 (d), 0528+134, 0552+398 (d), 0718+792 (d), 0851+202 (d), 0923+392, 0953+254, 1226+023, 1228+126, 1253-055, 1308+326, 1404+286,1633+382,1638+ +398 (d), 1641+399, 1652+398, 1730-130 (d), 1741-038 (d), 1807+698, 2037+511, 2134+004, 2200+420, 2223-052 (d), 2230+114, 2251 + 158. Все эти источники входят в список современной системы ICRF2. Буквой d помечены так называемые определяющие (defining) источники, которые составляют ядро этой координатной системы. Для всех 30 источников исследовались обе координаты.
Как известно, линейные смещения наземных станций (НС)табулируются в каталогах ITRF вместе с их координатами на заданную эпоху. Выполненная нами проверка показала, что для подавляющего большинства НС линейная модель их тектонических движений соответствует действительности. Но не для всех. Например, одна из станций сети VLBA Pie Town двигается со значительными отклонениями от этой модели.
МЕТОД АНАЛИЗА
В настоящее время координаты ВР и НС принято оценивать с помощью процедуры "глобального уравнивания", описанной, например, Губановым и Курдубовым (2005), Курдубовым и Губановым (2007, 2011). Суть ее состоит в том, что на первом этапе из системы многопараметрических уравнений, соответствующих разностям вида (OC), исключается стандартный набор "суточных" параметров, к которым относятся:
(1) пять параметров ориентации Земли (ПОЗ) -две координаты земного полюса, две координаты небесного полюса и поправка всемирного времени;
(2) два параметра суточного линейного тренда влажной компоненты тропосферной задержки (WTD - Water Troposphere Delay) в зените каждой станции;
ОБ ОШИБКАХ И УСТОЙЧИВОСТИ
961
(3) случайные компоненты WTD в виде дискретных последовательностей;
(4) два параметра горизонтального градиента WTD;
(5) три параметра квадратичной модели поправок синхронизации часов всех станций;
(6) случайные компоненты поправок синхронизации часов.
Оставшиеся после исключения этих параметров уравнения содержат лишь "глобальные" параметры, главными из которых являются координаты избранных ВР и НС.
На втором этапе системы таких уравнений "усредняются" для всех избранных серий наблюдений с использованием соответствующих весовых матриц.
На третьем этапе усредненная система уравнений решается при условиях NNR (no-net-rotation) и NNT (no-net-translation).
На четвертом этапе глобальное решение исключается из данных всех суточных серий наблюдений, а затем из решения соответствующим им систем уравнений определяются все или часть суточных параметров, которые были исключены на первом этапе. Также находятся и поправки координат избранных источников и станций, которые не были отнесены к глобальным праметрам на третьем этапе. По всей вероятности, именно такой алгоритм был применен Фэем и Ма и Титовым (2007). Однако в настоящей работе мы использовли другой более простой и эффективный алгоритм. В пакете QUASAR имеется возможность генерации частных производных измеренных разностей (O—C) по коэффициентам разложения систематических ошибок опорного каталога ВР по ортонормиро-ванным сферическим гармоникам. Любая дважды дифференцируемая функция f (в, а), определенная на поверхности единичной сферы, д
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.