УДК 521.9
ПУЛКОВСКИЙ СВОДНЫЙ КАТАЛОГ КООРДИНАТ РАДИОИСТОЧНИКОВ PUL 2013
© 2014 г. Ю. Р. Соколова1*, З. М. Малкин1-2
1Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория РАН, Санкт-Петербург 2Санкт-Петербургский государственный университет
Поступила в редакцию 30.05.2013 г.
По решению Международного астрономического союза (МАС) с 1998 г. опорная небесная система координат реализуется каталогом координат внегалактических радиоисточников ICRF, полученным по РСДБ-наблюдениям. В течение прошедших лет повышение точности данных каталога ICRF происходило только за счет повышения количества и качества наблюдений и совершенствования методов их обработки. При этом как первая версия ICRF, так и новая версия ICRF2, принятая МАС в 2009 г., основаны на каталогах, полученных в одном центре обработки РСДБ-наблюдений. Однако опыт классической астрометрии показывает, что существенного повышения точности опорной небесной системы отсчета можно добиться путем создания сводных каталогов, таких как фундаментальные каталоги координат звезд. Такой же подход применен к улучшению каталога ICRF. Уже первый опыт такого сводного решения показал его высокую эффективность. В настоящей работе представлен новый сводный каталог координат радиоисточников PUL(2013)C02. Для его создания примены, в основном, классические методы, основанные на разложении систематических разностей между исходными каталогами в ряды по ортогональным функциям, с дополнительными усовершенствованиями. Сравнение полученного сводного каталога с каталогом ICRF2 показало, что последний, скорее всего, не лишен систематических ошибок на уровне 15—20 мкс дуги.
Ключевые слова: астрометрия, опорные системы координат, ICRF, VLBI.
DOI: 10.7868/S0320010814050040
ВВЕДЕНИЕ
Установление небесной опорной системы координат и реализация соответствующей ей системы отсчета в виде высокоточного каталога координат и, в необходимых случаях, собственных движений небесных объектов является традиционной и основной задачей астрометрии. С 1998 г. по решению Международного астрономического союза (МАС) небесная система координат ICRS (International Celestial Reference System) реализуется каталогом координат внегалактических радиоисточников ICRF (International Celestial Reference Frame), полученным из обработки 1.6 миллиона наблюдений методом радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ), который сменил оптический фундаментальный каталог FK5 (Ма и др., 1998; Фейсель, 1998). Иными словами, ICRF представляет собой небесную систему отсчета, практически реализующую систему координат ICRS. Хотя каталог ICRF содержал 608 источни-
Электронный адрес: julia.rs07@hotmail.com
ков, его система задавалась положением 212 определяющих (defining) источников. Медианная ошибка координат в каталоге ICRF составила 0.65 мсек. дуги для всех источников и 0.45 мсек. дуги для определяющих источников.
За время, прошедшее с тех пор, было накоплено в несколько раз больше наблюдений, чем использовалось для создания ICRF, и существенно улучшены алгоритмы их обработки. В результате в 2009 г. была создана и принята Генеральной ассамблеей МАС вторая версия радиоастромет-рической небесной системы отсчета ICRF2 (Ма и др., 2009). Для каталога ICRF2 было использовано уже 6.5 млн наблюдений за 1979—2009 гг. В результате каталог ICRF2 содержит 3414 источников, в том числе 295 определяющих, с медианной ошибкой положений 0.63 мс дуги для всех источников и 0.07 мсек. дуги для определяющих источников. Надо заметить, что увеличение средней ошибки координат всех источников каталога ICRF2 по сравнению с ICRF произошло из-за включения 2197 источников программы VCS (VLBA Cali-
Таблица 1. Использованные каталоги координат радиоисточников
Каталог Программное обеспечение Период наблюдений, годы Число источников
aus2012b Occam 1980-2012 2892
bkg2011 а Calc/Solve 1984-2011 3214
cgs2012a Calc/Solve 1980-2011 842
gsf2012a Calc/Solve 1979-2012 3708
igg2012b VieVs 1984-2012 860
opa2012a Calc/Solve 1979-2012 3482
sha2012a Calc/Solve 1979-2012 3470
usn2012a Calc/Solve 1979-2012 793
brator Survey), наблюдавшихся в одной или двух сессиях и имеющих по этой причине существенно худшую точность, чем источники регулярных ра-диоастрометрических программ (Ма и др., 2009). Без этих источников медианная ошибка координат ICRF2 составляет 0.19 мс дуги. Но даже более важным преимуществом ICRF2 перед ICRF стало значительное уменьшение его систематических ошибок, что будет обсуждаться ниже. Каталог ICRF2, так же как каталог ICRF, был получен в Центре космических полетов им. Годдарда НАСА.
В 2006—2007 гг. в Пулковской обсерватории была проведена работа по исследованию ошибок ICRF. Сравнение с текущими каталогами координат источников, регулярно вычисляемых в нескольких центрах анализа РСДБ-наблюдений (которые мы будем называть индивидуальными или исходными), показало, что к тому времени каталог ICRF накопил большие систематические ошибки с амплитудой 0.2—0.3 мсек. дуги и сложной структурой (Соколова, Малкин, 2007). Для исправления этой ситуации на базе индивидуальных каталогов был построен сводный каталог RSC(PUL)07C02, который представляет собой улучшением ICRF в случайном и, что главное, в систематическом отношении. При этом использовались методы, близкие к методам оптической астрометрии, применявшимся при составлении фундаментальных каталогов (Соколова, Малкин, 2007).
В данной работе мы представляем новый пулковский сводный каталог координат радиоисточников Pul(2013)C02, который был построен на базе последних индивидуальных каталогов, в основном, по схеме, примененной в работе Соколовой, Мал-кина (2007), с использованием улучшенных методов построения сводного каталога.
ОПИСАНИЕ И СРАВНЕНИЕ ИСХОДНЫХ КАТАЛОГОВ
В настоящей работе мы использовали восемь индивидуальных каталогов, полученных в восьми центрах анализа РСДБ-наблюдений: AUS (Центр наук о Земле, Австралия), BKG (Государственное агентство по картографии и геодезии, Германия), CGS (Центр космической геодезии, Италия), GSF (Центр космических полетов им. Годдарда НАСА, США), OPA (Парижская обсерватория, Франция), IGG (Венский технический университет, Австрия), SHA (Шанхайская обсерватория, КНР), USN (Морская обсерватория США). В последнем каталоге мы использовали только координаты источников, полученные в глобальном решении, т.е. источники, координаты которых оценивались по отдельным сессиям, в обработку не включались.
Список использованных каталогов приведен в табл. 1. Первые три буквы названия каталога обозначают центр анализа, далее указан год получения каталога и номер каталога в данном году. Каталоги AUS, BKG, CGS, OPA, GSF были взяты из баз данных IVS или Интернет-ресурсов центров анализа, каталоги IGG и USN были любезно предоставлены их авторами. В табл. 1 также указаны: программное обеспечение, с которым вычислен каталог, интервал использованных наблюдений и число источников (без учета источников VCS). Каталог ICRF2 использовался нами как основной каталог сравнения на основных этапах работы.
Обычно, исследование систематических разностей между каталогами проводится по некоторому набору опорных источников, выбор которых в той или иной степени влияет на окончательный результат. В настоящей работе для сравнения был использован набор из 274 определяющих источников ICRF2, общих для всех индивидуальных каталогов. Распределение этих источников по небесной сфере показано на рис. 1.
На рис. 2 приведены средние значения взвешенных среднеквадратических разностей (WRMS, weighted root-mean square), которые вычислялись по формуле
(ет Q-ie\ 1/2 wrms=(£-1^) , (1)
\eT Qw ej
где e — вектор, составленный из единиц, Qw — ковариационная матрица, а е — вектор разности координат радиоисточников (Титов, 2001). Ковариационная матрица Qw может быть диагональной, если авторы каталога приводят только ошибки координат источников, двухдиагональной, если приводятся также корреляции между прямым восхождением и склонением каждого источника (наиболее часто используемый формат для центров IVS)
СОКОЛОВА, МАЛКИН 75 60
30 ",\15
-75
Рис. 1. Распределение общих опорных источников на небесной сфере (274 источника).
BKG CGS GSF IGG OPA SHA USN ICRF2
AUS BKG CGS GSF IGG OPA SHA USN
80 70 60 50 40 30 20 10 0
Рис. 2. Значения WRMS исходных разностей координат между каталогами по 274 опорным источникам (совместно по Да cos S и AS мксек. дуги).
или полной, если приводится авторами каталога. Структура этой матрицы следующая:
^о'а1 cov(^i,ai) cov(a2,ai) cov(S2,ai)
\
а
¿1
cov(a2,^i) cov(^2,^i) г2 cov(^2,a2)
а
«2
а
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО МЕТОДА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СИСТЕМАТИЧЕСКИХ РАЗНОСТЕЙ
Помимо официальной версии ICRF (в настоящее время ICRF2) доступны для использования также индивидуальные каталоги координат радиоисточников, вычисляемые в разных центрах анализа РСДБ-наблюдений. Хотя при вычислении этих каталогов применяется ограничение на привязку к
ICRF (в смысле ориентации), каждый такой каталог, вообще говоря, является своей собственной небесной системой отсчета. Поэтому встает вопрос о сравнении этих каталогов. При этом основной интерес в задаче сравнения и последующей комбинации каталогов заключается в определении систематических разностей координат этих систем.
В данной работе были проанализированы три модели представления систематических разностей — модель жесткого вращения, разложение по сферическим функциям (Броше, 1966), а также объединенная модель жесткого вращения и метода Броше, что соответствует методу Швана (2001).
Модель жесткого вращения
Пусть имеются две системы координат Х\, У\, Я1(а1,¿1) и Х2, У2, %2(а2,Ь2). Система а2, Ь2 образуется из системы а1, ¿1 путем вращения вокруг осей Х1, У1, на углы А1, А2, А3. Если углы малы, то с достаточной точностью справедливо
2
Таблица 2. Параметры ориентации между индивидуальными каталогами и 1СКР2, полученные с использованием модели (1)
Каталог Аг \VRMSi WRMS2
аиэ2012Ь -23.42 ±6.28 6.75 ±6.43 2.03 ±5.68 81.6 80.5
Ы^2011а 25.87 ±4.12 17.6 ±4.19 -10.73 ±3.68 55.2 52.2
cgs2012a 13.49 ±5.21 -4.30 ±5.31 -18.04 ±4.68 67.6 66.3
-1.64 ±3.65 8.99 ±3.73 -2.
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.