Астрометрический каталог нового поколения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.03.01, доктор физико-математических наук Кузьмин, Андрей Викторович

• Кузьмин, Андрей Викторович
• доктор физико-математических наук
• 1998

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Кузьмин, Андрей Викторович

Содержание

Введение

Глава 1. Исходные данные

1.1. Астрографический каталог «Карты Неба»

1.1.1. Наблюдательная кампания

1.1.2. Измерение пластинок

1.1.3. Оценки яркости

1.1.4. Составление машинно-читаемой версии АК

1.2. Каталог Тихо

1.2.1. Общие характеристики

1.2.2. Астрометрические данные

1.2.3. Фотометрические данные

1.2.4. Критерии отбора звезд каталога Тихо

Глава 2. Редукция Астрографического каталога в современную опорную систему

2.1. Стратегия редукции

2.2. Промежуточный опорный каталог

2.2.1. АСЯ8 или РРМ?

2.2.2. Систематические ошибки каталога АСКБ

2.2.3. Приведение каталога АСЯ8 в систему ЮКБ/Шррагсоз

2.3. Отождествление опорных звезд на пластинках АК

2.4. Критерии выбора оптимальных моделей

2.5. Оптимальная редукционная модель

2.6. Примеры редукции наблюдений отдельных обсерваторий

2.6.1. Мельбурн

2.6.2. Алжир

2.6.3. Хайдарабад

2.6.4. Катания

2.7. Общая характеристика результатов редукции

Глава 3. Вывод собственных движений

3.1. Отождествление звезд Тихо в Астрографическом каталоге

3.1.1. Отождествление наблюдений

3.1.2. Дополнительные ограничения

3.1.3. Разбор неоднозначных отождествлений

3.1.4. Результаты отождествления

3.2. Вывод собственных движений

3.2.1. Вывод предварительных собственных движений

3.2.2. Анализ остаточных систематических ошибок

предварительных собственных движений

3.2.3. Коррекция систематических ошибок

предварительных собственных движений

3.3. Анализ качества окончательных собственных движений

Глава 4. Состав и характеристики Опорного каталога Тихо

4.1. Состав каталога

4.2. Точность астрометрических параметров

4.2.1. Положения на эпоху J2000.0

4.2.2. Собственные движения

4.3. Сопоставление Опорного каталога Тихо с каталогом ACT

4.3.1. Исходные данные

4.3.2. Редукция Астрографического каталога в систему Hipparcos

4.3.3. Отождествление звезд Тихо в Астрографическом каталоге

4.3.4. Остаточные систематические ошибки собственных движений

4.3.5. Оценки точности собственных движений

4.3.6. Резюме

Заключение

Литература

Приложение. Формат машинно-читаемой версии Опорного каталога Тихо

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Астрометрический каталог нового поколения»

Введение

В настоящей работе представлен астрометрический каталог нового поколения, обеспечивающий высокоточную, стабильную и плотную реализацию современной стандартной опорной системы ICRS в оптическом диапазоне.

Установление пространственно-временной системы отсчета или, по астрометриче-ской терминологии, опорной системы —. одна из основных задач астрометрии. Необходимо пояснить, что под опорной системой обычно понимается совокупность определений, связывающих начало системы координат, способ отсчета времени, координатные направления и их эволюцию во времени с наблюдаемыми физическими явлениями, тогда как фактический доступ к координатным направлениям обеспечивает реализация опорной системы. В качестве таковой обычно выступает опорный каталог — список избранных объектов с их положениями, собственными движениями и параллаксами, позволяющий восстановить координатные направления для любой области небесной сферы в любой момент времени.

Назначение опорного каталога — обеспечивать доступ к единой пространственно-временной системе отсчета — определяет требования к нему.

• Положения объектов опорного каталога должны обладать достаточной точностью в случайном отношении, чтобы обеспечить необходимую точность реализации опорной системы.

• Точность положений объектов опорного каталога должна быть однородной, т.е. не должна сколько-нибудь значительно зависеть ни от положения на сфере, ни от других параметров (блеска или цвета звезд и т.п.). Любые зависимости такого сорта или, иначе говоря, систематические ошибки положений опорных объектов, ведут к искажению опорной системы и ставят под сомнение саму возможность ее использования в качестве единой системы отсчета.

• Реализация опорной системы должна быть стабильной — ее точность должна оставаться неизменной с течением времени. Стабильность может быть обеспечена либо за счет высокоточной информации о собственных движения опорных звезд, либо за счет реализации опорной системы на внегалактических объектах, собственные движения которых при современной точности наблюдений можно считать пренебрежимо малыми.

• Опорная система должна быть доступна современным астрономическим наблюдениям. Это требование с учетом характерных особенностей современных наблюдений — малые, как правило, менее одного градуса, поля зрения и глубокая проницающая способность — накладывает весьма жесткие ограничения на плотность (число объектов на квадратный градус) опорного каталога и блеск опорных объектов.

Исторически реализация опорной системы относится к оптическому диапазону. Многолетние высокоточные меридианные наблюдения ярких звезд послужили основой фундаментальных каталогов семейства FK, осуществлявших реализацию опорной системы на протяжении столетия. Принятая до последнего времени реализация опорной системы основывалась на последнем из каталогов этого семейства — FK5 [1,2].

Достигнутый в последнее десятилетие прогресс в области радиоастрометрии и, прежде всего, радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ) привел к тому, что точность астрометрических наблюдений в радиодиапазоне значительно опередила точность наземной оптической астрометрии. Достижения РСДБ, наряду с очевидными преимуществами внегалактических радиоисточников как опорных объектов, привели к пересмотру классического подхода к реализации опорной системы. Рабочая группа «Опорные системы» Международного астрономического союза (MAC) в 1991-1994 гг. выработала как общие рекомендации, так и список около 600 внегалактических радиоисточников, наблюдения которых методами РСДБ и были положены в основу новой реализации опорной системы.

В соответствие с решением XXIII Генеральной ассамблеи MAC с 1 января 1998 г.

введена в действие новая стандартная опорная система — International Celestial Reference System (ICRS, [3, 4]). Начало системы отсчета ICRS совпадает с барицентром Солнечной системы, а направления ее осей фиксированы по отношению к внегалактическим радиоисточникам. Преемственность реализации опорной системы обеспечивается совпадением направлений координатных осей систем ICRS и FK5 на эпоху J2000.0. Последнее достигнуто выбором полюса системы ICRS на эпоху J2000.0 в соответствии с направлением, заданным стандартными моделями прецессии и нутации MAC, и фиксации нуль-пункта прямых восхождений системы ICRS посредством назначения прямого восхождения радиоисточника ЗС 273В равным его прямому восхождению в системе FK5/J2000.

По рекомендации XXI Генеральной ассамблеи MAC [5] реализация системы ICRS основана на внегалактических радиоисточниках, образующих международную небесную систему координат (International Celestial Reference Frame, ICRF, [6, 7]). ICRF базируется на каталоге положений 608 внегалактических радиоисточников, наблюдавшихся в течение 1979-1995 гг. Основными из них являются 212 компактных радиоисточников с наилучшей наблюдательной историей, стандартная ошибка положений которых не превышает 0.4 миллисекунды дуги. Именно эти радиоисточники определяют систему ICRS.

Подводя итог, можно сказать, что система ICRS/ICRF в настоящее время заменила фундаментальную систему, реализованную каталогом FK5.

Последствия замены FK5 на ICRS для астрономии вообще и для астрометрии в частности гораздо глубже, нежели простое повышение точности реализации опорной системы. Прежде всего, опорная система впервые реализована не в оптическом, а в радиодиапазоне. Наряду с очевидными преимуществами внегалактических радиоисточников как опорных объектов — повышением точности в случайном и систематическом отношении, высокой стабильностью из-за отсутствия значимых собственных движений и отсутствием зависимости от привязки к движению объектов Солнечной системы — это решение породило проблему реализации опорной системы в оптическом диапазоне, где по-прежнему выполняется основная, хотя уже и не подавляющая,

часть астрономических наблюдений.

Успех космического астрометрического эксперимента Hipparcos, выполненного на одноименном спутнике Европейского космического агентства (ЕКА), сделал выбор оптической реализации системы ICRS очевидным. За время более чем трехлетней наблюдательной кампании эксперимента Hipparcos было получено около 100 отдельных наблюдений для каждой из 118 218 программных звезд. Обработка результатов наблюдений эксперимента Hipparcos впервые в истории оптической астрометрии позволила определить положения, годичные собственные движения и параллаксы 117 955 звезд с миллисекундной точностью при отсутствии систематических ошибок, превышающих 0.1 миллисекунды дуги. На завершающей стадии обработки наблюдений была выполнена привязка промежуточной системы каталога Hipparcos к системе ICRS, так что расхождения в ориентации осей двух систем на эпоху J1991.25 не превышают 0.6 миллисекунды дуги, а скоростей вращения — 0.25 миллисекунды дуги в год [8]. Все это позволило MAC рекомендовать каталог Hipparcos [9] в качестве базовой реализации системы ICRS в оптическом диапазоне.

Как упоминалось выше, каталог, реализующий опорную систему, помимо точности и стабильности, должен обладать еще и высокой плотностью, чтобы обеспечить астрономическим наблюдениям доступ к опорной системе. В этом отношении каталог Hipparcos вряд ли можно считать удовлетворительным с современной точки зрения: составляющие его звезды слишком ярки (в среднем около F=8.5), а их число в пересчете на один квадратный градус небесной сферы — около трех — слишком мало для современных телескопов, отличающихся глубокой проницающей способностью и малыми полями зрения.

Это обстоятельство делает вновь весьма актуальной хорошо известную в астрометрии проблему расширения опорной системы на слабые звезды. Напомним в этой связи ситуацию середины 70-х годов, когда излишняя яркость и малое число звезд фундаментального каталога FK4 (и позднее FK5) привела к необходимости построения международной опорной системы (International Reference System, IRS) и ее аналога в Южном полушарии (Southern Reference System, SRS), реализующих систему FK4/FK5

на звездах 8-й величины. Однако и этого оказалось недостаточно, чтобы обеспечить фотографическим наблюдениям доступ к опорной системе, что вызвало к жизни сводные астрометрические каталоги РРМ и ACRS, содержавшие уже несколько сот тысяч опорных звезд.

Суть задачи расширения опорной системы на слабые звезды в контексте современной опорной системы можно вкратце сформулировать как необходимость построение опорного каталога, содержащего значительно большее, нежели Hipparcos, число более слабых опорных звезд (например, около миллиона), и привязанного непосредственно к системе ICRS/Hipparcos.

Наиболее перспективным кандидатом на эту роль является каталог, полученный в результате эксперимента Тихо [9], выполненного на борту спутника Hipparcos. Каталог, названный в честь Тихо Браге, содержит 1 058 332 звезды. Высокая точность положений (5-70 миллисекунд дуги в зависимости от звездной величины), отсутствие значимых систематических ошибок и естественная привязка к системе каталога Hipparcos наряду с достаточно точной и однородной двухцветной фотометрией делают каталог Тихо весьма перспективным кандидатом на роль астрометрического опорного каталога, обеспечивающего расширение системы ICRS/Hipparcos на слабые звезды.

Единственный недостаток каталога Тихо в этом отношении — отсутствие высокоточных собственных движений. Собственные движения звезд Тихо, определенные в рамках эксперимента, имеют слишком низкую точность в случайном отношении (20—40 миллисекунд дуги в год), что при применении этого каталога в качестве опорного означает деградацию опорной системы в течение нескольких лет.

Вывод высокоточных собственных движений звезд каталога Тихо и построение таким образом опорного каталога нового поколения составили цель проекта «Опорный каталог Тихо» (Tyeho Reference Catalogue, TRC), предложенного автором в 1992 г. совместно с Э. Хёгом (Обсерватория Копенгагенского университета, Дания), В.В. Нестеровым (ГАИШ МГУ), У. Бастианом и 3. Рёзером (Астрономический вычислительный институт, Гейдельберг, Германия) и JI. Линдегреном (Лундская обсерватория, Швеция) [10, 11]. В качестве первой эпохи для вывода собственных движений звезд ка-

талога Тихо в проекте предлагалось использовать Астрографический каталог Карты Неба.

Астрографический каталог (АК) международного кооперативного проекта «Карта Неба» фактически представляет собой девятнадцать зонных каталогов, включающих наблюдения около 4.5 миллионов звезд ярче mpg= 12 на среднюю эпоху около 1907.0. Пластинки Астрографического каталога сфотографированы с полным двойным перекрытием по схеме «углы в центре», обеспечивающем в среднем два наблюдения на звезду. В результате АК содержит измеренные на пластинках прямоугольные координаты и оценки яркости более 8.5 миллионов изображений звезд. Высокая точность положений Астрографического каталога — от 0.2" до 0.5", полное двойное перекрытие и ранняя эпоха наблюдений делают этот материал идеальной первой эпохой для определения собственных движений слабых звезд.

Этот огромный массив высокоточных наблюдений, опубликованный в виде измеренных прямоугольных координат изображений звезд на пластинках, до начала 90-х годов был практически недоступен современной астрометрии. Перенос опубликованных измерений на магнитные носители [12, 13] и редукция наблюдений в систему FK5 [14], выполненные в ГАИШ в 1987-1996 гг., «оживили» этот уникальный материал и, в частности, позволили применить его для вывода собственных движений звезд каталога Тихо. Упомянем в этой связи и другие проекты вывода собственных движений на основе машинно-читаемой версии наблюдений Астрографического каталога, созданной в ГАИШ.

• Южная часть каталога положений и собственных движений (Positions and Proper Motions, PPM [15, 16]), созданная в сотрудничестве Астрономического вычислительного института (Гейдельберг), ГАИШ и Пулковской обсерватории.

• Расширение каталога РРМ [17] — каталог положений и собственных движений 90 000 звезд южного полушария, не вошедших в каталог РРМ. Собственные движения в этом каталоге были выведены на основе Астрографического каталога и 2-го Капского фотографического каталога (СРС2).

• Предварительные исследования возможности использования обзоров с телескопом Шмидта в качестве современной эпохи для вывода собственных движений всех звезд Астрографического каталога [18-20].

Предпроектное исследование возможности создания Опорного каталога Тихо [21], выполненное нами в 1996-97 гг. благодаря предоставленному научным комитетом проекта Hipparcos доступу к каталогам Hipparcos и Тихо до их публикации, подтвердило возможность вывода собственных движений практически всех звезд каталога Тихо с точностью 2-3 миллисекунды дуги в год. Одновременно пилотный проект продемонстрировал наличие значительных систематических ошибок в каталоге ACRS, использованном для редукции наблюдений Астрографического каталога в систему FK5 [14], и, как следствие, необходимость редукции наблюдений АК в современную систему ICRS/Hipparcos, а также определяющую роль качества этой редукции для точности собственных движений.

После публикации каталогов Hipparcos и Тихо [9] мы смогли приступить к полномасштабной реализации проекта. Его результат — недавно опубликованный Опорный каталог Тихо [22, 23, 24] — представляет собой опорный каталог с совершенно новыми свойствами. Его плотность — около 25 звезд на квадратный градус — по крайней мере в 3 раза выше, чем у современных опорных каталогов. Равномерно высокая точность и отсутствие систематических ошибок, превышающих 1 миллисекунду дуги, гарантированы свойствами каталога Тихо и, в частности, непосредственной привязкой его положений к системе ICRS/Hipparcos. Качество собственных движений — их внешняя ошибка оценивается величиной 2.4 миллисекунды дуги в год — таково, что точность этой реализации опорной системы будет лучше 0.1" в течение нескольких десятилетий. Эти характеристики, наряду с наличием однородной двухцветной фотометрии для всех звезд, делают Опорньш каталог Тихо идеальным инструментом для решения широкого круга задач астрометрии и звездной кинематики.

Для сравнения укажем, что принятый в последнее время в фотографической астрометрии в качестве стандарта де-факто опорный каталог РРМ [15, 16] содержит

378 910 звезд и обеспечивает точность положений на современную эпоху около 0.25" и точность собственных движений 5-7 миллисекунд дуги в год. Сопоставляя эти параметры с характеристиками Опорного каталога Тихо, мы видим, что последний в 2-3 раза превосходит РРМ и другие современные опорные каталоги как по точности положений и собственных движений, так и по числу опорных звезд.

Новизна работы по созданию Опорного каталога Тихо заключается и в первом применении всего комплекта наблюдений Астрографического каталога, единообразно редуцированных в современную опорную систему, для вывода собственных движений слабых звезд. Сочетание высокоточных наблюдений АК с их ранней эпохой с заатмо-сферными наблюдениями космического эксперимента Тихо позволило впервые в истории астрометрии вывести столь точные собственные движения почти миллиона звезд.

Практическая ценность работы заключается в создании высокоточного астрометри-ческого каталога слабых звезд, обеспечивающего современным астрономическим наблюдениям доступ к стандартной опорной системе ICRS/Hipparcos. Расширение опорной системы на слабые звезды и значительное увеличение плотности опорного каталога, достигнутые при создании Опорного каталога Тихо, являются особенно ценным для наблюдений с малыми полями зрения и наблюдений слабых объектов. Созданный каталог может быть использован при проведении позиционных наблюдений относительным методом в ГАИШ, ГАО РАН, ГАО АН Украины и других астрономических учреждениях.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Астрометрический каталог нового поколения, обеспечивающий высокоточную, стабильную и плотную реализацию стандартной опорной системы ICRS в оптическом диапазоне.

Опорный каталог Тихо реализует стандартную опорную систему ICRS в оптическом диапазоне со средней точностью 45 миллисекунд дуги на эпоху J2000. Благодаря использованию в качестве современной эпохи каталога Тихо точность

положений однородна, а их систематические ошибки не превышают 1 миллисекунды дуги. Высокая точность собственных движений — ошибка собственного движения по одной координате оценивается как 2.4 миллисекунды дуги в год — гарантирует реализацию опорной системы с точностью лучше 0.1" на интервале 3040 лет. Большая плотность каталога — в среднем 25 звезд на квадратный градус — обеспечивает доступность опорной системы большинству фундаментальных и прикладных астрономических исследований.

2. Высокоточные собственные движения 990 ООО слабых звезд.

Впервые в истории астрометрии получены высокоточные собственные движения около миллиона звезд в диапазоне звездных величин 8-12. Собственные движения, выведенные на основе Астрографического каталога Карты Неба и каталога космического эксперимента Тихо, по точности в случайном и систематическом отношении в несколько раз превосходят все существующие наземные определения собственных движений и уступают лишь результатам космического эксперимента Шррагсоэ, в то же время почти в десять раз превосходя последний по объему.

3. Редукция наблюдений Астрографических каталогов Карты Неба в современную опорную систему ГСИЗ/Шррагсоэ (в соавторстве с К.В. Куимовым).

На основе разработанного К.В. Куимовым метода трехступенчатой редукции и выполненного им же систематического исследования нормальных астрографов, измерительных машин и особенностей наблюдательного материала выполнена редукция наблюдений Астрографического каталога в современную опорную систему ЮЯЗ/Иррагсоз. В результате редукции 22 652 пластинок получены высокоточные положения 4.5 миллионов звезд Астрографического каталога в современной стандартной системе координат, что обеспечило возможность применения Астрографического каталога в качестве первой эпохи при выводе Опорного каталога Тихо.

4. Методика отождествления звезд каталога Тихо в Астрографическом каталоге.

Разработанная автором модификация метода отождествления по положению обеспечила надежное и эффективное решение проблемы отождествления звезд каталога Тихо в Астрографическом каталоге, осложненной большой разностью средних эпох этих каталогов (около 90 лет), значительным различием предельных звездных величин (Fr=10.5 для каталога Тихо и mpg-\2 для Астрографического каталога) и несогласованностью фотометрических систем.

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на заседании Ученого совета ГАИШ МГУ (1998 г.), на заседаниях Координационного совета по астрометрии ГАИШ (1997 г., 1998 г.), на Ломоносовских чтениях в Московском Государственном Университете (1998 г.), на симпозиуме Европейского космического агентства, посвященном результатам проекта Hipparcos (Венеция, Италия, 1997 г.), и на 179-м симпозиуме MAC (Балтимор, США, 1996 г.).

Личный вклад автора

Создание Опорного каталога Тихо — результат совместных усилий отдела астрометрии ГАИШ (автор и К.В. Куимов), Обсерватории Копенгагенского университета (Э. Хёг, К. Фабрициус и В. Макаров), Лундской обсерватории (Л. Линдегрен) и Астрономического вычислительного института (У. Бастиан и 3. Рёзер). Автором в рамках этой работы выполнен анализ наблюдений первой и второй эпох, отождествление звезд Тихо в Астрографическом каталоге, вывод собственных движений и исследование их качества, а также формирование каталога. Все программное обеспечение для решения этих задач разработано автором.

Редукция наблюдений Астрографического каталога в современную опорную систему ICRS/Hipparcos, составивших первую эпоху опорного каталога Тихо, осуществлена в соавторстве с К.В. Куимовым на основе выполненного им систематического исследования наблюдений АК. Вклад автора в эту часть работы ограничивается постановкой

задачи редукции наблюдений Астрографического каталога в стандартную современную систему ICRS для использования в качестве первой эпохи при выводе высокоточных собственных движений слабых звезд, обсуждением возможных методов ее решения и анализом результатов.

Методика коррекции остаточных систематических ошибок собственных движений предложена JI. Линдегреном. Каталог подготовлен к публикации в Центре астрономических данных (Страсбургская обсерватория, Франция) К. Фабрициусом совместно с автором.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Hog Е., Kuzmin A., Bastian U., Fabricius С., Kuimov К, Lindgren L., Makarov V., Roser S. Tycho Reference Catalogue. // Astron. Astrophys. 335 (1998). P. L65.

2. Hog E., Kuzmin A., Bastian U., Fabricius C., Kuimov K, Lindgren L., Makarov V., Roser S. Tycho Reference Catalogue. // CDS Catalogue 1/250.

3. Куимов КВ., Кузьмин А.В., Нестеров В.В. Редукция Астрографического каталога в систему ICRS/Hipparcos. // Известия РАН. Серия физическая. Т. 62. № 9. С.1780.

4. Kuzmin A., Bastian U., Hog Е., Kuimov К, Roser S. Tycho Reference Catalogue: Pilot Project Results. // Proc. HIPPARCOS Venice 97 Symposium, May 13-16, 1997, Venice, Italy / ESA SP-402. P. 125.

5. Kuzmin A., Nesterov V., Gulyaev A., Kuimov K, Sementsov V., Bastian U„ Roser S. Completion of the Sternberg Astronomical Institute Astrographic Catalogue Project. 11 New Horizons from Multi-Wavelength Sky Surveys, IAU Symposium 179, August 2631, 1996, Baltimore, USA / McLean В., Golombek D., Hayes J., Payne H. (Eds.). Kluwer Academic Publishers. Dordrecht. P. 409.

6. Volchkov A.A., Kuzmin A. V., Nesterov V. V. Determination of proper motions for AC stars: first results. 11 Astr. Nachr. V. 314 (1993). №1. P. 43.

7. Кузьмин А. В. Верификация данных Астрографического каталога на магнитных носителях. // О четырехмиллионном каталоге звезд. / Под ред. А.П. Гуляева и В.В. Нестерова. М.:МГУ. 1992. С. 37.

8. Roser S., Bastian U., Kuzmin A. V. PPM Star Catalogue: the 90000 Stars Supplement. // Astron. Astrophys. Suppl. Series. V. 105 (1994). P. 301.

9. Roser S., Kuzmin A., Bastian U. The Guide Star Catalogue Revisited: Derivation of the Proper Motions. // The Future Utilization of Schmidt telescopes, Proc. IAU Colloq. 148, Bandung, Indonesia, March 4-11, 1994 / J. Chapman, R. Cannon, S. Harrison, B. Hidayat (Eds.). PASP Conf. Ser. 84. P.218.

Заключение диссертации по теме «Астрометрия и небесная механика», Кузьмин, Андрей Викторович

Заключение

Опорный каталог Тихо — новый астрометрический каталог, обеспечивающий высокоточную, плотную и стабильную реализацию современной опорной системы ICRS в оптическом диапазоне. На квадратный градус небесной сферы в среднем приходится 24 опорных звезды каталога, средняя звездная величина которых равна Вт=11.25. Точность положений на эпоху J2000 практически идентична точности положений каталога Тихо на эпоху J1991.25, и составляет в среднем 45 миллисекунд дуги. Высокоточные собственные движения, покомпонентная внешняя точность которых оценивается величиной 2.4 миллисекунды дуги в год, гарантируют, что точность этой реализации опорной системы будет лучше 0.1" в течение нескольких десятилетий. Собственные движения такой точности, наряду с наличием однородной двухцветной фотометрией для всех звезд, делают Опорный каталог Тихо идеальным инструментом для исследований в области астрометрии и звездной кинематики.

Отметим, что Опорный каталог Тихо в 2-3 раза превосходит современные опорные каталоги как по точности положений и собственных движений, так и по объему, что позволяет квалифицировать его как астрометрический каталог нового поколения.

Несмотря на это, совершенно очевидны дальнейшие перспективы настоящей работы. Прежде всего, будучи каталогом почти миллиона звезд, Опорный каталог Тихо все же использует потенциал Астрографического каталога лишь на одну четверть. Таким образом, привлечение в качестве современной эпохи наблюдений более слабых звезд может заметно расширить Опорный каталог Тихо.

В качестве примера такой возможности приведем повторную обработку наблюдений эксперимента Тихо [63, 64], которая по оценкам ее авторов позволит практически без потери качества положений и фотометрии расширить каталог Тихо до 2.5 миллионов звезд. Привлечение результатов повторной обработки данных Тихо в качестве современной эпохи позволит вывести собственные движения более 2 миллионов слабых звезд теми же методами, что были использованы при построении Опорного каталога Тихо.

Второе направление — глобальная редукция Астрографического каталога, которая позволит значительно повысить качество собственных движений Опорного каталога Тихо в систематическом отношении.

В настоящей работе неоднократно отмечалось, что классические методы не в состоянии обеспечить качество редукции, адекватное внутренней точности наблюдений Астрографического каталога. Хотя метод перекрывающихся пластинок в оригинальной формулировке [40] не применим к Астрографическому каталогу из-за часто значительной разности эпох перекрывающихся пластинок, особенно на границах зон АК, его развитие, как мы надеемся, позволит решить многие проблемы, присущие попласти-ночной редукции Астрографического каталога.

• Глобальная редукция позволит отказаться от применения промежуточного опорного каталога и обеспечит непосредственную привязку наблюдений АК к системе ГСЯЗ/Шррагсоз.

• Глобальная редукция позволяет избавиться от ограничений, свойственных классическому подходу вообще и трехступенчатой схеме редукции Астрографического каталога [30] в частности.

Эти ограничения, вызванные прежде всего недостаточным числом опорных звезд на пластинке, ведут к необходимости осреднения части постоянных пластинок. В рамках глобальной редукции можно отказаться от этого подхода, воспользовавшись вместо этого идейно и статистически корректным одновременным определением постоянных всех пластинок с наложением необходимых условий постоянства коэффициентов систематических эффектов, характерных для конкретного телескопа или измерительной машины, на всех пластинках, сфотографированных или измеренных с их помощью.

• Глобальная редукция позволит провести детальный анализ уравнения блеска и цвета, ошибок штрихов сеток, использованных для измерения пластинок, и других систематических ошибок, явно присутствующих в наблюдениях многих обсерваторий, исследование которых в рамках классического подхода не представляется возможным.

В заключение необходимо отметить, что представленный в настоящей работе Опорный каталог Тихо был бы невозможен без лежащих в его основе Астрографического каталога и каталога Тихо. Проект «Астрографический каталог», результат многолетней работы девятнадцати обсерваторий всего мира, был завершен лишь в середине 90-х годов благодаря титаническим усилиям отдела астрометрии ГАИШ под руководством проф. В.В. Нестерова. Проект «Тихо» — плод многолетних усилий многих астрономов, объединенных в консорциум по обработке данных эксперимента «Тихо» под руководством проф. Э. Хёга (Обсерватория Копенгагенского университета). Автор выражает глубокую признательность всем участникам этих проектов, приложившим все свои силы и умение, чтобы обеспечить наилучшее качество каталогов.

Особая благодарность — моим коллегам по отделу астрометрии: В.В. Нестерову, привлекшему меня к работе над проектом «Астрографический каталог», моему соавтору в работе над проектом «Опорный каталог Тихо» К.В. Куимову, без чьих усилий и знаний эта работа вряд ли бы была возможна, и всем сотрудникам отдела астрометрии ГАИШ.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Кузьмин, Андрей Викторович, 1998 год

Литература

1. Fricke W., Schwan К, Lederle Т. et al. Fifth Fundamental Catalogue (FK5). Part I. Basic fundamental stars. // Veröff. Astron. Rechen-Institut Heidelberg. No. 32. Verlag G. Braun. Karlsruhe. 1988.

2. Fricke W„ Schwan Я, Lederle Т. et al Fifth Fundamental Catalogue (FK5). Part II. The FK5 Extension. // Veröff. Astron. Rechen-Institut Heidelberg. No. 33. Verlag G. Braun. Karlsruhe. 1991.

3. Appenzeller I. (ed.). Proceedings of the 23rd General Assembly. // Transactions of the IAU23B. 1998.

4. Arias E. F., Chariot P., Feissel M., Lestrade J.-F. The extragalactic reference system of the International Earth Rotation Service, ICRS. // Astron. Astrophys. 303 (1995). P. 604

5. Bergeron J. (ed.). Proceedings of the 21st General Assembly. // Transactions of the LAU 21B. 1992. P. 41.

6. Ma C., Feissel M. Definition and realization of the International Celestial Reference System by VLBI astrometry of extragalactic objects. // IERS Technical Note № 23 (1997). Observatoire de Paris.

7. Ma С., Arias E. F., Eubanks Т. M„ Fey A. L., Gontier A. -M„ Jacobs C. S., Sovers O. J., Archinal B. A., Chariot P. The International Celestial Reference Frame as Realized by Very Long Baseline Interferometry// Astron. J. V. 116 (1998). P. 516.

8. Kovalevsky J. et al. The Hipparcos Catalogue as a realization of the extragalactic reference system // Astron. Astrophys. 323 (1997). P. 620.

9. The Hipparcos and Tycho Catalogues. // ESA-SP1200 (1997).

10. Hog E., Kuzmin A., Nesterov V, Bastian U., Lindgren L., Röser S. Tycho Reference Catalogue: A catalogue of positions and proper motions of one million stars. 11 Proposal to Hipparcos Science Team, October 1992.

11. Röser S., Heg E. Tycho Reference Catalogue (TRC): A catalogue of positions and proper motions of one million stars. // Workshop on databases for Galactic structure,

Swarthmore, PA, USA, 17-19 May 1993 / A.G.D. Philip, B. Hauck, A.R. Upgren (Eds.). L. Davis Press. Schenectady. P. 137.

12. Nesterov V. V., Kisljuk V.S., Potter H.I. Astrometric Catalogue of Four Million Stars. // IAU Symposium 141 «Inertial Coordinate System on the Sky», Leningrad, USSR, October 17-21, 1989. / Lieske J.H., Abalakin V.K. (Eds.). Kluwer Academic Publishers. Dordrecht. P. 482.

13. О четырехмиллионном каталоге звезд. / Под ред. А.П. Гуляева, В.В. Нестерова. М.: Изд. Московского университета. 1992.

14. Kuzmin A., Nesterov К, Gulyaev A., Kuimov К, Sementsov К, Bastian U„ Roser S. Completion of the Sternberg Astronomical Institute Astrographic Catalogue project. // New Horizons from Multi-Wavelength Sky Surveys, IAU Symposium 179, August 2631, 1996, Baltimore, USA / McLean В., Golombek D., Hayes J., Payne H. (Eds.). Kluwer Academic Publishers. Dordrecht. P. 409.

15. Roser S., Bastian U. PPM Star Catalogue. Positions and proper motions of 181731 stars north of -2.5° declination for equinox and epoch J2000.0. V. 1, 2. Spektrum Akademischer Verlag. Heidelberg. 1991.

16. Bastian U., Roser S., Yagudin L.I., Nesterov V.V., PolozhentsevD.D., PotterKhI. Wielen R., Yatskiv Ya.S. PPM Star Catalogue. Positions and proper motions of 197179 stars south of -2.5° declination for equinox and epoch J2000.0. V. 3, 4. Spektrum Akademischer Verlag. Heidelberg. 1993.

17. Roser S., Bastian U., Kuzmin A. V. PPM Star Catalogue: the 90000 Stars Supplement. // Astron. Astrophys. Suppl. Series. V. 105 (1994) P. 301.

18. Кузьмин А.В., Куимов K.B. Астрометрические аспекты глубоких обзоров с телескопом Шмидта. // "Современные проблемы и методы астрометрии и геодинамики". / Тезисы докладов конференции. С.-Петербург. 1996. С. 46-47.

19. Volchkov А.А., Kuzmin A.V., Nesterov V.V. Determination of proper motions for AC stars: first results. // Astr.Nachr. V. 314 (1993). №1. P. 43-46.

20. Roser S., Kuzmin A., Bastian U. The Guide Star Catalogue Revisited: Derivation of the Proper Motions. // The Future Utilization of Schmidt telescopes. Proc. IAU Colloq. 148,

Bandung, Indonesia, March 4-11, 1994 / Chapman, J., Cannon, R., Harrison, S., Hidayat, B. (eds.). Astron. Soc. Рас. Conf. Ser. 84. P.218.

21. Kuzmin A., Bastian U., Hog E., Kuimov K., Röser S. Tycho Reference Catalogue: Pilot Project Results // Hipparcos Venice'97 Symposium, May 13-16, 1997, Venice, Italy / Perryman M.A.C., Bernacca P.-L., (Eds.). ESA SP-402. P. 125.

22. Hog E., Kuzmin A., Bastian U., Fabricius C., Kuimov K, Lindgren L., Makarov V., Röser S: Tycho Reference Catalogue. // Astron. Astrophys. 335 (1998). P. L65.

23. Hog E., Kuzmin A., Bastian U., Fabricius C„ Kuimov K, Lindgren L., Makarov V., Röser S. Tycho Reference Catalogue. // CDS Catalogue 1/250 (May 20,1998).

24. Kuzmin A., Hog E., Bastian U., Fabricius C., Kuimov K, Lindgren L., Makarov V., Röser S. Construction of the Tycho Reference Catalogue. // Astron. Astrophys. (в печати).

25. Колчинский ИГ. К столетию международного предприятия «Карта неба» и «Аст-рографический каталог» // Историко-астрономические исследования / Под ред. Гурштейна A.A. М.: 1989. С. 100-117.

26. Eichhorn H.K. Astronomy of Star Positions. Frederick Ungar. New York. 1974.

27. Mapping the Sky — Past Heritage and Future Directions // IAU Symposium 133, Paris, France, June 1-5, 1987 / Debarbat S., Eddy J.A., Eichhorn H.K., Upgren A.R. (Eds.). Kluwer Academic Publishers. Dordrecht. 1988.

28. Wayman P.A. The Grubb Astrographic Telescopes, 1887 — 1896. // IAU Symposium 133 «Mapping the Sky — Past Heritage and Future Directions», Paris, France, June 1-5, 1987 / Debarbat S., Eddy J.A., Eichhorn H.K., Upgren A.R. (Eds.) Kluwer Academic Publishers. Dordrecht.

29. Photographische Himmelskarte. Zone +31 bis +40 deg. Declination. Band I-VII. Publ. Astrophys. Obs. zu Potsdam, 1899-1915.

30. Куимов K.B. Редукция Астрографического каталога «Карты неба». / Дисс. докт. физ.-мат. наук. М.: ГАИШ МГУ. 1998.

31. Astrographic Catalogue 1900.0, Potsdam-Oxford Section. V. I. P. 1. Paris. 1953.

32. Бугославская E. Я. Фотографическая астрометрия. M: Гостехиздат. 1947.

33. Гуреева Е.Ю. О фотометрических системах Астрографического каталога. // О четырехмиллионном каталоге звезд. / Под ред. Гуляева А.П., Нестерова В.В. М.: Изд. Московского Университета. 1992. С. 43.

34. Куимов КВ. О составлении машинно-читаемой версии Астрографического каталога // О четырехмиллионном каталоге звезд. / Под ред. Гуляева А.П., Нестерова В.В. М.: Изд. Московского Университета. 1992. С. 27.

35. Кузьмин А.В. Верификация данных Астрографических Каталогов на магнитных носителях. // О четырехмиллионном каталоге звезд. / Под ред. Гуляева А.П., Нестерова В.В. М.: Изд. Московского Университета. 1992. С. 37.

36. Lasker В. М., SturchC. R., McLean В. J., Russell J. L., Jenkner H., SharaM. M. The Guide Star Catalog. I - Astronomical foundations and image processing. // Astron. J. V. 99 (1990). P. 2019.

37. Russell J. L., Lasker В. M., McLean В. J., SturchC. R., Jenkner H. The Guide Star Catalog. II - Photometric and astrometric models and solutions. // Astron. J. V. 99 (1990). P. 2059.

38. JenknerH., LaskerB.M., SturchC. R., McLeanB. J., SharaM. M., RusselJ. L. The Guide Star Catalog. Ill — Production, database organization, and population statistics. // Astron. J. V. 99 (1990). P. 2082.

39. Куимов КВ., Кузьмин А.В., Нестеров В.В. Редукция Астрографического каталога «Карты неба» в систему ICRS/Hipparcos. // Известия РАН. Серия физическая. Т. 62 (1998). №9. С. 1780.

40. Eichorn Н.К. Ueber die Reduktion von photographischer Sternposition und Eigenbewegungen. // Astron. Nachr. 1960. V.285. P.233.

41. СеберД. Линейный регрессионный анализ. М.: Мир. 1980.

42. Corbin Т.Е., Urban S.E. Astrographic Catalogue Reference Stars. U.S. Naval Observatory. Washington. 1991.

43. Corbin Т. E., Urban S. E. Proper Motions Of The Northern Astrographic Catalog Reference Stars // Star Catalogues: A Centennial Tribute To A. N. Vyssotsky / A. G. Davis Philip, Upgren A. R. (Eds.). L. Davis Press. Schenectady. P. 59 (1989).

44. Куимов КВ. Выбор опорного каталога для редукции пластинок «Карты неба» // Астрон. Ж. 1997. Т.74. № 3. С. 342.

45. Lindegren L., Roser S., Schrijver Н., Lattanzi M.G., Van Leeuwen F., Perryman M.A.C., Bernacca P.L., Falin J.L., Froeschle M., Kovalevsky J., Lenhardt H., Mignard F. A comparison of ground-based stellar positions and proper motions with provisional Hipparcos results. // Astron. Astrophys. V. 304 (1995) P. 44.

46. ХудсонД. Статистика для физиков. М.: Мир. 1970. 296 с.

47. Киселев А.А. Теоретические основания фотографической астрометрии. М.: Наука. 1989.

48. Wald A. Fitting of straight lines if both variables are subject to errors. // Ann. Math. Statistics. V. 11 (1940) P. 284.

49. Melbourne Astrographic Catalogue 1900.0, v. I—VIII. Melbourne-Sydney-Paris. 19261963.

50. Baldwin J.M. Melbourne Astrographic Catalogue 1900.0. Vol. I. H.J. Green Gov. Printer. Melbourne. 1926.

51. Catalogue photographique du Ciel, Observatoire d'Algier. V. I-VII. Paris. 1913.

52. Trepied M. Ch. Catalogue Photographique du Ciel 1900, Observatoire d'Alger. Vol. I. Gauthier-Villars. Paris. 1903.

53. Astrographic Catalogue 1900.0, Hyderabad section. V. I-VII. Edinburgh. 1918-1930.

54. Pocock R.J. Astrographic Catalogue 1900.0, Hyderabad Section. Vol. I.. Neill & Co. Edinburgh. 1918.

55. Климатический справочник зарубежной Азии. Часть 1. Континентальные районы. JI.: Гидрометеоиздат. 1974.

56. Catalogo Astrofotografico Internazionale 1900.0. V. I—VIII. Catania. 1911-1942.

57. Ricco A. Catalogo Astrofotografico Internazionale 1900.0, Zona di Catania. Vol. V, Parte I, Vol. VI, Parte I. Reale Tipografía Cav. N. Gianotta. Catania. 1909.

58. Luyten W.J. New Luyten Catalogue of Stars with Proper Motions Larger than Two Tenths of an Arcsecond. University of Minnesota. Minneapolis (1979).

59. Luyten W.J., Hughes H.S. Proper Motion Survey with the Forty-Eight Inch Schmidt Telescope. LV. First Supplement to the NLTT Catalogue. University of Minnesota. Minneapolis (1980).

60. Warren, W. H., Jr, Sturch, C. R, Lasker, В. M, Jahreiss, H., Luyten, W. J. A digitized version of the NLTT Catalogue of proper motions. // Astron. J. V. 97 (1989). P. 1480.

61. Urban S. E., Cor bin Т. E., Wycojf G. L„ Martin J. C., Jackson E. S., Zacharias M. I., Hall D. M. The AC 2000: The Astrographic Catalogue on the System Defined by the Hipparcos Catalogue. //Astron. J. 115 (1998).P. 1212.

62. Urban S. E„ Corbin T. E„ Wycojf G. L. The ACT Reference Catalog. // Astron. J. V. 115 (1998). P. 2161

63. Hog E. The Tycho Catalogue: Astrometry and Photometry // Hipparcos Venice'97 Symposium, May 13-16, 1997, Venice, Italy / Perryman M.A.C., Bernacca P.-L., (Eds.). ESA SP-402. P. 25.

64. Hog E. Fabricius C., Makarov V., Bastion U., Schwekendiek P., Wicenec A. Progress on the Tycho2 catalogue from Hipparcos mission. // Presentation at the International colloquium «Modern Astrometry and Astrodynamics» honouring H. Eichhorn. Vienna, May 25-26, 1998 / Kluwer Academic Press. 1998.

65. Dommanget J., Nys O. Catalogue of Components of Double and Multiple Systems. // Comm. Obs. R. de Belg. Serie A. 115.

66. Холопов П.Н., Самусь H.H., Горанский В.П. и др. Общий каталог переменных звезд. Т. 1-4. М.: Наука. 1985.

67. Кукаркин В. Б., Холопов П.Н., Артюхина Н.М. и др. Новый каталог звезд, заподозренных в переменности блеска. М.: Наука. 1982.

Приложение. Формат машинно-читаемой версии Опорного каталога Тихо

В приведенной ниже таблице описан формат машинно-читаемой версии Опорного каталога Тихо, опубликованной в Центре астрономических данных (Страсбургская обсерватория, Франция). После таблицы даны пояснения к отдельным полям каталога.

Таблица 6. Формат машинно-читаемой версии Опорного каталога Тихо.

Байты Формат поле ЕДИНИЦЫ Диапазон значений пояснения

1- 4 14 TYCID1 [1,9537] 1-я часть номера звезды каталога Тихо1

6- 10 15 TYCID2 [1,12119] 2-я часть номера звезды каталога Тихо-2

12 11 TYCID3 [1,2] 3-я часть номера звезды каталога Тихо2

14- 25 F12 .8 Radeg градусы прямое восхождение в системе ICRS на эпоху 32000

27- 38 F12 .8 Dedeg градусы Склонение в системе ICRS на эпоху 32000

40- 45 F6. 1 pmRA миллисекунды дуги [-212.7,210.1] годичное собственное движение по прямому восхождению, ¿IcfiOsCS)

47- 52 F6. 1 pmDE миллисекунды дуги [-216.6,210.6] годичное собственное движение по склонению

54- 60 F7. 2 epRA юлианский год [1923.68,1991.25] Средняя эпоха прямых восхождений

62- 68 F7. 2 epDE юлианский год [1934.88,1991.25] Средняя эпоха склонений

70- 74 F5. 1 e_Radeg миллисекунды дуги [1.0,117.1] Стандартная ошибка прямого восхождения на среднюю эпоху'?

76- 80 F5. 1 e_Dedeg миллисекунды дуги [1.0,117.1] Стандартная ошибка склонения на среднюю эпоху'?

82- 85 F4. 1 e_pmRA миллисекунды дуги [1.6,24.0] Стандартная ошибка собственного движения по прямому восхождению

87- 90 F4. 1 e_pmDE миллисекунды дуги [1.6,24.1] Стандартная ошибка собственного движения по прямому восхождению

92- 97 F6. 3 ВТ [0.312,13.086] Звездная величина тихо Вт3

99- 103 F5, ,3 е_вт [0.001,0.3] Стандартная ошибка звездной величины Вт3

105- 110 F6. .3 VT [0.283,12.384] Звездная величина Тихо Vt3

121 11 q_pm [0,9] Флаг качества собственного движения5

Таблица 6 (продолжение)

Байты Формат поле Единицы Диапазон значений пояснения

112- -116 F5. 3 e_VT [0.001,0.3] Стандартная ошибка звездной величины Vt3

118- -119 12 Num [2,13] Число положений, использованных для вывода собственного движения4

123- -128 16 HD [1,359021] Номер HD (из каталога тихо)

130- -135 16 HIP [1,120404] номер Hipparcos (из каталога тихо)

136- -137 А2 CCDM идентификатор компонента по каталогу CCDM (из каталога Тихо)5

139- -144 F6. 2 Plx миллисекунды дуги [0.52,202.69] параллакс (для звезд каталога Hipparcos)7

146 Al dupflg [ DS] Флаг двойственности*

147 Al varflg [ V] Флаг переменности5

148 Al ACTflg [ тх] Флаг результатов сопоставления с каталогом ACT-*0

Примечания

1. Схема нумерации звезд каталога Тихо заимствована из каталога гидировочных звезд космического телескопа им. Хаббла (HST Guide Star Catalogue, GSC, [38]). Составные части номера имеют следующий смысл:

• TYCID1 — номер площадки GSC;

• TYCID2 — номер звезды в площадке;

• TYCID3 — номер компонента.

2. Стандартные ошибки прямого восхождения и склонения относятся к соответствующим средним эпохам. Оценку стандартной ошибки на произвольную эпоху Т можно получить по стандартным формулам:

°lÁT) = crUToa) + a2JT-Toaf

Ma*

<?¡(T) = cr2s(ToS) + a2JT-Toó)2

3. Звездные величины Вт и VT и их стандартные ошибки заимствованы из каталога Тихо. Для приближенного перевода звездных величин из системы Тихо в систему UBV можно воспользоваться следующими формулами:

Vj =VT -0.090(BT -VT) (B-V)j =0.850(BT-VT)

(Более точное преобразование и подробное обсуждение этого вопроса см. в [9, том I,

§1.3],

4. Число отдельных наблюдений, использованных для вывода собственного движения, заключено в пределах от 2 до 13 (учитываются число наблюдений звезды в Астрографическом каталоге и одно положение из каталога Тихо). Собственные движения 20183 звезд (2.03% звезд каталога) выведены по двум наблюдениям — это звезды Тихо, наблюденные в Астрографическом каталоге всего один раз. Собственные движения остальных звезд выведены по трем и более наблюдениям.

5. Флаг качества собственного движения представляет собой целую часть удвоенного отношения полученной оценки точности компонента собственного движения к его ожидаемой точности (см. §3.2.1). Флаги вычислены отдельно для каждого из компонентов собственного движения; в каталоге приведено максимальное из двух значений.

Значение, превышающее 6, может свидетельствовать о неуверенном определении собственного движения, вызванном ошибками отождествления или другими причинами. Число таких звезд — 1.51%.

Флагом '9' помечены 2810 звезд, собственное движение которых отличается от приведенного в каталоге Hipparcos более чем на 6 суммарных (в среднеквадратиче-ском) стандартных ошибок.

6. Обозначение компонента по каталогу компонентов кратных и двойных систем (Components of Double and Multiple Systems Catalogue, CCDM, [65]) приведено только для звезд каталога Hipparcos. Оно заимствовано из каталога Тихо.

7. Параллакс, заимствованный из каталога Hipparcos, приведен только в тех случаях, когда он превышает стандартную ошибку. Отметим, что параллаксы из каталога Hipparcos не использовались при выводе собственных движений Опорного каталога Тихо.

8. Флагом двойственности помечено 16 587 звезд, двойственность которых была установлена или заподозрена при обработке наблюдений эксперимента Тихо.

9. Флагом переменности помечено 18 505 звезд, переменность которых известна из каталогов переменных звезд [66, 67] или установлена при обработке наблюдений эксперимента Тихо.

10. Флаг отражает результаты сравнения собственных движений звезд Опорного каталога Тихо с собственными движениями тех же звезд в каталоге ACT (см. §4.3). Значения флага имеют, следующий смысл:

• '': звезда Опорного каталога Тихо присутствует в каталоге ACT, причем собственные движения в двух каталогах различаются не более чем на 10 миллисекунд дуги в год по обоим координатам;

• Т: звезда присутствует в Опорном каталоге Тихо и отсутствует в каталоге ACT (39 892 звезд);

• 'X': звезда присутствует в обоих каталогах, однако собственные движения в двух каталогах различаются более чем на 10 миллисекунд дуги в год по какой-либо из координат (19 104 звезд).