Астрометрия: измерване на позиции, паралакс и правилно движение на звезди

Астрометрия: прецизни методи за измерване на позиции, паралакс и правилно движение на звезди — научете как се определят разстоянията в парсеци и близките звезди.

Астрометрията е част от астрономията, която се занимава с измерване на позициите и движението на обекти в пространството, като например звезди. Основните задачи на астрометрията са точното определяне на положенията на небесни обекти, изчисляване на разстоянията до тях и описване на тяхното движение спрямо наблюдателя. Двата основни начина за измерване на тези обекти са правилното движение и паралаксът.

Правилното движение е промяната на позицията на даден обект с течение на времето, когато се наблюдава от Земята. Подобно на всичко друго, което се движи, правилното движение на звездата се измерва, като се гледа към едно и също място в различни моменти и се вижда колко се е преместила звездата. Разликата при звездите е, че от Земята те се движат много бавно, така че трябва да измерваме в дъгови секунди за година. Когато една звезда има голямо правилно движение, това обикновено означава, че тя е наблизо. Звездата на Барнард, звездата с най-голямо правилно движение, се премества само на 1 градус по небето (3600 дъгови секунди) за 348 години.

За по-голяма яснота: правилното движение обикновено се дава в единици дъгови секунди на година (arcsec/yr). В практиката често се използват и по-малки единици — милидъгови секунди (mas, 1 mas = 0.001 arcsec) и микродъгови секунди (μas). Правилното движение има две компоненти — проекции спрямо екваториалната координатна система (в рамките на право изкачение и склонение) — и общата му стойност дава ъгловата скорост по небето. За преобразуване в тангенциална скорост (в km/s) се използва формулата: vt = 4.74 * μ * d, където μ е правилното движение в arcsec/yr, d е разстоянието в парсеци, а vt е тангенциалната скорост в km/s. Комбинирайки това с доплерово измерената радиална скорост, астрономите получават пълния триизмерен вектор на движението на звездата.

Паралакс и измерване на разстояния

Паралаксът е видимата разлика в положението на даден обект, когато се вижда от две или повече различни места. Когато обектът се вижда от друго място, се появява нова зрителна линия, която преминава от зрителя към обекта, показвайки различен фон в далечината. Паралаксът се измерва с помощта на ъгъла между двете линии на виждане.

В астрономията най-често се говори за годишен (абсолютен) паралакс — ъгловата полувисочина на годишния цикличен преместване на звездата, причинено от движението на Земята около Слънцето. Практически това означава, че наблюдаваме една и съща звезда в различни сезони (обикновено на шест месеца разлика), за да измерим ъгъла на изменение. Ако п е годишният паралакс в дъгови секунди, разстоянието d в парсеци се дава от простото отношение d = 1 / p. Тази дефиниция дава и естествената единица парсек: парсек е разстоянието до звезда, чийто годишен паралакс е равен на 1 дъг. сек. (приблизително 3,26 светлинни години).

Паралаксът може да се използва и за измерване на разстоянията до най-близките няколко хиляди звезди. Тези разстояния се измерват в парсеци, които се равняват на около 3,26 светлинни години. Ограничението идва от факта, че ъгълът на паралакса става много малък при големи разстояния — за разстояние 1000 парсека паралаксът е само 1 милидъгова секунда (1 mas). За да се достигне до звезди на хиляди парсеци, са необходими измервания с прецизност в мили- или микро-ъглови секунди.

Практически аспекти: наблюдение и инструменти

• История: първото убедително измерване на паралакс е извършено от Фридрих Бесел за двойната звезда 61 Cygni през 1838 г. То доказва, че звездите не са на еднакво, безкрайно разстояние.
• Наземни техники: фотографски методи, CCD-камери и адаптивна оптика позволяват точни измервания, но са ограничени от атмосферните турбуленции и референтната рамка.
• Интерферометрия и VLBI: с тези техники се постигат високи ъглови резолюции, особено за радиоизточници, и позволяват измервания с микродъгови секунди точност.
• Космически мисии: данните от сателити като Hipparcos (край 20. век) и по-новата мисия Gaia правят революция в астрометрията, осигурявайки милиони и милиарди прецизни паралакси и правилни движения с точности до микродъгови секунди при най-ярките обекти.

Приложения и ограничения

Астрометрията е основа за много области в астрономията и астрофизиката:

• Изграждане на триизмерни карти на Млечния път и изучаване на динамиката му.
• Калибриране на стандартни свещи и скала на космологичните разстояния.
• Откриване на астрономически обекти чрез малки аномалии в позицията — например екзопланети (астрометрично проявление) или тесни звезди-спътници.

Ограниченията включват систематични грешки от инструмента, атмосферни ефекти при наземни наблюдения, неопределености в референтните каталози и необходимостта от дълги времеви бази за точни измервания на правилното движение. Комбинирането на различни техники и дългосрочни мисии минимизира тези проблеми.

Примери и числа

За илюстрация:

• Звездата на Барнард има изключително голямо правилно движение — около 10.3 дъгови секунди на година (≈ 1° за ~348 години) — и паралакс приблизително 0.545 дъгови секунди, което дава разстояние около 1.83 парсека (≈ 5.96 светлинни години).
• Hipparcos е измерил паралакси и правилни движения за над 100 000 звезди с точности около единични милидъгови секунди, докато Gaia в своите каталози дава паралакси и движения за милиарди звезди с точности от по-малко от милидъгова до микроъглова секунда при най-ярките случаи.

В заключение, астрометрията предоставя фундаментални данни за разстоянията и кинематиката на звездите. Съвременните инструменти и космически мисии продължават да подобряват прецизността, разширявайки нашето разбиране за структурата и еволюцията на Вселената.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява астрометрията?

В: Кои са двата основни начина за измерване на тези обекти?

В: Как се измерва правилното движение?

Въпрос: Как действа паралаксът?

Въпрос: Коя звезда има най-голямо правилно движение?

Търсене по буква