Гіппаркос

Відео: Hipparcos - Video Learning - WizScience.com

Гіппаркос (Hipparcos - акронім від англ. HiGH Precision Parallax Collecting Satellite - супутник для збору високоточних паралаксів) - космічний телескоп Європейського космічного агентства (ЄКА), призначений для астрометричних завдань: вимір координат, паралаксів і власних рухів світил і відстаней до них. Назва телескопа співзвучна з ім`ям давньогрецького астронома Гіппарха (грец ), який склав перший в Європі зоряний каталог.

Супутник був запущений в серпні 1989 року і він функціонував до березня 1993 року. Отримав код обсерваторії «248». Протягом 37 місяців роботи була зібрана інформація про більш ніж мільйона зірок. Успіх програми дозволив збільшити точність вимірювань в астрономії на порядок, а для багатьох об`єктів - на два порядки.

Історія

Задум високоточного вимірювання паралаксів зі штучного супутника був запропонований ще 1966 році французьким астрономом П`єром Лакрутом (фр. Pierre Lacroute).

Основні переваги спостережень з космосу:

відсутність впливу атмосфери, розмиває зображення;
мінімізація гравітаційного і температурного впливу на інструменти, який призводить до їх викривлення;
видимість всього неба одночасно, що дозволяє пов`язувати спостереження в різних частинах всієї небесної сфери. Зокрема, можна отримати паралакси, які є абсолютними, а не відносними (з невідомої нульовою точкою);
однорідність спостережень (одним інструментом, в однакових умовах) на всій небесній сфері, що є надзвичайно важливим для порівняльних досліджень;
Пропозиція було надано із значним випередженням на розвиток технологій. Однак члени наукової ради ЄКА здійснили детальний розгляд пропозиції, попереднє обчислення результатів, доповнення проекту деталями. 1980 року ЕКА розпочала роботу безпосередньо з реалізації проекту.

Устаткування і завдання

Космічний апарат складався з двох платформ і шести вертикальних панелей. Всі вони були виготовлені з алюмінієвих стільникових конструкцій. Сонячні батареї складалися з трьох секцій, разом генерували потужність близько 300 Вт. Дві антени були розташовані зверху і знизу апарату. Вони забезпечували вивантаження даних зі швидкістю до 24 Кбіт / сек. Підсистема орієнтації і управління орбітою, що складалася з гідразіновіх двигунів для орбітальних маневрів тягою 5 Ньютоновий), двигунів на зрідженому газі для системи орієнтації (тягою 20 міліНьютонів) і гіроскопів, забезпечувала правильне динамічне орієнтування протягом всієї життєдіяльності корабля.

Оптична система являла собою катадіоптрічній (дзеркально-лінзовий) телескоп системи Шмідта з апертурою 29 см і фокусною відстанню 140 см. Його маса становила близько 500 кг. Перед об`єктивом було розташовано два плоских дзеркала, які поєднували в поле зору (близько 1 ° 1 °) дві ділянки неба на відстані 58 ° друг від друга.

Поблизу фокальній площині телескопа було встановлено сітку, що складалася з 2688 прозорих і непрозорих смуг з періодом 8,2 мкм (1,208 кутової секунди). Позаду сітки знаходиться електронний перетворювач зображення (фотоелектронний помножувач) з полем зору близько 38 кутових секунд в діаметрі, перетворював модулированное світло на послідовність імпульсів (з частотою дискретизації 1200 гц).

Вхідний каталог Hipparcos

Супутник мав спостерігати зірки по заздалегідь визначеним переліком. Цей перелік створений так званим вхідним каталогом Hipparcos (англ. Hipparcos Input Catalogue). Вхідний каталог був підібраний консорціумом INCA (англ. InPut Catalogue Consortium) протягом 1982-1989 років, закінчений перед стартом і опубліковано в паперовому та електронному вигляді. Хоча він повністю замінений за результатами супутникових спостережень, проте містить корисну інформацію про компонент кратних систем таку як добірка радіальних швидкостей і спектральних типів, які не спостерігалися супутником, і, відповідно, не були включені в остаточний каталогу Hipparcos.

Обмеження загального часу спостережень і однорідності розташування зірок на небесній сфері призвели до того, що вхідний каталог містив близько 118 тисяч зірок. Він поєднував дві частини:

дослідження приблизно 58 тисяч об`єктів, найбільш повно задовольняли наступному обмеження зоряної величини:
V lt; 7.9 + 1.1 sin (b) для спектральних класів, створених раніше за G5 (b - емісійна довгота);
V lt; 7.3 + 1.1 sin (b) для спектральних класів, більш пізніх по G5
додатково вибрані зірки згідно наукових інтересів, не слабкіше 13m. Вони були обрані серед майже 200 пропозицій (наданих на Запрошення пропозицій, яке було видано ЕКА 1982 роки) і пріоретізованіх Науковим комітетом відбору пропозицій за консультаціями по консорціумом INCA.
Цей вибір був балансом між первинними науковими інтересами і обмеженнями місії (спостережувана зоряна величина, загальний час спостережень, вимоги однорідності на небі).

експеримент Tycho



При розробці проекту вчені запропонували використовувати зоряний картограф (англ. Star-mapper), який використовували для орієнтування супутника в просторі і спостереження за роботою основного телескопа, з науковою метою. Цей експеримент отримав назву Tycho (в честь датського астронома Тихо Браге) ..

Додаткові фотоелектронні помножувачі зверталися (через світлоподілювач в оптичному шляху) зображення в зоряному картографів. Метою спостереження за цією програмою було близько 400 000 зірок.

Запуск та експлуатація

Запуск супутника відбувся 8 серпня 1989 року з космодрому Куру (Гвіана). Супутник виведений на орбіту ракетою-носієм «Аріан». За відмови двигуна незабаром після старту супутник ні виведений на заплановану геостаціонарну орбіту, він виявився на перехідній, дуже витягнутій еліптичній орбіті (перигей - 200 км, апогей - 36500 км, ексцентриситет - 0,7, нахил - 6,89 °). 14 вересня точку перигею вдалося підняти до 500 км. Експеримент не було припинено, оскільки вести спостереження можливо було і в таких умовах. Для цього була змінена система орієнтації супутника і задіяні дві додаткові станції наземного спостереження. Правда, орбіта регулярно перетинала радіаційні пояси Землі і спостереження в них фактично губилися (близько третини часу).

Орієнтація корабля щодо його центру мас контролювалася за допомогою сканування небесної сфери і здійснювалася підтриманням постійного нахилу між віссю обертання і напрямком на Сонце. Космічний корабель обертався навколо своєї Z-осі зі швидкістю 11,25 оборотів на добу (168,75 кутових секунд в секунду) під кутом 43 ° до Сонця. Z-вісь оберталася навколо лінії супутник-Сонце зі швидкістю 6,4 обороту на рік.

Спостереження відбувалися згідно з тим, як супутник обертався і зірки потрапляли в зону чутливості детектора.

Часте перетин радіаційних поясів прискорило деградацію деяких компонент супутника і вимірювальної апаратури, 1992 года призвело до зупинки роботи на три місяці, а в березні 1993 експеримент був достроково припинений.

Супутником було скоєно понад 3 млн. Спостережень за основною програмою, якою охоплено майже всі зірки до 8,5 зоряної величини, і кілька десятків мільйонів спостережень за додатковою програмою.

Точність основного експерименту до його початку було оцінено як 2 кутові мілісекунди (mas), реально отримана для більшості зір виявилися кращими - близько 1 mas.

Допоміжної апаратурою було зібрано фотометричні і астрометричні дані всіх зірок приблизно до 11m. Ці виміри були зроблені в двох спектральних смугах, які приблизно відповідають B і V в фотометрической системи Джонсона. Розташування цих зірок визначені з точністю до 0,03 "(хоча це в 25 разів гірше, ніж для зірок головної мети, однак в кілька разів перевищує можливості наземних телескопів.

Обробка даних

Обробка спостережень проводилася незалежно двома міжнародними консорціумами в складі близько 100 астрономів і вчених (в основному з інститутів європейських країн - членів ЄКА): «північним» (NDAC - Northern Data Analysis Consortium - країни Скандинавії та Північної Європи) і «Південь» (FAST - Франція, Італія та ін.) і тривала до серпня 1996 року. Аналізувалися близько 1000 Гбіт даних, зібраних протягом 3,5 років, було охоплено комплексною системою перевірки і підтвердження.

Детальна модель калібрування зокрема містила перетворення небесних координат в інструментальні. Виправлення спеціальної теорії відносності (аберація світла) враховували швидкість супутника. Досить значними були ефекти загальної теорії відносності. Наприклад, викривлення світла в напрямку 90 ° до екліптики становив близько 4 кутових мілісекуд. Відхилення, що залишилися, були проаналізовані з метою встановити відмінності із загальною теорією відносності. Ніяких істотних відмінностей виявлено не було.

Астрометричні параметри обчислено за результатами рішення лінеаризованих рівнянь в приватних похідних методом найменших квадратів.

Аналіз даних, зібраних зоряним картографом, здійснювався консорціумом TDAC (Ticho Data Analisis Consortium) з незалежної перевіркою деяких результатів редукції консорціумом NDAC.

Каталоги

Остаточні результати роботи було порівняно та об`єднані і опубліковані у вигляді двох каталогів: однойменного проекту каталогу Hipparcos і каталогу Tycho (за результатами відповідного додаткового експерименту). Каталоги було випущено в друкованому та електронному вигляді в червні 1997 року. Друкована версія складалася з 16 томів і містила власне каталоги, документацію, що описує зміст обох каталогів, характеристики супутника, алгоритми обробки даних. Електронна версія містилася на шести компакт-дисках, зібраних у вигляді 17-го тому.

Остаточний каталог Hipparcos містить 118 324 зір із середньою точністю краще, ніж 0,001 кутова секунда (1 кутова мілісекунда). Для зірок каталогу Hipparcos наводяться наступні параметри:



астрометричні:
небесні координати в ICRS (2 параметри);
власне рух (2 параметри);
паралакс;
фотометричні:
зоряні величини (в променях B і V);
Точність вимірювання паралаксів дозволила істотно уточнити відстані до зірок. За результатами експерименту для 20 000 зір відстані стали відомі з похибкою менш 10%, а для: 49 000 - не більше 20%.

Обробка спостережень тривала і після опублікування основного результату. Більш глибокий аналіз даних зоряного картографа дозволив отримати з потоку даних додаткові слабкі зірки. У поєднанні зі спостереженнями на старих фотопластинках, зроблених протягом декількох десятиліть в рамках програми Карта неба (або Астрографічній Каталог), 2000 був опублікований каталог Tycho-2, який містить понад 2,5 мільйона зірок і замінюють каталог Tycho. Він містить положення, власні рухи, зоряні величини і інші відомості. Точність розташування (для зірок 9 величини) - близько 0.05 ", власних рухів - 0.002-0.003 / рік.

Каталог Hipparcos не має аналогів для застосування в практичних завданнях, що вимагають високої астрометричної і фотометричної точності на відповідних полях зору (близько градуса) і в відповідному діапазоні зоряних величин (до 9m). Він не повністю універсальний - в сучасній астрономії є завдання, які використовують менше поля зору (кілька кутових хвилин), в якому присутні лише тьмяні зірки (10m-20m). Тому каталог Tycho-2 підходить для більшої кількості завдань, ніж Hipparcos, хоча і має меншу точність.

Каталоги Hipparcos і Tycho побудовані таким чином, що їх система відліку збігається (в межах точності спостережень) з Міжнародної небесної системи координат (ICRS) і час закінчення каталогу (1996 рік) є найкращою. Незабаром після публікації Міжнародний астрономічний союз рекомендував використовувати каталог Hipparcos як опорну координатну систему. З числа об`єктів каталогу були виключені подвійні зірки, деякі змінні зірки і ті, щодо яких є сумніви в їх точності. Отримана опорна система координат називається HCRF (англ. Hipparcos Celestial Reference Frame). Вона визнана реалізацією ICRS в оптичному діапазоні.

На основі каталогів Hipparcos і Tycho-2 було підготовлено ряд Атласов зоряного неба.

результати місії

З урахуванням наукової діяльності, пов`язаної із здійсненням спостережень та обробкою даних, вартість місії Hipparcos склала близько 600 мільйонів євро. До неї було залучено близько 200 європейських вчених і понад 2000 працівників промисловості.

Коротко результати місії HIPPARCOS можна викласти так:

визначені п`ять астрометричних параметрів (небесні координати, паралакс, власне рух) близько 120 тисяч зір з точністю, що перевищує точність наземних спостережень в 100 разів;
визначені два астрономічні параметри (небесні координати) близько мільйона зірок з точністю, що перевищує точність наземних спостережень в 5-10 разів;
для того ж мільйони зір визначені фотометричні параметри (зоряні величини) в двох променях (B і V) системи UBV. Точність цих спостережень дещо поступається кращим наземним спостереженням, але вони представлені в єдиній (однорідної) фотометричні системи і рівномірно охоплюють все небо. Спостереження в єдиній фотометрической системи для такої кількості зірок виконано вперше.
відкрито понад 8000 змінних зірок і понад 3000 подвійних зірок;
створений новий фундаментальний каталог, а також два інших додаткових каталоги, що задовольняють багатьом завданням астрономії набагато краще, ніж каталоги, створені на основі наземних спостережень
Деякі результати є не тільки точними, але і принципово новими. Наприклад, певні паралакси є абсолютними, а не відносними, як під час спостережень із Землі.

За важливістю результатів для астрометрії експеримент отримав оцінку як видатна віха в історії астрономії.

«Тепер історія астрометрії ділиться на до і після Гіппарківські періоди ...»
- А.С. Харін, Головна астрономічна обсерваторія Академії Наук України,

За даними бібліографічної системи NASA (NASA Astronomical Data Service) до запуску супутника опубліковано калькасот статей, що містять обговорення проекту (програму спостережень, математичні моделі, розрахунок очікуваної точності і т.п.). Зараз в цій системі знаходиться близько 2000 статей зі словом «Hipparcos» в назві та близько 5000 - зі словом «Hipparcos» в резюме.

Таким чином доведено, що в дуже дорогому, але добре спланованованому експерименті можна отримати результати, які починають нову епоху в науці. Відбувається розробка нових проектів з намірами досягти збільшення точності точності ще в 10-100 і в стільки ж збільшити кількість охоплених спостереженнями об`єктів. Одним з таких проектів є GAIA (Global Astrometric Interferometer For Astrophysics), запуск якого запланований ЄКА на весну 2012 року.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!