Системы координат в астрономии.

Изучение космических объектов в той или иной степени связано с двумя проблемами астрономии - проблемой точного определения положения небесного тела в определенной системе координат на заданный момент времени и проблемой обработки наблюдений этого объекта.

Для решения этих задач надо знать не только закон движения небесного объекта, но и законы по которым выбранная система координат меняет свою ориентацию в пространстве. Необходимо путем подходящего преобразования координат найти систему отсчета, в которой уравнения движения объекта имеют наиболее простую форму.

Одна из основных проблем астрометрии или позиционной астрономии - найти наиболее инерциальную систему отсчета. Решают эту проблему составляя астрономические каталоги - список избранных астрономических объектов (звезд или сейчас квазаров) с их едиными точными положениями и собственными движениями отнесенными к единой системе. Астрономические каталоги воплощают систему координат на небесной сфере и сохраняют эту систему в течении некоторого времени.

Один из самых старых астрономических каталогов был составлен древнегреческим астрономом Гиппархосом (127 г. до Р.Х.) и содержал $\sim$ 1000 звезд. Наиболее известным каталогом составленным античными астрономами является каталог К. Птоломея, он пользовался широкой популярностью и переиздавался много раз.

Современные каталоги возникли уже в новое время в связи с появлением новых принципов наблюдений и новых астрономических инструментов. Точность определения положения отдельных объектов современных каталогов доходит до $\sim$ 100 микросекунд дуги, или в терминах безразмерных величин $\sim 10^{-10}$ . Однако каталоги объектами которых являются звезды нашей Галактики не являются стационарными. Звезды движутся, они меняют свое видимое положение на небесной сфере, меняются угловые расстояния между ними со временем - это является недостатком любого каталога. Для того чтобы свести такие явления к минимуму необходимо выбирать как можно более далекие объекты. Грубо говоря, их уголовая скорость обратно пропорциональна расстоянию до них и чем дальше объект, тем меньше его угловая скорость. В качестве объектов радиоастрономических каталогов, например, выбирают квазары - наиболее удаленные объекты нашей Вселенной. Излучение этих объектов наблюдают в радиодиапазоне, возникают радиокаталоги.

Однако для многих целей удобнее иметь оптические каталоги. Квазары - очень слабые небесные объекты. Их звездная величина не превышает . Напомним, что невооруженным глазом человек видит не звезду не слабее чем . Приходится составлять каталоги содержащие яркие звезды нашей Галактики.

Недавно были завершены работы над одним из самых грандиозных астрономических проектов. Этот проект назывался "Карта неба". Чуть - чуть истории. Человечество развивается очень быстро, по сравнению с астрономическими масштабами времени. Технология, в частности астрономических наблюдений, модифицируется тоже очень быстро. Фотография, к которой человечество уже привыкло, а кое в каких областях фотография стала сменяться уже цифровыми методами записи видеоинформации, на самом деле изобретение недавнее. В астрономию фотографический метод прочно проник только в прошлом веке. Точнее, к середине XIX века стало понятно, что фотопластинки (не фотопленки! Их тогда не знали) могут с успехом использоваться в астрометрических измерениях. На фотопластинках мсожно было одновременно зафиксировать положения всех достаточно ярких звезд на площадке в несколько небесных градусов. Два сатронома из Парижской обсерватории Поль и Проспер Анри изготовили прибор (телескоп), позже названный "нормальным астрографом". На нем можно было за час экспозиции получить изображение неба, содержащее все звезды вплоть до на площадке $2^{\circ}\times 2^{\circ}$ .

После успеха первых экспериментов, Д.Гилл - директор обсерватории Мыса Доброй Надежды и А.Муше - директор Парижской обсерватории выдвинули проект полного обзора всего неба фотографическим методом.

Проект такого масштаба можно было осуществить только международными усилиями. В 1887 г. в Париже был собран конгресс астрономов из многих стран. Своих представителей прислали все цивилизованные страны: Россия, Франция, Германия, Великобритания, США и другие. Конгресс единогласно одобрил идею проекта и распределил работу.

Первые измерения были выполнены уже в 1891 г.,а первый том с результатами работы увидел свет в 1902 г. В адльнейшем работы растянулись на многие годы. Последний из 254 томов вышел в 1964 г. Было экспонировано свыше 20 000 фотопластинок.

После наступления эры электронно вычислительной технике встала проблема переноса информации на электронные носители информации. Необходимо было измерить все фотопластинки и перенести их на магнитные носители информации.

За эту работу брались неоднократно, первыми ее попытались выполнить английские астрономы, затем американские, но все их попытки по разным причинам потерпели неудачу.

Успех сопутствовал российским астрономам из Государственного астрономического института им.П.К.Штернберга Московского государственного Университета (ГАИШ МГУ) под руководством выдающегося российского астронома В. В. Нестерова. С августа 1988 г. по февраль 1990 г. (к столетию начала работ по проекту "Карта Неба") работа по переносу фотографических данных на магнитные носители была завершена.

Работы по этому проекту ведутся до сих пор. Обработка такого коллосального массива информации, его осознание - это процесс длительный. Как говориться, работы хватит на несколько поколений астрономов. Впервые в мире получен однородный ряд наблюдений охватывающий несколько поколений астрономов, длительностью в сто лет!

Другой астрономический проект, осуществленный уже в наше время - астронметрический спутник в космическом пространстве. Это европейский прект HIPPARCOS. Этот спутник измерил положения полумиллиона звезд с точностью в несколько миллисекунд дуги. Такие измерения позволили определить параллаксы для многих звезд, калибровать шкалу расстояний самым надежным методом - методом тригонометрических параллаксов.

Что же дальше? Астрономия приближается к естественному пределу астрометрической точности, определяемой нестационарной кривизной нашего пространства - времени. Совместными усилиями астрономы ведущие наземные наблюдения и космические наблюдения надеются достигнуть точности в несколько микросекунд дуги.

Российские астрономы вкладывают свои усилия в международную кооперацию. Изучается предельная точность координатных систем, связь различных систем координат между собой. Проблем, которые возникают в ходе научной работы, множество. Например: радиотелескоп, который измеряет положения радиозвезд или квазаров, стоит на Земле. В последние годы стало известно, что поверхность Земли нестационарна. Материки движутся. Координаты пунктов на Земле меняются. Меняются они не только из-за движения материков. Это - вековые изменения. есть еще изменения и другой природы. Погода в том месте, где установлен телескоп меняется. Давление атмосферы "скачет" неравномерно. Давление атмосферы действует на грунт, меняя его положение относительно т.н. среднего уровня. Изменения эти - миллиметры (конечно в зависимости от того, какя порода под ногами). Но эти миллиметры вполне измеримы современными способами, более того, они должны учитываться в процессе наблюдений!