Фундаментальный каталог

Это статья о фундаментальных каталогах. О серии каталогов FK (The Catalogues of Fundamental Stars) см. Фундаментальный каталог (каталог)

Фундаментальный каталог (опорный каталог) — астрометрический каталог, определяющий кинематическую систему астрономических координат (которая, соответственно, при этом называется опорной координатной системой) в диапазоне какого-либо электромагнитного излучения.

Совокупность объектов с известными координатами иногда называется реализацией фундаментальной системы координат в заданном диапазоне.

Среди астрометрических каталогов, кроме фундаментальных, различают также и рабочие — составляемые только с целью каталогизации. Такое разделение чаще всего применялось раньше, в данный момент связь между этими двумя типами в астрометрии стала минимальной.

История

Первый фундаментальный каталог был составлен еще в конце XIX века, однако, его точность не превышала точности динамической системы координат. И он, и последовавшие за ним фундаментальные каталоги в оптическом диапазоне, использовали в качестве опорных объектов звёзды. Наличие собственных движений звёзд с течением времени приводит к заметному ухудшению точности любого каталога, так как ошибка собственных движений накапливается и со временем и возрастает линейно (при современной точности астрономических наблюдений собственные движения звезд можно считать равномерными и прямолинейными, пренебрегая составляющей второго порядка). Эти причины сподвигали к постоянному обновлению и выпуску новых версий оптических фундаментальных каталогов (FK3, FK4, FK5, FK6, GC, и др.)

Существовали проекты составления обзора галактик карты неба в качестве опорных объектов фундаментальных каталогов нового поколения. Однако, идея использования галактик ещё не успела получить развития, когда уже возникла возможность следующего, лучшего решения проблемы универсализации прецензионных фундаментальных каталогов.

Этим решением стал переход к внегалактическим опорным объектам - квазарам, которые являются наиболее удалёнными (в современном понимании) объектами Вселенной. Преимуществом внегалактических объектов для создания системы координат является возможность принять равными нулю три из шести астрометрических параметров: собственные движения и параллакс. Это означает то, что два важнейших астрометрических параметра, собственно и требуемых для реализации опорного каталога, — небесные координаты объекта (например, прямое восхождение и склонение), — не меняются со временем, или, другими словами, объекты визуально не перемещаются относительно друг друга. Связывание опорной системы координат с неподвижными объектами является более предпочтительным и точным, чем с движущимися относительно друг друга объектами, поскольку учёт этих движений требует постоянного внесения поправок.

ICRS

Согласно решения Международного астрономического союза 1997 года, стандартной системой небесных координат, рекомендованной для всеобщего пользования, стала Международная небесная система координат (ICRS). Она реализована в виде двух опорных координатных систем: в радиодиапазоне (ICRF) и в видимом диапазоне (HCRF).

ICRF и HCRF

Первая реализация ICRS была построена ещё в 1995 году по результатам наблюдения 209 внегалактических радиоисточников (в основном квазаров), точные координаты которых получены на основе РСДБ наблюдений. Она получила название ICRF (англ. International Celestial Reference Frame). Это опорная координатная система в радиодиапазоне. В дальнейшем она была расширена до 608 источников.

13 августа 2009 года на съезде Международного Астрономического союза было принято решение о принятии ICRF2 — усовершенствованного варианта первоначальной системы ICRF, которая называется c того момента ICRF1. ICRF2 включает в себя обработанные данные новых наблюдений далёких радиоисточников, сделанных за годы, прошедшие с момента принятия ICRF1; кроме того, в число опорных объектов включены новые радиоисточники — в общей сложности, 3414 штук.

Поскольку система ICRF/ICRF2 определена в радиодиапазоне, системы, определенные в других диапазонах, должны быть с ней согласованы.

Такая работа была проведена для оптического диапазона после получения результатов первого удачного космического астрометрического эксперимента Hipparcos (1997). Этот каталог содержит почти все звёзды до 9^m, и некоторые более слабые. Одновременно с этим система ICRS была принята в качестве международного стандарта.
Впоследствии из числа объектов, определяющих опорную систему, было рекомендовано исключить двойные звёзды, некоторые переменные и другие звёзды, относительно которых имеются сомнения в точности данных. Полученной опорной координатной системе, которая насчитывает более 100 000 звёзд, было присвоено название HCRF.

Авторы каталога Hipparcos указывают следующие оценки возможного рассогласования системы ICRF и системы каталога Hipparcos:

• рассогласование между системой по направлению осей может составлять 0.6 mas;
• вращение одной системы координат относительно другой может составлять около 0.25 mas/год.

Требования к идеальному опорному каталогу

В настоящее время не существует опорного каталога, приближённого к идеальному. Специфика астрометрических наблюдений, используемых для составления опорных каталогов такова, что для любого каталога количество объектов будет обратно пропорционально точности измерения его астрометрических параметров. Эта обратная связь обусловлена использованием в большинстве современных каталогов нового поколения точности данных реализованного космического астрометрического проекта Hipparcos, не включившего в себя слабые звёзды (от 11^m и слабее).

Свойства опорной системы, необходимые для удовлетворения нужд современной науки:

• инерциальность;
• стабильность — незначительность изменений точности системы с течением времени;
• доступность — совпадение диапазона звёздных величин опорных объектов с динамическим диапазоном приборов, используемых при астрономических наблюдениях;
• равноточность — отсутствие значительной зависимости от звёздных величин и других характеристик опорных объектов.

Характеристики опорного каталога, соответствующего таким требованиям:

• как можно большее число опорных объектов в рабочем малом поле зрения. Нижняя оценка количества звезд в каталоге, при котором будет соблюдаться стабильное попадание в поле зрения хотя бы нескольких опорных объектов — это <math>5 \times 10^6 - 5 \times 10^7</math>. Эту оценку можно считать в целом заниженной, так как она произведена без учёта неравномерного распределения звёзд по небесной сфере, и производилась для наименьшего возможного числа опорных звезд — 4-8 звезд в поле зрения <math>10\times10</math> угловых минут. При расчёте на другие поля зрения и другие количества опорных объектов приведённая оценка может возрасти на порядок.
• диапазон звездных величин — 14^m — 22^m, плюс некоторое число более ярких объектов, нужных для удобства отождествления и сопоставления с уже существующими опорными каталогами. Для получения полной информации по ярким объектам иногда проводят специальные наблюдения со значительно меньшими значениями выдержки, чтобы иметь не передержанные изображения для точного установления координат ярких звезд. Однако неудобство работы в разных динамических диапазонах приводит к тому, что каталог чаще всего составляется по наблюдениям, проведенным в одном динамическом диапазоне,
• точность — 10-100 μas (микросекунд дуги). Современная точность наземных наблюдений достигает значения 10-100 ms (миллисекунд дуги), а точность опорной системы для получения хорошего результата должна в 10 — 100 раз превышать точность наблюдений, во избежание того, чтобы результат этих наблюдений не был испорчен ошибками опорного каталога. Современный наблюдательный материал — это наблюдения в оптическом диапазоне, причём динамический диапазон звёздных величин, с которыми необходимо работать для решения актуальных задач астрономии, имеет тенденцию к возрастанию. В силу этого, для нужд фундаментальной астрометрии требуется достигать хорошей точности именно слабых объектов.
• число определяемых астрометрических параметров — желательно иметь все шесть параметров для полноценного получения трехмерного вектора скорости объекта. Пока для большинства задач хватает четырёх параметров (без параллакса и лучевой скорости), но с достижением точности в миллисекунды дуги этого будет недостаточно.
• прямая привязка к внегалактическим радиоисточникам. Такая привязка необходима для обеспечения инерциальности системы, установления нуль-пункта для параллаксов и собственных движений, а также установления нуль-пункта координат на небе.
• фотометрические и спектральные данные объектов — необходимы как для внутренних нужд эксперимента по составлению фундаментального каталога, так и для получения самой разнообразной дополнительной информации, которую можно из них извлечь. Далеко не все каталоги содержат фотометрические данные относительно содержащихся звёзд, однако они очень желательны, так как каждый каталог будет иметь собственные уравнение яркости и уравнение цвета, которые должны быть учтены для получения более достоверной информации. Наиболее массовые каталоги имеют очень плохие фотометрические данные.
• область обзора. Для различных задач могут требоваться различные участки небесной сферы, и не всегда нужен её полный обзор. Нередко каталоги публикуют в неоконченном виде, предоставляя отдельные фрагменты неба, причём, в этом случае заранее неизвестно, состоится ли планируемая публикация более полной версии, и астроному предоставляется пользование каталогом в его, хоть и неполном, но, возможно, окончательном виде. Такие каталоги пригодны для работы, например, с объектами Солнечной системы, не выходящими за пределы определенного участка небесной сферы.
• равномерность заполнения. В любом каталоге неизбежно будут иметь место области, не содержащие опорных объектов. Это могут быть окрестности ярких звёзд, где рассеянный свет не даёт возможности точно определить координаты других звёзд, каким бы фотоприёмником мы не пользовались. Это могут быть диффузные туманности или галактики с большим угловым размером, или плотные области Млечного Пути, в которых изображения ярких звёзд перекрываются. Эти области можно заполнить звёздами, координаты которых определены другими инструментами, но при этом неизбежно влияние систематических разностей координат.

Следующий астрометрический космический проект, GAIA, запущенный в 2013 году, рассчитывает на получение в результате своей работы универсального опорного каталога из примерно миллиарда объектов, в значительной степени удовлетворяющего большинству из этих условий.

Отрывок, характеризующий Фундаментальный каталог

– Батюшки! как ты переменился! – Борис встал навстречу Ростову, но, вставая, не забыл поддержать и поставить на место падавшие шахматы и хотел обнять своего друга, но Николай отсторонился от него. С тем особенным чувством молодости, которая боится битых дорог, хочет, не подражая другим, по новому, по своему выражать свои чувства, только бы не так, как выражают это, часто притворно, старшие, Николай хотел что нибудь особенное сделать при свидании с другом: он хотел как нибудь ущипнуть, толкнуть Бориса, но только никак не поцеловаться, как это делали все. Борис же, напротив, спокойно и дружелюбно обнял и три раза поцеловал Ростова.
Они полгода не видались почти; и в том возрасте, когда молодые люди делают первые шаги на пути жизни, оба нашли друг в друге огромные перемены, совершенно новые отражения тех обществ, в которых они сделали свои первые шаги жизни. Оба много переменились с своего последнего свидания и оба хотели поскорее выказать друг другу происшедшие в них перемены.
– Ах вы, полотеры проклятые! Чистенькие, свеженькие, точно с гулянья, не то, что мы грешные, армейщина, – говорил Ростов с новыми для Бориса баритонными звуками в голосе и армейскими ухватками, указывая на свои забрызганные грязью рейтузы.
Хозяйка немка высунулась из двери на громкий голос Ростова.
– Что, хорошенькая? – сказал он, подмигнув.
– Что ты так кричишь! Ты их напугаешь, – сказал Борис. – А я тебя не ждал нынче, – прибавил он. – Я вчера, только отдал тебе записку через одного знакомого адъютанта Кутузовского – Болконского. Я не думал, что он так скоро тебе доставит… Ну, что ты, как? Уже обстрелен? – спросил Борис.
Ростов, не отвечая, тряхнул по солдатскому Георгиевскому кресту, висевшему на снурках мундира, и, указывая на свою подвязанную руку, улыбаясь, взглянул на Берга.
– Как видишь, – сказал он.
– Вот как, да, да! – улыбаясь, сказал Борис, – а мы тоже славный поход сделали. Ведь ты знаешь, его высочество постоянно ехал при нашем полку, так что у нас были все удобства и все выгоды. В Польше что за приемы были, что за обеды, балы – я не могу тебе рассказать. И цесаревич очень милостив был ко всем нашим офицерам.
И оба приятеля рассказывали друг другу – один о своих гусарских кутежах и боевой жизни, другой о приятности и выгодах службы под командою высокопоставленных лиц и т. п.
– О гвардия! – сказал Ростов. – А вот что, пошли ка за вином.
Борис поморщился.
– Ежели непременно хочешь, – сказал он.
И, подойдя к кровати, из под чистых подушек достал кошелек и велел принести вина.
– Да, и тебе отдать деньги и письмо, – прибавил он.
Ростов взял письмо и, бросив на диван деньги, облокотился обеими руками на стол и стал читать. Он прочел несколько строк и злобно взглянул на Берга. Встретив его взгляд, Ростов закрыл лицо письмом.
– Однако денег вам порядочно прислали, – сказал Берг, глядя на тяжелый, вдавившийся в диван кошелек. – Вот мы так и жалованьем, граф, пробиваемся. Я вам скажу про себя…
– Вот что, Берг милый мой, – сказал Ростов, – когда вы получите из дома письмо и встретитесь с своим человеком, у которого вам захочется расспросить про всё, и я буду тут, я сейчас уйду, чтоб не мешать вам. Послушайте, уйдите, пожалуйста, куда нибудь, куда нибудь… к чорту! – крикнул он и тотчас же, схватив его за плечо и ласково глядя в его лицо, видимо, стараясь смягчить грубость своих слов, прибавил: – вы знаете, не сердитесь; милый, голубчик, я от души говорю, как нашему старому знакомому.
– Ах, помилуйте, граф, я очень понимаю, – сказал Берг, вставая и говоря в себя горловым голосом.
– Вы к хозяевам пойдите: они вас звали, – прибавил Борис.
Берг надел чистейший, без пятнушка и соринки, сюртучок, взбил перед зеркалом височки кверху, как носил Александр Павлович, и, убедившись по взгляду Ростова, что его сюртучок был замечен, с приятной улыбкой вышел из комнаты.
– Ах, какая я скотина, однако! – проговорил Ростов, читая письмо.
– А что?
– Ах, какая я свинья, однако, что я ни разу не писал и так напугал их. Ах, какая я свинья, – повторил он, вдруг покраснев. – Что же, пошли за вином Гаврилу! Ну, ладно, хватим! – сказал он…
В письмах родных было вложено еще рекомендательное письмо к князю Багратиону, которое, по совету Анны Михайловны, через знакомых достала старая графиня и посылала сыну, прося его снести по назначению и им воспользоваться.
– Вот глупости! Очень мне нужно, – сказал Ростов, бросая письмо под стол.
– Зачем ты это бросил? – спросил Борис.
– Письмо какое то рекомендательное, чорта ли мне в письме!
– Как чорта ли в письме? – поднимая и читая надпись, сказал Борис. – Письмо это очень нужное для тебя.
– Мне ничего не нужно, и я в адъютанты ни к кому не пойду.
– Отчего же? – спросил Борис.
– Лакейская должность!
– Ты всё такой же мечтатель, я вижу, – покачивая головой, сказал Борис.
– А ты всё такой же дипломат. Ну, да не в том дело… Ну, ты что? – спросил Ростов.
– Да вот, как видишь. До сих пор всё хорошо; но признаюсь, желал бы я очень попасть в адъютанты, а не оставаться во фронте.
– Зачем?
– Затем, что, уже раз пойдя по карьере военной службы, надо стараться делать, коль возможно, блестящую карьеру.
– Да, вот как! – сказал Ростов, видимо думая о другом.
Он пристально и вопросительно смотрел в глаза своему другу, видимо тщетно отыскивая разрешение какого то вопроса.
Старик Гаврило принес вино.
– Не послать ли теперь за Альфонс Карлычем? – сказал Борис. – Он выпьет с тобою, а я не могу.
– Пошли, пошли! Ну, что эта немчура? – сказал Ростов с презрительной улыбкой.
– Он очень, очень хороший, честный и приятный человек, – сказал Борис.
Ростов пристально еще раз посмотрел в глаза Борису и вздохнул. Берг вернулся, и за бутылкой вина разговор между тремя офицерами оживился. Гвардейцы рассказывали Ростову о своем походе, о том, как их чествовали в России, Польше и за границей. Рассказывали о словах и поступках их командира, великого князя, анекдоты о его доброте и вспыльчивости. Берг, как и обыкновенно, молчал, когда дело касалось не лично его, но по случаю анекдотов о вспыльчивости великого князя с наслаждением рассказал, как в Галиции ему удалось говорить с великим князем, когда он объезжал полки и гневался за неправильность движения. С приятной улыбкой на лице он рассказал, как великий князь, очень разгневанный, подъехав к нему, закричал: «Арнауты!» (Арнауты – была любимая поговорка цесаревича, когда он был в гневе) и потребовал ротного командира.
– Поверите ли, граф, я ничего не испугался, потому что я знал, что я прав. Я, знаете, граф, не хвалясь, могу сказать, что я приказы по полку наизусть знаю и устав тоже знаю, как Отче наш на небесех . Поэтому, граф, у меня по роте упущений не бывает. Вот моя совесть и спокойна. Я явился. (Берг привстал и представил в лицах, как он с рукой к козырьку явился. Действительно, трудно было изобразить в лице более почтительности и самодовольства.) Уж он меня пушил, как это говорится, пушил, пушил; пушил не на живот, а на смерть, как говорится; и «Арнауты», и черти, и в Сибирь, – говорил Берг, проницательно улыбаясь. – Я знаю, что я прав, и потому молчу: не так ли, граф? «Что, ты немой, что ли?» он закричал. Я всё молчу. Что ж вы думаете, граф? На другой день и в приказе не было: вот что значит не потеряться. Так то, граф, – говорил Берг, закуривая трубку и пуская колечки.
– Да, это славно, – улыбаясь, сказал Ростов.
Но Борис, заметив, что Ростов сбирался посмеяться над Бергом, искусно отклонил разговор. Он попросил Ростова рассказать о том, как и где он получил рану. Ростову это было приятно, и он начал рассказывать, во время рассказа всё более и более одушевляясь. Он рассказал им свое Шенграбенское дело совершенно так, как обыкновенно рассказывают про сражения участвовавшие в них, то есть так, как им хотелось бы, чтобы оно было, так, как они слыхали от других рассказчиков, так, как красивее было рассказывать, но совершенно не так, как оно было. Ростов был правдивый молодой человек, он ни за что умышленно не сказал бы неправды. Он начал рассказывать с намерением рассказать всё, как оно точно было, но незаметно, невольно и неизбежно для себя перешел в неправду. Ежели бы он рассказал правду этим слушателям, которые, как и он сам, слышали уже множество раз рассказы об атаках и составили себе определенное понятие о том, что такое была атака, и ожидали точно такого же рассказа, – или бы они не поверили ему, или, что еще хуже, подумали бы, что Ростов был сам виноват в том, что с ним не случилось того, что случается обыкновенно с рассказчиками кавалерийских атак. Не мог он им рассказать так просто, что поехали все рысью, он упал с лошади, свихнул руку и изо всех сил побежал в лес от француза. Кроме того, для того чтобы рассказать всё, как было, надо было сделать усилие над собой, чтобы рассказать только то, что было. Рассказать правду очень трудно; и молодые люди редко на это способны. Они ждали рассказа о том, как горел он весь в огне, сам себя не помня, как буря, налетал на каре; как врубался в него, рубил направо и налево; как сабля отведала мяса, и как он падал в изнеможении, и тому подобное. И он рассказал им всё это.
В середине его рассказа, в то время как он говорил: «ты не можешь представить, какое странное чувство бешенства испытываешь во время атаки», в комнату вошел князь Андрей Болконский, которого ждал Борис. Князь Андрей, любивший покровительственные отношения к молодым людям, польщенный тем, что к нему обращались за протекцией, и хорошо расположенный к Борису, который умел ему понравиться накануне, желал исполнить желание молодого человека. Присланный с бумагами от Кутузова к цесаревичу, он зашел к молодому человеку, надеясь застать его одного. Войдя в комнату и увидав рассказывающего военные похождения армейского гусара (сорт людей, которых терпеть не мог князь Андрей), он ласково улыбнулся Борису, поморщился, прищурился на Ростова и, слегка поклонившись, устало и лениво сел на диван. Ему неприятно было, что он попал в дурное общество. Ростов вспыхнул, поняв это. Но это было ему всё равно: это был чужой человек. Но, взглянув на Бориса, он увидал, что и ему как будто стыдно за армейского гусара. Несмотря на неприятный насмешливый тон князя Андрея, несмотря на общее презрение, которое с своей армейской боевой точки зрения имел Ростов ко всем этим штабным адъютантикам, к которым, очевидно, причислялся и вошедший, Ростов почувствовал себя сконфуженным, покраснел и замолчал. Борис спросил, какие новости в штабе, и что, без нескромности, слышно о наших предположениях?
– Вероятно, пойдут вперед, – видимо, не желая при посторонних говорить более, отвечал Болконский.
Берг воспользовался случаем спросить с особенною учтивостию, будут ли выдавать теперь, как слышно было, удвоенное фуражное армейским ротным командирам? На это князь Андрей с улыбкой отвечал, что он не может судить о столь важных государственных распоряжениях, и Берг радостно рассмеялся.
– Об вашем деле, – обратился князь Андрей опять к Борису, – мы поговорим после, и он оглянулся на Ростова. – Вы приходите ко мне после смотра, мы всё сделаем, что можно будет.
И, оглянув комнату, он обратился к Ростову, которого положение детского непреодолимого конфуза, переходящего в озлобление, он и не удостоивал заметить, и сказал:
– Вы, кажется, про Шенграбенское дело рассказывали? Вы были там?
– Я был там, – с озлоблением сказал Ростов, как будто бы этим желая оскорбить адъютанта.
Болконский заметил состояние гусара, и оно ему показалось забавно. Он слегка презрительно улыбнулся.
– Да! много теперь рассказов про это дело!
– Да, рассказов, – громко заговорил Ростов, вдруг сделавшимися бешеными глазами глядя то на Бориса, то на Болконского, – да, рассказов много, но наши рассказы – рассказы тех, которые были в самом огне неприятеля, наши рассказы имеют вес, а не рассказы тех штабных молодчиков, которые получают награды, ничего не делая.
– К которым, вы предполагаете, что я принадлежу? – спокойно и особенно приятно улыбаясь, проговорил князь Андрей.
Странное чувство озлобления и вместе с тем уважения к спокойствию этой фигуры соединялось в это время в душе Ростова.
– Я говорю не про вас, – сказал он, – я вас не знаю и, признаюсь, не желаю знать. Я говорю вообще про штабных.