Kas yra astrometrija? Žvaigždžių judėjimo, paralakso ir atstumų matavimas

Sužinokite, kas yra astrometrija: kaip matuojamas žvaigždžių tinkamas judėjimas, paralaksas ir atstumai (parsekai) — aiškiai, suprantamai ir su praktiniais pavyzdžiais.

Kas yra astrometrija?

Astrometrija yra astronomijos sritis, nagrinėjanti dangaus objektų padėtį ir judėjimą erdvėje bei jų matavimus. Ji apima labai tikslų žvaigždžių padėties nustatymą, laikinių poslinkių stebėjimą ir atstumų iki objektų matavimą. Astrometrijos rezultatai sudaro pagrindą dangaus koordinatų sistemoms, judančių objektų trajektorijų nustatymui ir Visatos struktūros tyrimams.

Tinkamas judėjimas (proper motion)

Tinkamas judėjimas – tai objekto (pvz., žvaigždės) padėties pokytis žiūrint iš Žemės projekcijoje ant dangaus skliauto. Kadangi žvaigždės yra labai toli, jų judėjimas danguje paprastai matuojamas mažais kampiniais dydžiais – lankinėmis sekundėmis per metus. Tinkamą judėjimą nustatome lygindami žvaigždės padėtį skirtingu laiku ir išskirdami sisteminius poslinkius nuo parallaxės ir kitų laikinų efektų.

Realesniam astrophiziniam supratimui, kartu su tinkamu judėjimu reikia žinoti ir žvaigždės radilinį greitį (judėjimą link ar nuo stebėtojo), kurį nustatome Doplerio efektu. Iš tinkamo judėjimo (μ, įrašyto lankinių sekundžių per metus) ir žvaigždės atstumo (d, parsekais) apskaičiuojamas tangentinės (perpindinės) greitis Vt km/s:
Vt = 4.74 × μ(" per metus) × d(pc).

Didelis tinkamas judėjimas dažnai rodo artumą. Pavyzdžiui, Barnardo žvaigždė, žvaigždė, kurios tikrasis judesys yra didžiausias, per 348 metus dangaus skliaute pasislenka apie 1 laipsnį (3600 lankinių sekundžių), tai yra maždaug 10,3” per metus.

Paralaksas ir atstumų matavimas

Paralaksas – tai akivaizdus objekto padėties pasikeitimas, kai jį stebime iš dviejų skirtingų vietų. Astronomijoje dažniausiai naudojama žemės orbitos aplink Saulę 1 astronominės vieneto (AU) bazė, o stebėjimai, atliekami skirtingais metų laikais, leidžia išmatuoti vadinamąją metinę paralaksę. Paralaxas yra kampas tarp dviejų regėjimo linijų ir paprastai matuojamas lankinėmis sekundėmis.

Paralakso matavimo esmė: jei žvaigždė turi paralaksą 1 lankinę sekundę, vadinasi jos atstumas lygus 1 parsekui. Parsekas apibrėžiamas kaip atstumas, iš kurio 1 AU matomas po kampu 1″. 1 parsekas ≈ 3,26 šviesmečio.

Paralaksą galima naudoti patikimam atstumų matavimui iki artimiausių kelių tūkstančių žvaigždžių tradicinėmis priemonėmis. Tačiau šiuolaikinės kosminės misijos šią ribą ženkliai išstūmė toliau (žr. žemiau).

Kaip atliekami matavimai ir kokie jų iššūkiai

• Atmosfera: žemės atmosferos refrakcija ir matymo sąlygų kaita riboja žemės stebėjimų tikslumą. Dėl to labai tiksliai astrometrijai naudojami kosminiai teleskopai arba radijo interferometrija (VLBI).
• Instrumentų kalibracija: net mažos optinės sistemos paklaidos, deformacijos ar temperatūriniai pokyčiai turi įtakos kampiniams matavimams, todėl reikalinga kruopšti kalibracija.
• Pozicijos atžvilgiu reikalingas stabilus atskaitos karkasas: tarpplanetinės koordinatės ir tarptautinės sistemos, tokios kaip International Celestial Reference Frame (ICRF), užtikrina, kad skirtingų kampinių matavimų rezultatai būtų palyginami.
• Judantys ir dvigubi objektai: artimi dvinariai arba sistemos su planeta(-omis) gali sukelti papildomą „kratymą“ (astrometrinę wobble), kurį reikia atskirti nuo parallaxės ar tinkamo judėjimo.

Šiuolaikinės misijos ir pasiekimai

Anksčiau svarbi misija buvo Hipparcos, kuri išmatuodavo dešimtis tūkstančių žvaigždžių. Šiuo metu revoliuciją atliko Gaia kosminė misija, kuri prižiūri milijardų žvaigždžių paralakses ir padėtis danguje. Gaia leidžia gauti mili- ar mikroarksekundžių lygio tikslumą priklausomai nuo žvaigždės ryškumo, todėl galima tiksliau nustatyti atstumus, judėjimus ir sukurti trimatę Paukščių tako struktūros bei judesių žemėlapį.

Praktinis astrometrijos panaudojimas

• Atstumų matavimas ir Visatos masto žemėlapiai: parallaxės tiesiogiai suteikia atstumus, kurie yra pamatiniai kitiems atstumų matavimų metodams.
• Galaktikos dinamika: tinkamų judėjimų ir radilinių greičių matavimai leidžia nustatyti žvaigždžių orbitas ir masės pasiskirstymą Paukščių take.
• Planetų ir dvinarinių sistemų aptikimas: astrometrija gali rasti žvaigždžių „kratymą“, kurį sukelia aplink jas besisukančios planetos, ir taip nustatyti planetos masę bei orbitos kampą.
• Palydovų navigacija ir kosminės misijos: labai tikslūs žvaigždžių padėčių katalogai reikalingi orientacijai ir navigacijai kosmose.

Santrauka

Astrometrija yra kertinė astronomijos dalis, leidžianti tiksliai matuoti žvaigždžių padėtis, tinkamą judėjimą ir paralaksą. Šie matavimai suteikia informaciją apie atstumus, greičius ir Visatos struktūrą. Nors parallaxės matavimas iš pradžių ribotas iki artimiausių kelių tūkstančių žvaigždžių, šiuolaikinės kosminės misijos ženkliai išplėtė galimybes ir leidžia kurti išsamų mūsų galaktikos bei aplinkinių regionų žemėlapį.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra astrometrija?

K: Kokie yra du pagrindiniai šių objektų matavimo būdai?

K: Kaip matuojamas tikrasis judėjimas?

K: Kaip veikia paralaksas?

Klausimas: Kokia žvaigždė turi didžiausią savąjį judesį?

Paieška pagal raidę