Геодезическая астрономия и астрометрия
Геодезическая астрономия и астрометрия
Авторы: Абалакин В.К., Краснорылов И.И., Плахов Ю.В.
В настоящее время методы космической геодезии, развившейся на стыке геодезии и астрометрии, находят все более широкое применение для решения разных геодезических задач, а также проблем, относящихся к астрометрии, небесной механике и геодинамике.
В связи с завершением определенного этапа в создании Государственной геодезической сети страны уточняются задачи геодезической астрономии на современном этапе и на перспективу.
Без активного использования методов астрометрии, геодезической астрономии и космической геодезии невозможны эффективные исследования Луны и Марса, которые выдвигаются в качестве одной из фундаментальных научных проблем на первую половину XXI века.
Указанные обстоятельства побудили авторов к написанию настоящего Справочного руководства, в котором они попытались на современном уровне изложить основы сферической и геодезической астрономии и фундаментальной астрометрии. Книга ориентирована, в первую очередь, на современного геодезиста, применяющего методы космической геодезии для решения задач геодезии и геодинамики, и использующего в связи с этим данные, полученные в астрометрии и геодезической астрономии. Будет она полезна и другим специалистам, занимающимся космическими исследованиями, а также студентам и аспирантам геодезических специальностей.
Введение
Астрономия как одна из естественных наук связана с измерениями (наблюдениями), составляющими фундамент исследований. В точном смысле наблюдение есть нечто большее, чем простое созерцание небесного объекта или хода астрономического явления в телескоп: оно состоит в точном нахождении и регистрации определенных данных (например, координат светил и соответствующих моментов времени) с целью удовлетворения практических потребностей и получения информации, необходимой для решения теоретических задач. В последующем мы имеем в виду систематически выполняемые продолжительные наблюдения видимых положений и смещений главных небесных объектов — Солнца, Луны, больших планет Солнечной системы и их спутников, звезд, как они представляются наземному наблюдателю (или космонавту) в проекции на небесную, или вспомогательную сферу. Эти ряды наблюдений дают основу для вывода заключений об истинном расположении наблюдаемых объектов и их движении в пространстве, определения структуры и вывода фундаментальных законов движения тел Солнечной системы и звездной вселенной. Они получаются применением методов и технических средств, составляющих сущность Астрометрии как одной из ветвей практической астрономии. Астрометрия есть обсерваторская, или фундаментальная часть практической астрономии, главная задача которой состоит в построении основной системы небесных координат, заданной в виде фундаментального каталога точных положений и собственных движений избранных звезд. Таким образом, астрометрические наблюдения лежат в основе исследований в области теоретической и динамической астрономии (небесной механики), они важны для решения фундаментальных проблем звездной динамики и галактической астрономии, а также многих задач астрофизики, они же составляют фундамент всех практических приложений астрономии к геодезии, навигации, космическим исследованиям, к решению проблем, связанных с измерением времени и изучением вращения Земли. Принципы, положенные в основу этих наблюдений и их интерпретации, вместе с теорией их практических приложений составляют предмет сферической астрономии.
Так называемые астрономические определения, относящиеся к практической полевой, или экспедиционной астрономии, основаны на результатах, полученных астрометрическими фундаментальными исследованиями, и теснейшим образом связаны с геодезией и картографией через построение пунктов астрономо-гсодезических сетей, через градусные измерения, астрономо-геодезическое и ас-трономо-гравиметрическое нивелирование. В последние десятилетия значение фундаментальных исследований в области астрометрии
еще более возросло в связи с развитием космической геодезии и космической навигации.
Задача определения положения точки на земной поверхности не столь однозначна. С точки зрения картографа географическое положение земной точки определяется относительно так называемой геодезической поверхности относимости, которую используют вместо неизвестной, вообще говоря, реальной поверхности Земли. Наиболее часто употребляемыми поверхностями относимости являются сфера, двух- или трехосный эллипсоид и поверхность равного потенциала земной силы тяжести (геопотенциальная поверхность). Это положение обычно задано, в общем, криволинейными координатами: широтой, долготой и высотой над поверхностью относимости. Принято проводить строгое различие между сферическими, геодезическими (эллипсоидальными) и астрономическими координатами точки в зависимости от того, берут ли в качестве поверхности относимости сферу, эллипсоид или геопотенциальную уровенную поверхность. Поэтому слова «географическое положение» включают все три типа координат.
Предмет нашего рассмотрения тесно соприкасается с огромной областью применения целесообразно выполненных астрономических наблюдений с поверхности Земли к решению практических задач, связанных с проведением геодезических измерений.
В истории наук геодезии является наиболее старой наукой, имеющей фундаментальное теоретическое и практическое значение. Главной фундаментальной задачей геодезии является точное определение размеров и формы Земли, а также параметров ее поля тяжести. В практических приложениях геодезии, например, в области картографирования поверхности Земли, используются фундаментальные результаты в сочетании с практическими измерениями и вычислениями. Основная цель этих измерений состоит в определении геодезических и астрономических координат неподвижных точек земной поверхности. Геодезические координаты определяются измерениями длин и углов направлений, нивелировкой и гравиметрическими наблюдениями в соответствии с программами геодезических изысканий. Астрономические координаты (включая и высоты над уровнем моря) наземных точек определяются из астрономических измерений направлений и времени по звездам. Искусство выполнения таких наблюдений и методика их обработки, в основу которой положены формулы и соотношения сферической астрономии, и составляют предмет геодезической астрономии. В последнее время для определения географических положений наземных точек и направлений между соседними точками (азимутов) широко используются астрономические наблюдения искусственных спутников Земли, и решение соответствующих задач рассматривается в космической геодезии, в методике которой часто встречаются общие с геодезической астрономией аспекты и приемы.
Содержание:
1. Сферическая астрономия
1.1 Системы координат и измерения времени
1.1.1. Главные круги, линии и точки небесной сферы
1.1.2. Горизонтам система координат.
1.1.3. Экваториальные системы координат.
1.1.4. Эклиптическая система координат
1.1.5. Галактическая система координат
1.1.6. Соотношения между различными астрономическими координатами
1.1.7. Прямоугольные системы координат, связанные с экватором (эклиптикой)
1.1.8. Системы географических координат
1.1.9. Поле силы тяжести Земли. Геоид
1.1.10. Нормальное поле силы тяжести Земли. Земной сфероид. Эллипсоид относительности
1.1.11. Геодезические координаты
1.1.12. Геоцентрические геодезические координаты
1.1.13. Геодезические азимуты
1.1.14. Астрономические координаты
1.1.15 Соотношения между астрономическими и геодезическими координатами
1.1.16. Изменения географических координат
1.1.17. Переход от системы небесных координат к системе земных координат
1.1.18. Влияние движения полюсов на астрономические координаты
1.1.19. Время и его измерение
1.1.20. Звездное время. Солнечное (всемирное) время
1.1.21. Система юлианских дат
1.1.22. Связь между всемирным временем и гринвичским звездным временем.
1.1.23. Год, месяц
1.1.24. Бесселев год (Annus Fictus)
1.1.25. Перевод промежутков среднего времени в промежутки звездного
1.1.26. Эфемеридное время
1.1.27. Квазиравномерное всемирное время UT2
1.1.28. Всемирное регуляризованное время
1.1.29. Атомное время
1.1.30 Всемирное координированное время UTC. Поясное время. Декретное время '
1.1.31. Современные динамические системы времени
1.1.32 Связь динамических систем времени с атомными шкалами и системой UT1
1.2. Вычисление положений светил па небесной сфере
1.2.1. Относительные координаты
1.2.2. Прел вычисление астрономических явлений, связанных с суточным вращением небесной сферы
1.2.3. Определение моментов восхода и захода звезд и азимутов точек горизонта
1.2.4. Кульминации небесных объектов
1.2.5. Скорости изменения горизонтных координат
1.2.6. Прохождение звезд через мерный вертикал
1.2.7. Прохождение звезды через заданный вертикал
1 2.8. Элонгация звезд
1.2.9. Прохождение звезды через заданный альмукантарат (круг равных высот)
1.3. Сведения из теории вращения Земли
1.3.1. Уравнения движения абсолютного твердого тела
1.3.2. Прецессия
1 3.3. Нутация
1.3.4. Упругие свойства Земли
1.3.5. Уравнения Лиувилля
1.3.6. Факторы, влияющие на вращение Земли
1.3.7. исковое движение полюсов
1.4. Изменения небесных координат
1.4.1. Точные формулы учета прецессии в системе неподвижного и подвижного экваторов.
1.4.2. Система прецессионных параметров
1.4.3. Учет прецессии в прямоугольных координатах
1.4.4. Учет прецессии в сферических координатах
1.4.5. Точные формулы учет прецессии в системе неподвижной эклиптики и подвижного экватора 121
1.4.6. Точные формулы учета прецессии в системе неподвижной и подвижной эклиптик
1.4.7. Приближенные формулы учета прецессии
1.4.8. Учет нутации
1.4.9. Собственное движение звезд
1.4 10. Аберрация
1.4.11. Учет орбитального движения компонент двойных звезд
1.4.12. Астрометрическое положение объекта
1.4.13. Параллакс
1.4.14. Учет параллакса в экваториальных координатах
1.4.15. Учет суточного параллакса в экваториальных координатах
1 4.16. Приближенные формулы для учета суточного параллакса в сферических экваториальных координатах
1.4.17. Учет суточного параллакса в горизонтной системе координат
1.4.18. Годичный (гелиоцентрический) параллакс
1.4.19. Учет аберрации в случае ИСЗ.
1.4.20. Астрономическая рефракция
1.4.21. Основы теории астрономической рефракции
1.4.22. Таблицы астрономической рефракции
1.4.23. Формулы учета влияния астрономической рефракции на координаты небесных объектов
1.4.24. Параллактическая рефракция (рефракционный параллакс)
1.5. Редукционные вычисления в астрономии
1.5.1. Единицы времени
1 5.2 Поправка к НУЛЬПУНКТУ отсчета прямых восхождений в системе IK4
1.5.3. Поправка к собственным движениям но прямому восхождению, отнесенным к системе FK4
1.5.4. Эллиптические члены аберрации
1.5.5 Прецессия
1 5 6. Система собственных движений
1.5.7. Процедура и формулы преобразования каталоговых положений и собственных движений от эпохи B1950.0 к эпохе J2000 0
1.5.8. Преобразование Кеплеровых элементов планетных орбит от эпохи B1950.0 к элементам эпохи J2000
1.5.9. Преобразование прямоугольных координат и компонент скорости объекта от эпохи B1950.0 к эпохе J2000.0
2. Геодезическая астрономия
2.1. Краткий обзор астрономических инструментов и приборов, применяемых в геодезической астрономии и астрометрии
2.1.1. Введение.
2.1.2. Переносные астрономические инструменты
2.1.3. Стационарные астрономические инструменты
2.1.4. Нетрадиционные астрономические инструменты
2.1.5. Фотографические астрометрические инструменты
2.1.6. Астрономические часы и регистрирующие устройства
2.1.7. О фотоэлектрической регистрации прохождений звезд
2.2. Теоретические основы методов геодезической астрономии
2.2.1. Введение
2.2.2. Исходные предложения
2.2.3. О требованиях к точности астрономических определений
2.2.4. Математические методы, применяемые в геодезической астрономии
2.2.5. Сущность зенитальных методов
2.2.6. Выгоднейшие условия астроопределений зенитальными методами
2.2.7. Сущность азимутальных методов
2.2.8. Выгоднейшие условия астрономических определений азимутальными методами
2.3. Источники ошибок астрономических определений
2.3.1. Классификация ошибок астрономических определений
2.3.2. Теория астрономического теодолита
2.3.3. Теория меридианного круга
2.3.4. Инструментальные (приборные) ошибки
2.3.5. Личная ошибка
2.3.6. Влияние внешней среды
2.3.7. Другие источники ошибок астрономических определений
2.3.8. Некоторые формулы для оценки влияния отдельных источников ошибок на результаты астрономических наблюдений
2.4. Точные методы астрономических определений, применяемые на практике
2.4.1. Общие требования к подготовке астрономического инструмента для выполнения наблюдений
2.4.2. Основные операции, выполняемые при наблюдениях светил
2.4.3. Определение широты путем прямых измерений зенитных расстояний пар звезд вблизи меридиана
2.4.4. Определение широты по способу Талькотта
2.4.5. Определение широты по способу Певцова
2.4.6. Определение времени и долготы из наблюдений нар звезд на равных высотах (способ Цингера)
2.4.7. Определение времени и долготы из наблюдений южных звезд в вертикале Полярной (способ Деллена)
2.4.8. Об определении времени и долготы основных пунктов пассажным инструментом в меридиане
2.4.9. О способах совместного определения широты и долготы
2.4.10. Определение астрономического и геодезического азимутов направлений на земной предмет
2.4.11. Последовательность операций при определении точного азимута направлений на земной предмет
2.4.12. Об окончательной обработке определений азимута и оценке точности
2.4.13. Редукции результатов астрономических определений
2.5. Основные способы приближенных астрономических определений
2.5.1. Приближенные определения широты
2.5.2. Приближенные определения долготы
2.5.3. Приближенные определения азимута направления на земной предмет
2.5.4. О совместном определении приближенных широты и долготы способом Сомнера
2.6. Вопросы организации астрономических определений
2.6.1. Состав полевой астрономической партии и основного оборудования
2.6.2. Основные моменты организации астрономических определений
2.7. Астрономические определения на Луне и планетах
2.7.1. Задачи и особенности астрономических определений на Луне и планетах
2.7.2. Системы планетоцентрических и планетографических координат
2 7.3. Преобразование планетоцентрических систем координат
2.7.4. Установление связи между геоцентрическими и селеноцентрическими координатами
2.7.5. Методы и приборы для астрономических определений на Луне и планетах
2.7.6. О возможности определения элементов вращения Луны и планет с помощью фототелевизионной аппаратуры, установленной на автоматических межпланетных станциях
2.7.7. Каталоги координат точек на поверхности Луны и планет
3. Фундаментальная астрометрия
3.1. Основные задачи фундаментальной астрометрии
3.1.1. Введение
3.1.2. Принципы построения фундаментальной системы небесных координат
3.1.3. Поправка равноденствия и поправка экватора фундаментальной системы
3.1.4. Об уточнении параметров прецессии
3.1.5. Фундаментальные астрономические постоянные
3.2. Определение прямых восхождений и склонений небесных тел позиционными методами
3.2.1. О методах наблюдений
3.2.2. О формулах пассажного инструмента
3.2.3. Абсолютные определения прямых восхождений
3.2.4. Абсолютные определения склонений
3.2.5. Относительные определения прямых восхождений и склонений
3.3. Фотографическая астрометрия
3.3.1. Фотографический метод определения координат звезд
3.3.2. Фотографическое поле изображения
3.3.3. Ошибки фотографических наблюдений
3.3.4. Получение и измерение астронегативов
3.3.5. Связь между экваториальными и идеальными координатами
3.3.6. Связь между идеальными и измеренными координатами
3.3.7. Метод Шлезингера
3.3.8. Метод, основанный на проективном преобразовании (метод восьми постоянных)
3.3.9. Порядок определения относительных координат звезд
3.3.10. Определение из фотографических наблюдений собственных движений и параллаксов звезд
3.3.11. Использование фотографических наблюдений в геодезической астрономии
3.4. Каталоги положений и собственных движений звезд
3.4.1. Каталоги положений звезд
3.4.2. Фундаментальные каталоги FKn, n — 3. 4, 5. и их распространение на слабые звезды
3.4.3. Об определении собственных движений и параллаксов звезд, используемых в звездных каталогах
3.5. Определение параметров вращения Земли
3.5.1. Связь между перемещением полюсов и изменением географических координат
3.5.2. Классические способы изучения движения полюсов
3 5.3. Изучение неравномерности вращения Земли
3.5.4. Определение координат полюса и неравномерностей вращения Земли методами космической геодезии
3.5.5. Изучение вращения Земли по наблюдениям искусственных спутников
3.5.6. Лазерная локация Луны как средство для определения параметров вращения Земли
3.5.7. Применение метода радиоинтерферометрии для определения параметров вращения Земли
3.6. Элементы радиоастрометрии
3 6 1. Новые методы астрометрии
3.6.2. Теоретические основы радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ)
3.6.3. Применение РСДБ для решения задач геодезии, астрометрии и геодинамики
3.6.4. Методы и программы измерений в РСДБ
3.7. Некоторые направления дальнейшего развития астрометрии
3.7.1. Космическая астрометрия
3.7.2. Об автоматизации в астрометрии
Качество книги: хорошее
Скачать книгу с сервера 1
Скачать книгу с сервера 2
Размещено: 19.09.2011
