Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ГОЛОВНА АСТРОНОМІЧНА ОБСЕРВАТОРІЯ

Автореферат

дисертації на здобуття вченого ступеня

кандидата фізико-математичних наук

Уточнення зв'язку радіо та оптичної систем координат за ПЗЗ-спостереженнями вибраних позагалактичних радіоджерел в оптичному діапазоні

01.03.01 - Астрометрія і небесна механіка

Майгурова Надія Василівна

Київ - 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Науково-дослідному інституті “Миколаївська астрономічна обсерваторія” Міністерства освіти і науки України,

м. Миколаїв.

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор,

Пінігін Геннадій Іванович,

НДІ “Миколаївська астрономічна обсерваторія”,

директор.

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор,

Кислюк Віталій Степанович,

Головна астрономічна обсерваторія НАН України,

старший науковий співробітник відділу астрометрії;

кандидат фізико-математичних наук, доцент,

Чолій Василь Ярославович,

Київський національний університет імені Тараса Шевченка,

доцент кафедри астрономії та фізики космосу.

Провідна установа: Науково-дослідний інститут астрономії Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України, м. Харків.

Загальна ХАРАКТЕРИСТИКА роботи

Дисертація присвячена дослідженню зв'язку між оптичною (НСRF) та радіо (ICRF) системами координат, та поширенню високоточного каталога HIPPARCOS (НС) на слабкі зорі (до 21 зоряної величини) у вибраних ділянках небесної сфери. Для цього використовувались наземні телескопи, оснащені ПЗЗ-приймачами випромінювання.

Актуальність теми. З 1 січня 1998 року в астрономії введена нова опорна система координат (International Celestial Reference System ICRS). В якості первинної реалізації на небесній сфері, відповідно до рекомендації МАС, виступає каталог ICRF, що складається з 608 позагалактичних радіоджерел (ПРД), які масово спостерігались методами радіоінтерферометрії з наддовгими базами (РНДБ) із точністю не гірше 1 mas [19]. Поширенням цієї системи на оптичний діапазон спектра є каталог HIPPARCOS, отриманий у результаті космічного проекту HIPPARCOS у 1989-1993 роках. Каталог HC містить оптичні положення, власні рухи й паралакси 118218 зір, 80% яких є яскравішими за 9 зоряну величину, а щільність зір складає 3 зорі на 1 квадратний градус. Точність положень у цьому каталозі на епоху спостереження (1991.25) складає 0.77 і 0.64 mas відповідно по прямому сходженню і схиленню для зір яскравіше 9 зоряної величини [21]. Зв'язок каталога HIPPARCOS з каталогом IСRF було встановлено на рівні 0.6 mas по положеннях і 0.25 mas/рік по обертанню на середню епоху спостереження каталога HIPPARCOS непрямими методами наземних спостережень [22]. Встановлення прямого зв'язку між цими двома каталогами неможливо, оскільки вони мають всього один загальний об'єкт (квазар 3С 273B). Точність системи HIPPARCOS погіршується зі швидкістю близько 1 mas у рік внаслідок обмеженої точності так званих "миттєвих" власних рухів зір HIPPARCOS, що приводить у свою чергу до невизначеності зв'язку між двома системами. Крім того, ПЗЗ-матриці, які одержали широке поширення в сучасній астрономії, мають малі поля зору, що приводить до неможливості прямого використання каталога HIPPARCOS для обробки спостережень. Отже підтримка високоточного зв'язку між оптичною і радіо системами небесних координат та розширення системи каталога HIPPARCOS на слабкі зорі залишається однією з найактуальніших задач наземної астрометрії.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана за плановою тематикою науково-дослідних робіт НДІ “Миколаївська астрономічна обсерваторія” (МАО) і в рамках міжнародних програм уточнення зв'язку між системами координат та поширення системи каталога HIPPARCOS на слабкі зорі у вибраних площадках.

Дисертаційна робота є складовою частиною наступних науково-дослідних робіт НДІ “Миколаївська астрономічна обсерваторія”, затверджених Міністерством освіти й науки України:

Теми “БЕТА” “Вдосконалення зоряної системи координат із спостережень на меридіанних інструментах із сучасними системами реєстрації та контролю ”, з 1997 по 1999 рік;

Теми “Зв'язок” “Зв'язок радіоінтерферометричної й оптичної небесної системи координат”, з 1998 по 1999 рік;

Теми “Сфера” “Поширення оптичної опорної системи координат HCRF на слабкі зорі у вибраних площадках і уточнення її зв'язку з радіо системою координат ICRF”, № держ. реєстрації 0101U000218, з 2000 по 2003 рік.

Автор брав участь у виконанні всіх вищезгаданих тем як відповідальний виконавець.

Спостереження позагалактичних джерел виконувалися відповідно з договорами про співробітництво та спільними проектами:

“Визначення точних положень 44 позагалактичних радіоджерел за спостереженнями на 1.5 метровому телескопі Шанхайської астрономічної обсерваторії в системі опорних зір Аксіального меридіанного круга Миколаївської астрономічної обсерваторії”, згідно Протоколу №1 сесії китайсько-української комісії по науково-технічному співробітництву від 02.06.1997 р. у м. Пекін (Китай), згідно Наказу Міннауки України №114 від 14.04.98 р..

“Уточнення кутів зв'язку радіо й оптичної опорних систем координат на підставі ПЗЗ-спостережень розширеного списку позагалактичних радіоджерел Миколаївською та Шанхайською астрономічними обсерваторіями”, М/267-2003.

Спільний проект про міжнародне співробітництво Joint Project “Improvement of the link between radio and optical reference frames” (Міжнародна конференція “Extension and Connection of Reference Frames Using Ground Based CCD Technique”, МАО, 2001 р. [15]).

Мета, задачі й методи дослідження. Основною метою даної роботи є отримання параметрів зв'язку оптичної опорної системи координат (НСRF) із радіо системою координат (ICRF) на основі ПЗЗ-спостережень оптичних компонент позагалактичних радіоджерел списку ICRF та поширення системи НСRF на слабкі зоряні величини у вибраних ділянках небесної сфери.

З цією метою вирішувалися такі задачі:

вибір оптимального списку для спостережень;

отримання спостережень оптичних компонент вибраних позагалактичних радіоджерел, що входять до списку ICRF;

побудова алгоритму поетапного опрацювання даних спостережень, розробка програмного забезпечення деяких етапів обробки даних спостережень, вибір та дослідження каталога зоряних положень для редукції спостережень, що були отримані;

визначення астрометричних положень оптичних компонент позагалактичних радіоджерел (ERS) та зір, що містяться в площадках навколо їх;

створення каталога положень оптичних компонент вибраних радіоджерел та диференціального каталога зір у площадках навколо радіоджерел для поширення каталога НС на слабкі зорі (до 21 зоряної величини);

отримання та аналіз різниць визначених оптичних положень та положень, отриманих радіоінтерферометричним методом спостережень (оптика - радіо) і параметрів зв'язку між двома системами.

Об'єкт дослідження: вибрані позагалактичні джерела списку ICRF, зорі в площадках навколо позагалактичних радіоджерел 10 - 21 зоряної величини.

Предмет дослідження: параметри зв'язку між радіо та оптичною системами, астрометричні координати оптичних компонент вибраних позагалактичних радіоджерел та зір у площадках навколо них.

Методи дослідження: метод ПЗЗ-реєстрації випромінювання; метод фотографічної астрометрії та математичний апарат методу найменших квадратів (МНК); методи теорії ймовірності та математичного моделювання.

Наукова новизна отриманих результатів. Під час виконання роботи вперше отримані такі результати:

Каталог оптичних положень 213 позагалактичних радіоджерел у системі ICRS із використанням координат опорних зір із каталогів UCAC2, XC1, KMAC1 і USNO B1.0. Середня внутрішня похибка положень складає 38 mas.

Нові значення кутів зв'язку оптичної і радіо опорних систем координат у зоні схилень від -40 до +80 градусів: _x= -4.16.1, _y= 1.95.8, _z = 12.44.9 mas.

Каталог більш 10000 зір 10 - 21 зоряної величини поблизу радіоджерел. Внутрішня точність визначення положень перебуває в межах від 25 до 60 mas для зір 14 - 20 зоряної величини.

Практичне значення одержаних результатів. Практична цінність роботи визначається:

великою кількістю оригінальних астрометричних даних для оптичних компонент позагалактичних радіоджерел списку ICRF;

· можливістю використання одержаних даних при постановці нових наукових задач і при плануванні космічних місій;

· отриманими параметрами зв'язку оптичної та радіо систем координат, що можуть бути використані для уточнення положення екватора оптичної системи координат та дослідження її систематичних помилок;

· отриманими астрометричними положеннями зір у площадках навколо радіоджерел, що можуть використовуватися для поточних та майбутніх ПЗЗ-спостережень;

· отриманими астрометричними положеннями оптичних компонент позагалактичних радіоджерел, що можуть бути використані для уточнення, зміни й розширення основного списку об'єктів, що закріплюють ICRS на небесній сфері;

створенням ряду обчислювальних програм, необхідних для роботи з найбільш широко вживаними астрометричними каталогами.

Особистий внесок здобувача. Здобувач брав участь в одержанні всіх результатів, що приведені в дисертації: планування роботи та програм спостережень, у спостереженнях на зонному астрографі (МКТ МАО), у створенні програмного забезпечення для роботи з астрометричними каталогами та створенні баз даних положень радіоджерел та зір.

Редукція вимірів, одержання параметрів зв'язку, положень оптичних компонент радіоджерел та зір у площадках навколо них були проведені автором самостійно.

Здобувачем опубліковано 18 праць у співавторстві. У роботі [1, 7, 9] здобувач виконав астрометричну редукцію даних спостережень. У роботах [2, 4, 5, 16] здобувач виконав роботу з вибору й аналізу площадок із каталога АМС 1B для зведеного каталога. У роботах [6, 8, 13] здобувачеві належить на 70% попередня й астрометрична редукція даних, що спостерігались. У роботах [3, 17, 18] здобувачеві належать на 70% попередня й астрометрична редукція даних, що спостерігались, систематизація даних результатів обробки, одержання параметрів зв'язку оптичної і радіо систем, аналіз різниць і оцінка випадкових і систематичних помилок каталогів UCAC2 і USNO B1.0. У роботі [10, 12, 14] здобувачем виконана на 70% попередня й астрометрична редукція даних, що спостерігались, отримані попередні параметри зв'язку двох систем із використанням каталога USNO A2.0, у роботі [10] здобувачем зроблено порівняльний аналіз матеріалу, що спостерігався на різних телескопах. У роботі [11] здобувач виконав аналіз площадок каталога АМС 1B на предмет наявності в них опорних зір для обробки кадрів розміром 6 х 6.

Апробація результатів дисертації. Результати, що включені до дисертації, доповідалися на наукових семінарах і засіданнях НДІ “Миколаївська астрономічна обсерваторія” та були представлені на конференціях в Україні та за кордоном :

міжнародній конференції “Astronomy in Ukraine 2000 and Beyond”, Україна, Київ, 5-8 червня, 2000 р.;

Всеросійській астрономічній конференції, Росія, Санкт-Петербург, 6-12 серпня 2001 р.;

міжнародній конференції “Extension and Connection of Reference Frames Using Ground Based CCD Technique”, Україна, Миколаїв, 10-13 жовтня, 2001 р.;

Journess-2002, Romania, Bucharest, 25 - 28 September, 2002;

Journess-2003, Russia, S-Petersburg, 22-25 September, 2003;

XXVth General Assembly of the IAU, Australia, Sydney, 13-26 July 2003;

Workshop “Optical and Radio Sources - Location and Connection”, Ukraine, Nikolaev, 2003;

Міжнародна конференція “Astronomy in Ukraine - Past, Present and Future”, Україна, Київ, 15-17 липня 2004 р.;

Всеросійська астрономічна конференція “Горизонты Вселенной”, Росія, Москва, 3-10 червня, 2004 р.;

“Dynamics and Physics of Solar System”, Україна, Київ, 22-26 травня 2005 р.;

Third meeting of the Sub-regional European Astronomical Committee, Romania, Bucharest, 16-18 September, 2005.

Публікації. Результати, які викладені в дисертації, опубліковані в 18 наукових статтях у фахових журналах, у тому числі 5 [1-5] - у провідних журналах - Кінематика та фізика небесних тіл і Romanian Astronomical Journal.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, висновків, списку цитованої літератури та двох додатків. Список використаних джерел нараховує 107 посилань. Загальний обсяг дисертації складає 142 сторінки. Дисертація містить 30 рисунків і 16 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У Вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульована її мета, стисло подано відомості про сучасний стан досліджень у цьому напрямку, показано зв'язок роботи з науковими програмами й темами, сформульовані основні цілі, задачі й методи досліджень. Описано особистий внесок автора у роботах, виконаних у співавторстві, і наведено список наукових конференцій, де проходила апробація одержаних результатів. Приводяться дані стосовно публікацій, структури та обсягу дисертації. Указана наукова новизна отриманих результатів, та наведені інші відомості про дисертаційну роботу згідно інструкції ВАК України.

Розділ1. Опорні системи відліку та їх узгодження в астрономії. У першому розділі описані загальні принципи побудови і завдання небесних опорних систем, сформульовані основні вимоги, що пред'являються до сучасних систем відліку, особлива увага приділена, розмежуванню двох базових понять астрометрії - система відліку й система координат (Reference System і Reference Frame). Приведено історію розвитку небесних систем координат від стародавніх часів до сучасності. Особлива увага приділяється серії каталогів FK, які більше як 100 років задавали опорну систему на небесній сфері.

У другій частині розділу дається опис радіо й оптичної систем відліку, які є реалізацією нової опорної системи координат ICRS, прийнятої ХХІІІ Генеральною асамблеєю МАС в астрономії в якості основної з 1 січня 1998 року. Нова система відліку ґрунтується на кінематичному принципі: вважається, що осі системи лишаються нерухомими відносно віддалених позагалактичних об'єктів. В якості первинної реалізації на небесній сфері відповідно до рекомендації МАС виступає каталог ICRF. Для забезпечення неперервності змін систем відліку вибір основної площини ICRF був зроблений таким чином, щоб її орієнтація в просторі в межах похибок оптичних наземних спостережень, співпала б із положенням „динамічного екватора” каталога FK5 на епоху спостережень J2000.0. Каталог ICRF містить положення 608 позагалактичних радіоджерел, визначених методами РНДБ із точністю ~ 1 mas, умовно розділені на три групи :

212 “визначальних” (define) джерел, положення яких визначаються з похибками менш 0.6 mas;

294 “кандидата” (candidate) у визначальні з менш точними координатами внаслідок коротшої історії спостережень ;

102 “інших” (other) джерела, що мають вказівки на змінність і складну структуру, але в основному оптично більш яскраві і тому більш придатні для рішення проблеми прямого зв'язку ICRF з іншими системами [20].

Космічний каталог HIPPARCOS репрезентує ICRS на небесній сфері в оптичному діапазоні. У каталог включені положення 118218 зір до 12 зоряної величини із середньою щільністю 3 зорі на квадратний градус. Особлива увага приділена проблемі рішення задачі прив'язки даних HIPPARCOS до системи ICRS, що була успішно вирішена об'єднаними зусиллями декількох наукових груп. Параметри зв'язку на середню епоху спостереження HIPPARCOS (1991.25) склали 0.6 mas по положеннях і 0.25 mas/рік по обертанню [22]. Відзначено причини, які обумовлюють необхідність контролю та підтримки зв'язку між оптичною і радіо системами і визначають актуальність цієї проблеми на сьогоднішній день.

Розділ 2. Спостереження: програма та апаратура. У другому розділі дається опис спостережень, основний обсяг яких був отриманий у період з 2000 по 2003 рік. Спостереження виконувались у рамках міжнародного проекту (Joint Project) по уточненню параметрів зв'язку оптичної і радіо систем координат. У проекті брали участь обсерваторії України (НДІ МАО), Росії (Казанський державний університет), Туреччини (Національна обсерваторія Туреччини) та Китаю (Шанхайська астрономічна обсерваторія). В розділі представлені характеристики апаратури та телескопів, які використовувались для спостережень: спільний російсько-турецький телескоп RTT150, 1.0 м телескоп Юнаньської обсерваторії та зонний астрограф МАО для спостережень яскравих ERS. Усі телескопи оснащені ПЗЗ-приймачами. В розділі описані етапи розробки програми спостережень з урахуванням можливостей телескопів, що співпрацюють та розташування радіоджерел на небесній сфері, наведено статистику спостережень. За три роки було отримано банк ПЗЗ-спостережень, що складає близько 300 полів навколо ERS у зоні схилень -40° до +80°, середнє число спостережень кожного об'єкта складає 7.2 раза. В таблиці 1 наведені деякі характеристики телескопів та ПЗЗ-матриць, а також кількість отриманих і оброблених зображень із радіоджерелами. Крім зазначених у таблиці, були отримані спостереження 8 полів довкола радіоджерел із матрицею AP-47p ( листопад 2002 р.) на телескопі RTT150 та 6 полів на 2м телескопі Пекінської обсерваторії.

Таблиця 1

Характеристики телескопів та ПЗЗ-приймачів

Телескоп	RTТ150 (Анталія, TUG Туреччина),	1.0m телескоп AO Юнань (Китай)	ЗА, (Миколаїв АO, Україна)
, широта	360	310	470
Тип	Рефлектор	Рефлектор	Рефрактор
D(mm) F(mm)	1500 11700	1500 11700	1000 13000	160 2044
ПЗЗ,тип, ПЗЗ,розмір Розмір пікселя Масштаб, /пікс Поле зору	ST-8 1530х1020 18x18 mkm 0.16 4x 3	Andor DW436, 2048x2048 13.5x13.5 mkm 0.24 8x 8	PI 1024x1024 24х24 mkm 0.37 6.5x 6.5	ISD017A 1040x1160 16х16 mkm 1.62 28х 31
Діапазон зор. Величин	17m 21m	16m 23m	15m 19m	12m 15m
Кількість зобр.	127	62	129	8
Період спостер.	2000-2002	2003	2000-2003	1999-2003

Розділ 3. Редукція спостережень. Третій розділ присвячено детальному опису редукції спостережень, що були отримані. У першій частині розділу описано стандартну редукцію отриманих кадрів. Описані етапи калібровки ПЗЗ-кадрів: урахування кадрів електронного зміщення (bias), темнового струму (dark) і плоского поля (flat). Наведено обгрунтовання вибраної схеми обробки. Врахування електронного зміщення виконано простим вирахуванням постійної величини (для кожної матриці) з кадрів із зображеннями. Шум темнового струму результат генерації пікселями термоелектронів. Кількість цих “паразитних” електронів залежить від двох основних параметрів: тривалості експозиції й температури матриці. Цей ефект може бути легко усунутий вирахуванням темнового кадру. Темновой кадр знімок, експонований при тих же самих умовах, що і нормальний знімок, але при закритому затворі. Просте вирахування темнового кадру дуже поліпшує якість зображення, однак це збільшує рівень сумарного шуму в зображенні. Для того, щоб уникнути цього одержувався середній темновий кадр, усереднюючий результат декількох експозицій темнових кадрів. Проведено порівняння різних варіантів обліку темнового кадру, що показало, що рівень темнового струму на кадрах, отриманих з матрицею AndorDW436 і матрицею 1024 PI (Prinston Instruments) на 1м телескопі YNO настільки малий, що може не враховуватися при обробці. Для масиву спостережень, отриманого з матрицею ST8E, доведено, що кращий результат обліку темнового кадру виходить у випадку застосування темнового кадру, отриманого в результаті усереднення великої кількості темнових кадрів або з кадром, отриманим усередненням по медіані. Вид залежності середньоквадратичної помилки положення зорі від зоряної величини з різними варіантами обліку кадру темнового току приведений на рис.1. Врахування зміни чутливості окремих пікселів вздовж кадру (облік кадру плоского поля) проводилося з використанням середнього кадру плоского поля, отриманого по 2-3 кадрам. Цей етап важливий для одержання фотометричної інформації, однак істотного впливу на положення центрів зображень зір не вносить.

Друга частина розділу присвячена опису методів астрометричних вимірювань та редукції. Координати центрів зображень на кадрах обраховувались за допомогою програмного пакета “Astrometrica“ [29]. Для апроксимації зіркоподібного зображення використовувалася двовимірна сферична функція Гауса. В розділі приведено аналіз точності визначення центра зір та відповідності зображень функції Гауса, ґрунтуючись на реальних оцінках відношення S/N та розміру пікселя конкретної матриці.

У третій частині розділу дано аналіз моделей зв'язку тангенціальних та екваторіальних координат об'єктів, розглянуто каталоги, які могли б бути вибрані в якості опорних при астрометричних редукціях. Після аналізу всіх доступних каталогів, що існують на сьогодні, стало зрозуміло, що наявність точних положень опорних зір у малих площадках розміром від 3 х 4 до 8 х 8 можуть забезпечити лише каталоги UCAC2 [23] і USNO B1.0 [25], а також каталоги KMAC1 [27] та XC1 [28], які містять зорі у площадках навколо радіоджерел. Астрометричні редукції всього масиву спостережень були виконані двічі із застосуванням каталогів USNO B1.0 та UCAC2 у якості опорних. 12 джерел, зі схиленням у діапазоні від +50 до +75 (ця зона відсутня у UCAC2), оброблені з використанням зір каталога XC1. 8 джерел, у полях навколо яких відсутні зорі з каталога UCAC2, вдалось обробити з каталогом KMAC1. Внутрішні середньоквадратичні похибки визначення одного положення радіоджерела склали у_ra= 38 mas і у_dec=37 mas. Кількісний розподіл помилок приведенийна рис. 2.

В розділі приведені результати порівняння оптичних координат позагалактичних об'єктів із даними каталога ICRF. Середні значення систематичних різниць екваторіальних координат в сенсі (USNO B1.0 ICRF) для масиву з 193 радіоджерел складають: cos = 449 mas і = 1758 mas (із початкового масиву, який охоплював 198 положень виключені 5 різниць, що перебільшують 500 mas). На рис. 3 представлені систематичні різниці координат (USNO B1.0 ICRF) у залежності від схилення та прямого сходження.

Як видно з графіків хід різниць cos(1) не вказує на значні систематичні розходження в межах отриманої точності положень, в той час як різниці (2) показують наявність значного зміщення в системі схилень двох систем.

Середні значення систематичних різниць екваторіальних координат в сенсі (UCAC2 ICRF) по масиву, що охоплює 142 радіоджерела, склали: cos = 10 69 mas і = 17 58 mas.

Дані рисунка 4 вказують на відсутність систематичних різниць в системі каталога UСAC2 на рівні задекларованої точності.

Повний каталог оптичних положень 213 радіоджерел приведений у додатку 1, де інформація організована у вигляді представленому Таблицею 2.

Таблиця 2

Зразок представлення даних ( додаток А)

Назва	Mag	R (J 2000.0) h, m, s	R (J 2000.0) , ,	cos (mas)	(mas)	cos		Каталог
1. 0735+178	16.2	07 38 07.413	17 42 19.324	-43	2	7	3	UСАС2

В таблиці приведено Назва - порядковий і каталожний номер позагалактичного радіоджерела; mag - зоряна величина ПРД в оптичному діапазоні; _R,_R- пряме сходження і схилення ПРД; cos, - значення різниць положень ПРД в оптичному (спостережені) і радіо (з каталога ICRF) діапазонах для прямого сходження та схилення відповідно; , - середньоквадратичні похибки величин cos та для та відповідно; Каталог - опорний каталог, який був використаний для обрахування оптичного положення радіоджерела.

Розділ 4. Параметри орієнтації оптичної та радіо систем координат. Розділ присвячено визначенню параметрів взаємної орієнтації оптичної та радіо систем координат. Для цього використовувався масив різниць оптичних та радіоположень ((O- R)_ra,dec), отриманий з каталогом UCAC2. Різниці (O-R)_ra,dec були проаналізовані на наявність аномальних значень, використовуючи процентні точки t-розподілу Стьюдента. Кількість аномальних значень складає не більш 5%. Недостатньо гарна якість зображень оптичних компонентів радіоджерел усього лише одна з причин великих різниць. Проведено аналіз великих значень різниць (O-R)_ra,dec у кожному конкретному випадку. Можна припустити, що до інших чинників, які можуть спричиняти великі різниці (O-R)_ra,dec належать труднощі ототожнення джерел у щільних полях та некомпактність самих радіоджерел. Наведено результати порівняння даних, отриманих в ціей роботі із даніми інших авторів [24], [26].

Статистичний аналіз різниць (O-R)_ra,dec показав, що їх розподіл відповідає нормальному закону розподілу випадкової величини за критерієм ². Обчислені значення ексцесів і показників асиметрії також підтверджують відповідність отриманих даних нормальному закону розподілу.

Щоб визначити кути взаємної орієнтації двох систем відліку, необхідно вирішити систему рівнянь:

_O-Rcos = _xsin cos + _ysin sin _zcos, (1)

_O-R = _x sin + _y cos + ₀,

де: _O-R = _{O R} і _O-R = _{O R} різниці координат ПРД в оптичній і радіо системах координат; _x, _y, _z - кути повороту відносно осей x, y, z відповідно. Поправка ₀ характеризує постійне систематичне зміщення системи схилень каталога і не пов'язана з кутами орієнтації.

Для визначення невідомих параметрів система рівнянь (1) вирішувалась методом зважених найменших квадратів. Кожному рівнянню системи (1) була призначена вага зворотно пропорційна похибці визначення різниць (О - R)_ra,dec . В таблиці 2 приведені отримані значення параметрів зв'язку з використанням різних варіантів рішення.

Таблиця 3

Кути повороту між оптичною і радіо системами координат

Варіант рішення	x (mas)	y (mas)	z (mas)	0 (mas)	1(mas)
140 ERS, (UCAC2)	-4,1 6,1	1,9 5,8	12.4 4,9	12 4,9	46
234 ERS 1, (UCAC2)	-1.74.4	5.23.8	9.13.3	1.73	39
198 ERS, (USNOB1.0)	1813	712	4711	17510	121

¹ - зведений масив, дані цієї роботи з даніми із [24,26];

Дані таблиці 3 показують достатньо велике значення кута _z повороту навколо вісі z, яке у всіх випадках позитивне. Це може вказувати на недостатньо точне визначення нуль-пункта (неузгодженість оптичних і радіо координат квазара 3С 273 В). При рішенні системи (1) з масивом різниць, що обчислені за каталогом USNO B1.0, отримано значиме значення величини ₀. Це вказує на наявність зсуву екватора каталога USNOB1.0 по відношенню до екватору каталога ICRF. Результат, що був отриманий після прорахунку із зведеним масивом, говорить про те, що збільшення об'єму та точності оптичних положень дозволяє покращити точність параметрів зв'язку, при цьому похибка рішення системи визначається точністю опорного оптичного каталога. астрометричний позагалактичний радіоджерело оптичний

Розділ 5. Каталог зір 15-20^m у площадках навколо позагалактичних радіоджерел. У розділі приведена методика отримання каталога положень зір навколо радіоджерел. Наведено загальну характеристику матеріалу. Вхідними даними для каталога є ПЗЗ-спостереження з полями довкола радіоджерел, виконаних з метою отримання оптичних положень позагалактичних об'єктів. На рис. 5 приведено гістограму розподілу зір у площадках навколо радіоджерел. Дані рис. 5 показують, що більше 70% матеріалу складається із зір, що мають зоряні величини слабше 17 зоряної величини і відсутні у точних астрометричних каталогах типу UCAC2, CMC13 та інших. Вони можуть бути використані для розширення системи каталога HIPPARCOS в область слабких зоряних величин для проведення астрометричних редукцій у малих полях.

У якості опорного каталога, в основному, використовувався каталог UCAC2, якщо кількість опорних зір в полі кадру складала більш 5, що є достатнім для проведення астрометричних редукцій з огляду на мале поле ПЗЗ-матриці. Для астрометричних редукцій використано пакети “Аstrometrica”[28] та “ASTRORED” [30]. В розділі описана структура каталога, наведені оцінки внутрішньої та зовнішньої точності каталога у відношенні випадкових помилок. Каталог містіть положення більш 10000 зір. Внутрішня точність зір перебуває в межах від 25 до 60 mas для зір 14-20 зоряної величини.

ВИСНОВКИ

З 1 січня 1998 року, згідно рішення 23 Генеральної Асамблеї МАС, в астрономії введено нову опорну систему координат - ICRS (International Celestial Reference System). В якості її первинної реалізації на небесній сфері прийнято каталог IСRF, який містить високоточні координати 608 позагалактичних радіоджерел, які спостерігались методами РНДБ. Для практичного використання ICRF маємо її відображення в оптичному діапазоні з такою ж точністю - це каталог HIPPARCOS. Оскільки система HIPPARCOS має постійне залишкове обертання, встановлення надійного зв'язку між оптичною і радіо системами координат стає одною з найважливіших та найактуальніших задач сьогодення. Протягом 2000-2003рр. в рамках Міжнародного проекту по уточненню зв'язку системи координат в оптичному діапазоні (HCRF) із системою координат, побудованої методами РНДБ (ICRF), отримано ПЗЗ-спостереження близько 300 полів довкола оптичних компонентів позагалактичних радіоджерел списку ICRF.

Основні результати роботи такі:

Отриманий каталог положень 213 позагалактичних радіоджерел з середньою внутрішньою точністю 38 mas із ПЗЗ-спостережень. Цей каталог є основою для уточнення кутів взаємної орієнтації оптичної і радіо опорних систем координат, а також має самостійне значення для підвищення точності координат оптичних компонентів позагалактичних радіоджерел, на яких базується опорна система ICRF.

Отримані нові значення кутів орієнтації оптичної і радіо опорних систем координат у зоні схилень від -40 до +80 градусів: _x= -4.16.1, _y=1.95.8, _z = 12.44.9 mas. Аналіз отриманих результатів знайде застосування при подальшому контролі й створенні високоточних систем.

Отримано каталог більш 10 000 зір 10^m - 21^m у площадках навколо радіоджерел, який може бути використаний для поширення системи каталога HIPPARCOS на слабкі об'єкти.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

В реферованих журналах:

1. Pinigin G., Shulga A., Maigurova N.V., Protsyuk Yu., Velichko F., Fedorov P. Jin W., Tang Zh., Wang Sh., Gumerov R.I., Bikmaev I. F. Refinement of linking optical/radio reference frames on the basis of positional observations conducted in Ukraine, China and Russia // Kinematics and Physics of Celestial Bodies Suppl. Ser. - 2003. - № 3. - P. 5963.

2. Babenko Yu., Danil'tsev A., Vertypolokh A., Maigurova N., Pinigin G., Protsyuk Yu., Shulga A., Dementyeva A., Ryl'kov V., Bocsa G., Popescu P. Reduction of compiled catalogue in the selected

Extragalactic radio source fields. Preliminary Estimation // Romanian Astronomical Journal - 2003. - V.13. - № 1. - P. 77-81.

3. Aslan Z. , Gumerov R., Jin W., Khamitov I., Maigurova N., Pinigin G., Protsyuk Yu., Shulga A., Тang Z., Wang S. Results of Joint project on linking opt,ical-radio reference frames // Kinematics and Physics of Celestial Bodies Suppl. Ser.- 2005. - № 5. - P. 333-337.

4. Ryl'kov V., Dement'eva A., Narizhnaya N., Pinigin G., Maigurova N., Protsyuk Yu., Kleschenok V., Bocsa G., Popescu P. Reference stars compiled catalogue around extragalactic radio sourses. Reduction techniques and the first results // // Kinematics and Physics of Celestial Bodies Suppl. Ser.- 2005. - № 5. - P. 328-332.

5. Ryl'kov V., Dement'eva A., Narizhnaya N., Maigurova N., Pinigin G., Protsyuk Yu., Bocsa G., Popescu P. Compiled Catalogue of Reference Stars around 43 Extragalactic Radio Sources // Romanian Astronomical Journal. Suppl. - 2005. - V. 15. - № 1. - P. 131-137.

Матеріали конференцій:

6. Tang Z.H., Jin W.J., Wang S.H., Pinigin G., Protsyuk Yu., Maigurova N., Shulga A. Determination of optical positions for extragalactic radio sources under the collaboration between SHAO and MAO // Proc.IAU Colloquium N180 “Towards Models and Constants for Sub-Microarcsecond Astrometry”. - Washington (USA). - 2000. - P.57- 60.

7. Майгурова Н.В., Пинигин Г.И., Шульга А.В., Величко Ф.П., Федоров П.Н., Гумеров Р.И., Бикмаев И.Ф., Жин В., Ван Ш.: “Уточнение связи между оптической и радио системами координат на основе согласованных наблюдений в обсерваториях Украины, России и КНР” // Астрометрия, геодинамика и небесная механика на пороге XXI века: материалы международной конференции (19-23 июня 2000 г.)., С-Петербург, 2000. - С. 133-134.

8. Tang Z.H., Jin W.J., Wang S.H., Pinigin G., Protsyuk Yu., Maigurova N., Shulga A. Preliminary Results of the Optical Positions of Extragalactic Radio Sources // XXIVth General Assembly of the IAU 7-18 August 2000. - Manchester, England. - 2000. - Abstract Book. - P. 145.

9. Пинигин Г.И., Шульга А.В., Майгурова Н.В., Процюк Ю.И., Jin W, Tang Zh., Wang Sh., Величко Ф.П., Федоров П.Н., Гумеров Р.И., Бикмаев И.Ф., Aslan Z. О состоянии совместного проекта по улучшению связи между оптической и радио опорными системами координат // Всероссийская астрономическая конференция: Тезисы докладов. (С-Петербург, 6-12 августа 2001 г.) СПб.: НИИХ СПБГУ. - 2001. - С. 144.

10. Maigurova N., Pinigin G., Protsyuk Yu., Shulga A., Jin W., Tang Z., Wang Sh., Aslan Z., Khamitov I., Gumerov R., Development of Joint Project on Improvement of Link between Optical and Radio Reference Coordinate Systems // Extension and Connection of Reference Frames Using Ground Based Technique (October 10-13, 2001). - Nikolaev: ATOL, 2001. - P. 58-66.

11. Tang Z., Wang S., Jin W., Maigurova N., Protsyuk Yu., Pinigin G., Shulga A., Kovalchuk A. Determination of optical positions for 38 extragalactical radio sources // Extension and Connection of Reference Frames Using Ground Based Technique (October 10-13, 2001). - Nikolaev: ATOL, 2001.- P. 66-72.

12. Pinigin G., Shulga A., Maigurova N., Protsyuk Yu., Jin W., Tang Zh., Wang Sh., Velichko F., Fedorov P., Filonenko F., Aslan Z., Khamitov I., Gumerov R. Refinement of Linking optical\radio reference Frames // Astronomy and Geodesy in New Millenium: - September, 24-29, AstroKazan-2001, P. 272-273.

13. Maigurova N., Pinigin G., Protsyuk Yu., Shulga A., Jin W., Tang Z., Wang S., Aslan Z., Khamitov I., Gumerov R., Refinement of Linking Optical-Radio Reference Frames on the Base of Collaborative Observatories in the International Joint Project // Second Latin America Meeting on Astrometry and Third Brazilian Meeting on Fundamental Astronomy (2-5 Sept., 2002, Araraquara-Sao Paulo,Brazil). - Abstract Series. - 2002. - P. 37.

14. Aslan Z. , Gumerov R., Hamitov E., Jin W., Maigurova N., Pinigin G., Protsyuk Yu., Shulga A., Tang Z., Wang S. Refinement of Linking optical-radio reference Frames on the Basis of the international Joint Project between collaborative Observatories // Journees 2002. Systemes de Reference Spatio-Temporels. - Sept. 25 -28.- Bucharest. - 2002. - P. 27-30.

15. Майгурова Н., Пинигин Г., Шульга А., Процюк Ю., Jin Wenjing , Tang Zhenghong, Wang Shuhe, Гумеров Р, Aslan Z. О состоянии совместного проекта по улучшению связи между оптической и радио опорными системами координат //Proceedings of the International Workshop “Optical and Radio Sources - Location and Connection.- Nikolaev. - 2003. - P. 66-72.

16. Клещенок В., Бабенко Ю., Данильцев О., Вертиполох А., Майгурова Н., Процюк Ю., Пинигин Г., Шульга А., Дементьева А., Рыльков В., Bocsa G., Popescu P. Создание сводного каталога в полях с внегалактическими радиоисточниками. Предварительные результаты // Proceedings of the International Workshop “Optical and Radio Sources - Location and Connection”. - Nikolaev. - 2003. - P. 17

17. Aslan Z., Gumerov R., Jin W., Khamitov I., Maigurova N., Pinigin G., Protsyuk Yu., Shulga A., Тang Z., Wang S. About Progress on Linking Optical-Radio Reference Frame Using CCD Ground-Based Telescopes // Journess-2003. Astrometry, Geodynamics and Solar system Dynamis: from Milliarcseconds to Microarcseconds. -Book of Abstracts. - S-Petersburg. - 2003. - P.4.

18. Майгурова Н., Пинигин Г., Процюк Ю., Шульга А., Tang Z., Wang S., Jin W., Aslan Z., Hamitov E., Гумеров Р. Итоги международного сотрудничества по уточнению связи оптической и радио опорных систем координат // Tезисы докладов на Всероссийской астрономической конф. ВАК-2004 “Горизонты Вселенной“. - Москва. - 2004. - C.213.

СПИСОК ЦИТОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

19. Ma C., Arias E.F., Eubanks T.M., Fey A.L. The International celestial reference frame realized by VLBI // Definition and Realization of the International Celestial Reference System by VLBI Astrometry of Extragalactic Objects. - IERS Techical Note 23.- 1997. - P.II -3 - II-40.

20. Ковалевский Ж. Современная астрометрия / Пер. с англ. под редакцией В. Е. Жарова. - Фрязино, 2004. - 480c.

21. Mignard F. Astrometric properties of the HIPPARCOS catalogue // // Proc. of the ESA Symр. "Hiррarcos?Venice "97" (1316 May, 1997, Venice, Italy, ESA SP402). ? 1997. ? P. 510.

22. Lindegren L., Kovalevsky J. Linking the HIPPARCOS Catalogue to the extragalactic reference frame //Astronomy and Astrophysics. - 1995. -Vol. 304, No. 1. - P. 189-201.

23. Zacharias N., Urban S.E., Zacharias M.I., Wycoff G.L. The second US Naval Observatory CCD astrograph catalog (UCAC2) // Astronomical Journal - 2004. - V. 127. - P. 3043-3059.

24. Assafin M., Zacharias N., Rafferty T.J.,Zacharias M.I. Optical positions of ICRF sources using UCAC reference stars // Astronomical Journal - 2003.-V. 125. - P. 2728-2739.

25. Monet D.G., Levine S.E., Ables H.D. et al. The USNO-B catalog // Astronomical Journal - 2003. - V. 125. - P. 984-993.

26. Assafin M., Monken Gomes P.T., da Silva Neto D. N., Andrei A.H. Astrometry of International Celestial Reference Frame Sources using the second US Naval Observatory CCD Astrograph Catalog // Astronomical Journal - 2005. - V. 129. - P. 2907-2913.

27. Lazorenko P., Babenko Yu., Karbovsky V., Buromsky M. The Kyiv Meridian Axial Circle catalogue of stars in fields with extragalactic radio sources // Astronomy and Astrophysics - 2005. - V. 438. - P.377 - 389.

28. http://www-astron.univer.kharkov.ua/astrometry/xc1/

29. http://www.astrometrica.at

30. Ховручев М.Ю., Хруцкая Е. В. СREADER и ASTRORED - программные пакеты для выборки данных из каталогов с большой плотностью звезд и выполнения астрометрических редуций // Известия Главной астрономической обсерватории в Пулкове - 2002. - №216. - С.324-326.

АНОТАЦІЯ

Майгурова Н.В. “Уточнення зв'язку радіо та оптичної систем координат за ПЗЗ- спостереженнями вибраних позагалактичних радіоджерел в оптичному діапазоні”. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.03.01 Астрометрія і небесна механіка. - Головна астрономічна обсерваторія НАН України, Київ, 2006.

Дисертація присвячена проблемі уточнення зв'язку оптичної опорної системи координат (HCRF ) c системою ICRF, положення об'єктів у якій визначені методами РНДБ. З цією метою були використані ПЗЗ-спостереження оптичних компонент позагалактичних об'єктів списку ICRF. Отримано оптичні положення 213 позагалактичних радіоджерел у зоні схилень -30° < д < +80є з точністю близько 40 mas по обох координатах. Астрометричні редукції були виконані в основному з використанням зір каталогів UCAC2 і USNO B1.0 у якості опорних. Цей каталог оптичних положень ERS є основою для уточнення кутів взаємної орієнтації оптичної та радіо опорних систем координат, а також має самостійне значення для підвищення точності координат оптичних компонентів позагалактичних радіоджерел, на яких базується опорна система ICRF.

Виконано порівняння середніх оптичних положень радіоджерел з їх радіоположеннями, що дозволило одержати кути взаємної орієнтації радіо й оптичної систем координат на рівні точності 5 mas.

З метою розширення системи каталога HIPPARCOS отримано каталог положень більш 10000 зір 10-21 зоряної величини, що знаходяться в полях навколо радіоджерел. Точність положень зір у каталозі перебуває в межах від 25 до 60 mas для зірок 14-20 зоряної величини.

Ключові слова: позиційна астрономія, астрометрія, опорна система відліку, опорна система координат, ICRF, ICRS, каталог HIPPARCOS, позагалактичні радіоджерела, ПЗЗ-астрономія.

Майгурова Н. В. Уточнение связи оптической и радио систем координат по ПЗС наблюдениям избранных внегалактических радиоисточников в оптическом диапазоне Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.03.01 Астрометрия и небесная механика. - Главная астрономическая обсерватория НАН Украины, Киев, 2006.

Диссертация посвящена проблеме уточнения связи оптической опорной системы (НСRF) с системой ICRF, которая базируется на высокоточных положениях внегалактических радиоисточников, полученных методами РСДБ. Несмотря на достигнутую высокую точность связи систем HCRF и ICRF на момент средней эпохи наблюдения каталога Hipparcos, эта задача остается актуальной, так как точность связи падает со временем вследствие того, что звезды каталога Hipparcos имеют так называемые “мгновенные” собственные движения. Кроме того ПЗС-матрицы, которые приобрели широкое распространение при наблюдениях в оптическом диапазоне, имеют малые поля зрения, что приводит к необходимости использования для редукций промежуточных систем координат, которые реализованы на каталогах содержащих достаточное количество опорных звезд в поле зрения, но с точностью существенно ниже первичной реализации системы HCRF.

Одним из способов установления связи между системами является наблюдения одних и тех же объектов в обоих системах. Для этого были использованы наземные телескопы, оснащенные ПЗС-приемниками излучения. Основной массив наблюдений оптических компонент радиоисточников был получен на телескопе RTT150 (Турция) и 1м телескопе Юнаньской обсерватории. Приведено исследование методики обработки ПЗС-изображений с целью получения точных положений объектов в системе матрицы и их редукций на небесную сферу. В результате обработки полученного массива наблюдений определены оптические положения 213 внегалактических радиоисточников в зоне склонений -30°< д< +80° с точностью около 40 mas по обеим координатам. Астрометрические редукции были выполнены, в основном, с использованием опорных звезд каталогов UCAC2 и USNOB1.0. Для полей, в которых отсутствуют звезды UCAC2 использовались каталоги КАМС1 и ХС1. Полученный каталог оптических положений внегалактических радиоисточников является основой для уточнения углов взаимной ориентации оптической и радио систем координат, а также имеет самостоятельное значение для повышения точности определения координат оптических компонент внегалактических радиоисточников, которые составляют каталог ICRF.

Выполнено сравнение полученных оптических положений с их радиоположениями из каталога ICRF. Исследование хода систематических разностей экваториальных координат в смысле (USNOB1.0 - ICRF) показало наличие значительного систематического смещения 170 mas в системе склонений этого каталога. Аналогичное сравнение оптических и радио координат в смысле (UСAC2 - ICRF) показало отсутствие систематических ошибок в системе каталога UСAC2 на уровне декларируемой точности. Полученый массив разностей экваториальных координат (UСAC2 - ICRF) (142 источника) использовался для определения углов взаимной ориентации оптической и радио систем координат. Получены следующие значения : _x = -4.1 6.1 mas, _y = 1.9 5.8 mas, _z = 12.4 4.9 mas. Достаточно большое значение угла _z может указывать на недостаточно точное определение нуль-пункта (несогласованность оптических и радио координат квазара 3С 273В). Показано, что полученный уровень точности 6 mas может быть улучшен увеличением объема и точности оптических положений радиоисточников, при этом ошибка решения системы определяется точностью опорного оптического каталога. Для вычисления углов связи двух систем были привлечены данные других авторов. Использование массива разностей координат 234 радиоисточников позволило улучшить точность получения параметров связи до 4 mas.

С целью расширения системы каталога HIPPARCOS на слабые звезды определены положения свыше 10000 звезд 10-21 звездной величины, которые содержатся в полях вокруг радиоисточников. Материалом для создания каталога послужили наблюдения, выполненные в рамках проекта по определению параметров связи оптической и радио систем координат. Анализ распределения звезд по звездным величинам показал, что 70 % звезд имеют звездные величины слабее 17^m и не содержатся в точных астрометрических каталогах. Выполнено исследование внутренней и внешней точности положений звезд. Среднее количество наблюдений звезды составляет 5.2 раза. Точность полученного каталога находится в пределах от 25 до 60 mas для звезд 14-20 звездной величины.

Ключевые слова: позиционная астрономия, астрометрия, опорная система отсчета, опорная система координат, внегалактические радиоисточники, ICRF, ICRS, каталог HIPPARCOS, ПЗС-приемники.

Maigurova N. V. Refinement of Linkage between the Radio and Optical Coordinate Systems by using CCD Observations of Selected Extragalactic Radio Sources in Optical Band - Manuscript.

Thesis for PhD in Physics and Mathematics on speciality 01.03.01 - Astrometry and Celestial Mechanics. The Main Astronomical Observatory of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2005.

The dissertation is devoted to the problem of linkage between the HIPPARCOS Celestial Reference Frame (HCRF) and ICRF. Positions of extragalactic radio sources (ERS) in ICRF were determined with VLBI methods. CCD observations of optical counterparts of the ERS were used. The optical positions of 213 selected ERS in declination zone of -30° < д< +80є were obtained with accuracy at the level of 40 mas. The astrometric reductions were mainly made by using reference stars from the UCAC2 and the USNOB1.0 catalogues. The obtained catalogue is the basement to refine mutual orientation angles between the optical and radio systems as well it may be used to increase the accuracy of the optical coordinates of the radio sources which have been used to determine ICRF.

Comparison between mean optical and radio positions of the ERS were made. This comparison allowed us to obtain orientation angles between radio and optical coordinate systems at accuracy level of 5 mas.

Catalogue of positions includes more than 10000 stars of 10-21 magnitude around the ERS. It was obtained in order to spread the HIPPARCOS catalogue over more faint stars . Positional accuracy of stars in the catalogue is between 25 to 60 mas for 14-20 stellar magnitude.

Key words: positional astronomy, astrometry, reference coordinate frame, reference coordinate system, ICRF, ICRS, HIPPARCOS catalogue, extragalactic radio sources, CCD astronomy.

Размещено на Allbest.ru

...