Astrometrija: definīcija, pareizais kustīgums, paralakse un attālumu mērīšana

Astrometrija: uzzini, kā pareizais kustīgums un paralakse ļauj mērīt zvaigžņu attālumus parsekos — vienkārši, precīzi un būtiski astronomijā.

Astrometrija ir astronomijas daļa, kas saistīta ar kosmosā esošo objektu, piemēram, zvaigžņu, kustības mērīšanu. Divi galvenie veidi, kā izmērīt šos objektus, ir pareizais kustīgums un paralakss.

Pareizā kustība ir objekta stāvokļa maiņa laika gaitā, skatoties no Zemes. Tāpat kā jebkuru citu kustīgu objektu, arī zvaigznes kustību mēra, skatoties uz vienu un to pašu vietu dažādos laikos un vērojot, cik tālu zvaigzne ir pārvietojusies. Atšķirība ir tāda, ka no Zemes zvaigznes pārvietojas ļoti lēni, tāpēc mērījums jāveic loka sekundēs gadā. Ja zvaigznei ir liels pareizais kustīgums, tas parasti nozīmē, ka tā atrodas tuvu. Barnarda zvaigzne, zvaigzne ar vislielāko patieso kustību, 348 gadu laikā pārvietojas tikai par 1 grādu (3600 loka sekunžu) pāri debesīm.

Paralaksa ir šķietamā objekta stāvokļa atšķirība, ja to redz no divām vai vairākām dažādām vietām. Kad objektu skatās no jaunas vietas, no skatītāja uz objektu iet jauna redzes līnija, kas tālumā rāda atšķirīgu fonu. Paralaksi mēra, izmantojot leņķi starp divām redzes līnijām.

Paralaksu var izmantot arī attālumu mērīšanai līdz tuvākajiem dažiem tūkstošiem zvaigžņu. Šos attālumus mēra parsekos, kas ir aptuveni 3,26 gaismas gadi.

Papildus skaidrojums par pareizo kustīgumu

Pareizais kustīgums tiek parasti izteikts loka sekundēs gadā ("/gads) vai mililoka sekundēs gadā (mas/gads). To var sadalīt divos komponentos — kustība pa rektascensijas (R.A.) un deklinācijas (Dec) virzieniem — un kopējo kustību iegūst kā vektora garumu: mu = sqrt(mu_RA^2 + mu_Dec^2). Praktiski bieži redzēsi vērtības mililoka sekundēs gadā (mas/yr), jo daudzas zvaigznes kustas ļoti maz.

Ja zināms objekta pareizais kustīgums (mu) un tā attālums (d parsekos), var aprēķināt šķērsvirziena (tangenciālo) ātrumu v_t km/s pēc formulas: v_t ≈ 4.74 * mu(" /yr) * d(pc). Šī sakarība ļauj pārvērst leņķa kustību par reālu kustības ātrumu, kas svarīgi zvaigžņu kineātikas un Piena ceļa dinamikas pētījumos.

Kā piemēru, Barnarda zvaigzne pārvietojas apmēram 10,3 loka sekundes gadā — tas atbilst tam, ka 348 gados tā nobrauc aptuveni 1 grādu pāri debesīm, kas ir ļoti liela leņķiskā kustība salīdzinājumā ar citām tuvējām zvaigznēm.

Paralakss un attālumu mērīšana

Gada paralakss ir īpašs paralakses veids, ko rada Zemes kustība ap Sauli. Novērojot zvaigzni sešu mēnešu intervālā (kad Zeme atrodas pretējās orbītas pusēs), redzamā novirze pret tālāku fona objektu maksimāli sasniedz dubultu paralsyzes leņķi; astronomi parasti definē paralaksi p kā pusi no šī maksimālā nobīdes — tas ir leņķis, ko subtendē 1 astronomiskā vienība (1 AU) attālumā līdz zvaigznei. Šī definīcija noved pie vienkāršas attiecības: p (loka sekundēs) = 1 / d (parsekos).

No šīs formulas izriet, ka zvaigzne ar paralaksi 1" atrodas 1 parseka (pc) attālumā, un 1 pc ≈ 3.26 gaismas gadi. Paralaksa ir visuzticamākais un tiešākais attāluma mērījumu veids, tomēr tas darbojas tikai tad, ja paralakse ir measurably liela salīdzinājumā ar mērījuma kļūdu — tātad praktiski tas ierobežo mērījumus tuvākajām zvaigznēm.

Mērīšanas precizitāte un mūsdienu misijas

Astrometrijas precizitāti būtiski uzlabo kosmosa misijas, jo atmosfēra, redzamības ierobežojumi un Zemes kustība rada troksni. Piemēram, ESA misijas Hipparcos (pabeigta 1990.–1997. gadu periodā) nodrošināja paralakses tūkstošiem zvaigžņu ar tipisku precizitāti aptuveni 1 mas, savukārt mūsdienu misija Gaia mēra biezu zvaigžņu lauku ar daudz labāku precizitāti — dažu desmitu līdz pāris desmitu mikro-loka sekundēm (µas) spilgtākajām zvaigznēm — un aptver miljardus objektu. Tas ļauj noteikt attālumus un pareizo kustīgumu daudz plašākā apjomā un ar lielāku precizitāti.

Tomēr jāņem vērā, ka paralakses kļūdas var radīt nejaušības, un vienkārša apgriešana p → 1/p nav piemērota, ja relatīvā kļūda ir liela. Attālumu iegūšanai no paralakses jāizmanto statistiskas metodes un pareiza kļūdu apstrāde.

Pielietojumi

• Starpzvaigžņu attālumi un Piena ceļa struktūra: astrometrija palīdz kartēt zvaigžņu sadalījumu un kustību, identificēt Piena ceļa diskus, roku un halo komponentes.
• Zvaigžņu kinematika un dinamika: pareizais kustīgums un radialais ātrums kopā dod pilnu zvaigznes ātruma vektoru, kas nepieciešams zvaigžņu populāciju izpētē.
• Masu noteikšana un dubultzvaigznes: precīzi pozīciju un kinematikas mērījumi ļauj aprēķināt kompāniona masu, arī ja tā nav tieši novērojama.
• Egzoplanētu atklāšana astrometrijas ceļā: nelielas zvaigznes pozīcijas svārstības var liecināt par ap to riņķojošu planētu klātbūtni.
• Referenču sistēmas un navigācija: astrometrijas dati tiek izmantoti debess koordinātu sistēmu definēšanā un precīzai kosmisko kuģu navigācijai.

Secinājums: astrometrija ir fundamentāla daļa mūsdienu astronomijā — ar tās palīdzību nosaka zvaigžņu pozīcijas, kustības un attālumus, kas ir pamatā daudzām pētniecības jomām no kosmiskās dinamikas līdz egzoplanētu meklējumiem. Tehnoloģiju attīstība, īpaši kosmiskie teleskopi un precīzu mērījumu metodes, pastāvīgi paplašina astrometrijas iespējas.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir astrometrija?

J: Kādi ir divi galvenie šo objektu mērīšanas veidi?

J: Kā mēra kustības virzienu?

J: Kā darbojas paralakss?

Jautājums: Kurai zvaigznei ir vislielākais pareizais kustīgums?

Meklēt pēc burta