Барицентрическая и геоцентрическая небесные системы отсчета

Барицентрическая небесная система отсчета ( BCRS ) — это система координат, используемая в астрометрии для определения местоположения и движения астрономических объектов. Она была создана в 2000 году Международным астрономическим союзом (МАС) как глобальная стандартная система отсчета для объектов, расположенных за пределами гравитационной окрестности Земли : ^[1] планеты, луны и другие тела Солнечной системы, звезды и другие объекты галактики Млечный Путь , а также внегалактические объекты.

Геоцентрическая небесная система отсчета ( GCRS ), также созданная МАС в 2000 году, представляет собой аналогичную стандартную систему координат, используемую для определения местоположения и движения околоземных объектов , таких как спутники. ^[1]

Эти системы облегчают ученым и инженерам сбор, обмен, сравнение и преобразование точных измерений по всему миру, устанавливая стандарты как измерений, так и методологии, а также обеспечивая последовательную структуру операций. Основное внимание BCRS уделяется астрономии: исследованию Солнечной системы и Вселенной. BCRS — это система, которая в настоящее время используется для выражения позиционных данных в астрономических справочниках, таких как звездный каталог Hipparcos .

Основное внимание GCRS уделено навигации спутников Земли и геофизическим приложениям, которые они поддерживают. Правильное функционирование системы глобального позиционирования (GPS) напрямую зависит от точности спутниковых измерений, поддерживаемых GCRS. ^[2]

Цель и реализация

BCRS был разработан для поддержки чрезвычайно точных измерений положения и движения, необходимых в астрометрии. ^[1] Одним из важнейших факторов достижения такой точности является то, как общие релятивистские определяются и измеряются эффекты. Обе системы включают стандарты, которые обеспечивают согласованность и легкое сравнение полученных пространственно-временных координат среди астрометрических измерений, проводимых по всему миру. Они предоставляют метрический тензор для установления согласованной системы отсчета для наблюдений. Тензор обеспечивает согласованность отчасти за счет стандартизации точки отсчета гравитации.

Геоцентрическая система проще, она меньше по размерам и включает в себя мало массивных объектов: эта система координат определяет ее центр как центр масс самой Земли. Барицентрическую систему можно условно представить как систему с центром на Солнце, но Солнечная система устроена сложнее. Даже гораздо меньшие планеты оказывают гравитационное воздействие на Солнце, заставляя его слегка менять положение по мере движения по орбите. Эти сдвиги очень велики по сравнению с точностью измерений, необходимой для астрометрии. Таким образом, BCRS определяет свой центр координат как центр масс всей Солнечной системы, ее барицентр . Эта стабильная точка гравитации помогает минимизировать релятивистские эффекты в любых системах отсчета в Солнечной системе.

Связь с другими стандартами

ИКРС

Ориентация системы координат BCRS совпадает с ориентацией Международной небесной системы отсчета (ICRS). Оба расположены в барицентре Солнечной системы и оба «направлены» в одном направлении. То есть их оси совпадают с осями Международной небесной системы отсчета (ICRF), которая была принята МАС в качестве стандарта двумя годами ранее (1998 г.). Целью ICRF является определение того, что означает «направление» в космосе, путем фиксации его ориентации по отношению к Небесной сфере , то есть к фону дальнего космоса. Говоря вскользь, оно не движется относительно звезд и галактик; он не вращается.

Определить идеальную иммобилизацию направления на практике невозможно, но мы можем подобраться гораздо ближе, чем мы даже можем измерить. Чем дальше находится объект, тем меньше кажется, что его направление меняется относительно нас ( эффект параллакса ). Таким образом, ICRF использует очень удаленные объекты, находящиеся далеко за пределами нашей галактики, для определения ориентиров направления. Выбранные объекты также излучают радиоволны , которые менее подвержены затенению небесным газом перед ними, чем другие длины волн. ICRF принимает координаты 212 определяющих объектов, в основном квазаров , фиксируя свою ориентацию относительно них.

HCRF

Небесная Hipparcos система отсчета (HCRF) была похожа на ICRF, но ранее использовалась вместе со спутником Hipparcos который функционировал в период с 1989 по 1993 год , . каталог звезд, широко используемый и по сей день. Такое обширное картирование еще не было завершено на основе последующих улучшений в возможностях измерения. Тогда с меньшей точностью и на оптических длинах волн ICRS и BCRS также можно указать с помощью HCRF. Это средство, с помощью которого BCRS можно использовать по отношению к звездному каталогу Hipparcos .

Преобразование координат

BCRS и GCRS также были разработаны таким образом, чтобы сделать возможным преобразование их координат между собой и другими системами отсчета, хотя преобразования ни в коем случае не являются простыми. Существуют две библиотеки программного обеспечения одобренных IAU алгоритмов для управления и преобразования между BCRS и другими справочными системами: система «Стандарты фундаментальной астрономии» ( SOFA ) и подпрограммы векторной астрометрии военно-морской обсерватории (NOVAS). ^[1]

Ориентация осей BCRS/ICRS также совпадает в пределах 0,02 угловой секунды со средним экватором Земли и равноденствием для эпохи Пятого фундаментального каталога (FK5) J2000.0 .

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Каплан, Джордж Х. (20 октября 2005 г.), «Резолюции МАС по астрономическим системам отсчета, временным шкалам и моделям вращения Земли», циркуляр USNO , том. 179, Вашингтон, округ Колумбия: Военно-морская обсерватория США, arXiv : astro-ph/0602086.
^ Филиппенко, Алекс (2007), «Лекция 58», «Понимание Вселенной: введение в астрономию» (DVD), «Великие курсы» (2-е изд.), Шантильи, Вирджиния, США: The Teaching Company

Дальнейшее чтение

МАС (2000), Резолюция B1.3: Определение барицентрической небесной системы отсчета и геоцентрической небесной системы отсчета.

Внешние ссылки

Стандарты фундаментальной астрономии (SOFA)
Программное обеспечение векторной астрометрии военно-морской обсерватории (NOVAS). Архивировано 28 июня 2015 г. на Wayback Machine.
SuperNOVAS — это поддерживаемая версия библиотеки NOVAS (см. выше) для C/C++, предоставляющая исправления ошибок, улучшения, новые функции и онлайн-документацию.

[Kaplan2005-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Каплан, Джордж Х. (20 октября 2005 г.), «Резолюции МАС по астрономическим системам отсчета, временным шкалам и моделям вращения Земли», циркуляр USNO , том. 179, Вашингтон, округ Колумбия: Военно-морская обсерватория США, arXiv : astro-ph/0602086.

[2] Филиппенко, Алекс (2007), «Лекция 58», «Понимание Вселенной: введение в астрономию» (DVD), «Великие курсы» (2-е изд.), Шантильи, Вирджиния, США: The Teaching Company

[1]

[2]