Hipparcos [hɪ’pɑ:kɔs] ( акроним от Hi gh P recision Par allax Co llecting S atellite — «высокоточный спутник для сбора параллаксов »; название созвучно с именем древнегреческого астронома Гиппарха ( др.-греч. Ιππαρχος ), составителя первого в Европе звёздного каталога ; код обсерватории «248» ) — космический телескоп Европейского космического агентства (ЕКА), предназначенный для астрометрических задач: измерения координат, расстояний и собственных движений светил.

Спутник был запущен в 1989 году и за 37 месяцев работы собрал информацию более чем о миллионе звёзд . Точность измерений для основного эксперимента (более 100 тыс. звёзд) составила 1 миллисекунду дуги . Hipparcos — первый и, на 2014 год, единственный завершивший свою работу космический астрометрический проект. Успех программы позволил увеличить точность астрометрических измерений на порядок и тем самым совершить весьма значительный прорыв в астрономии.

История проектирования

Идея высокоточного измерения параллаксов с борта искусственного спутника была предложена ещё в 1966 году французским астрономом . Тогда подобное предложение делалось со значительным упреждением в расчёте на развитие технологий, однако, членами научного совета Европейского космического агентства была проделана работа по его детальному рассмотрению, предвычислению результатов и дополнению проекта деталями, и в 1980 году ЕКА приступило к работе над непосредственной реализацией. В процессе разработки проекта дополнительно ввели эксперимент Tycho (названный так в честь датского астронома Тихо Браге ). Суть эксперимента заключалась в использовании ранее введенного устройства отождествления звёзд ( англ. star-mapper ) для научных целей (первоначально оно использовалось только для определения ориентации спутника в пространстве) .

Сведения об аппарате

Запуск спутника HIPPARCOS состоялся 8 августа 1989 года с космодрома Куру ( Французская Гвиана ) . Спутник был выведен на орбиту ракетой носителем «Ариан» ( «Ariane-4.44LP / Н10, v.33» ). На этом этапе возникли неполадки. Из-за отказа одного из двигателей спутник получилось вывести не на запланированную геостационарную , а на эллиптическую орбиту . Параметры получившейся орбиты оказались следующими: наклон — 7°, период обращения — 640 минут ; высота перигея и апогея — 500 км и 36 500 км , соответственно; эксцентриситет — 0,7 вместо полагающегося геостационарной орбите эксцентриситета, близкого к нулю. Кроме того, спутник получил нежелательный вращательный момент, который пришлось корректировать в течение первых недель полёта. Эксперимент не был прекращён, так как осуществлять наблюдения оказалось возможно и в получившихся условиях. Однако вывод на орбиту, отличную от запланированной, привёл к систематическому пересечению спутником зоны радиационных поясов Земли , что не давало в эти моменты возможности производить наблюдения, из-за высокой амплитуды фотонного шума, — в результате чего потерялось 30—35 % имевшегося наблюдательного времени. Кроме того, частое пересечение радиационных поясов ускорило деградацию некоторых компонентов спутника и измерительной аппаратуры, что привело в 1992 году к приостановке на три месяца, а в марте 1993 года — к досрочному прекращению эксперимента .

Оптическая система представляла собой катадиоптрический телескоп системы Шмидта . Перед объективом стояло два плоских зеркала, сводивших в одно поле зрения две площадки на небе, отстоящие друг от друга на 58°.

Параметры:

• диаметр апертуры : 290 мм ;
• фокусное расстояние: 1400 мм ;
• масса аппарата: 500 кг ;
• максимальная точность: 0,001″.

Спутником было выполнено свыше 3 млн наблюдений 118 324 звёзд , включённых в основную программу (это почти все звёзды до 9 ^m ), и несколько десятков миллионов наблюдений примерно 1 млн звёзд с помощью вспомогательной аппаратуры (вначале планировалось включить 100 тыс. звёзд по основной программе, но потом её минимум увеличили).

В процессе эксперимента было открыто свыше 8000 переменных и около 3000 двойных звёзд.

Каталоги

Обработка наблюдений продолжалась до 1997 года и проводилась независимо двумя международными консорциумами — «северным» (страны Скандинавии и северной Европы) и «южным» ( Франция , Италия и др.). Также принимали некоторое участие астрономы России . Эти консорциумы работали независимо, только их окончательные результаты были сравнены и объединены. В итоге, в 1997 году состоялась публикация Европейским космическим агентством звёздного каталога Hipparcos , одноимённого с проектом, и ещё одного каталога, Tycho (по результатам эксперимента Tycho). Каталоги были выпущены в печатном и электронном виде. Печатная версия содержала 16 томов : непосредственно каталог Hipparcos и документацию, описывающую содержание обоих каталогов, характеристики спутника, алгоритмы обработки данных. Электронная версия находилась на шести компакт-дисках, собранных в виде 17-го тома.

Для звёзд каталога Hipparcos приводятся следующие астрометрические параметры:

• положения (точные координаты — два параметра);
• собственные движения;
• параллаксы;
• звёздные величины в фотометрических системах B и V .

Пять астрометрических параметров (кроме лучевой скорости ) определялись решением системы линеаризованных уравнений в частных производных методом наименьших квадратов .

Основные характеристики каталогов Hipparcos и Tycho

Каталог	Hipparcos	Tycho
Система каталога	ICRS	ICRS
Средняя эпоха наблюдений	1991,25	1991,25
Число звёзд	118 218	1 058 332
Предельная звёздная величина	8 m	11,5 m
Точность положений	≈ 0.001″	0,007″—0,025″
Точность собственных движений	≈ 0,001″ в год	—
Точность параллаксов	≈ 0,001″	—
Средняя точность фотометрии	≈ 0,002 m	0,06 m —0,1 m

Каталог Hipparcos

До эксперимента точность была оценена как 2 милли секунды дуги , реально полученная оказалась лучше — 1 миллисекунда дуги для большинства звёзд.

Точность измерения параллаксов каталога позволила значительно уточнить представления о расстояниях до звёзд. По результатам космического эксперимента, для 20 000 звёзд расстояния стали известны с точностью не хуже 10 %, а для 49 000 звёзд — не хуже 20 %. Вскоре после публикации результатов Международный астрономический союз рекомендовал использовать каталог Hipparcos как первичную реализацию Международной небесной системы координат (ICRS) в оптическом диапазоне .

Связь с опорной системой координат в радиодиапазоне — ICRF — осуществлялась через:

• РСДБ -наблюдения радиозвёзд вблизи квазаров;
• наблюдения радиозвёзд с телескопом VLA ;
• измерения угловых расстояний от звёзд Hipparcos’а до внегалактических источников на космическом телескопе « Хаббл » в оптическом диапазоне;
• фотографические и ПЗС -наблюдения квазаров;
• фотографические обзоры.

Авторы каталога Hipparcos указывают следующие оценки точности совпадения системы ICRF и системы каталога:

• рассогласование между системами по направлению осей может составлять 0,6 миллисекунд дуги;
• вращение одной системы координат относительно другой может составлять около 0,25 миллисекунд дуги в год .

Впоследствии из числа объектов каталога, определяющих опорную систему, было рекомендовано исключить двойные звёзды, некоторые переменные звёзды, и те, относительно которых имеются сомнения в точности данных . Соответствующая получила название HCRF .

Каталог Tycho-2

Ещё одним результатом является каталог Tycho-2 . В отличие от каталогов Hipparcos и Tycho, он базируется не только на результатах наблюдений спутника. При его создании использовано множество наземных наблюдений для уточнения собственных движений . Содержит около 2,5 млн звёзд, для которых приводятся положения, собственные движения, звёздные величины в системах, близких к стандартным системам B и V, а также другие сведения. Точность положений для звёзд 9 величины — около 0,05 секунд дуги, собственных движений — 0,002—0,003 секунд дуги в год . Каталог был опубликован в 2000 году и заменил собой каталог Tycho .

Сравнительная характеристика каталогов

Каталог Hipparcos не имеет аналогов для применения в практических задачах, требующих высокой астрометрической и фотометрической точности при работе с большими полями зрения и в сходном с каталогом динамическом диапазоне звёздных величин (9 ^m —11 ^m ). Он не становится полностью универсален ввиду наличия в современной астрономии большого количества практических задач, в которых используются малые поля зрения (порядка угловых минут) и диапазоны звёздных величин от 14 ^m до 23 ^m . Каталог Tycho-2 подходит уже для значительно большего количества задач, чем Hipparcos, но имеет меньшую точность.

На основе каталогов Hipparcos и Tycho-2 был подготовлен ряд атласов , в частности звёздный атлас и вторая редакция « Уранометрии 2000.0 ».

Результаты миссии

Кратко результаты миссии HIPPARCOS можно охарактеризовать следующим образом:

• определены пять астрометрических параметров (в частности, параллаксы) 118 324 звёзд с точностью, превосходящей точность наземных наблюдений в 100 раз ;
• определены положения (два астрометрических параметра) для 1 млн звёзд, с точностью, превосходящей точность наземных наблюдений в 5—10 раз ;
• определены фотометрические данные (звёздные величины в двух цветах) для 1 млн звёзд. Точность этих данных хотя и уступает точности лучших наземных наблюдений, но данные представлены в однородной фотометрической системе, что иногда бывает более важно. Однородность фотометрии для такого количества звёзд достигнута впервые в истории астрономии;
• открыто свыше 8000 переменных и около 3000 двойных звёзд;
• создан новый фундаментальный каталог , а также два других дополнительных каталога, удовлетворяющих множеству задач астрономии значительно лучше каталогов, полностью базирующихся на наземных наблюдениях.

Некоторые из этих результатов являются не только более точными, но и принципиально новыми (например, параллаксы являются абсолютными, а не относительными, как при наземных наблюдениях).

Важность этих результатов для астрометрии и астрономии привела к оценке данного эксперимента как значительной вехе в истории астрономии, о чём свидетельствует в том числе появление в специальной литературе термина «постгиппарковская эпоха» ( англ. post-Hipparcos era ).

Обработка наблюдений спутника продолжалась и после опубликования основного результата в 1997 году. По данным библиографической системы , до запуска спутника опубликовано несколько сотен статей, содержащих обсуждение проекта (программу наблюдений, различные математические модели с целью оптимизации параметров аппарата, расчет ожидаемой точности). В настоящий момент в ADS (в разделе астрономии) выложено около 2000 публикаций со словом «Hipparcos» в названиях, и около 5000 — со словом «Hipparcos» в резюме.

Влияние эксперимента Hipparcos на развитие астрометрии заключается в следующем:

• большое число важных научных результатов, о чём свидетельствует число опубликованных статей;
• демонстрация того, что очень дорогостоящий (более 700 млн долларов), но хорошо спланированный эксперимент может показать результаты, дающие начало новой эпохи в науке, в данном случае в астрономии;
• более интенсивная разработка новых проектов, с намерениями добиться увеличения точности ещё в 10—100 раз , и увеличение числа измеренных объектов до 40 млн — 1 млрд .

См. также

• Gaia
• Space Interferometry Mission
• Европейское космическое агентство

Примечания

Ссылки

• Цветков А. С. (рус.) . Астронет . Астронет . 1 ноября 2020 года. .
• Витязев В. В. (рус.) . Архивировано из 2 мая 2008 года. .
• Гончаров Г. А. (рус.) . Научная сеть . Дата обращения: 29 марта 2008. Архивировано из 14 июля 2007 года. .