ПРИБОРНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ В ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ АСТРОНОМИИ Крупенко М.Ю.., Андреева Н В. БГТУ имени В.Г. Шухова Белгород, Россия ISTRUMENTATION IN GEODETIC ASTRONOMY Krupenko M.U.., Andreeva N.V. BSTU behalf V.G. Shukhov Belgorod, Russia Геодезическая астрономия изучает вопросы астрономической ориентации на поверхности Земли и в пространстве: определение географических координат точек земной поверхности; азимутов направлений; изучение приборов, с помощью которых выполняются определения координат; разработка рациональных методов наблюдений светил; разработка методов математической обработки полученных результатов и другое. При решении данных вопросов используются астрономические методы наблюдений, которые базируются на положениях и закономерностях сферической астрономии, раздела астрономии изучающей математические методы решения задач, связанных со взаимным расположением светил; устанавливающей системы небесных координат и способов измерения времени, как одной из координат. Приборное обеспечение в геодезической особенностей астрономических наблюдений: астрономии вытекает из следующих а) Наблюдения подвижных светил. Сопровождаются отсчетами по часам в определенной системе времени, для чего должна быть организована служба времени. Точные астрономические определения требуют соответствующей методики наблюдения за подвижными объектами и фиксации моментов их прохождений; б) Наблюдения звезд на малых зенитных расстояниях. Требуется соответствующая конструкция зрительной трубы астрономического теодолита (ломаная труба либо различного вида призмы-насадки на окуляр). Повышаются требования к учету наклона горизонтальной оси трубы теодолита при измерении горизонтальных направлений; в) Наблюдения сквозь атмосферу, использование значительной части поля зрения трубы при наблюдениях, а не только центра, как при геодезических наблюдениях. Здесь повышаются требования к оптике инструмента, а также возникает необходимость учета рефракции; г) Для ночных наблюдений нужна подсветка отсчетных устройств и поля зрения трубы теодолита, для наблюдений Солнца необходим плотный светофильтр. Полевой комплект аппаратуры для астрономических определений географических координат и азимута включает в себя: - астрономический теодолит для угловых измерений; - хронометр (часы) для фиксации моментов прохождений звезд; - приборы для регистрации результатов наблюдений; - радиоприемник для приема сигналов точного времени и определения поправки часов; - термометр, барометр – для вычисления поправки за рефракцию в точных способах астрономических определений; - батареи или аккумулятор для подсветки. Астрономические теодолиты: Специфическими особенностями современного астрономического теодолита по сравнению c точными геодезическими угломерными приборами являются: - Ломаная центральная труба, позволяющая выполнять наблюдения светил практически на любых видимых зенитных расстояниях; - Улучшенная оптика; - Наличие точных уровней. Астрономические теодолиты имеют, как правило, три точных уровня накладной на горизонтальную ось трубы для определения ее наклона; накладной на раму микроскопов вертикального круга при измерении зенитных расстояний; талькоттовский уровень, скрепляющийся с горизонтальной осью трубы, для фиксации малых изменений положения трубы по высоте; - Сетка нитей, состоящая из 7–9 равноотстоящих параллельных нитей и перпендикулярного к ним подвижного биссектора окулярного микрометра – для измерения малых угловых расстояний в поле зрения трубы теодолита. Для наблюдений солнца может применяться специальная сетка нитей в виде круга в центре; - Электроосвещение поля зрения трубы и отсчетных устройств для выполнения ночных наблюдений; - Приборы для полуавтоматических (или автоматических) наблюдений моментов прохождений звезд. При проведении измерительных работ необходимо обозначить астрономические пункты, точки, в которых географические координаты φ и λ, а также направление астрономического меридиана (меридиана наблюдателя) определены с помощью астрономических наблюдений точно. Первоклассными астропунктами называются пункты Лапласа, располагающиеся на обоих концах базисных сторон в вершинах полигонов государственной геодезической сети 1-го класса, а так же на обоих концах крайних сторон звеньев полигонометрии 1-го класса, и через каждые 10 сторон в сплошных сетях 1-го класса. В сплошных сетях 2-го класса пункты Лапласа определяются на концах базисной стороны, расположенной в середине сети. Азимуты Лапласа позволяют осуществлять независимый контроль и уравнивание угловых измерений в государственной геодезической сети. Кроме пунктов Лапласа (астропунктов 1-го класса) определяются астропункты 2-го класса, преимущественно в необжитых и малообжитых районах, как пункты основы для географических съемок мелких масштабов, магнитометрических съемок, для закрепления маршрутов при географических исследованиях и т. п. Для решения ряда научно-технических задач и для обеспечения единой системой опорных точек на большой территории определяются астропункты 3-го и 4-го классов. Для нахождения астрономических определений в геодезической астрономии используются механические хронометры, кварцевые часы, двухстрелочные секундомеры, карманные часы повышенной точности, а для определения времени также используются показания спутникового навигационного приемника, при условии наблюдения спутников с него. Угломерные астрономо-геодезические приборы должны устанавливаться на определяемых пунктах в рабочее положение по уровню, при этом ось вращения теодолита должна совпадать с отвесной линией, а плоскость горизонтального круга - с плоскостью истинного горизонта. Искомыми величинами являются численные значения местного времени (m или s), географических координат (ф и λ), азимута направления (А∆). Искомые значения могут быть получены в результате решения параллактического треугольника РZσ. Для решения необходимо знать основные формулы сферической тригонометрии . Имеем параллактический треугольник РZσ, в котором РZ = 90° - φ; Рσ = 90° - δ; Zσ = z; углы треугольника: ZPσ = t; РZσ = 180° - А. Горизонтальные координаты светила σ, зенитное расстояние z и азимут А измеряем в определенный момент времени Т по хронометру - точным переносным часам, использующимся для астрономических наблюдений. Поправкой хронометра называют разность между действительными звездным (средним) временем в данный момент и показанием хронометра. s=T+u. Видимые координаты светила, прямое восхождение α и склонение δ для момента времени наблюдений s можно вычислить с помощью АЕ. Зная основную формулу звездного времени s=α+t легко найти часовой угол данного светила в момент наблюдений: t=s-α. Если требуется определить широту места наблюдения φ, то задача решается путем нахождения стороны РZ в параллактическом треугольнике PZσ. Широта φ определяется по известной из сферической астрономии формуле: cos z = sin φ sinδ + cos φ cos δ cos t, в которую входит лишь одно неизвестное - φ. Астрономический азимут светила А в сумме с горизонтальным углом Q между направлениями на светило и на земной предмет в момент наблюдений дает значение азимута направления на земной предмет А∆: А∆ = А +Q. Азимут светила А можно вычислить по известной формуле: ctgA = sinφctg t - tgδcosφcosect, если известна широта места наблюдений. Географической долгота λ определяется по второй астрономической теореме: l=s-S, где l - долгота места в часовой мере (λ=15l), а s и S - соответственно местное и гринвичское время в один и тот же физический момент наблюдений. Все наблюдения небесных светил привязываются по времени. Основным прибором для измерения и хранения времени в геодезической астрономии служит хронометр. В геодезической астрономии применяются только столовые хронометры . Вследствие некоторого несовершенства изготовления и регулировки показания хронометра будут ошибочны и должны быть исправлены путем введения поправки us=s-Тs, если хронометр идет по звездному времени, или uт=m-Тт, если хронометр идет по среднему времени. Поправка хронометра u - не постоянная величина, с течением времени она изменяется изза «хода» опережения или отставания хронометра. Ход хронометра - это изменение его поправки за единицу времени. Чтобы определить точное звездное (или среднее) время, надо знать поправку хронометра и в момент взятия отсчета по хронометру Т: s=Т+u; так как с другой стороны s=α+t, то u=t+α-T Формула показывает, что для получения поправки хронометра надо из астроопределений получить часовой угол t, а с помощью АЕ вычислить прямое восхождение α на момент наблюдений. Часовой угол может быть получен из выражения: т. е. необходимо из АЕ кроме прямого восхождения α выбирать и склонение светила δ, а также, хотя бы приближенно, знать широту места (с карты). В момент измерения зенитного расстояния z светила надо зафиксировать отсчет Т по хронометру. Для этого столовый (морской) хронометр в специальном ящике помещают около самого теодолита так, чтобы наблюдатель в любой момент мог взглянуть на циферблат и ему были отчетливо слышны удары хронометра, следующие друг за другом через 0,5s. Посмотрев на циферблат хронометра и заметив положение секундной стрелки (взяв счет секунд хронометра), наблюдатель в уме ведет счет секундных ударов (как бы пропуская полусекундные). В то же время он смотрит в окуляр, удерживая изображение звезды в биссекторе и следя за прохождением звезды. В момент пересечения ею горизонтальной нити он оценивает на глаз десятые доли секунды, которые прошли после предыдущего удара хронометра до пересечения нити. Зенитное расстояние горизонтальной нити считывается с вертикального круга после регистрации момента прохождения звезды. Задача определения времени по наблюдению небесных светил сводится к выводу поправки хронометра в данный момент. Поправка хронометра может быть получена регистрацией моментов Т прохождения звезд с известным прямым восхождением через меридиан наблюдателя, когда их t = 0. Тогда u=а-Т. В настоящее время применяются: АУ 2/10 (СССР, с 30-х гг), Вильд Т-4 («Вильд», Швейцария, с 40-х гг.), ДКМ3-А («Керн-Аарау», Швейцария), АУ01 (Россия, ЦНИИГАиК, с середины 80-х гг.) Для приближенных астрономических определений используются оптические теодолиты средней точности, такие, как отечественные теодолиты Т2, 2Т2, выпускаемый фирмой «Карл Цейсс», Германия, Theo 01, и др. Эти инструменты снабжаются дополнительным комплектом деталей и приборов, позволяющими выполнять астрономические определения. Список литературы: 1. Кононович Э.В., Мороз В.И. Общий курс астрономии: Учебное пособие / под ред. В.В. Иванова. – М.: Едиториал УРСС, 2001; 2. Астрономический ежегодник на 2014 год. – СПб.: Наука, 2013; 3. Геодезическая астрономия применительно к решению инженерно-геодезических задач / И.С. Пандул. – СПб.: Политехника, 2010; 4. Труды ИПА РАН. Вып. 10. В.А. Брумберг, Н.И. Глебова, М.В. Лукашева, А.А. Малков, Е.В. Питьева, Л.И. Румянцева, М.Л. Свешников, М.А. Фурсенко. Расширенное объяснение к «Астрономическому ежегоднику». – СПб.: ИПА РАН, 2004; 5. Гиенко, Е.Г. Г465 Астрометрия и геодезическая астрономия: учеб. пособие / Е.Г. Гиенко.- Новосбирск: СГГА, 2011.-168 с.