Hipparcos

Hipparcos
Hipparcos
Космический телескоп «Hipparcos» (в представлении художника)
Организация:
ЕКА
Главные
подрядчики:
/
MMS
Alenia Spazio
Волновой диапазон:
видимый диапазон
NSSDC ID:
Тип орбиты:
Высота орбиты:
Период обращения:
Запущен:
Запущен из:
Выведен на орбиту:
Продолжительность:
Масса:
1989-062B
геостационарная
507-35888 км
628,9 мин
8 августа 1989 23:25:53 UTC
Куру
Ариан-4 (V33)
3,5 года
1140 кг (стартовая)
Диаметр:
29 см
Фокусное
расстояние:
1,4 м
Сайт:
http://www.rssd.esa.int/hipparcos
Hipparcos [hɪ’pɑ:kɔs] (акроним от High Precision Parallax Collecting Satellite — спутник
для сбора высокоточных параллаксов; 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[1]. Точность измерений составила 1 mas (миллисекунда дуги).
Hipparcos — первый и на данный момент единственный завершивший свою работу
космический астрометрический проект. Успех программы позволил увеличить точность
на порядок и тем самым совершить весьма значительный прорыв в астрономии.
История проектирования
Идея высокоточного измерения параллаксов с борта искусственного спутника была
предложена еще в 1966 г. французским астрономом П. Лакрутом. Тогда подобное
предложение делалось со значительным упреждением в расчете на развитие технологий,
однако, членами научного совета Европейского космического агентства была проделана
работа по его детальному рассмотрению, предвычислению результатов и дополнению
проекта деталями, а 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)[2][3][4].
Сведения об аппарате
Запуск спутника HIPPARCOS состоялся 8 августа 1989 года, с космодрома Куру
(Гвианский космический центр, Французская Гвиана)[5]. 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 порядка нуля).
Кроме того, спутник получил нежелательный вращательный момент, который пришлось
корректировать в течение первых недель полета. Эксперимент не был прекращен, так как
осуществлять наблюдения оказалось возможно и в получившихся условиях. Но вывод на
орбиту, отличную от запланированной, привел 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 г. к приостановке на три
месяца, а в марте 1993 г. — к досрочному прекращению эксперимента[2].
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, включенных в
основную программу (это почти все звёзды до 9m), и несколько десятков миллионов
наблюдений примерно 1 млн звёзд, с помощью вспомогательной аппаратуры (вначале
планировалось включить 100 тыс. звёзд по основной программе, но потом ее минимум
увеличили).
В процессе эксперимента было открыто свыше 8000 переменных звёзд 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
m
Предельная звёздная величина 8
11,5m
Точность положений
≈ 0.001"
0.007"—0.025"
Точность собственных движений ≈ 0.001"/год —
Точность параллаксов
≈ 0.001"
—
m
Средняя точность фотометрии ≈ 0,002
0,06m — 0,1m
Каталог Hipparcos
До эксперимента точность была оценена как 2 mas, реально полученная оказалась
лучше — 1 mas 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[6].
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
милисекунд дуги;
вращение одной системы координат относительно другой может составлять около
0,25 милисекунд дуги в год[3].
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[7]. Соответствующая
опорная система координат получила название HCRF[8].
Каталог Tycho-2
Еще 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/год[2]. Каталог был опубликован в
2000 году и заменил собой каталог Tycho[9].
Сравнительная характеристика каталогов
Каталог Hipparcos не имеет аналогов для применения практических задач, требующих
высокой астрометрической и фотометрической точности при работе с большими полями
зрения и в сходном с каталогом динамическом диапазоне звёздных величин (9m—11m). 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 14m до 23m. Каталог Tycho-2
подходит уже для значительно большего количества задач, чем Hipparcos, имея при этом
более низкую точность.
На основе каталогов Hipparcos и Tycho-2 был подготовлен ряд атласов, в частности
звёздный атлас «Миллениум» 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 новых переменных и около 3000 новых 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 г. По данным библиографической системы NASA Astronomical Data
Service[10], 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 чем 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 еще в 10—100 раз, и увеличение числа измеренных объектов
до 40 млн — 1 млрд.
The Hipparcos Space Astrometry Mission
ESA's Hipparcos space astrometry mission was a pioneering European project which pinpointed the
positions of more than one hundred thousand stars with high precision, and more than one million
stars with lesser precision.
Launched in August 1989 Hipparcos successfully observed the celestial sphere for 3.5 years before
operations ceased in March 1993. Calculations from observations by the main instrument generated
the Hipparcos Catalogue of 118,218 stars charted with the highest precision. An auxiliary star mapper
pinpointed many more stars with lesser but still unprecedented accuracy, in the Tycho Catalogue of
1,058,332 stars. The Tycho 2 Catalogue, completed in 2000, brings the total to 2,539,913 stars, and
includes 99% of all stars down to magnitude 11, almost 100 000 times fainter than the brightest star,
Sirius.
This web site presents background information describing the mission, the satellite and payload,
operations and data reduction procedures. The Hipparcos and Tycho catalogues are described, and
details on how to access the catalogues are provided. Some scientific highlights from the mission are
noted. A number of resources are provided indicating how the Hipparcos and Tycho data can be used
as educational tools. Visual material, in the form of photographs, images and animations are available
for use.
Catalogues Released:
June 1997
Operational:
August 1989 - March 1993
Launch:
August 1989
Spotlight on ...
Astronomical Applications of Astrometry: 10 Years of Exploitation of the Hipparcos Satellite Data
Special Feature
The Hipparcos Star Globe
Related Mission
Gaia - Taking the Galactic Census