Новая Звездная карта ICRF2 позволяет определять положение GPS спутников используя квазары.
Многие из нас, ни раз, полагались на указания направления движения, в незнакомой местности, GPS навигатора. GPS спутники передают сигналы на приемник в Вашем GPS навигаторе, который рассчитывает Вашу позицию основываясь на локации спутников и их дистанции от Вас.
Дистанция определяется на основе времени, через которое сигналы разных спутников достигают Вашего приемника.
Система работает отлично и миллионы пользователей ежедневно полагаются на нее, но что указывает GPS спутникам, где они должны находиться?
"Для успешной работы GPS, орбитальная позиция, или эфемериды спутников должны быть определены очень точно," сказал доктор Чопо Ма из NASA Goddard Space Flight Center в Гринбелте. "Для определения местоположения спутников, Вам требуется очень точно знать ориентацию Земли."
Это не просто взгляд на Землю, ведь космос не размечен линиями, для определения позиции нашей планеты. Все намного серьезнее, "абсолютно все находится в движении," сказал Ма. Земля качается во время вращения из-за гравитационного воздействия Луны и Солнца. Даже такие незначительные факторы, как изменения направлений течений воздуха и океанов, движение жидкого ядра Земли влияют на ориентацию нашей планеты.
Также как Вы используете ориентиры для поиска мест в чужом городе, астрономы используют ориентиры в космосе для позиционирования Земли.Звезды являются подходящими кандидатами, к тому же они издревле использовались для навигации по Земле. "Тем не менее, для высокоточных измерений, требуемых для нужд, типа GPS, звезды не смогут помочь, поскольку они тоже движутся," сказал Ма.
Что нужно, так это объекты, удаленные настолько, что их перемещение не будет определяться. Только несколько классов объектов удовлетворяют требованиям, поскольку имеют такую светимость, которая позволяет видеть их на невероятных расстояниях. Можно использовать Квазары, которые обычно ярче миллиарда солнц.
ФОТО NASA
Многие ученые уверены, что эти объекты поддерживаются гигантскими черными дырами, подпитывающими расположенным поблизости газом. Газ захватывается мощной гравитацией черной дыры, сжимается и нагревается до миллионов градусов, что и дает такую интенсивность свечения и/или излучаемую энергию.
Большая часть Квазаров таятся на дальних рубежах космоса, на расстоянии миллиарда световых лет от нас, и это расстояние достаточно для того, чтобы мы считали их стационарными объектами. Для сравнения, световой год, расстояние которое пройдет свет за один год, примерно 6 триллионов миль. Вся наша галактика состоит из сотен миллиардов звезд на расстоянии около 100 тысяч световых лет.
Набор удаленных Квазаров, чья позиция на небосводе точно известна, формирует карту звездных ориентиров, по которой производится четкое вычисление ориентации Земли. Первая такая карта, названная Международной Звездной Опорной Системой (ICRF) была завершена в 1995 году.
Эту карту создавали 4 года, используя тщательный анализ наблюдений за местоположением 600 объектов. Ма провел 3 года в попытке обновить и улучшить точность карты ICRF, работы проводились вместе с учеными из International Very Long Baseline Interferometry Service for Geodesy and Astrometry (IVS) и International Astronomical Union (IAU).
Новая карта, названная ICRF2 использует наблюдения за более чем 3 тысячами квазаров. Она была официально признана IAU, в августе 2009 года, основной опорной системой для астрономии.
Создание такой карты не легко. Несмотря на яркость Квазаров, их огромное удаление осложняет точную локацию стандартными телескопами, использующими оптический свет (видимый спектр). Вместо них используются сетевые радио телескопы, называемые Very Long Baseline Interferometer (VLBI).
Чем больше телескоп, тем лучше его пространственная разрешающая способность, а значит повышается способность различать мелкие детали. Сеть VLBI координирует работу своих обсерваторий для получения телескопа, размером с сеть. Сети VLBI охватили целые континенты и даже полушария Земли, создавая мощный телескоп с диаметром в тысячи миль.
Для ICRF2 неточности позиционирования при VLBI наблюдениях были снижены до углов, менее чем 40 микроугловых секунд, толщина грифеля карандаша 0.7 мм расположенного в Лос Анджелесе и наблюдаемого из Вашингтона.
Новые минимальные показатели почти в пять раз превосходят ICRF. Эти сети классифицированы по годам как индивидуальные станции радио телескопа фиксированного времени для создания скоординированных наблюдений. Управление этими наблюдениями является основной задачей IVS.
Вдобавок, непревзойденная точность сетей VLBI делает их подверженными множеству искажений, таких как шумы. Разница в атмосферном давлении и влажности, вызванные изменением погоды, изменение рельефа и смещения антенн на тектонических плитах, землетрясения, все влияет на измерения VLBI.
"Сложной задачей было моделирование этих помех в компьютерах, с целью последующего уменьшения их влияния на наблюдения за позицией объектов," сказал Чопо Ма. "Другим основным источником шума является изменение структуры самих Квазаров, которые можно наблюдать используя экстраординарное разрешение VLBI сетей."
Карты ICRF полезны не только для навигации на Земле; они также помогут найти путь и в космосе - координаты ICRF и некоторые объекты могут использоваться для сопровождения навигации космических кораблей при межпланетных перелетах.
Несмотря на очевидную пользу для GPS, основным приложением карт ICRF является Астрономия. Исследователи используют их как направляющие для телескопов. Объекты соотносятся с координатами полученными от ICRF, так что астрономы точно знают где искать требуемый объект.
Оптическое свет, видимый глазом, является малой частью всего электромагнитных излучений выдаваемых звездными объектами, варьирующихся от низкоэнергетичных, низкочастотных излучений, как радио и микроволны, до оптического света и потом до высокоэнергетичных и высокочастотных излучений, как рентгеновские лучи и гамма излучение.
Астрономы используют специальные детекторы для создания изображений объектов, излучающих невидимый нами спектр. Поэтому, так как объекты в космосе имеют сильно отличные температуры, объекты генерирующие излучение на одной частоте, скажем оптической, необязательно выдают идентичные излучения, например радио.
Основной научной целью использования карт ICRF является создание точной координатной сети для объединения наблюдений за объектами с использованием различных частот и точная их локация относительно друг друга.
Астрономы также используют систему в качестве точки отсчета для записи приближения звездных объектов к нам. Трассировка движения звезд и других объектов обеспечивает ключ к их рождению и эволюции.
Следующее обновление ICRF может быть сделано в космосе. Европейское Космическое Агентство планирует запустить спутник Gaia в 2012 году, и с помощью него обследовать около 500 тысяч Квазаров. Gaia использует телескоп, но поскольку он будет находиться над атмосферой, спутник сможет фиксировать слабовидимые объекты и локализировать их на звездном небе.
Целью ставится использование оптически ярких Квазаров, многие из которых очень затемнены в радио диапазоне и сейчас бесполезны для сетей VLBI. Ожидается, что проект получит нужное количество наблюдений к 2018-2020 годам для создания ICRF следующего поколения.
Проект ICRF2 вовлек ученых из Австралии, Австрии, Китая, Франции, Германии, Италии, России, Украины и США; был спонсирован организациями этих стран, включая NASA. Весь анализ данных координировался IVS. IAU официально утвердил карты ICRF и рекомендует их регулярные обновления.
Источник: gps-club
|
