168
Miejsca ´srednie, prawdziwe i widome
Rozdział 13
Miejsca ´srednie, prawdziwe i
widome
13.1
Streszczenie
Warto´sci współrz˛ednych gwiazd zawsze dotycz ˛
a okre´slonego momentu czasu (np.
data ob-
serwacji, data efemerydy czy po prostu jaka´s data) oraz odniesione s ˛
a do konkretnego układu
odniesienia. Układ odniesienia wyró˙zniony jest za pomoc ˛
a tzw. epoki, czyli pewnej daty, na któr ˛
a
okre´slono oriejtacj˛e osi układu. Data obserwacji (moment efemerydy) niekoniecznie musi by´c
identyczna z epok ˛
a na któr ˛
a okre´slono układ odniesienia. Kieruj ˛
ac si˛e wzgl˛edami praktycznymi
wyró˙zniono kilka szczególnych epok jak: B1900.0, B1950.0, J2000.0 nadaj ˛
ac im status epok
standardowych. Współrz˛edne gwiazd okre´slone na te epoki i podane wzgl˛edem ´srednich barycen-
trycznych układów równikowych na te epoki nosz ˛
a miano współrz˛ednych standardowych. Kata-
logi poło˙ze´n ciał niebieskich zawieraj ˛
a wła´snie te współrz˛edne. Współrz˛edne równikowe ró˙zni ˛
ace
si˛e od wspólrz˛ednych standardowych jedynie poprawkami precesyjnymi nazywamy współrz˛ed-
nymi (miejscami) ´srednimi.
Miejsca ´srednie nie wyczerpuj ˛
a wszystkich wariantów współrz˛ednych ciał niebieskich.
Wprowadzaj ˛
ac do miejsc ´srednich poprawki nutacyjne otrzymamy współrz˛edne (miejsca) praw-
dziwe. Gdy do tych współrz˛ednych dodamy poprawki za paralas˛e i aberacjj˛e roczn ˛
a dostaniemy
geocentryczne współrz˛edne widome danego obiektu. W wypadku gwiazd, miejsca obserwowane
ró˙zni ˛
a si˛e od miejsc widomych o lokaln ˛
a aberracj˛e dobow ˛
a i refrakcj˛e.
Istniej ˛
a formuły pozwalaj ˛
ace na przej´scia od miejsc standardowych do miejsc widomych i odwrot-
nie. W podej´sciu przybli˙zonym w formułach uwzgl˛ednione s ˛
a jedynie roczne i wiekowe zmiany
poło˙ze´n gwiazd uj˛ete w formie ró˙znego rodzaju stałych i liczb np. stałych gwiazdowych i liczb
dziennych Bessel’a. Aberracja i paralaksa roczna nierzadko uwzgl˛edniana jest przy uproszczaj ˛
a-
cym zało˙zeniu o kołowej orbicie Ziemi, poło˙zonej w płaszczy´znie ekliptyki. Metody te stosowane
s ˛
a wsz˛edzie tam, gdzie napotykamy trudno´sci natury rachunkowej. Współczesne metody trans-
formacji poło˙ze´n gwiazd oparte s ˛
a o dokładne algorytmy w formali´zmie wektorowym.
Jak powiedziano, standardowe miejsca gwiazd publikowane s ˛
a w katalogoach gwiazdowych. Z
grubsza, istniej ˛
a dwa rodzaje takich katalogów: katalogi fundamentalne (absolutne) i katalogi
ogólne (wzgl˛edne). Podstawow ˛
a rol˛e w astronomii pełni katalog fundamentalny FK5 zawiera-
j ˛
acy barycentryczne, równikowe współrz˛edne ´srednie około 4500 gwiazd na epok˛e J2000.0. Wraz
z podanymi zmianami współrz˛ednych powodowanymi precesj ˛
a i ruchami własnymi, stanowi on
definicj˛e astronomicznego równikowego układu odniesienia. Katalogi ogólne stanowi ˛
a układy
odniesienia drugiej rangi i zawieraj ˛
a poło˙zenia i ruchy własne du˙zej liczby gwiazd. Najnowszym
takim katalogiem jest katalog PPM (Positions and Proper Motions) zawieraj ˛
acy poło˙zenia i ruchy
własne dla około 400 tysi˛ecy gwiazd.
Słowa kluczowe: miejsce standardowe gwiazdy, miejsce ´srednie, miejsce prawdziwe, miejsce
widome, miejsce obserwowane, zmiany wiekowe i roczne, liczby dzienne Bessel’a, stałe gwiaz-
dowe, katalogi fundamentalne, równonoc katalogowa, równonoc dynamiczna, katalog FK5.
13.2 Terminologia
169
13.2
Terminologia
Współrz˛edne gwiazd ulegaj ˛
a zmianom z ró˙znych powodów. Najwa˙zniejszymi przyczynami s ˛
a:
ruch własny, precesja i nutacja, aberracja oraz paralaksa. Zjawiska te maj ˛
a ró˙zn ˛
a natur˛e, co nie
przeszkadza w napisaniu jednego równania ł ˛
acz ˛
acego ich sumaryczny wpływ na współrz˛edne
gwiazdy. Takie wła´snie równanie stanowi jjeden z celów niniejszego rozdziału.
Niech dla pewnej gwiazdy dana b˛edzie para współrz˛ednych
(;
Æ
)
. Aby informacja ta była
przydatna, musimy albo domy´slnie, albo explicite posiada´c dodatkowe dane pozwalaj ˛
ace odpowiedzie´c
na nast˛epuj ˛
ace pytania:
1. Jakiej dacie podane
(;
Æ
)
odpowiadaj ˛
a?
2. Gdzie znajduje si˛e pocz ˛
atek układu odniesienia, wzgl˛edem którego
(;
Æ
)
s ˛
a zdefiniowane?
3. W jaki sposób wybrano równik i równonoc układu współrz˛ednych?
Data, o któr ˛
a pytamy w punkcie (1) jest momentem obserwacji, momentem efemerydy lub dowoln ˛
a
inn ˛
a dat ˛
a. Je˙zeli jest nieznana, nic nie da si˛e zrobi´c w celu uwzgl˛ednienia ruchu własnego gwiazdy.
Pocz ˛
atek układu współrz˛ednych czyli ´srodek sfery niebieskiej, ustala konkretn ˛
a klas˛e układu
odniesienia. Mamy tu kilka mo˙zliwo´sci ale najwa˙zniejsze s ˛
a układy okre´slone wzgl˛edem barycen-
trum Układu Słonecznego oraz układ geocentryczny. Transformacja pomi˛edzy tymi układami
polega na wprowadzeniu poprawek z tytułu rocznej aberracji i rocznej paralaksy. Pozostałe drobne
efekty jak relatywistyczne ugi˛ecie
´swiatła czy drugiego rz˛edu wyrazy aberracyjne, zwykle nie
bed ˛
a nas interesowały.
W praktyce najcz˛e´sciej stosowanymi układami s ˛
a ´sredni równik i równonoc oraz prawdziwy
równik i równonoc odpowiadaj ˛
ace tej samej epoce. Układy ´srednie to układy ró˙zni ˛
ace si˛e jedynie
precesj ˛
a, układy ´srednie i prawdziwe dodatkowo ró˙zni ˛
a si˛e z tytułu nutacji. Ale w ka˙zdym z nich
epoka równika i równonocy mo˙ze (ale nie musi) by´c identyczna z momentem czasu (z dat ˛
a), na
który podane s ˛
a współrz˛edne
(;
Æ
)
.
Mo˙zliwo´sci wyboru najrozmaitszych układów odniesienia jest zatem cały legion, dlatego przy-
datna b˛edzie standaryzacja, co poci ˛
aga konieczno´s´c ustalenia terminologii, sformułowania definicji
etc. Poni˙zej podajemy niektóre z nich.
Miejsce ´srednie, współrz˛edne ´srednie.
Miejsce ´srednie
(
1
;
Æ
1
)
gwiazdy, okre´slone jest za pomoc ˛
a jej współrz˛ednych na sferze barycen-
trycznej,
1
wyznaczonych wzgl˛edem ´sredniego równika i równonocy daty.
2
Od ´srednich współ-
rz˛ednych tej gwiazdy podanych na inne epoki, współrz˛edne
(
1
;
Æ
1
)
ró˙zni ˛
a si˛e jedynie zmianami
powodowanymi zjawiskiem precesji i ruchem własnym. Poniewa˙z s ˛
a to współrz˛edne barycen-
tryczne, nie ma tu sensu pytanie o zmiany z powodu zjawiska aberracji, paralaksy rocznej.
Miejsce prawdziwe (locus verus), współrz˛edne prawdziwe.
Miejsce prawdziwe
(
2
;
Æ
2
)
gwiazdy okre´slaj ˛
a jej współrz˛edne na sferze barycentrycznej odnie-
sione do prawdziwego równika i równonocy daty. W stosunku do miejsc ´srednich na dan ˛
a epok˛e,
w miejscach prawdziwych dodatkowo uwzgl˛edniono nutacj˛e. Jako takie, miejsca te nie maj ˛
a szer-
szego zastosowania, najcz˛e´sciej stanowi ˛
a krok po´sredni w transformacji od miejsca ´sredniego do
miejsca widomego.
Miejsce widome (locus apparens), współrz˛edne widome.
Współrz˛edne widome
(;
Æ
)
gwiazdy s ˛
a jej współrz˛ednymi geocentrycznymi, odniesionymi do
prawdziwego równika i równonocy daty. Uzyskanie z miejsca prawdziwego miejsca widomego
wymaga wyznaczenia poprawki na aberracj˛e roczn ˛
a i paralaks˛e roczn ˛
a. Od poło˙zenia obser-
wowanego (locus observatus), lucus apparens ró˙zni si˛e jedynie lokalnymi wpływami refrakcji i
aberracji dobowej.
Standardowe miejsce ´srednie.
1
Mamy tu na my´sli barycentrum Układu Planetarnego.
2
Sformułowanie to oznacza, ˙ze epoka równika i punktu równonocy oraz data obserwacji s ˛
a identyczne.
170
Miejsca ´srednie, prawdziwe i widome
Standardowe współrz˛edne ´srednie
(
0
;
Æ
0
)
gwiazdy s ˛
a to współrz˛edne ´srednie na moment
czasu równy epoce standardowej. Epok˛e standardow ˛
a jest najcz˛e´sciej epoka B1950.0 lub J2000.0.
Poło˙zenia gwiazd podane w katalogach s ˛
a to standardowe miejsca ´srednie.
13.3
Zmiany roczne i wiekowe (variatio annua, variatio saecu-
laris)
Załó˙zmy, ˙ze interesuje nas widome miejsce gwiazdy na pewien moment czasu oddalony o
(t
+
)
lat od epoki standardowej, przy czym
(t
0:5)
jest liczb ˛
a całkowit ˛
a dobran ˛
a tak, ˙ze pozostały
ułamek
nale˙zy do przedziału
0:5
<
<
0:5
. Przy takich zało˙zeniach obliczymy najpierw
współrz˛edne ´srednie na moment
t
lat po epoce standardowej. Współrz˛edne te
(
1
;
Æ
1
)
mo˙zna
rozwin ˛
a´c w szereg Taylora w otoczeniu warto´sci
(
0
;
Æ
0
)
z epoki standardowej. Ograniczaj ˛
ac si˛e
do trzech pierwszych wyrazów, mamy:
1
=
0
+
d
dt
0
t
+
1
2
d
2
dt
2
0
t
2
Æ
1
=
Æ
0
+
dÆ
dt
0
t
+
1
2
d
2
Æ
dt
2
0
t
2
(13.1)
W niektórych katalogach gwiazd, obok
(
0
;
Æ
0
)
podane s ˛
a tak˙ze warto´sci tych pochodnych. Pier-
wsze pochodne nazywane s ˛
a zmianami rocznymi w rektascensji i deklinacji (variatio annua).
Poniewa˙z brane s ˛
a pod uwag˛e jedynie precesja i ruch własny, za pomoc ˛
a przybli˙zonych wzorów
3
mo˙zemy zmiany roczne wyrazi´c jako
d
dt
0
=
m
+
1
15
n
sin
0
tan
Æ
0
+
dÆ
dt
0
=
n
os
+
Æ
(13.2)
Oczywi´scie, składowe ruchu własnego
(
;
Æ
)
oraz stałe precesyjne
(m;
n)
oszacowane s ˛
a na
epok˛e standardow ˛
a. W katalogach zmiany roczne podano w sekundach czasu na rok i w sekundach
łuku na rok, odpowiednio.
Drugie pochodne w równaniach (13.1) s ˛
a bardzo małe, dlatego w katalogach ich warto´sci
s ˛
a nieco zmodyfikowane. Podaje si˛e je w formie zmian wiekowych
(s
;
s
Æ
)
w rektascensji i
deklinacji (variatio saecularis). Definiowane s ˛
a jako szybko´sci zmian na stulecie odpowiednich
zmian rocznych:
s
=
100
d
2
dt
2
0
s
Æ
=
100
d
2
Æ
dt
2
0
(13.3)
Wyznaczenie zmian wiekowych jest do´s´c zło˙zone, dokonuje si˛e tego jedynie w czasie kompilacji
katalogu. Ró˙zniczkuj ˛
ac równanie (13.2) mamy w odpowiednich jednostkach:
s
=
100
dm
dt
+
1
15
dn
dt
sin
0
tan
Æ
0
+
d
dt
+
n
os
0
tan
Æ
0
d
dt
0
sin
1
00
+
1
15
n
sin
0
se
2
Æ
0
dÆ
dt
0
sin
1
00
s
Æ
=
100
dn
dt
os
0
+
d
Æ
dt
15n
sin
0
d
dt
0
sin
1
00
(13.4)
3
Patrz materiał z wykładu na temat precesji.
13.4 Miejsce prawdziwe gwiazdy
171
W równaniach (13.4) zło˙zono´s´c rachunków została w pewnym sensie zamaskowana, np. szybko´s´c
zmian składowych ruchu własnego wymaga wielu oddzielnych wyrazów.
Ostateczne formuły pozwalaj ˛
ace wykorzysta´c dane katalogowe s ˛
a ju˙z bardzo proste. Zgodnie
z równaniem (13.1) b˛edziemy mieli
1
=
0
+
t
d
dt
0
+
s
t
200
Æ
1
=
Æ
0
+
t
dÆ
dt
0
+
s
Æ
t
200
(13.5)
Równanie (13.5) mo˙zna udoskonali´c dodaj ˛
ac wyrazy trzeciego rz˛edu co dla niektórych gwiazd
jest konieczne.
13.4
Miejsce prawdziwe gwiazdy
Współrz˛edne
(
1
;
Æ
1
)
) wyprowadzone powy˙zej, daj ˛
a miejsca ´srednie na ´srodek roku, najbli˙zszy
wymaganemu momentowi czasu.
Krok nast˛epny ma na celu obliczenie miejsca prawdziwego
(
2
;
Æ
2
)
) na dan ˛
a dat˛e
(t
+
)
.
W tym celu wymagana jest dalsza poprawka na precesj˛e i ruch własny, ale jedynie na krótkim
interwale
, oraz wł ˛
aczenie nutacji. Przypu´s´cmy, ˙ze
2
=
1
+
1
Æ
2
=
Æ
1
+
Æ
1
(13.6)
Wykorzystuj ˛
ac wyra˙zenia słu˙z ˛
ace do oszacowania zmian współrzednych równikowych z powodu
nutacji
4
, bior ˛
ac jeszcze równanie (13.2), otrzymamy:
1
=
1
15
m
+
1
15
n
sin
1
tan
Æ
1
+
+
15
( os
"
+
sin
"
sin
1
tan
Æ
1
)
"
15
os
1
tan
Æ
1
Æ
1
=
n
os
1
+
Æ
+
sin
"
os
1
+
"
sin
1
(13.7)
gdzie
;
"
s ˛
a nutacj ˛
a w długo´sci i w nachyleniu obliczonymi na wymagany moment czasu
(t
+
)
.
Przegrupowuj ˛
ac wyrazy w równaniu (13.7) mo˙zna uzyska´c posta´c korzystniejsz ˛
a z punktu
widzenia zło˙zono´sci obliczeniowej. W szczególno´sci warto rozdzieli´c składniki zale˙zne od wyma-
ganej daty, czyli
;
;
"
od tych, które zale˙z ˛
a od współrz˛ednych gwiazdy.
W tym celu, wyeliminujemy najpierw
"
nachylenie ekliptyki do równika. Z równa´n podanych
rozdziale 10 podczas omawiania zjawiska precesji mo˙zna otrzyma´c
os
"
=
m
+
0
;
sin
"
=
n
(13.8)
gdzie
0
jest roczn ˛
a zmian ˛
a w rektascensji z tytułu precesji planetarnej.
Kład ˛
ac te równania do (13.7), po drobnej redukcji b˛edziemy mieli
1
=
n
+
1
15
(
m
n
+
sin
1
tan
Æ
1
)
"
15
os
1
tan
Æ
1
+
0
15
+
Æ
1
=
n
+
os
1
+
"
sin
1
+
Æ
(13.9)
4
Wyra˙zenia te mo˙zna odnale´z´c w rozdziale ?? po´swi˛econemu zjawiskom precesji i nutacji.
172
Miejsca ´srednie, prawdziwe i widome
Dokonuj ˛
ac podstawie´n:
A
=
n(
+
)
B
=
"
E
=
0
(13.10)
a
=
1
15
(
m
n
+
sin
1
tan
Æ
1
)
b
=
1
15
os
1
tan
Æ
1
a
0
=
os
1
b
0
=
sin
1
(13.11)
i wprowadzaj ˛
ac je w odpowiednie miejsca w równaniach (13.9), formuły na współrz˛edne praw-
dziwe gwiazdy na moment
(t
+
)
mo˙zna napisa´c w sposób skrócony
2
=
1
+
+
Aa
+
B
b
+
E
Æ
2
=
Æ
1
+
Æ
+
Aa
0
+
B
b
0
(13.12)
Wielko´sci
A;
B
;
E
tradycyjnie nazywane s ˛
a liczbami dziennymi Bessel’a. S ˛
a one niezale˙zne od
współrz˛ednych gwiazd, ale szybko zmieniaj ˛
a si˛e w czasie. Liczby te ł ˛
acznie z warto´sciami
,
zostały stabelaryzowane w Astronomical Almanac z jednodniowym krokiem. Warto´sci
A;
B
po-
dane s ˛
a w sekundach łuku,
E
podano w sekundach czasowych.
Wielko´sci
a;
b;
a
0
;
b
0
s ˛
a to stałe gwiazdowe Bessel’a. Nie s ˛
a to stałe absolutne, gdy˙z współrz˛e-
dne gwiazd, a tak˙ze wielko´sci precesyjne
m
i
n
powoli zmieniaj ˛
a si˛e w czasie. Pomijaj ˛
ac te drobne
efekty, stałe Bessel’a mo˙zna obliczy´c raz na zawsze wykorzystuj ˛
ac standardowe miejsca ´srednie
gwiazd. Pozwoli to na wł ˛
aczenie tych stałych do katalogu gwiazd. Ale takie podej´scie nie gwaran-
towałoby wystarczaj ˛
acej precyzji i dlatego stałe Bessel’a nale˙zy od´swie˙za´c na rok odpowiadaj ˛
acy
wymaganemu momentowi czasu. Ich stało´s´c oznacza´c b˛edzie dalej jedynie to, ˙ze nie zale˙z ˛
a od
ułamka czasu
.
Równanie (13.12) ma pewn ˛
a posta´c alternatywn ˛
a nie zawieraj ˛
ac ˛
a stałych gwiazdowych. Za-
miast nich, w sposób jawny wyst˛epuj ˛
a rektascensja i deklinacja. Upraszczaj ˛
ac za pomoc ˛
a (13.10)
równanie (13.9) mamy
1
=
1
15
mA
n
+
E
+
1
15
(A
sin
1
+
B
os
1
)
tan
Æ
1
+
Æ
1
=
A
os
1
B
sin
1
+
Æ
(13.13)
Wprowad´zmy oznaczenia
f
=
1
15
mA
n
+
E
g
sin
G
=
B
g
os
G
=
A
(13.14)
Wówczas prawdziwe współrz˛edne gwiazdy dane s ˛
a jako
2
=
1
+
+
f
+
1
15
g
sin(G
+
1
)
tan
Æ
1
Æ
2
=
Æ
1
+
Æ
+
g
os
(G
+
1
)
(13.15)
Wielko´sci
f
;
g
;
G
nazwano niezale˙znymi liczbami dziennymi. Jak wynika z ich definicji,
f
wyra˙zone
jest w sekundach czasu,
g
w sekundach łuku,
G
natomiast konwencjonalnie podaje si˛e w mierze
czasowej. Liczby te były równie˙z publikowane w Astronomical Almanac, ale od roku
1981
przes-
tano je tam zamieszcza´c.
13.5 Miejsce widome gwiazdy
173
13.5
Miejsce widome gwiazdy
Współrz˛edne widome gwiazdy
(;
Æ
)
ró˙zni ˛
a si˛e od miejsc prawdziwych o roczn ˛
a aberracj˛e i
roczn ˛
a paralaks˛e. Oznaczmy ró˙znic˛e pomi˛edzy nimi przez
(;
Æ
)
, w sensie
=
2
Æ
=
Æ
Æ
2
(13.16)
Ró˙znice współrz˛ednych zale˙z ˛
a od składowych wektorów poło˙zenia i pr˛edko´sci Ziemi, (patrz ma-
teriały wykadowe dotyczce współrz˛ednych helio i berycentrycznych), mianowicie
=
1
15
(
_
Y
Y
)
os
se
Æ
1
15
(
_
X
X
)
sin
se
Æ
Æ
=
(
_
Y
Y
)
sin
sin
Æ
(
_
X
X
)
os
sin
Æ
+
(
_
Z
Z
)
os
Æ
(13.17)
gdzie
jest paralaks ˛
a gwiazdy,
pr˛edko´sci ˛
a ´swiatła w
AU
=doba
.
Równanie (13.17) mo˙zna przekształci´c do postaci zawieraj ˛
acej liczby dzienne i stałe gwiaz-
dowe. Zanim to uczynimy, zwró´cmy uwag˛e na kilka istotnych punktów. Po pierwsze, w prawych
stronach równa´n (13.17) nie mo˙zna poło˙zy´c współrz˛ednych widomych gwiazd, bowiem nie zostały
one jeszcze policzone. W tej sytuacji, najbardziej naturalnym byłoby wstawienie zamiast nich
współrz˛ednych prawdziwych
(
2
;
Æ
2
)
. Jest to jednak utrudnione, gdy˙z współrz˛edne te zostan ˛
a
zaabsorbowane przez stałe gwiazdowe, a te z kolei powinny by´c niezale˙zne od daty. Na szcz˛e´s-
cie, z dostateczn ˛
a precyzj ˛
a mo˙zemy tu zastosowa´c współrz˛edne ´srednie
(
1
;
Æ
1
)
odpowiadaj ˛
ace
´srodkowi roku.
Podobne uwagi dotycz ˛
a składowych wektorów poło˙zenia i pr˛edko´sci Ziemi. W sytuacji ide-
alnej powinny one by´c odniesione do prawdziwego równika i równonocy daty, ale okazuje si˛e, ˙ze
´sredni równik i równonoc na ´srodek roku s ˛
a zupełnie wystarczaj ˛
ace. Składowe te s ˛
a wł ˛
aczone w
nowe liczby dzienne podane na ka˙zdy dzie´n w Astronomical Almanac.
Zasadniczo nic nie stoi na przeszkodzie by wykorzysta´c tu prawdziwy równik i równonoc. Jed-
nak˙ze w praktyce poprawki na paralaks˛e i aberracj˛e s ˛
a wprowadzane jednocze´snie z poprawkami
na miejsce prawdziwe i dlatego w celu zachowania wi˛ekszego porz ˛
adku, wykorzystuje si˛e ´sredni
równik i równonoc w całym algorytmie. Powstały wskutek tego drobny wpływ drugiego rz˛edu
daje si˛e usun ˛
a´c za pomoc ˛
a drugiego rz˛edu liczb dziennych, o których powiemy pó´zniej.
Poprawka paralaktyczna tkwi ˛
aca w równaniu (13.17) jest wielko´sci ˛
a charakterystyczn ˛
a dla
ka˙zdej gwiazdy i dlatego nie mo˙ze by´c wł ˛
aczona do liczb dziennych. Składowe
(X
;
Y
;
Z
)
wektora
poło˙zenia Ziemi s ˛
a stabelaryzowane w Astronomical Almanac jako współrz˛edne ´srednie standar-
dowe. Poniewa˙z poprawka paralaktyczna jest znacznie mniejsza od aberracyjnej, z wystarczaj ˛
ac ˛
a
dokładno´sci ˛
a mo˙zemy te dane wykorzystywa´c.
Równanie (13.17) daje si˛e upro´sci´c przez wyeliminowanie w nim składowej z-towej wektorów
poło˙zenia i pr˛edko´sci Ziemi. Zakładaj ˛
ac, ˙ze Ziemia le˙zy dokładnie w płaszczy´znie ekliptyki na
długo´sci
, wówczas jej równikowy wektor poło˙zenia wynosi
R
=
R ( os
;
sin
os
";
sin
sin
")
i st ˛
ad
Z
=
Y
tan
"
_
Z
=
_
Y
tan
"
(13.18)
Równania (13.18) nie s ˛
a ´scisłe, gdy˙z interesuj ˛
ace nas współrz˛edne
(;
Æ
)
odniesione s ˛
a do barycen-
trum a nie do Sło ´nca, s ˛
a to współrz˛edne ´srednie a powinny by´c prawdziwe, jednak˙ze, bł˛edy z tego
tytułu w (13.18) nie s ˛
a znacz ˛
ace. Dzi˛eki takiemu zabiegowi liczba równa´n na liczby dzienne
mo˙ze zosta´c zredukowana z trzech do dwóch. Kład ˛
ac do równania (13.17) jeszcze
(
1
;
Æ
1
)
zami-
174
Miejsca ´srednie, prawdziwe i widome
ast
(;
Æ
)
otrzymamy
=
1
15
os
1
se
Æ
1
_
Y
Y
!
sin
1
se
Æ
1
_
X
X
!
Æ
=
( tan
"
os
Æ
1
sin
1
sin
Æ
1
)
_
Y
Y
!
os
1
sin
Æ
1
_
X
X
!
(13.19)
Oznaczmy:
C
=
_
Y
=
D
=
_
X
=
(13.20)
=
1
15
os
1
se
Æ
1
d
=
1
15
sin
1
se
Æ
1
0
=
tan
"
os
Æ
1
sin
1
sin
Æ
1
d
0
=
os
1
sin
Æ
1
(13.21)
Wielko´sci
C ;
D
s ˛
a nowymi liczbami dziennymi Bessel’a, zostały one stabelaryzowane z krok-
iem jednodniowym w Astronomical Almanac. Wielko´sci
;
d;
0
;
d
0
s ˛
a to dalsze stałe gwiazdowe
Bessel’a. W takiej notacji, równanie (13.19) mo˙zna napisa´c w formie
=
(C
Y
)
+
(D
+
X
)d
Æ
=
(C
Y
)
0
+
(D
+
X
)d
0
(13.22)
Podobnie jak poprzednio mo˙zliwym jest nadanie równaniu (13.19) postaci z niezale˙znymi liczbami
dziennymi. Wprowad´zmy w tym celu
h
sin
H
=
C
h
os
H
=
D
i
=
C
tan
"
(13.23)
a za pomoc ˛
a (13.21) dostaniemy
C
+
D
d
=
1
15
h
sin
(H
+
1
)
se
Æ
1
C
0
+
D
d
0
=
h
os
(H
+
1
)
sin
Æ
1
+
i
os
Æ
1
(13.24)
Na pierwszy rzut oka równania te maj ˛
a prostsz ˛
a posta´c, jednak nie zawieraj ˛
a one poprawek par-
alaktycznych, dla których stałe gwiazdowe s ˛
a niezb˛edne. Jak ju˙z powiedziano, współcze´snie w
u˙zyciu s ˛
a raczej liczby Bessel’a ani˙zeli liczby niezale˙zne.
Kiedy paralaksa gwiazdy jest dostatecznie mała, mo˙zna wł ˛
aczy´c j ˛
a do stałych gwiazdy czyni ˛
ac
zało˙zenie o kołowej orbicie Ziemi. Wówczas wektory poło˙zenia i pr˛edko´sci Ziemi dane s ˛
a jako
R
=
(
os
;
sin
;
0)
_
R
=
(sin
;
os
;
0)
gdzie
jest stał ˛
a aberracji,
jest długo´sci ˛
a ekliptyczn ˛
a Sło ´nca.
za pomoc ˛
a obrotów wokół osi
X
o k ˛
at
"
, mo˙zemy przetransformowa´c te współrz˛edne do
układu równikowego, otrzymaliby´smy
R
=
(
os
;
sin
os
";
sin
sin
")
_
R
=
(sin
;
os
os
";
os
sin
")
(13.25)
Zauwa˙zmy, ˙ze chocia˙z operujemy przybli˙zon ˛
a pr˛edko´sci ˛
a Ziemi, przybli˙zenie to dotyczy wył ˛
acznie
poprawki paralaktycznej. Aberracja roczna jest traktowana dokładnie. Z równa´n (13.25) mo˙zna
13.5 Miejsce widome gwiazdy
175
pokaza´c, ˙ze
X
=
_
Y
se
"
=
C
se
"
Y
=
_
X
os
"
=
D
os
"
(13.26)
gdzie
C ;
D
dane s ˛
a równaniami (13.20). Kład ˛
ac
X
;
Y
do równa´n (13.22) mamy
=
C
+
d
se
"
+
D
d
os
"
Æ
=
C
0
+
d
0
se
"
+
D
d
0
0
os
"
(13.27)
A w skrócie
=
C
1
+
D
d
1
Æ
=
C
0
1
+
D
d
0
1
(13.28)
gdzie
1
=
+
0:0532d
d
1
=
d
0:0448
0
1
=
0
+
0:0532d
0
d
0
1
=
d
0
0:0448
0
(13.29)
s ˛
a nieco zmodyfikowanymi stałymi gwiazdowymi, w które wł ˛
aczono przyczynek od paralaksy
rocznej. Warto´sci tych stałych obliczone s ˛
a raz na zawsze i wykorzystywane w równaniu (13.28).
Równanie to jest jednak jedynie uproszczeniem w stosunku do bardziej dokładnego równania
(13.22). Wynikaj ˛
ace st ˛
ad bł˛edy mo˙zna uwa˙za´c za zaniedbywalne je˙zeli
<
0:2
00
.
Poprawki dane równaniami (13.22) i (13.12) mo˙zna poł ˛
aczy´c w jedn ˛
a formuł˛e, gdy˙z nie mamy
˙zadnej potrzeby obliczania explicite miejsca prawdziwego. I tak, wychodz ˛
ac od miejsca ´sredniego
(
1
;
Æ
1
)
na moment odpowiadaj ˛
acy ´srodkowi roku mamy, ˙ze miejsce widome
(;
Æ
)
wynosi
=
1
+
+
Aa
+
B
b
+
(C
Y
)
+
(D
+
X
)d
+
E
Æ
=
Æ
1
+
Æ
+
Aa
0
+
B
b
0
+
(C
Y
)
0
+
(D
+
X
)d
0
(13.30)
Równania (13.30) s ˛
a formułami pierwszego rz˛edu, wystarczaj ˛
aco dokładnymi w wi˛ekszo´sci zas-
tosowa´n.
Je´sli jest taka potrzeba, liczby dzienne mo˙zna rozszerzy´c przez doł ˛
aczenie efektów rz˛edu dru-
giego, które mog ˛
a by´c znacz ˛
ace zwłaszcza dla du˙zych deklinacji. Pełna teoria efektów drugiego
rz˛edu wykracza poza ramy niniejszego wykładu. W praktyce zalecanej w Astronomical Almanac,
w równaniach (13.30) dodaje si˛e człon
J
tan
2
Æ
1
w rektascensji i
J
0
tan
2
Æ
1
w deklinacji. Wiel-
ko´sci
J
oraz
J
0
zwane s ˛
a liczbami dziennymi rz˛edu drugiego. S ˛
a one zale˙zne od współrz˛ednych
gwiazd i zostały stabelaryzowane w Astronomical Almanac w funkcji czasu i rektascensji. Nie
podano tam wszystkich wyrazów rz˛edu drugiego, jedynie przybli˙zone warto´sci tych, które s ˛
a na-
jbardziej znacz ˛
ace. Liczby dzienne rz˛edu drugiego stosuje si˛e w celu zmniejszenia bł˛edów system-
atycznych, które staj ˛
a si˛e znacz ˛
ace zwłaszcza dla du˙zych deklinacji. Przyczyn ˛
a s ˛
a tu osobliwo´sci
w układzie współrz˛ednych równikowych w okolicy biegunów niebieskich. Trudno´sci tych mo˙zna
unikn ˛
a´c stosuj ˛
ac wektorowe podej´scie do całego problemu, dlatego takie podej´scie jest zawsze
rekomendowane je´sli formuły (13.30) oka˙z ˛
a si˛e niewystarczaj ˛
ace.
Na jednym z poprzednich wykładów mówili´smy o tzw. członach E w aberracji rocznej.
Poniewa˙z powszechn ˛
a praktyk ˛
a było pozostawianie tych członów w katalogowych poło˙zeniach
gwiazd, dlatego a˙z do 1984 roku stałe warto´sci składowych pr˛edko´sci odpowiedzialne za ten efekt
były usuwane ze składowych
_
X
i
_
Y
przed obliczeniem aberracyjnych liczb dziennych. Obecnie
zaniechano tego typu zabiegów, a zatem liczby
C
i
D
, obliczone s ˛
a ´sci´sle w oparciu o barycen-
tryczne składowe pr˛edko´sci Ziemi, tak jak to ma miejsce w przypadku równa´n (13.20).
176
Miejsca ´srednie, prawdziwe i widome
r
0
X
0
r
1
X
1
(T +t)
0
(T +t)
0
E
R
V
* t
G
(T )
0
Rysunek 13.1: Miejsce widome gwiazdy. Konfiguracja wektorów poło˙zenia gwiazdy obser-
wowanej wzgl˛edem barycentrum
G
oraz wzgl˛edem obserwatora na powierzchni Ziemi
E
.
13.6
Miejsce widome gwiazdy, formalizm wektorowy
Omówimy inn ˛
a technik˛e pozwalaj ˛
ac ˛
a na przej´scie od miejsc ´srednich do widomych, ró˙zn ˛
a od
techniki liczb dziennych. B˛edzie to metoda dokładna, a wi˛ec lepsza, ale wymagaj ˛
aca bardziej
˙zmudnych oblicze´n.
Wychodzimy od standardowego miejsca ´sredniego gwiazdy
(
0
;
Æ
0
)
na epok˛e
T
0
, naszym
celem jest miejsce widome
(;
Æ
)
na moment
t
lat pó´zniejszy. We´zmiemy w rachub˛e ruch własny,
paralaks˛e, aberracj˛e i w rezultacie otrzymamy prostok ˛
atne współrz˛edne geocentryczne na ˙z ˛
adan ˛
a
dat˛e, ale nadal wzgl˛edem pocz ˛
atkowego układu współrz˛ednych. Zatem ostatni krok jaki jeszcze
b˛edzie trzeba wykona´c to transformacja do układu opartego o prawdziwy równik i równonoc daty,
a zatem uwzgl˛ednienie precesji i nutacji.
Niech
s
0
b˛edzie wersorem okre´slaj ˛
acym miejsce ´srednie gwiazdy
s
0
=
( os
0
os
Æ
0
;
sin
0
os
Æ
0
;
sin
Æ
0
)
(13.31)
Zmodyfikujemy najpierw ten wersor uwzgl˛edniaj ˛
ac wpływy czysto geometryczne ruchu własnego
i paralaksy. Na rysunku 13.1,
G
oznacza barycentrum Układu Słonecznego,
E
poło˙zenie Ziemi w
momencie
T
0
+
t
obserwacji gwiazdy. Punkty
X
0
i
X
1
oznaczaj ˛
a quasi geometryczne poło˙zenia
gwiazdy
5
na epok˛e standardow ˛
a i dat˛e obserwacji. Generalnie, te cztery punkty nie b˛ed ˛
a le˙zały w
jednej płaszczy´znie i na rysunu 13.1 nie mamy intencji czego´s takiego sugerowa´c. Niech
r
0
;
r
1
+
R
oraz
R
b˛ed ˛
a wektorami barycentrycznych poło˙ze´n punktów
X
0
;
X
1
oraz
E
. Mo˙zemy zatem
napisa´c
r
0
=
r
0
s
0
r
1
=
r
1
s
1
R
=
(X
Y
Z
)
(13.32)
Załó˙zmy, ˙ze gwiazda ma pr˛edko´s´c
V
wzgl˛edem barycentrum. Z rysunku 13.1 wynika, ˙ze
r
1
=
r
0
+
V t
R
(13.33)
5
Quasi geometryczne, bowiem wiekowa aberracja nie została skorygowana.
13.6 Miejsce widome gwiazdy, formalizm wektorowy
177
Przy czym korzystamy tu z uzasadnionego zało˙zenia, ˙ze w interwale t, wektor
V
nie zmienia si˛e.
Katalogi dostarczaj ˛
a nast˛epuj ˛
acych informacji podanychh wzgl˛edem eppoki sstandardowej:
standardowe miejsce ´srednie
(
0
;
Æ
0
)
,
składowe ruchu własnego
(
;
Æ
)
,
paralaksa roczna
,
szybko´s´c radialna
V
r
(km/s).
– składowe wektora
R
(poło˙zenie geocentrum) podane s ˛
a w rocznikach w jednostkach astrono-
micznych,
st ˛
ad je´sli
wyra˙zono w radianach
r
0
=
1
, zatem równanie (13.33) mo˙zna b ¸Sedzie napisa´c
w postaci
r
1
s
1
=
s
0
+
mt
R
(13.34)
gdzie
m
jest wektorem ruchu przestrzennego gwiazdy
m
=
V
. Poniewa˙z wektor ten musi by´c
wyra˙zony w radianach na rok, pr˛edko´s´c
V
gwiazdy tradycyjnie podan ˛
a w km/s trzeba wyrazi´c w
AU/rok. Po odpowiednich zamianach b˛edziemy mieli
m
=
~
+
4:74
V
r
s
(13.35)
przy czym wektor ruchu własnego
~
jest wyra˙zony w radianach na rok. Z drugiej strony, je´sli
(
;
Æ
)
oraz
podane s ˛
a w jednostkach praktycznych, składowe wektora
m
dane s ˛
a przez
m
x
=
(
15
sin
0
os
Æ
0
Æ
os
0
sin
Æ
0
+
V
r
4:74
os
0
os
Æ
0
)
sin
1
00
m
y
=
(
15
os
0
os
Æ
0
Æ
sin
0
sin
Æ
0
+
V
r
4:74
sin
0
os
Æ
0
)
sin
1
00
m
z
=
(
Æ
os
Æ
0
+
V
r
4:74
sin
Æ
0
)
sin
1
00
(13.36)
Podstawiaj ˛
ac te składowe do równania (13.34), po unormowaniu, otrzymamy wersor
s
1
opisuj ˛
acy
quasi geometryczny kierunek do wybranej gwiazdy na moment obserwacji
T
0
+
t
.
Nast˛epnym krokiem jest wprowadzenie poprawki z tytułu aberracji. W jaki sposób zostanie
to dokonane, zale˙zy od tego czy uznamy podej´scie klasyczne za adekwatne, czy te˙z nie. Je´sli
tak, problem jest prosty. Obserwowane ´zródło ´swiatła emituje kwanty o pr˛edko´sci
V
1
wzgl˛edem
barycentrum, czyli
V
1
=
s
1
Wzgl˛edem poruszaj ˛
acej sie Ziemi pr˛edko´s´c ta wynosi
V
2
=
s
1
_
R
gdzie pr˛edko´s´c ´swiatła
jak i pr˛edko´s´c Ziemi
_
R
wyra˙zone s ˛
a w
AU
=doba
. Poprawiony na aber-
racj˛e kierunek dany jest jako wersor
s
2
za pomoc ˛
a wyra˙zenia
V
2
s
2
=
s
1
+
0:0057756
_
R
(13.37)
Prawa strona tego równania nie jest wektorem jednostkowym, st ˛
ad aby otrzyma´c wersor
s
2
nale˙zy
j ˛
a unormowa´c do jedno´sci. Je˙zeli katalog jakim dysponujemy podaje poło˙zenia gwiazd ju˙z popraw-
ione na aberracyjne człony
E
, konieczna b˛edzie pewna modyfikacja. Trzeba wówczas pr˛edko´s´c
178
Miejsca ´srednie, prawdziwe i widome
V
E
, składow ˛
a eliptyczn ˛
a, odpowiedzialn ˛
a za istnienie członów
E
odj ˛
a´c od
_
R
przed podstawie-
niem tego wektora do równania (13.37). Pr˛edko´s´c
V
E
, wzgl˛edem równika i równonocy 1950.0
ma składowe
V
E
=
(
0:000281;
0:0000
55
;
0
:00
00
24
)
(13.38)
W przypadku katalogów bardziej współczesnych, których epok ˛
a podstawow ˛
a jest J2000.0, mody-
fikacja ta nie jest potrzebna.
W nast˛epnym kroku obliczymy składowe wersora
s
2
wzgl˛edem osi układu współrz˛ednych
zdefiniowanego w oparciu o prawdziwy równik i równonoc daty. W tym celu, interesuj ˛
acy nas
moment czasu musimy zna´c elementy macierzy obrotu
R
M
, obejmuj ˛
acej transformacj˛e z tytułu
precesji i nutacji. Elementy te mo˙zna zaczerpn ˛
a´c z Astronomical Almanac lub policzy´c samemu
w oparciu o formuły podane na wykładzie dotycz ˛
acym precesji i nutacji.
Wersor
s
, a z jego skladowych
(;
Æ
)
gwiazdy, odpowiadaj ˛
ace miejscu widomemu otrzymamy
za pomoc ˛
a zale˙zno´sci:
s
=
R
M
s
2
s
=
( os
os
Æ
;
sin
os
Æ
;
sin
Æ
)
(13.39)
Opisana wy˙zej technika wektorowa jest dokładna w ramach podej´scia klasycznego.
13.7
Miejsce widome planety, formalizm wektorowy
Rozwa˙zymy problem przej´scia do miejsca widomego dla obiektów poło˙zonych wewn ˛
atrz Układu
Słonecznego. Zast˛epujemy tu ruch własny ruchem orbitalnym, a wi˛ec odrzucamy zało˙zenie o
stało´sci pr˛edko´sci ´zródła promieniowania. Mamy zatem nast˛epuj ˛
acy problem: dana jest barycen-
tryczna efemeryda planety na pewien moment czasu
t
, nale˙zy wyznaczy´c widome miejsce planety
na ten sam moment.
Załó˙zmy, ˙ze efemeryda planety dana jest w postaci prostok ˛
atnych składowych
(x
0
;
y
0
;
z
0
)
okre´slonych wzgl˛edem standardowego ´sredniego równika i równonocy. A wi˛ec, barycentryczny
wektor poło˙zenia planety na moment
t
wynosi
r
0
=
r
0
s
0
=
(z
0
;
y
0
;
z
0
)
(13.40)
Na rysunku 13.2, wektor ten okre´sla poło˙zenie punktu
P
. Niech
E
b˛edzie poło˙zeniem cen-
trum Ziemi w tym samym momencie okre´slonym za pomoc ˛
a wektora
R
. Poło˙zenie planety
P
0
odpowiada chwili kiedy nast ˛
api emisja kwantu promieniowania widzianego w
E
w momencie
t
,
oznaczamy wektor tego kierunku przez
s
0
. Klasyczne rozwi ˛
azanie naszego problemu jest bardzo
proste. Jest ono równowa˙zne transformacji do układu geocentrycznego, po której wprowadzi´c
nale˙zy poprawk˛e za aberracj ˛
a planetarn ˛
a, a nast˛epnie dokona´c przej´scia do prawdziwego równika
i równonocy.
A zatem kolejno mamy, geocentryczny wektor planety
P
dany jest jako
r
1
=
r
0
R
(13.41)
Jest to oczywi´scie dokładna formuła. Aby wprowadzi´c poprawk˛e na aberracj˛e planetarn ˛
a trzeba
zna´c czas propagacji
. ´Sci´sle, nale˙załoby go obliczy´c jako
=
, ale w klasycznym podej´sciu
b˛edzie wystarczaj ˛
aco dokładnym zastosowanie przybli˙zenia
=
jr
1
j
(13.42)
Widome współrz˛edne planety na moment
t
s ˛
a równowa˙zne współrz˛ednym geometrycznym na mo-
ment
(t
)
. Taka poprawka oddaje w cało´sci efekty pierwszego rz˛edu pochodz ˛
ace od pr˛edko´sci
planety i Ziemi. Widomy wektor geocentryczny planety
r
2
mo˙zna obliczy´c jako
r
2
=
r
1
+
(
_
r
1
)
(13.43)
13.8 Katalogi gwiazdowe
179
r
1
r
0
ρ
s’
r
0
=r
2
(t− )
τ
G
E
R
’
P’
r
1
.
(t)
P
−τ
(t)
Rysunek 13.2: Miejsce widome planety. Konfiguracja wektorów poło˙zenia planety obserwowanej
wzgl˛edem barycentrum
G
oraz wzgl˛edem obserwatora na powierzchni Ziemi
E
.
przy czym składowe wektora
_
r
otrzymamy obliczaj ˛
ac pochodne rownania (13.41). Wyra˙zaj ˛
ac
pr˛edko´s´c w
AU
=doba
, z uwzgl˛ednieniem (13.42), równanie (13.43) mo˙zna napisa´c w postaci
r
2
=
r
1
0:00057756
r
1
(
_
r
0
_
R
)
(13.44)
Ostatecznie miejsce widome planety otrzymamy je˙zeli wektor
r
2
wyrazimy wzgl˛edem prawdzi-
wego równika i równonocy daty. za pomoc ˛
a macierzy obrotu
R
M
miejsce widome
s
dane jest
jako
r
s
=
r
=
R
M
r
2
(13.45)
Po unormowaniu prawej strony, otrzymamy wersor
s
, a dalej łatwo obliczy´c współrz˛edne sfer-
yczne planety
(;
Æ
)
na moment
t
.
13.8
Katalogi gwiazdowe
Na jednym z wykładów powiedziano, ˙ze koło południkowe umo˙zliwia pomiar współrz˛ednych
poło˙zenia gwiazdy bez konieczno´sci wcze´sniejszych pomiarów poło˙ze´n innych gwiazd. Ter-
min absolutny stosowany jest do takich wła´snie pomiarów, w celu odró˙znienia ich od pomiarow
wzgl˛ednych. Katalogi, w których zestawiono rezultaty pomiarów absolutnych nosz ˛
a tak˙ze miano
absolutnych. Musimy jednak odró˙zni´c dwa rodzaje katalogów absolutnych. Katalogi obserwa-
cyjne podaj ˛
ace poło˙zenia gwiazd wyznaczone przez jedno obserwatorium, obejmuj ˛
a relatywnie
krótki interwał czasu. Natomiast katalog absolutny fundamentalny (General Catalogue), skon-
struowany jako kompilat z wielu katalogów obserwacyjnych z wielu obserwatoriów rozci ˛
aga si˛e
na wyra´znie wi˛ekszy okres czasu.
Katalogi fundamentalne zawieraj ˛
a miejsca ´srednie wybranych gwiazd wraz ze zmianami współ-
rz˛ednych powstałych w wyniku precesji i ruchu własnego (zmiany roczne i wiekowe). Kata-
log taki definiuje układ odniesienia. Mówimy cz˛esto o odnoszeniu współrz˛ednych gwiazd do
okre´slonego równika i równonocy, tak jak gdyby to koło wielkie oraz punkt
dawały si˛e rzeczy-
wi´scie zobaczy´c na niebie. A przecie˙z jedyn ˛
a obserwowan ˛
a rzeczywisto´sci ˛
a s ˛
a gwiazdy. I tak
180
Miejsca ´srednie, prawdziwe i widome
naprawd˛e to katalogowe poło˙zenie gwiazdy definiuje równik i równonoc. ´Sredni równik i równonoc
na epok˛e standardow ˛
a zdefiniowane s ˛
a implicite poprzez rektascensj˛e i deklinacje gwiazdy z kat-
alogu fundamentalnego. Katalogowe warto´sci zmian rocznych i wiekowych pozwalaj ˛
a rozci ˛
aga´c
t˛e definicj˛e na inne epoki.
Ustalony tak ˛
a drog ˛
a układ odniesienia jest naturalnie układem rotuj ˛
acym (precesja). Poru-
szaj ˛
aca si˛e równonoc takiego układu nazywana jest równonoc ˛
a katalogow ˛
a. Implicite równonoc
jest definiowana jako zerowy punkt rachuby rektascensji. Punkt ten mo˙zna by w zasadzie wy-
bra´c zupełnie arbitralnie, ale tradycyjnie obierano go tak by le˙zał mo˙zliwie blisko punktu prze-
ci˛ecia chwilowej orbity Ziemi i niebieskiego rownika. Ten drugi punkt równonocy, nazywany
jest równonoc ˛
a dynamiczn ˛
a. Ró˙znica pomi˛edzy nimi jest niewielka, ale mimo to trzeba odró˙zni´c
idealizacj˛e równonocy dynamicznej od jej praktycznej realizacji jako punktu zerowego funda-
mentalnego układu odniesienia. Wynikaj ˛
aca st ˛
ad ró˙znica w rektascensji nazywana jest poprawk ˛
a
punktu równonocy.
Stała poprawka równonocy w ˙zadnym wypadku nie degraduje katalogowego układu odniesie-
nia, poprawka zmieniaj ˛
aca si˛e, ´swiadczy natomiast o pewnych efektach dynamicznych potrak-
towanych nieprecyzyjnie.
Nierotuj ˛
acy układ odniesienia musi by´c oparty o nieruchomy równik i punkt równonocy epoki
standardowej. Definiowany jest on poprzez dat˛e standardowej epoki przez same poło˙zenia katal-
ogowe, ale na inne daty b˛edzie zdefiniowany e˙zeli dysponowa´c b˛edziemy odpowiednimi ruchami
własnymi. Rozwikłanie splecionych przyczynków od ruchu własnego i precesji w ramach zmian
rocznych i wiekowych wymaga przyj˛ecia pewnego tempa precesji. Zwykle jest ono podane w
katalogach i st ˛
ad fundamentalny układ odniesienia zdefiniowany jest zarówno jako poruszaj ˛
acy
si˛e układ odniesienia i jako nieruchomy układ odniesienia na wszystkie daty.
Układ odniesienia nieruchomy, definiowany za pomoc ˛
a katalogów fundamentalnych nazywa´c
b˛edziemy układem odniesienia gwiazdowym. Pomijaj ˛
ac niedokładno´sci katalogu o charakterze
residualnym, układ gwiazdowy, definiowany jest w sposób całkowicie zgodny wewn˛etrznie. W
idealnym przypadku, układ odniesienia gwiazdowy powinien by´c inercjalny, ale zakres w jakim
ten ideał jest osi ˛
agany nale˙zy wyznaczy´c obserwacyjnie drog ˛
a porówna´n z układami odniesienia
zdefiniowanymi w inny sposób, np. wykorzystuj ˛
acych dynamik˛e Układu Słonecznego, Galaktyki
czy te˙z obiekty pozagalaktyczne.
Zgodnie z ugodami mi˛edzynarodowymi, dokonanymi pod egid ˛
a MUA, układ fundamentalny,
wykorzystywany od 1963 roku zdefiniowany jest przez tzw. Fourth Fundamental Catalogue (FK4)
opracowany przez Fricke’ego i Kopff’a, z Astronomisches Rechen Institut z Heidelbergu. Zawiera
on dane o 1535 gwiazdach. Do utworzenia katalogu FK4 wykorzystano obserwacje z lat 1950-
tych, jego standardow ˛
a epok ˛
a jest B1950.0.
Obserwacje pó´zniejsze wykorzystano do opracowania w Heidelbergu katalogu FK5. Epok ˛
a
standardow ˛
a jest tym razem data J2000.0. Rewizja katalogu FK4 trwała do 1983 roku. W jej
efekcie zamierzano wł ˛
aczy´c do nowego katalogu fundamentalnego wiele dodatkowych słabych
gwiazd. Stwierdzono, ˙ze punkty równonocy obydwóch katalogów nieco si˛e ró˙zni ˛
a. W efekcie
rektascensje otrzymane za pomoc ˛
a tych systemów wykazuj ˛
a ró˙znice systematyczne:
F
K
5
=
F
K
4
+
0:
s
0775
+
0:
s
085T
(13.46)
gdzie
T
jest interwałem w stuleciach julia´nskich od J2000.0.
Oznacza to, ˙ze ruchy własne gwiazd w obydwu systemach równa´n równie˙z si˛e ró˙zni ˛
a
(
)
F
K
5
=
(
)
F
K
4
+
0:
s
00085
(13.47)
co oznacza ró˙znic˛e
1:
00
275
na stulecie.
Od 1984 roku system FK5 stał si˛e dost˛epny poprzez roczniki astronomiczne. Gwiazdy w kat-
alogach fundamentalnych wykorzystywane s ˛
a jako podstawowe (oporowe) w astrometrii wzgl˛ed-
nej. O wiele pro´sciej jest mierzy´c rektascensj˛e i deklinacj˛e gwiazdy wzgl˛edem systemu funda-
mentalnego ani˙zeli np. wzgl˛edem południka miejscowego.
13.9 Zadanka na ´cwiczenia
181
W roku 1999 w Heildelbergu opublikowano kolejn ˛
a wersj˛e katalogu fundamentalnego
F
K
6
.
Opublikowano go w czterech cz˛e´sciach zawieraj ˛
acych ró˙zn ˛
a liczb˛e gwiazd:
cz˛e´s´c I zawieraj ˛
ac ˛
a
879
gwiazd fundamentalnych,
cz˛e´s´c II obejmuj ˛
ac ˛
a około
500
gwiazd fundamentalnych,
cz˛e´s´c III licz ˛
ac ˛
a 3272 gwwiazdy,
cz˛e´s´c IV zawieraj ˛
ac ˛
a około 1000 gwiazd.
Katalog FK6 powstał w rezultacie poł ˛
aczenia rezultatów astrommetrycznnego satelity HIPARKOS
z obserwacjami uzyskanymi na powierzchni Ziemi. Wi˛ecej informacji na ten temat mo˙zna odnale´z´c
na stronie internetowej pod adresem http://www.ari.uni-heidelberg.de/fk6.
Katalogi ogólne o niefundamentalnej naturze podaj ˛
a poło˙zenia i ruchy własne olbrzymiej
liczby gwiazd
(10
6
)
. Stanowi ˛
a one układy odniesienia drugiej rangi. Gwiazdy w tych katalo-
gach rozrzucone s ˛
a po całej sferze niebieskiej z tak ˛
a g˛esto´sci ˛
a by mo˙zliwie zawsze pewna liczba
gwiazd skatalogowanych znalazła si˛e na kliszy fotograficznej podczas fotografowania danego ob-
szaru nieba. Znane współrz˛edne tych gwiazd wykorzystuje si˛e do wyznaczania poło˙ze´n innych
obiektów metodami wzgl˛ednymi.
13.9
Zadanka na ´cwiczenia
1. Poka˙z, ˙ze zmiany roczne poło˙zenia gwiazdy, mo˙zna wyrazi´c we współrz˛ednych równiko-
wych w postaci:
dx
dt
=
my
nz
x
dy
dt
=
mx
+
y
dz
dt
=
nx
+
z
2. Pewna gwiazda w epoce standardowej ma rektascensj˛e równ ˛
a
6
h
, deklinacj˛e
0
Æ
. Jej pr˛ed-
ko´s´c radialna nie daje si˛e mierzy´c, jest zbyt mała, jej ruch własny na epok˛e standardow ˛
a
wynosi
6
00
przy k ˛
acie pozycyjnym równym
0
Æ
. Poka˙z, ˙ze w tych warunkach wiekowe zmi-
any redukuj ˛
a si˛e do:
S
=
100
dm
dt
+
0:4n
sin
1
00
S
Æ
=
1500mn
sin
1
00
gdzie
m;
n
s ˛
a wyra˙zone w sekundach czasu i łuku na rok, odpowiednio.
3. Oblicz współrz˛edne równikowe gwiazdy z zadania 2, na moment
25
lat przed epok ˛
a stan-
dardow ˛
a. Wykorzystaj
m
i
n
dane jako:
m
=
3:
s
07496
+
0:
s
00186T
n
=
20:
00
0431
0:
00
0085T
4. Gwiazda
U. Min. ma współrz˛edne równikowe
(15
h
20
m
44:
s
7;
71
Æ
53
0
21
00
)
na epok˛e 1984.5.
Oblicz jej Beslowskie stałe gwiazdowe na rok 1984.
Skorzystaj ze wzorów:
0
=
0:
00
1055
0:
00
0189T
"
=
23
Æ
26
0
21:
00
45
46:
00
81T
oraz podanego wy˙zej wzoru na
m;
n
.
182
Miejsca ´srednie, prawdziwe i widome