Лаборатория астрометрии и звездной астрономии.Герб лаборатории.
НАБЛЮДЕНИЯ ТЕЛ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ В ПЕРИОД  1990 -2003 гг.


 В Лаборатории астрометрии и звездной астрономии продолжаются традиционные наблюдения тел Солнечной системы: астероидов, спутников планет и комет. Наблюдения направлены на решение фундаментальных проблем небесной механики и астрометрии: создание и улучшение теорий движений тел Солнечной системы с целью изучения строения и эволюции Солнечной системы и установление связи динамической и космической систем небесных координат в астрономии. В рамках этих проблем производятся определения высокоточных относительных и абсолютных координат спутников планет, астероидов и комет и определение положений больших планет по наблюдениям их спутников на базе регулярных ПЗС и фотографических наблюдений с помощью 26-дюймового рефрактора и нормального астрографа. До 1995 г наблюдения производились только фотографическим методом,  после установки в 1995 г на 26-дюймовом рефракторе ПЗС матрицы ST6 начались регулярные наблюдения на этом телескопе с помощью ПЗС. При этом фотографические наблюдения также производятся, так как  они позволяют получать на фотографической пластинке системы спутников Юпитера и Сатурна полностью,  а не 2 -3 спутника, как в случае ПЗС-наблюдений (так как поле ПЗС матрицы очень мало, всего 3' x 2').
Павильон 26'' рефрактора.
Фотографические наблюдения сохраняют свои преимущества также в случае наблюдений комет. Применение ПЗС матрицы позволило существенно повысить внутреннюю точность наблюдений спутников планет (примерно с 0.10"  до0.01" ), однако внешняя точность, оцениваемая  на основании сравнения с эфемеридами тел Солнечной системы, для ПЗС наблюдений и фотографических - одинакова (порядка 0.15" для относительных координат спутников Сатурна). Точность ПЗС и фото наблюдений на 26-дюймовом рефракторе соответствует мировому уровню точности решения аналогичных задач.
Наблюдения.
     Лаборатория астрометрии и звездной астрономии ГАО РАН располагает двумя  телескопами для наблюдений тел Солнечной системы: 26-дюймовым рефрактором (F/D = 650мм/10413 мм), установленным в 50-х годах XX века и Нормальным астрографом (300мм/3400мм), установленным в конце XIX века.
    На 26-дюймовом рефракторе  в программу наблюдений были включены наблюдения спутников планет Марса, Юпитера, Сатурна,  сближений астероидов со звездами, астероидов, сближающихся с Землей (Тоутатис, 1993) и комет (Хуакутаке, 1996;  Хейла-Боппа, 1997). 
В 1995-1996 гг.  на 26-дюймовом рефракторе проводились ПЗС и фото наблюдения взаимных явлений (затмений и покрытий) в системе спутников Сатурна по международной программе PHESAT-95. В 1997 и в 2003 гг. - ПЗС наблюдения взаимных явлений
Ночное небо.
Нормальный астрограф.
в системе галилеевых спутников Юпитера по международным программам PHEMU-97 и  PHEMU-2003.  7 мая 2003 г на 26-дюймовом рефракторе наблюдалось прохождение Меркурия по диску Солнца, были получены 37 фотографических пластинок, пригодных к измерениям. Спутники Сатурна и Юпитера с целью определения их точных относительных координат наблюдались и на ПЗС, и фотографическим способом,  сближения и покрытия звезд астероидами - только на ПЗС, кометы - с помощью фотографии. Всего за период 1990-2003 гг на 26-дюймовом рефракторе получено свыше 340 фотопластинок со спутниками Юпитера, Сатурна и кометами. При фотографических наблюдениях использовались фотопластинки NP-27 и WO-3. При необходимости ослабления блеска планет при наблюдениях использовались нейтральные напыленные светофильтры, помещавшиеся в кассетах перед фотопластинкой. При наблюдениях с ПЗС используется комбинация желтого и зеленого светофильтров - для получения необходимой полосы пропускания, соответствующей полосе пропускания объектива рефрактора (5500A), и для уменьшения ореола вокруг яркой планеты. 
В наблюдениях на 26-дюймовом рефракторе принимали участие следующие сотрудники лаборатории: А.А.Киселев, Т.П.Киселева, О.А.Калиниченко, Н.А.Шахт, О.В.Кияева, О.П.Быков, Л.Г.Романенко, И.С.Измайлов, Е.В.Хруцкая, М.Ю.Ховричев, М.Л.Ховричева, К.Л.Масленников.
На Нормальном астрографе производились фотографические наблюдения избранных малых планет по программе ИТА РАН (15 малых планет), а также малых планет Pulkova  и  Bronina (названная так в честь Н.М.Бронниковой), наблюдения сближений малых планет со звездами фундаментальных каталогов FK4  и FK5. Всего получено 880 пластинок с малыми планетами за период 1990-2003 гг. Кроме того, наблюдались: Плутон (1990-1996, 59 пластинок),  Марс (1990-1995, 61 пластинка), Юпитер (1990-1993, 43 пластинки), АСЗ Тоутатис (1993- 41 пластинка), Уран (2002-2003, 36 пластинок), кометы Хуакутаке и Хейла-Боппа (1996-1997,  60 пластинок). Всего получено 1184 фотопластинки. При наблюдениях Марса, Юпитера и Урана используются нейтральные напыленные светофильтры для ослабления блеска планет. В наблюдениях на Нормальном астрографе принимали участие следующие сотрудники лаборатории: Н.М.Бронникова,  В.В.Бобылев, В.П.Рыльков, А.А.Дементьева, Н.В.Нарижная, А.В.Рафальская
Методика обработки наблюдений и важнейшие результаты астрометрических исследований.
    Для наблюдений и их обработки с целью получения абсолютных и относительных координат планет и их спутников с высокой точностью используются оригинальные методы и алгоритмы программного обеспечения, разработанные коллективом сотрудников ЛАЗА. В особенности  это касается методов измерений и обработки ПЗС-изображений, разработанных И.С.Измайловым, позволяющих с помощью довольно примитивной (любительской) ПЗС-камеры ST6 получать на 26-дюймовом рефракторе результаты (относительные положения спутников планет и астероидов) высокой точности. 
Здесь следует особо отметить автоматизацию процесса наблюдений и управления телескопом, методику определения центра ПЗС-изображений и методику калибровки ПЗС-матрицы, полностью выполненные И.С.Измайловым. 
Методика фотографических наблюдений  спутников планет и астрометрической редукции, включающая методы измерений, метод "след-масштаб", а также методику учета фазы, разработанные А.А.Киселевым, Т.П.Киселевой, О.В.Кияевой,  дают возможность получать координаты планет и их спутников с точностью, не уступающей лучшим мировым определениям координат спутников планет.
В период видимости Сатурна   1995-2003 гг. по фотографическим  наблюдениям на 26-дюймовом рефракторе получено около 670 относительных положений  спутников. Внутренняя точность одной разности координат спутников в паре составила  ±0.06". По ПЗС-наблюдениям за этот же период получено свыше 100 положений с внутренней точностью  ±0.01". Наблюдения сравнивались с современными эфемеридами Лаборатории Реактивного движения США (JPL), вычисленной на основе теории движения, разработанной  Якобсоном (Jacobson R.A.).
Ср.кв.ош. одного наблюдения на основе этого сравнения оказалась равной 0.1" - 0.2" как для ПЗС, так и для фото наблюдений. Выполнена работа по определению координат Сатурна по наблюдениям его спутников без измерения изображения самой планеты на фотографиях. Эта работа оказалась возможной в связи с появлением в последнее десятилетие высокоточных космических каталогов, поскольку в поле телескопа практически всегда оказывается одна или несколько звезд, необходимых для привязки спутников к  экваториальной системе координат.
Система спутников Сатурна, 
26-дюймовый рефрактор, 
17/18апреля 1980г. Кольцо видно "с ребра".
Спутники: Диона, Титан,  Тэфия, Рея. 
Экспозиция 1 мин.
 Таким образом,  были получены 25 положений Сатурна с ошибкой ±0.15", в которых отсутствуют систематические ошибки, связанные с неточностью измерений протяженных изображений планеты. Работа по определению точных координат спутников Сатурна была признана в качестве достижения  в отчетах РАН в 2002 г.
Продолжаются регулярные астрометрические наблюдения галилеевых спутников Юпитера на 26-дюймовом рефракторе, как фотографические , так и с помощью ПЗС-матрицы . Особенности методики наблюдений спутников Юпитера позволяют получать иовицентрические координаты спутников с учетом фазы планеты с высокой точностью (не хуже 0.1"). 
Система галилеевых спутников Юпитера, полученная
на 26'' рефракторе 31/1апреля 1990г. Спутники: 
Ганимед, Каллисто, Европа, Ио. Экспозиция 1 мин		 В 2003 г были  успешно проведены фотометрические и астрометрические наблюдения взаимных явлений в системе галилеевых спутников Юпитера
Наблюдались 20 явлений, из них 11 дали фотометрические кривые хорошего качества. По этим наблюдениям определены взаимные расстояния между спутниками, моменты покрытий и затмений, величины падения яркости, длительность явлений.
ПЗС-наблюдения покрытий и тесных сближений  астероидов со звездами современных высокоточных космических каталогов HIPPARCOS   и  TYCHO-2 являются весьма актуальными в настоящее время благодаря высокой точности таких наблюдений, поскольку позволяют уточнять эфемериды астероидов, несмотря на сравнительно малое количество таких наблюдений (ввиду их редкости). На 26-дюймовом рефракторе в 1998-2001 гг. удалось наблюдать 8 таких явлений. 
Примеры кривых блеска для взаимных явлений в системе
галилеевых спутников Юпитера, построенные на основе
данных фотометрических  ПЗС-наблюдений
При обработке сближения астероида  № 454 со звездой GSC оказалось возможным получить фотометрическую кривую изменения яркости астероида относительно звезды. По амплитуде этого изменения удалось оценить период вращения астероида,  равный  4 часам.
Из наблюдений комет наиболее интересными оказались наблюдения яркой кометы Хейла-Боппа в 1997 г на 26-дюймовом рефракторе и Нормальном астрографе. Были определены 55 точных положений кометы с ошибкой ±0.35". По фотографиям кометы, полученным на 26-дюймовом рефракторе, удалось обнаружить интересную структуру головы кометы: несколько концентрических оболочек вокруг ядра, постепенно ослабевающих по яркости, а также струйные выбросы пылевой или газовой материи из ядра. 
Снимок кометы Хейла-Боппа, 
26'' рефрактор,
6 марта 1997г с эксп. 15 сек.		 На основании измерения фотографий удалось сделать оценки массы и размеров пылевых частиц. Сделан вывод о преобладании в оболочках частиц субмикронных размеров.
Выполнены оценки характерного времени активности ядра кометы, начальной скорости выбрасываемых пылинок и отношение силы лучевого давления, действующего на пылинки, к силе их гравитационного притяжения к Солнцу. Результаты наблюдений позволили дать оценку радиуса ядра кометы около 30 км. (Ю.Н.Гнедин, Т.П.Киселева). Наблюдения кометы Хейла-Боппа были включены в список важнейших результатов фундаментальных и прикладных исследований РАН в 1997 г.   По наблюдениям на Нормальном астрографе в 2002-2003гг определены 36 положений Урана относительно звезд космического каталога TYCHO-2 с точностью ±0.3". Величины О-С, полученные на основе сравнения с теорией DE405, характеризуют сравнение динамической и космической систем координат (Н.М.Бронникова, Т.А.Васильева).  По наблюдениям на Нормальном астрографе получены свыше 500 точных положений избранных малых планет и астероидов Pulkova  и Bronina со ср.кв.ош.  ±0.2". Разности О-С, вычисленные по сравнению результатов наблюдений с современной теорией движения малых планет, представляют поправки к эфемеридам этих объектов  (Н.М.Бронникова, Т.А.Васильева, Н.В.Нарижная, А.А.Дементьева, В.П.Рыльков).
    Результаты работ по теме наблюдений тел Солнечной системы опубликованы в 100 научных статьях в российских и зарубежных изданиях и многократно докладывались на различных международных и российских конференциях. Работа имела постоянную финансовую поддержку РФФИ, ГНТП "Астрономия",  а также  по договорам  с ИТА и ИПА РАН.  В 2004 г предполагается установка ПЗС-матрицы  на нормальном астрографе, что позволит расширить программу наблюдений.
О ПОЛНОЙ  ПЕРЕРАБОТКЕ  ПУЛКОВСКОГО  РЯДА  ФОТОГРАФИЧЕСКИХ  ПОЗИЦИОННЫХ  НАБЛЮДЕНИЙ  ПЛУТОНА.


     Фотографические позиционные наблюдения Плутона велись на Нормальном Астрографе с 1930 г. до 1995 г., когда планета стала труднодоступна из-за перехода в южное полушарие. Из-за войны нет наблюдений 1942-1948 гг., есть пропуск 1936-37 гг. Практически каждый год за период наблюдений в 1-2 месяца фотографировалось обычно от 3 до 10 пластинок. Большой наблюдательный материал, около 200 фотопластинок, отдельными  пеpиодами измерены, обработаны и опубликованы разными авторами.  По измерениям блеска Плутона 1954-1990 гг.  (137 фотопластинок)  Н.М.Бронниковой,  Е.А.Прудниковой, С.М.Бершаковой  обнаружен  период  изменения  блеска 7.8 лет. Точность определения положений по пластинкам НА  достаточно высокая:  от 0.21 до 0.33" по прямому восхождению (RA)  и  0.16-0.34" по склонению (DE).  В 1993 г.  получен грант  РФФИ  (93-02-3045) на полную переобработку всех положений Плутона в единой системе  FK5 (на равноденствие J2000).  Вcе плаcтинки с Плутоном измерены cотpудниками ГАО:  А.А.Дементьевой, Н.В.Наpижной, В.П.Рыльковым и Е.Н.Титовой. Обработка полученного ряда выполнена  В.П.Рыльковым.  Были  вычислены разности (О-С)  в RA и DE  относительно эфемериды JPL DE200. 
При анализе значений (О-С) в прямом восхождении обнаружено их увеличение, особенно значительное в последние годы – с 1991 по 1993 г.  от +2.16” до  +2.60”.  Это обусловлено неточностью эфемериды DE200, полученной по недостаточному числу использованных наблюдений Плутона, охватывающих только четвертую часть его орбиты.  На графиках показаны разности (О-С) для Пулковского ряда, для ряда Йеркской обсерватории (до 1965 г) и ряда наблюдений Плутона Туринской обсерватории, представленного C.Barbieri и др.  При обработке значения (О-С) приведены на единое расстояние 1992 года (28.76 а.е.) – т.е. убран позиционный тренд, поскольку Плутон за 60 лет приблизился к нам с 40.0 а.е. в 1930 г  и даже пересек орбиту Нептуна, став на некоторое время 8-й планетой Солнечной системы. 

     Для выявления трендов и гармонического анализа пулковских и других рядов разностей (О-С) в RA и DE, рассматриваемых как  временные ряды с пропусками в данных, использовалась специально разработанная вместе с В.В.Витязевым процедура спектрального анализа. Этой процедурой был подтвержден период изменения блеска Плутона 7.88±0.26 лет с амплитудой 0.16±0.04m и углом фазы 1.4±0.2rd. 
Анализ «полного» (с 1930 г.) и «неполного» (с 1949 г.) ряда значений (О-С) в склонении показал наличие значимых периодов в 13.55 и 16.87 лет со значимыми амплитудами соответственно 0.19±0.05” и  0.27±0.05”. 
Графики слева представляют спектральный анализ (О-С) DE  для положений Плутона 1930- 1993 гг. 
а). Исходный временной ряд и кривая 2-го порядка выявленного тренда, b). Периодограмма исходного временного ряда с максимальным пиком, характиризующим тренд, c). Ряд разностей (О-С) после снятия тренда и представление его суммой выявленных гармоник,  d). Нормализованная периодограмма ряда без тренда, с главным пиком основной гармоники с периодом в 13.6 лет, e). Остаток ряда после вычитания тренда выявленных гармоник (шумы), f). Периодограмма остаточной шумовой разности (О-С). 
   Аналогичные периоды выявляются практически во всех собранных нами рядах наблюдений Плутона, сделанных по всему миру.  Вполне возможно все эти эффекты из-за влияния  движения близкого к планете и сравнимого с ней по яркости спутника – Харона
ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ СОВРЕМЕННЫХ ПЗС-НАБЛЮДЕНИЙ, ВЫПОЛНЕННЫХ НА  ОБСЕРВАТОРИЯХ  МИРА.


На протяжении последнего десятилетия по инициативе О.П.Быкова и в сотрудничестве с Институтом теоретической астрономии в лаборатории регулярно проводился анализ точности позиционных ПЗС–наблюдений малых планет, выполнявшихся профессиональными и любительскими обсерваториями мира, которые передавали результаты своих наблюдений в Международный центр малых планет (Кембридж,США).  Эта работа особенно продвинулась вперед после  перехода в ГАО РАН группы В.Н.Львова, создавшей в свое время известную программную систему "Церера".  После значительной модификации и доработки эта система превратилась в программный комплекс "ЭПОС". 
Помимо эфемеридного обеспечения наблюдений больших и малых тел Солнечной системы "ЭПОС" может использоваться  для проверки качества выполненных наблюдений, а также  для идентификации наблюденных объектов. Имея в своем распоряжении столь мощное средство, можно было легко "удовлетворить любопытство" и посмотреть, как одна и та же нумерованная малая планета, имеющая по определению большую астрометрическую историю и, следовательно, точную орбиту, наблюдалась различными телескопами примерно в одно и то же время на короткой дуге за несколько близких ночей. Таким образом, очевидная идея оценки точности наблюдений состояла в том, чтобы использовать хорошую орбиту нумерованной малой планеты как своеобразный "репер" при анализе традиционных разностей (О–С):  её вычисленные положения – величины "С" – в этом случае будут намного точнее, чем наблюденные положения – величины "О"; поэтому если сами разности (О–С) не будут равны нулю или константе, то по их разбросу можно судить о точности наблюдений. Причем разброс этих разностей в положениях, полученных в одну ночь, будет указывать на величину внутренней (int) ошибки, на которую не оказывает влияния звездный каталог (обычно при астрометрической редукции наблюдений астероида, выполненных в одну ночь, система опорных звезд каталога остается постоянной), а при анализе положений астероида, полученных в несколько близких ночей, можно выявить влияние ошибок положений опорных звезд каталога. В этом случае можно говорить о внешней (ext) ошибке наблюдений. Естественно, здесь будут сказываться также различие условий наблюдений в близкие даты, но имея достаточно большую статистику и осредняя полученные результаты по большому числу наблюденных нумерованных малых планет, можно получить оценку точности одного фотографического или ПЗС–наблюдения по a и d  для обсерватории с данным телескопом, ПЗС–матрицей и звездным каталогом. 

Пример оценки точности ПЗС-наблюдений для полностью автоматизированного американского телескопа.
 

МПЦ код,  годы Обсерватория,  телескоп,  каталог Число малых планет Число положений eRA 1 набл. eDECL 1 набл. Тип оценки
704, 1999 USA, Lincoln. Lab., 9958 186649 0.68" 0.64" int
D=1.0 m,  FL=2.2 m, FOV=85x85", 6906 140894 0.70 0.68 ext
USNO; automatic telescope. 14203 432368 0.51 0.51 int
2000 11794 354850 0.54 0.55 ext
27170 917380 0.49 0.50 int
2001 23898 820112 0.59 0.60 ext
48098 1302533 0.49 0.49 int
2002 41426 1151835 0.64 0.65 ext
64182 1694101 0.52 0.51 int
2003 53409 1424227 0.63 0.61 ext
 В 1999–2003 гг  О.П.Быков, В.Н.Львов и И.С.Измайлов проанализировали банк данных Международного центра малых планет (более 9 млн. отдельных положений) и вывели ежегодную оценку точности работы около трехсот любительских и профессиональных обсерваторий мира, наблюдавших малые планеты. Выявлено большое число положений с грубыми ошибками, о чем сообщено наблюдателям по электронной почте. Получен ряд интересных результатов по оценке точности астрометрических работ на больших телескопах мира, наблюдающих объекты пояса Эджворта–Койпера, оценке точности наблюдений астероидов, сближающихся с Землей, выявлены любительские обсерватории, работающие в области слежения за небесными объектами лучше некоторых профессиональных. 
В приведенном примере  представлены результаты работы и   наша оценка точности для телескопа – робота американской системы слежения  LINEAR.  Телескоп с диаметром   зеркала  1 м  и полем зрения  2 кв.гра дуса  в  настоящее  время является самым производительным телескопом в  области  слежения  за  объектами, сближающимися с Землей.
Следует отметить хорошее согласие полученных нами ежегодных оценок точности для столь большого массива наблюдений, что говорит о стабильности работы системы инструмента.