 |
03.11.2009 09:50 |
| |
Новая Звездная карта ICRF2 позволяет определять положение GPS спутников используя квазары |
 |
Глобальная система позиционирования (Global Positioning System, GPS) наряду с мобильной связью, радио и телевидением прочно вошла в жизнь пусть не каждого жителя планеты, но многих представителей разнообразных профессий. И несмотря на кажущуюся бесполезность её для среднестатистического гражданина, даже сотовые телефоны нынче оснащаются навигаторами. GPS-спутники посылают сигнал на Землю, где их ловит приёмник, будь то встроенный модуль либо отдельное устройство. Основываясь на информации о координатах спутников и дистанции до них, прибор и вычисляет своё местоположение.
Система работает без сбоев, и миллионы людей доверяют ей ежедневно. Но каким образом сами спутники определяют, где находятся? Космос не расчерчен видимой координатной сетью, и более того: он не статичен. Да и сама Земля, как известно, перемещается по орбите, а её ось колеблется из-за воздействия гравитации других космических тел и внутренних процессов. Чтобы найти нужное место в незнакомом городе, люди используют некие известные точки отсчёта – памятники культуры, площади или административные здания (если не вспоминать про современные технологии в виде онлайн-карт и дополненной реальности). Так же и астрономы пользуются космическими маяками, чтобы определить точную позицию планеты. Очевидными кандидатами на них кажутся звёзды, и они действительно служили навигационными ориентирами не одно столетие. Однако для очень точных измерений, необходимых GPS, светила не подходят, потому как тоже изменяют положение в пространстве, - говорит доктор Чопо Ма (Chopo Ma) из Центра космических полётов Годдарда (Goddard Space Flight Center) в Мэриленде.
Выход – в объектах настолько удалённых, что их движение просо незаметно. Отвечают условиям всего несколько классов тел, потому как среди требуемых параметров также достаточная яркость. Например, квазары, которые ярче миллиардов солнц. Многие учёные уверены, что это гигантские чёрные дыры, поглощающие газ. Он попадает в мощное гравитационное поле дыры, сжимается и нагревается до миллионов градусов, выделяя интенсивное излучение. Большинство квазаров скрываются в далёком космосе на расстояниях в миллиарды световых лет – достаточно, чтобы быть стационарными маяками. Для сравнения: световой год равен почти 10 трлн км, а диаметр всей нашей галактики, состоящей из сотен миллиардов звёзд, составляет около 100 тыс. световых лет. Ряд известных квазаров с точно установленным местоположением формирует карту астрономических ориентиров для Земли. Первая такая карта – Международный набор небесных координат (International Celestial Reference Frame, ICRF) – появилась ещё в 1995 году. Она создавалась более 4 лет путём усердного анализа наблюдений над 600 объектами. Ма возглавлял трёхлетние усилия по доработке точности ICRF, в которых принимали участие различные группы учёных, включая Международный астрономический союз (International Astronomical Union, IAU). Названная ICRF2, карта использовала наблюдения за 3000 квазаров. В августе 2009 года она была признана основополагающей системой координат для астрономических целей.
Формирование такой карты является непростой задачей. Несмотря на яркость квазаров, их огромная удалённость не позволяет определить достаточно точно координаты обычным оптическим телескопом. Вместо этого используется сеть радиотелескопов, называемая Интерферометром со сверхдлинными базами (Very Long Baseline Interferometer, VLBI). Чем больше инструмент, тем выше уровень способности рассмотреть детали, или пространственное разрешение. VLBI настроен так, чтобы в телескоп превращалась вся сеть. Система охватывает континенты и даже полушария, предоставляя разрешающую способность, аналогичную виртуальной конструкции телескопа с диаметром в тысячи километров. В случае ICRF2 анализ наблюдений снижает неопределённость в позиции квазара до менее 40 угловых микросекунд. Это приблизительно соответствует линии толщиной 0,7 мм, наблюдаемой с расстояния 1500 км – в пять раз выше ICRF. Возможности входящих в VLBI сетей делают их чувствительными к разнообразному шуму. Различия в атмосферных давлении и влажности, движение земной коры из-за приливных сил, изменение позиций антенн вследствие тектонической активности – всё это влияет на измерения. В оценке переменных и снижении шума помогло компьютерное моделирование этих параметров. Другой источник вносимых искажений связан с переменами в структуре квазаров, которые могут быть заметны благодаря исключительному разрешению сетей VLBI.
Карты ICRF применимы не только для земных навигационных задач. По словам Ма, они помогают отследить путь планеты в космическом пространстве, а набор координат и отдельные объекты оказывают поддержку навигации кораблей в межпланетных миссиях. Несмотря на полезность карт для GPS, первичная область их применения – это астрономия и направление телескопов на верный участок неба. Кроме того, видимый свет не является единственным излучением от космических объектов, диапазон электромагнитных волн от которых простирается от низкоэнергетического излучения, такого как микроволны, через оптический спектр до гамма-лучей. У астрономов есть специальные детекторы, позволяющие снимать эти невидимые для невооружённого глаза структуры. Но поскольку их температура и иные характеристики могут сильно разниться, генерируемое излучение не обязательно будет затрагивать широкий спектр. В этом случае карты ICRF используются как основа, на которую наносят результаты комбинированных наблюдений и точно располагают объекты относительно друг друга.
Следующее обновление в ICRF будет сделано в космосе. Европейское космическое агентство (ESA) планирует запустить спутник Gaia в 2012 году, который сможет наблюдать за полумиллионом квазаров. Аппарат будет оснащён оптическим телескопом, но атмосфера уже не будет помехой. Достаточное количество данных для системы ICRF следующего поколения будет собрано к 2018-2020 годам.
|
|
|
Навигация по порталу: 
