Кіріспе
Еуропалық ғарыш агенттігінің ғылыми спутнигі «Гиппаркос» спутнигі/каталогы 1989 жылы ұшырылып, 1993 жылға дейін жұмыс істеген Еуропалық ғарыш агенттігінің (ESA) ғылыми спутнигі болды. Бұл аспандағы аспан денелерінің орнын дәл өлшеуге арналған алғашқы ғарыш эксперименті. Ол жұлдыздардың ішкі жарықтығын (көрінетін жарықтығымен салыстырғанда), өздік қозғалысын және параллаксын жоғары дәлдікпен өлшеуге мүмкіндік берді, соның арқасында олардың қашықтығы мен тангенциалдық жылдамдығын жақсырақ есептеуге болады. Астрофизиктер спектроскопиялық радиалдық жылдамдық өлшемдерімен біріктіріп, жұлдыздардың қозғалысын анықтау үшін қажетті алты параметрді өлшеуге қол жеткізді. 1997 жылы 118 200-ден астам жұлдызды қамтитын жоғары дәлдікті «Гиппаркос каталогы» жарық көрді. Сол кезде 1 миллионнан астам жұлдызды қамтитын «Тихо» каталогы да жарияланды, ал 2000 жылы 2,5 миллион жұлдызды қамтитын «Тихо 2» каталогы жарық көрді. «Гиппаркос» миссиясының жалғасы «Гая» 2013 жылы ұшырылды. «Гиппаркос» сөзі HIgh Precision PARallax COllecting Satellite сөздерінің аббревиатурасы, сонымен қатар бұл атау ежелгі грек астрономы Гиппарх Никеялыққа сілтеме жасайды, ол тригонометрияны астрономияға қолдануымен және күн мен түн теңдігінің прецессиясын жаңғыртуымен белгілі.
the satellite/catalogue
Hipparcos was a scientific satellite of the European Space Agency (ESA), launched in 1989 and operated until 1993. It was the first space experiment devoted to precision astrometry, the accurate measurement of the positions of celestial objects on the sky. This permitted the first high precision measurements of the intrinsic brightnesses (compared to the less precise apparent brightness), proper motions, and parallaxes of stars, enabling better calculations of their distance and tangential velocity. When combined with radial velocity measurements from spectroscopy, astrophysicists were able to finally measure all six quantities needed to determine the motion of stars. The resulting Hipparcos Catalogue, a high precision catalogue of more than 118,200 stars, was published in 1997. The lower precision Tycho Catalogue of more than a million stars was published at the same time, while the enhanced Tycho 2 Catalogue of 2.5 million stars was published in 2000. Hipparcos follow up mission, Gaia, was launched in 2013. The word "Hipparcos" is an acronym for HIgh Precision PARallax COllecting Satellite and also a reference to the ancient Greek astronomer Hipparchus of Nicaea, who is noted for applications of trigonometry to astronomy and his discovery of the precession of the equinoxes.
Өмірбаян
20 ғасырдың екінші жартысына қарай, жұлдыздардың жер бетінен нақты орнын өлшеу, әсіресе ірі бұрыштарды өлшеу және жүйелік шарттар бойынша дәлдікті арттыруда негізінен жеңіліпті кедергілерге ұшырады. Мұндай мәселелерге Жер атмосферасының әсері үлкен болды, сонымен қатар күрделі оптикалық шарттар, жылулық және гравитациялық құралдардың иілуі, сондай-ақ барлық аспан кеңістігінің көрінбеуі де себеп болды. Осындай жоғары дәлдікті ғарыштан жүргізу туралы ресми ұсыныс алғаш рет 1967 жылы жасалды. Бастапқыда бұл миссия Францияның CNES ғарыш агенттігіне ұсынылды, бірақ агенттік оны бір ұлттық бағдарлама үшін тым күрделі және қымбат деп санап, көпұлттық деңгейде ұсынуды ұсынды. 1980 жылы Еуропалық ғарыш агенттігінің ғылыми бағдарламасына қабылдануы ұзақ зерттеулер мен лоббилеудің нәтижесі болды. Басты ғылыми мақсат – жұлдыздардың қашықтығы мен кеңістіктегі қозғалысын өлшеу арқылы олардың физикалық қасиеттерін анықтау, соның нәтижесінде жұлдыздық құрылым мен эволюцияның теориялық зерттеулерін, галактикалық құрылым мен кинематиканы зерттеуді сенімді эмпирикалық негізге қою болды. Практикалық мақсат – шамамен 100 000 жұлдыздың орнын, параллаксын және жылдық өзге қозғалысын 0,002 доға секундтық дәлдікпен анықтау еді, бірақ бұл көрсеткіш іс жүзінде екі есеге артты. «Hipparcos» ғарыш телескопының аты «High Precision Parallax Collecting Satellite» сөздерінің аббревиатурасы болып табылады, сонымен қатар ол тригонометрияның негізін қалаушы және эквинокстардың прецессиясын (Жер осінің дірілдеуінен туындаған) ашқан ежелгі грек астрономы Гиппархтың есімін де білдіреді.
Спутник және пайдалы жүктеме
Ғарыш кемесі бір ғана толық шағылыстыратын, эксцентрикалық Шмидт телескобын алып жүрді, ал арнайы сәуле біріктіретін айна 58° бұрышпен екі көру өрісін ортақ фокустық жазықтықта біріктірді. Бұл күрделі айна қарама-қарсы бағытта бұрылған екі айнадан тұрады, олардың әрқайсысы тіктөртбұрышты кіреберіс тірігінің жартысын алып, шамамен 1° × 1° көру өрісін қамтамасыз етеді. Телескоп фокустық бетте 1,208 доға секундтық (8,2 микрометр) кезеңмен 2688 ауыспалы мөлдір емес және мөлдір жолақтардан тұратын торлар жүйесін пайдаланды. Бұл торлар жүйесінің артында шамамен 38 доға секунд диаметрінде сезімтал көру өрісі бар кескіш түтік (фото көбейткіш типіндегі детектор) жарықты модуляциялап, 1200 Гц үлгі алу жиілігімен фотон санағының тізбегіне айналдырды, одан жұлдыздың импульстік тізбегінің фазасын анықтауға болады. Біріктірілген көру өрісіндегі екі жұлдыз арасындағы көрінетін бұрыш, тор кезеңіне қатысты, екі жұлдыздың импульстік тізбектерінің фазалық айырмасынан алынды. Бастапқыда 100 000 жұлдызды бақылауға бағытталған, астрометриялық дәлдігі шамамен 0,002 доға секундты құраған, соңғы Hipparcos каталогы 120 000-ға жуық жұлдызды қамтиды. Оптикалық жол бойындағы сәуле бөлігішін қарап тұратын қосымша фотокөбейткіш жүйесі жұлдыз картасы ретінде қолданылды. Оның мақсаты – спутниктің кеңістіктегі бағытын бақылау және анықтау, сондай-ақ 11-ші шамаға дейінгі барлық жұлдыздардың фотометриялық және астрометриялық деректерін жинау. Бұл өлшемдер UBV фотометриялық жүйесінде B және V шамамен сәйкес келетін екі кең жолақта жүргізілді. Бұл жұлдыздардың орналасуы 0,03 доға секундтық дәлдікпен анықталуы тиіс, бұл негізгі миссия жұлдыздарынан 25 есе аз. Бастапқыда 400 000 жұлдызды бақылауға бағытталған Tycho каталогы 1 миллионнан астам жұлдызды қамтиды, ал кейіннен жасалған талдау оны Tycho 2 каталогына, шамамен 2,5 миллион жұлдызға дейін кеңейтті. Ғарыш кемесінің ауырлық орталығына қатысты кеңістіктегі бағыты аспан сферасын тұрақты прецессиялық қозғалыста, айналу осі мен Күнге қарайтын бағыт арасындағы тұрақты бұрышпен бақылауға алынды. Ғарыш кемесі Z осінің айналасында Күнге 43° бұрышта 11,25 айналым/күн (168,75 доға секунд/сек) жылдамдықпен айналды. Z осі Күн-спутник сызығы бойынша жылына 6,4 айналыммен айналады. Ғарыш кемесі екі платформадан және алты тік панельден тұрады, барлығы алюминийден жасалған бал арасынан құралған. Күн батареясы үш жұмыс істейтін бөлімнен тұрады, жалпы қуаты шамамен 300 Вт. Екі S-диапазонды антенна ғарыш кемесінің жоғарғы және төменгі жағында орналасқан, олар 24 кбит/с жылдамдықпен толық бағытталған төмендеу деректерін қамтамасыз етеді. Бағытты және орбиталық басқарудың кіші жүйесі (курстық маневрлер үшін 5 Ньютондық гидразин қозғалтқыштары, кеңістіктегі бағытты басқару үшін 20 миллиневтондық салқын газ қозғалтқыштары және кеңістіктегі бағытты анықтау үшін гироскоптар) операциялық өмір бойында дұрыс динамикалық бағытты басқаруды және анықтауды қамтамасыз етті.
An additional photomultiplier system viewed a beam splitter in the optical path and was used as a star mapper. Its purpose was to monitor and determine the satellite attitude, and in the process, to gather photometric and astrometric data of all stars down to about 11th magnitude. These measurements were made in two broad bands approximately corresponding to B and V in the (Johnson) UBV photometric system. The positions of these latter stars were to be determined to a precision of 0.03 arc sec, which is a factor of 25 less than the main mission stars. Originally targeting the observation of around 400,000 stars, the resulting Tycho Catalogue comprised just over 1 million stars, with a subsequent analysis extending this to the Tycho 2 Catalogue of about 2.5 million stars. The attitude of the spacecraft about its center of gravity was controlled to scan the celestial sphere in a regular precessional motion maintaining a constant inclination between the spin axis and the direction to the Sun. The spacecraft spun around its Z axis at the rate of 11.25 revolutions/day (168.75 arc sec/s) at an angle of 43° to the Sun. The Z axis rotated about the Sun satellite line at 6.4 revolutions/year. The spacecraft consisted of two platforms and six vertical panels, all made of aluminum honeycomb. The solar array consisted of three deployable sections, generating around 300 W in total. Two S band antennas were located on the top and bottom of the spacecraft, providing an omni directional downlink data rate of 24 kbit/s. An attitude and orbit control subsystem (comprising 5 newton hydrazine thrusters for course manoeuvres, 20 millinewton cold gas thrusters for attitude control, and gyroscopes for attitude determination) ensured correct dynamic attitude control and determination during the operational lifetime.
Даму, іске қосу және пайдалану
Гиппаркос спутнигі Еуропалық ғарыш агенттігінің (ESA) жалпы өкілеттігімен қаржыландырылып, басқарылды. Басты өндірістік мердігерлер Matra Marconi Space (қазіргі EADS Astrium) және Alenia Spazio (қазіргі Thales Alenia Space) болды. Басқа аппараттық компоненттер келесідей жеткізілді: Франциядағы Сен-Пьер-дю-Перредегі REOSC-тен сәулелерді біріктіретін айна; Германиядағы Оберкохендегі Carl Zeiss AG-тен шар тәрізді, бүгілетін және релелік айналар; Испаниядағы Мадридтегі CASA-дан сыртқы жарық сүзгілері; Швейцариядағы Нейшательдегі CSEM-нен модуляциялық тор; Германиядағы Фридрихсхафендегі Dornier Satellite Systems-тен механизмді басқару жүйесі және жылуды басқару электроникасы; Франциядағы Vélizy-дегі Matra Marconi Space-тен оптикалық сүзгілер, эксперименттік құрылымдар және тұрақтандыру және орбиталық басқару жүйесі; Швейцариядағы Цюрихтегі Oerlikon Contraves-тен құралды ауыстыру механизмдері; Нидерландыдағы Голланд Ғарыш зерттеу ұйымы (SRON) құрастырған бейне бөлігі және фотокөбейтілгіш детекторлар; Нидерландыдағы Дельфтегі TNO TPD жобалаған қайта фокусқа келтіру механизмі; Ұлыбританиядағы Бристольдегі British Aerospace-тен электр қуаты жүйесі; Германиядағы Бремендегі Daimler Benz Aerospace-тен құрылым және реакциялық басқару жүйесі; Нидерландыдағы Лейдендегі Fokker Space System-нен күн батареялары және жылуды басқару жүйесі; Швециядағы Гётеборгтегі Saab Ericsson Space-тен деректерді өңдеу және телекоммуникация жүйесі; және Франциядағы SEP-тен апогейлік күшейткіш қозғалтқыш. Бельгиядағы Лиеждегі Астрофизика институты мен Франциядағы Марсельдегі Ғарыштық астрономиялық зертханасынан келген топтар оптикалық өнімділік, калибрлеу және туралау сынақтарын жүргізу процедураларына үлес қосты; Ирландиядағы Дублиндегі Captec және Лондонның Logica компаниясы борттық бағдарламалық қамтамасыз етуге және калибрлеуге көмектесті. Гиппаркос спутнигі 1989 жылғы 8 тамызда Кору, Француз Гвианасынан Ariane 4 ұшыру құралының V33 рейсімен (бірге тікелей эфирдегі теледидарлық спутнигі TV Sat 2) ұшырылды. Геостационарлық транзиттік орбитаға (GTO) шығарылғаннан кейін Mage 2 апогейлік күшейткіш қозғалтқышы іске қосылмады, және жоспарланған геостационарлық орбитаға қол жеткізілмеді. Алайда, Германиядағы Еуропалық ғарыш операциялар орталығындағы (ESOC) ESA операциялық басқару орталығына қосымша жер станциялары қосылғаннан кейін, спутник геостационарлық транзиттік орбитасында (GTO) шамамен 3,5 жыл бойы сәтті жұмыс істеді. Барлық бастапқы миссия мақсаттары ақырында орындалды. Спутниктік бақылаулармен және деректерді өңдеумен байланысты ғылыми қызметтерді ескере отырып, Гиппаркос миссиясының құны шамамен 600 миллион евроны (2000 жылғы экономикалық жағдай бойынша) құрады, және оның іске асырылуына 200-ге жуық еуропалық ғалым және еуропалық өнеркәсіптегі 2000-нан астам адам қатысты.
Деректерді қысқарту
Негізгі миссия нәтижелері бойынша деректерді талдауды екі тәуелсіз ғылыми топ, NDAC және FAST, бірлесіп, көбінесе Еуропалық (ESA мүше мемлекеттерінің) институттарынан 100-ге жуық астроном мен ғалым жасады. 3,5 жыл ішінде алынған шамамен 1000 Гбит спутниктік деректерді пайдалана отырып жүргізілген талдаулар, өзара тексеру және растаудың жан-жақты жүйесін қамтыды және жарияланған каталогта егжей-тегжейлі сипатталған. Аспаннан құралдық координаттарға өтуді карталау үшін егжей-тегжейлі оптикалық калибрлеу моделі қосылды. Оның дұрыстығы егжей-тегжейлі өлшемдердің қалдықтары арқылы тексерілді. Жердің орбитасы және Жерге қатысты спутниктің орбитасы, әрбір бақылау кезеңіндегі бақылаушының орнын сипаттау үшін маңызды болды және тиісті Жер эфемеридімен және дәл спутниктік қашықтық өлшеулермен қамтамасыз етілді. Арнайы салыстырмалылық теориясынан туындаған түзетулер (жұлдыздық аберрация) тиісті спутниктің жылдамдығын пайдаланды. Жалпы салыстырмалылықтың жарық бұруына байланысты өзгерістер маңызды болды (эклиптикаға 90° бұрыш бойынша 4 миллисекунда) және PPN формализмінде γ=1 деп есептеу арқылы детерминистік түзетулер енгізілді. Осы жалпы салыстырмалылық мәнінен кез келген ауытқулардың шектерін анықтау үшін қалдықтар тексерілді және маңызды айырмашылықтар табылмады.
Анықтамалық шеңбер
Спутниковые наблюдения по сути дали высокоточные относительные положения звезд друг относительно друга на протяжении всего периода измерений (1989–1993). В отсутствие прямых наблюдений внегалактических источников (за исключением незначительных наблюдений квазара 3C 273) полученная жесткая система отсчета была преобразована в инерциальную систему отсчета, связанную с внегалактическими источниками. Это позволяет напрямую сопоставлять обзоры в разных диапазонах длин волн со звездами Гиппаркоса и гарантирует, что собственные движения в каталоге будут, насколько это возможно, кинематически не вращающимися. Определение трех углов твердого тела вращения и трех скоростей вращения, зависящих от времени, было проведено и завершено до публикации каталога. Это привело к точному, но косвенному связу с инерциальной внегалактической системой отсчета. Разнообразные методы установления этой связи с системой отсчета до публикации каталога были включены и соответствующим образом взвешены: интерферометрические наблюдения радиозвезд сетями РСДБ, MERLIN и Very Large Array (VLA); наблюдения квазаров относительно звезд Гиппаркоса с использованием приборов с зарядовой связью (ПЗС), фотопластин и космического телескопа Хаббла; фотографические программы для определения собственных движений звезд относительно внегалактических объектов (Бонн, Киев, Лик, Потсдам, Йель/Сан-Хуан); и сравнение параметров вращения Земли, полученных с помощью радиоинтерферометрии с очень длинной базой (РСДБ) и наземных оптических наблюдений звезд Гиппаркоса. Несмотря на существенные различия в инструментах, методах наблюдений и задействованных объектах, различные методы в целом согласовались в пределах 10 миллисекунд дуги по ориентации и 1 миллисекунды дуги в год по вращению системы. После соответствующего взвешивания считается, что координатные оси, определенные в опубликованном каталоге, согласованы с внегалактической радиосистемой в пределах ±0,6 миллисекунды дуги в эпоху J1991.25 и не вращаются относительно далеких внегалактических объектов в пределах ±0,25 миллисекунды дуги в год. Медианная фотометрическая точность для Hp<9 звездной величины составляла 0,0015 звездной величины, обычно с 110 различными наблюдениями для каждой звезды в течение 3,5-летнего периода наблюдений. В рамках обработки данных и создания каталога были идентифицированы новые переменные звезды и обозначены соответствующими обозначениями переменных звезд. Переменные звезды классифицировались как периодические или нерешенные переменные; для первых публиковались оценки их периода, амплитуды изменчивости и типа изменчивости. Всего было обнаружено 11 597 переменных объектов, из которых 8 237 были впервые классифицированы как переменные. Например, 273 цефеид, 186 переменных RR Лиры, 108 переменных Дельты Щита и 917 затменных двойных звезд. Наблюдения звездного картографирования, составляющие каталог Tycho (и Tycho 2), предоставили два цвета, примерно B и V в фотометрической системе Джонсона UBV, которые важны для спектральной классификации и определения эффективной температуры.
Радиалдық жылдамдықтар
Классикалық астрометрия аспан жазықтығындағы қозғалысқа ғана қатысты және жұлдыздың радиалдық жылдамдығын, яғни оның көру сызығы бойынша кеңістіктегі қозғалысын ескермейді. Бұл жұлдыздық кинематиканы, демек, популяциялық динамиканы түсіну үшін маңызды болғанымен, астрометриялық өлшемдерге (аспан жазықтығында) көбінесе байқалмайды, сондықтан ол ірі ауқымды астрометриялық зерттеулерде ескерілмейді. Іс жүзінде, оны спектрлік сызықтардың Допплер жылжуы арқылы өлшеуге болады. Дегенмен, радиалдық жылдамдық қатаң астрометриялық есептеулерде де қолданылады. Атап айтқанда, көру сызығы бойымен кеңістіктегі жылдамдық, тангенциалды сызықтық жылдамдықтан (бұрыштық) өзіндік қозғалысқа айналудың уақытқа тәуелділігін білдіреді. Бұл секулярлық немесе перспективалық үдеудің салдары ретінде, радиалдық компоненті бар таза сызықтық кеңістіктегі жылдамдықтан туындаған көлденең үдеудің дұрыс түсіндірілуіне әкеледі, мұндағы позициялық эффект параллакс, өзіндік қозғалыс және радиалдық жылдамдықтың көбейтіндісіне пропорционалды. Гиппаркос мөлшерінде бұл ең жақын жұлдыздар үшін ғана маңызды, олардың радиалдық жылдамдықтары мен өзіндік қозғалыстары жоғары, және екі жыл ішінде жинақталған позициялық эффекті 0,1 миллисекундалық доғадан асып кеткен 21 жағдайда ескерілді. Гиппаркос каталогындағы жұлдыздардың радиалдық жылдамдықтары, егер олар тәуелсіз жердегі зерттеулерден белгілі болса, Страсбургтағы астрономиялық деректер орталығының астрономиялық деректер базасынан табуға болады. Жұлдыздардың көпшілігі үшін сенімді қашықтықтардың болмауы, аспан жазықтығында астрометриялық өлшемдерді аспан жазықтығындағы нақты кеңістіктік жылдамдыққа айналдыру мүмкін еместігін білдіреді. Сондықтан астрометрия жұлдыздардың көлденең қозғалысын км/с немесе оған баламалы бірліктерде емес, бұрыштық өлшемдерде (мысалы, жылға арксекунд) сипаттайды. Сол сияқты, сенімді радиалдық жылдамдықтардың көбінесе болмауы, көлденең кеңістіктік қозғалыс (егер белгілі болса) толық үш өлшемді кеңістіктік жылдамдықтың бір құрамдас бөлігі ғана екенін білдіреді.
Плеядалардың қашықтығы туралы дау
Бір даулы нәтиже – Плеядалар шоғырының шамамен 120 парсек қашықтықта екендігін анықтау болды, бұл бастапқы каталогтан да, қайта қарастырылған талдаудан да белгілі болды. 2012 жылғы мақаладағы мәліметтерге сәйкес, бұл аномалия жұлдыз шоғырындағы қашықтықтар мен қашықтық қателіктері арасындағы байланыс болған кезде салмақталған орташа мәнді қолданудың нәтижесінде туындаған. Бұл мәселе салмақталмаған орташа мәнді пайдалану арқылы шешіледі. Hipparcos деректерінде жұлдыз шоғырларына қатысты жүйелі бұрмалаушылық жоқ. 2014 жылдың тамызында Hipparcos өлшеген 120,2 қашықтығы мен басқа әдістермен анықталған 133,5 қашықтығы арасындағы айырмашылық, VLBI техникасымен жүргізілген параллакс өлшемдерімен расталды, нәтижесінде 136,2 мәні алынды. Бұл шоқ үшін ұсынылған ең дәл және нақты қашықтық болып табылады.
Полярлық
Гиппаркос тудырған тағы бір қашықтық пікірталасы – Поляр жұлдызына дейінгі қашықтық.
Гиппаркос-Гайя
Hipparcos деректері қазіргі кезде Gaia деректерімен бірге қолданылуда. Атап айтқанда, екі ғарыш кемесінен алынған жұлдыздардың өз қозғалысын салыстыру арқылы жасырын екі жұлдызды жүйелерді іздеу жұмыстары жүргізілуде. Hipparcos және Gaia деректері сондай-ақ, жұлдыздық серіктер сияқты белгілі екі жұлдызды жүйелердің динамикалық массасын өлшеуге пайдаланылады. Hipparcos Gaia деректері Beta Pictoris b экзопланетасының массасын өлшеу үшін қолданылды және кейде HR 5183 b сияқты ұзақ мерзімді экзопланеталарды зерттеу үшін де қолданылады.