Исследование изменяемости широты по параллейным наблюдениям на двух зенит-телескопах в Китабе за период 1957.9-1967.2

В конце прошлого столетия было окончательно доказано, что голюсы Земли движутся, что необходимо учитывать это движение при сочных астрономических наблюдениях [I]. Определения положения золюса из наблюдений, сделанных на разных обсерваториях, по раз-гам звездам, не давали нужной точности. Для увеличения точности следует наблюдать в разных пунктах земного шара одни и те же звезде, что возможно, когда станции расположены на одной и той же географической параллели [2] .

Так возникла мысль об организации длительных систематических тблюдений изменяемости широт по следующему плану:

1. Организовать несколько наблюдательных станций, расположив к на одной параллели, примерно через равные интервалы по долготе.

2. Наблюдать на этих станциях одну и ту же программу пар? алькотта, равномерно распределенных по всем часам прямого вос-[ождения и объединенных в группы.

3. Наблюдения проводить так, чтобы продолжительность наблюдения каждой группы на всех станциях была одинаковой.

4. Оснастить все наблюдательные станции одинаковым образом, •о есть однотипными зенит-телескопами, столбами, павильонами и '.Д.

5. Организовать особое бюро для совместной обработки наблю—ений на всех станциях.

Итоги подготовительных работ были подведены на конференции в 1тутгарте в 1898 г., который и следует считать годом организации [еждународной службы широты (МСШ) [31 .

В качестве Международной была избрана параллель +39°08У, на юторой и были построены шесть широтных станций: три в США.

Юкайя, Гейтерсбург и Цинциннати), по одной в Японии (Мицузава),.

России (Чарджуй) и Италии (Карлофорте). В конце 1899 г. на всех пести обсерваториях начались систематические наблюдения [31. Наблюдения в Цинциннати вскоре были прекращены. Б 1919 г. в разгар гражданской войны в Средней Азии Чарджуйекая широтная станция прекратила свою работу, из-за чего равномерность распределения по цолготе широтных станций на международной параллели нарушилась. 1оэтому было решено построить в Советском Союзе новую широтную станцию на параллели 39°08-.

Инициативу в этом вопросе проявила Ташкентская астрономическая обсерватория (ТАО). В декабре 1925 г. на торжественном заседании, посвященном пятисотлетию начала научной деятельности знаменитого Узбекского астронома Улугбека, директор обсерватории М. Ф. Субботин предложил построить международную широтную станцию в Узбекистане и присвоить ей имя Улугбека.

По поручению наркомпроса Узбекской ССР организация будущей широтной станции была начата в 1927 г. профессором А. Н. Нефедьевым, назначенным ее директором [41. Для будущей станции был выбран участок земли в 7 га, лежащий в двух километрах севернее Китаба, на левом берегу реки Кашкадарьи. Строительство станции на участке началось в июле 1928 г.

В 1928 г. из Германии был получен зенит-телескоп фирмы Аска-ния-верке, аналогичный по размерам и конструкции работающим на международных станциях зенит-телескопам. В июле 1929 г. были установлены зенит-телескоп и миры. В этом же году были исследованы ходовые и периодические ошибки винта окулярного микрометра, определены цены делений талькоттовскихи накладного уровней, а также постоянные инструмента.

Выяснилось, что боковое гнутие достигает большой величины. В октябре 1930 г. инструмент был разобран астрономом Пулковской обсерватории В. Р. Бергом, приехавшим в Китаб для организации широтных наблюдений. Оказалось, что труба была плохо связана с осью. Исправить этот дефект на месте не представлялось возможным. Он был устранен под руководством В. Р. Берга в механической мастерской Пулковской обсерватории. Затем телескоп был установлен В. Р. Бергом при участии директора Китабской широтной станции М. Н. Стоилова. Вновь определенные постоянные инструмента оказались вполне допустимыми, и с 14 ноября 1930 г. начались систематические наблюдения изменяемости широты по международной программе, не прерывающиеся до настоящего времени.

С 1955.0 по 1967.0 наблюдения на международных широтных станциях проводились по шестой с начала деятельности МСШ программе. Список 144 звезд взят из общего каталога Босса. Из 144 звезд в новой программе только 59 введены вновь, а из 72 пар только 26 полностью новых. Список звездных пар, предложенный G. Cecckini и одобренный MAC в 1954 г. для использования с 1955.0 станциями МСШ, состоял из 12 двухчасовых групп, каждая из которых включала шесть пар [ 51 .

Особенностью новой программы являлось то обстоятельство, что вместо двух смежных групп стали каждую ночь наблюдать три группы. По прошествии месяца вечерняя группа «перемещается» на светлое время суток, ночная — на вечер, утренняя — на ночь, а на утро приходит следующая по порядку группа. Следовательно, за каждую ночь наблюдений определяются «Вечерняя» — в, «Ночная» — н, и «Утренняя» — у широты (таблица I.I.).

Одной из основных задач, которая решается с помощью широтных наблюдений, является получение координат полюса для равноотстоящих друг от друга моментов. Вычисления X, У ведутся по формуле Костинского Х^озЛе-гУ^с, 7-я г ал.).

Таблица 1.1.

Сроки наблюдения связей групп.

Связи групп Время наблюдения.

Начало Конец.

1У — У — У1 б января 5 февраля.

У — У1 — УП 6 февраля б марта.

У1 — УП — УШ 7 марта 6 апреля.

УП — УШ — IX 7 апреля б мая.

УШ — IX — X 7 мая б июня.

IX — X — XI 7 июня б июля.

X — XI — хп 7 июля 5 августа.

XI — хп — I б августа 5 сентября.

ХП — I — п б сентября 5 октября.

I — п — ш б октября 5 ноября п — ш — 1У б ноября 5 декабря.

Ш — 1У — У б декабря 5 января.

Формула Костинского справедлива для случая, когда изменения широ-ш зависят только от движения полюса. Вскоре были обнаружены изме-гания широты, не зависящие от движения полюса. Исходя из этого японский астроном Х. Кимура предложил в правую часть формулы (1.1.) звести еще один член, не зависящий от координат полюса, одинаковый з^пя всех станций. С 1902 г. вычисление координат полюса стало производиться по формуле.

-^?^ХгСоЗЛь+ьб&лЛг + Х* (1.2.).

Здесь неизвестное? рассматривается как общее для всех станцийюполярное изменение широты [ б 1. Эта формула является основной формулой при совместной обработке результатов наблюдений широт для вычисления координат полюса.

Следует заметить, что еще в 1893 г. С. К. Костинский, отмечая важность одновременных наблюдений широты в различных пунктах земной поверхности, указал на целый ряд цричин местного и космического характера, которые могли бы иметь следствием колебание отвесной пинии с годовым или суточным периодом, предугадывая тем самым не голько открытие неполярных колебаний широты, но и их характер [77.)тносительно реальности х? — члена и его физической природы единого мнения не было и нет по настоящее время. Так, в 1912 г., Ф. Росс утверждал, что ^ - член является вычислительным результатом, обусловленным незнанием правильного метода распределения ошибки замыкания. Центральное бюро МСШ также объясняет ^ - член систематическими ошибками склонений, возникающими при цепном способе обра-5отки.

Б 1956 г. А. Е. Филиппов в своей монографии [ 81 сделал очень эбетоятельный обзор работ, посвященных анализу — члена. Он, в частности, писал: «Нельзя отрицать и того, что средний? — член за весь период наблюдений какой-либо программы звездных пар, о ко-рором именно и идет речь, и отысканию истинных причин которого посвящалась и посвящается в настоящее время много исследований, в некоторой степени может быть обязан своим появлением несовер-пенству применяемых методов обработки наблюдений» .

На вычисленные из наблюдений широты влияют очень много факюров самого различного характера. Как известно, в способе Таль-сотта для обработки применяется формула.

13 которой видно, что ошибки склонений звезд пары целиком входят 5 получаемые значения широты. Поэтому для наблюденного значения шроты можно написать следующую формулу.

У?- Ь? = X СоБЛ * У (1в4#).

5 которой Ьсреднее значение широты станции и — ошибка яслонений звезд пары.

Ошибки склонений и ^ - член суммируются и разделить их воз-южно только в случае, когда одни и те же звезды наблюдаются в те-гение года. Тогда ошибки склонений звезд целиком войдут в среднее «начение широты станции и не будут влиять на периодическую часть.

— члена. Однако таких пар, состоящих из ярких звезд, которые габлюдались бы в течение всего года в любое время суток на международной параллели, не существует. Поэтому, как правило, в широт-1ых программах осуществляется последовательная смена наблюдаемых шездных пар в течение всего года. Следствием этого является то «бстоятельство, что невозможно строго отделить ошибки склонений шезд пары от? — члена [81 .

Исследования широтных наблюдений показали, что даже в случае юждународных станций, расположенных на одной и той же широте, [ри полной идентичности их программ, однородности инструментов [ способа обработки наблюдений нельзя быть уверенным в том, что геполярные колебания широты одни и те же на всех широтных станци-к. Наоборот, более вероятно, что наряду с общей составляющей не-юлярные колебания имеют свои специфические особенности на каждой.

1танции, зависящие от чисто местных условий [81. Существование лестных неполярных колебаний широты значительно усложнило поста-ювку задачи о вычислении координат полюса [ 9−15 ]. Австрийский ученый Шуман даже ставил под сомнение реальность значений коорди-гат полюса, полученных по наблюдениям широт на разных станциях.

87.

С 1962 года для вычисления координат полюса используются танке и наблюдения по определению времени. Для этой цели употребляет-?я следующая формула UTO? -UTCj{ = - (X? Scn^t-yi CoSAL) e.

I настоящий момент в этой службе участвуют около 80-ти инструментов, расположенных в 60-ти обсерваториях, причем на многих из них габлюдения ведутся по определению широты и времени, то есть по) беим координатам.

Основными колебаниями полюса являются Чандлерово колебание с териодами около I.18 года и годовое. Обнаружено также вековое дви-кение полюса, однако ошибки, с которыми оно определяется, не позволяют считать его вполне достоверным.

Несмотря на большой опыт и хорошую организацию работы между-гародной службы широты, до сих пор остаются неизвестными многие тричины систематических ошибок наблюдений широты, таких как ошибки замыкания, изменения средней широты, неполярные изменения широ-ры, суточный член и др. Эти ошибки, в свою очередь, затрудняют получение координат полюса. Особенно это важно при вычислении координат полюса по наблюдениям только на советских станциях.

В последние годы получили развитие новые методы определения координат полюса и изучения неравномерности вращения Земли, такие хак интерферометрический, радиолокационный и допплеровскийГСравнению различных методов и выработке рекомендаций по организации новой международной службы вращения Земли посвящен международный проект МЕРИТ, вторая наблюдательная кампания, которая закончилась в октябре 1984 г.

Однако остается бесспорным, что классические методы еще долгие годы будут использоваться наряду с более современными, поэтому исследования результатов классических наблюдений остается актуальным и сегодня.

Для исследования указанных систематических ошибок определения широты наиболее ценными являются параллельные наблюдения по единой программе на нескольких зенит-телескопах, расположенных на одной и той же станции ^16^ .

В связи с тем, что Китабская международная широтная станция (КМШС) участвовала в работах по программе международного геофизического года (МГГ), ею был получен новый зенит-телескоп ЗТЛ-180 отечественного производства, зарекомендовавший себя инструментом очень высшего качества. С августа 1957 г. на КМШС ведутся наблюдения на двух зенит-телескопах — зенит-телескопе «Бамберг» (ЗТБ) и зенит-телескопе ЗТЛ-180 по единой международной программе.

Настоящая работа посвяшена исследованию результатов параллельных наблюдений широты в Китабе на двух зенит-телескопах по единой международной программе за период 1957.9−1967.2. При исследовании был использован материал наблюдений за девять полных лет, причем брались только ночи, когда наблюдались полностью три группы. За этот период времени на ЗТБ было 994 полных ночи наблюдений, то есть получено 17 892 мгновенных широты, а на ЗТЛ-180 — 991 ночь, то есть 17 838 мгновенных широт. Всего получено 35 730 наблюдений пар Таль-котта. Общее число одновременных наблюдений пар Талькотта на двух инструментах составляет 24 948, то есть 693 полных ночи.

— 14.

В наблюдениях участвовали 12 человек, но основной материал юлучен следующими наблюдателями:

В.С.Образцов 6786.

Д.И.Кравцов 4464.

A.М.Калмыков 4446.

Г. В.Гриневич 4122.

B.С.Шухоров 4050.

А.Г.Логашов 3744 стальные (8118) значений мгновенных широт приходятся на долю ютальных шести наблюдателей.

Цель работы.

Определение полярных и неполярных параметров колебаний широт Китаба по наблюдениям на двух зенит-телескопах за период [957.9 — 1967.2.

Изучение влияния суточного члена изменения широты и учет его 1ри выводе поправок склонений групп и местного неполярного колеба-тя широты ().

Получение поправок склонений групп международной программы модифицированным цепным методом.

Научная новизна работы заключается в следующем.

Апробирован новый подход к исследованию результатов широтных наблюдений: суточный ход колебаний широты разделен на две состав-хяющие части — постоянную и переменную и показан метод их опреде-1бния. Показано, что постоянная часть суточного члена соответству-зт разности средних широт, вычисленных по вечерним, ночным и утренним наблюдениям и что она практически соответствует ошибкам за-шкания. Неполярные колебания широты представлены в виде двух сос-гавляющих —? -члена Кимуры (Zi*) и местного неполярного коле-5ания широты (^).

Апробирована новая методика исследования инструмента — исследование положения оптического центра относительно середины рабочего поля, определение неперпендикулярности горизонтальной оси и >сей талькоттовских уровней.

Обнаружена корреляция между изменением суточного хода темпе-затурных градиентов «инструмент — воздух» в течение года и годовым вменением суточного члена колебаний широты и ^ -¿-членом.

Получен новый каталог склонений групп звезд международной грограммы модифицированным цепным методом, учитывающим суточные солебания широты.

Научное и практическое значение результатов.

Новая методика лабораторных исследований инструмента и методика исследования результатов наблюдений с разделением суточного шена на постоянную и переменную часть и их учет могут быть реко-юндованы для практического применения в широтных наблюдениях и IX анализа.

Поправки склонений групп звезд, полученные автором, могут >ыть использованы при исследовании вращения Земли по результатам! еждународной службы широты.

Ацробация работы.

Результаты работы неоднократно докладывались на семинарах 'АО АН СССР, конференциях молодых ученых и специалистов АИ АН гзССР, посвященных 60-ой годовщине Великой Октябрьской Революции 5 1978 г. и 110-ой годовщине В. И. Ленина в 1980 г., и на Всесоюз-юм совещании «Вращение Земли и геодинамика» в Китабе в 1981 г. I отражены в шести статьях, опубликованных в 5-ти циркулярах АИ 1Н УзССР и в книге «Вращение Земли и геодинамика» .

— 16.

7.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

7.Х. Несмотря на более высокие точностные характеристики, заложенные в конструкции ЗТЛ-180, точность результатов наблюдений га ЗТЛ-180 оказалась, по крайней мере, не выше, чем на ЗТБ как в 1лучайном, так и в систематическом отношении. Одной из причин этого, по-видимому, являются рефракционные помехи (турбуленция возду-са), ограничивающие точность в случайном отношении. Другой причиной шляется то обстоятельство, что стремление создать инструмент с бо-iee высокими точностными характеристиками привели к увеличению мас-иа телескопа ЗТЛ-180, что в условиях континентального климата и при >тсутствии специального павильона с искусственным климатом приводит i большим систематическим ошибкам с суточным и годовым периодами.

7.2. Ошибки замыкания обоих зенит-телескопов имеют сильные ¿-олебания от года к году, которые носят случайный характер, что сог-[асуется с выводами А. А. Корсунь [72]. Однако наряду со случайными >шибками имеется явное систематическое различие ошибок замыкания рш двух инструментов.

7.3. Значения амплитуды годового периода по наблюдениям на №•180 больше примерно на 0,04″ чем по наблюдениям на ЗТБ, а ам-литуды Чандлерового периода практически равны, фазы в обоих слу-гаях одинаковы. Параметры колебания Чандлера, полученные по наблю-, ениям на ЗТБ и ЗТЛ-180, хорошо согласуются с аналогичными парапетами по наблюдениям 5-ти станций МСШ.

7.4. Ход изменения средних широт для одного и другого инстру—ента не имеет ярко выраженной общей закономерности. Средняя широ-а, получаемая по наблюдениям на ЗТБ, увеличивается со временем, огда как средняя широта ЗТЛ-180 уменьшается. Уклонения средних ирот двух инструментов друг от друга изменяются от -0,049″ в.

958 г. до ч0,024″ в 1965 г., то есть на 0,073″ .

7.5. Большая часть разности средних широт >бъясняется ошибками собственных движений звезд, нуль-пунктов склонений программ, либо ошибками принятых коэффициентов нутации, ?ак как до учета^ок при вычислении средней широты Ь^у, ти разности составляли в среднем для эпохи наблюдения: для ЗТБ -0,104″, а для ЗТЛ-180 -0,092″, tпосле учета jgW для ЗТБ +0,031″, а для ЗТЛ-180 +0,044″. Аналогичное среднее значение уклонения — Ъб-^г численное по шестилетке по данным ЦБ МСДЕ1 для эпохи 1962.0 доставляет для Китаба +0,029″, а для Юкайя +0,040″. Оставшуюся >азницу в нульпунктах средних широт Китаба около 0,04″ можно •бъяснить ошибкой начальной широты Китаба, принятой для 1930 года > системе СЮ, или влиянием на среднюю широту изменения водного баланса реки Кашкадарьи.

7.6. Исследование ¿-¿-лчлена выполнено с учетом различных ¡-ариантов поцравок склонений групп. В варианте (а), упомянутом в I.5, амплитуда -¿-¿-п для ЗТЛ-180 равна 0,070″, для ЗТБ 0,070″. [осле введения поправок склонений — вариант (б) — у ЗТБ значение 1мплитуды уменьшается на 0,04″, а у ЗТЛ-180 на 0,01″, фазы обоих инструментов при этом изменяются црактически на 180°. Анализ показывает, что значение его амплитуды после юключения периодической части ^^ у ЗТЛ-180 уменьшается в 2 «аза, появляется неустойчивость фазы, а у ЗТБ амплитуда уменьшайся незначительно, фаза становится более устойчивой. Значения, вычисленные по вечерним, ночным и утренним наблюдениям, 1азличны для ЗТБ и ЗТЛ-180. Значения — зависят от инструмен-¦а и от способа определения склонений групп звезд.

7.7. Исследование средних широт и неполярных колебаний широ.

— 100 ты, полученных по наблюдениям на ЗТБ и ЗТЛ-180, свидетельствует о наличии в широтных наблюдениях систематических ошибок инструментального происхождения.

7.8. Изменение разностей температур телескопа и наружного воздуха в течение года приводит к суточному члену изменений широты, меняющему свое значение в течение года. Суточный член изменения широты разделяется на постоянную и переменную части. Постоянная часть суточного члена соответствует разности средних широт «вечер — утро» или ошибке замыкания, деленной на 12. Постоянная часть суточного члена не влияет на ошибки определения склонений при равномерном распределении ошибки замыкания.

Переменная часть суточного члена приводит к ложным поправкам склонений пар звезд (или групп) и, следовательно, к ложному? -члену.

7.9. Имеется корреляция между разностью температур телескопа и наружного воздуха и переменной частью суточного члена.

7.10. Модифицированный цепной метод определения поправок склонений групп звезд, учитывающий изменение суточного члена в течение года, позволил улучшить систему склонений звезд международной программы и уменьшить годовые неполярные колебания широты по наблюдениям на ЗТБ.

Применение поправок склонений, полученных модифицированным цепным методом для наблюдений на ЗТБ, показало, что местные неполярные колебания широты являлись следствием влияния изменений переменной части суточного члена колебаний широты на поправки склонений групп. Оставшаяся часть полного ^ -члена практически соответствуетчлену Кимуры, который, в свою очередь, объясняется неправильным значением коэффициента полугодового члена нутации, применявшегося до 1984 года.

В заключение выражаю глубокую благодарность научному руководителю В. А. Наумову за постоянные внимание и помощь в работе.

Работа выполнена в Китабской Международной широтной станции ш. Улугбека Ордена Трудового Красного Знамени АИ АН УзССР и не-соторые вычислительные работы на ЭВМ «Минск-22» в Пулкове ГАО АН ЮСР.

Младший научный сотрудник КМСШ АИ АН УзССР Б.Махматгазиев.