ПРИБОРНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ В ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ АСТРОНОМИИ Крупенко М.Ю.., Андр

ПРИБОРНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ В ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ АСТРОНОМИИ
Крупенко М.Ю.., Андреева Н В.
БГТУ имени В.Г. Шухова
Белгород, Россия
ISTRUMENTATION IN GEODETIC ASTRONOMY
Krupenko M.U.., Andreeva N.V.
BSTU behalf V.G. Shukhov
Belgorod, Russia
Геодезическая астрономия изучает вопросы астрономической ориентации на поверхности
Земли и в пространстве:





определение географических координат точек земной поверхности;
азимутов направлений;
изучение приборов, с помощью которых выполняются определения координат;
разработка рациональных методов наблюдений светил;
разработка методов математической обработки полученных результатов и другое.
При решении данных вопросов используются астрономические методы наблюдений,
которые базируются на положениях и закономерностях сферической астрономии, раздела
астрономии изучающей математические методы решения задач, связанных со взаимным
расположением светил; устанавливающей системы небесных координат и способов
измерения времени, как одной из координат.
Приборное обеспечение в геодезической
особенностей астрономических наблюдений:
астрономии
вытекает
из
следующих
а) Наблюдения подвижных светил. Сопровождаются отсчетами по часам в определенной
системе времени, для чего должна быть организована служба времени. Точные
астрономические определения требуют соответствующей методики наблюдения за
подвижными объектами и фиксации моментов их прохождений;
б) Наблюдения звезд на малых зенитных расстояниях. Требуется соответствующая
конструкция зрительной трубы астрономического теодолита (ломаная труба либо
различного вида призмы-насадки на окуляр). Повышаются требования к учету наклона
горизонтальной оси трубы теодолита при измерении горизонтальных направлений;
в) Наблюдения сквозь атмосферу, использование значительной части поля зрения трубы
при наблюдениях, а не только центра, как при геодезических наблюдениях. Здесь
повышаются требования к оптике инструмента, а также возникает необходимость учета
рефракции;
г) Для ночных наблюдений нужна подсветка отсчетных устройств и поля зрения трубы
теодолита, для наблюдений Солнца необходим плотный светофильтр.
Полевой комплект аппаратуры для астрономических определений географических
координат и азимута включает в себя:
- астрономический теодолит для угловых измерений;
- хронометр (часы) для фиксации моментов прохождений звезд;
- приборы для регистрации результатов наблюдений;
- радиоприемник для приема сигналов точного времени и определения поправки часов;
- термометр, барометр – для вычисления поправки за рефракцию в точных способах
астрономических определений;
- батареи или аккумулятор для подсветки.
Астрономические теодолиты:
Специфическими особенностями современного астрономического теодолита по
сравнению c точными геодезическими угломерными приборами являются:
- Ломаная центральная труба, позволяющая выполнять наблюдения светил практически на
любых видимых зенитных расстояниях;
- Улучшенная оптика;
- Наличие точных уровней. Астрономические теодолиты имеют, как правило, три точных
уровня накладной на горизонтальную ось трубы для определения ее наклона; накладной
на раму микроскопов вертикального круга при измерении зенитных расстояний;
талькоттовский уровень, скрепляющийся с горизонтальной осью трубы, для фиксации
малых изменений положения трубы по высоте;
- Сетка нитей, состоящая из 7–9 равноотстоящих параллельных нитей и
перпендикулярного к ним подвижного биссектора окулярного микрометра – для
измерения малых угловых расстояний в поле зрения трубы теодолита. Для наблюдений
солнца может применяться специальная сетка нитей в виде круга в центре;
- Электроосвещение поля зрения трубы и отсчетных устройств для выполнения ночных
наблюдений;
- Приборы для полуавтоматических (или автоматических) наблюдений моментов
прохождений звезд.
При проведении измерительных работ необходимо обозначить астрономические пункты,
точки, в которых географические координаты φ и λ, а также направление
астрономического меридиана (меридиана наблюдателя) определены с помощью
астрономических наблюдений точно. Первоклассными астропунктами называются пункты
Лапласа, располагающиеся на обоих концах базисных сторон в вершинах полигонов
государственной геодезической сети 1-го класса, а так же на обоих концах крайних сторон
звеньев полигонометрии 1-го класса, и через каждые 10 сторон в сплошных сетях 1-го
класса. В сплошных сетях 2-го класса пункты Лапласа определяются на концах базисной
стороны, расположенной в середине сети. Азимуты Лапласа позволяют осуществлять
независимый контроль и уравнивание угловых измерений в государственной
геодезической сети. Кроме пунктов Лапласа (астропунктов 1-го класса) определяются
астропункты 2-го класса, преимущественно в необжитых и малообжитых районах, как
пункты основы для географических съемок мелких масштабов, магнитометрических
съемок, для закрепления маршрутов при географических исследованиях и т. п.
Для решения ряда научно-технических задач и для обеспечения единой системой опорных
точек на большой территории определяются астропункты 3-го и 4-го классов.
Для нахождения астрономических определений в геодезической астрономии
используются механические хронометры, кварцевые часы, двухстрелочные секундомеры,
карманные часы повышенной точности, а для определения времени также используются
показания спутникового навигационного приемника, при условии наблюдения спутников
с него.
Угломерные
астрономо-геодезические
приборы
должны
устанавливаться
на
определяемых пунктах в рабочее положение по уровню, при этом ось вращения теодолита
должна совпадать с отвесной линией, а плоскость горизонтального круга - с плоскостью
истинного горизонта. Искомыми величинами являются численные значения местного
времени (m или s), географических координат (ф и λ), азимута направления (А∆).
Искомые значения могут быть получены в результате решения параллактического
треугольника РZσ. Для решения необходимо знать основные формулы сферической
тригонометрии . Имеем параллактический треугольник РZσ, в котором РZ = 90° - φ; Рσ =
90° - δ; Zσ = z; углы треугольника: ZPσ = t; РZσ = 180° - А. Горизонтальные координаты
светила σ, зенитное расстояние z и азимут А измеряем в определенный момент времени Т
по хронометру - точным переносным часам, использующимся для астрономических
наблюдений. Поправкой хронометра называют разность между действительными
звездным (средним) временем в данный момент и показанием хронометра. s=T+u.
Видимые координаты светила, прямое восхождение α и склонение δ для момента времени
наблюдений s можно вычислить с помощью АЕ. Зная основную формулу звездного
времени s=α+t легко найти часовой угол данного светила в момент наблюдений: t=s-α.
Если требуется определить широту места наблюдения φ, то задача решается путем
нахождения стороны РZ в параллактическом треугольнике PZσ. Широта φ определяется
по известной из сферической астрономии формуле:
cos z = sin φ sinδ + cos φ cos δ cos t,
в которую входит лишь одно неизвестное - φ.
Астрономический азимут светила А в сумме с горизонтальным углом Q между
направлениями на светило и на земной предмет в момент наблюдений дает значение
азимута направления на земной предмет А∆: А∆ = А +Q.
Азимут светила А можно вычислить по известной формуле:
ctgA = sinφctg t - tgδcosφcosect,
если известна широта места наблюдений.
Географической долгота λ определяется по второй астрономической теореме:
l=s-S,
где l - долгота места в часовой мере (λ=15l), а s и S - соответственно местное и
гринвичское время в один и тот же физический момент наблюдений.
Все наблюдения небесных светил привязываются по времени. Основным прибором для
измерения и хранения времени в геодезической астрономии служит хронометр. В
геодезической астрономии применяются только столовые хронометры . Вследствие
некоторого несовершенства изготовления и регулировки показания хронометра будут
ошибочны и должны быть исправлены путем введения поправки us=s-Тs, если хронометр
идет по звездному времени, или uт=m-Тт, если хронометр идет по среднему времени.
Поправка хронометра u - не постоянная величина, с течением времени она изменяется изза «хода» опережения или отставания хронометра. Ход хронометра - это изменение его
поправки за единицу времени.
Чтобы определить точное звездное (или среднее) время, надо знать поправку хронометра
и в момент взятия отсчета по хронометру Т: s=Т+u; так как с другой стороны s=α+t, то
u=t+α-T
Формула показывает, что для получения поправки хронометра надо из астроопределений
получить часовой угол t, а с помощью АЕ вычислить прямое восхождение α на момент
наблюдений. Часовой угол может быть получен из выражения: т. е. необходимо из АЕ
кроме прямого восхождения α выбирать и склонение светила δ, а также, хотя бы
приближенно, знать широту места (с карты). В момент измерения зенитного расстояния z
светила надо зафиксировать отсчет Т по хронометру. Для этого столовый (морской)
хронометр в специальном ящике помещают около самого теодолита так, чтобы
наблюдатель в любой момент мог взглянуть на циферблат и ему были отчетливо слышны
удары хронометра, следующие друг за другом через 0,5s. Посмотрев на циферблат
хронометра и заметив положение секундной стрелки (взяв счет секунд хронометра),
наблюдатель в уме ведет счет секундных ударов (как бы пропуская полусекундные). В то
же время он смотрит в окуляр, удерживая изображение звезды в биссекторе и следя за
прохождением звезды. В момент пересечения ею горизонтальной нити он оценивает на
глаз десятые доли секунды, которые прошли после предыдущего удара хронометра до
пересечения нити.
Зенитное расстояние горизонтальной нити считывается с вертикального круга после
регистрации момента прохождения звезды.
Задача определения времени по наблюдению небесных светил сводится к выводу
поправки хронометра в данный момент. Поправка хронометра может быть получена регистрацией моментов Т прохождения звезд с известным прямым восхождением через
меридиан наблюдателя, когда их t = 0. Тогда u=а-Т.
В настоящее время применяются: АУ 2/10 (СССР, с 30-х гг), Вильд Т-4 («Вильд»,
Швейцария, с 40-х гг.), ДКМ3-А («Керн-Аарау», Швейцария), АУ01 (Россия, ЦНИИГАиК,
с середины 80-х гг.)
Для приближенных астрономических определений используются оптические теодолиты
средней точности, такие, как отечественные теодолиты Т2, 2Т2, выпускаемый фирмой
«Карл Цейсс», Германия, Theo 01, и др. Эти инструменты снабжаются дополнительным
комплектом деталей и приборов, позволяющими выполнять астрономические
определения.
Список литературы:
1. Кононович Э.В., Мороз В.И. Общий курс астрономии: Учебное пособие / под ред. В.В.
Иванова. – М.: Едиториал УРСС, 2001;
2. Астрономический ежегодник на 2014 год. – СПб.: Наука, 2013;
3. Геодезическая астрономия применительно к решению инженерно-геодезических задач /
И.С. Пандул. – СПб.: Политехника, 2010;
4. Труды ИПА РАН. Вып. 10. В.А. Брумберг, Н.И. Глебова, М.В. Лукашева, А.А. Малков,
Е.В. Питьева, Л.И. Румянцева, М.Л. Свешников, М.А. Фурсенко. Расширенное объяснение
к «Астрономическому ежегоднику». – СПб.: ИПА РАН, 2004;
5. Гиенко, Е.Г. Г465 Астрометрия и геодезическая астрономия: учеб. пособие / Е.Г.
Гиенко.- Новосбирск: СГГА, 2011.-168 с.