VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

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 [1, 3].

Использование приборной базы для выполнения поставленных задач повышает точность проводимых и измерений, уменьшая ошибки измерений и расчетов. Приборное обеспечение в геодезической астрономии связано со следующими особенностями астрономических наблюдений:

а) наблюдения подвижных светил: производятся отсчеты по часам в определенной системе времени, для чего должна быть организована служба времени;

б) наблюдения звезд на малых зенитных расстояниях: необходима соответствующая конструкция зрительной трубы астрономического теодолита (ломаная труба либо различного вида призмы-насадки на окуляр);

в) наблюдения звезд сквозь атмосферу: использование значительной части поля зрения трубы при наблюдениях, а не только центра, как при геодезических наблюдениях;

г) ночные наблюдения звезд и светил: подсветка отсчетных устройств и поля зрения трубы теодолита; для наблюдений Солнца необходим плотный светофильтр [5].

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 [5].

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 [3].

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 [3].

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. [3].

Для решения ряда научно-технических задач и для обеспечения единой системой опорных точек на большой территории определяются астропункты 3-го и 4-го классов [3].

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 [3].

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 [3].

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 [2, 4].

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 [3].

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 (рис.1). 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 из-за «хода» опережения или отставания хронометра. Ход хронометра - это изменение его поправки за единицу времени [3].

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 [3].

Рис.1. Хронометр

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 [3].

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 [3]. Тогда u=а-Т.

Специфическими особенностями современного астрономического теодолита по сравнению с 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.[5]

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.) [5].

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 [5].

Литература:

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.

Код для цитирования: Скопировать