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.

Приборное обеспечение в геодезической астрономии вытекает из следующих особенностей астрономических наблюдений:

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 из-за «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.

 

Код для цитирования: Скопировать