раздел астрометрии (См.
Астрометрия)
, посвященный учению об астрономических инструментах и способах определения из астрономических наблюдений времени, географических координат и азимутов направлений. В зависимости от условий, в которых решаются задачи П. а., она подразделяется на геодезическую астрономию (См.
Геодезическая астрономия)
, мореходную астрономию (См.
Мореходная астрономия) и авиационную астрономию (См.
Авиационная астрономия)
. Способы П. а. основываются на правилах сферической астрономии (См.
Сферическая астрономия) и использовании звёздных каталогов, составлением которых занимается фундаментальная астрометрия.
П. а. возникла в глубокой древности под влиянием задач хозяйственной жизни человеческого общества.
Применяемые в П. а. инструменты позволяют измерять углы в горизонтальной и вертикальной плоскостях и фиксировать моменты прохождения светил через
Вертикалы и
Альмукантараты
. Среди этих инструментов: универсальный инструмент, зенит-телескоп, вертикальный круг, переносной пассажный инструмент, зенитная фотографическая труба, мореходный и авиационный секстанты и др. (см.
Астрономические инструменты и приборы)
. Для измерения времени служат кварцевые часы и морские хронометры. При определении долгот используется аппаратура для приёма радиосигналов времени.
В П. а. применяются следующие способы определения местного времени s (что равносильно определению поправки часов u), широты φ долготы λ и азимута А направления на земной предмет. (Ниже использованы обозначения: а - азимут, z - зенитное расстояние, α - прямое восхождение, δ - склонение, t - часовой угол небесного светила, s - местное время, Т - показания часов в момент наблюдений.)
1) Определение u и φ по измерениям z светила σ. Из параллактического треугольника PZσ (Р - полюс мира, Z - зенит, σ- место светила; рис. 1) следует, что
cosz = sinφ sinδ + cosφ cosδcost, (1)
где
t = Т + u - α. (2)
Найдя в астрономическом каталоге α и δ наблюдаемого светила и измерив его зенитное расстояние z в момент Т, из уравнений (1) и (2) можно вычислить поправку часов u, если известна φ, или вычислить φ, если известна u. Если неизвестны u и φ, то решение уравнений (1) и (2) ведут способом последовательных приближений или наблюдают две звезды: одну вблизи меридиана, другую - вблизи первого вертикала. Полученные две системы уравнений (1) и (2) решают совместно. Для моментов кульминаций справедливы уравнения:
φ = δs + Zs и φ = δN - ZN (3)
(индексы S и N обозначают светила, кульминирующие, соответственно, к югу и северу от зенита). Т. к. измерить z строго в меридиане нельзя, то измеряют его вблизи меридиана, вводя при вычислениях необходимую поправку.
2) Определение
u и φ по наблюдениям пар звёзд на равных зенитных расстояниях
z. В 1874 русский геодезист Н. Я. Цингер предложил способ определения
u по наблюдениям моментов прохождения двух звёзд через один и тот же альмукантарат (см.
Цингера способ)
. Звёзды наблюдаются вблизи первого вертикала: одна - на востоке, другая на западе, симметрично относительно меридиана. Аналогичный способ для определения φ по наблюдениям пары звёзд на равных зенитных расстояниях вблизи меридиана предложил в 1887 русский путешественник М. В. Певцов (см.
Певцова способ)
. Оба способа характеризуются простотой наблюдений и высокой точностью получаемых результатов.
3) Совместное определение
u и φ. Советские учёные В. В. Каврайский (1924-36) и А. В. Мазаев (1943-45) предложили способы совместного определения
u и φ (см.
Каврайского способ и
Мазаева способ)
. По способу Каврайского наблюдаются четыре звезды на попарно равных зенитных расстояниях
z; по способу Мазаева - серия звёзд в альмукантарате с
z = 45° или
z = 30°.
4) Определение φ по способу Талькотта. Этот способ, предложенный в 1857 американским геодезистом А. Талькоттом, основан на измерении малой разности зенитных расстояний двух звёзд, кульминирующих по разные стороны от зенита (см.
Талькотта способ)
. Полусумма правых и левых частей равенств (3) даёт:
. (4)
Звёзды выбираются так, чтобы разность их зенитных расстояний была в пределах диаметра рабочей части поля зрения трубы, т. е. не превышала 10-15', а разность прямых восхождений отличалась бы на 5-20 мин (при наблюдениях обеих звёзд в верхней кульминации). Для наблюдений труба зенит-телескопа или универсального инструмента устанавливается на среднее зенитное расстояние пары в азимуте 0° для наблюдения звезды, кульминирующей к югу от зенита, и 180° - к северу от него. Величина Zs - ZN измеряется окулярным микрометром. Способ нашёл широкое применение, в частности на международных станциях, изучающих движение земных полюсов.
5) Определение
u и φ из наблюдений на зенитной фотографической трубе. В некоторых обсерваториях для служб времени (См.
Служба времени) и служб широты (См.
Служба широты) определяют
u и φ из совместных наблюдений на фотографических зенитных трубах. Изображение звезды фиксируется на движущейся с её скоростью фотографической пластинке с маркировкой на ней моментов времени. Звёзды наблюдают в узкой зенитной зоне, ограниченной рабочей частью поля зрения трубы. Ось инструмента постоянно направлена в зенит, что контролируется ртутным горизонтом.
6) Определение u пассажным инструментом. Этот способ широко применяется в практике служб времени и при высокоточных определениях долгот. Наблюдаются моменты прохождений серии звёзд через меридиан с регистрацией их или контактным микрометром, или с помощью фотоумножителей. Поправки определяются по формуле
u = α - Т. (5)
Подобный способ применительно к универсальному инструменту предложил русский геодезист Н. Д. Павлов (1912). В некоторых случаях определение
u производится по наблюдению прохождений звёзд в вертикале Полярной (способ Деллена (См.
Дёллен))
.
7) Определение λ. Восточная долгота места наблюдения связана со всемирным временем S и местным s соотношением:
λ = s - S = Т + u - S; (6)
u - определяется одним из изложенных выше способов, а S - путём приёма радиосигналов времени, транслируемых в течение суток многими радиостанциями.
8) Определение А. Наиболее распространённый способ основан на измерении универсальным инструментом горизонтального угла между направлениями на Полярную Мσ (рис. 2) и земной предмет М и вычислении азимута Полярной в момент наблюдения s. Для этого служит соотношение:
tgα
, (7)
где t = s - α. Азимут А предмета находится из уравнения
А = а + М - Мσ. (8)
В геодезической практике часто применяется способ определения азимута, основанный на наблюдениях моментов прохождения звёзд с большими z (50°-70°) вблизи меридиана.
9) Определение φ и λ способом высотных линий положений, предложенным американским моряком Т. Сомнером в 1843 (см.
Сомнера способ)
. В мореходной и авиационной астрономии, где требуется меньшая точность, но большая быстрота в определении φ и λ, широко применяется способ высотных линий положения, сущность которого ясна из
рис. 3. Находясь в точке
m, географические координаты которой необходимо определить, измеряют зенитное расстояние
z1 небесного светила σ
1 (с координатами α
1 и δ
1) и вычисляют географические координаты проекции ∑
1, светила на поверхность Земли - т. н. географические места светила - по формулам φ
1 = δ; λ
1 = α
1 -
S (долгота восточная). Окружность радиуса
z1 с центром в ∑
1 проходит на глобусе через точку
m. Измерив
z2 другого светила, проводят другую окружность радиусом
z2 с центром в ∑
2; в одной из двух точек пересечения этих окружностей расположена искомая точка
m (выбор нужной точки не представляет затруднений, т.к. приближённое. место наблюдения бывает известно). На практике пользуются не глобусом, а картой, прочерчивая на ней отрезки кривых, отождествляемые с дугами окружности вблизи их пересечений. Эти отрезки называют высотными линиями положений или линиями Сомнера (см.
Позиционная линия)
.
Все проблемы П. а. имеют большое значение для астрономии, геодезии, геофизики. Определения φ, λ и А необходимы для ориентирования триангуляционных сетей, служащих опорой для картографических работ и для изучения фигуры Земли. Изучение изменяемости φ привело к установлению периодических и вековых движений земных полюсов. Переопределение долгот обсерваторий в разные эпохи доставляет необходимые данные для изучения дрейфа континентов.
Лит.: Блажко С. Н., Курс практической астрономии, 3 изд., М. - Л., 1951; Белобров А. П., Мореходная астрономия, Л., 1954; Воробьев Л. М., Астрономическая навигация летательных аппаратов, М., 1968.
В. П. Щеглов.
Рис. 1 к ст. Практическая астрономия.
Рис. 2 к ст. Практическая астрономия.
Рис. 3 к ст. Практическая астрономия.