Ограниченная точность

В 2000 г. 24-я Генеральная Ассамблея Международного астрономического союза (МАС) рекомендовала Международную опорную небесную систему отсчета (ICRF) как реализацию фундаментальной системы отсчета (ICRS).

Система ICRS — это целый набор моделей, соглашений и предписаний, необходимых для определения в любой момент времени осей координатной системы. Реализаций этой системы может быть много. В настоящее время такая реализация задана равномерно распределенными по небу удаленными источниками в радиодиапазоне: ICRF состоит из 608 внегалактических радиоисточников, преимущественно квазаров, наблюдавшихся в течение длительного периода времени с 1979 по 1995 г., а также объектов типа BL Lacertae (Ящерицы) и активных ядер галактик, обладающих переменным излучением. В силу большой удаленности собственные движения источников пренебрежимо малы. Средняя точность такой системы по 212 лучшим (т.е. наиболее стабильным) источникам составляет величину порядка 0,25 мс (миллисекунды) дуги. Остальные 396 источников с менее точно измеренными координатами добавлены для более плотного заполнения небесной сферы, а также для связи с другими системами координат (например, оптическими).

В ближайшее время на радиоинтерферометрах со сверхдлинной базой (РСДБ) планируется повысить точность определения координат опорных радиоисточников почти в десять раз (как модернизируя аппаратную базу, так и с помощью увеличения времени наблюдения отобранных по многим критериям радиоисточников). Согласно теоретическим оценкам российских ученых, в этом случае ни один опорный источник уже не будет стабильным! Может оказаться принципиально невозможным построение системы координат с точностью больше некоторого максимального предела.

Группа российских ученых из Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (ГАИШ МГУ) под руководством заведующего кафедрой небесной механики и астрометрии, лауреата премии имени Рене Декарта 2003 г. профессора В.Е. Жарова показала, что система координат, основанная на опорных радиоисточниках, перестает быть стабильной начиная с точностей порядка 0,01 мс дуги.

Указанное ограничение вызвано наличием у радиоисточников движений нескольких типов, которыми уже нельзя пренебречь.

Как было показано авторами, примерно 15% источников движутся по прямым или искривленным траекториям с постоянным модулем собственной скорости, 23% — прямолинейно, с переменной собственной скоростью. Для многих источников наблюдается сверхсветовая скорость перемещения по небу.

Согласно общепризнанной модели квазаров, эти объекты быстро вращаются, излучая в объеме конуса (формируя так называемые джеты), ось которого перпендикулярна плоскости вращения. Поскольку ось вращения медленно прецессирует со временем, ось конуса меняет направление, и наблюдатель видит излучение с разной интенсивностью. Кроме того, в область джета могут попадать сгустки вещества и, ускоряясь, излучать; так, 25% всех источников излучают за счет видимых движений таких сгустков. Очевидно, что создание детерминированной модели такого движения невозможно. Оставшиеся источники совершают и более сложные движения. Некоторые внегалактические радиоисточники могут оказаться подверженными предсказываемому гравитационному эффекту слабого микролинзирования (связанного с нестационарностью пространства-времени в нашей Галактике), хотя среди наблюдавшихся квазаров он пока не обнаружен.

Таким образом, с увеличением точности наблюдений все внегалактические радиоисточники становятся нестабильными, что влияет на возможность их использования в качестве опорных источников и на построение опорной системы координат.

Казалось бы, исходя из статистических законов, чем больше источников используется для построения опорной системы координат, тем точнее определяются координаты объектов в этой системе. Однако в реальности это не так. Координаты каждого из небесных тел определяются не по всем опорным источникам, а только по ближайшим к ним. Общее же количество равномерно распределенных внегалактических радиоисточников, удовлетворяющих жестким критериям использования в качестве опорных, ограничено, что связано не с отсутствием необходимых наблюдательных возможностей, а с физическими условиями нашей Вселенной. Индивидуальная точность опорных источников определяет точность астрономических наблюдений.

Основная задача астрометрии — установление точной координатной системы и координат небесных тел в этой системе — может быть решена лишь до некоторого уровня точности, определяемого не совершенствованием технологии наблюдений, а самой природой.

Ольга Сажина
11.02.2009