Астрономические наблюдения > Астрономические наблюдения
Что можно сделать при помощи теодолита?
Александр Вольф:
Вчера мы сформулировали более десятка практических задачек, которые можно сделать при помощи теодолита и некоторых дополнительных приборов. Сегодня мы взяли GPS-приемник Garmin eTrex Summit HC и полностью выполнили 10-ю задачу.
Измерения проводили на астрономической площадке АлтГПА, в точках A, B, C, D и E.
На фото выше показаны точки A, B, D, E.
На фото выше показаны точки B, C, E.
Размеры площадки: сторона AD = 4,32 м, сторона BC = 4,43 м, сторона AB = 6,03 м и сторона DC = 6,01 м. Площадь площадки составляет 26,3 м2, периметр - 20,8 м.
Период наблюдения с 08:00 UTC по 09:20 UTC (местное время - UTC+07:00).
Погодные условия во время наблюдений: температура воздуха 25,5 °С, относительная влажность воздуха 27%, атмосферное давление 732 мм. рт. ст., ветер южный, 2 м/с.
Первая серия из 5 измерений проводились по референц-эллипсоиду WGS 84 для каждой точки.
Точка A.
* 53° 20' 56,6" с.ш., 83° 46' 02,3" в.д., Hабс. = 229 м
* 53° 20' 56,6" с.ш., 83° 46' 02,3" в.д., Hабс. = 209 м
* 53° 20' 56,6" с.ш., 83° 46' 02,3" в.д., Hабс. = 209 м
* 53° 20' 56,6" с.ш., 83° 46' 02,3" в.д., Hабс. = 209 м
* 53° 20' 56,5" с.ш., 83° 46' 02,3" в.д., Hабс. = 209 м
Точка B.
* 53° 20′ 56,5″ с.ш., 83° 46′ 02,6″ в.д., Hабс. = 229 м
* 53° 20′ 56,6″ с.ш., 83° 46′ 02,6″ в.д., Hабс. = 209 м
* 53° 20′ 56,5″ с.ш., 83° 46′ 02,6″ в.д., Hабс. = 209 м
* 53° 20′ 56,5″ с.ш., 83° 46′ 02,6″ в.д., Hабс. = 209 м
* 53° 20′ 56,5″ с.ш., 83° 46′ 02,6″ в.д., Hабс. = 209 м
Точка C.
* 53° 20′ 56,4″ с.ш., 83° 46′ 02,5″ в.д., Hабс. = 229 м
* 53° 20′ 56,5″ с.ш., 83° 46′ 02,5″ в.д., Hабс. = 209,5 м
* 53° 20′ 56,4″ с.ш., 83° 46′ 02,5″ в.д., Hабс. = 209 м
* 53° 20′ 56,5″ с.ш., 83° 46′ 02,5″ в.д., Hабс. = 209 м
* 53° 20′ 56,4″ с.ш., 83° 46′ 02,4″ в.д., Hабс. = 209 м
Точка D.
* 53° 20′ 56,5″ с.ш., 83° 46′ 02,2″ в.д., Hабс. = 229 м
* 53° 20′ 56,5″ с.ш., 83° 46′ 02,3″ в.д., Hабс. = 209,5 м
* 53° 20′ 56,5″ с.ш., 83° 46′ 02,2″ в.д., Hабс. = 209 м
* 53° 20′ 56,5″ с.ш., 83° 46′ 02,3″ в.д., Hабс. = 209 м
* 53° 20′ 56,5″ с.ш., 83° 46′ 02,3″ в.д., Hабс. = 209 м
Точка E.
* 53° 20′ 56,5″ с.ш., 83° 46′ 02,5″ в.д., Hабс. = 229 м
* 53° 20′ 56,5″ с.ш., 83° 46′ 02,5″ в.д., Hабс. = 209,5 м
* 53° 20′ 56,5″ с.ш., 83° 46′ 02,4″ в.д., Hабс. = 209 м
* 53° 20′ 56,5″ с.ш., 83° 46′ 02,4″ в.д., Hабс. = 209 м
* 53° 20′ 56,5″ с.ш., 83° 46′ 02,4″ в.д., Hабс. = 208,5 м
Итого
Первое измерение по высоте у нас на 20 метров отличается от остальных, поэтому мы можем им пренебречь как выбросом и использовать только 4 измерения высоты.
Средние координаты и абсолютная высота.
Точка A: 53° 20′ 56,58″ с.ш., 83° 46′ 02,3″ в.д., Hср. абс. = 209 м.
Точка B: 53° 20′ 56,52″ с.ш., 83° 46′ 02,6″ в.д., Hср. абс. = 209 м.
Точка C: 53° 20′ 56,44″ с.ш., 83° 46′ 02,48″ в.д., Hср. абс. = 209,125 м.
Точка D: 53° 20′ 56,5″ с.ш., 83° 46′ 02,26″ в.д., Hср. абс. = 209,125 м.
Точка E: 53° 20′ 56,5″ с.ш., 83° 46′ 02,44″ в.д., Hср. абс. = 209 м.
Координаты точки EAC — 53° 20′ 56,51″ с.ш., 83° 46′ 02,39″ в.д.
Координаты точки EBD — 53° 20′ 56,51″ с.ш., 83° 46′ 02,43″ в.д.
Координаты точки E′ (точка пересечения диагоналей AC и BD, среднее арифметическое из EAC и EBD) — 53° 20′ 56,51″ с.ш., 83° 46′ 02,41″ в.д.
Координаты точки E″ (среднее арифметическое из E и E′) — 53° 20′ 56,505″ с.ш., 83° 46′ 02,425″ в.д. — наиболее приближенные к точным координаты центра астрономической площадки. Средняя высота, полученная аналогичными приближениями, равна 209,03 м.
Отступление
Измерение высоты проводилось по фактическому атмосферному давлению. Интереса ради мы провели измерения координат для точки E для других референц-эллипсоидов (Astro BCN "E", Aus Geod '84 и WGS72). Результаты получились несколько отличными от WGS84, который используется по всему миру.
Astro BCN "E": 53° 21′ 06,84″ с.ш., 83° 46′ 09,64″ в.д.
Aus Geod '84: 53° 20′ 51,9″ с.ш., 83° 45′ 55,03″ в.д.
WGS72: 53° 20′ 56,2″ с.ш., 83° 46′ 02,2″ в.д.
По данным Microsoft Virtual Earth координаты центра нашей астроплощадки - 53° 20′ 56,3″ с.ш., 83° 46′ 03″ в.д.
Важное замечание
Исходя из того, что геоид все же отличается от эллипсоида WGS 84, поэтому реальные координаты будут несколько отличаться от того, что дает GPS-приемник. Если заглянуть в википедию, то мы прочитаем, что...
--- Цитировать ---WGS 84 определяет координаты относительно центра масс Земли, погрешность составляет менее 2 см. В WGS84, нулевым меридианом считается «IERS Reference Meridian». Он расположен на 5,31” к востоку от Гринвичского меридиана. За основу взят сфероид с большим радиусом — 6 378 137 м (экваториальный) и меньшим — 6 356 752,314245 м (полярный). Отличается от геоида менее чем на 200 м.
--- Конец цитаты ---
После учета всех поправок, уточненные географические координаты центра нашей астроплощадки равны 53° 20′ 56,505″ с.ш. и 83° 46′ 07,735″ в.д., а абсолютная высота над уровнем моря равна 209 м.
Измерение проводили Роман Неприятель и я.
Александр Вольф:
--- Цитата: Dmitry S. Kaparulin от 10 Июнь 2010, 22:16:32 ---1. Для точного измерения угловых размеров планет ранее использовался другой проибор - гелиометр.
--- Конец цитаты ---
Увы, гелиометра у нас нет.
--- Цитата: Dmitry S. Kaparulin от 10 Июнь 2010, 22:16:32 ---Степень сплюснутости лучше измерять у Юпитера.
--- Конец цитаты ---
Если у нас хватит "мощностей" имеющегося теодолита, то померяем - спасибо за наводку.
--- Цитата: Dmitry S. Kaparulin от 10 Июнь 2010, 22:16:32 ---2. Вы попадаете в замкнутый круг. Чтобы вычислить диаметр Луны, нужно знать расстояние до нее. Впрочем, проблема измерения расстояния до Луны легко решается измерением горизонтального параллакса (базиса Томск-Новокузнецк хватит).
--- Конец цитаты ---
Хороший вариант, посмотрим, что будет сделать проще и интереснее.
--- Цитата: Dmitry S. Kaparulin от 10 Июнь 2010, 22:16:32 ---5. Проблема вычисления астрономической единицы была исключительно важна до начала 60 годов. В часности, для измерения астьрономической единицы использовались наблюдения Марса (Дж. Д. Кассини), редчайшее явление -- проходжение Венеры по диску Солнца (пары 1761 и 1769, 1874 и 1882), наблюдения астероидов (с конца 19 века), наблюдения великого противостояния Эроса (1930-1931), измерения времени, за которое свет проходит астрономическую единицу (такая техника стала актуальной после точного измерения скорости света в ваккуме (по моему, Фуко, 1830-е)).
--- Конец цитаты ---
А кто сказал, что мы собираемся проводить только важные наблюдения? Мы собираемся проводить интересные наблюдения :) И то, что результат уже давно известен нам поможет оценить полученные нами результаты. ;)
--- Цитата: Dmitry S. Kaparulin от 10 Июнь 2010, 22:16:32 ---7. Годичный параллакс Юпитера -- абсурдно. Суточный параллакс у всех планет мал (смотри п.5) и обратно пропорционален величине астрономической единицы.
Можно использовать точные положения Юпитера для вычисления его орбиты, но это другая задача. В принципе задача вычисления орбиты не очень сложна если есть программа, куда нужно ввести положения планеты. У меня такой нет. У меня есть самодельная програмка для комет с квазипараболическими орбитами, но лучше поспрашивать что-нибудь более качественное, напрмер на астрофоруме.
--- Конец цитаты ---
Вбить элементы орбиты в программку и получить ее местоположение на небесной сфере не интересно - с этим любая обезьяна справиться сможет при должной дрессировки. Да и получение отрицательного результата на практике это все равно получение результата. Если у нас получится измерить параллакс, то будет все отлично - не получится, ну так по крайней мере будем точно знать из-за чего не получилось.
--- Цитата: Dmitry S. Kaparulin от 10 Июнь 2010, 22:16:32 ---11. Это назывется позиционные наблюдения. Достаточно интересная тема. Мне рассказывали что давно (еще в СССР) томские школьники привозили доклад по позиционным наблюдениям на всесоюзный астрослет, и этот доклад был отмечен грамотой и подарком.
--- Конец цитаты ---
Ну вот мы и повторим подвиг томских школьников. :) Причем супероборудования для этого не нужно, нужно только терпение и аккуратность.
--- Цитата: Dmitry S. Kaparulin от 10 Июнь 2010, 22:16:32 ---По спутникам Юпитера можно провести другой интересный опыт. Наблюдая за отностельными положениями спутников можно вычислить периоды обращения спутников и отностельные расстояния до Юпитера (в радиусах планеты, например). По этим данным можно проверить выполнение третьего закона Кеплера в системе спуников Юпитера.
Я проделывал этот опыт в трубу 35х35. При соответсвующей обработке наблюдений можно по 20 положениям за месяц добиться точности периода около 1%, а вот при измерении "на глазок" с расстоянием до планеты (особенно у Каллисто) будут проблемы: все рассотяния будут занижены процентов на 10 (у Каллисто на 20) -- видимо яркий диск Юпитера кажится большим, чем на самом деле.
--- Конец цитаты ---
Интересная задачка, спасибо за подсказку. Если не против, то я на первичном списке у себя продублирую эту и нижеследующие предложения.
--- Цитата: Dmitry S. Kaparulin от 10 Июнь 2010, 22:16:32 ---13. Можно измерить высоту серебристых облаков. Стандарно для этого используются базисные наблюдения, но если отказаться от высокой точности можно поступить следующим образом. Как известно, серебристые облака освещаются солнцем, которое находится под горизонтом. Верхняя (видимая) граница поля серебристых облаков определяется условиями освещения поля серебристых облаков. При фикисированной глубине погружения Солнца под горизонт видимая граница поля СО будет тем выше, чем больше высота серебристых облаков. Один из кружковцев (ныне выпускник) астрономического клуба "ИКАР" городского дворца творчеста детей и молодежи г.Томска выступал с докладом по этой теме на конференции школьников в 2005 году. Доклад был отмечен дипломом.
14. Позиционные наблюдения Луны с целью проверки первого и второго закона Кеплера. Для проверки законов этих законов Кеплера не надо знать абсолютное значение расстояния до Луны, а достаточно измерять его в относительных единицах. Уголовой размер Луны дает относительное расстояние, а позиционные измерения -- угловую скорость движения. Можно наблюдать с интервалом в сутки, а можно две ночи вблюзи перигея и апогея. Тут видимо придется еще повозиться с учетом суточного параллкса.
--- Конец цитаты ---
Спасибо за предложения. Я вчера еще 15-й пункт придумал - проложить точки видимой траектории движения планет по небесной сфере.
Александр Вольф:
--- Цитата: Артём от 10 Июнь 2010, 21:50:34 ---Тут точность выше 2,5 угл. секунды нужна, какие у вас теодолиты?
--- Конец цитаты ---
Есть 2T5K. Однако если совсем точный нужно будет, то Роман на время может позаимствовать для наблюдений современный теодолит, у которого точность около полусекунды.
--- Цитата: Артём от 10 Июнь 2010, 21:50:34 ---В дополнение к иридиумам - триангуляция их (или МКС, или других ИСЗ) для определения расстояния до них. Два пункта, пара сотен метров базы, впрочем, лучше аккуратно посчитать)
--- Конец цитаты ---
Будем думать, спасибо за наводку :)
Артём:
Замечательный отчет!
--- Цитата: Александр Вольф от 11 Июнь 2010, 19:44:56 ---,505″
--- Конец цитаты ---
Офигеть! Этож точность на местности нескольким миллиметрам соответствующая!
--- Цитата: Александр Вольф от 11 Июнь 2010, 19:44:56 ---Первая серия из 5 измерений проводились по референц-эллипсоиду WGS 84 для каждой точки.
--- Конец цитаты ---
Я так понимаю, этот приемник поддерживает несколько систем координат?
Александр Вольф:
--- Цитата: Артём от 11 Июнь 2010, 21:41:29 ---Я так понимаю, этот приемник поддерживает несколько систем координат?
--- Конец цитаты ---
Да, там их довольно много - около 15 штук
Навигация
Перейти к полной версии