Научные наблюдения для начинающих!

[Владислав:)]

В теме будет рассказиваться о методах наблюдений и их обработке. К концу недели попробую выложить статьи о наблюдениях метеоров и переменных звезд!думаю, что мне будут помогать более опытные наблюдатели!:)

[LeonidOS]

Думаю очень полезная тема. Если есть вопросы о том как приносить пользу своими наблюдениями - пишите сюда. Ведь для этого не нужно иметь дорогое оборудование.

[Владислав:)]

Наблюдение метеорных потоков
Наблюдения метеоров являются одной из важнейших задач любительской астрономии и надо сказать, что эта задача представляет собой очень широкое поле деятельности для тех, кто проводит или собирается проводить самостоятельные одиночные, либо коллективные наблюдения. Подтверждением этому служит тот факт, что любителями астрономии собран огромный наблюдательный материал о метеорах, на базе которого выполнены ценные научные работы и внесен весьма значительный вклад в развитие науки о метеорах. Существуют такие виды наблюдений, которые, даже, в нынешнее время можно провести только при участии любителей. Это, прежде всего, относится к наблюдениям болидов и поискам метеоритов. Любителям, наиболее всего, доступны визуальные и простые фотографические наблюдения метеоров. Если они проведены по заранее продуманной программе и методике, для конкретной задачи, то даже при наличии довольно скромного оборудования они имеют научное значение.



Ваша подготовка к наблюдениям метеоров начинается с изучения созвездий и блеска некоторых звезд в выбранной для наблюдения области неба. Изучение созвездий сводится к запоминанию расположения в каждом из них звезд различного блеска, с градацией 0.5m, и обозначения этих избранных звезд буквами греческого алфавита, с тем чтобы при наблюдениях безошибочно определять положение метеоров относительно звезд и по ним же оценивать блеск метеоров. Если вы только делаете первые шаги, то достаточно выбрать звезды до 4m, а при накоплении опыта - до 5m. Наилучшим для этих целей является звездный атлас А.Михайлова, состоящий из четырех карт. Оценку блеска каждого метеора вы проводите по наиболее яркой его вспышке путем сравнения с блеском звезд выбранных ранее и расположенных примерно на той же угловой высоте, что и метеор. Наблюдать метеоры целесообразно при высоте радианта над горизонтом не менее 10-15 градусов, так как при более низком его положении значительно снижается число замечаемых метеоров из-за значительного поглощения света в земной атмосфере . К наблюдениям можете приступать если к этому моменту уже достаточно стемнеет и будут видны звезды по крайней мере до 4m. В первую очередь обязательно зафиксируйте предельную звездную величину звезд, видимых в области зенита. Ту же самую процедуру вам нужно повторить в середине и в конце наблюдений. Следует отметить, что при наблюдениях очень важно научится правильно выделять поточные метеоры и спорадические, не принадлежащие изучаемому потоку. Обычно опытные наблюдатели заранее знают сходство метеоров одного потока: примерно одинаковые цвет, очерченность, положение, максимум блеска, наличие следов, вспышек и т.д.. Вам же советуем мысленно провести через путь метеора большой круг на небе (центр такого круга - глаз наблюдателя), и если он проходит вблизи радианта потока, то метеор принадлежит этому потоку. Перед наблюдениями метеоров необходимо выверить часы по радиосигналам точного времени. Моменты появления метеоров отмечайте с точностью до 1 минуты, а длительность их полета измеряйте десятыми долями секунды, для чего вам следует научиться оценивать малые промежутки времени путем предварительных тренировок. С этой целью, следя за движением секундной стрелки часов или секундомера, быстро произносите " раз, два, три, че, пять", добиваясь того, чтобы эти слова уложились в интервале времени в 1 секунду. Тогда длительность каждого произнесенного вами слога займет 0.2s, что и позволит оценивать продолжительность полета метеора с точностью до 0.1s.. Визуально, наблюдая метеоры которые ярче 5-й звездной величины или ярче 8-9-й (но уже с помощью небольших оптических приборов таких как бинокль) можно решить ряд интересных задач. К первой группе задач относятся определение функций светимости метеоров и распределение метеорных тел по массам, изучение суточной и сезонной вариации численности метеоров, пространственной плотности метеорных тел, притока метеорного вещества на Землю и т. д. Эти вопросы мы сможем с вами решить с помощью так называемого счета метеоров.

Счет метеоров
При этом методе вы, не отрывая взора от неба, фиксируете: номер метеора (N) , момент появления (T) метеора, направление полета метеора, принадлежность потоку , блеск (m), а также зенитное расстояние (Z) середины метеора, если наблюдаете не околозенитную часть неба. При возможности, кроме перечисленных данных, зарегистрируйте угловую скорость (W), цвет метеора, угловую длину (l) в градусах, продолжительность полета метеора (t) и особенности метеора. Не пугайтесь обилия данных, которые вам необходимо зафиксировать. Я сейчас все подробно поясню.

Номер метеора (N) - имеется ввиду порядковый номер метеора (первый, второй и т. д.).
Момент появления (T) метеора - записывайте время его появления с точностью до 1 минуты.

Направление полета метеора определяйте по правилу «циферблата». За 0 часов (или 12 ч) принимаете направление к северу, 3 ч - к востоку, 6 ч - к югу, 9 ч - к западу и т. п.. Если метеор пролетит через зенит, то его направление определяется сразу же. Во всех других случаях вы мысленно сносите направление полета метеора к зениту.

Принадлежность метеора к потоку отмечаете буквой (например, О - Ориониды или Л - Леониды и т. д.). Метеор спорадического типа (не принадлежащий к изучаемому в данный момент потоку) отмечаете буквой «С». « Как определить принадлежность метеора к потоку, который я сейчас изучаю ?» - спросите вы. Определить можно по направлению полета метеора. Перед наблюдениями узнайте положение радианта потока на небе в момент ваших наблюдений и почитайте о характерных особенностях метеоров изучаемого потока. Прим. редакции: Метеоры, принадлежащие одному и тому же потоку, имеют близкие физические свойства, что находит отражение в их цвете и очерченности. Вообще надо заметить, что для уверенного определения принадлежности метеора к потоку необходимо иметь достаточный опыт определения радиантов из наблюдений разных потоков. Но пусть вас это не смущает. Все когда-то начинают.

Блеск (m) или максимальную звездную величину m метеора вы определяете путем сравнения с находящимися близко звездами. Как выбрать эти звезды вы уже знаете.

Зенитное расстояние (Z) вы регистрируете в градусах и оценивается путем сравнения с угловыми расстояниями между известными звездами. Например угловое расстояние между звездами alfa и betta Большой Медведицы равно 5.5 градуса и т. д..

Цвет метеора : к - красный, о - оранжевый, ж - желтый, з - зеленый, г - голубой, с - синий, б - белый, ф - фиолетовый.

Угловую скорость (W) вы оцениваете по числовой шкале: 1 - мгновенный, очень быстрый, 2 - быстрый, 3 - средний, 4 - медленный, 5 - очень медленный, стационарный. Поначалу это, возможно, вызовет у вас некоторые трудности. Не отчаивайтесь. Немного тренировки и все будет в порядке.

Угловая длина (l) - это расстояние между точкой неба в которой метеор стал видим и точкой, где он «потух». Угловая длина оценивается также как зенитное расстояние, т.е. в градусах.

Продолжительность полета (t) метеора вы учитываете в секундах и их долях. Как тренироваться в отсчете малых промежутков времени вы уже знаете.

Особенности метеора - это вспышки, распад на части, наличие следа.

При наблюдении метеоров не забудьте точно зарегистрировать моменты начала и конца каждого интервала наблюдений и перерывов для отдыха. Обычно можно порекомендовать проводить наблюдения не прерывая их в течение 50 - 60 минут. Потом сделайте обязательно перерыв на минут 10 - 15. Если позволяют условия, то наблюдайте в течение одной ночи не менее 2 - 3 часов. И еще... наблюдения метеорного потока будут наиболее эффективны в часы, близкие к времени кульминации его радианта. В заключении приведу некоторые практические советы. Надеюсь, что они вам пригодятся. Когда вы отмечаете момент появления метеора, подсвечивайте часы фонариком с красным светофильтром. В случае использования яркой подсветки ваши глаза будут долго адаптироваться снова к темноте и вы что-нибудь пропустите или неправильно оцените. Записи ведите карандашом " вслепую" (в темноте без подсветки) в строку на листе бумаги, причем каждая записанная строка подворачивается, чтобы очередная запись не попала на предыдущую (запись "гармошкой" ). Чтобы не было путаницы, вам необходимо твердо запомнить принятую последовательность записи, например: номер метеора (N) , длительность полета (t) , момент появления (T) , блеск (m), направление полета, принадлежность потоку (П), цвет, угловая длина (l), угловая скорость (W) , зенитное расстояние (Z) . Эта запись будет выглядеть так: 3, 0.4, 23 22, 2, 1 - 7, П , бел, 6, быс, 12 , что означает: номер 3, t=0.4 с, T=23ч 22м, m=2, направление от 1 к 7, поточный, цвет белый, l=6 гр., быстрый, Z=12 гр.. Не позже следующего дня все записи переносите в журнал наблюдений.

Групповые наблюдения по этому методу называются многократным счетом метеоров. В этом случае наблюдения проводятся группой их 4-8 человек. Желательно, чтобы один из них выполнял обязанности секретаря. Порядок проведения многократного счета такой. В случае появления метеора в наблюдаемой части неба (обозревается ограниченная околозенитная область неба диаметром около 60 гр.) наблюдатель заметивший метеор сообщает секретарю о том, что он заметил метеор. Секретарь смотрит на часы и записывает время пролета метеора с точностью до 1 минуты, отмечает в журнале наблюдений каким из наблюдателей замечен метеор и сообщает всем номер пролетевшего метеора. Все остальные данные фиксируются заметившим метеор наблюдателем по той же методике, что применялась для регистрации данных при индивидуальном счете.

Самой простой задачей обработки счета метеоров является определение полного числа N метеоров каждой звездной величины m (например, 1-й - от +0.5m до +1.5m, 2-й - от +1.5m до 2.5m и т.д.). Учитываются метеоры появившиеся за определенный интервал времени в области неба, которую вы наблюдаете. При индивидуальных наблюдениях, когда число замеченных метеоров несравнимо меньше чем при многократном счете, данные, полученные за несколько ночей или даже за все ночи наблюдений, объединяются.




Определение положения радианта
Поиск новых и теоритически предсказанных кометных радиантов; определение положения и смещения радиантов слабых метеорных потоков, часовые числа которых очень малы и составляют всего 2-3 метеора в час; проверка степени активности исчезающих потоков - все эти задачи можно решить с помощью нанесения путей метеоров на звездные карты. Здесь главное - наиболее точное нанесение на карту звездного неба точек вспышек и погасания метеоров. Для начинающих наблюдателей или для наблюдателей с небольшим опытом рекомендую не пользоваться картой звездного неба в гномонической (центральной) проекции, на которой дуги больших кругов изображаются прямыми линиями. Проще воспользоваться картами звездного неба из звездных атласов А.Михайлова. Наблюдению подлежит избранная область неба, близкая к радианту метеорного потока. Обычно она ограничивается для одного наблюдателя до 50-60 гр., а для коллектива наблюдателей до 60-80 гр.. При пролете метеора вы оцениваете продолжительность его полета, блеск (желательно и цвет) и как можно точнее запоминаете на фоне звезд начало (вспышка) и конец (погасание) его пути. Затем отмечаете момент вспышки метеора с точностью до 1 минуты, его путь наносите на карту и конец пути отмечаете стрелкой, около которой проставляете порядковый номер метеора. После этого в журнал запишите номер метеора, момент его вспышки и сведения о продолжительности полета, угловой длине и блеске (желательно и цвет). Вам не следует стремиться наносить на карту буквально все замеченные метеоры, а достаточно нанести только сравнительно яркие с хорошо замеченным путем полета. В журнале не забудьте отметить моменты начала и конца наблюдений и перерывы в них. Пример журнала наблюдений с обязательными сведениями приведен ниже.

Пример журнала наблюдений:
Наблюдатель: Верижников. Широта= Долгота= Дата 16 - 17 октября 1997 г. Наблюдаемая область неба: Орион и его окрестности (склонение от -20 гр. до +40 гр., прямое восхождение от 2ч до 8 ч). Состояние неба: ясно, Луна в фазе 0.78 на юго-западе, зашла в 1ч 10м. Состояние наблюдателя - бодрое. Начало наблюдений 23ч 00м, конец 2ч50м. Перерывы по 10 мин после 50 мин наблюдений каждого часа. Время - московское (декретное).

От автора: о том как на основе ваших наблюдений, проще всего, определить положение радианта метеорного потока читайте в статье "Графическое определение радиантов".

Одним из важных методов изучения метеоров является фотографический метод. Он дает наибольший объем точной информации о каждом метеоре: его положение, скорость, звездная величина в любой точке видимой траектории и т.д..

Не думайте, что все сразу легко и просто получится с первого раза. Так не бывает. Я то же не сразу научился делать хорошие наблюдения; путался в цвете, блеске, не мог уверенно определить угловую скорость, но достаточно быстро научился. Вы тоже обязательно научитесь - главное практикуйтесь и тогда все будет OK.

[Владислав:)]

I. Введение



Изучение переменных звезд – обширное поле деятельности для любителя астрономии. Уже простым глазом можно вести наблюдения переменных звезд до 5m (по всему небу известно более 40 таких звезд), а в призменный бинокль или небольшой телескоп реально получить ценный научный материал и о более слабых звездах. В настоящее время при помощи крупных телескопов и фотографии обнаружено и исследовано свыше 30000 переменных звезд. Переменные звезды – это звезды, которые по тем или иным причинам изменяют свой блеск. Они выделяются среди огромной массы звезд своими особыми, требующими исследования, свойствами. С процессом нормального развития звезды за время порядка 106 – 109 лет связано изменение мощности излучения. Открытие связи между переменностью звезд и процессом звездной эволюции (принадлежностью переменных звезд к имеющим различный возраст составляющим нашей Галактики) придает исследованию переменных звезд особое значение. Астрономы-профессионалы не успевают регулярно следить за всеми переменными звездами. Многие, даже яркие переменные, не имеют продолжительных рядов наблюдений. Сотни любителей во многих странах мира помогают астрономам, наблюдая максимумы цефеид и долгопериодических переменных, минимумы затменных переменных, что позволяет уточнять значения периодов, обнаруживать их изменения во времени.



II. Подготовка к наблюдениям



Наиболее простыми являются визуальные наблюдения ярких переменных звезд. Для реализации этих наблюдений Вам понадобятся бинокль и небольшой телескоп. Бинокль имеет преимущество, т.к. у него довольно большое поле зрения, в результате чего в поле зрения вместе с переменной попадают все звезды сравнения, да и суточное движение Земли незначительно смещает видимую картину.


Для нахождения переменной на небе и звезд сравнения в ее окрестностях необходимо иметь поисковую карту. Такие карты неоднократно публиковались в астрономических календарях прошлых лет. Большое количество карт можно найти на сайте www.aavso.org.


Осознавая важность любительских наблюдений переменных звезд, не следует включать в программу наблюдений большое число переменных. Выберите три-четыре звезды на год, заранее продумав условия их наблюдений. Наблюдения приобретают научную ценность, если они проводятся регулярно на протяжении длительного времени. Для приобретения опыта и уверенности необходимо вначале проводить наблюдения таких известных и хорошо изученных переменных, как Алголь (бета Per) или дельта Cep, в окрестности которых имеются звезды сравнения с известными звездными величинами. Эти звезды удобны еще и тем, что на наших широтах они являются незаходящими и при ясном небе их всегда можно найти над горизонтом.


Хотя наибольшее количество наблюдений проводят вблизи максимума или минимума блеска, но вместе с тем очень важными оказываются наблюдения любого участка кривой блеска, т.к. в ходе изменений блеска иногда происходят неожиданные скачки, которые обусловлены нестационарными явлениями, происходящими либо из-за взаимодействия соседних компонент в тесной двойной системе, либо физических процессов в атмосфере самой звезды.





III. Регистрация наблюдения



Каждое наблюдение, связанное с оценкой блеска переменной звезды, должно сопровождаться регистрацией момента времени.


Если период изменения блеска не очень короткий (несколько суток и более), то вполне достаточно фиксировать время каждого наблюдения с точностью до 1 минуты. Если же период меньше суток, то время следует отмечать с точностью до нескольких секунд.


Долгопериодические переменные наблюдают один раз в несколько дней; вблизи максимума блеска лучше проводить оценки блеска каждую ясную ночь. Затменные и цефеиды оценивают 2-3 раза за ночь.



IV. Основные методы оценки блеска



Существуют различные методы оценки блеска переменных звезд. Рассмотрим наиболее доступные из них.


Метод Аргеландера.


Метод известен с конца XVIII века, когда немецкий астроном Ф. Аргеландер предложил достаточно простой и надежный способ оценки блеска с использованием степеней. За степень принимают минимальную разность в блеске двух звезд, которую в состоянии заметить наблюдатель. Только у начинающего наблюдателя «степень» колеблется, а со временем становится стабильной. В среднем одна степень соответствует 0,1m - 0,2m и является некоторой мерой чувствительности нашего глаза.


Блеск переменной определяют относительно группы звезд сравнения, отмеченной на вашей поисковой карте. Их необходимо уверенно отождествить в поле зрения бинокля или телескопа. Переменную звезду обозначают буквой V (variable), а звезды сравнения - a, b, c … в порядке уменьшения их блеска. Не забывайте фиксировать дату и время каждого сравнения.


Предположим, что Вы сравниваете постоянную звезду «а» с переменной V. Вначале присматриваемся к блеску каждой из них. Сравнение существенно затрудняется, если звезды a и V заметно различаются по цвету. Если количество степеней окажется больше 5, то необходимо использовать другую звезду сравнения, т.к. чем больше количество степеней, тем привязки становятся более нелинейными и точность сравнения падает.


Если в момент сравнения звезды a и V Вам кажутся одинаковыми по яркости, то в журнал записывают a = V. Если же звезда a ярче V на едва уловимую Вашим глазом величину, т.е. 1 степень, то в журнал заносят a1V. При более значительном различии в блеске записывают a 2 V или a 3 V и т.д.
Аналогично проводится сравнение, если другая звезда «b» слабее V.


Метод Пикеринга


Этот метод открыт в конце XIX века американским профессором астрономии Э.Ч. Пикерингом. Он основан на линейной интерполяции, т.е. нахождении промежуточного значения линейно меняющейся функции, когда известны ее значения в конечных точках интервала.


В этом случае блеск переменной звезды V также сравнивают с двумя звездами сравнения a и b, причем одна из них ярче, а вторая слабее переменной в момент сравнения. Интервал блеска между звездами сравнения условно делят на 10 частей.


После этого наблюдатель интерполирует блеск V, наблюдая попеременно 3 звезды: a, b и V.


Если при сравнении переменной V со звездой а Вы зафиксировали, что звезда V слабее на три десятых интервала a – b, то запиывают a3V7b, т.е. V ярче b на 0,7 интервала и слабее а на 0,3 интервала.


В общем виде anVmb, где n+m=10. Также возможны оценки a=V или V=b.


Метод Нейланда – Блажко


Метод открыт в XX веке голландским астрономом А.А. Нейландом и советским астрономом С.Н. Блажко. Метод является комбинированным. Содержит положительные стороны методов Аргеландера и Пикеринга.


При наблюдении используют 2 звезды сравнения, но делят интервал блесков звезд не на 10 частей, а на такое количество степеней, которое реально может оценить наблюдатель.


Если у наблюдателя сложилось впечатление, что переменная V на 2 степени слабее звезды сравнения "а" и в свою очередь она ярче “b” на 3 степени, то записывают a2V3b.


Таким образом, в этом примере наблюдатель принял разность блеска звезд а и b в 5 степеней.


V. Обработка наблюдений и построение кривой блеска



Основная цель наблюдателя переменных звезд – собрать однородный материал для построения кривой блеска.


Каждое наблюдение дает возможность получить 2 величины – момент и блеск, которые принято изображать графически.


Кривую блеска обычно строят на миллиметровой бумаге. На горизонтальной оси откладываем в удобном масштабе время (1 мм = 1 день) так, чтобы оно росло к правой части графика. На вертикальной оси откладываем блеск так, чтобы он возрастал вверх. Кривую блеска начинают строить, когда уже удалось накопить достаточное количество наблюдений Вашей переменной звезды. Из-за ряда причин – прежде всего погодных условий и присутствия луны на небе, не удается получить полную кривую блеска в одном цикле наблюдений.


Для начала остановимся на трех типах переменных звезд: долгопериодические (типа O Ceti), затменные (типа беты Per) и цефеиды (типа б Cep), обладающие выраженными периодами.


Процесс сведения всех наблюдений к одному периоду облегчается вычислением фаз. Фаза (f) – промежуток времени, выраженный в долях периода, прошедший от ближайшего прошедшего min (для затменных переменных) или max (для физических переменных) до момента наблюдения вычисляют по формуле: Mt0 = M0 + PE (для долгопериодических переменных), где Р – период, М – момент начального max и Е – целое число или номер максимума, отсчитанного от M0. Для цефеид f=0 относят к максимуму блеска, а для затменных – к главному min. Между двумя максимумами (min) фаза изменяется от 0 до 1.


Кроме того, эта формула позволяет прогнозировать состояние переменности избранной Вами звезды, т.е. дает знать, в какой фазе кривой блеска (и с какой звездной величиной!) Вы застанете эту звезду в момент наблюдения.


Таким образом, регулярные наблюдения позволяют уточнить продолжительность периода и самое главное – его изменения во времени. В ходе эволюции переменной звезды ее период неизменно меняется и характер его изменения указывает на физические процессы, происходящие в звезде или системе звезд.

[LeonidOS]

Перевод руководства по визуальным наблюдениям переменных звезд AAVSO уже переведен на русский язык и думаю что скоро он станет общедоступным.