Главная

Наблюдения

Открытия Обсерватории

Обсерватория

Астрофотография

Методики наблюдений

Статьи
Каталог ссылок
Южные ночи 2005
Астрофест 2003


Методика наблюдений покрытий звезд астероидами

Регистрацию покрытий звезд астероидами можно проводить различными методами. Наиболее точные - это наблюдения с использованием ПЗС-матриц и видеокамер, но одновременно это и наиболее дорогие, которые в нашем регионе доступны очень малому количеству любителей. Подробнее об этих методах наблюдений можно посмотреть на сайте Международной ассоциации тайминга покрытий IOTA в разделе Use of Video & Photoelectric Equipment on Timing Events.

Наиболее доступный метод - регистрация покрытий обычным секундомером, у которого имеется возможность отмечать два и более моментов времени. Если такового нет, то необходимо использовать два секундомера, но при этом желательно соорудить небольшую приспособу для их одновременного запуска. Подобный метод вполне позволяет обеспечить точность +-0.1сек.

Принцип проведения наблюдения очень простой. Секундомер запускается по сигналам точного времени непосредственно перед покрытием, т.е. если, к примеру, явление ожидается в первом часу ночи, то секундомер необходимо запустить в полночь. Так нужно делать не случайно, поскольку абсолютно точных секундомеров не бывает, каждый из них имеет определенную погрешность, которая накапливается с течением времени. Кстати, эту погрешность в любом случае надо определить, так как даже в течение часа она может составить несколько десятых секунды! Приступать к слежению за звездой нужно за 2-3мин до ожидаемого момента покрытия, устраиваться надо поудобнее, чтобы не на что не отвлекаться, ввиду того, что заканчивать слежение необходимо через 2-3мин после предсказанного момента. Так нужно делать потому, что всегда присутствует вероятность ошибки и кроме того имеется возможность открыть спутник у астероида. В виду этой вероятности следует проводить наблюдения покрытий, полосы которых проходят в радиусе порядка 1000км от пункта наблюдения.

В случае, если удалось зарегистрировать покрытие, нужно перевести моменты 1-го и 2-го контакта на всемирное время, а так же вычесть поправки из этих моментов на реакцию наблюдателя. Собственную поправку на реакцию, тоже нужно определить заранее, к примеру, потренировавшись с коллегой в темной комнате, используя в качестве звезды обычный фонарик. Но лучше всего воспользоваться программой Ивана Мхитарова Occ Timer, которая достаточно хорошо имитирует покрытие звезды.

После всего этого необходимо отправить результаты, воспользовавшись либо нашей формой, либо формой EAON, отправив последнюю на их адрес.

Если вы решили серьезно попробывать свои силы в этом довольно нелегком деле, рекомендую изучить инструкции Раймонда Дюссера (в сокращении).

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ

Персональное уравнение и точность

У каждого свое П.У., которое необходимо вычесть из каждого зафиксированного момента времени для определения истинного времени события. Но П.У. немного варьируется от измерения к измерению, и его флуктуации вносят погрешность в истинное время и уменьшают точность тайминга.

Приведем простой метод определения своего П.У. с помощью цифрового секундомера. Прикройте листом бумаги секундные разряды SS.ss и запустите секундомер. Как только Вы заметите изменение показания минут, нажмите СТОП и посмотрите на закрытые цифры - это и будет Ваше первое измерение П.У. Повторите измерение несколько раз, чтобы найти наиболее вероятное значение и его вариацию. При выполнении подобного эксперимента необходимо отгородиться от шумов, в особенности от периодических, поскольку под их ритм можно неосознанно подстроиться.

В качестве примера автор Циркуляра произвел около 30 тестов этого метода 4 мая 2001 года с 09:35 до 10:15 UT. Полученные значения П.У. в сотых долях секунды составили:

40 37 46 43 43 43 37 56 40 37 46 40 37 40 40 37 144 40 68 40 34 59 40 43 40 53 34 43 34 31 31

На 17-м измерении автор отвлекся и пропустил нужный момент. Такая неприятность может случиться и при наблюдении покрытия. При этом ошибка составила бы 1.5 секунды! Это значение было отброшено и для вычисления среднего по 30 измерениям был сделан еще один тест. Во время реальных наблюдений такой возможности не будет! Далее, из полученных значений видно, что данный секундомер на самом деле идет с шагом 1/30 секунды - измеренные значения разбились на группы: 31(x2) 34(x3) 37(x5) 40(x8) 43(x5) 46(x2) и т.д. Все эти группы отличаются друг от друга примерно на 0.03 с. Обязательно проверьте свои часы – вдруг Вам достались такие же! С такими странными часами придется учитывать эту дополнительную погрешность.

Без всяких вычислений видно, что все правильные значения попадают в промежуток от 0.31 до 0.68 с, так что грубо можно оценить значение П.У. как 0.5±0.2 с. С другой стороны, если Вы заметили, что наиболее часто встречающееся значение равно 0.4 с, лучше оценить П.У. в 0.4 с с разбросом в +0.3/-0.1с. Тогда если Вы измерите значение t, истинное время будет t-0.4 с +0.3/-0.1 с (то есть между t-0.7 с и t-0.2 с). Если Вы предпочитаете делать статистические вычисления, среднее из тридцати правильных измерений равно 0.42 с (округлено от 0.417 с), оценка стандартного отклонения составляет 0.08 с (округлено от 0.081 с).

Таким образом, область ошибок на уровне достоверности 95% равна ±(2x0.08) = ±0.16 с, или округленно ±0.2 с. Следовательно, П.У. составляет 0.4 с с погрешностью ±0.2 с.

Сколько тестов надо сделать? Чем больше, тем лучше: 100 лучше, чем 30, а 200 лучше, чем 100. Процесс можно разбить на несколько попыток в разные дни. Не пытайтесь делать замер каждые 10 секунд: такой цикл может быть слишком коротким, и Вы будете заранее предвидеть изменение разряда десятков секунд (автор пробовал это сделать, и обнаружил слишком маленькие значения)!

Помните, что имеются другие источники погрешности помимо внутренних флуктуаций самого П.У. Например, если секундомер округляет значения до кратных 0.03 с, это вносит дополнительную ошибку по меньшей мере 0.015с. Итоговая погрешность будет грубо равна сумме интервалов: ±0.16 ±0.015 = ±0.175 с, или округленно ±0.2 с (точность в три значащие цифры будет излишней).

Если ли другие способы измерения П.У.? Да, но они требуют дополнительного оборудования. Наилучшим было бы использование искусственной звезды, включающейся и выключающейся в случайные моменты времени, которые точно записываются, при этом наблюдатель нажимает кнопки секундомера.

В зависимости от используемого Вами источника синхронизации часов и метода записи могут возникнуть дополнительные погрешности, которые нужно будет учитывать. Все эти неопределенности увеличивают размер области ошибок! Также Вы можете быть застигнуты врасплох неожиданным явлением (миганием, ступенчатым покрытием в случае двойной звезды и т.п.), что приведет к дополнительной задержке. Не стоит недооценивать результирующую ошибку!

ЧАСТЬ ВТОРАЯ

Для положительного наблюдения покрытия звезды астероидом нужна абсолютная регистрация ДВУХ моментов времени:

- исчезновения (покрытия)

- появления (открытия).

Необходимо привязать наблюдения к надежному источнику времени. Для этой привязки, как правило, требуется промежуточное звено (средство регистрации времени, чаще всего секундомер или диктофон), поэтому возникает несколько источников возможных ошибок:

- время реакции (персональное уравнение),

- неточность промежуточного звена,

- сравнение его с эталоном времени,

- неточность самого эталона времени.

Каждый пункт требует внимания и проверки.

Регистрация времени секундомером

Прежде всего, проверьте, насколько надежен используемый Вами секундомер!

Как запустить или остановить секундомер в точное время? Слушайте сигналы источника времени, поймайте ритм подобно музыканту (достаточно трех или четырех звуков) и нажмите кнопку синхронно со следующим сигналом.

Как измерить уход секундомера?

Запустите секундомер по точному времени. Через несколько часов точно так же остановите его и сравните измеренное значение с точным прошедшим временем. Это позволит Вам определить коэффициент коррекции, если он нужен.

Пример: допустим, Вы запустили секундомер в 19:36:04.00 UT и остановили его на следующий день в те же 19:36:04.00 UT, и показание секундомера составило 24ч00м01.55с. Тогда коэффициент коррекции равен 86400/86401.55 = 0.999982. Это практически незаметно, если запустить часы на 10 минут, но необходимо учитывать, когда интервал хода составит 1 час или более.

Внимание! Эксперименты марта и апреля 2002 года показали, что некоторые цифровые секундомеры могут уходить за час на 0.58 с и даже более! Повторите такие тесты и убедитесь, что темп ухода остается постоянным, а не меняется случайным образом. Часы, которые спешат или отстают равномерно, можно использовать при наблюдениях, при этом необходимо учитывать коэффициент. Также у некоторых секундомеров может быть задержка между нажатием кнопки ПУСК и срабатыванием (в одном эксперименте она составила 0.16 с).

Какова точность синхронного запуска и остановки секундомера? Запустите секундомер таким же образом, измерив несколько раз точные короткие интервалы (например, 1 минута). Должны получаться значения между 59.95с и 1м00.05с.

Есть ли временная задержка у дисплея?

Эксперименты показывают, что ЖКД часто отображают время с задержкой, которая увеличивается на холоде. Чтобы проверить это, прикройте показания десятых и сотых долей секунды листом бумаги и запустите секундомер в ритм с надежным источником времени. Затем (выключив источник сигналов точного времени) смотрите на дисплей, подстройтесь под изменения разряда секунд и остановите часы. Измеренный интервал должен составлять целое число секунд; на деле это будет не так. Запишите разницу (только доли секунды, обычно положительные, но иногда возможно отрицательные). Повторите тест много раз (например, 50). Затем вычислите среднее значение и стандартное отклонение. Среднее значение даст оценку временной задержки Вашего дисплея. Ошибка этой величины равна стандартному отклонению, деленному на квадратный корень из числа измерений (примерно 7, если Вы повторили опыт 50 раз). Если этой ошибкой нельзя пренебречь, ее надо учесть при оценке своего П.У.

Пример: для секундомера из Части Первой была найдена средняя задержка 0.05 с, стандартное отклонение 0.035 с, стандартная ошибка 0.035/7 = 0.005 с. Таким образом, этот секундомер имеет задержку дисплея 0.05±0.01 с на уровне 2 стандартных отклонений. Персональное уравнение П.У. = 0.40-0.05 = 0.35 с.

Существуют два типа секундомеров:

- простые на один пуск-стоп

- секундомеры с памятью (интегральные или разностные).

Регистрация одного момента с одним секундомером

Заметьте: тайминг одного момента достаточен только для обычных (не касательных) покрытий звезд Луной.

Можно поступить одним из двух способов:

- запустить секундомер заранее и остановить его в момент покрытия,

- запустить секундомер в момент покрытия и остановить его впоследствии

при сравнении с источником точного времени. В первом случае существует риск случайной остановки секундомера ДО наблюдения. Тогда перейдите ко второму методу! Вместо сложения сделайте вычитание.

Ошибка складывается из погрешности Вашего персонального уравнения (может быть больше, если явление произошло неожиданно) и неопределенности привязки к источнику точного времени, которая в 95% случаев равна удвоенной средней ошибке (см. выше). Если у секундомера есть память на несколько моментов, используйте их для сравнения с точным временем через одну или несколько минут. Затем вычислите среднее значение (в этом преимущество секундомеров с памятью: с простейшим секундомером такого не сделаешь).

Регистрация двух моментов

Нужны ДВА простых секундомера (что может внести путаницу при регистрации очень короткого покрытия: в этом еще один недостаток обычных секундомеров). Каждое измерение обрабатывается отдельно как описано выше. Не забудьте, что Вы можете по-разному оценить свое П.У. при исчезновении (которое может быть неожиданным) и при появлении (концентрация внимания может быть выше, поскольку открытие происходит вскоре после покрытия). Некоторые наблюдатели предпочитают засекать время исчезновения звезды одним секундомером, а длительность покрытия - другим. Недостаток здесь в том, что на оба времени может повлиять задержка из-за эффекта внезапности.

Секундомер с памятью на несколько моментов

Одного секундомера достаточно для выполнения всех измерений. Запустите секундомер ДО начала наблюдения по сигналам точного времени и отметьте моменты всех явлений нажатием промежуточной кнопки. Оставьте несколько ячеек памяти для того, чтобы снова сравнить ход Вашего секундомера с точным временем ПОСЛЕ окончания наблюдений. По этим измерениям можно будет сделать регрессию и уточнить моменты времени явления. Наилучшая точность достигается в том случае, когда время наблюдения приходится на середину интервала работы секундомера.

ЧАСТЬ ПЯТАЯ

Краткие замечания по поводу источников точного времени

Коротковолновые радиостанции (на частотах 5, 10 и 15 МГц, длина волныи соответственно 60, 30 и 20 м). Если сигнал отражается от ионосферы, время распространения волн точно не известно (в общем случае меньше 0.05с).

Длинноволновые радиостанции (передатчики в разных странах Европы). Могут передавать сигналы каждую секунду. Обычно имеют задержку от 0.022 до 0.062 с, которую нужно принимать во внимание.

Телефонные службы времени. Необходимо сравнить с другими надежными источниками, такими как коротковолновые радиостанции. НЕ используйте мобильные телефоны: простейшая проверка показывает, что они дают задержку как минимум 0.2 с.

Радиоуправляемые часы. Убедитесь, что часы непрерывно принимают радиосигнал (обычно это не так). Большинство таких часов обновляются только один раз в сутки (около 3 часов ночи) и уход может накапливаться со временем.

Широковещательные радиостанции. Сигналы могут быть ненадежными, в особенности у коммерческих станций FM-диапазона.

Дисплей GPS-приемника. Сигналы, принимаемые устройством, отличные, но показания ненадежны. У некоторых моделей имеется задержка дисплея, другие могут иногда преждевременно округлить показание до следующей секунды.

Спутниковые сигналы GPS-приемника. Такие устройства находятся в процессе разработки. Когда этот метод будет стандартизован и утвержден, он может стать самым лучшим.

Компьютер. Внутренние таймеры компьютеров изначально не предназначены для достижения точности хороших наручных часов. Существуют методы для точной синхронизации часов через интернет. Тесты, проведенные на Парижской обсерватории, выявили возможную погрешность до 1 секунды.

Раймонд Дюссер для EAON, 2002

Перевод с сокращениями Дениса Денисенко, 2003

Дополительная информация в сети:

Страница Дениса Денисенко

Страница Сергея Гурьянова

©2003-2015 Виталий Невский
Хостинг предоставлен: hoster.by

Rambler's Top100