Analyse van de waarnemingsresultaten verkregen op het
geodetisch- en astronomisch station op Curaçao tijdens het Internationaal
Geofysisch Jaar 1957-1958 en een onderzoek van het astrolabium A. Danjon
Analyse des résultats des observations faites à Curaçao
pendant l'Année Géophysique Internationale 1957-1958 et recherchers
effectuées sur l'astrolabe A. Danjon
A.C. Scheepmaker
Publications on Geodesy 4 (Vol. 1 Nr. 4).
Delft, 1963. 149 pagina's.
ISBN-13: 978 90 6132 204 7. ISBN-10: 90 6132 204 9.
Samenvatting
De behandelde stof kan in twee gedeelten worden gescheiden. De hoofdstukken 1tot en met 6 geven een beschrijving en een analyse van de waarnemingen die tijdens het Internationaal Geofysisch Jaar 1957-1958 op het geodetisch-astronomisch station op Curaçao zijn verricht, terwijl in de laatste twee hoofdstukken aandacht is besteed aan enige afwijkingen die bij de verwerking van de resultaten van één der waarnemingsinstrumenten werden opgemerkt. Wat het eerste gedeelte betreft, hierin worden, de indeling naar hoofdstukken volgend, achtereenvolgens behandeld: de inrichting van het station, de waarnemingen met het meridiaandoorgangs-instrument, het astrolabium en de maancamera en ten slotte de tijdbepaling en de verbetering van de stercoördinaten, onderwerpen die om hun belangrijkheid en om het feit dat ze zowel op meridiaan- als op astrolabiumwaarnemingen betrekking hebben, in aparte hoofdstukken zijn ondergebracht. Wat betreft het onderzoek van de opgemerkte afwijkingen bij de astrolabiumwaarnemingen, is door de hoofdstukindeling een onderscheid gemaakt tussen twee afwijkingen die wel en twee afwijkingen die niet konden worden verklaard.
Behalve de bemanning en het instrumentarium zijn bij de behandeling van de
inrichting van het station ook genoemd de beweegredenen die hebben geleid
tot de keuze van het station op het eiland Curaçao en op de vroegere
plantage 'Muizenberg' in het bijzonder. Bovendien is een beschrijving
gegeven van de waarnemingsgebouwtjes, waarvan de vorm en het materiaal aan
door het klimaat en de passaatwind bepaalde eisen moesten voldoen.
Na een beschrijving van het, bij de andere instrumenten vergeleken oude,
meridiaandoorgangsinstrument van Pistor en Martins en de hieraan
aangebrachte verbeteringen, waarvan het langs foto-elektrische weg maken van
de contacten en het bijslijpen van de delen van de draaiingsas ter plaatse
van de ondersteuningen de belangrijkste zijn, is uiteengezet hoe de
sterprogramma's werden samengesteld en volgens welke methode de waarnemingen
zijn berekend. Er zijn 178 series waargenomen met in totaal 1742
sterdoorgangen. De inwendige middelbare fout in de klokcorrectie, blijkt
sterk afhankelijk van de geoefendheid van de waarnemer en kan in de laatste
maanden worden gesteld op 4,4 msec voor een serie van 10 sterren. Er werden
waarden afgeleid voor de middelbare fout in de enkele tijdbepaling met een
met de hand bewogen onpersoonlijke micrometer en voor die in de enkele
aflezing van een niveau. De grote waarde van de azimutafwijking van het
instrument blijkt geen invloed te hebben op de geldigheid van de gebruikte
formule van Mayer. Opvallend is de grote verandering van deze
azimutafwijking: ongeveer 48" gedurende 14 maanden. Daar de uitwendige
nauwkeurigheid van de tijdbepalingen gering was, zijn de waarnemingen medio
1958 gestaakt om meer tijd beschikbaar te hebben voor het astrolabium.
Voor het ongetwijfeld belangrijkste programma, namelijk dat met het
astrolabium A. Danjon, zijn de groepsamenstelling en de berekeningswijze van
de waarnemingen uitgebreid beschreven. De 265 waargenomen series (totaal
6539 sterdoorgangen) zijn opnieuw berekend met behulp van een elektronische
rekenmachine en gebruik makend van de nieuwe stercatalogus FK4. Hierbij is
bovendien een intrinsieke verbetering toegepast - de verbetering van de
sterposities die uit de eerste, Curaçaose berekening volgde - en zijn enige
correcties aangebracht voor onder andere de op getreden verandering met de
tijd van de instrumenthoogte. Om de resultaten van verschillende groepen te
kunnen vergelijken zijn groepcorrecties berekend volgens de zgn.
kettingmethode. De inwendige middelbare fouten in de geografische breedte en
de klokcorrectie zijn gelijk aan 0",04; de uitwendige nauwkeurigheid is
slechts weinig geringer - dit in tegenstelling tot de meridiaanwaarnemingen.
Voor elke waarnemer afzonderlijk is de verandering van de breedte,
voornamelijk een gevolg van de poolbeweging, bepaald. De variatie van deze
breedte zal in internationaal verband worden gebruikt voor een nauwkeurige
bepaling van de poolbeweging. Met reeds bekende waarden van de poolbeweging
is de Curaçaose breedtevariatie onderzocht, waaruit is gebleken dat de
breedte van de plaats van waarneming in 1958 ongeveer 0",10 is afgenomen;
dit kan een gevolg zijn van een richtingsverandering van de verticaal, een
verplaatsing van het station van 3 meter naar het zuiden of van
systematische waarnemingsfouten.
Beschreven is het doel van de waarnemingen met de maancamera van W.
Markowitz, de werking van deze camera, de op Curaçao gevolgde
waarnemingsmethode en de afwerking van de opnamen voor zover deze ter
plaatse is uitgevoerd. Ondanks enige moeilijkheden konden 36 geslaagde paren
opnamen naar het Naval Observatory te Washington worden verzonden, waar zij
met die van andere stations zullen worden uitgemeten.
Een zeer belangrijke taak van het Curaçaose station was de werking als
tijdelijk TIJDstation; de resultaten werden overeenkomstig deze hoedanigheid
gebruikt door het Bureau International de l'Heure (BIH) te Parijs. De
hiermee verband houdende werkzaamheden bestonden onder andere uit het
bepalen van een voorlopige universele tijd in het systeem UT-2 uit de
meridiaan- en astrolabiumwaarnemingen, het vergelijken van de drie
kwartsklokken en het ontvangen en verwerken van zoveel mogelijk radio-tijdseinen.
De methoden en de gebruikte apparaten zijn beschreven. Van de kwartsklokken
is de nauwkeurigheid onderzocht. Nauwkeurigheidscijfers, berekend door het
BIH, getuigen van de goede kwaliteit van de tijdwaarnemingen en de ontvangst
van de tijdseinen. Onafhankelijk van dit 'routine'- werk, waarvan de
resultaten maandelijks naar Parijs werden opgestuurd, is voor beide
instrumenten de waargenomen tijdvariatie ten opzichte van een atoomtijd
bepaald. De grotere nauwkeurigheid van de astrolabiumwaarnemingen blijkt
hier duidelijk. Met reeds voldoende nauwkeurige waarden van de poolbeweging
en de progressieve verandering van de omwentelingssnelheid van de aarde is
de tijdvariatie uit de astrolabiumwaarnemingen onderzocht: een
richtingsverandering van de verticaal of een verplaatsing van het station in
oost-west richting lijkt niet waarschijnlijk. Voor de beide instrumenten
zijn gemiddelde waarden van de geografische lengte voor de periode 1
augustus 1957 tot 1 januari 1959 berekend.
Uit herhaalde waarnemingen van dezelfde ster kunnen de sterposities worden
verbeterd. Uit de meridiaanwaarnemingen zijn de correcties ∆α van 183
sterren en de correcties ∆αδ, berekend ten opzichte van de FK3R-catalogus; het
zijn benaderde waarden, daar geen groepcorrecties konden worden aangebracht.
Uit de astrolabiumwaarnemingen zijn van 106 sterren de correcties ∆α, van 70
sterren de correcties ∆δ en de correcties
∆αδ, ∆δδ,
∆αα en
∆δα bepaald in het systeem FK4. De
waarden van ∆αδ voor beide soorten waarnemingen komen goed overeen, behalve voor
de noordelijkste sterren, waarvoor uit de astrolabiumwaarnemingen onjuist
blijkt te zijn. Bovendien is het onwaarschijnlijk dat in het gebied tussen
de rechte klimmingen 12 en 20 uur vrijwel uitsluitend positieve waarden
voorkomen van de correcties ∆α, zoals uit de astrolabiumwaarnemingen zou
volgen; er zij op gewezen dat de verbinding van de 12 groepen, van wezenlijk
belang voor deze correcties, niet nauwkeurig kon worden bepaald, omdat door
de ongunstige weersomstandigheden vaak niet meer dan één serie op een avond
kon worden waargenomen.
Er zijn twee verschijnselen onderzocht die beide verband houden met de
verandering van de waarnemingshoogte van het astrolabium: de negatieve
residuen van de eerste sterren die op een avond worden waargenomen en de
afneming van de straal van de positiecirkel gedurende enige series op een
avond. Nadat verschillende mogelijkheden werden onderzocht, kon zowel
theoretisch als proefondervindelijk worden aangetoond dat beide
verschijnselen worden veroorzaakt door veranderingen van het thermische
evenwicht in het gelijkzijdig, driehoekig prisma, dat de waarnemingshoogte
van het instrument bepaalt. Deze veranderingen treden op, indien het
verschil tussen de temperatuur van de vóór- en achterkant van het prisma –
beïnvloed door de temperatuur van respectievelijk de lucht in het
waarnemingsgebouwtje en het instrument - verandert. De genoemde
verschijnselen kunnen dan ook worden vermeden door het prisma enige tijd
voor het begin van de waarnemingen op het instrument te plaatsen en tijdens
het waarnemen het verschil tussen de temperatuur van de lucht en het
instrument constant te houden. Voor de berekening van de groepcorrecties in
de straal van de positiecirkel uit twee na elkaar waargenomen series is
gebruik gemaakt van de genoemde verklaring voor de systematische afneming
van deze straal op een avond.
Bij de tijd- en breedtebepalingen met het astrolabium zijn persoonlijke
verschillen opgemerkt, die voor de waarnemers Rolff en Scheepmakers
respectievelijk 08,005 en 0",006 bedragen. De persoonlijke verschillen
traden weliswaar oorspronkelijk alleen bij de Curaçaose waarnemingen op,
maar zij bleken later ook bij de waarnemingen op de Parijse sterrenwacht
voor te komen. Het verrichte onderzoek naar
de oorzaak van de verschillen heeft niet tot een bevredigende verklaring
geleid. De reeds eerder genoemde overwegend negatieve waarden van ∆αδ
voor de
noordelijkste declinatiezone blijken een gevolg te zijn van negatieve
residuen in het noordoosten. Voor de verklaring van deze negatieve residuen
zijn twee mogelijkheden gegeven.
Inhoudsopgave
Inleiding 1
1. De inrichting van het station 2
2. Waarnemingen met het meridiaandoorgangsinstrument 7
3. Waarnemingen met het astrolabium 17
4. Waarnemingen met de maancamera 35
5. Tijd- en lengtebepalingen 40
6. Verbetering van de stercoördinaten 54
7. Verklaring van de hoogte-verandering met de tijd bij de
astrolabiumwaarnemingen 63
8. Onderzoek van enige afwijkingen bij de astrolabiumwaarnemingen 78
Samenvatting 86
Résumé en français 89
Literatuurlijst 119
Annexen 120
Sommaire
Les six premiers chapitres donnent une description et une analyse des
observations faites à Curaçao pendant l'Année Géophysique Internationale
1957-1958: établissement de la station, observations avec la lunette
méridienne, l'astrolabe et la caméra lunaire, détermination de l'heure et
amélioration du catalogue fondamental. Dans les chapitres 7 et 8 on a étudié
quelques anomalies, constatées pour les observations avec l'astrolabe.
Quant à l'établissement de la station on précise le personnel et
l'équipement et on donne une description des abris pour les instruments.
Avec la lunette méridienne de Pistor et Martins on a observé 178 séries,
représentant 1742 passages. La précision des observations est fortement
dépendante de l'habileté de l'observateur: dans les derniers mois l'écart
quadratique moyen interne sur la correction de l'horloge d'une série de 10
étoiles est égal à 4'4 msec. Comme la précision externe était très faible,
on n'a plus fait d'observations dans la deuxième moitié de 1958, pour avoir
davantage de temps pour l'astrolabe. On a calculé des écarts quadratiques
moyens d'un enregistrement isolé avec le micromètre impersonnel et d'une
lecture isolée des niveaux. On a montré que les valeurs élevées de la
correction de l'azimut n'affectent pas la correction de l'horloge.
Les 265 séries, représentant 6539 passages, observées avec l'astrolabe A.
Danjon, ont été recalculées à l'aide d'une calculatrice électronique en
appliquant entre autres des corrections de lissage interne et des
corrections pour l'effet de rang. Le raccordement des groupes a été effectué
d'après la méthode des observations en chaîne. Les écarts quadratiques
moyens internes sur la latitude et le temps équivalent à 0",04; la précision
externe est à peine plus faible. On a déterminé la variation de la latitude.
Une étude de cette variation a montré un changement de la latitude d'environ
0",10 au sud pendant l'année 1958; ce changement est causé soit par des
effects locaux soit par des erreurs systématiques d'observation.
Avec la caméra lunaire de W. Markowitz on a pris 36 paires de photos bien
réussies, qui ont été envoyées à Washington, où l'interprétation serait
effectuée.
La station de Curaçao a fonctionné comme un service horaire temporaire, et
ses résultats ont été utilisés par le Bureau International de l'Heure à
Paris. La qualité des observations et de la réception des signaux horaires,
calculée par le B.I.H., est bonne. Pour la lunette méridienne et l'astrolabe
on a déterminé les variations de l'heure observée par rapport à un temps
atomique; la meilleure précision de l'astrolabe est évidente. La variation,
déduite des observations avec l'astrolabe a été étudiée en retirant le
mouvement du pôle et la variation progressive de la rotation de la Terre: il
semble qu'il n'y a pas d'effets locaux. Pour la période 1 août 1957 - 1
janvier 1959 on a réduit les longitudes moyennes des deux instruments.
D'après les observations méridiennes on a calculé des valeurs approximatives
des erreurs ∆α de 183 étoiles et des erreurs systématiques ∆αδ par rapport au
FK3R; les groupes ne pouvaient pas être raccordés. D'après les observations
avec l'astrolabe on a pu calculer ∆α de 106 étoiles et ∆δ de 70 étoiles, ainsi
que les erreurs systématiques
∆αδ, ∆δδ,
∆αα et
∆δα par rapport au FK4. La valeur calculée de
da, des étoiles les plus au nord n'est pas juste. Probablement à cause du
raccordement des groupes on trouve un fuseau d'ascensions droites de 12h à
20h avec des valeurs trop positives de ∆α.
On a montré que les résidus négatifs des premières étoiles et la diminution
du rayon du cercle de hauteur pendant la nuit, constatés pour les
observations avec l'astrolabe, ont été causés par le changement du gradient
de la température dans le prisme équilatéral. Afin d'éviter les erreurs
citées, il faut placer le prisme sur l'instrument au moins une demi-heure
avant le début des observations et garder constante la différence de
température entre l'air et l'instrument pendant les observations. Pour la
détermination des corrections de raccordement en rayon on a tenu compte de
la cause citée du changement systématique du rayon entre deux groupes
consécutifs.
Pour les observations avec l'astrolabe on a constaté des écarts personnels
en temps comme en latitude, qui équivalent à 08,005 et 0",06 pour les
observateurs Rolff et Scheepmaker. Ces écarts ne sont pas des exceptions:
ils se produisent également à l'Observatoire de Paris. L'étude effectuée n'a
pas conduit à une explication satisfaisante. Quant à la valeur anormale de ∆αδ, déduite des observations avec l'astrolabe et citée plus haut, elle a été
causée par des résidus négatifs dans le nord-est. Pour expliquer cet effet
on a émis deux hypothèses.
Table des matières
Sommaire 91
Introduction 92
1. L'établissement de la station 92
2. Observations avec la lunette méridienne 93
3. Observations avec l'astrolabe 96
4. Observations avec la caméra lunaire 101
5. Détermination de l'heure et de la longitude 102
6. Détermination d'erreurs du catalogue 104
7. Explication de la variation de la hauteur en fonction du temps, constatée
dans les
observations avec l'astrolabe 108
8. Étude des quelques anomalies. Constatées dans les observations avec
l'astrolabe 115
Bibliographie 119
Annexes 120