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 1 tot 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 ∆α_δ, 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 ∆α_δ, ∆δ_δ,  ∆α_αen ∆δ_α bepaald in het systeem FK4. De waarden van ∆α_δvoor 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 ∆α_δ 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

• De inrichting van het station 2
• Waarnemingen met het meridiaandoorgangsinstrument 7
• Waarnemingen met het astrolabium 17
• Waarnemingen met de maancamera 35
• Tijd- en lengtebepalingen 40
• Verbetering van de stercoördinaten 54
• Verklaring van de hoogte-verandering met de tijd bij de astrolabiumwaarnemingen 63
• 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 ∆α_δ 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 ∆α_δ, ∆δ_δ,  ∆α_αet ∆δ_α 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 ∆α_δ, 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

• L'établissement de la station  92
• Observations avec la lunette méridienne  93
• Observations avec l'astrolabe  96
• Observations avec la caméra lunaire  101
• Détermination de l'heure et de la longitude  102
• Détermination d'erreurs du catalogue  104
• Explication de la variation de la hauteur en fonction du temps, constatée dans les

• observations avec l'astrolabe  108
• 8. ude des quelques anomalies. Constatées dans les observations avec l'astrolabe  115
• Bibliographie  119
• Annexes  120