Wyznaczanie współrzędnych geograficznych miejsca obserwacji na podstawie obserwacji górowania wybranej gwiazdy za pomocą teodolitu.

1.  Narzędzia

Niezbędny jest precyzyjny teodolit, stoper, latarka ręczna oraz źródło czasu z dokładnością do sekundy. To ostatnie może być internetowe, np ze strony http://tycho.usno.navy.mil/cgi-bin/timer.pl.

2.  Przygotowanie do obserwacji

Koniecznie trzeba zapoznać się z obsługą teodolitu i procedurą jego ustawiania przed obserwacjami. Warto też zapoznać się z obsługą stopera, żeby w trakcie obserwacji nie zatrzymać przypadkowo jego chodu.

2.1  Zapoznanie z obsługą teodolitu

Teodolit posiada:

• lunetkę z krzyżami nici i regulacją ostrości;
• statyw z precyzyjnymi podziałkami kątowymi na kołach na osi azymutalnej i wysokości;
• wzierniki optyczne pozwalające precyzyjnie odczytać podziałkę na kołach;
• poziomice (libele) z bąbelkiem powietrza i regulacją ustawienia;
• aretaże (blokady ruchu) na obydwu osiach oraz śruby pozwalające wykonywać drobne ruchy (mikroruchy);
• również pionowe koło z podziałką posiada mikroruchy do regulacji;
• trzy nóżki o regulowanej wysokości u podstawy;
• statyw trójnożny;

2.2  Poziomowanie teodolitu

1. Ustawić stabilnie statyw na ziemi i przymocować do niego teodolit.

2. Ustawić najniższą libelę nad jedną z nóżek teodolitu i regulując wysokość pozostałych dwóch nóżek ostawić poziom.

3. Obrócić teodolit w poziomie o 180 stopni i sprawdzić, czy libela nadal wskazuje poziom. Jeśli wskazuje, to można przejść do punku 5, jeśli nie wskazuje to znaczy, że sama libela wymaga regulacji i należy przejść do punktu 4.

4. Libelę reguluje się za pomocą pokrętła na jednej z jej stron za pomocą metody prób i błędów. Najpierw kręcimy nieco pokrętłem regulacyjnym od libeli, potem poziomujemy teodolit jak w punkcie 2 i potem sprawdzamy czy po obrocie o 180 stopni libela nadal pokazuje poziom. Jeśli tak to regulacja jest zakończona, jeśli nie to należy próbować dalej. Oczywiście uważny użytkownik szybko zorientuje się, w którą stronę należy regulować libelę i po wykonaniu kilku prób powinno się dać ją ostawić.

5. Po wypoziomowaniu teodolitu na osi "nad jedną nóżką" należy przejść do poziomowania w osi prostopadłej, a więc obrócić teodolit w poziomie o 90 stopni. Dwie nóżki, których używaliśmy do regulacji poprzednio należy zostawić a poruszać jedynie pozostałą, trzecią nóżką aż libela pokaże idealny poziom. Dla sprawdzenia ustawienia warto potem obrócić teodolit o 180 stopni. Libela powinna nadal pokazywać poziom. Jeśli nie pokazuje to znaczy, że nie jest ustawiona poprawnie i należy ją wyregulować, tak jak to opisane w punkcie 4.

6. Po ustawieniu teodolitu idealnie w poziomie (oś obrotu w azymucie powinna być idealnie w pionie). Należy więc przejść po wypoziomowania skali wysokości. Zaczynamy od sprawdzenia czy libela umocowana na pionowym kole z podziałką (wskazującym odległość zenitalną) nie wymaga regulacji. Wystarczy wypoziomować koło za pomocą mikroruchów, a potem obrócić teodolit w azymucie o 180 stopni i sprawdzić czy libela nadal wskazuje poziom. Jeśli nie wskazuje to trzeba ją wyregulować, analogicznie jak w punkcie 4. Po regulacji ustawiamy libelę koła odległości zenitalnej dokładnie w poziomi i więcej już nim nie obracamy.

7. W tym momencie możemy przyjąć, że teodolit jest prawidłowo ustawiony i pozwoli odczytać wiarygodne wartości odległości zenitalnej.

3.  Obserwacje

Należy wybrać jasną gwiazdę, która będzie górowała co najmniej godzinę po rozpoczęciu obserwacji. Dla wygody warto wybrać gwiazdę o wysokości nad horyzontem podczas górowania między 30 a 45 stopni. Niższe gwiazdy mogą być zasłonięte przez drzewa w parku, wyższe trudno się obserwuje, gdyż teodolit nie jest przystosowany do obserwacji obiektów wysoko nad horyzontem.

Obserwacje polegają na notowaniu czasu i wysokości nad horyzontem wybranej gwiazdy co 5-10 minut. Pomiary należy wykonywać od co najmniej 30 minut przed górowaniem do co najmniej 30 minut po górowaniu gwiazdy. Łącznie powinno ich być ok 10-15.

Pojedynczy pomiar wymaga trochę treningu. Należy bowiem obserwować przez chwilę gwiazdę w teodolicie i śledzić po jakim torze przesuwa się w polu widzenia lunety. Następnie należy ustawić lunetę w punkcie w którym gwiazda znajdzie się za 10-20 sekund i zablokować aretaże w obydwu osiach teodolitu. W momencie w którym gwiazd znajdzie się dokładnie w centrum krzyża nici, należy zatrzymać stoper (ale tak by nie przerwać jego chodu w tle) i odczytać z dokładnością do sekundy moment czasu, a potem odczytać z maksymalną dokładnością na jaką pozwala podziałka teodolitu odległość zenitalną gwiazdy. Jeśli gwiazda przesunie się inaczej niż przewidzieliśmy i minie środek krzyża nici w lunetce wówczas pomiar jest niedokładny i należy go odrzucić i powtórzyć.

Przed obserwacjami należy oczywiście uruchomić stoper i zanotować z dokładnością do sekundy moment jego uruchomienia (zgodnie ze wskazaniami GPS lub odpowiedniej strony www). Po obserwacjach warto kontrolnie zanotować moment zatrzymania stopera by sprawdzić czy błąd jego chodu w trakcie obserwacji był większy niż sekunda. Jeśli był większy to należy odpowiednio poprawić wszystkie odczyty w trakcie obserwacji.

4.  Analiza

Z wykonanych pomiarów wykonujemy wykres w programie Grace. Na osi poziomej powinien znajdować się moment czasu, na pionowej wysokość nad horyzontem. Moment czasu warto przeliczyć na datę juliańską (JD). Następnie w programie Grace należy wykonać dopasowanie paraboli do wyrysowanych punktów i odczytać współczynniki a, b, c paraboli. Dopasowanie należy powtórzyć kilkakrotnie za każdym razem usuwając jeden z punktów pomiarowych. Z zebranych w ten sposób współczynników a, b, c należy wyznaczyć odchylenie standardowe każdego z nich, które będzie naszym szacunkiem niepewności pomiarowych.

Ze współczynników a, b, c należy wyznaczyć współrzędne x, y punktu wierzchołka paraboli oraz ich niepewności. x będzie momentem górowania gwiazdy, y wysokością nad horyzontem w momencie górowania. Z tych danych należy wyznaczyć współrzędne miejsca obserwacji, korzystając z czasu gwiazdowego w Greenwich oraz rektascencji i deklinacji wybranej gwiazdy podawanych przez program xephem.

Należy pamiętać, żeby korzystać ze współrzędnych gwiazdy wyznaczonych na epokę daty obserwacji oraz czasu gwiazdowego liczonego dla południka 0 stopni (Greenwich). Wszystko to można zrobić za pomocą programu xephem.