[논문 리뷰] Early star catalogues of the southern sky: De Houtman, Kepler (Second and Third Classes), and Halley

F. Verbunt, R. H. van Gent|arXiv (Cornell University)|2011. 04. 05.

Historical Astronomy and Related Studies참고 문헌 7인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 히파르코스 항성 목록과 비교하여 드 후르만(1603), 케플러(1627), 할리(1679)의 초기 현대 남천 항성 목록의 기계 가공 가능한 버전을 제시한다. 분석 결과, 할리의 목록은 위치 오차가 약 ~3′으로 매우 정밀한 것으로 나타났으며, 주로 티코 브라헤의 목록에서 기인한 기준 항성 오차에 의해 지배되었다. 반면 드 후르만과 케플러의 목록은 각각 약 ~40′ 및 ~45′의 더 큰 오차를 보였다.

ABSTRACT

De Houtman in 1603, Kepler in 1627 and Halley in 1679 published the earliest modern catalogues of the southern sky. We provide machine-readable versions of these catalogues, make some comparisons between them, and briefly discuss their accuracy on the basis of comparison with data from the modern Hipparcos Catalogue. We also compare our results for De Houtman with those by Knobel (1917) finding good overall agreement. About half of the about 200 new stars (with respect to Ptolemaios) added by De Houtman are in twelve new constellations, half in old constellations like Centaurus, Lupus and Argo. The right ascensions and declinations given by De Houtman have error distributions with widths of about 40 arcmin, the longitudes and latitudes given by Kepler have error distributions with widths of about 45 arcmin. Halley improves on this by more than an order of magnitude to widths of about 3 arcmin, and all entries in his catalogue can be identified. The measurement errors of Halley are due to a systematic deviation of his sextant (increasing with angle to 2 arcmin at 60 degrees) and random errors of 0.7 arcmin. The position errors in the catalogue of Halley are dominated by the position errors in the reference stars, which he took from Brahe.

연구 동기 및 목표

• 드 후르만, 케플러, 할리의 초기 현대 남천 항성 목록에 대한 접근 가능하고 기계 가공 가능한 버전을 제공하기 위해.
• 현대 히파르코스 자료와의 비교를 통해 이러한 초기 목록의 위치 정확도를 평가하기 위해.
• 특히 드 후르만과 키제르 사이의 관계에 대해 역사적 불확실성을 해결하기 위해.
• 할리의 측정기인 십자자루 측정기의 측정 오차와 그 목록 정확도에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 특히 폴리메이드와 초기 현대 관측자들로부터의 항성들 간의 식별 및 교차 매칭을 식별하기 위해.

제안 방법

• 드 후르만(1603), 케플러(1627년, 제2·제3류), 할리(1679)의 원본 항성 목록 데이터를 기계 가공 가능한 형식으로 디지털화하고 정제하였다.
• 1678년에서 1991.25년 사이의 운동보정을 고려한 위치 매칭을 통해 다양한 목록 간 항성의 교차 식별을 수행하였다.
• 우주선, 천위, 경도, 위도의 오차 분포를 계산하여 체계적 및 무작위 측정 오차를 평가하였다.
• 오차 잔차에 정규분포를 적합시켜 정밀도를 정량화하였으며, 표준편차 σ ≈ 40′(드 후르만), σ ≈ 45′(케플러), σ ≈ 3′(할리)를 도출하였다.
• 히파르코스 자료를 활용해 할리의 기준 항성에 대한 각도 측정을 분석하여 체계적 오차와 무작위 오차 성분을 분리하였다.
• 특히 티코 브라헤의 목록에서 기인한 기준 항성 오차가 할리 목록의 최종 위치 정확도에 미치는 영향을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 히파르코스 자료와 비교했을 때, 드 후르만의 1603년, 케플러의 1627년, 할리의 1679년 남천 항성 목록의 항성 위치 정확도는 어느 정도인가?
• RQ2 할리의 십자자루 측정기 측정이 전체 오차 예산에 얼마나 기여했으며, 기준 항성 위치의 역할은 무엇이었는가?
• RQ3 드 후르만의 목록과 1595년 에르스키프바르트 항해에서 기록된 피터 디르크스 키제르의 이전 관측 간의 관계는 무엇인가?
• RQ4 왜 일부 항성, 특히 폴리메이드의 아르고 31번은 밝기 일관성이 유지됨에도 불구하고 할리 목록에서 높은 위치 불확실성을 보이는가?
• RQ5 드 후르만과 케플러의 목록 간 오차 분포는 어떻게 비교되며, 이는 그 시대의 관측 기법에 대해 무엇을 드러내는가?

주요 결과

• 드 후르만의 목록은 천위와 경도에서 약 40′의 위치 오차 너비를 보이며, 해상에서 사용된 해도계의 사용과 일치한다.
• 케플러의 제2류 및 제3류 목록은 경도와 위도에서 약 45′의 오차 분포 너비를 보이며, 할리보다 낮은 정밀도를 나타낸다.
• 할리의 목록은 경도와 위도에서 각각 약 ~3′의 오차 너비를 달성하여 이전 목록보다 10배 이상 정밀도 향상을 보였다.
• 할리의 측정 오차는 60°에서 약 ~2′로 증가하는 체계적 십자자루 오차에 의해 지배되며, 추가로 약 ~0.7′의 무작위 오차가 있다.
• 할리 목록의 주요 위치 오차 원인은 그의 측정 오차가 아니라, 특히 티코 브라헤의 목록에서 기인한 기준 항성의 부정확성이다.
• 일부 항성에서 높은 위치 불확실성이 있었음에도 불구하고, 할리의 항성 E118은 폴리메이드의 아르고 31번과 강한 일치를 보이며, HIP 44816(V = 2.2)에 해당함을 확인하여 역사적 회의의 여지를 초월한 교차 식별을 확인하였다.