Однако спрашивается, для чего нужны звездные каталоги? Только ли для определения собственных движений звезд, а в таком случае для чего нужно само это определение? Мы упомянули о фундаментальной важности звездных каталогов для астрономии. Эта важность следует прежде всего из значения каталогов для практических применений астрономии. Геодезист при производстве съемок для составления подробных географических карт, путешественник или исследователь полярных стран, а также штурман корабля или самолета для определения своего местоположения производят астрономические наблюдения, состоящий в измерении специальными инструментами угловых высот светил над горизонтом или в определении моментов прохождения звезд через меридианы. Чтобы найти из таких наблюдений точное местное время и географические координаты — широту и долготу, необходимо знать астрономические координаты — прямое восхождение и склонение наблюденных светил для момента наблюдений. Вот для этого и требуются звездные каталоги, из которых берутся исходные значения этих координат для эпохи каталога, а затем вычисляется влияние прецессии, нутации, аберрации и собственного движения наблюденной звезды и получают искомые значения этих координат для момента наблюдений. Чем точнее положения звезд даны в каталоге, тем точнее будут геодезические съемки, тем точнее составленные на их основании географические карты.
Но собственные движения звезд представляют большой интерес и сами по себе. Во-первых, их анализ позволяет установить направление и скорость движения всей солнечной системы в пространстве относительно окружающих звезд. Во-вторых, собственные движения дают указания на распределение звезд в пространстве и на строение звездной системы — нашей Галактики. Наконец, собственные движения позволяют выявить и исследовать такое фундаментальное явление, как общее вращение всей Галактики, в котором принимает участие и наше Солнце со своей семьей планет.
Учитывая огромное значение звездных каталогов для астрономии, В. Я. Струве поставил их составление основной задачей новой обсерватории. Для наилучшего выполнения этой задачи он разработал техническое задание и заказал в Германии специальные инструменты.
Поясним принципы определения положений звезд для составления звездного каталога. Мы уже сказали, что положение звезды задается двумя координатами: прямым восхождением и склонением. Обе координаты определяются во время прохождения звезды через меридиан: прямое восхождение находится по моменту времени, в которое звезда при вращении небесного свода (то есть в сущности вследствие вращения земного шара вокруг своей оси) пересекает меридиан, или, как говорят, кульминирует. Склонение получается из измерений в градусах высоты звезды над горизонтом в тот же момент кульминации.
Для этих наблюдений служит особый инструмент, называемый меридианным кругом. Его зрительная труба может вращаться вокруг горизонтальной оси и всегда направлена в плоскости меридиана. С трубой скреплен круг, имеющий мелкие и очень точно нанесенные деления. Деления эти отсчитываются при помощи двух или четырех микроскопов, что позволяет определить угловую высоту оптической оси трубы над горизонтом с точностью до долей секунды дуги. При прохождении звезды через меридиан, с которым совпадает паутинная нить, натянутая в поле зрения трубы, наблюдатель отмечает по часам соответствующий момент, который послужит для определения прямого восхождения; установив трубу точно на высоту звезды, он при помощи микроскопов отсчитывает ее склонение по кругу. Таким образом, меридианный круг позволяет определить обе координаты звезд одновременно.
Однако Струве отказался от такого совместного определения прямого восхождения и склонения светил и избрал способ их раздельного определения. Для этого им были заказаны два разных инструмента — большой пассажный инструмент для определения прямых восхождений и вертикальный круг — для склонений. Выгода этого заключается в том, что внимание наблюдателя не раздваивается, а полностью концентрируется на одной задаче; наблюдатель может полнее изучить свой инструмент и лучше овладеть техникой наблюдения, что повышает точность определения координат.
О том, насколько это было достигнуто, свидетельствует крупнейший американский ученый Ньюкомб, который писал: «Особым намерением Струве было введение новой эры в астрономические определения, соединяя в большом масштабе качества наиболее точных инструментов, которые искусство могло создать, с умением наиболее опытных наблюдателей. Было найдено, что когда последние уделяли наиболее тщательное внимание исключению всех источников ошибок, была достигнута такая степень совершенства в их работе, которая была недоступна рутинным наблюдателям... Одно наблюдение Пулковским вертикальным кругом в руках Петерса имело такую же цену, как двадцать, тридцать и даже сорок наблюдений, произведенных меридианным кругом рутинными наблюдателями». И дальше: «Две великих обсерватории, Гринвич и Пулково, своими богатыми ресурсами, превосходством своих инструментов и постоянством своего направления, заняли ведущее место в получении материала для фундаментальных данных астрономии».