天体基本参量及测量方法

《天体基本参量及测量方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《天体基本参量及测量方法（93页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、天体基本参量及其测量方法,天体基本量:包括天体在空间的位置、距离、运动速度、大小、质量和光度等。 一、天体位置及其测定 二、天体距离的测定 三、天体运动速度测定 四、天体质量的测定 五、天体光度测定,一、天体在空间位置及其测定,1、天球、天球坐标系 2、天球坐标系及其应用 3、天球参考系的实现 4、天文参考系,一 )、天文参考系,天文参考系：包括两个相互关联又各自独立的天球参考系和地球参考系。 天球参考系:是以一组恒星在某一历元t时的天球赤道坐标系中的位置来具体实现的，即给出历元t时：北天极、天赤道、春分点在天球上的位置。 地球参考系:是以地面一组台站的地理坐标()实现的,即给出某一历元t时地

2、球北极、地球赤道、经度起算点在地球表面上的位置。,历元t时天球赤道坐标系图,天球参考系： 1、它是以天球赤道坐标系形式给出的，所以首先需要定义一个天球赤道坐标系。 2、天球参考系应是一个实体。满足天文学观测与研究需要。它是通过一组恒星在赤道坐标系中位置即某一历元t恒星的赤经和赤纬值实现的。,天球参考系的建立流程图,太阳和行星观测 恒星位置精确测定 相对河外星系测恒星 赤道和分点改正 原始星表(t) 恒星自行系统改正 基本坐标系(T) 精确测定岁差常数值 天球惯性参考系( T。),二 )、天球和天球坐标系,1、天球和天球上的基本点、圈 2、天球坐标系 3、天体观测位置的归算 4、天体位置历表的编

3、制,1、天球和天球上的基本点、圈,天球：以任意点为圆心，以任意长为半经的球。 基本点和基本圈： 天顶和真地平圈、 天极和天赤道、 天子午圈和四方点、 天黄极、天黄道和春分点,天球图,1）、天顶和真地平圈：当地的铅垂线方向延长与天球相交，观测者头顶方向那个交点即为天顶。距天顶90的大圆称为真地平圈。,2）、天极和天赤道：地球自转轴的延长线称为天轴。天轴与天球相交两点，地球北极往外延伸与天球相交那点为北天极P（另一点为南天极）。地球赤道往外延伸与天球所截的大圆为天赤道。天赤道到天极为90 。,3）、天子午圈和四方点：天顶和天极所在的大圆称为天子午圈。天子午圈与真地平圈相交两点，靠近北天极的那点是北

4、点，用N表示。和北点相对的那点为南点，用S表示。,在真地平圈顺时针量，距北点和南点各90的地方对应的点分别是东点（E）和西点（W）。,4）、天黄极、黄道和春分点：地球公转轨道面往外延伸与天球所截的大圆为黄道。过天球的中心作垂直于黄道面一条直线，该直线与天球相交两点，靠近北天极那点为北黄极（靠近南天极那个交点为南黄极）。春分点则是天赤道与黄道二交点之一，春分日那一天太阳由南半天球进入北半天球经过的交点为春分点（春分点也称为升交点）。另一点则称为秋分点。 5 )、天球中心通常取：观测者、地心、日心。,2、天球地平坐标系(观测时使用),取：天顶为基本极、真地平为基本圈的天球坐标系称为天球地平坐标系。

5、坐标系零经度起算点为北点N。天体的位置：用方位角A和地平高度h来描述。 天球地平坐标系的建立，依赖观测者所在地的铅垂线方向，不同地点的铅垂线方向不同，因此，天球地平坐标系具有地方性。,天球地平坐标系,天极P的地平高度与当地地理纬度,由图可见：Z0 Q （地理纬度） P 0 E = h（天极的地平高度） 如果这两个角相等，则有天极的地平高度h 等于当地地理纬度 （证明：两条边相互垂直的角相等）,3、天球时角坐标系(观测时使用),取天极为基本极、天赤道为基本圈、零经度起算点为天赤道与天子午圈二交点之一，靠近南点S那个交点Q，该坐标系称为天球时角坐系。 天体在时角坐标系中位置用时角t和赤伟表示。 天

6、球时角坐标系的时角t起算点依赖天子午圈，观测地的地理经度不同，天子午圈也不同，时角坐标系也具有地方性。,天球时角坐标系,4、天球赤道坐标系(历表使用),取天极为基本极、天赤道为基本圈、春分点为基本点，该坐标系称为天球赤道坐标系。 天体在天球赤道坐标系中位置用:赤经和赤伟来描述。 天球赤道坐标系的两个量赤经和赤伟均与观测地点无关，不具地方性。,天球赤道坐标系,春分点的时角与天体的赤经、时角间关系,两个结论： 一、以小时表示的春分点的时角t，在数值上等于任意天体的时角t和赤经之和。 即有： 春分点时角t = 任意天体（赤经+时角t ） 进一步可以导出: 二、以小时表示的春分点时角t在数值上等于当地

7、地方恒星时S。,赤道坐标系与时角坐标系,5 、天球黄道坐标系(历表使用),取黄道为基本圈，黄极为基本极，春分点为基本点，该坐标系为天球黄道坐标系； 天体在黄道坐标系中的位置用：黄经和黄伟来表示； 天球黄道坐标系与观测地无关；,黄道坐标与赤道坐标,天体赤纬和天顶距Z与观测点纬度间的关系图,在纬度处天体的天顶距z与赤纬关系,A:天体上中天时(上中天:是指天体在天极以南过天子午圈时刻) 在天顶以南上中天 Z= - 在天顶以北上中天 Z= - B:天体下中天时(下中天:是指天体在天极以北过天子午圈时刻) Z= 180-(+),6 、天球银道坐标系(历表使用),以银极为基本点,银道为基本圈,以银心方向为

8、经度起算点建立的天球坐标系.经度逆时针量为正,天体在银道坐标系中用银经L和银纬b表示. 北银极的赤道坐标值为: =12时49分, =2724 (1950.0);银道与天赤道交角为6236;银心方向的赤道坐标值为: =17时42.4分, =-2855(1950.0);银道升交点的赤经为:28215;银经为:33 时00分(1950.0),7 、 天球坐标系间转换与应用,天球地平坐标系和时角坐标系因为具有地方性，在天文观测中，天文望远镜的跟踪装置一般均采用地平装置和赤道装置（时角坐标系）； 赤道坐标系和黄道坐标系因为和观测地点无关，因此，它们在天文历表中使用； 几种天球坐标系之间可以互相转换，转换

9、公式详见天文学教程（2003年高教出版社）；,8、空间直角坐标系建立,现代计算技术需要矢量计算，天体、星系的距离测定是研究观测到的宇宙的大小一个关键的基本参数。 天文参考系的建立需要由选定的一组恒星坐标来具体实现，因此需要对恒星观测位置进行一系列必要修正,以消除各种误差的影响。,需要知道天体到地心、日心的距离,三 )、天体观测位置的改正方法,天体观测位置为什么要改正?即由t时天体的观测位置求定向历元T时天体的平位置方法： 历元（T）平位置观测位置(t)大气折射改正周日（视差、光行差改正）周年（视差、光行差改正）章动改正(t)岁差(T-t)自行(T-t)； 备注：天体观测位置（t）对应地面天球坐

10、标系；加周日视差改正后，坐标系原点移到地心；加周年视差改正后，坐标系原点移到日心（太阳系质心）；,1 、 大气折射改正,由于地球周围大气的影响，使地球上观测者看到天体的天顶距Z比没有大气时缩短了，或者说天体的地平高度增加了。 公式：Z Z 为大气折射改正值 天体提前升起，推迟下降。 光学、激光、雷达、射电干涉测量都要改正。,大气折射示意图,2 、 天体视差和视差位移,天体的周日视差改正,天体的视差现象: 是由于观测者在空间位置不同引起的观测同一天体方向的变化；观测者空间位置不同是由于观测者随地球自转、公转及银河系运动；,地平视差（周日视差最大时）：天体对地球赤道半径a的张角。 地面观测者（地面

11、坐标系），观测的结果经过周日视差改正后，将观测结果化到地心坐标系。 周日视差：代表天体到地心的距离（以地球赤道半径为单位的地心距离）,天体的周年视差改正,周年视差：天体对地球绕太阳运动轨道半长径a的张角。 周年视差代表天体距太阳系质心的距离即到日心的距离。（它是以天文单位AU为单位的日心距离）,周年视差示意图,观测天体的位置经过周年视差改正后，天体的地心位置转换到太阳系质心(日心)坐标系的位置。,3 、天体的光行差现象,因观测者在空间具有运动速度,在光速C是有限值的情况下,造成的观测天体方向（位置）的差异，称为天体的光行差现象。 观测者在空间具有的速度：随地球自转具有的周日运动速度；随地球公转

12、具有的周年运动速度；随银河系转动具有的长期运动速度。 光行差分为两大类：恒星光行差和行星光行差。,1 ）、恒星光行差及其改正,恒星光行差是不考虑天体本身在空间的运动速度V，（即不考虑光线传播所需要时间光行时）在光速C为有限值情况下，只是由观测者在空间具有运动速度 造成的天体光行差象。 恒星等一类天体可以不考虑光行时 。 恒星光行差又分为：恒星周日光行差（周日运动速度）、恒星周年光行差（周年运动速度）和长期光行差。,2 )、行星光行差及其改正,行星光行差：光速C为有限值，观测者在空间具有一定速度 ，同时还要考虑光线传播所需要的时间光行时（即要考虑天体本身的运动速度V）情况下的天体光行差现象（用于

13、观测行星时改正）。 改正量：t时天体的视位置或视方向（看到的）等于t-时天体真位置或真方向。,行星光行差示意图,4 、 岁差和章动,在外力（太阳、月球、行星）的作用下，地球自转轴在空间绕黄极方向顺时针（从北黄极看）运动，运动速度为50.37/年，其中长周期即运动周期为25800年的平均运动称为：岁差。 相对平均运动的短周期（最大周期18.6年）的摆动，称为章动。,岁差和章动：引起各地所见的星空状况发生变化，如：6000年前我国许多地区可见到南十字座，现在只在海南岛可见。引起春分点在天球上西移，速度为：50.24/年，所有天体的坐标发生变化。 由于春分点运动方向与太阳周年视运动方向相反，这就是造

14、成回归年比恒星年短的原因。,1 ）、岁差和章动的描述,平天极P：只有岁差运动的天极，称为平天极。 真天极P：任意时刻t天极的实际位置，称为真天极。 真天极P相对平天极P的运动称为：章动。 真天极P相对平天极P运动的轨迹是个椭圆称为：章动椭圆。章动椭圆的中心是平天极P 。,2 ）、岁差的分类,A、日月岁差：是由日、月引力引起的平天极运动，造成平春分点的西退，但不改变黄极在空间的方向和黄赤交角大小。 日月岁差引起春分点沿着黄道西退,速度是50.24/年，由天文观测得到的。,B、行星岁差：它是由行星对地球公转轨道面摄动形成的，它使黄道面在空间发生变化，造成黄极和黄赤交角发生变化。变化大小是根据理论推

15、导出来的（理论值）。,3 ）、岁差造成平春分点的运动,平春分点在日月岁差的影响下，使得春分点沿着黄道西退，速度为50.38/年（实测值）。 行星岁差使得春分点沿着平赤道朝着赤经减小方向运动，其速度为 0.10553/年（理论值）。 平春分点在日月岁差和行星岁差共同影响下，每年沿黄道西退约50“.3/年。,一回归年：太阳连续两次过春分点的时间间隔为一回归年 （一回归年 = 365.2422平太阳日） 一恒星年：太阳连续两次过黄道上某一固定点的时间间隔为一恒星年 （一恒星年 = 365.2564平太阳日） 回归年和恒星年不等的现象称为岁差,公历(阳历)的历法原则,公历是以一回归为历年的基本单位。历

16、法的原则,一年必须包含日的整数。 公历一年365天,1 3 5 7 8 10 12每月31天。4 6 9 11每月为30天、2月为28天。 4年设置一个润年(凡是公元年数能被4整除的为润年),润年的2月为29天。 为了保持公历年与回归年接近,400年设置97个润年(世纪数不能被4整除的年不设闰年)。 公历年:365(400-97)+36697=146097(天) 回归年:365.2422400=146096.88(天) 一公历年与一回归年相差:0.0003天,4 ）、章动,章动：真天极P绕平天极P。的运动就是章动。 形成章动原因：主要是月球对地球公转运动摄动造成的。章动由若干个周期叠加而成的，其中最大周期为18.6年