第三章天文观测与天文测量2
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无线电时号天体天顶距法
普通天文学
2、天文纬度测量
2020/8/7
14
cos z sin sin cos cos cos t
• 天体天顶距法测纬度
sin sin cos sin /(tan sect)
令 tan m tan sect
cos z sin sin cos sin
➢ 为航天、航海部门提供高精度的子午基准 ➢ 为现代机场的惯性基准系统建设，提供可靠的地
面参数
普通天文学
天文测量包括
• 天文经度测量 • 天文纬度测量 • 天文方位角测量
2020/8/7
5
普通天文学
1、天文经度测量
2020/8/7
6
• 在同一时刻，两地同一类地方时之差等于 两地的经度之差
• 测定两地的经度之差实质就是测定这两地 在同一瞬间的同一类地方时之差，这就是 天文经度测量的基本原理
普通天文学
第三章 天文观测 和天文测量（2）
主要内容
普通天文学
• 天体的辐射 • 天文观测工具 • 天文测量 • 天体光度测量 • 天体光谱测量 • 其他测量
2020/8/7
2
普通天文学
三、天文测量
2020/8/7
3
• 主要任务：以球面天文学为基础，通过天 文测量仪器，观测宇宙中的天体，确定地 面点的天文坐标，以及地面目标方向的天 文方位角
8
• 任何钟表的表面时不可能与准确时刻完全 一致，某一瞬间的准确时刻与表面时刻之 差，称为钟差(表差) u = 准确时刻 － 表面时刻
• 采用不同类型的准确时刻，表差值也不同 地方平时表差： u = m - X 地方恒星时表差： u* = s – X X为表面时
普通天文学
2020/8/7
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s S u* X (uG* X ) u* uG* m T0 u X (uG X ) u uG
• 天文坐标：天文经度、天文纬度
• 测定天文坐标和天文方位角的工作称为天 文测量
普通天文学
天文测量的应用
2020/8/7
4
• 高精度的一、二等天文测量
经典大地测量中，为国家控制网提供起算数据和 方位控制数据，为研究地球形状和大小提供资料
• 较低精度的三、四等天文测量
➢ 铁路、公路、高压电缆、输油管道等的勘查、设 计和施工
• 通过收录无线电时号，可以求得钟表对格 林尼治地方时表差
s S u* X (uG* X ) u* uG*
m T0 u X (uG X ) u uG
普通天文学
2020/8/7
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如何求本地地方时表差？
• 表差与时角的关系 s=α+t u*=α + t – X
Ｘ为观测天体时所读取的表面时
m、n?
D nZ P
b
普通天文学
2020/8/7
15
m n 当观测天体在天顶以北中天时
m n 当观测天体在天顶以南中天时
m
ZnD m
P
Q
b
Q
N
SN
S
普通天文学
多星等高法
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• 应用特制的等高仪或一般的经纬仪，观测 均匀分布在各象限的若干颗恒星经过同一 等高圈的表面时刻，并在观测前后收录时 号，最后用图解法或解析法可以同时求得 测站的经度和纬度
tan m
sin (sin cos cos m)
sin m
cos z sin m sin sin m cos cos m sin
令 cos n cos z sin m
sin cos n cos(m ), cos n cos( m)
m n 当观测天体在天顶以北中天时
m n 当观测天体在天顶以南中天时
t arccos cos z sin sin cos cos
普通天文学
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uG* :
表面时X
时刻的格林尼治时表差
0
天体观测时刻X的时角:
t arccos cos z sin sin cos cos
表面时刻X的地方时表差：uX * t X
u* uG* , u* uX * ( X X 0 )
结论：测定经度的实质就是测定表差
表差是随时间变化的，不同时刻就有不同的表差。 表速ω：单位时间内表差的变化 ω = (u2 – u1)/(X2 – X1) 表速本身的大小表示钟表的准确程度，表速变化 的大小表示钟表的精密程度。
普通天文学
2020/8/7
10
• 授时台将测定的精确时刻按一定程序发播 一定频率的无线电讯号，以供测量、航运 和科学研究应用，这种表示时间的讯号称 为无线电时号
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Z
A Q
b
O测站
N
M(目标点)
B
普通天文学
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四、天体光度测量
• 简称“测光”，即测量天体的亮度 • 早期只对可见光进行测量，由此得名 • 广义上，应理解为辐射测量 • 测量来自有限波段范围内的辐射流
要通过天文观测求得表差，需要在观测时 读取表面时，还需要测得天体的时角
普通天文学
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天体天顶距法测时角
• 利用天文定位三角形，已知测站纬度和天体的赤 纬，在观测时刻Ｘ测得天体的天顶距ｚ，则：
cos z cos(90 ) cos(90 ) sin(90 ) sin(90 ) cos t
• 注意： (1)两地的地方时必须是同一类地方时；
(2)两地的地方时必须是同一瞬间的
普通天文学
2020/8/7
7
B A tB tA sB sA mB mA mB mA
经度 时角 恒星时 真时 平时
s S m T0
S、T0代表格林尼治恒星时和平时
普通天文学
2020/8/7
t= α – X – u*
普通ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ文学
3、天文方位角测量
• 测站至地面目标点的天文 方位角就是测站的子午圈 和通过地面目标点的垂直 圈之间的水平夹角，由正 北方向顺时针计量。 ∠MON = Q + A Q:可用经纬仪直接测得 S A:可根据天文定位三角形 计算
cos A sin sin cos z cos sin z
普通天文学
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cos z sin sin cos cos cos t
cos z sin sin 1 cos cos1 cos t1
cos cos
z z
sin sin
sin sin
2 3
cos cos
cos 2 cos 3
cos t2 cos t3
u*=α + t – X
普通天文学
2、天文纬度测量
2020/8/7
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cos z sin sin cos cos cos t
• 天体天顶距法测纬度
sin sin cos sin /(tan sect)
令 tan m tan sect
cos z sin sin cos sin
➢ 为航天、航海部门提供高精度的子午基准 ➢ 为现代机场的惯性基准系统建设，提供可靠的地
面参数
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天文测量包括
• 天文经度测量 • 天文纬度测量 • 天文方位角测量
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普通天文学
1、天文经度测量
2020/8/7
6
• 在同一时刻，两地同一类地方时之差等于 两地的经度之差
• 测定两地的经度之差实质就是测定这两地 在同一瞬间的同一类地方时之差，这就是 天文经度测量的基本原理
普通天文学
第三章 天文观测 和天文测量（2）
主要内容
普通天文学
• 天体的辐射 • 天文观测工具 • 天文测量 • 天体光度测量 • 天体光谱测量 • 其他测量
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普通天文学
三、天文测量
2020/8/7
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• 主要任务：以球面天文学为基础，通过天 文测量仪器，观测宇宙中的天体，确定地 面点的天文坐标，以及地面目标方向的天 文方位角
8
• 任何钟表的表面时不可能与准确时刻完全 一致，某一瞬间的准确时刻与表面时刻之 差，称为钟差(表差) u = 准确时刻 － 表面时刻
• 采用不同类型的准确时刻，表差值也不同 地方平时表差： u = m - X 地方恒星时表差： u* = s – X X为表面时
普通天文学
2020/8/7
9
s S u* X (uG* X ) u* uG* m T0 u X (uG X ) u uG
• 天文坐标：天文经度、天文纬度
• 测定天文坐标和天文方位角的工作称为天 文测量
普通天文学
天文测量的应用
2020/8/7
4
• 高精度的一、二等天文测量
经典大地测量中，为国家控制网提供起算数据和 方位控制数据，为研究地球形状和大小提供资料
• 较低精度的三、四等天文测量
➢ 铁路、公路、高压电缆、输油管道等的勘查、设 计和施工
• 通过收录无线电时号，可以求得钟表对格 林尼治地方时表差
s S u* X (uG* X ) u* uG*
m T0 u X (uG X ) u uG
普通天文学
2020/8/7
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如何求本地地方时表差？
• 表差与时角的关系 s=α+t u*=α + t – X
Ｘ为观测天体时所读取的表面时
m、n?
D nZ P
b
普通天文学
2020/8/7
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m n 当观测天体在天顶以北中天时
m n 当观测天体在天顶以南中天时
m
ZnD m
P
Q
b
Q
N
SN
S
普通天文学
多星等高法
2020/8/7
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• 应用特制的等高仪或一般的经纬仪，观测 均匀分布在各象限的若干颗恒星经过同一 等高圈的表面时刻，并在观测前后收录时 号，最后用图解法或解析法可以同时求得 测站的经度和纬度
tan m
sin (sin cos cos m)
sin m
cos z sin m sin sin m cos cos m sin
令 cos n cos z sin m
sin cos n cos(m ), cos n cos( m)
m n 当观测天体在天顶以北中天时
m n 当观测天体在天顶以南中天时
t arccos cos z sin sin cos cos
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uG* :
表面时X
时刻的格林尼治时表差
0
天体观测时刻X的时角:
t arccos cos z sin sin cos cos
表面时刻X的地方时表差：uX * t X
u* uG* , u* uX * ( X X 0 )
结论：测定经度的实质就是测定表差
表差是随时间变化的，不同时刻就有不同的表差。 表速ω：单位时间内表差的变化 ω = (u2 – u1)/(X2 – X1) 表速本身的大小表示钟表的准确程度，表速变化 的大小表示钟表的精密程度。
普通天文学
2020/8/7
10
• 授时台将测定的精确时刻按一定程序发播 一定频率的无线电讯号，以供测量、航运 和科学研究应用，这种表示时间的讯号称 为无线电时号
2020/8/7
18
Z
A Q
b
O测站
N
M(目标点)
B
普通天文学
2020/8/7
19
四、天体光度测量
• 简称“测光”，即测量天体的亮度 • 早期只对可见光进行测量，由此得名 • 广义上，应理解为辐射测量 • 测量来自有限波段范围内的辐射流
要通过天文观测求得表差，需要在观测时 读取表面时，还需要测得天体的时角
普通天文学
2020/8/7
12
天体天顶距法测时角
• 利用天文定位三角形，已知测站纬度和天体的赤 纬，在观测时刻Ｘ测得天体的天顶距ｚ，则：
cos z cos(90 ) cos(90 ) sin(90 ) sin(90 ) cos t
• 注意： (1)两地的地方时必须是同一类地方时；
(2)两地的地方时必须是同一瞬间的
普通天文学
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B A tB tA sB sA mB mA mB mA
经度 时角 恒星时 真时 平时
s S m T0
S、T0代表格林尼治恒星时和平时
普通天文学
2020/8/7
t= α – X – u*
普通ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ文学
3、天文方位角测量
• 测站至地面目标点的天文 方位角就是测站的子午圈 和通过地面目标点的垂直 圈之间的水平夹角，由正 北方向顺时针计量。 ∠MON = Q + A Q:可用经纬仪直接测得 S A:可根据天文定位三角形 计算
cos A sin sin cos z cos sin z
普通天文学
2020/8/7
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cos z sin sin cos cos cos t
cos z sin sin 1 cos cos1 cos t1
cos cos
z z
sin sin
sin sin
2 3
cos cos
cos 2 cos 3
cos t2 cos t3
u*=α + t – X