天体测量简介

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二、天体测量基本概念
地基天体测量的基本测量目的有三类： 第一类：获取星矢量的参数。 第二类：获取地球体在空间的姿态的参数， 通过这些参数，可将地球的本体坐标系转 换到天球坐标系， 第三类：获取站矢量的参数。 D1
D2 S1
S2
E
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三、现代天体测量
• 观测手段：可见光 射电、红外、紫外、X射线和 γ射线等波段； • 观测方式：测角 测距、测速、测形状与大小； • 观测地点：地面固定天文台 流动站、全球性组 网观测以及空间观测； • 观测精度： 微角秒（测角）、毫米(测距)； • 观测目标： 更多、更暗的天体； • 观测理论：微角秒、毫米级精度下新模型建立。
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三、现代天体测量
• VLBI：甚长基线干涉测量，能同时获得天球 参考架、地球参考架和地球定向参数的唯一 技术。（1960s）
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三、现代天体测量
VLBI因其相对于河外射电源的纯几何测量原理和 VLBI 因其相对于河外射电源的纯几何测量原理和 所能达到的高精度与高分辨率， 所能达到的高精度与高分辨率 ， 使其在天球参考 架和地球参考架的建立、 架和地球参考架的建立 、 地球定向参数的测定等 方面成为基准性的技术，某些方面至今仍是唯一 方面成为基准性的技术 ， 的技术。 的技术。
Etalon-1, -2
TOPEX
ERS-1, -2
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中国SLR网 跟踪望远镜
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三、现代天体测量
• CCD天体测量：量子效率高、线性响应好、 数字化易于使用，观测效率高
SDSS照相机框图， 中央部分为5×6＝ 30个正方形CCD， 另有24个长方形 CCD（漂移扫描、 长短露光）
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三、现代天体测量
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一、天体测量在天文学中的定位
理论天文学(天体物理、天体力学、 天体化学及地球物理学等)
“知其所以然” 知其所以然” 知其所以然
天体测量 测天体的 几何信息
辐射测量 测多波段的 辐射强度
其它测量 引力场/ 引力场/波、 磁场、 磁场、中微子
“知其然” 知其然” 知其然
天文仪器和技术
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天体的几何特征参数可分为 1. 坐标参数－须要借助参考坐标系描述的 坐标参数－ 参数：位置参数、速度参数、姿态参数、 参数：位置参数、速度参数、姿态参数、 轨道参数等。 轨道参数等。 2. 非坐标参数－无须借助于参考坐标系描 非坐标参数－ 述的参数：角径、角距、 述的参数：角径、角距、视差等独立参 数。
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一、天体测量在天文学中的定位
天体测量学科的特点
◆ 观测对象全：所有天体都可测定。 ◆ 技术手段多：可用各种新技术(包括空间技术)。 ◆ 服务领域广：理论天文学与航天国防等。 ► ► ► ► ► 恒星天体测量 银河系结构与运动学 太阳系天体测量 天体力学 地球定向参数测量 地球物理学与应用 人造天体的测量 航天器定轨与国防应用 空间碎片天体测量 航天发射安全
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四、天体测量未来展望
• 观测精度：更高 • 观测深度：更暗 • 观测广度：更远
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四、天体测量未来展望
• • • • 理论升级：牛顿框架 广义相对论框架 技术进步：高灵敏度、低噪声、高时间基准 海量数据处理：储存、计算 虚拟天文台：共享、交互式
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四、天体测量未来展望
与上游（天文仪器与技术）和下游（理论天 文学研究与国防航天等应用需求领域）紧密合 作，是天体测量可持续发展的前提。
1997年IAU决议 决议： 1998年 日起， 1997 年 IAU 决议 ： 自 1998 年 1 月 1 日起 ， 国际天球参考架 (ICRF)由VLBI精确测定的一组河外射电源坐标来实现。 (ICRF)由VLBI精确测定的一组河外射电源坐标来实现。 精确测定的一组河外射电源坐标来实现
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一、天体测量在天文学中的定位
• 天体测量学的起源可以追溯到人类文化的萌芽 时代。远古时候，为了指示方向、 时代。远古时候，为了指示方向、确定时间和 季节，先后创造出日晷和圭表。 季节，先后创造出日晷和圭表。 • 对茫茫星空的观测，导致划分星座和编制星表， 对茫茫星空的观测，导致划分星座和编制星表， 进而研究太阳、 进而研究太阳、月球和各大行星在天球上的运 动。 • 当时的天体测量学既奠定了历法的基础，又确 当时的天体测量学既奠定了历法的基础， 认了地球的自转和公转在天球上的反映， 认了地球的自转和公转在天球上的反映，从而 逐渐形成古代的宇宙观。因此， 逐渐形成古代的宇宙观。因此，早期天文学的 主要内容就是天体测量学。 主要内容就是天体测量学。
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二、天体测量基本概念
时间与历表： • • • 早期天文学观测任务：方位＋时间 为日常生活和农业生产服务 节气、农历：地球自转、地球公转、原子时
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二、天体测量基本概念
• 球面天文 矢量天体测量
• 球面天文：直观，容易理解， 只能用于方向描述，不严格，计算繁琐 • 矢量天体测量：严格、物理概念清楚， 易于编程计算
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二、天体测量基本概念
1.参考系＝参考架（物理框架）＋坐标系（数学描述）
参考架应当具备下列属性： ① 刚性好：框架任意两节点间的角距离不变，或者虽有变化但 变化规律精确已知； ② 框架所体现的坐标网格尺度均匀； ③ 相对于河外天体背景（对）或平均岩石圈（对）无旋转； ④ 构成框架的节点（天体或测站）相对于基本坐标系的坐标可 独立观测。 坐标系：一个基本面（或一个作为“极”的基本方向）和基本 面上的一个经度起始方向，这个基本面和经度起始方向即构成一 个基本坐标系。
天体测量的新进展
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目 录
一、天体测量在天文学中的定位 二、天体测量的基本概念 三、现代天体测量 四、天体测量的未来展望
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一、天体测量在天文学中的定位
• 天文学是观察和研究宇宙间天体的一门基础学 可分为观测天文学 理论天文学两大基本 观测天文学和 科，可分为观测天文学和理论天文学两大基本 分支学科。 分支学科。 • 观测天文学利用天文仪器与技术，获得天体的 观测天文学利用天文仪器与技术， 知其然” 各类信息 “知其然”。 • 理论天文学以数学和物理 化学的相关理论为基 理论天文学以数学和物理/化学的相关理论为基 本工具，结合观测天文学获得的资料， 本工具，结合观测天文学获得的资料，研究天 包括宇宙)的物理性质和演化过程 体(包括宇宙 的物理性质和演化过程 包括宇宙 知其所以然” “知其所以然”。
• USB测距测速：无线电，全天候，用于人造 卫星与深空飞行器测控。
ห้องสมุดไป่ตู้
由USB和CVN组成的嫦娥一号探月卫星的测控网 USB和CVN组成的嫦娥一号探月卫星的测控网
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依巴谷天体测量卫星
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依巴谷天体测量卫星参数 依巴谷天体测量卫星参数
• • • • • • • 望远镜结构 施密特全反射望远镜 0°.9×0°.9 视场 ° × ° 58° 两个视场的间距 ° 0.29 m 主镜直径 1.4m 焦距 焦平面上的尺度因子 6.8 µm/″ ″ 在波长550 nm处) 主镜面精度 λ/60(在波长 在波长 处
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一、天体测量在天文学中的定位
• 对恒星的位置、自行和视差观测所得到的恒星 的空间分布和运动状态的资料，是研究天体物 理学，特别是研究恒星天文所需的基本资料。 • 对银河系结构、星团和星协动力学演化、双星 系统和特殊恒星的研究及宇宙学的研究，都需 要依据大量的天体测量资料，这就对天体测量 学提出更高的要求。
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三、现代天体测量
• SLR：人造卫星激光测距（1964年10月NASA发射 “Beacon-B”激光卫星），通过精确测定激光脉 冲从地面观测点到装有反射器卫星的往返时间 间隔，从而算出地面观测点至卫星的距离。 • 目前测距精度好于1厘米，是精度最高的手段。
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Lageos-1, -2
Starlette, Stella
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一、天体测量在天文学中的定位
• 根据浩瀚的天体测量资料，经过精心研究得出的开普 勒行星运动三大定律，为天体力学的建立创造了重要 条件。 • 天体力学与天体测量学一向是密切配合的，依靠观测 太阳、月球、大行星和小行星的大量资料和天体力学 的研究方法,总结出太阳系天体(特别是地球和月球)的 运动理论。它不但为太阳系演化的研究提供素材，而 且是测定天文时间与导航工作的重要依据。 • 在航天时代，天体测量技术的提高与天体力学方法的 改进，更是相辅相成，互相推动。例如，研究人造卫 星和宇宙飞行器的轨道,研究地球和月球运动的细节, 都需要天体力学与天体测量学的配合。
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一、天体测量在天文学中的定位
天体测量主要测定天体的几何信息， 天体测量主要测定天体的几何信息， 三维空间位置 包括所有自然和人造天体的三维空间 包括所有自然和人造天体的三维空间位置 姿态、三维平移 转动速度、 平移和 和姿态、三维平移和转动速度、以及天体 大小与形状等参数 等参数， 的大小与形状等参数，它与天体的辐射测 包括多波段辐射强度的测定、 量（包括多波段辐射强度的测定、光谱测 ），以及其它测量 如引力场/ 以及其它测量（ 量），以及其它测量（如引力场/波、磁 中微子等的测量） 场、中微子等的测量）一起组成观测天文 学，为理论天文学的研究和其它相关领域 提供数据。 提供数据。
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依巴谷星表
• 在历元1991.25时，亮于9 mag恒星各种观 测量的精度如下： • 平均位置精度 0.77/0.64 mas • 平均自行精度 0.88/0.74 mas/yr • 平均视差精度 0.97 mas • 距离精度好于10% 20 853颗星 • 距离精度好于20% 49 399颗星