球面天文学-第7章

1、球面天文学,1,第七章 恒星位置的计算,Location 星表观测位置,球面天文学,2,7.1各种天体位置定义,观测位置(Observation Position):根据天文定位观测，由天文仪器直接测定的天体位置，且已经扣除了观测仪器本身的各种误差。坐标系为观测瞬间的真赤道坐标系 站心位置：位于站心的观测者在没有大气的情况下所见得天体位置 视位置（Apparent Position):观测位置修正了大气折射、周日光行差和周日视差的影响后，所得的天体地心坐标。相当于一个在地心的观测者在没有大气的情况下所观测到的天体位置。视位置对应的坐标系是观测瞬间的地心赤道坐标系，对应真春分点、真赤道。,球面天

2、文学,3,7.1各种天体位置定义,真位置（True Position) ：视位置修正了周年光行差和周年视差以及光线引力弯曲效应影响后，所得到的天体日心坐标系（太阳系质心）。相当于一个在日心（质心）的观测者所看见的天体位置。真位置所对应的坐标系是观测瞬间的日心（质心）赤道坐标系，对应真春分点、真赤道。 观测瞬间平位置（Mean Position) ：真位置修正了章动影响后，所得到的天体太阳日心（质心）坐标。仍然相当于一个在日心（质心）的观测者所看见的天体位置，但其所参照的坐标系是观测瞬间的日心（质心）平赤道坐标系，对应平春分点、平赤道。,球面天文学,4,7.1各种天体位置定义,年首平位置：星表或

3、天文年历所刊载的恒星位置都是平位置，但其对应的时间是星表历元或者是当年的年首，坐标系是星表历元或当年年首的日心（质心）平赤道坐标系。 儒略年首和贝塞尔年首 J2000.0 2000年1月1日中午12:00（1月1.5日） B1950.0 P268页,球面天文学,5,观测位置,视位置,真位置,P/,P 真天极 P/ 平天极,球面天文学,6,各种不同的位置之间的关系,球面天文学,7,考虑恒星： 忽略性：周日视差（也有地方性） 地方性：周日光行差（与测站纬度有关）， 大气折射（还有时间性） 周年光行差，周年视差，光线引力弯曲，光行差e项改正，岁差，章动，自行与观测地点没有关系 天文学实际工作中采用的

4、坐标： 站心位置， 视位置，平位置,各种不同的位置之间需要修正的因素,球面天文学,8,恒星的位置计算的目的,1、根据对恒星位置的绝对测定或相对测定，得到恒星的观测位置，再经过一系列改正，得到某一标准（定向，位置）历元的年首平位置原始星表 多个高精度的原始星表=基本星表=天球基本坐标系 2、根据星表或天文年历提供的恒星平位置计算任意瞬间的视位置，以指导天文观测。,球面天文学,9,7.2 由星表历元平位置计算恒星视位置,指导观测，我们需要有天体的观测瞬间的视位置。 如何得到恒星的视位置： 1、天文年历“恒星视位置”表 2、根据星表中的星表历元平位置观测年年首视位置观测瞬间平位置,球面天文学,10,

5、星表历元平位置计算年首平位置,实际是岁差和自行改正,球面天文学,11,年首平位置计算观测瞬间视位置,1、年首平位置=观测瞬间平位置,球面天文学,12,年首平位置计算观测瞬间视位置,2、观测瞬间平位置=观测瞬间真位置,3、观测瞬间真位置=观测瞬间视位置 修正周年光行差和周年视差的改正，严格说应该包括光行差e项改正，光行差的相对效应，光线引力弯曲改正。,球面天文学,13,小结,1、星表历元平位置=观测年首平位置 （星表历元到观测年历元，包括定向历元和位置历元，都是天球平赤道坐标系。修正岁差，自行） 2、观测年首平位置=观测瞬间平位置 （观测年首历元到观测瞬间历元，也都是天球平赤道坐标系。修正年内的

6、岁差，自行） 3、观测瞬间平位置=观测瞬间真位置 （历元无变化，天球平赤道坐标系到天球真赤道坐标系。修正章动） 4、观测瞬间真位置=观测瞬间视位置 （历元无变化，修正周年光行差，周年视差，光行差相对论改正，e项改正，引力弯曲。天球日心（质心）真赤道坐标系到天球地心真赤道坐标系）,球面天文学,14,7.3 空间直角坐标计算恒星视位置,三种运算 1、矢量合成: 视差和自行 2、矢量偏转：光行差，引力弯曲，e项改正 3、坐标系旋转：岁差，章动 例：已知FK5星表中织女星的平位置，求其在2004年9月（为什么是9月）的视位置。,球面天文学,15,例：从星表位置计算观测位置指导观测,球面天文学,16,例

7、：从星表位置计算观测位置指导观测,球面天文学,17,例：从星表位置计算观测位置指导观测,球面天文学,18,例：从星表位置计算观测位置指导观测,球面天文学,19,练习,已知一颗恒星在星表历元t0时的视位置，要计算它在观测历元t时的视位置，需要进行那些改正,球面天文学,20,第八章天球惯性参考系,球面天文学,21,1、实现惯性参考系-恒星参考系,研究天体的空间运动要求在天球上建立一个惯性参考系，为此必须找出惯性参考系的实体，并实现它 实现惯性参考系：相对于宇宙背景没有旋转，坐标原点没有加速 一级近似：相对于惯性坐标系仅有缓慢的加速（旋转）的坐标系 恒星坐标系：理论上只有岁差旋转，只要知道岁差的绝对

8、旋转运动，就可以过渡到惯性参考系 1984年起，恒星参考系是由FK5星表来实现的：以太阳系质心为中心，J2000.0的平赤道和平春分点为基准的天球平赤道坐标系,球面天文学,22,恒星参考系-天球基本参考系,恒星坐标系：理论上只有岁差旋转，只要知道岁差的绝对旋转运动，就可以过渡到惯性参考系 它是以天球上的恒星作为它的实体来建立的，采用的基准点是恒星。 1984年起，恒星参考系是由FK5星表来实现的：以太阳系质心为中心，J2000.0的平赤道和平春分点为基准的天球平赤道坐标系。包含1535颗均匀分布在天空中的目视星等亮于7.5等的恒星（基本星）。 恒星坐标系不仅包含岁差，还包括太阳和太阳系运动的影

9、响,球面天文学,23,FK5星表-恒星参考系,多个高精度的原始星表=基本星表=天球基本坐标系 FK5星表包括1535( 后来有增加）颗均匀分布在天空的目视星等亮于7.5等的恒星（基本星），给出了每颗恒星的平赤道坐标和随时间的变化量（岁差和自行），这样对于任何历元在天球上不同区域都能复制出恒星参考系的网格。 修正：地球绕轴的运动，地球绕地月系质心的运动，地球绕太阳系质心的运动，太阳本身和整个太阳系在空间的运动，恒星本身的运动。 恒星参考系仅修正了地球极移，自转不均匀，视差，光行差，章动，因此还包含岁差，太阳和太阳系的运动，恒星自行，只是一个近似的近似,球面天文学,24,春分点和天赤道,春分点是赤

10、道和黄道的交点，在天空中是没有任何标志的，需观测太阳系天体来确定。 天赤道是根据不同历元对大量的恒星观测确定的 FK5的赤道面和春分点是通过动力学方法，通过1900-1970年间太阳、行星观测资料以及其他资料确定的。,球面天文学,25,天球惯性参考系的实现P232,根据恒星位置的观测建立天球基本坐标系(FK5） 根据太阳和行星的观测，测得天球基本坐标系的分点和赤道改正 岁差常数的精确测定 根据恒星位置的长期观测或相对河外星系的观测，求得恒星自行系统改正值 天球基本坐标系修正成为惯性参考系,球面天文学,26,天球惯性参考系的实现P232,球面天文学,27,2、协议准惯性参考系(ICRS),恒星参

11、考系来建立惯性参考系，需要假设一个太阳系模型或地球模型来作为依据，同时要确定一套参数，因此被称为协议的准惯性参考系(ICRS) 协议的准惯性参考系的实现： 1、天球基本参考系：FK5 运动学方法，以恒星为“基准点” 2、动力学参考系（太阳系天体）： JPL历表 DE405 动力学方法，以天体运动理论为基础，通过计算天体的位置来确定基 准点 3、射电参考系（河外射电源）VLBI：ICRF 608颗 基本源236颗 几何学方法，假定“基准点”在空间方向是固定不变的,球面天文学,28,协议准惯性参考系(ICRS),1998年起IAU采用以河外射电源位置为基准实现的国际天球参考系：基于运动学和几何学

12、国际天球参考系：ICRS，由VLBI确定的一套河外天体的J2000.0赤道坐标。原点在太阳系质心。最初坐标轴方向与FK5相一致。,球面天文学,29,3、地球参考系,天球参考系的建立，使以地球参考系的存在为基础的。因此我们测量的出发点是地球。 协议的地球参考系：CTRS 也称 国际地球参考系：ITRS 原点：地球质心,球面天文学,30,4、天文常数系统,天文常数：表征天体的大小、运动、方位、物理特征和化学组成等诸多天文参数，把固定不变或者有变化但随时间做缓慢变化的天文参数称为天文常数。如地球赤道半径、天文单位、岁差等 天文常数系统是根据引力定律和常数间满足的理论关系，经过协调了的天文常数采用值构成的一个系统 天文常数系统：包括 规定常数：人为定义，并且一直不变，高斯引力常数 基础常数：由天文观测或实验测定的常数 导出常数：,球面天文学,31,天文学所采用的基本参考坐标系是天球平赤道坐标系。 天文学中使用的天球基本参考系具体地说就是一本恒星位置星表：FK5 星表 天球参考系建立的方法：运动学（恒星），动力学（太阳系内小行星），几何学（河外射电源） 232页方框图 基本星表和天文常数系统,要点,球面天文学,32,天球参考系相关网站,IERS: International Earth Rotation Service 国际地球自转服务 提供包括时间、参考系、地球自转