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恒星视位置

2016-12-30 6:49:05 来源: Gnsser 发布人: gnsser

大地天文测量,无论是定位还是定向,在数据处理时,都要用到观测瞬间(测瞬)天体的视坐标(视位置)αδ。但是,在实际工作中我们只能依据星表历元的天体平位置来计算其测瞬视坐标;或者依据按一定时间间隔刊载的天体视坐标来内插计算其测瞬视坐标。通常天文测量中把载于某一历元基本星表中天体平位置化到测瞬视位置的计算,称为天体视位置计算。

恒星坐标位置转换

恒星的位置对应的历元通常有星表历元、任意历元和观测历元。其所对应的坐标系有恒星的位置参照于某一历元的平赤道和平春分点所确定的平赤道坐标系或真赤道和真春分点所确定的真赤道坐标系。不同历元的平赤道坐标系的变化是由于岁差引起的。同一历元的平赤道坐标系和真赤道坐标系的差异是由章动引起的。坐标系的定向历元和恒星的观测历元若不相同,其差异涉及到恒星的自行。

坐标系的原点(即天球的中心)由站心、地心、日心(太阳系质心)。从站心到地心涉及到周日光行差和周日视差,从地心到日心涉及到周年光行差和周年视差。

前面讨论了影响天体位置的各种因素:大气折射、周日视差、周年视差、周日光行差、周年光行差、岁差、章动等。这些因素使得天体的位置具有观测位置、视位置、真位置、平位置和年首平位置等的区别。天体的视位置和真位置都是以测瞬的真赤道和真春分点为参考的,这两种位置的关系是

视位置=真位置+周年视差+周年光行差

我们知道,平位置是以平赤道和平春分点为参考的,某一瞬间的真位置与平位置的关系是

真位置=平位置+章动

由于岁差和自行的存在,当由某一历元(瞬间)的平位置求另一历元的平位置时,要加这两个历元间的岁差和自行改正。

根据相对论效应,在太阳引力场的作用下,地球上观测天体的视方向将发生偏折,当要求计算精度高于0.001″时,还要加光线引力偏折改正。

至于周日视差,因恒星非常遥远,可忽略不计;大气折射和周日光行差则直接改正观测量或观测结果,因此,视位置计算中不考虑这三项改正。

各种位置的含义如下:

观测位置:根据天文观测,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的天体位置。

视位置:天体视位置代表在运动着的地球及其大气透明和无折射的假想条件下某观测瞬间从地球质量中心所看到的恒星在该观测瞬间的真赤道和真春分点定义地心赤道坐标系中的天体位置。视位置对应的坐标系是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。

真位置:天体真位置相当于一个在日心(即太阳系质心,简称质心;而地球质心则常简称为地心)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赤道坐标系,对应真春分点、真赤道。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,所得到的天体质心坐标系。

    观测瞬间平位置:真位置修正了章动影响后,所得到的天体日心坐标。仍然相当于一个在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平赤道坐标系,对应平春分点、平赤道。

年首平位置:在星表或天文年历中,各恒星的平位置都归算到年首的平赤道和平春分点,叫年首平位置,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平赤道坐标系。年首平位置和观测瞬间平位置之间主要是年首到观测瞬间之间的岁差引起的,另外,还应加恒星在此期间的自行。恒星在不同年首的平位置,其差别是各年首之间的岁差和自行。

恒星的各种位置之间的关系可概括为:

观测位置=视位置+大气折射+周日光行差+周日视差

视位置=真位置+周年光行差+周年视差+光线引力弯曲改正

真位置=观测瞬间平位置+章动

观测年首平位置=星表年首平位置+岁差+自行

综上所述,当由星表历元平位置计算测瞬视位置时,可写为:

视位置=星表历元平位置+岁差改正+章动改正+自行改正+周年光行差改正+周年视差改正+光线引力偏折改正

对某一恒星来说,周日视差影响甚微可以忽略不计,大气折射取决于观测时的大气的气温、气压的情况,周日光行差改正因观测地点的纬度不同而不同,这两项改正都与观测地点直接有关,大气折射还与时间有关。而周年光行差、周年视差、岁差和章动等改正则与观测地点无关。


恒星视位置计算

天体视位置计算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。测算一本精密的恒星位置星表是一项非常艰巨的工作,通常要花费十几年甚至几十年的时间,最近推出的依巴谷星表,虽然利用太空中观测恒星距离和运动参数的Hipparcos天文测量卫星进行观测,从1989 1993用了近4年的观测时间,由于恒星数量多达一百万颗以上,所有数据必须统一处理,因而直到19968月才将其资料整理完毕,1997年正式出版。由此可见,每推出一本星表总希望能用更多的时间,因此,星历必须在一种能够长期稳定不变的坐标系统中建立。位于地球表面上的站心坐标系对于观测者来说是最方便不过的了,但它不仅因地而异,而且还要随地球的自转和公转时刻变化着,显然站心坐标系是不能够满足作为恒星星表系统要求的。地心坐标要随地球的公转而变化,也不合乎要求。太阳系绕银心的运动速度虽然很高(约223km/s),但是,因为其距离银心约为26700光年,而周期约167660光年,故在几十年中可视为不变(1"×10-2),故天文学采用的基本参考坐标系是天球平赤道坐标系,坐标原点是太阳系质心。

天文观测是在地球上进行的,为了归算实测成果,需要将恒星的位置由太阳系质心坐标系经地球公转效应改正(周年视差、周年光行差)变换为地心坐标系,再由地心坐标系经地球自转效应改正(周日视差、周日光行差)变换为站心坐标系,这就是天体位置变换的两次换心过程。


太阳系质心坐标系星表历元的恒星位置叫做质心星表历元原始位置,化到质心观测年首平位置,由于恒星自行和日月行星摄动力的影响,应加入恒星自行和岁差改正。由质心观测年首平位置到质心观测瞬时平位置,需加入年内自行和岁差改正。加上章动改正变成了质心观测瞬时真位置。真位置和视位置之间的不同是坐标系原点的不同,通过第一次换心完成质心坐标系向地心坐标系的转换,大地天文测量工作中的恒星视位置计算一般到此即已完成,因为周日视差很小而忽略,周日光行差和大气折射一般直接加到观测结果中。


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