天体测量学

天体测量学，是天文学中最先发展起来的一个分支，其主要任务是研究和测定天体的位置和运动，建立基本参考坐标系和确定地面点的坐标。

中文名

天体测量学

定义

天文学中的一个分支

简介

中国古星图

确定天体的位置及其变化，首先要研究天体投影在天球上的坐标的表示方式、坐标之间的关系和各种坐标修正，这是球面天文学的内容。天体的位置和运动的测定属于方位天文学的内容，是天体测量学的基础。

天体测量依观测所用的技术方法和发展顺序，可以分为基本的、照相的、射电的和空间的四种。把已经精确测定位置的天体作为天球上各个区域的标记，选定坐标轴的指向，就可以在天球上确定一个基本参考坐标系，用它来研究天体（包括地球和人造天体）在空间的位置和运动。这种参考坐标系，通常用基本星表或综合星表来体现。

以天体作为参考坐标，测定地面点在地球上的坐标，是实用天文学的课题，用于大地测量、地面定位和导航。地球自转的微小变化，都会使天球上和地球上的坐标系的关系复杂化。

为了提供所需的修正值，建立了时间服务和极移服务。地球自转与地壳运动的研究又发展成为天文地球动力学，它是天体测量学与地学各有关分支之间的边缘学科。天体测量学的这些任务是相互联系，相互促进的。

分支体系

球面天文学

方位天文学

实用天文学

天文地球动力学

历史起源

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

天体坐标系

，为了指示方向、确定时间和季节，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，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，早期天文学的主要内容就是天体测量学。

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。

研究对象

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。

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。

目前的天体制量的手段，已从可见光观测发展到射电波段，以及红外、紫外、X射线和γ射线等波段的观测；在观测方式上，已由测角扩展到测距；观测所在地已由固定天文台发展为流动站、全球性组网观测以及空间观测；观测精度正在走向千分之一角秒和厘米级观测的天体也向星数更多、星等更暗的光学恒星、星系射电源和红外源等扩展。

可以预期，现代的天体测量学不但能以厘米级的精度完成实用天文学的任务，建立更理想的基本参考坐标系，进一步推动天文地球动力学的研究，而且还能提供十分丰富的基础资料，为天体物理学、天体演化学和宇宙学的新理论开辟道路。

研究方法

通过研究天体投影在天球上的坐标，在天球上确定一个基本参考坐标系，来

天体测量学内容

测定天体的位置和运动，这种参考坐标系，就是星表。在实际应用中，可用于大地测量、地面定位和导航。地球自转和地壳运动，会使天球上和地球上的坐标系发生变化。为了修正这些变化，建立了时间和极移服务，进而研究天体测量学和地学的相互影响。古代的天体测量手段比较落后，只能凭肉眼观测，对于天体测量的范围有限。随着时代的发展，发现了红外线、紫外线、X射线和γ射线等波段，天体测量范围从可见光观测发展到肉眼不可见的领域，可以观测到数量更多的、亮度更暗的恒星、星系、射电源和红外源。随着各种精密测量仪器的出现，测量的精度也逐渐提高。

在天文学产生后的一段很长时间里，人类只限于用肉眼观测太阳、月亮、行星和恒星在天空中的位置，研究它们的位置随时间变化的规律。在对星星测量的基础上，古代的天文学家注意到恒星在天空的位置相对不动，由此绘制出星图，划分星座和编制星表；进而研究太阳、月亮及行星的运动，在测量天体视运动的基础上编制历法。17世纪初发明了望远镜；17世纪下半叶又创立了微积分，发现了万有引力定律。拥有望远镜的巴黎天文台和格林尼治天文台相继建立起来了。天体测量学的新发现，如光行差现象、地轴的章动现象、恒星视差的测定等等接连为人们所认识，天体测量学的成果通过时间服务和历书编算（即授时和编历）等，被运用到大地测量和航海事业等方面。

研究成果

远古时候，并没有现在的时钟和日历，人们通过对太阳的观察，发明了日晷，根据阴影的长短来判断时间。

为纪念这一学科的重要性，小行星25000被称为“天体测量”（Astrometria）。为了航海的需要，法国首先于1671年设立了巴黎天文台，英国也不甘落后，于1675年设立了格林威治皇家天文台。后来俄国的普尔科沃天文台、美国的华盛顿海军天文台也相继建成。而这个时期从事天体测量工作的主要是以天文台为基地的专业天文工作者。

哈雷与彗星

在航海天文学上发挥最大作用的是英国格林威治天文台，它的第二任台

古代观测天体

长是哈雷，21岁那年他毅然放弃获得学位的良机，决心去测量南天星辰的位置。在父亲的支持下，携带观测仪器，来到南大西洋，建立了一座临时天文台，一年之内便作成了第一个南天星辰表，这使他在22岁时便享有盛名，称他为“南天的第谷”。他与牛顿一见如故，致力于彗星轨道的研究，应用万有引力定律，把所有能找到充分观测资料的彗星轨道一一推算出来。他发现1531年、1607年和1682年3次观测的彗星轨道十分相似，而且预言这颗彗星将在1758年和1759年再次归来，它果然如期而来，但哈雷已于1742年去世，为了纪念他的功绩，人们把这颗彗星命名为“哈雷彗星”。1716年哈雷曾经建议观测1761年和1769年金星凌日（即金星过日面现象）来测定太阳的距离。但到实测之时哈雷却不能亲身观测了，但哈雷的建议还是实现了，而且成为观测太阳距离的一个好办法。1718年哈雷还发现了一个重要现象：恒星自行。哈雷得出结论，恒星并不是固定的，而是有它们自己的“自行”。自古以来人们总认为恒星是固定在天球上的，哈雷终于彻底打破了这个“恒星天球”。他的这一发现，在恒星天文学上开辟了广阔的园地。月亮的运行长期加速现象也是哈雷的又一重要发现。

测量地球

由于人们承认日心体系，又因天体距离测量的需要，人们迫切想知道地球的大小。18世纪以来，人们又努力去探讨地球的扁平形状问题。牛顿曾从理论上推测，地球的形状是两极较扁而赤道部分突出。牛顿的看法遭到了法国学者的反对，经测量巴黎天文台认为地球是西瓜形的。争论从17世纪末开始，一直延续了半个世纪之久。为了测量准确，法国派遣远征队，到秘鲁和北极圈实地测量，用测量数据证明牛顿的理论是正确的。根据万有引力，还测量了地球的质量。

测量太阳的视差

地球到太阳的距离通常是用太阳的地心视差来表示。地心视差指的是地球半径对天体的张角。知道了这个角，有知道了地球半径的长度，地球到某一天体的距离就很容易求出了。但困难的是太阳距离地球很远，直接测量地心差误差很大，于是天文学家转而去求行星的视差。哈雷早就提出利用金星凌日来测得太阳视差的办法。1761年和1769年天文学家做了充分的准备，组织了不少远征队到世界各地去，求得太阳视差为8’’8，被世界承认，直到1967年国际天文界都采用这个数据。

恒星物理学

19世纪恒星测量学已经发展得相当完善，可以很精确地测定出恒星的方位，到19世纪末，运用三角视差求出距离的恒星已经多达七十余颗。19世纪中叶在太阳物理学的刺激下，恒星物理学发展起来，促使天文学家使用分光镜研究恒星。意大利教授赛奇把恒星按照光谱分成4类，即白星、黄星、橙红星、深红星，赛奇认识到这样的分类是和恒星的温度有关的；英国的哈斯根弄清了这些恒星的化学组成，指出亮星具有和太阳相同的化学组成，它们的光线来自下层炽热物，穿过高层具有吸收能力的大气层而向外辐射。日趋成熟的太阳光谱研究，相当于把地球上的动植物种属进行了仔细的分类，19世纪后期光谱工作的结果以更精细更有意义的方式，将恒星按光谱型分了组，从而使天文学家们产生了恒星演化的想法，这一想法在20世纪结出了丰硕的成果。

对月球的空间探测

1957年人类进入太空时代以后，对太阳系的研究发生了根本的变化，对月球进行多学科的研究。1961年美国“阿波罗”计划开始，先后执行“徘徊者”、“月球勘测者”、“月球轨道飞行器”三个辅助计划，1966年正式实施“阿波罗”登月计划，1972年结束。1969年7月20日“阿

牛顿手制的反射望远镜

波罗”实现了第一次人类登月的创举。对月球进行了观测、照相、采样，还在月面上安装了各种实验仪器，发射了月球卫星。“阿波罗”飞行获得了大量关于月球的科学资料，详尽地揭示了月球表面的结构特征，月面物质的化学成分、光学和热学的物理特性，并探测了月球的重力、磁场和月震等。前苏联的“月球号”探月计划，首次拍得月球背面照片，据此天文学家绘制了世界第一张月背图。该计划的实施，使月球有了自动科学站，由地面站操纵，在月球上自动执行考察任务。对月球的太空探测，使人类对它的认识进入了崭新阶段，对月球的深层研究开始。

行星和卫星的空间探测

在对行星和卫星的空间探测中美国和前苏联处于主导地位，通过发射探测器使人类可以到行星附近去观测，还可以掘取土样，做